一、概述
世界核技術在突飛猛進地開發應用，核電站開工率迅速增加，和平利用核能取得共識。發達國家普遍建立起核電站，我國核技術發展很快，現已建成秦山核電站和大亞灣核電站，正準備建造新的核電站。
核反應堆和核電站中的裝置設施易受鈾等放射性元素的損害和污染，這些場所需用耐核輻射涂料裝飾保護。耐核輻射涂料是指用來保護核裝置和靠近核裝置的鋼鐵、混凝土結構及其他設施的專用涂料。如核反應堆防事故外殼容器的內壁、核工廠及同位素實驗室的地板一（墻壁）、核裝置中的操作設備、輸送冷卻劑的管線、核燃料的貯槽及沸水池等部位的涂裝保護。耐核輻射涂料形成的涂層應能夠耐核輻射、容易去除污染、有優異的耐蝕性、吸收輻射線、防止放射源周圍環境污染等。
暴露在核輻射下的表面可分為A、B兩種類型。A型表面（一級防事故區）是直接暴露在強輻射下的表面，例如反應堆四壁、地板、頂篷、貯室地板、核燃料貯槽、受輻射作用的管道等。B型表面（二級防事故區）是僅暴露在間接輻射下的表面，例如靠近反應堆的場所、實驗室、更衣室、污染物的庫房等。用于兩種類型表面的耐核輻射涂料應滿足如下要求。
①有優異的抗輻射性 涂層的抗輻射性，對一級防事故區極為重要，通常要求涂層在1010mGy（rad）的輻射劑量下保持穩定，涂層仍有致密的結構，無任何損傷。
②涂層被污染后易去污 放射性物質的污染有害生態環境和工作人員的身體健康，尤其是核裂變產生的同位素，它們的半衰期特別長，隱患更大。應及時采用去污染劑清除污染物，此時涂層表面上的污染物應易于除掉并保持涂層結構完整性。
③涂層的防腐蝕性好在核電站中，經常碰到各種腐蝕性氣體和液體，如氯、氟、氧化氮、硝酸、硫酸、氫氟酸和檸檬酸等腐蝕性介質。要求涂層對上述介質有優異的抵抗能力。
④其他性能涂層應具有足夠的耐熱性、電氣絕緣性，在使用期間不應出現起泡、剝落、龜裂等，保持正常的防護功能。
耐輻射涂料可以是有機涂料，也可以是無機涂料。采用有機涂料與無機涂料相結合的配套系統，其防護效果很好。如無機富鋅底漆不易脫落，同時對金屬底材起著陰極保護作用，而有機面漆的耐輻射性及去污染性優越。
二、耐核輻射涂料的組成及制備
1.涂料的組成
（1）基料基料是耐核輻射涂料的主要成膜物質。對于核電站所用的涂料，一般要求涂層至少能耐1010mGy的輻射劑量。試驗證明，在聚合物結構的主鏈或支鏈上帶有芳香環時，其耐輻射性好，由核輻射引起的聚合物降解輕微。不帶芳香環的聚合物，如聚氯乙烯、聚四氟乙烯和聚甲基丙烯酸酯等，在核輻射作用下是不穩定的。表7-82列出涂料耐輻射的最大劑量，證實含有芳香環的二苯基硅氧烷、環氧酚醛樹脂、環氧酯、聚苯乙烯和酚醛樹脂為基料制得的涂料，具有最佳的耐輻射性能。
 環氧樹脂為基料制得的涂料形成的涂層平滑，理論交聯度為100%的環氧樹脂涂層，耐輻射性特別好，當輻射劑量為1010mGy時，涂層表面光澤仍然很好，去污染性優良。用胺固化的較高分子環氧樹脂涂料比有機硅涂料和聚氨酯涂料具有更優異的去污染性能。
而聚氨酯涂料的去污染效果比環氧酯涂料高1000倍，同時聚氨酯樹脂、環氧樹脂、環氧-酚醛、環氧聚酯等都有良好的電氣絕緣性。
總之，核電站的不同防事故區及不同場所，可采用由不同種基料制作的耐核輻射涂料。因此，可供選用的基料品種有環氧樹脂、環氧酚醛樹脂、酚醛樹脂、環氧酯樹脂、苯基有機硅樹脂、聚氨酯樹脂、三聚氰胺甲醛樹脂、含氟樹脂、呋喃樹脂和氯化橡膠等。
