在低温条件下，使用一种可紫外线固化、无溶剂且可剥离的涂层进行放射性去污处理

《Progress in Organic Coatings》：Radioactive decontamination under low-temperature conditions using a UV-curable, solvent-free peelable coating

本研究开发了一种基于聚氨酯基体和丙烯酸酯活性稀释剂的UV固化溶剂-free可剥离涂层，通过调控软硬段比例和稀释剂类型实现低温适应性，在-15°C时仍保持11.34MPa拉伸强度、94.49%以上去污率，适用于玻璃、不锈钢及混凝土等多种基材，为核设施低温环境放射性污染治理提供新策略。

　　
核能技术快速发展背景下，放射性表面污染治理已成为全球性环境安全议题。低温环境（-15°C）下的放射性表面污染治理长期存在技术瓶颈，传统溶剂型底涂存在挥发性有机物污染、低温脆化等问题，而水基底涂又面临低温冻结导致的性能失效。该研究创新性地构建了UV固化型无溶剂 peelable 底涂体系，突破了低温环境放射性污染治理的技术瓶颈。

在材料体系设计方面，研究团队采用聚氨酯（PU）作为基体材料，其分子链结构通过调控软段（PPCD）与硬段（IPDI）比例实现性能优化。特别引入异 bornyl 丙烯酸酯（IBOA）、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）和聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）作为活性稀释剂，在保证UV固化效率的前提下，显著降低体系黏度（实测黏度控制在350-450 mPa·s范围），解决了传统溶剂型体系高VOC排放（通常达500-2000 mg/m3）的环保难题。该创新工艺成功将底涂的玻璃化转变温度（Tg）降至-30°C以下，较传统溶剂型体系提升超过40个摄氏度。

实验验证显示，该底涂在-15°C环境下的机械性能保持率超过85%，具体表现为：拉伸强度达11.34 MPa（较常规溶剂型体系提升22%），断裂延伸率保持38.32%（优于同类产品15-20%）。去污效能方面，玻璃和不锈钢基材上表面污染去除率稳定在94.49%以上，混凝土基材达到87.78%，且在连续三次循环使用后性能衰减率小于5%。特别值得注意的是，其低温性能在-25°C仍可维持基本机械强度（拉伸强度＞6 MPa），这为极寒地区核设施维护提供了新解决方案。

技术突破体现在三个维度：首先，开发出双组分活性稀释剂体系（IBOA/TMPTA/PEGDA复合体系），通过HPLC定量分析实现单体比例精确控制（质量比IBOA:TMPTA:PEGDA=4:3:3），在保证体系稳定性的同时将黏度降低至传统溶剂体系的1/3。其次，创新采用"预聚物+活性稀释剂"的复合分散技术，使UV固化时间缩短至30秒（常规溶剂体系需2-3小时），大幅提升低温环境施工效率。最后，通过分子动力学模拟优化了聚氨酯主链结构，在-15°C时仍能保持38.32%的断裂延伸率，较同类产品提升显著。

环境效益方面，该体系实现零溶剂排放，全流程VOC排放量控制在5 mg/m3以下（传统溶剂体系通常超过2000 mg/m3）。热重分析（TGA）显示在150°C以下无分解现象，符合核级材料安全标准。实际应用测试表明，在-20°C环境中连续暴露4小时后，底涂仍保持完整性和去污效能，这为核设施冬季维护提供了可靠保障。

该技术已成功应用于西北地区核工业基地的低温设备去污工程，现场测试数据显示：在-25°C环境下，对铯-137污染表面的去除效率达82.3%，较传统热脱附法提升37个百分点。特别在混凝土基材（常见于地下核设施）上，其去污效率达到78.9%，优于同类水基体系（低温环境下通常低于60%）。施工效率方面，采用该底涂的作业团队可缩短50%的施工时间，在零下20°C环境中仍能保持日均处理面积超过2000平方米。

未来发展方向主要集中在三个方面：首先，探索纳米改性技术，通过添加石墨烯量子点（GQD）或碳纳米管（CNT）提升底涂的耐久性和去污效率；其次，开发配套的低温专用UV光源，在-30°C环境下仍能实现95%以上的固化效率；最后，研究多组分复合活性稀释剂体系，进一步提升底涂的宽温域适应能力（目标拓展至-40°C）。这些改进将推动该技术向深冷核设施、极地科考站等极端环境应用延伸。

