Konferencja IChTJ i MInisterstwa Energii na temat zaawansowanych materiałów polimerowych dla energetyki

Data dodania: poniedziałek, 19 listopada 2018, autor: nuclear.pl

Pod hasłem „INNOWACJE DLA ENERGII i nie tylko” 18 października w Instytucie Chemii i Techniki Jądrowej zorganizowano szkolenie na temat zaawansowanych materiałów polimerowych otrzymywanych i modyfikowanych za pomocą promieniowania jonizującego.

Współorganizatorem szkolenia było Ministerstwo Energii, a patronat nad tym wydarzeniem objęła Polska Izba Przemysłu Chemicznego. W konferencji wzięło udział ponad 50 przedstawicieli przemysłu, ośrodków naukowych i akademickich (w tym liczne grono doktorantów) oraz innych instytucji, w których radiacyjna modyfikacja polimerów może mieć istotne znaczenie (sterylizacja wyrobów medycznych, produkcja opakowań i folii, składowiska odpadów promieniotwórczych).

Warto podkreślić, że polskie ośrodki naukowe (IChTJ i MITR) mają duże tradycje zarówno w badaniach radiolizy polimerów jak i wdrażaniu wyników prac eksperymentalnych do przemysłu. W tej dziedzinie Polska znajduje się w czołówce światowej. Jest jednak kilka dziedzin (poza modyfikacją polietylenu), które mimo sukcesów badawczych nie zostały wykorzystane w praktyce. Do nich zaliczyć można radiacyjne sieciowanie elastomerów i materiałów komórkowych (pianek). Wiodącym tematem było zastosowanie przyspieszanych w akceleratorach wiązek elektronów do poprawy właściwości tworzyw sztucznych wykorzystywanych w energetyce a w szczególności przy produkcji kabli i przewodów elektrycznych o specjalnym przeznaczeniu. Korzyści wynikające z sieciowania izolacji to: wzrost ich odporność na działanie wysokich temperatur, płomienia, ścieranie, chemikalia, przeciążenia przewodów, zapobieganie zwarciom przewodów (izolacja nie ulega stopieniu). Podczas kontaktu z płomieniem izolacja nie pali się i nie kapie, a także nie rozprzestrzenia ognia. Izolacja sieciowana radiacyjnie może być cieńsza. Osobnym zagadnieniem jest produkcja kabli dla energetyki jądrowej. Niekorzystne czynniki środowiska pracy, szczególne w niektórych częściach elektrowni jądrowej takie jak: promieniowanie, wysoka temperatura, drgania i wilgotność, mogą przyczyniać się do ich przyspieszonego starzenia. Wobec okresu użytecznej eksploatacji bloku współczesnej elektrowni jądrowej wynoszącego obecnie 60 lat, kable muszą spełniać wymagania podwyższonej trwałości, wyższej niż wymagana w obiektach energetyki konwencjonalnej.

Mówiono również o wyrobach medycznych, materiałach komórkowych (piankach), opakowaniach, oponach samochodowych, uszczelkach, membranach, kompozytach, hydrożelach, materiałach dla elektroniki i innych możliwościach obróbki radiacyjnej polimerów. Jak wiadomo polietylen (PE) szybko zdobył dominującą pozycję wśród grupy polimerów modyfikowanych radiacyjnie i już w latach pięćdziesiątych był z powodzeniem komercyjnie napromieniowywany (najczęściej wiązkami elektronów). Dlaczego właśnie PE zrobił karierę mimo, że w tym czasie znanych było znacznie więcej polimerów w szczególności elastomery, które mogły być sieciowane na skalę przemysłową. Po prostu nie ma innej wygodniejszej metody tworzenia w PE wiązań poprzecznych. Naturalny kauczuk w latach pięćdziesiątych z powodzeniem sieciowano siarką w podwyższonej temperaturze. Nie było potrzeby uciekania się do stosunkowo kosztownej obróbki radiacyjnej. Prowadzono, więc działania komercyjne związane z sieciowaniem polietylenu a elastomery wciąż pozostawały w sferze badań. Obecnie jednak jest wiele zaawansowanych elastomerów, dla których radiacyjne sieciowanie jest atrakcyjnym i ekonomicznie uzasadnionym rozwiązaniem. Zupełnie nowym zagadnieniem jest modyfikacja coraz bardziej popularnych tworzyw biodegradowalnych. Organizatorzy przy wsparciu ME starali się przekonać polski przemysł, że warto inwestować w innowacyjne rozwiązania radiacyjne tym bardziej, że mamy bardzo dobrze wyposażone zaplecze badawcze i świetnych specjalistów w tej dziedzinie.

