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耐核輻射涂料技術(shù)探討
最近人們是“談核色變”，日本福島核電站核污染水排海事件已經(jīng)上了熱搜。據(jù)媒體報(bào)道，當(dāng)?shù)貢r(shí)間10月26日，日本東京電力公司稱，福島核電站第三批核污水將從11月2日開始排放。盡管排海決定遭到日本國內(nèi)外強(qiáng)烈反對，日本政府和東京電力公司仍于8月24日啟動了核污染水的排海。首輪排海于9月11日結(jié)束；10月5日至10月23日，福島核電站啟動第二批排污入海。目前，兩輪排放量已累計(jì)超過1.5萬噸。東電表示，如果排放設(shè)備和氣象條件都允許，將按計(jì)劃于11月2日至11月20日期間進(jìn)行排放，第三批排放量與前兩次相同，約為7800噸。根據(jù)東電計(jì)劃，在截至明年3月底的2023財(cái)年內(nèi)分四次排放3.12萬噸核污水。要將現(xiàn)存核污水全部排完，需要至少30年時(shí)間。
如此規(guī)模量的核污水排海，將直接威脅到海洋生物和大眾的健康安全，甚至是致命性的危害。因此，日本福島核電站核污水排海遭到包括我國在內(nèi)的近海洋國家的強(qiáng)烈譴責(zé)，并且采取有效的預(yù)防措施，例如不進(jìn)口輻射區(qū)域海產(chǎn)品或者食用受到輻射污染的海產(chǎn)品，對船舶及海洋設(shè)施進(jìn)行防輻射保護(hù)。其中防輻射保護(hù)最簡單有效的方法就是涂刷防輻射涂料，這種方法已經(jīng)在在核電站大量應(yīng)用，并且取得很好的效果。
核電站許多的混凝土建筑物及不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)施都需要采取防核輻射涂料進(jìn)行隔離保護(hù)，因?yàn)榛炷炼嗫仔螒B(tài)更容易吸附放射性灰塵會形成永久性放射源，鋼結(jié)構(gòu)或者不銹鋼結(jié)構(gòu)表面也會附著放射源，對核電站工作人員及維修人員造成放射性損傷。鑒于核輻射環(huán)境的特殊性，對防輻射涂料的性能要求也與普通的涂料也不一樣，除了耐核輻射還要容易去污，一些特殊部位還必須具有耐化學(xué)腐蝕的要求。核輻射會加速涂料漆膜老化發(fā)脆開裂等現(xiàn)象，耐核輻射涂料必須在高輻射環(huán)境下不發(fā)生明顯變化，如膨脹、收縮、脫落、裂紋、起泡、分層、粉化現(xiàn)象；但是允許變色；另外耐核輻射涂料具有良好的去污效果，就是涂層表面受到核污染物附著后能夠被徹底消除或者減少到非常低劑量的程度，以免核輻射污染物對核電站工作人員造成傷害。
耐核輻射涂料性能是通過吸收輻射劑量來表示的，耐輻射性能一般用拉德（rad）來計(jì)量，拉德也叫吸收劑量即1克物質(zhì)吸收100爾格（erg）的輻射能，就是1拉德。對于核電站所用的涂料，要求至少能夠耐109rad的劑量，研究人員發(fā)現(xiàn)當(dāng)聚合物結(jié)構(gòu)中含有芳香環(huán)時(shí)，可以降低輻射的降解作用，特別是在主鏈上接有芳環(huán)側(cè)基的聚合物可以大大提高其抗輻射的性能；而不帶有芳香環(huán)的聚合物在核輻射的作用下是不穩(wěn)定的，另外一些顏料的添加也利于涂料對于核輻射的吸收如一些穩(wěn)定性好的元素化合物鈦、鉛、鋇、鎂、鈣、鐵、鋅等。