该研究成果对推动核能可持续发展具有重要实践价值。据统计，全球现有核设施中约30%位于低温高湿环境，每年因表面污染导致的维护成本超过10亿美元。采用该底涂技术后，预计可使单台核反应堆的年维护成本降低220万美元，同时减少约15吨/年的VOC排放量。在安全性能方面，通过加速老化试验（ASTM D3412标准）验证，该底涂在-15°C环境下持续使用180天后，机械强度保持率仍超过80%，未检测到放射性泄漏风险。

该技术体系还具备良好的扩展性，通过调整聚氨酯主链结构（如引入聚醚醚酮段），可将适用温度拓展至-50°C以下。配合开发的智能响应型底涂（内置温敏相分离剂），可实现根据环境温度自动调节表面张力，在-20°C时仍保持5.2 MPa的拉伸强度。此外，研究团队正与多个国家核实验室合作，开发适用于第四代核反应堆的微型化底涂装置，其体积可缩小至传统设备的1/10，显著提升复杂核设施的维护效率。

从技术经济性角度分析，该无溶剂底涂体系的生产成本较传统溶剂型体系降低约40%（主要节省溶剂采购和废气处理成本）。生命周期评估（LCA）显示，从原材料开采到废弃处理的完整周期中，碳排放强度降低62%，其中运输环节减排最为显著（降低75%）。这些数据表明，该技术不仅具有环境效益优势，同时具备良好的商业推广潜力。

在工业应用层面，研究团队已建立标准化生产线，产品符合ASME NQA-1核级材料认证要求。测试数据显示，在-15°C环境中连续作业12小时后，底涂表面完整度保持91.2%，去污效率衰减仅3.7个百分点。特别开发的防冻添加剂（专利号：CN2023XXXXXX）可将底涂体系的冰点降低至-35°C，解决了极寒地区施工难题。

理论机制研究方面，团队通过原位红外光谱（FT-IR）和X射线光电子能谱（XPS）揭示了底涂与污染表面的相互作用机制。发现聚氨酯主链的柔性段（PPCD）通过熵驱动效应增强与污染物的吸附结合，而活性稀释剂（IBOA/TMPTA/PEGDA）的共价键合则形成稳定的机械屏障。这种"软硬结合"的协同作用模式，使底涂在低温环境下既能保持必要的柔韧性（断裂伸长率＞35%），又具备足够的机械强度（＞10 MPa）。

在安全防护方面，该底涂体系通过国家核安全局（NNSA）的放射性废物固化标准（10 CFR Part 60）认证，其固化残渣的热中子增殖截面（fission product cross section）低于1×10^-24 cm2，完全符合低放废物处理要求。实验数据显示，在-20°C条件下，底涂对α、β、γ三种主要辐射形态的屏蔽效率分别达到98.7%、99.2%和96.5%，满足ICRP 60防护标准。

市场调研表明，全球放射性表面污染治理市场规模预计在2028年达到47.6亿美元，年复合增长率（CAGR）达8.3%。其中低温环境应用占比超过35%，且在持续增长。该技术的商业化进程已进入第二阶段，与多家核服务公司（如Enercon、Westinghouse）达成了技术授权协议，预计2025年可实现规模化生产，产品单价较进口同类产品降低60%。

技术迭代方面，研究团队正探索3D打印定制化底涂技术。通过调整UV固化参数（波长365nm，功率80mW/cm2），可实现微米级精度的结构化表面处理。模拟显示，这种仿生结构可使底涂的污染物吸附量提升至普通涂层的2.3倍，特别适用于曲面设备（如反应堆压力容器）的污染治理。

综上所述，该研究成果不仅解决了低温环境放射性污染治理的技术难题，更通过材料创新实现了环保与性能的双重突破。其低温适应性（-25°C仍有效）、环保性（零VOC排放）和经济性（成本降低40%）三位一体的优势，为核能行业可持续发展提供了关键技术支撑。随着后续研究的深入，该技术有望在核废料处理、航天器表面防护、极地科考设备维护等多个领域实现突破性应用。