專利名稱：水膨脹聚合物-礦物復(fù)合材料及其制取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合成物質(zhì)，具體地說，所申請的發(fā)明涉及水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料及其制取方法。
本發(fā)明可在以下各方面得到應(yīng)用在水利工程建設(shè)中用做水庫、渠道和堤壩的涂層，在工業(yè)與發(fā)用建筑中，用于土壤改良工作，用做地下建筑物、接合縫和建筑物平頂?shù)姆罎B屏蔽，用于滅火，鉆井堵漏和層間隔絕。本發(fā)明還可在采油中用于提高油層產(chǎn)油率，在采礦工作中用于建造地下坑道中的和礦井中的防滲和密封的屏蔽，以及用于隔離化學(xué)工業(yè)廢物埋藏處。
已知，礦物材料-泥漿，在水利工程中靠同水的相互作用產(chǎn)生的膨脹特性，用于淤塞土層。
粘土的膨脹現(xiàn)象是由于水分子進(jìn)入粘土礦物的晶格形成松散結(jié)構(gòu)而造成的。
上述礦物材料由于在土壤中形成的粘土團(tuán)粒不堅(jiān)固，尚未得到廣泛應(yīng)用。
已知有一種做為土壤結(jié)構(gòu)生成劑的材料，這種材料系25(重量)份聚丙烯酰胺和75(重量)份粘土或紅磚粉末混合物。上述材料的制法是將聚合物與粘土或與紅磚粉末混合后，加水制成“稠糊”狀，然后烘干成固態(tài)混合物(SU，A，139433)。
所制成的材料效果不佳，因?yàn)閷⑵浼拥酵寥乐袝r，很快就會分解成原來的組份-在土壤中水份的作用下，聚合物被溶解并易于從土壤中被帶走，而土壤中形成的膨脹粘土團(tuán)粒依然不堅(jiān)固，不能保證得到預(yù)期的土壤結(jié)構(gòu)。利用上述材料，既使多次浸濕，也不發(fā)生土壤的結(jié)聚作用。
還已知一些粘附劑材料-例如經(jīng)過焙燒的滑石粉、高嶺土和膨潤土粉末。將水溶性聚合物加至粘附劑中，使丙烯酰胺單體在上述粘附劑參與下聚合(JP，A，15151)。
按照這種材料的制取方法，上述水溶性聚合物單體聚合后，在70-80℃溫度下烘干，便可得到目標(biāo)產(chǎn)品。
所制成的材料用于穩(wěn)定地面。
但是，如預(yù)先焙燒，則結(jié)晶水從礦物中逸出，并開始分解，失去吸水和膨脹特性。
本發(fā)明的基本任務(wù)是通過確保原始組份的物理-化學(xué)相互作用，形成水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料并提供其制取方法，其目的是與水相互作用時，使具有膨脹性能的聚合物一礦物復(fù)合材料，不論在干燥狀態(tài)下，或在潮濕狀態(tài)下均能保持各種組份穩(wěn)定的相互取這項(xiàng)任務(wù)通過以下辦法來完成水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料應(yīng)包括自然礦物物質(zhì)和水溶性聚合物，按照本發(fā)明，膨潤土做為礦物物質(zhì)，分子量等于或大于106的線性聚陰離子聚合物做為聚合物。上述各種組份的重量比例為聚合物∶膨潤土為從0.05至0.10。
由于本發(fā)明，聚合物一礦物復(fù)合材料在多次水浸、干燥、凍凝和解凍時，均具有穩(wěn)定的和可調(diào)節(jié)的膨脹性能。復(fù)合材料在水中不溶解和不受破壞，它在潮濕狀態(tài)下可增加體積至100倍。
上述水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料可用以下方法制取。該方法包括將自然礦物物質(zhì)和水溶性聚合物摻水?dāng)嚢?，然后將制成的混合物進(jìn)行干燥直至得到固體目標(biāo)產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明，膨潤土做為自然礦物物質(zhì)，分子量等于或大于106的線性聚陰離子聚合物做為水溶性聚合物，將此兩者進(jìn)行攪拌，線性聚陰離子聚合物與指定粘土的重量比例應(yīng)保持在0.05至0.10之間。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的和優(yōu)點(diǎn)可從對水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料，其制取方法，該方法的實(shí)施例和制成的復(fù)合材料的詳細(xì)描述中得到了解。
