專利名稱：液壓阻片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)聚合物/粘土漿料填充片材的方法，尤其是生產(chǎn)聚合物/粘土填充片材的連續(xù)方法。該方法包括將含有可聚合單體以及遇水膨脹的粘土的高粘性聚合水溶液以漿料形式埋入液體吸收劑或液體吸附劑的基材中，該基材含有用于后續(xù)的單體聚合的聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑，而避免單體過早聚合。優(yōu)選的實例中，單體就地聚合，聚合溫度足以使?jié){料水分蒸發(fā)，例如常壓下聚合溫度至少達到100℃。
背景技術(shù)：
已公布PCT申請WO 00/72958 A1(‘958)描述了一種多孔基材，例如含有聚合物如聚丙烯酰胺和/或部分中和的聚丙烯酸(例如聚丙烯酸以及聚丙烯酸鈉)，最好還要含有粘土的地質(zhì)織物襯墊(geotextile liner)。大部分聚合物就地形成，與此同時，單體與粘土一起埋入地質(zhì)織物中，得到液壓阻片，該阻片具有優(yōu)異的低液壓傳導(dǎo)率，其活性阻片材料重量要比在‘958發(fā)明時已有地質(zhì)合成襯墊中含有的活性阻片材料的重量低的多。而且，如‘958公告中所披露的一樣，在將單體與粘土混合形成埋入地質(zhì)織物的漿料時和/或在將漿料埋入地質(zhì)織物的過程中，通過在粘土薄片之間插入單體形成夾層，可聚合單體如丙烯酸與粘土的組合可能會有一些協(xié)同作用。
已發(fā)現(xiàn)，根據(jù)WO 00/72958生產(chǎn)制品，所得產(chǎn)品含有相當(dāng)大比例的水，因而很難將產(chǎn)品應(yīng)用于要求防止水滲透的表面上，同時產(chǎn)品的運輸也更為昂貴，因而也降低了由于地質(zhì)織物中含有較少活性阻片材料而帶來的低重量優(yōu)勢以及成本節(jié)約。而且，根據(jù)WO 00/72958 A1，在連續(xù)生產(chǎn)過程中，將聚合物水溶液、聚合催化劑以及交聯(lián)劑預(yù)混合的同時埋入多孔基材中。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，只能制備小批量可聚合單體，否則可聚合單體會在將聚合溶液埋入多孔基材之前發(fā)生聚合，導(dǎo)致液壓阻片性能降低，固體保留率下降。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的制造方法，已發(fā)現(xiàn)，直接將聚合催化劑或聚合引發(fā)劑應(yīng)用到液體吸收或液體吸附(這里統(tǒng)稱“液體吸著”)基材上，基材優(yōu)選片材形狀的多孔地質(zhì)織物，形成聚合引發(fā)基材或片材，水漿料、粘土以及隨后埋入聚合引發(fā)基材中的可聚合單體將與聚合催化劑或者聚合引發(fā)劑完全接觸，使埋入的單體完全聚合形成埋入聚合物固體，從而避免單體在與基材接觸前部分聚合。已發(fā)現(xiàn)，與聚合引發(fā)基材接觸使單體完全聚合能獲得最佳結(jié)果，保留埋入入并交錯的聚合物固體。在將單體埋入基材之前，在液體吸著基材上最好是只應(yīng)用聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，也可以為單體任選一種交聯(lián)劑和/或帶有任何載體的聚合物中和劑，載體可以是水或有機溶劑。
根據(jù)在此揭示的方法，包含可聚合單體的聚合物水溶液與不含聚合催化劑或聚合引發(fā)劑的粘土可以以大批量混合而不會在埋入液體吸著基材之前發(fā)生過早聚合。而且，通過提供含有聚合催化劑或聚合引發(fā)劑的液體單體吸收基材或液體單體吸附基材，就可以使用最少量的載體如水和/或有機溶劑，將含有可聚合單體以及粘土的有效聚合物溶液以單體粘土漿料的形式轉(zhuǎn)移到基材上，從而使得含有單體/粘土的聚合物溶液能很容易的嵌入含有催化劑的基材中，以便減少干燥時間及溶劑費用。
因此，本發(fā)明的制品及方法的一個方面就在于要提供一種含有埋入聚合物的片材的生產(chǎn)方法，這種聚合物只有與液體吸著聚合引發(fā)基材接觸才能就地聚合，是通過將不含聚合催化劑及聚合引發(fā)劑的可聚合單體/粘土漿料埋入液體吸著聚合引發(fā)基材中以便與聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑接觸，隨后與可聚合單體接觸以便就地聚合。埋入的單體只有與預(yù)填了用于可聚合單體的聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑的片材接觸才能聚合。根據(jù)本發(fā)明的方法，在將片材與可聚合單體/粘土漿料接觸前，首先在片材或片材組分如用于制造片材的纖維中填加聚合催化劑或聚合引發(fā)劑這一預(yù)備步驟可以使聚合物與粘土在基材中牢固連接。而且，可以制備大批量的不含用于可聚合單體的聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑的單體/粘土漿料，同時單體不會過早聚合。
