полимерная композиция для фиксации радионуклидов

Формула изобретения

Полимерная композиция для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, содержащая эпоксидную диановую смолу, фурановый разбавитель, азотсодержащий отвердитель и при необходимости наполнитель, отличающаяся тем, что композиция дополнительно содержит фосфорно-кислый алюминий и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола	100
фурановый разбавитель	100-150
азотсодержащий отвердитель	10-65
фосфорно-кислый алюминий	20-70
ортофосфорная кислота	4,0-12
наполнитель	0-400

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к полимерным композициям, применяемым в ядерной технике, а именно для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, с целью недопущения их выхода в окружающую среду с последующим ее заражением.

Композиции указанного назначения используются в качестве матрицы для включения в нее твердых радиоактивных отходов с последующим отверждением последней. При этом полимерные композиции должны обладать высокой стойкостью к выщелачиванию радионуклидов и высокой стойкостью к ионизирующему излучению.

Кроме того, они должны обладать высокой стойкостью к ударным и тепловым нагрузкам и другими свойствами, обеспечивающими надежный на протяжении длительного времени экологический барьер, препятствующий заражению окружающей среды.

Известна полимерная композиция (а.с. СССР №363727, МПК C08G 45/06, 1973 г.), содержащая в мас.ч.:

эпоксидная диановая смола	100
фурфурол	14-20
графит	90-100
полиэтиленполиамин	18-19
ацетон	10-25

Основными недостатками представленного аналога являются: низкая радиационная стойкость, пористость в отвержденном состоянии, приводящая к высокой скорости выщелачивания радионуклидов, а также низкая стойкость к ударным нагрузкам.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков к изобретению является полимерная композиция для фиксации радионуклидов (патент РФ №2167174, МПК C08L 63/02, 2001 г.), содержащая эпоксидную диановую смолу, фурановый разбавитель, азотсодержащий отвердитель, при необходимости наполнитель при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола	100
фурановый разбавитель (фурфурол)	100
азотсодержащий отвердитель (полиэтиленполиамин)	15-40
наполнитель	0-380

Недостатки прототипа заключаются в следующем.

Известная композиция обладает невысокой стойкостью к выщелачиванию таких радионуклидов, как ¹³³Ва, ¹³⁴Eu и ³⁶Cl, низкой степенью радиохимического выхода при 10⁴ Мрад, а также низкой стойкостью к ударным и изгибающим нагрузкам.

Задачей изобретения является создание полимерной композиции для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴ Eu и ³⁶Cl, обладающей высокой стойкостью к их выщелачиванию, а также радиационной стойкостью и стойкостью к ударным и изгибающим нагрузкам.

Указанная задача решается тем, что полимерная композиция для фиксации радионуклидов, в том числе ¹³³Ва, ¹³⁴ Eu и ³⁶Cl, содержащая эпоксидную диановую смолу, фурановый разбавитель, азотсодержащий отвердитель и при необходимости наполнитель, дополнительно содержит фосфорнокислый алюминий и ортофосфорную кислоту при следующем соотношении компонентов, мас.ч.:

эпоксидная диановая смола	100
фурановый разбавитель	100-150
азотсодержащий отвердитель	10-65
фосфорнокислый алюминий	20-70
ортофосфорная кислота	4,0-12
наполнитель	0-400

В качестве эпоксидной диановой смолы используют ЭД-20 или ЭД -22 (ГОСТ 10587-84). В качестве фуранового разбавителя могут быть использованы: фурфурол, фурфуроловый спирт, мономер ФАМ (продукт реакции конденсации фурфурола и ацетона при молярном соотношении 1,5:1; плотность, г/см³ - 1,137, вязкость, с - 24, рН 4,65; ТУ 5902.039.07-79), фурановый мономер-разбавитель 4ФА (молярное соотношение фурфурола и ацетона 4:1), мономер ФА (молярное соотношение фурфурола и ацетона 1:1). В качестве отвердителя могут быть использованы полиэтиленполиамин, гексаметилендиамин, низкомолекулярная смола Л-20 (полиамидная смола) как отдельно, так и их смеси.

