一种用于核燃料棒表面临时性防护涂层及其制备方法

技术领域

本发明属于精细化工技术领域，涉及一种临时性防护涂料，特别涉及一种用于核燃料棒表面临时性防护涂层及其制备方法。

背景技术

核燃料组件是由一组由燃料棒和其他构件组成的堆内释热部件。其中核燃料棒用锆合金管做包壳，长4米。然而，核燃料棒在组装的过程中极易于定位格架中的弹簧片和凸起发生刮擦，损伤核燃料棒表面，引发难以预料的核事故。比如在2010年5月，大亚湾核电站监测发现，一回路冷却水放射性碘核素和放射性气体轻微上升，经中电(香港中华电力有限公司)发言人证实，大亚湾核电站二号机组反应堆的一根燃料棒因质量问题出现小洞造成泄漏，使反应堆冷却水的放射性碘核素和放射性气体均上升。由此看出核燃料棒作为反应堆堆芯放射性的第一道屏障，对核安全有着重中之重的意义。因此目前需要制备出一种临时性防护涂层，在组装过程防止核燃料棒刮擦受损，组装结束后用水可完全溶解涂层并且水溶液中不存在絮状物，助力实现核燃料棒在安装过程表面无损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核燃料棒表面临时性防护涂层及其制备方法，该涂层具有优异的耐刮擦性能，可以使得核燃料棒表面在组装过程中最大限度防止与定位格架上的弹簧片和凸起直接接触，以达到“零破损”目标。在组装结束后用水可完全溶解。

为达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供一种用于核燃料棒表面临时性防护涂层，包括以下原料：丙烯酸-2-乙基己酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸、乳化剂、引发剂、缓冲剂、无机填料和中和剂。

进一步优选，所述各原料的重量分别为：丙烯酸-2-乙基己酯65g-70g、甲基丙烯酸甲酯106g-110g、丙烯酸3.2g-4g、乳化剂5.4g-7.2g、引发剂0.9g-1.2g、缓冲剂0.8-1.2g、无机填料0.1g-0.2g、中和剂80g-95g。

进一步优选，所述乳化剂为烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)和十二烷基硫酸钠复配而成。

进一步优选，所述引发剂为过硫酸铵。

进一步优选，所述缓冲剂为碳酸氢钠。

进一步优选，所述无机填料为改性后的石英砂。

进一步优选，所述中和剂为氨水和二甲基乙醇胺。

本发明提供一种用于核燃料棒表面临时性防护涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)在三口烧瓶(预乳化釜)内按配方加入1.2g-1.6g烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)，2.4g-3g十二烷基硫酸钠，0.6-0.8g过硫酸铵，115g-130g去离子水，装上机械搅拌器，开动搅拌器在300rpm机械搅拌条件下，使之完全溶解。

(2)在持续搅拌的预乳化釜内以此加入65g-70g丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)，106g-110g甲基丙烯酸甲酯(MMA)、3.2g-4g丙烯酸，搅拌乳化30min-40min得到单体的预乳化液。

(3)向四口烧瓶中以此加入0.6g-1g烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)，1.2g-1.6g十二烷基硫酸钠，0.8-1.2g碳酸氢钠，160g-220g去离子水，装上机械搅拌器、温度计、冷凝管、恒压滴液漏斗，开动搅拌使之溶解并置于60℃-70℃水浴中。

(4)称取制备好的单体预乳化液15g-30g并加入到四口烧瓶内，将剩余的单体预乳化液装入恒压滴液漏斗，称取0.3g-0.4g的过硫酸铵并溶于8g-12g的去离子水中，缓慢加入到四口烧瓶内，同时调整水浴温度，缓慢升温。

(5)待温度升至80℃-90℃，将恒压滴液漏斗打开，控制其匀速滴加，根据体系粘度控制搅拌速度使得单体迅速分散，2h-3h左右滴完。

(6)保温1.5h-2h，结束反应。降温至室温，用氨水将乳液的pH值调为7-8左右，然后用300目的滤布过滤出料，出料后在50℃-70℃水浴中向乳液中加入石英砂0.1g-0.2g 和二甲基乙醇胺70g-80g。

