一种聚合物膨润土复合防渗材料及其无热源合成方法技术

本发明专利技术公开了一种聚合物膨润土复合防渗材料及其无热源合成方法，属于高分子领域。将离子型单体、含有叔氨基的单体和交联剂溶于水中，再加入膨润土，充分混匀后，再加入引发剂；所述含有叔氨基的单体作为自由基反应促进剂，使引发剂产生自由基，自由基转移到离子型单体和含有叔氨基的单体的碳碳双键上，引发碳碳双键发生加成聚合反应，使得碳碳双键转变成单键，在交联剂的作用下，离子型单体和含有叔氨基的单体无规聚合得到聚合物网络，且该聚合物网络原位插层在膨润土的片层之间。本发明专利技术制备的复合材料的亲水性和溶胀性获得了显著提升，克服了原始膨润土在性能上的不足，可以有效阻隔酸、碱和盐溶液。碱和盐溶液。碱和盐溶液。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物膨润土复合防渗材料及其无热源合成方法


[0001]本专利技术属于高分子领域，具体地，涉及一种聚合物膨润土复合防渗材料及其无热源合成方法。

技术介绍

[0002]膨润土颗粒间的缝隙是水传导的主要通道，当膨润土颗粒吸水溶胀时，颗粒间的缝隙会被阻塞，水传递的通道变得迂回而曲折，渗透系数显著降低。然而，在盐、强酸以及强碱溶液中，天然膨润土的亲水性会显著下降，溶胀性降低，不再具有阻隔性。需要指出的是，膨润土类阻隔设施需要在各种各样的严苛环境中应用。比如，应用在工业固废垃圾填埋场的竖直阻隔中时，工业废弃物在微生物的发酵下会产生大量的酸或碱性的盐溶液，传统的膨润土防水毯难以有效阻隔，从而引发废液渗漏，危害人民生命健康和社会的可持续发展。因此，抗盐、耐酸、碱的改性膨润土的研究迫在眉睫。
[0003]聚合物水凝胶的研究由来已久。我们注意到，离子型的聚丙烯酸类水凝胶具有超高的吸水倍率和较好的耐盐性，非离子型的聚酰胺类水凝胶对溶液pH值的敏感性较低。合成聚合物膨润土纳米复合材料，将聚合物的亲水性、耐盐性及抗酸、碱性能赋予膨润土，即可得到高防渗的改性膨润土。其中，聚合物与膨润土直接共混的方法受到了广泛关注。如在CN105199288A中，在水热、搅拌条件下将阳离子聚丙烯酰胺与膨润土共混，实现了聚合物对蒙脱石晶体的插层，获得了高分子膨润土纳米复合材料，有效提高了膨润土对有机污染物水溶液的阻隔性。如从整体社会成本的角度考虑，此类聚合物与膨润土共混的方案还应包含聚合物的合成与提纯两个前提步骤，需要指出的是，上述聚丙烯酰胺与膨润土共混的改性方案并没有提升膨润土样品对强酸、碱和盐溶液的阻隔性。可以推测，复合材料的合成路线左右着生产成本，而聚合物的选择影响着产物的性能。
[0004]综上所述，仍缺少一种简单快捷的低成本方案，用以合成抗盐、耐酸碱的膨润土阻隔材料。现提出一种无热源条件下的原位聚合方案，使改性单体与膨润土在共混的同时发生聚合反应，获得抗盐、耐酸、碱的聚合物膨润土纳米复合材料。