（2）顏填料顏填料是耐輻射涂料中起重婁作用的組分。顏填料對涂層的耐輻射性、去污染性、耐蝕性均有影響。在選用顏填料時必須注意，制成的涂料中不應含經核輻射后會轉變成具有放射性的元素，屬于這類元素有鈷、鎘、銻和鍶等?？捎糜谀秃溯椛渫苛系脑赜锈仭U、鉻、鈣、鎂、鋇、鐵、鋅、硅和鋁等。有機化合物中的氧、硫和氫等也對耐核輻射涂料起不利作用。一般情況下，顏填料會使涂層的去污性能下降，若在涂料中加入適量的鈦白、石墨、氧化鉻、滑石粉、含鉛（鐵）顏料等，會保證涂層的去污性能、增加抗輻射能力。但鋁粉、氧化鋅、碳酸鈣和云母粉會損害涂層的去污性能。值得注意的是，將云母粉與聚有機硅氧烷組成涂料時，制得的涂層能耐1011mGy的輻射劑量，其電氣絕緣性優異。當環氧樹脂涂料中加有玻璃纖維及其他填料后，可用于水泥和碳鋼制造的核輻射沸水池。
可供耐核輻射涂料選用的顏填料有鈦白、石墨、氧化鉻、鋇鹽、滑石粉、云母粉、高嶺土、石棉、玻璃纖維等。
（3）固化劑環氧樹脂涂料固化劑是涂料中不可缺少的組分。酸酐固化的環氧涂料耐氧化氮很好；以聚酰胺為固化劑制成的無溶劑環氧涂料用于核電站防護時，具有很突出的絕緣性；胺固化的環氧涂料已成功用于核反應裝置系統。
①用于無（少）溶劑型環氧涂料的固化劑 在設計無溶劑或少溶劑型環氧耐核輻射涂料配方時，可選用低分子聚酰胺、脂肪胺加成物、甲基四氫苯酐、甲基六氫苯酐、酮亞胺化合物和改性的IPDA等固化劑。
②用于溶劑型環氧涂料的固化劑在設計溶劑型環氧耐核輻射涂料配方時，可選用DDM的加成物、T31固化劑、環氧化物改性聚酰胺、催干劑、氨基樹脂、聚酯樹脂和酚醛樹脂等固化劑。
（4）溶劑及助劑 環氧樹脂涂料采用醇類、醇醚類、芳烴類和酯酮的混合體作為溶劑。
常用的助劑品種如下：
DMP-30、四甲基胍、芐基二甲胺、三乙烯二胺、水楊酸、烷基酚和金屬羧酸鹽等作固化促進劑；鄰苯二甲酸二辛酯和柔性鏈聚合物等作增韌劑；乙酸乙烯共聚物的銨鹽等作分散潤濕劑；有機膨潤土、氣相二氧化硅和氫化蓖麻油等作防沉劑；硅氧烷偶聯劑和鈦酸酯偶聯劑等作附著力增加劑及顏填料表面處理劑。
2.涂料的制備
（1）耐核輻射涂料參考配方（見表7-83）。
 （2）制備工藝
①主劑 將雙酚a型環氧樹脂、改性樹脂和混合溶劑加入調漆罐內，攪拌溶解；在攪拌下依次加入填料、顏料、觸變劑和助劑，充分攪均勻；放置16h后，在三輥機上研磨至細度≤35μm，包裝備用。
②改性聚酰胺將聚酰胺與部分溶劑加入反應釜，攪拌升溫，在80～85℃下滴加環氧化物，加完后再保溫1h，冷卻、出料，得到改性聚酰胺。
三、耐核輻射涂料的性能及應用
1.涂料性能
（1）耐輻射性 有機聚合物在高能射線作用下，其分子結構可能會發生變化，例如產生降解、新基團形成等。而以環氧樹脂或改性環氧樹脂為基料，加入適合的顏填料和助劑等組成的耐核輻射涂料，由于涂層結構中含有芳香環、有效交聯密度（ρ）較大，經高輻射劑量輻射后，引起輕微降解，涂層結構穩定、完整，呈現優異的耐輻射性。
（2）去污染性 采用去污染因子（DF）、去污百分率（A）和除污率（DI）表示涂層的去污染性。
 當DF=20時，A為95%，即去除95%的污染物；當DF=100時，A為99%，即去除99%的污染物。
DI=lgDF
除污率大則表示耐輻射涂層的去污染性好。環氧涂層和環氧酚醛涂層的DF值可以達到100，所以去污染性突出。
