防辐射环氧聚氨酯涂料的开发

中国的核电站建设现已广泛使用第三代核电技术，这项更先进，更安全的技术对核电涂料支撑体系提出了更严格的要求，即涂料具有一定的装饰性，但它还具有良好的抗辐射性，尤其是核岛反应堆所用涂料的工作环境要求最严格，要求也最高。它需要满足一系列性能指标，例如模拟DBA，抗辐射性和去污性能[1-2]。现有产品主要使用环氧体系，因为双酚环氧树脂的每个分子单元结构都包含两个苯环，较高的键能可以有效地减少辐射对分子结构的破坏[3]例如，中远关西开发了一种胺-固化后的第三代核电用高固体环氧涂料，可以在满足性能要求的同时进一步降低VOC含量并改善施工环境[4]，但经过调查发现，主流胺的脆性相对较大。

市场上的固化的环氧体系将导致它经常在更大的应力处使漆膜开裂，从而降低了漆膜的保护能力并带来更大的潜在核安全隐患。 。为了解决胺固化环氧体系的过度脆性和机械性能差的问题，本文使用异氰酸酯固化剂与环氧树脂结合使用，因为氨基甲酸酯结构可以提高漆膜的韧性，并且每个环氧分子都含有多个羟基，使用多异氰酸酯固化后，交联密度较高[5]，因此以这种方式制得的漆膜具有优异的耐水性和耐热性，同时兼顾了柔韧性，最终获得了筛选配方可以通过107Gy和模拟DBA测试的环氧聚氨酯涂料，具有良好的去污性能，可以满足第三代核电涂料的要求。 1试验部分1.1试验原料环氧树脂：南通星辰；钛白，进口；钛酸钾，云母粉，滑石粉：国内;无机黄：国产；流变助剂，流平助剂，分散助剂，硅烷偶联剂：进口；异氰酸酯：进口；溶剂：国产；聚酰胺固化剂：SY-115。

 1.2配方和涂料制备环氧聚氨酯耐辐射涂料的配方如表1所示。涂料的混合过程如下：添加环氧树脂，混合溶剂，流平助剂，分散助剂和硅烷偶联剂等。以1500r / min的速度进入搅拌容器并搅拌直至均匀；然后加入钛白，无机黄，云母粉，滑石粉，钛酸钾等颜料和填料，将转速调节至2000r / min，搅拌10min直至均匀分散，然后机械加工使物料细化小于50μm;然后加入流变助剂，将转速调节至3000r / min，搅拌10min直至均匀分散。过滤后，获得组分A。根据配方量将异氰酸酯固化剂和溶剂混合并搅拌均匀，过滤后得到组分B。 1.3性能测试标准和方法研制的环氧聚氨酯具有优异的性能，可以满足核电涂料的要求。漆膜根据标准系统板（参考第三代核电漆标准）进行测试。主要项目的测试结果列于表2 [6]。 2结果与讨论2.1固化剂对漆膜性能的影响胺类固化剂可以打开环氧基的三元环，然后发生加成反应，形成空间三维结构，但它们之间的键能原子通常低，热分解活化能低，因此固化的环氧树脂的耐热性相对较差，并且环氧树脂膜脆且韧性差；另外，胺固化剂与环氧树脂分子链的侧链反应。它还含有极性基团，例如羟基，这会影响漆膜的耐水性[7]。表3为E20环氧树脂与聚酰胺固化剂和异氰酸酯固化剂的比较性能比较结果。可以看出，由聚酰胺固化剂形成的漆膜具有较高的附着力，但模拟DBA的性能不如由异氰酸酯固化剂形成的漆膜，主要是因为耐热性和水的差异耐性，特别是耐水性。使用异氰酸酯作为固化剂的漆膜的耐水性比使用聚酰胺固化剂的漆膜的耐水性好得多，因为异氰酸酯固化后体系中羟基等极性键的数量减少了，这可以有效地改善系统的耐热性诸如耐热性和耐水性等特性，从而改善模拟DBA的性能；同时可以看出，使用异氰酸酯作为固化剂的漆膜具有更好的柔韧性，这是因为环氧树脂中的异氰酸酯和羟基交联并固化了氨基甲酸酯。酯结构可以提高漆膜的韧性。 

