Спосіб формування захисного локалізуючого покриття

1. Спосіб формування захисного локалізуючого покриття на силікатному пористому утворенні, забрудненому радіонуклідами, який включає нанесення на доступну обробці частину його поверхні шара кремнійорганічних сполук, здатних полімеризуватися, і який відрізняється тим, що спочатку утворення просочують суміш'ю, яка створить внут 30982 розпаду радіонуклідів, знаходяться під дією електростатичних сил взаємного відштовхування, що прискорює процес деструкції матеріалу утворення і за рахунок цього збільшується кількість радіоактивного пилу. В основу винаходу покладена задача створити спосіб формування локалізуючого покриття на силікатному пористому утворенні, забрудненому радіонуклідами, яке дозволить зменшити кількість радіонуклідів, що вимиваються з утворення водою, яка потрапляє до нього, і виноситься з його поверхні повітряними потоками, має збільшену радіаційну стійкість і сприяє сповільненню процесу руйнування матеріалу утворення. Технічний результат досягається тим, що пропонований спосіб містить нову сукупність суттєвих ознак, а саме: спільну з прототипом ознаку-нанесення на доступну для обробки поверхню утворення кремнійорганічної сполуки, що полімеризується; ознак, що відрізняються від прототипа, спосіб, доповнений тим, що попередньо просочують утворення гідрофобізатором, який складається з суміші силанів, що містять етоксі-групи, і низькомолекулярних поліорганосилоксанів, що містять гідрідсилильні групи, в молярному співвідношенні від 1:3 до 1:1. Об'єм гідрофобізатора не більше як rV, де r и V - доступна пористість і об'єм забрудненої радіонуклідами частини утворення. Потім на поверхню утворення наносять зовнішній шар, завтовшки більше зведеного радіуса часток радіоактивного пилу на поверхні. Цей шар складається з фенілвміщуючої полісилоксанової смоли, поліметілфенілсилоксанової рідини (ПМФСР) і алюмінієвого наповнювача з ваговим співвідношенням інгредієнтів в інтервалі (79-89):(5-15):(5,7-6,3) відповідно. Зовнішній шар наносять після витримання внутрішнього шару в природних умовах при температурі вище 15°С не менше двох тижнів. Згідно з винаходом, вимивання радіонуклідів з утворення буде знижено завдяки скороченню кількості води, яка проникне з усіх боків у середину забрудненої радіонуклідами частини об’єму утворення. Це скорочення відбудеться за рахунок важкопроникного для води сформованого внутрішнього шару покриття. Суміш силанів, що вміщують етоксі-групи, з низькомолекулярними силоксанами (компонентами для внутрішнього шару) має здатність глибоко проникати у відкриті пори і тріщини силікатних матеріалів завдяки змочуванню єю цього матеріалу і низької в'язкості її. Під дією вологи повітря відбувається гідроліз етоксі-груп в силанах і гідрідсилильних гр уп у силоксанах зі створенням силанольних гр уп. В результаті реакції з гідроксильними групами на силікатній поверхні утворення молекули силанів міцно закріплюються на ній, і одночасно, в результаті конденсації на силанах силоксанів суміші, створюється стійка плівка з сильною адгезією до поверхні. Гідрофобність створюється алкільними радикалами силоксанів, що використовуються в суміші. При цьому, гідрофобних властивостей набуває як зовнішня поверхня утворення, так і поверхня відкритих пор його, внаслідок чого утр уднюється проникнення води у глиб об'єму утворення. Таким чином, сформований внутрішній шар покриття знижує водопроникність забрудненої радіонуклідами частини утворення при контакті його з водою не тільки зверху, а також з боків і знизу. Важкопроникною для води стає також частина утворення, недоступна для прямого нанесення на неї гідрофобізуючої суміші, завдяки тому, що на доступну обробці частину поверхні утворення нанесено такий об'єм суміші, який забезпечує гідрофобізацію поверхні всіх доступних пор в забрудненій радіонуклідами