本發(fā)明的方法及制品的另一方面是提供片材形狀的液壓阻片的生產(chǎn)方法，該阻片含有液體吸著聚合物以及能吸收液體的粘土。聚合物及粘土通過使用片材特別是纖維片材例如地質(zhì)織物、織物或無紡布進行結(jié)構(gòu)增強，片材中填充著液體吸著聚合物以及吸水粘土，其重量比聚合物∶粘土的范圍為1∶19至19∶1，優(yōu)選1∶1至1∶5，更佳的則是1∶1至1∶4，最佳則為1∶2至1∶4。先將地質(zhì)織物或者用于制造地質(zhì)織物的纖維填充聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，接著再將含有一種或多種可聚合單體以及吸水粘土的粘稠的漿料填入液體吸著聚合引發(fā)基材中，使得直到單體/粘土漿料與聚合引發(fā)基材接觸后，單體才開始聚合，從而單體基本上在原地完全聚合，聚合物與粘土能牢固的粘結(jié)在片材上。優(yōu)選的實例中，聚合物充分交聯(lián)，例如具有水不溶性及吸水性。以可聚合單體重量計，使用至少0.1％，優(yōu)選至少0.1％的交聯(lián)劑可實現(xiàn)充分交聯(lián)。優(yōu)選加入單體交聯(lián)劑與單體的比例約在1∶100到1∶1000之間；更佳的則在1∶250到1∶750之間，最佳的則在1∶400到1∶600之間。
優(yōu)選的實例中，以單體/粘土漿料中單體與粘土的總重量計，液體吸著基材中埋入有重量百分比為20％至50％的單體以及50％至80％的粘土。優(yōu)選聚合溶液中粘土與水的重量比在2∶8與8∶2之間，更佳的則在3∶2與2∶3之間，最佳的則是1∶1。將單體聚合并將水蒸發(fā)，直到含有聚合物/粘土的基材中所含水的重量百分?jǐn)?shù)小于15％為止，小于12％則更佳。
結(jié)合附圖閱讀以下詳細說明，將更清楚本發(fā)明的生產(chǎn)方法以及制品的上述及其它方面和優(yōu)點。
附圖簡要說明附圖是填充聚合物的片材的優(yōu)選生成方法的流程示意圖。
優(yōu)選實施例詳細說明參考以下有關(guān)本發(fā)明及其實施例的詳細說明更容易理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于所描述的具體組分、制品、過程和/或條件，因為這些皆可改變。還應(yīng)理解，這里所使用的術(shù)語目的僅為說明具體實施例，非而進行限制。
范圍在這里可以表達成從“約”或“近似”一個具體值到“約”或“近似”另一個具體值。當(dāng)表示成這樣的范圍時，另一個實例包括從一個具體值和/或到另一具體值。類似的，通過使用先行詞“約”來表達近似值時，可以將具體值理解成另一個實例。
參考附圖，本發(fā)明涉及液壓阻片(hydraulic barrier)材料10。一個實施例中，液壓阻片材料10是一種嵌聯(lián)基體(interlocking matrix)，它含有在液態(tài)單體吸收或液態(tài)單體吸附基材中并與之嵌聯(lián)的吸水有機聚合物以及吸水粘土，其中，聚合物在制造液壓阻片的過程中與基材接觸而就地形成(由一種或多種單體聚合而成)，以將聚合物及粘土嵌聯(lián)到基材上。優(yōu)選實施例中，液壓阻片材料10是有機聚合物分子、聚合物夾層粘土、聚合物夾層粘土類晶團聚體、剝落粘土片以及纖維基材12的纖維，最好是無紡布地質(zhì)織物等的嵌聯(lián)基體。優(yōu)選的有機聚合物是吸水聚合物，該聚合物較佳地包括聚丙烯酸的堿金屬鹽(50-90摩爾％，相當(dāng)于50-90摩爾％的丙烯酸中和)以及聚丙烯酸(10-50摩爾％)的混合物。已發(fā)現(xiàn)，有機聚合物、聚合物夾層粘土類晶團聚體以及粘土片與基材12間嵌聯(lián)，可以使液壓阻片材料10具有相對較低的透水性同時含有相對較低的有機聚合物量。
進一步發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的襯墊或液壓阻片，特別是地質(zhì)合成粘土襯墊(GCLs)相比，液壓阻片材料10能使每單位重量的液壓阻片材料的透水性降低。特別是，已發(fā)現(xiàn)液壓阻片材料10的液壓傳導(dǎo)率為1×10-9cm/sec.或更低。而且還發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的GCLs相比，液壓阻片材料10厚度減少，重量降低，同時獲得了更佳的不透水性。液壓阻片材料10可能特別適用于地質(zhì)環(huán)境應(yīng)用中，例如吸水、截水及阻水應(yīng)用。例如，液壓阻片材料10在地下防水中有特殊應(yīng)用，例如在地下停車庫、商場等地方防止地下水侵入；廢物填埋；人造水體；其它需要低滲透液壓阻片的地質(zhì)環(huán)境應(yīng)用中。優(yōu)選的實施例中，有機聚合物是由插入粘土，優(yōu)選水膨脹粘土中的有機單體聚合而成的。液壓阻片材料10的制造方法包括首先在地質(zhì)織物的制造期間，在液體吸著基材或者吸著基材的一個或多個組分例如地質(zhì)織物的纖維上施加聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，然后在液體吸著基材中埋入可聚合有機單體，就地使可聚合單體聚合形成液壓阻片材料10。