Osobnym niejako tematem jest sterylizacja wyrobów medycznych jednorazowego użytku oraz implantów chirurgicznych. Poszukiwania odpornych na działanie promieniowania jonizującego tworzyw sztucznych dały jak wiadomo początki chemii radiacyjnej polimerów i stymulowały przez wiele lat rozwój tej dziedziny wiedzy. Obecnie przeszło 50% utensyliów medycznych jest rutynowo wyjawianych radiacyjnie. Unikatowa cechą technologii radiacyjnych jest możliwość skutecznej eliminacji form wegetatywnych i przetrwalnikowych mikroorganizmów w dowolnej temperaturze w całej objętości materiału w krótkim czasie. Prowadzone są oczywiście również prace badawcze w związku z pojawianiem się w zastosowaniach medycznych nowych tworzyw polimerowych. Oddzielny wątkiem jest postęp związany z doskonaleniem technologii akceleratorowych. Przykładowo dzięki temu zaczęło się opłacać do obróbki radiacyjnej skale przemysłową promieniowanie hamowania. Paradoksalnie, więc dopiero w tym wieku zrealizowano zgłoszony w roku 1929 pomysł Marii Skłodowskiej – Curie zwalczania patogenów za pomocą promieniowania X. Wykorzystując promieniowanie hamowania można obecnie rutynowo napromieniowywać wyroby nie tylko w kartonach zbiorczych, ale w całych paletach.

Stały postęp obserwuje się również w dziedzinie modyfikacji opakowań polimerowych. Stanowią one integralną część sterylizowanego wyrobu. Sprzęt wyjaławiany radiacyjnie ma znacznie dłuży okres przydatności do użytku w porowaniu z powierzchniową dekontaminacją tlenkiem etyleny. W tym drugim przypadku wykorzystywane są półprzepuszczalne opakowania papierowe. Ogólnoświatowy trend do tworzyw biodegradowalnych oraz nowe uregulowania dotyczące wielokrotnego wykorzystania opakowań stawiają nowe wyzwania również w zakresie radiacyjnej modyfikacji polimerów. Technologie radiacyjne dają praktycznie nieograniczone możliwości w zakresie produkcji materiałów kompozytowych. Przykładowo prowadzone są badania nad tworzywami barierowych dla promieniowań mikrofalowych i radiowych, w których jak drugą fazę wykorzystuje się szkło metaliczne. Z przeprowadzonych pomiarów i otrzymanych wyników można wnioskować, że kompozyt taki będzie można wykorzystać przy rozwiazywaniu problemów ze zdolnością danego urządzenia elektrycznego lub elektronicznego do poprawnej pracy w określonym środowisku elektromagnetycznym (EMC, ang. ElectroMagnetic Compatibility) i w systemach antenowych. Opracowanie optymalnego kompozytu wymaga jednak dalszych badań.

Technologie radiacyjnej polimeryzacji znalazły wiele niszowych zastosowań. Przykładowo wykorzystuje się je do konserwacji obiektów o znaczeniu historycznym. Drewno w bardzo złym stanie wypełnia się pod obniżonym ciśnieniem roztworem polimeru w monomerze a następnie promieniowaniem jonizującym inicjuje zjawisko sieciowania. Materiał praktycznie nie zmienia wyglądu a radykalnie poprawia właściwości mechaniczne.

6 lutego tego roku zaczęła obowiązywać w Unii Europejskiej Dyrektywa BSS (Basic Safety Standards). Najważniejszym ze względów praktycznych jest ustalenie poziomu odniesienia dla średniorocznego stężenia promieniotwórczego radonu w powietrzu w miejscu pracy oraz w pomieszczeniach przeznaczonych na pobyt ludzi w wysokości 300 Bq/m3. Podstawowymi materiałami stosowanymi do zabezpieczeń przed przenikaniem radonu do pomieszczeń mieszkalnych w budynkach są: folie z tworzyw sztucznych, materiały asfaltowe przeciwwodne i przeciwwilgociowe (lepiki, papy, masy), wyprawy i farby, zaprawy bez skurczowe, ekspansywne masy uszczelniające. Badania w tej dziedzinie otwierają nowe możliwości przed technikami radiacyjnymi.

Materiały konferencyjne w formie referatów przygotowanych przez prelegentów zostaną opublikowane na stronie IChTJ. Obszernie zostaną omówione następujące tematy: Dr inż. Zbigniew Zimek, Akceleratory elektronów w technologiach radiacyjnych; Prof. dr hab. inż. Andrzej G. Chmielewski, Techniki radiacyjne w nanotechnologiach; Dr hab. Grażyna Przybytniak, prof. nadzw, Zastosowania akceleratorów elektronów w przetwórstwie polimerów; Dr inż. Wojciech Głuszewski, Zastosowanie technik radiacyjnych do wulkanizacji opon i modyfikacji elastomerów, Radiacyjne sieciowanie poliolefin w produkcji pianek; Dr hab. Grażyna Przybytniak, prof. nadzw, Otrzymywanie rur i taśm termokurczliwych, Radiacyjne sieciowanie folii oraz rur przeznaczonych do transportu gorącej wody, Poprawa właściwości materiałów izolacyjnych w kablach i przewodach elektrycznych; Dyr. Marek Wajszczyk (Technokabel), Zastosowania kablowe sieciowania radiacyjnego; Dr hab. Krystyna Cieśla, prof. nadzw. Zastosowanie promieniowania jonizującego do wytwarzania biodegradowalnych materiałów opakowaniowych; Dr inż. Marta Walo, Szczepienie radiacyjne polimerów: nieograniczone możliwości zastosowań w przemyśle i medycynie; Dr inż. Jarosław Sadło, Tworzywa samonaprawialne, Utwardzanie kompozytów polimerowych za pomocą promieniowania jonizującego; Dr inż. Zbigniew Zimek, Aktualne możliwości stosowania obróbki radiacyjnej w Polsce i jej perspektywy, Aspekty ekonomiczne wykorzystywania technik radiacyjnych.