一种复合水凝胶、防渗卷材及其制备方法和其应用技术

本发明专利技术提供了一种复合水凝胶、防渗卷材及其制备方法和其应用，具体涉及一种可用于核废料处置隔离层的复合水凝胶防渗卷材。该防渗卷材由面防护层、复合水凝胶、以及底支撑层组成，复合水凝胶位于面防护层以及底支撑层之间，其制备方法为：将由纤维、水凝胶、填料、改性剂、偶联剂、防霉剂及水制成的纤维增强水凝胶，通过压机紧密压至面防护层和底支撑层之间，制成复合水凝胶防渗卷材产品。本发明专利技术所得的防渗卷材主要用于核废料处置库中废液罐包覆隔离层，以及缓冲层与围岩间铺设的隔离层，可有效阻止缓冲层材料在地下水长期作用下的侵蚀，并进一步固化放射性核素，提高核废料处置库的安全性和长期有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种复合水凝胶、防渗卷材及其制备方法和其应用
本专利技术属于核废料处置及防护
，具体涉及一种复合水凝胶、防渗卷材及其制备方法和其应用。
技术介绍
核能作为一种清洁、高效、环保能源，已在越来越多的领域得到应用。人类在享受核能带来益处而大力发展和核应用技术的同时，核废物量也在逐年増加，核废物的安全处置成为亟待解决的问题。2011年由地震引发海啸导致日本福岛核泄漏事故，再次引发了全球对核废物处置高度关注。根据放射性水平的分类，核废物被划分为低放、中放和髙放废物。目前中低放废物安全处置技术已经很成熟，但是高放射性废物安全处置还在研究中。高放废物具有半衰期长、放射性强、毒性特大、发热量高等特点，如果不进行合理的处置，将会破坏自然环境和人类和谐发展。目前国际上主流的高放废物地质处置为地下库一钻孔处置、地下库一巷道处置技术，这两种技术主要是在500米到1000米深的地下库中，将高放废物固化体封装在高放废物废物罐中，放入适当的围岩，废物罐周围及围岩之间用缓冲材料填充。缓冲材料层在高放废物处置中起着十分重要的作用，它不仅维护处置库整体结构的稳定，阻止或者减缓地下水的流动、而且可进一步阻滞核素迁移，传递扩散废物释放的热量。近30年国内外研究过的缓冲材料主要有膨润土、蒙脱石、伊利石、石英砂、沸石等，其中膨润土因其具有良好的压实性、低渗透性、高膨胀性、良好的热稳定性及导热性、以及对核素良好的吸附性，被多国认为是较理想的缓冲材料。然而，近年来国内针对高放废物地质处置库中膨润土侵蚀机理的相关研究表明，膨润土及其混合物作为缓冲层材料，在围岩裂隙水长期和缓慢的作用下，会首先产生化学侵蚀，形成膨润土凝胶，然后跟随地下水流剥离膨润土缓冲层表面，形成物理侵蚀，进而导致缓冲层的密实度降低、渗透性增加，密封效果降低。由此最终可能造成废物罐产生沉降、位移，加快围岩层硫化物穿过缓冲层，与废物罐接触，腐蚀废物罐，进而导致高放废物处置库破坏，放射性核元素泄漏，危及人类的健康安全，造成灾难性后果。
技术实现思路
本专利技术针对膨润土作为缓冲层材料可能存在侵蚀风险的问题，创新性地提出了一种抗侵蚀隔离层概念，并提供一种核废料处置隔离层用复合水凝胶防渗卷材及其制备方法，旨在通过隔离层的引入，提高高放废物处置库缓冲材料的抗侵蚀能力，进一步提高高放废物处置库的安全性和长期有效性。本专利技术所得的防渗卷材主要用于核废料处置库中废液罐包覆隔离层，以及缓冲层与围岩间铺设的隔离层，可有效阻止缓冲层材料在地下水长期作用下的侵蚀，并进一步固化放射性核素，提高核废料处置库的安全性和长期有效性。本专利技术的一个目的是提供一种用于制备防渗卷材的复合水凝胶，所述复合水凝胶包括：纤维：0～10％；水凝胶：1～40％；填料：1～90％；改性剂：0.1～40％；偶联剂：0.1～5％；防霉剂：0.1～5％；水：8～40％；所述百分数为重量百分数。