從聚合溶液中將可聚合單體施加到聚合引發(fā)基材上，形成漿料14，聚合溶液是可聚合有機單體與水膨脹粘土例如鈉綠土粘土，尤其是鈉蒙脫石或鈉膨潤土粘土的漿料。將漿料14埋入多孔基材12中，該基材已預(yù)先進行處理，如接觸、浸漬或噴淋處理，從而使基材含有足量聚合催化劑或聚合引發(fā)劑以便充分使后續(xù)的埋入單體聚合。優(yōu)選的實施例中，以來自聚合溶液(聚合漿料)中隨后埋入基材的可聚合單體總重量計，基材12至少含有重量百分比為5％的聚合引發(fā)劑或聚合催化劑。更佳的情況是，以隨后埋入的可聚合單體的重量計，基材12至少含有重量百分比為10％的聚合引發(fā)劑和/或聚合催化劑。
較佳的，在加入粘土9之前，可聚合單體6優(yōu)選與水7混合并含有中和劑8，例如氫氧化鈉，從而形成漿料14形式的聚合溶液，以便在加入粘土以及隨后在粘土中插入部分中和的可聚合有機單體之前，更容易的引起至少部分可聚合有機單體中和(最佳的是65-85摩爾百分比中和)。優(yōu)選聚合溶液還包括聚合物交聯(lián)劑11，從而在聚合反應(yīng)后，部分中和的聚合物分子充分交聯(lián)而具備水不溶性以及吸水率。較佳的，在加入粘土形成聚合溶液或漿料之前，將可聚合單體、水、交聯(lián)劑以及中和劑充分混合形成均勻的溶液，以便在加入粘土后具有稠度和均勻性。優(yōu)選的實施例中，聚合溶液的混合步驟能使聚合溶液基本上是均勻的。
可使用任何方法將粘土添加到單體溶液中形成聚合溶液或聚合漿料14，得到所需要的粘土與單體含量，形成比較粘，但又能移至聚合引發(fā)基材12上的漿料14。另外，優(yōu)選在混合期間和/或?qū){料埋入液體吸著或多孔基材12時將含有粘土的聚合溶液剪切，以便在將漿料14埋入基材12之前將部分可聚合單體插入粘土片之間，較佳的是在將基材12與聚合溶液接觸之前或接觸的同時使粘土片部分剝落。
漿料14的混合程度取決于漿料14所需要的性質(zhì)而有所變化。例如，粘土可以簡單的與聚合溶液混合而無需考慮所得漿料14的混合程度或均勻性。優(yōu)選進行混合操作時使?jié){料14在隨后的將漿料14埋入含有催化劑或引發(fā)劑的多孔基材12之前混合剪切。優(yōu)選的實施例中，形成漿料所采用的混合步驟要能使?jié){料14基本均勻。
任何能將粘土與單體混合，使?jié){料14獲得理想的性質(zhì)的混合器16以及混合方法都可以采用。因此，優(yōu)選的實施例中，任何能將粘土與聚合溶液混合，并能使所得漿料14基本均勻的混合器16與混合過程都可以采用。而且，混合步驟可以使用足夠時間使?jié){料14獲得理想的性質(zhì)。優(yōu)選的實施例中，混合時使用足夠的時間使粘土與聚合溶液混合，從而使所得漿料14基本均勻。優(yōu)選使用最少量的水來獲得均勻的漿料，同時生產(chǎn)的漿料能通過機械傳遞或泵送轉(zhuǎn)移到基材12上，以便將漿料埋入基材中。如

圖1所示，優(yōu)選實施例中，使用活塞泵總成30的活塞32將高粘性的漿料轉(zhuǎn)移到液體吸著基材上用于埋入步驟。若漿料太粘而不能泵送，可以使用傳送帶，優(yōu)選漿料覆蓋區(qū)寬度與基材12的寬度相等的傳送帶將漿料移至基材12上。
如上所述，單體埋入步驟包含將可聚合有機單體/粘土漿料與基材12混合的過程。
優(yōu)選實施例中，漿料14以約30,000厘泊至80,000厘泊的粘度，更佳的則是40,000至60,000厘泊的粘度埋入在含有催化劑的液體吸著基材12中，從而使?jié){料14能被吸收和/或吸附在基材12的組分之內(nèi)或組分之間。漿料14至少進入部分厚度的基材12?；?2的組分內(nèi)部或組分之間可以埋入任意量的漿料14，只要埋入的單體能足以使單體與粘土能在基材的組分如纖維之間或內(nèi)部混合吸著，以便使單體在至少部分厚度的基材內(nèi)部聚合形成液壓阻片材料10。而且，如果所得的吸收聚合物與粘土能在多孔基材12的至少部分厚度內(nèi)粘合或嵌聯(lián)，則埋入的程度即埋入量就是足夠的。
較佳地，埋入步驟包括將基材12與漿料14相結(jié)合，從而使?jié){料14能在至少部分厚度的基材12中均勻分布。優(yōu)選將漿料14充分混合，更佳的則是使其基本均勻，從而使得將漿料14與基材12的結(jié)合也能使單體、單體夾層粘土以及剝落粘土片分布在基材12所需要的厚度中。更佳的情況是，漿料分布在多孔基材12的整個厚度中，從而可以得到相對均勻的液壓阻片材料10。
如前所述，多孔基材12可以是適用的任何與單體以及聚合漿料14中所含其它任何組分相容的多孔材料或物質(zhì)?？梢允褂萌魏文芙邮懿⒈Ａ糁辽俨糠志酆洗呋瘎┗蚓酆弦l(fā)劑以及隨后的聚合單體與粘土的多孔基材，以便在單體聚合時形成液壓阻片材料10。更佳的情況是，多孔基材由含有許多纖維的纖維基材12構(gòu)成。任何能在單體聚合時形成液壓阻片材料10的纖維基材12都可以使用。
優(yōu)選實施例中，基材12是一種地質(zhì)織物材料?？梢允褂萌魏慰椢锘驘o紡布地質(zhì)織物材料都可以使用，以無紡布材料較佳。而且，地質(zhì)織物材料可以具有任何能提供所需要的液壓阻片材料10的形狀。然而，優(yōu)選實施例中，纖維基材12基本上是至少含有一層地質(zhì)織物材料的平面薄片。