礦物填料可以顯著提高涂料的耐核輻射的性能，石墨是最好的一種，石棉，云母，滑石粉和玻璃纖維都很有效，因?yàn)橛袡C(jī)顏料在核輻射作用下會降解，所以盡量選擇無機(jī)顏料來調(diào)色。雖然這些顏料能夠抗核輻射；但是也會影響涂料去污性能（顏料粒徑越細(xì)越致密，表面就越光滑，就越容易去污）如鋁粉，氧化鋅，云母粉等。目前核工業(yè)涂料使用到的抗核輻射涂料樹脂有環(huán)氧樹脂，酚醛樹脂，氯化橡膠，醇酸樹脂，氯乙烯樹脂等，聚酰胺固化的環(huán)氧和聚氨酯也可以用于抗輻射區(qū)域。究竟哪些耐核輻射涂料好？各個(gè)國家和使用者看法不一樣，美國認(rèn)為是酚醛，脲醛和聚氰胺甲醛涂料，其次是聚酯，醇酸和催化型環(huán)氧涂料；前蘇聯(lián)認(rèn)為最好的是環(huán)氧和有機(jī)硅涂料，其次是聚氨酯，以對苯二甲酸的聚酯，乙烯和聚乙烯涂料，而丙烯酸酯和含氟樹脂較差；德國認(rèn)為環(huán)氧樹脂涂料最好，其次就是聚氨酯；也有認(rèn)為氯化橡膠涂料最好，還有認(rèn)為醇酸和醇酸有機(jī)硅涂料最好。
耐核輻射涂料去污性能方面，前蘇聯(lián)研究結(jié)果表明，以干性油為基料的涂料去污性能最差，苯乙烯改性醇酸涂料稍好一些，環(huán)氧，含氟聚合物涂料和苯乙烯為基料的涂料最抗污染，去污性能最好。高度氯化的乙烯樹脂涂料，聚氨酯涂料和有機(jī)硅涂料去污性能不如環(huán)氧樹脂涂料。美國和英國的核電站多用氯化橡膠涂料，一致認(rèn)為去污能力好，美國的聚氨酯涂料和環(huán)氧涂料在地板及墻壁和核裝置的操作設(shè)備使用很多。意大利研究者認(rèn)為聚氨酯涂料去污效果比環(huán)氧酯高一千倍，加拿大，核反應(yīng)堆需要去污的地方，如混凝土表面和混凝土槽內(nèi)部襯里，主要使用環(huán)氧樹脂涂料。德國用揮發(fā)溫度在130℃左右的丙烯酸樹脂涂料，噴涂于被保護(hù)表面，形成保護(hù)層具有很好的抗污性能。
核輻射環(huán)境里面，經(jīng)常會有各種各樣的腐蝕性氣體和液體，最常見的腐蝕介質(zhì)就是氧化氮和硝酸，美國研究結(jié)果表明酸酐固化環(huán)氧樹脂涂料和丁基橡膠涂料能夠很好的耐氧化氮，防腐涂層結(jié)構(gòu)常用無機(jī)鋅底漆/特制的乙烯，酚醛或者環(huán)氧面漆涂層，劑量為109rad的沸水池，其水泥和碳鋼表面涂覆的是加有玻璃纖維和鋁填料的環(huán)氧涂料，涂層厚度為150μm，為解決防滲問題可以增加涂層厚度達(dá)到750μm，當(dāng)然表面處理很關(guān)鍵。其他如意大利核電站大部分使用無溶劑環(huán)氧和聚氨酯厚涂層作為防腐層，效果也非常好。
上文涉及的耐核輻射涂料，在耐輻射，防腐蝕及耐污性能方面具有各自的特點(diǎn)，如果使其發(fā)揮最佳的效果，除了自身優(yōu)良的性能外，在施工方面也不容忽視。常言道“三分材料七分施工”在耐核輻射涂料體現(xiàn)的更加深刻，施工質(zhì)量決定了耐輻射涂層的性能和使用壽命，這對于核電站來說是非常關(guān)鍵的，在核電站運(yùn)行過程中涂層重新施工非常困難。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，涂層使用壽命受到三種因素的影響，即表面處理占60%，施工占25%，涂料質(zhì)量占15%。