分子结构不同的固化剂会给漆膜带来不同的性能。芳族固化剂的结构中含有苯环，对核辐射的抵抗力最强。脂肪族固化剂提供的碳链使漆膜具有更好的柔韧性。在该测试中，将二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）和亚甲基二异氰酸酯（HDI）以不同的比例混合，以使漆膜既具有抗辐射性又具有柔韧性。测试结果列于表4中。发现当m（MDI）∶m（HDI）＝ 1∶1时，该涂层具有良好的抗辐射性和机械性能。 2.2树脂对漆膜性能的影响树脂体系是任何涂料中最重要的部分。环氧树脂具有优异的综合性能和优异的抗辐射性。现在，已经测试了由不同类型的环氧树脂形成的环氧聚氨酯漆膜的附着力，耐冲击性，弯曲性和耐化学性。结果示于表5。从表5中可以看出，由环氧树脂E-12和异氰酸酯固化剂形成的涂膜具有最佳的中等耐性，但柔韧性差。这主要是因为在常温下，异氰酸酯固化剂主要是它与羟基而不是环氧基反应，并且E-12具有更长的分子链，因此每个分子上的羟基数量都更多，这导致E-12环氧树脂比其他两种树脂更具优势。交联密度大。更高的交联密度带来更好的耐溶剂性，并降低漆膜的机械性能。相应地，E-44在每个分子链上具有较少的羟基，并且具有较低的交联密度，因此它具有更好的柔韧性，但耐介质性较差。综合考虑，由E-20环氧树脂形成的环氧聚氨酯漆膜具有良好的机械性能和中等电阻性能。 2.3颜料和填料对漆膜性能的影响颜料和填料在耐辐射涂料中非常重要。每种人体颜料和功能性颜料以及颜料与碱的比例对涂层的耐辐射性，耐火性，去污性能和防腐性能都有很大影响。 

值得注意的是，颜料和填料必须对核辐射稳定，并且所得的涂层不应包含钴，镉，锑和锶，它们在核辐射后会转化为放射性元素。同时，根据核电站建设的要求，颜料和填料也应不含卤素和硫元素，以免腐蚀腐蚀结构[8]。另外，在选择颜料和填料时，应注意去污力和耐辐射性之间的平衡，尝试选择对去污力影响很小的耐辐射颜料和填料，并减少耐辐射颜料和填料对涂料的影响。净化性能。 2.3.1钛酸钾对涂膜性能的影响耐辐照性是涂料的关键指标。添加可以吸收辐射的颜料和填料可以在一定程度上保护有机涂层结构并减少分解，从而使涂层保持其原始性能。钛酸钾中的钛原子可以有效吸收辐射并减缓对有机涂层的破坏。同时，化学性质非常稳定，可以改善漆膜的热稳定性，钛酸钾可以在一定程度上替代部分钛白。减少了粉末的量[9]。从表6可以看出，钛随着钾酸含量的增加，涂料的抗辐射性继续提高，但是考虑到去污性能的要求，颜料和填料越少越好，因此钛酸钾含量为10％可以达到更好的效果。 2.3.2云母粉对环氧聚氨酯漆膜性能的影响云母粉具有层状结构并起屏蔽作用。它是一种常用的人体色素。在测试中，它可以有效地减缓高温高压蒸汽条件下漆膜中的水分子。涂料的渗透速度可以达到提高涂料膜模拟DBA性能的效果。表7是不同云母粉含量的环氧聚氨酯漆膜的附着力，耐盐雾性和模拟DBA测试结果。可以看出，漆膜的附着力持续下降，这可能是由于云母粉层状结构之间的力不足引起的。综合抗盐雾性能和模拟DBA测试结果，8％的云母粉含量不仅可以满足性能要求，而且还可以将对去污性能的影响降到最低。 2.4添加剂对漆膜性能的影响不同的添加剂对漆膜的性能影响很大，并且是涂料必不可少的成分。耐辐射涂料必须具有出色的去污性能，并且添加颜料和填料会导致去污性能不同程度地降低。原料，如云母粉和滑石粉；另一方面，可以通过添加亲水性自清洁剂来改善漆膜的去污。大金ZEFFLEGH-701是一种有效的亲水性自洁剂，用于溶剂型涂料。它可以在成膜过程中迅速浮起以形成表面亲水层，从而使水后的污垢易于掉落。表8显示了添加不同浓度的GH-701对去污性能的影响。从该结果可以看出，当亲水性自清洁剂的量为1％时，可以获得更好的结果，并且更多的添加没有得到改善。并可能对其他性能产生不利影响。 3结论通过使用由MDI和HDI混合而成的固化剂，并使用云母粉，滑石粉，钛酸钾和亲水性自洁剂等功能性填充剂以及其他添加剂，可以制备出可承受107Gy辐射的材料。具有良好去污能力的环氧聚氨酯涂料具有优异的综合性能，尤其是良好的机械性能，如抗冲击性和柔韧性，可用于核电站以及其他易受辐射污染的建筑物和设备的内外表面。