優(yōu)選實施例中，埋入步驟包括將含水量為50％重量的漿料14、接著是單體與粘土埋入含有引發(fā)劑或催化劑的纖維基材12的纖維之間。埋入步驟可以采用任何方式任何裝置，將高粘性的漿料14埋入在基材12的組分例如纖維之間和/或吸收在其組分的內(nèi)部。換句話說，漿料14可以埋入在纖維基材12的纖維的空隙之間和/或吸收在纖維內(nèi)部，和/或被基材12的纖維吸收。例如，可以通過真空、洗擦、輥碾、液壓裝填、壓濾或噴淋將漿料14埋入在纖維基材12的纖維之間。如果纖維本身是吸水性的，單體也會被吸收到纖維中。
優(yōu)選的實施例中，至少有部分漿料14埋入在纖維基材12的纖維之間的空隙中。漿料14沒有埋入的殘余部分可以分散在纖維基材12的纖維中或分布在纖維中提供漿料14的涂層。任何能足以使隨后的單體聚合的漿料14的埋入量都是可以接受的。
優(yōu)選實施例中，將大部分或主要比例的漿料14埋入在基材12中，同時可以選擇少部分漿料14分散或分布在基材12的上部。優(yōu)選分布在基材12上部的任何漿料14其厚度小于約2.0mm，更佳的則是小于1.0mm，最佳的則是小于0.50mm。
而且，優(yōu)選實施例中，漿料14是通過向纖維基材12施加壓力而埋入纖維基材12的纖維之間的。如下列進一步說明中所述，優(yōu)選實施壓力的方向基本與纖維基材12的平面垂直?？梢允褂萌魏畏绞?、任何方法或者任何設(shè)備施加壓力，在纖維基材12的纖維之間埋入所需含量的漿料14。
例如，可以使用如圖1所示的至少一對壓力滾軸18對纖維基材12施加壓力。另外，也可以利用真空向纖維基材12施加壓力。
埋入步驟之后，制造過程包括引發(fā)單體聚合形成液壓阻片材料10的步驟。單體聚合的引發(fā)可以使用能夠并適于將單體聚合形成具有理想性質(zhì)及特性的液壓阻片材料10的任何方式、任何方法、設(shè)備或裝置。優(yōu)選在埋入步驟后，在連續(xù)烘箱中加熱單體引發(fā)單體聚合。較佳的，加熱過程要能充分干燥液壓阻片，使得以液壓阻片10的日重(day weight)計，濕氣重量百分含量小于15％，更佳的則是約為7-12％。
加熱步驟可以在任何高于水的沸點的溫度進行，從而使單體聚合形成液壓阻片材料10。然而，取決于所得液壓阻片材料10所需要的特性及性質(zhì)，加熱步驟的溫度可以有所變化。已發(fā)現(xiàn)，優(yōu)選至少將漿料14加熱至100℃(212°F)，更佳的則是149℃至288℃，最佳的則是177℃至288℃，尤其是約為204℃至260℃。最優(yōu)選的實施例中，將漿料14加熱至約232℃至260℃之間。
可以使用能將漿料14，以及隨后的單體加熱至所需要的溫度，使單體在埋入基材12中的同時聚合并且不會熔化基材12或以其他方式使基材12降解的任何加熱器34以及加熱過程。而且，可以加熱足夠時間形成具有理想的阻水性的液壓阻片材料10。例如，加熱步驟的時間可以在30秒至2小時之間。然而，取決于加熱過程的長短及加熱溫度，加熱過程所聚合的單體量會有所不同，這將影響到所得液壓阻片材料10的特性或性質(zhì)。而且，已發(fā)現(xiàn)聚合反應(yīng)的持續(xù)時間即加熱步驟的進行時間與聚合溫度成反比。
根據(jù)本發(fā)明的制造方法的優(yōu)選實施例，其重要優(yōu)勢在于在將聚合漿料埋入在基材12之前，基本上不發(fā)生單體的聚合，大部分聚合反應(yīng)都在聚合步驟即加熱步驟中進行，這是因為聚合催化劑或聚合引發(fā)劑一直到單體埋入基材12之前都是與單體分離的。因此，優(yōu)選實施例中，在將漿料14埋入在含有引發(fā)劑或催化劑的纖維基材12的纖維之間之前，基本不發(fā)生單體聚合。因此，在加熱步驟之前，直到單體埋入裝有引發(fā)劑或催化劑的基材中之前，單體都不會聚合。在單體埋入步驟之前抑制單體聚合是本發(fā)明的制造方法的一個重要優(yōu)勢。同時，取決于液壓阻片材料10的應(yīng)用場合，液壓阻片材料10也可選擇地包括覆蓋薄片和/或載體薄片(未示出)。具體而言，優(yōu)選將覆蓋薄片應(yīng)用在基材12的至少一側(cè)，在優(yōu)選實施例中覆蓋材料是一種地質(zhì)織物材料。
優(yōu)選實施例中，基材12可以是任何吸水性或吸附水的薄片材料。而且，基材12優(yōu)選具有大量纖維的纖維基材。更佳的是，纖維基材12是一種地質(zhì)織物材料?？梢允褂门c液壓阻片材料10所需要的應(yīng)用相容的、并能為液壓阻片材料10提供理想的阻水性的包括織布以及無紡布地質(zhì)織物在內(nèi)的、具有任何重量、由任何耐聚合溫度的材料形成的地質(zhì)織物材料。然而，優(yōu)選地質(zhì)織物材料的單位重量在0.05到0.80kg/m2之間，更佳的在0.10到0.40kg/m2之間，最佳的則在0.10到0.20kg/m2之間。
而且，地質(zhì)織物材料可以具有任何形狀，只要這種形狀能為所需要的液壓阻片材料10提供任何尺寸或形狀以使其適用于任何需要防止大量水接觸的區(qū)域。優(yōu)選實施例中，纖維基材12基本上是一個含有至少一層地質(zhì)織物材料的平面薄片。因此，如上所述，優(yōu)選的單體埋入步驟中，施加壓力的方向基本上與地質(zhì)織物材料12的平面垂直。優(yōu)選實施例中，纖維基材12含有一層地質(zhì)織物材料，例如由Amoco公司生產(chǎn)的PETROMAT 4597，PETROMAT 4551或PETROMAT 4506，或者更佳的是，含有由Foss，Inc.生產(chǎn)的聚酯材料GEO-4-REEMAY 60，其厚度為2mm；或者由CUMULUS公司生產(chǎn)的另一種厚度為5mm的聚酯材料25WN040-60。