частині об'єму утворення. Максимальна кількість гідрофобізуючої суміші дорівнює rV, тобто сумарному об'єму пор в забрудненій частині об'єму утворення (однак, в більшості випадків, достатньо значно меншої кількості, бо для формування гідрофобної поверхні достатньо дуже тонкого, молекулярного, шару гідрофобізатора). Діапазон співвідношення силанів і силоксанів в гідрофобізуючій суміші обумовлюється інтервалом числа конкуруючих зв'язків молекул силана: з одного боку з існуючими групами ОН на силікат ній поверхні, а з іншого-з молекулами силоксанів зі складу суміші, і складає 1-3. Додатковою перешкодою вимиванню радіонуклідів з утворення крізь частину поверхні, доступну для нанесення речовин, є зовнішній водонепроникний полімерний шар покриття. Його наносять після витримання внутрішнього шару в природних умовах при температурі вище і 5°С на протязі не менше двох тижнів - часу, потрібного для завершення хімічних процесів формування гідрофобної поверхні внутрішнього шару. Молекули, які входять до складу суміші для зовнішнього шару, з'єднуються з молекулами внутрішнього шару шляхом конденсації з участю силанольних груп в молекулах обох шарів і виділенням води. Одночасно відбувається соконденсація молекул, які входять до складу зовнішнього шару. Формується він на основі полісилоксанової смоли. Додаток поліметілфенілсилоксанової рідини в кількості 5% вагових і більше призводить до уповільнення процесу полімеризації смоли, бо утруднює контакт реакційноздатних радикалів її молекул, и тому надає покриттю здатність на протязі тривалого часу зберігати липкість. Верхня межа обумовлена тим, що при концентрації ПМФСР ви ще 15% утворюється суміш гелеподібної текучої консистенції, яка не в змозі утриматися на силікатній по верхні. Алюмінієвий наповнювач береться в кількості, звичайній при виготовленні силіконових емалей на основі лаків з поліорганосилоксанової смоли. Виніс радіоактивного пилу з утворення повітряними потоками згідно з винаходом буде знижено завдяки тому, що 1) підвищена радіаційна стійкість покриття, в результаті чого скорочується вихід пилу з поверхні утворення крізь радіаційні дефекти покриття, 2) знижено швидкість генерації пилу на поверхні, 3) товщина покриття забезпечує утримання часток пилу навіть у випадку їх відриву від силікатної маси. Пил, який є на поверхні утворення до нанесення покриття, буде зв'язаний покриттям і закріплений на ньому. Частки пилу, які виникають на поверхні утворення в результаті його спонтанного руйнування вже після формування покриття, також не можуть бути винесені повітряними потоками, бо будуть знаходиться під покриттям. Частки пилу, які 2 30982 попадають на покриття із зовні, будуть утримуватися на його зовнішньому липкому шарі. Підвищена радіаційна стійкість покриття досягається завдяки фенільним радикалам в полімерних ланцюгах його зовнішнього шару, введенню ПМФСР як пластифікатора і стандартного алюмінієвого наповнювача з лущатою формою часток. Відомо, що полімерні покриття, яки вміщують фенільні групи, мають підвищену радіаційну стій кість. Радіаційностійкі пластифікатори і спеціально виготовлені наповнювачі лущатої форми знижують внутрішню напругу в покритті і уповільнюють дефектоутворення в процесі його радіаційного старіння. Уповільнення процесу руйнування утворення після сформування на ньому покриття досягається по-перше, внаслідок скорочення надходження води в середину утворення, бо вода є найбільш важливим фактором руйнування пористих силікатних матеріалів. По-друге, висока електропровідність зовнішнього шару покриття, що обумовлена присутністю в ньому алюмінієвого наповнювача, перешкоджує локальному накопиченню електричного заряду, який виникає в результаті розпаду радіонуклідів в поверхневому шарі утворення при виносі заряджених продуктів розпаду. Це зменшує імовірність відриву пилевих часток від поверхні