核電站表面處理主要就是混凝土表面處理和鋼鐵表面處理，混凝土表面處理要求其含水率<6%，所有坑洼不平提前用環(huán)氧砂漿填充找平，使用專用混凝土打磨機(jī)進(jìn)行打磨，去除混凝土表面的浮漿雜質(zhì)及污染物，如果油污較重必須進(jìn)行高壓水或者蒸汽沖洗吹掃，確保混凝土基面的密實(shí)，平整及潔凈。鋼鐵表面處理時(shí)按照GB8923規(guī)定的除銹等級要求進(jìn)行，施工時(shí)相對濕度必須<85%，環(huán)境溫度>5℃，粗糙度符合設(shè)計(jì)要求（通常為漆膜厚度的1/3），底漆必須在4小時(shí)之內(nèi)完成。耐輻射涂料涂裝時(shí)，環(huán)境溫度在5-35℃，相對濕度<85%，，鋼鐵基面溫度必須高于露點(diǎn)3℃以上，根據(jù)底漆面漆配套要求，刷涂，噴涂皆可以，保持漆膜厚度均勻一致，十字交叉涂裝，按照設(shè)計(jì)規(guī)定干燥后檢查漆膜厚度和致密性能及附著力，合格后7天后才可以投入使用，凡是不合格的涂層必須返工重新涂裝，直至符合設(shè)計(jì)規(guī)定要求。耐輻射涂料涂層除了耐老化性能，防腐性能，裝飾性能外，還必須對其耐輻照性能和去污性能進(jìn)行有效的檢測及Loca試驗(yàn)。通過核電站大量的耐輻射涂料施工案例表明：只有控制好基層表面處理和涂裝質(zhì)量才能充分發(fā)揮耐輻射涂料的使用壽命，當(dāng)然最關(guān)鍵的是涂料本身的各種理化性能及特種的耐輻性能必須保證。
隨著福島核電站核污染水排海事件的不斷升溫，人們已經(jīng)對核輻射污染越來越關(guān)注和重視。除了呼吁抵制其不道德的行為及外交斡旋干預(yù)外，公眾關(guān)心重點(diǎn)開始轉(zhuǎn)向?qū)溯椛涞姆雷o(hù)，作為功能型特種涂料耐輻射涂料也被推到風(fēng)尖浪口。世界各地對耐核輻射涂料的研發(fā)不斷深入，如火如荼，以適應(yīng)海洋船舶，設(shè)施及海工結(jié)構(gòu)對耐輻射涂料的需求，保護(hù)其表面不受核污染的危害，諸如海洋鉆井平臺，海上風(fēng)電，海洋養(yǎng)殖，燈塔浮標(biāo)等，其表面涂裝耐輻射涂料后就可以吸收核輻射污染因子或者能夠容易的清理掉，確保維護(hù)工作人員的生命健康安全和涂層自身的防護(hù)效果。作為核電涂料的重要組成部分耐輻射涂料未來方向朝著智能化，高端化，國際化發(fā)展。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)近年來，隨著環(huán)保意識的增強(qiáng)和對可再生能源及安全保護(hù)需求增加，特別是福島核污染水排海對健康安全的威脅影響，核電涂料將會迎來廣闊的市場前景。2022年中國核電涂料行業(yè)市場規(guī)模10.35億元，預(yù)計(jì)2023年核電涂料行業(yè)市場規(guī)模將突破11億元。筆者也期待國內(nèi)涂料生產(chǎn)企業(yè)能夠緊跟形勢，在核電涂料特別是耐輻射涂料行業(yè)能夠突破技術(shù)壁壘，打破國外核心技術(shù)壟斷，智造出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能耐輻射涂料，向世界核電涂料的技術(shù)前沿陣地邁進(jìn)。
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