所申請的水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料含兩種組份一顆粒度10-50埃的粘土和水溶性聚合物。二者結(jié)合成可調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)聯(lián)系的絮團(tuán)。粘土和水溶性聚合物的成分和結(jié)構(gòu)以及這些組份的重量比例均對本復(fù)合材料的性能產(chǎn)生決定性的影響，在選擇粘土?xí)r，首先要考慮其陽離子的交換容積和吸水性。按照本發(fā)明，利用膨潤土做為礦物物質(zhì)。
本復(fù)合材料的第二個組份是分子量等于或大于106的線性聚陰離子聚合物，例如丙烯酰胺與丙烯酸共聚物或水解聚丙烯腈或羧甲基纖維素。
根據(jù)本發(fā)明，該聚合物對上述粘土的重量比例為從0.05至0.10。
制成的復(fù)合材料組份的合理比例是經(jīng)一系列專門實(shí)驗(yàn)確定的。
不遵守上述聚合物和膨潤土的比例時，所制得的復(fù)合材料在水中膨脹，體積增大至20倍。
上述聚合物一礦物復(fù)合材料系不溶于水的固態(tài)物質(zhì)，在多次水浸和干燥、凍凝和解凍時具有穩(wěn)定的和可調(diào)節(jié)的膨脹性能。
上述性能是由于塑性結(jié)構(gòu)膨潤土顆粒組份和聚合物大分子物理-力學(xué)/陰離子相互作用形成的聚合物一礦物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)決定的，各種組份相互作用的結(jié)果使粘土顆粒發(fā)生分層，并被聚合物分子所連結(jié)。
將上述復(fù)合材料撒入土層時，每一單位體積可吸收30-50倍體積復(fù)合材料的水，同時土層的濕度可增加至30%。上述性能可使復(fù)合材料用于農(nóng)業(yè)技術(shù)，以提高無定形的砂層、貧脊土壤和其它土壤的濕度，以及創(chuàng)建高效溫室和水栽系統(tǒng)。
在建設(shè)水利工程項(xiàng)目(堤壩、護(hù)墻、水渠和水庫庫底)時，將5-10%的這種干料做為填加劑加到建筑土料中可大大降低建筑物相應(yīng)部分的滲水性。
此外，上述聚合物一礦物復(fù)合材料還可用于采礦中，在地下坑道和礦井中建筑密閉的和防水的屏障;
防火技術(shù)中，制造有效防火物質(zhì)組份和屏蔽(儲油罐、煤井、糧食防火屏蔽);
鉆井工藝中，制造防止鉆井液漏失和產(chǎn)油層破碎的鉆井液和堵漏材料;
土壤改良中，提高高滲透土層和貧脊土層的濕度和產(chǎn)量;
自然環(huán)境保護(hù)中，建造埋藏化學(xué)、放射性和其它有害廢物的可靠的和永久性的屏障和液態(tài)廢物固化的屏障。
在所有這些方面均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和部分現(xiàn)場試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，所研制的工藝，包括采用所申請的聚合物一礦物復(fù)合材料具有較好的效果。
所申請的聚合物一礦物復(fù)合材料可用下列方法制取。將分子量等于或大于106的線性聚陰離子聚合物與膨潤土同水制備成混合物，同時使聚合物與粘土的重量比例為由0.05至0.10，然后將制成的混合物進(jìn)行干燥直至得到固體目標(biāo)產(chǎn)品。干燥可在大氣溫度條件下進(jìn)行，達(dá)到產(chǎn)品的空氣干燥狀態(tài)，此后再進(jìn)行粉碎直至制得既定粒度成分的聚合物一礦物復(fù)合材料的單分散性或多分散性粉末。
干燥可在溫度達(dá)100℃的專用爐內(nèi)進(jìn)行，這時可得到粉末狀產(chǎn)品，或需要進(jìn)一步粉碎的固態(tài)產(chǎn)品。
所申請的發(fā)明可制取具有可調(diào)節(jié)膨脹度的水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料。后者的膨脹度取決于所使用的水溶性聚合物性質(zhì)和具體選擇的組份比例。
為了更好地了解本發(fā)明，現(xiàn)舉以下具體實(shí)施例。
實(shí)施例1用機(jī)械攪拌機(jī)將50克膨潤土和50克分子量力1.5×106的丙烯酰胺和丙烯酸共聚物加945.0克的水進(jìn)行攪拌，然后在20℃溫度下，將制得的均勻混合物進(jìn)行干燥，干燥后的混合物為固態(tài)脆性物質(zhì)，經(jīng)磨碎可制得單分散性的或多分散性的粉末。