優(yōu)選實施例中，聚合水溶液包括水、可聚合有機單體以及水膨脹粘土?？梢允褂萌魏文芫酆系玫轿杂袡C聚合物的有機單體。然而，優(yōu)選的有機單體具有下列結(jié)構(gòu)式H2C＝CH-C-O-R其中R選自堿金屬、H、CH3、CH2CH3、CH(CH3)2或其混合物。
優(yōu)選實施例中，單體選自丙烯酸、丙烯酸堿金屬鹽，例如丙烯酸鈉，特別是它們的混合物，以可聚合丙烯酸單體的總摩爾數(shù)計，其中有50-90摩爾百分?jǐn)?shù)的丙烯酸堿金屬鹽以及10-50摩爾百分?jǐn)?shù)的丙烯酸，更佳的則是約含有65-85摩爾％丙烯酸堿金屬鹽以及15-35摩爾％的丙烯酸。
已發(fā)現(xiàn)，為足以能最有效的得到理想的液壓阻片材料10，而且單體聚合后幾乎不需要干燥，以漿料中單體、中和單體以及粘土的總重量計，埋入在基材中的有機單體(或者聚合物)與粘土的重量比應(yīng)當(dāng)在1∶1與1∶5之間，優(yōu)選1∶1與1∶4之間，最佳的范圍則在1∶2與1∶4之間。
本發(fā)明的發(fā)明能用于在任何多孔基材尤其是片材中加載單體/粘土漿料，其中，聚合物是通過預(yù)先在多孔基材中預(yù)添加了足量聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑，從而使可聚合單體與基材12接觸時完全聚合而不會使單體過早聚合而得到的。
較佳的聚合溶液還包括用于單體的交聯(lián)劑?？梢允褂萌魏闻c有機單體相容、能夠且適于使有機單體交聯(lián)的交聯(lián)劑。然而，交聯(lián)劑優(yōu)選自苯酚甲醛、對苯二醛、N，N’-亞甲基雙丙稀酰胺(MBA)或其混合物。優(yōu)選實施例中，交聯(lián)劑包括N，N’-亞甲基雙丙稀酰胺。
可以使用足以使單體交聯(lián)達到所需要的交聯(lián)度的任意量的交聯(lián)劑或任意交聯(lián)劑與單體比。然而，如上所述，交聯(lián)劑的實際用量或比例也會有所變化，取決于液壓阻片材料10所需要的包括吸水能力(WAC)在內(nèi)的特性或性質(zhì)，以及其它因素。例如，已發(fā)現(xiàn)，隨著交聯(lián)劑與單體比例的增加，所得吸收聚合物的水溶性則會降低。然而，另外隨著交聯(lián)劑與單體比例增加，所得吸收聚合物的WAC則會降低。因此，必須使包含液壓阻片材料10的吸收聚合物的WAC與水溶性達到平衡。一實施例中，漿料14中含有的交聯(lián)劑與單體的重量比小于約1∶100，優(yōu)選1∶1000到1∶100之間，更佳的范圍是在1∶750到1∶250之間，最佳的范圍是在1∶600到1∶400之間。
而且，聚合溶液優(yōu)選酸性溶液。具體而言，聚合溶液的pH值優(yōu)選小于7。聚合溶液的pH值可以用任何方式、用能得到酸性溶液并與聚合溶液中含有的組分相容的任何物質(zhì)或化合物進行調(diào)節(jié)。然而，較佳的聚合溶液進一步包含足量苛性化合物來中和50-100摩爾％，更佳的則是50-90摩爾％的單體，如丙烯酸，它就地形成中和聚丙烯酸鹽，最佳的是中和65-85摩爾％。
任何至少能部分中和單體或形成的聚合物的苛性化合物都可以使用。較佳的，苛性化合物選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨或其混合物。優(yōu)選實施例中，苛性化合物是氫氧化鈉。
如前所示，優(yōu)選在聚合溶液中添加一定量的水膨脹粘土形成漿料14?？梢允褂萌魏稳缟纤鲈谒羞M行水合、并在與聚合溶液形成漿料14之后能與可聚合單體形成夾層結(jié)構(gòu)的水膨脹粘土。優(yōu)選的粘土選自蒙脫石、滑石粉、綠脫石、laponite、貝得石、鐵-滑石粉、鋰蒙脫石、鋅蒙脫石、富鎂蒙脫石、蛭石或其混合物的水膨脹粘土。優(yōu)選的水膨脹粘土是綠土粘土，最好是鈉綠土粘土，尤其是鈉蒙脫石及鈉膨潤土。以聚合漿料14中的可聚合單體的重量計，只要聚合溶液中水膨脹粘土的重量百分含量至少達到5％，優(yōu)選至少達到20％，就可以向聚合溶液中加入其它非水膨脹粘土或填料，如碳酸鈣，滑石，云母，蛭石，酸活化粘土(用氫離子取代鈉)高嶺土、滑石，二氧化硅，二氧化鈦，硅酸鈣，磷酸鈣等。
以聚合漿料中單體、中和單體及粘土的總重量計，有機單體與粘土的具體重量比或相對量以重量百分?jǐn)?shù)計，單體(包括中和劑)選擇在約20％至約50％，粘土則在約50％至約80％。
最后，如前所述，水性漿料14含有一定量的水，優(yōu)選淡水。根據(jù)這里所說明的優(yōu)選方法及制品的重要特征，以漿料14的總重量計，聚合漿料14中水的重量百分含量應(yīng)小于約50％，優(yōu)選小于45％。以漿料14的總重量計，優(yōu)選漿料14中水的含量約在30％到50％之間。優(yōu)選實施例中，以漿料14的總重量計，漿料14中水的重量百分含量約在35％到45％之間，以便使?jié){料能通過使用活塞32泵送。水的重量百分含量小于20％的漿料可以使用傳送帶(未示出)傳遞到基材12上并埋入在基材中，同時又能提供足夠的水分使單體均勻分布在粘土中。