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明以丙烯酸-2-乙基己酯为软单体，甲基丙烯酸甲酯为硬单体，丙烯酸为功能单体，采用乳液聚合制备聚丙烯酸酯涂料；具有操作简单，成本低且低VOCs等优点。

(2)本发明所研制的涂料成膜后具有优异的耐刮擦性能，在核燃料棒安装至组件时能很好的防护到核燃料棒表面，实现核燃料棒表面“零破损”目标。

(3)本发明所研制的涂料成膜后具有优异的水溶解性能，在核燃料棒组装结束后用 500ml的80℃水冲洗能将固化好的涂层冲洗下来并且水溶液中不存在絮状物，不影响核反应堆的正常运行。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实例一

在三口烧瓶(预乳化釜)内按配方加入1.4g烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)，2.8g十二烷基硫酸钠，0.72g过硫酸铵，125g去离子水，装上机械搅拌器，开动搅拌器在300rpm机械搅拌条件下，使之完全溶解。

在持续搅拌的预乳化釜内以此加入单体：68g丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)，108.4g甲基丙烯酸甲酯(MMA)、3.6g丙烯酸，搅拌乳化30min得到单体的预乳化液。

向四口烧瓶中以此加入0.7g烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)，1.4g十二烷基硫酸钠，0.9g 碳酸氢钠，180g去离子水，装上机械搅拌器、温度计、冷凝管、恒压滴液漏斗，开动搅拌使之溶解并置于60℃水浴中。

称取制备好的单体预乳化液15g并加入到四口烧瓶内，将剩余的单体预乳化液装入恒压滴液漏斗，称取0.36g的过硫酸铵并溶于15g的去离子水中，缓慢加入到四口烧瓶内，同时调整水浴温度，缓慢升温。

待温度升至85℃，将恒压滴液漏斗打开，控制其匀速滴加，根据体系粘度控制搅拌速度使得单体迅速分散，3h左右滴完。

保温2h，结束反应。降温至室温，用氨水将乳液的pH值调为7左右，然后用300目的滤布过滤出料，出料后在60℃水浴中向乳液中加入0.1g石英砂和76g二甲基乙醇胺。

通过以上步骤制成的涂层在核燃料棒表面具有优异的耐刮擦性能，在核燃料棒安装至组件时能很好的防护到核燃料棒表面，实现核燃料棒表面“零破损”目标。同时具有优异的水溶解性能，用500ml的80℃水冲洗能将固化好的涂层冲洗下来，不影响核反应堆的正常运行。

实例二

在三口烧瓶(预乳化釜)内按配方加入1.3g烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)，2.6g十二烷基硫酸钠，0.68g过硫酸铵，120g去离子水，装上机械搅拌器，开动搅拌器在300rpm 机械搅拌条件下，使之完全溶解。

在持续搅拌的预乳化釜内以此加入单体：66g丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)，106.2g甲基丙烯酸甲酯(MMA)、3.4g丙烯酸，搅拌乳化30min得到单体的预乳化液。

向四口烧瓶中以此加入0.6g烷基酚聚氧乙烯醚(op-10)，1.3g十二烷基硫酸钠，0.84g 碳酸氢钠，165g去离子水，装上机械搅拌器、温度计、冷凝管、恒压滴液漏斗，开动搅拌使之溶解并置于60℃水浴中。

称取制备好的单体预乳化液12g并加入到四口烧瓶内，将剩余的单体预乳化液装入恒压滴液漏斗，称取0.34g的过硫酸铵并溶于12g的去离子水中，缓慢加入到四口烧瓶内，同时调整水浴温度，缓慢升温。

待温度升至84℃，将恒压滴液漏斗打开，控制其匀速滴加，根据体系粘度控制搅拌速度使得单体迅速分散，2.5h左右滴完。

保温2h，结束反应。降温至室温，用氨水将乳液的pH值调为7左右，然后用300目的滤布过滤出料，出料后在65℃水浴中向乳液中加入0.2g石英砂和72g二甲基乙醇胺。

通过以上步骤制成的涂层在核燃料棒表面具有优异的耐刮擦性能，在核燃料棒安装至组件时能很好的防护到核燃料棒表面，实现核燃料棒表面“零破损”目标。同时具有优异的水溶解性能，用500ml的80℃水冲洗能将固化好的涂层冲洗下来，不影响核反应堆的正常运行。

以上所述仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。