В качестве наполнителя используют минеральные соединения, такие как бентонит, цемент, углерод, шунгит, маршалит, окись титана и др., а также порошки металлов (бронза, медь, вольфрам, сталь и др.), а также активированные окислы алюминия, кремния и др.

Целевыми добавками могут быть соединения бора, кадмия и другие соединения.

В таблице №1 представлены примеры композиции (составы 1-4), а в таблице №2 приведены основные свойства предлагаемой композиции и известной полимерной композиции, принятой за прототип (патент РФ №2167174).

Составы приготавливают следующим образом.

В смеситель с включенной мешалкой последовательно подается фурановый разбавитель, далее медленно подается эпоксидная диановая смола. Время смешения компонентов составляет 4-5 минут. Затем подается наполнитель. Смешение осуществляют в течение 2-3 мин. При этом мешалка работает непрерывно. Затем подается фосфорнокислый алюминий с ортофосфорной кислотой. Время смешения составляет 2-3 мин. В последнюю очередь очень медленно в смеситель загружается азотсодержащий отвердитель. Общее время смешения составляет 12-13 мин. Число оборотов мешалки 60-90 об/мин.

По сравнению с известной полимерной композицией (патент РФ №2167174) предлагаемая композиция имеет значительные преимущества. Так, стойкость к ударным нагрузкам предлагаемой композиции в 2,5-3,0 раза превышают эти показатели, чем у прототипа, что очень важно при транспортировке объектов и их помещении в шахты кратковременного хранения или длительного контролируемого захоронения.

Скорость выщелачивания радионуклидов при повышенных температурах предлагаемой композиции значительно меньше, чем у прототипа.

Кроме того, предлагаемая композиция обладает высокой адгезией к бетону (отрыв по бетону) и металлам, а также пожаростойкостью, превышающей таковую у прототипа.

Таблица 1
КОМПОНЕНТЫ		состав
		1	2	3	4
		Количество, мас.ч.
Эпоксидная диановая смола ЭД-20 или ЭД-22 (ГОСТ 10587-84)		100	100	100	100
Фурановый разбавитель (фурфурол)		100	120	150	150
Азотсодержащий отвердитель (полиэтиленполиамин)		10	15	15	15
Азотсодержащий отвердитель (гексаметилендиамин)		-	-	10	10
Азотсодержащий отвердитель (низкомолекулярная смола Л-20)			30	40	40
Фосфорнокислый алюминий		20	20	70	70
Ортофосфорная кислота		4	10	12	12
Наполнитель	Шунгит			400
	Маршалит и бетонит в соотношении 4:1		250
	Смесь активированных окислов алюминия, цинка и кремния в соотношении 1:1:1				300

Таблица 2
ПОЛИМЕРНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
Показатель	Известная композиция (патент РФ 2167174)	Предлагаемая композиция
		1	2	3	4
Скорость выщелачивания при 40±5°С, г/(см 2·сутки)
Ва-133	4,5·10-4	8,7·10-5	6,8·10 -5	3,8·10-5	4,3·10-5
Eu-134	0,8·10 -4	9,3·10-6	7,4·10-6	5,1·10-6	6,1·10-6
Cl-136	4·10-5	2,0·10-5	1,7·10-5	0,8·10-5	1,8·10 -5
Средний радиохимический выход при 104 Мрад и температуре 45±5°С, см3/град	1,5·10-6	1,2·10 -8	3,7·10-9	1,8·10-9	2,1·10-9
Предел прочности при сжатии, МПа	90,0	70-80	70-80	70-80	80-85
Предел прочности при изгибе, МПа	12,0	45-50	45-50	40-50	45,8
Удельная ударная вязкость, кгс·см/см 2	4,8	11,3	10,8	13,1	15,3