參考附圖，提供了一種裝置及方法用于連續(xù)生產(chǎn)液壓阻片材料10。首先，將一層含有纖維基材12的地質(zhì)織物材料進給通過裝有聚合催化劑或聚合引發(fā)劑20的槽，再經(jīng)過一對壓榨滾筒22除去多余的催化劑和/或引發(fā)劑。也可以選擇從噴嘴31將聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑噴淋到基材12上。根據(jù)優(yōu)選實施例，基材中聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑達到飽和，接著再使用與飽和基材12的下表面33接觸的真空裝置35對飽和基材12的下表面33施加真空除去多余的聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑，在過程中循環(huán)使用。裝有催化劑和/或引發(fā)劑的纖維基材12在除去多余的催化劑和/或引發(fā)劑后，再經(jīng)導(dǎo)輪進入一對水平設(shè)置的埋入滾筒18中間，在這里漿料14被擠(壓)到包含催化劑和/或包含引發(fā)劑的基材12上。
漿料14在容器26中混合，容器中漿料組分用攪拌器16進行混合。一旦在漿料容器26中混合并優(yōu)選進行剪切后，將包括漿料刮刀17的攪拌器16提出容器26，容器26沿軌道28移動，以便使容器26直接放置在具有高壓、可垂直移動活塞32的活塞泵總成30的正下方。接著，活塞32在容器26中向下移動，推動高粘性、低水含量的漿料14穿過直徑為8英寸的柔性導(dǎo)管29，以便將漿料噴到在壓輥18之間的V形漿料接受槽39中。很難推動高粘性的漿料14穿過狹窄的導(dǎo)管，因此優(yōu)選使用直徑至少為4英寸的導(dǎo)管29。在埋入滾筒18之間，當(dāng)基材12在埋入滾筒18之間移動時，漿料14沉積到由纖維基材12構(gòu)成的一層地質(zhì)織物上，纖維基材12含有聚合引發(fā)催化劑和/或引發(fā)劑。如圖1所示，含有聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑的地質(zhì)織物材料12移動時與埋入滾筒18接觸，滾筒18施加壓力將漿料14埋入在纖維基材12的纖維之間。
接著，壓埋入漿料14的制地質(zhì)織物穿過加熱器或烘箱34使單體聚合并使所得聚合物以及粘土與基材12嵌連。聚合反應(yīng)使得所得聚合物及粘土與地質(zhì)織物材料的纖維相嵌連。最后形成了液壓阻片材料10。如果需要的話，接著可以將液壓阻片材料10干燥并卷繞包裝。
液壓阻片材料10與水接觸會膨脹。已發(fā)現(xiàn)，與水接觸時，纖維基材12的未填充的空隙即間隙會首先充滿水合聚合物凝膠。聚合物凝膠的進一步水合會使整個液壓阻片材料10膨脹。還發(fā)現(xiàn)，在20kPa的標(biāo)準(zhǔn)有效圍力作用下(standard load of an effective confining stress)，本發(fā)明的液壓阻片材料液壓傳導(dǎo)率要小于或等于約1×10-9cm/sec。而且，液壓傳導(dǎo)率通常隨有效圍力的增加而減小。
實施例將含有354磅(重量百分?jǐn)?shù)為11.91％)丙烯酸；1119磅(重量百分?jǐn)?shù)為37.65％)鈉蒙脫石粘土；314磅50％的活性NaOH溶液(活性NaOH的重量百分?jǐn)?shù)為5.28％)；1184磅水(重量百分?jǐn)?shù)為45.12％，包括NaOH中加入的水)以及0.772磅(重量百分?jǐn)?shù)為0.03％)亞甲基雙丙稀酰胺(MBA)交聯(lián)劑的聚合漿料混合。加入NaOH的量足以使80摩爾百分?jǐn)?shù)的丙烯酸中和。
將漿料埋入在厚度為2mm，基本重量為0.034磅/英尺2的Foss Inc.之GEO-4-REEMAY 60聚酯織物中，該織物已預(yù)浸漬聚合引發(fā)劑(含有16-30％活性過硫酸鈉的過硫酸鈉溶液)，從而使片材完全飽和，施加真空除去多余的引發(fā)劑后，在織物中埋入漿料前，每平方英尺織物含有2.8克過硫酸鈉引發(fā)劑。優(yōu)選實施例中，織物由每平方英尺織物含有4至14克過硫酸鈉水溶液(28％活性)到每平方英尺織物含有2.8克過硫酸鈉，接著再在聚合引發(fā)織物中埋入每平方英尺28克丙烯酸。優(yōu)選的聚合溶液的濕填量為每平方英尺織物有232克漿料。制備了五個不同的樣品，每個樣品裝填有不同重量的漿料，每個樣品都在不同的烘箱溫度下就地聚合。表I所示數(shù)據(jù)表明，191℃至232℃這一較低的溫度，不管是去離子水滲透性(DI Perm)還是3.5％NaCl水溶液滲透性(3.5％Salt Perm)試驗得到的不滲透性結(jié)果都比較好
表I
表II對照現(xiàn)有技術(shù)ST Bentomat液壓阻片
將根據(jù)本發(fā)明的液壓阻片的透水性(表I)與典型的現(xiàn)有技術(shù)STBentonite液壓阻片的透水性(表II)進行比較表明，根據(jù)本發(fā)明制造的液壓阻片的透水性，尤其是對含鹽水溶液的透水性出乎意料的低。與本發(fā)明的液壓阻片的組分相比，現(xiàn)有液壓阻片組分中粘土含量約為3倍，允許透過的含鹽水溶液要多出3000倍。對于去離子水，含有相當(dāng)于本發(fā)明的組分中3倍粘土量的現(xiàn)有液壓阻片組分，它的去離子水的透過量也要比本發(fā)明的組分所能透過量多出3倍。