утворення під дією електростатичних сил. Приклад. Попередньо, до нанесення покриття, модельний матеріал, кварцовий пісок із середнім розміром часток 100 мкм, був просочений водним розчином СsСІ, вміщуючим радіоактивний ізотоп 137Сs, і висушений. Питома активність піску була 95±4 Бк/см 3. Частина піску з активності 450± ±30 Бк, була залита на 24 години дистильованою водою, об'ємом 10 мл. Активність води, яка була пропущена крізь фільтр з розмірами пор 1-2,5 мкм, дорівнювала 360±40 Бк. Це означає, що біля 80% 137Cs "вимилося" з піску. На забруднений, таким чином, радіонуклідами пісок була нанесе на гідрофобізуюча суміш з розрахунку 0,095 мл суміші на 1 см 3 піску (об'єм вільного простору між частками піску дорівнював приблизно 0,33 мл на 1 см 3). Суміш складалася з силанів, вміщуючи х етоксі-групи, і низькомолекулярних поліалкілсилоксанів, вміщуючи х гідрідсилильні групи, в молярному співвідношенні 1:2. Через 2 тижні витримання при температурі 22°С просоченого гідрофобізатором піску загальною активності 2100 Бк було встановлено, що він став водонепроникним при надлишковому тиску води до 260 мм вод. стовпа, а активність води, яка знаходилася 24 години в контакті з цим піском, не перевищила 5±1% від зв’язаної піском активності. На поверхню такого, забрудненого 137Cs піска, витриманого 2 тижні після нанесення гідрофобізатора, був нанесений методом безповітряного роз пилення зовнішній шар завтовшки 110±20 мкм, який являв собою суміш 84% поліметілфенілсилоксанової смоли у вигляді 57-процентного розчину її в толуолі, 10% поліметілфенілсилоксанової рідини і 6% алюмінієвого наповнювача марки ПАП-2. Через 3 доби витримання при кімнатній температурі покриття перетворилося у в'язку клейку масу. Встановлено, що при 24-годинному контакті з водою, яка знаходиться під тиском 1000 мм вод. стовпа, крізь цей (зовнішній) шар вода не проникла. Питомий електричний опір зовнішнього шару покриття дорівнював 11±2 кОм·м, що на 7-8 порядків менше опору силікатних матеріалів (кварцу, скла, ситалів) і на порядок менше питомого опору води. При разовому насипанні кварцового піску зазначеної дисперсності на зовнішній шар покриття частина його прилипла до поверхні. Після обдуву цієї поверхні повітряним потоком із швидкістю 5 м/с на ній залишилося 115±7 г/м 2 піска. Зразки гідрофобізованого піску з нанесеним покриттям були опромінені гама-квантами на кобальтовій установці МРХ-гама-25м до інтегральної дози 1 МГр (це відповідає приблизно 10-річній дозі, що формується рідкоіонізуючим випромінюванням на поверхні лави в аварійному реакторі ЧАЕС). Характерних ознак радіаційного руйнування покриттів (плями, пузирі, вспучення, сітка тріщин і зморщок, відшарування і лущення) не було знайдено. Водопроникність піску, просоченого гідрофобізуючою сумішшю, яка визначалася за тестом утриманого надлишкового тиску води, достовірно не відрізнялася від початкової. Оцінка адгезії зовнішнього шару до кварцової поверхні, здійснювана методом ґраткових надрізів, показала, що після опромінення гама-квантами дозою 1 МГр адгезія практично не змінилася залишившись на рівні 1 балу. Утримання прилиплого кварцового піску на покритті після обдуву тим же потоком зменшилося до 70±7 г/м 2. Межовий кут змочування водою силікатних поверхонь, оброблених гідрофобізуючою речовиною, дорівнював 91-94° і після гама-опромінення дозою 1 МГр залишився у тих же межах. Вимивання радіонуклідів з опромінених зразків, оброблених гідрофобізатором, як і до поромінення, не перевищувало 5±1% внесеної в них активності. Питомий електричний опір зовнішнього шару після опромінення лишився на попередньому рівні. Таким чином, винахід, що пропоновано, дозволяє сформувати радіаційностійке локалізуюче покриття, придатне для використання в умовах високих полів іонізуючого випромінювання. 3 30982 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4