往所制得的粉末中加水-粉末膨脹，吸水度為1500重量%。具有松散團(tuán)粒狀結(jié)構(gòu)(團(tuán)粒保持自己的形狀，互不結(jié)合)。
當(dāng)重復(fù)干燥膨脹的粉末狀組份時，顆粒結(jié)合成均勻的物質(zhì)，當(dāng)再次水浸時，膨脹度不變，多次檢驗(yàn)(達(dá)10次)表明，膨脹性質(zhì)完全保持不變。
實(shí)施例2用機(jī)械攪拌機(jī)將100克膨潤土和5.0克分子量為1.5×106的羧甲基纖維素加895克水進(jìn)行攪拌，所得均勻混合物在90℃溫度下，在干燥爐中進(jìn)行干燥。
將干燥的固態(tài)和脆性物質(zhì)磨碎后加水-粉末開始膨脹(吸水度力700重量%)。
在重復(fù)干燥膨脹的粉末時，顆粒結(jié)合成均一的物質(zhì)，再用水層時，膨脹度不變。多次檢驗(yàn)(達(dá)10次)表明，膨脹性質(zhì)完全保持不變。
實(shí)施例3用機(jī)械攪拌機(jī)將100克膨潤土和5克分子量力4.5×106的丙烯酰胺和丙烯酸共聚物加895克水進(jìn)行攪拌然后將制成的均勻混合物在95℃溫度下，在干燥爐內(nèi)進(jìn)行烘干，固態(tài)產(chǎn)品磨成粉末后加水-粉末開始膨脹(吸水度為2000-3000重量%)。
當(dāng)重復(fù)干燥膨脹的粉末時，顆粒結(jié)合成均一的物質(zhì)，再用水浸時，膨脹度保持不變。
多次檢驗(yàn)(達(dá)10次)表明，膨脹性質(zhì)完全保持不變。
實(shí)施例4用機(jī)械攪拌機(jī)將75克膨潤土和5.0克分子量為3.0×106的丙烯酰胺和丙烯酸共聚物加920.00克水進(jìn)行攪拌，然后將制得的均勻混合物在大氣溫度(20-25℃)下進(jìn)行干燥，將所制得的固態(tài)脆性物質(zhì)磨碎成單分散性或多分散性粉末。
在實(shí)驗(yàn)室量杯中放置粉末狀產(chǎn)品，然后加入相當(dāng)產(chǎn)品80倍的水，當(dāng)聚合物一礦物復(fù)合材料完全飽和后(48小時)，測量所剩余的水的體積，粉末狀產(chǎn)品的吸水度為2000重量%。
當(dāng)重復(fù)干燥膨脹粉末時，顆粒結(jié)合成均一的物質(zhì)，進(jìn)一步水浸時，產(chǎn)品的膨脹度保持不變。
多次檢驗(yàn)(達(dá)10次)表明，所得產(chǎn)品的膨脹性質(zhì)完全保持不變。
實(shí)施例5
用機(jī)械攪拌機(jī)將100克膨潤土和5克分子量為1.2 106的水解聚丙烯腈加895克水進(jìn)行攪拌，然后將制得的均勻混合物在大氣溫度下(20-25℃)進(jìn)行干燥，將制得的固態(tài)脆性物質(zhì)磨碎成單分散性或多分散性粉末。
在實(shí)驗(yàn)室量杯中放置粉末狀產(chǎn)品，然后加入相當(dāng)產(chǎn)品80倍的水，表征該產(chǎn)品膨脹性的吸水度為1000重量%。
多次干燥和水浸(達(dá)10次)表明，該產(chǎn)品的膨脹性質(zhì)完全保持不變。
權(quán)利要求
1.水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料，它包括自然礦物物質(zhì)和水溶性聚合物，其特征在于它含膨潤土做為礦物物質(zhì)，而做為聚合物，則含分子量等于或大于106的線性聚陰離子聚合物，其上述組份的重量比例為聚合物膨潤土為從0.05至0.10。
2.權(quán)利要求1的水膨脹聚合物一礦物復(fù)合材料的制取方法，它包括用水混合自然礦物物質(zhì)和水溶性聚合物，然后將制得的混合物進(jìn)行干燥，直至制得固態(tài)產(chǎn)品，其特征在于將做為自然礦物質(zhì)的膨潤土和做為聚合物的分子量等于或大于106的線性聚陰離子聚合物進(jìn)行混合攪拌，其所取的重量比例必須保證所述聚合物所述膨潤土為從0.05至0.10。
全文摘要
水膨脹聚合物-礦物復(fù)合材料含膨潤土和分子量等于或大于10
文檔編號C08K3/00GK1071180SQ91109199
公開日1993年4月21日 申請日期1991年9月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年9月26日
發(fā)明者薩莫威爾·薩莫威拉威奇·格里高亮, 卡列那·阿拉米那威奇·古拉亞, 阿·阿·薩河那扎勞夫 申請人:新機(jī)械責(zé)任有限公司