權(quán)利要求
1.一種制造吸水片材的方法，其特征在于，包括將液體吸著聚合引發(fā)基材或用來制造液體吸著聚合引發(fā)基材的材料與聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑接觸，以形成用于隨后埋入單體的聚合引發(fā)片材；在聚合引發(fā)片材中埋入含有粘土的漿料，該漿料包含水、粘土以及能聚合形成水吸著聚合物的單體，其中，以漿料重量計，水的含量小于約50％，單體與粘土的重量比范圍約在1∶19到19∶1之間，貫穿聚合引發(fā)片材的至少部分厚度以與所述聚合催化劑或聚合引發(fā)劑緊密接觸，引發(fā)單體的聚合；加熱埋料片材，加熱溫度足以使單體聚合，并能蒸發(fā)至少部分漿料水，以形成水吸著聚合物，并將聚合物和粘土連結(jié)在片材中。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，含有粘土的漿料包含有聚合引發(fā)劑以及用于聚合物的交聯(lián)劑。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在片材埋入漿料之前，在片材或片材含有的材料中填充聚合催化劑或聚合引發(fā)劑。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述漿料中含有用于單體或形成的聚合物的堿中和劑。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，片材中填充的堿中和劑的量足以使65-85摩爾％的聚合物中和。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將片材至少加熱至100℃來引發(fā)片材中單體的聚合反應(yīng)并在聚合反應(yīng)及聚合物固化過程中將水從片材中蒸發(fā)出來。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，將片材輸送通過溫度在100℃至288℃的烘箱使單體聚合并使就地形成的聚合物固化。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，烘箱的溫度范圍約在177℃至288℃之間。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，烘箱的溫度范圍約在232℃至260℃之間。
10.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，以粘土與中和單體的重量計，含有粘土的漿料中粘土的重量百分含量約為50％至80％。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，以含有粘土的漿料的總重量計，聚合溶液含有約30％至50％重量的水。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，以含有粘土的漿料的總重量計，聚合溶液中水的重量百分含量約為35％至45％。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，以聚合溶液總重量計，含有粘土的漿料中，水的重量百分含量約為35％至40％。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述粘土包括水膨脹綠土粘土。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述水膨脹綠土粘土包括鈉綠土粘土。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，所述鈉綠土粘土選自鈉蒙脫石、鈉膨潤土或它們的混合物。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述鈉綠土粘土是由鈉離子通過離子交換置換鈣綠土粘土中的鈣離子得到的。
18.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述單體與粘土的重量比范圍在1∶1到1∶5之間。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，所述單體與粘土的重量比范圍在1∶1到1∶4之間。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述單體與粘土的重量比范圍在1∶2到1∶4之間。
21.一種制造吸水片材的方法，包括∶在液體吸著聚合引發(fā)基材或用來制造液體吸著聚合引發(fā)基材的材料中埋入足量聚合引發(fā)劑或聚合催化劑，用于引發(fā)后來加入的可聚合單體的聚合，得到聚合引發(fā)片材；貫穿至少部分厚度的聚合引發(fā)片材中埋入含有水、粘土以及可聚合單體的聚合漿料，以便與所述聚合催化劑或聚合引發(fā)劑緊密接觸引發(fā)單體的聚合，所述漿料中水含量小于50％重量；將片材置于足以使單體聚合形成聚合物的條件下，從而將聚合物與粘土固定到片材上。