（3）耐蝕性及化學藥品性環氧耐輻射涂層具有優良的耐蝕性和耐化學藥品性。例如核工廠使用的環氧面漆涂層具有好的耐化學藥品性、耐沸水性及抗介質滲透性。在核反應堆防事故外殼的內壁，吸收核反應釋放出來的放射性碘（I131）蒸氣、甲基碘和碘化氫等；核反應堆爐室內充滿污染氣體，爐壁為透氣性的水泥結構，必須防止污染氣體滲透擴散出來。環氧涂料能形成致密性好且耐腐蝕的涂層，完全滿足上述使用環境的要求。
（4）電絕緣性在核電站中，要求涂層在滿足耐輻射性、耐蝕性、去污染性前提下仍具有很好的電絕緣性。含有特殊填料的環氧涂料、由石棉和云母制成的環氧聚酯涂料、聚酰胺固化的無溶劑環氧涂料、環氧樹脂浸漬的玻璃布等都可達到實用要求。
2.涂料應用在一級和二級防事故區內的混凝土構件表面的封閉和保護，多數采用環氧涂料和改性酚醛涂料，先用無空氣噴涂一道12～25μm的薄涂膜接著涂一道150μm的厚涂層，得到表面平整光滑、柔韌性好、附著力強、易去污染的耐輻射涂層。
在核反應裝置的地面和工作室，采用環氧涂料實施防護。底漆為胺固化的環氧紅丹涂料，涂在噴砂處理后的鋼鐵表面上；面漆為環氧厚漿涂料或改性環氧涂料。涂層在鋼鐵表面上的總厚度為410μm，在混凝土上的總厚度為580μm。環氧耐核輻射涂料也可噴（或刷）涂在鐵、鋼、鍍鋅鐵和混凝土等表面上，用于墻壁和核裝置的操作設備等部位。
核反應堆的去污染部位，如混凝土表面及混凝土槽內襯里等受放射性污染部位，除了涂覆專用環氧涂料外，還加涂一層可剝性的乙烯類涂料。涂層被放射性污染后可將可剝性涂層除去，再予以重涂。核電站的貯槽內壁，可先噴涂含有細砂的環氧灰泥，再涂環氧厚漿涂料（涂層內有加襯的玻璃布），最后加涂面漆，形成表面光滑、耐磨性、耐沖擊性和去污染性都很好的耐核輻射涂層。若涂層外不涂覆可剝性涂料，可采用去污劑方法除去污染?？蛇x用的去污劑有溶液型或膠體型洗滌劑、多價離子濃溶液、強酸液、非離子型多磷酸鹽（pH=9.5）和陰離子型檸檬酸鹽（pH=3.0）。去污劑溶液能有效地去除放射性污染物，而且酸和偏磷酸鹽能使許多放射性元素變成水溶性物質。一種典型的去污劑由50%草酸、35%六偏磷酸鈉和15%其他物質組成，使用時配成1%的水溶液。
核電站的防腐蝕涂料，普遍應用無機富鋅底漆/酚醛或環氧面漆的配套系統。對水泥和碳鋼表面涂覆由玻璃纖維和含鋁填料組成的環氧涂料，涂層厚度為150μm，用于輻射劑量為1010mGy的沸水池、核反應堆的水泥屏蔽墻和防事故墻。當涂層厚度達到750μm時?？山鉀Q某些部位的防滲透問題。
另外，為確保核電站正常運行，有些部位應涂覆一種能測定輻射劑量的功能性涂料。當輻射劑量達到一定程度時，涂層會變色。美國已生產出一種會變成紅色的功能性涂料，這對泄漏和污染監測具有實際意義。
3.民用防輻射涂料人們有80%的時間是在建筑物內度過的，放射性是影響室內環境的重要因子。對于通風條件差的地下旅館、地下餐廳、長期關門窗的房間及用放射性鐳-226含量較高的建材建造房屋時，都會產生較高的放射性。特別是鐳-226衰變形成氡-226。被人體吸收后，會對支氣管、上皮組織和肺部造成內輻射，長期受到高濃度氡照射的生物可能致癌。因此，對建筑物室內氡的防護引起國內外的重視，成為開發研究的熱點。中國建筑材料科學研究院房建所開發成功具有防護與裝飾性的TH92防輻射涂料，可屏蔽90%以上的氡射線輻射，呈現良好的防氡效果，并具有一定的防γ射線能力。 環氧樹脂 - www.ytfilter.com -(責任編輯：admin) |