技术实现思路

[0005]针对现有技术膨润土对酸、碱和盐溶液的阻隔性差的技术问题，本专利技术提供一种聚合物膨润土复合防渗材料的无热源合成法，通过室温下的一步反应，实现单体的聚合和膨润土的改性，得到抗盐耐酸、碱的改性膨润土材料。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供了一种聚合物膨润土复合防渗材料的无热源合成方法，包括以下步骤：
[0007](1)将离子型单体、含有叔氨基的单体和交联剂溶于水中，再加入膨润土，充分混匀后，再加入引发剂；所述离子型单体含有碳碳双键和亲水性官能团，所述含有叔氨基的单体含有碳碳双键；所述交联剂为含有两个以上碳碳双键的水溶性分子；
[0008](2)所述含有叔氨基的单体作为自由基反应促进剂，使引发剂产生自由基，自由基
转移到离子型单体和含有叔氨基的单体的碳碳双键上，引发碳碳双键发生加成聚合反应，使得碳碳双键转变成单键，在交联剂的作用下，离子型单体和含有叔氨基的单体无规聚合得到聚合物网络，且该聚合物网络原位插层在膨润土的片层之间。
[0009]优选地，所述含有叔氨基的单体为N,N
‑
二乙基丙烯酰胺或2
‑
(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯；
[0010]所述离子型单体为丙烯酸、对羧基苯乙烯酸或衣康酸。
[0011]优选地，所述交联剂为N,N'
‑
乙烯基双丙烯酰胺、二乙烯基苯或双丙酮丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；
[0012]所述膨润土为钙基膨润土、钠基膨润土和钠化钙基膨润土中的至少一种。
[0013]优选地，所述离子型单体和含有叔氨基的单体的质量比为50:(1
‑
150)。
[0014]优选地，所述离子型单体与含有叔氨基的单体的质量之和比上交联剂的质量为(50
‑
500):1。
[0015]优选地，所述离子型单体与含有叔氨基的单体的质量之和比上膨润土的质量为(1
‑
30):100；所述引发剂的质量比上离子型单体与含有叔氨基的单体的质量之和为(0.5
‑
5):100。
[0016]优选地，所述膨润土与溶剂水的质量比为(30
‑
500):60。
[0017]优选地，在加入交联剂之前，还包括加入碱液的步骤，以增强聚合物网络的亲水性。
[0018]按照本专利技术的另一方面，提供了任一所述方法制备得到的聚合物膨润土复合防渗材料。
[0019]按照本专利技术的另一方面，提供了所述的聚合物膨润土复合防渗材料用于酸溶液、碱溶液或盐溶液的阻隔材料的应用；
[0020]优选地，所述酸溶液的pH值小于等于3，所述碱溶液的pH值大于等于12，所述盐溶液的浓度大于等于3wt％。
[0021]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
[0022](1)本专利技术中的聚合物膨润土复合防渗材料的制备方案，改性单体与膨润土进行一步原位聚合反应即可获得产品，制备方法简单快捷。
[0023](2)本专利技术中的聚合物膨润土复合防渗材料的制备方案，反应无需热源加热，环保低耗能，成本低廉，有着良好的应用前景。
[0024](3)本专利技术优选地选用丙烯酸作为离子型单体，作为反应的主体，具有耐盐性好、吸水倍率高以及吸水速率快的特点；选用的非离子型单体含有叔氨基官能团，无需电离即具有良好的亲水性，亲水性受溶液的pH值影响较小，用以改善聚合物的耐酸、碱性。同时，叔氨基单体是一种有效的自由基反应促进剂，可使过硫酸盐引发剂在常温下分解并引发聚合反应，无需热源加热，有效降低了生产成本。
[0025](4)测试表明，本专利技术复合材料的亲水性和溶胀性获得了显著提升，克服了原始膨润土在性能上的不足，可以有效阻隔酸、碱和盐溶液。本专利技术制备的聚合物膨润土复合防渗材料，在酸(pH＝3)、碱(pH＝12)以及3wt％的盐溶液中均表现出极低的渗透系数(10
‑
12
m/s)。
[0026](5)本专利技术加入碱液，中和丙烯酸单体，不仅防止反应爆聚，保证实验安全，又可以增加聚合物网络的亲水性，提高产品的阻隔性能。
[0027](6)本专利技术优选地，以钙基膨润土作为改性材料，相较钠基膨润土，钙基膨润土储量丰富，价格便宜，但钙基膨润土亲水性更差，改性难度大。钙基膨润土的改性成功，降低了膨润土阻隔材料的生产成本。
[0028](7)本专利技术优选地，膨润土与溶剂水的质量比为(30
‑
500):60，溶剂量太少，反应单体分散困难，难以反应，溶剂过量，单体浓度过稀，产物分子量过低，改性效果差。
附图说明
[0029]图1是本专利技术实施例2中改性膨润土的制备过程示意图。
[0030]图2是本专利技术实施例2中改性前后的膨润土的红外谱图。
[0031]图3是本专利技术实施例5中改性前后的膨润土在水中的自由膨胀性能的测试结果。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物膨润土复合防渗材料的无热源合成方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将离子型单体、含有叔氨基的单体和交联剂溶于水中，再加入膨润土，充分混匀后，再加入引发剂；所述离子型单体含有碳碳双键和亲水性官能团，所述含有叔氨基的单体含有碳碳双键；所述交联剂为含有两个以上碳碳双键的水溶性分子；(2)所述含有叔氨基的单体作为自由基反应促进剂，使引发剂产生自由基，自由基转移到离子型单体和含有叔氨基的单体的碳碳双键上，引发碳碳双键发生加成聚合反应，使得碳碳双键转变成单键，在交联剂的作用下，离子型单体和含有叔氨基的单体无规聚合得到聚合物网络，且该聚合物网络原位插层在膨润土的片层之间。2.如权利要求1所述的聚合物膨润土复合防渗材料的无热源合成方法，其特征在于，所述含有叔氨基的单体为N,N
‑
二乙基丙烯酰胺或2
‑
(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯；所述离子型单体为丙烯酸、对羧基苯乙烯酸或衣康酸。3.如权利要求1或2所述的聚合物膨润土复合防渗材料的无热源合成方法，其特征在于，所述交联剂为N,N'
‑
乙烯基双丙烯酰胺、二乙烯基苯或双丙酮丙烯酰胺；所述引发剂为过硫酸铵或过硫酸钾；所述膨润土为钙基膨润土、钠基膨润土和钠化钙基膨润土中的至少一种。4.如权利要求1或2所述的聚合物膨润土复合防渗材料的无热源合成方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵强，王辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：