22.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述聚合漿料包含聚合物交聯(lián)劑，但不含聚合催化劑或聚合引發(fā)劑。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，其特征在于，所述聚合漿料包含一種載體，該載體選自包含水、有機溶劑以及可聚合單體在內(nèi)的組，載體量足以能使交聯(lián)劑溶解或分散在單體中。
24.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，在將單體埋入片材之前，除聚合催化劑或聚合引發(fā)劑以外，片材或片材所含材料還裝填交聯(lián)劑及單體中和劑。
25.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述片材中裝填中和劑的量足以中和50-100摩爾百分?jǐn)?shù)的單體或得到的聚合物。
26.如權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述片材中裝填足量的中和劑以中和65-85摩爾百分?jǐn)?shù)的聚合物。
27.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，將所述片材至少加熱至100℃來引發(fā)片材中單體的聚合反應(yīng)并在聚合反應(yīng)及聚合物固化過程中將水從片材中蒸發(fā)出來。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，其特征在于，輸送所述片材通過溫度在100℃至288℃的烘箱使單體聚合并使就地形成的聚合物固化。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，其特征在于，所述烘箱的溫度范圍約在204℃至260℃之間。
30.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，以粘土與單體的總重量計，聚合漿料中粘土的重量百分含量約為5％至95％。
31.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述粘土包括水膨脹綠土粘土。
32.如權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，所述水膨脹粘土包括鈉綠土粘土。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，所述鈉綠土粘土選自鈉蒙脫石、鈉膨潤土或其混合物。
34.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，以聚合漿料的總重量計，聚合漿料中水的重量百分含量約為20％至50％。
35.如權(quán)利要求32所述的方法，其特征在于，以聚合漿料的總重量計，聚合漿料中水的重量百分含量約為30％至50％。
36.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，以聚合漿料的總重量計，聚合漿料中水的重量百分含量約為30％至40％。
37.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，以聚合漿料的總重量計，粘土中水膨脹綠土粘土的重量百分含量至少約為50％。
38.如權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，以聚合漿料中粘土的總重量計，粘土中綠土粘土的重量百分含量為50-100％。
全文摘要
直接將聚合催化劑或聚合引發(fā)劑應(yīng)用到液體吸收或液體吸附(統(tǒng)稱“液體吸著”)基材上，基材優(yōu)選片材形狀的多孔地質(zhì)織物，從而形成聚合引發(fā)基材或片材，接著將含有單體及吸水粘土的漿料埋入多孔基材中，這樣就可以使單體充分與聚合催化劑或聚合引發(fā)劑接觸，使埋入單體完全聚合形成嵌入式聚合物固體與粘土，從而避免了單體在與基材接觸前部分聚合。已發(fā)現(xiàn)，與基材接觸時進行單體聚合能最好的保持埋入及嵌連聚合物與粘土固體。優(yōu)選在將單體埋入基材前只將聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，任選的單體用交聯(lián)劑和/或聚合物中和劑及任意載體，例如水或有機溶劑應(yīng)用到液體吸著基材上。另一個實施例中，將交聯(lián)劑和/或聚合物中和劑與聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑一起埋入基材中。
文檔編號B01J20/12GK1497018SQ03159699
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者J·W·小達林頓, C·M·馬特恩, M·W·克拉里, N·A·多特里奇, R·W·卡里克, J W 小達林頓, 克拉里, 卡里克, 多特里奇, 馬特恩 申請人:安柯國際有限公司