具体的，所述的复合水凝胶还包括下述1)-7)所述中的至少一种：1)所述纤维的重量百分数为0.1～5％；再具体的，所述纤维的重量百分数为0.5～1％；再具体的，所述纤维的重量百分数为0.5％或1％；再具体的，所述纤维的重量百分数为1％；2)所述水凝胶的重量百分数为1～25％；或所述水凝胶的重量百分数为5％、17％、20％、22％和/或39％；再具体的，所述水凝胶的重量百分数为17％；3)所述填料的重量百分数为30～55％；再具体的，所述填料的重量百分数为30％、32％、35％、45％和/或54.7％；再具体的，所述填料的重量百分数为45％；4)所述改性剂的重量百分数为0.1～6％；再具体的，所述改性剂的重量百分数为0.1％、2％、5％和/或6％；再具体的，所述改性剂的重量百分数为2％；5)所述偶联剂的重量百分数为0.5～1％；或所述改性剂的重量百分数为0.1％、0.5％、1％和/或5％；再具体的，所述改性剂的重量百分数为1％；6)所述防霉剂的重量百分数为0.1～0.5％；或所述防霉剂的重量百分数为0.1％、0.5％和/或5％；再具体的，所述防霉剂的重量百分数为0.5％；7)所述水的重量百分数为18～40％；再具体的，所述水的重量百分数为18％、33.5％、35％、36.5％、39.5％和/或40％；再具体的，所述水的重量百分数为33.5％。具体的，所述的复合水凝胶还包括下述1)-4)所述中的至少一种：1)所述的水凝胶包括聚丙烯酰胺、N-羟甲基聚丙烯酰胺、N-羟甲基聚丙烯酰胺改性缩合聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、淀粉、淀粉醚、纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯醇中的至少一种；再具体的，所述的水凝胶包括聚丙烯酰胺、N-羟甲基聚丙烯酰胺、N-羟甲基聚丙烯酰胺改性缩合聚丙烯酰胺、羟甲基纤维素、聚丙烯醇、和/或淀粉；2)所述的填料包括滑石粉、碳酸钙、白炭黑、膨润土、纳米二氧化硅、气相二氧化硅、三氧化二铝、硅藻土中的至少一种；再具体的，所述的填料包括气相二氧化硅、膨润土、和/或硅藻土；3)所述的改性剂包括壳聚糖、羟基铁、羟基化聚丙烯酰胺、碳酸钠、氢氧化钠、六偏磷酸钠中的至少一种；再具体的，所述的改性剂包括碳酸钠和/或壳聚糖；4)所述的纤维包括聚丙烯纤维、木纤维、棉纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚氨酯纤维、聚丙烯腈纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、和/或所述任一纤维的短切纤维。再具体的，所述的纤维包括碳纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、和/或短切木纤维。具体的，所述的偶联剂包括KH-560、DL602、和/或KH-550；具体的，所述的防霉剂包括苯甲酸钠、五氯苯酚钠、苯甲酸、氢氧化钠。本专利技术的另一个目的是提供一种防渗卷材，所述防渗卷材包括面防护层、复合水凝胶和底支撑层，所述复合水凝胶位于面防护层和底支撑层之间；其中，所述复合水凝胶包括本专利技术任一所述的复合水凝胶。具体的，所述防渗卷材还包括下述1)-4)所述中的至少一种：1)所述的面防护层包括无纺布、纤维编织布、多孔膜、筛网和/或高分子薄膜；再具体的，所述面防护层包括碳纤维编织布、玻纤编织布、PE膜；2)所述面防护层厚度为0.1-8mm；再具体的，所述面防护层厚度为0.3-0.5mm；再具体的，所述面防护层厚度为0.3或0.5mm；3)所述的底支撑层包括无纺布、纤维编织布、多孔膜、筛网、高分子薄膜、织物增强高分子膜、高分子片材、织物增强高分子片材，导热高分子片材、碳纤维、碳纤维织物增强导热高分子片材、玻璃纤维和/或玻璃纤维织物增强导热高分子片材；具体的，所述的底支撑层包括石墨烯/PVC复合导热高分子片材、纳米三氧化二铝/PP复合导热高分子片材、铝粉/石墨/HDPE复合导热高分子片材、PVC高分子片材、HDPE片材；4)所述底支撑层厚度为0.1-8mm。具体的，所述底支撑层厚度为0.6-1.2mm；再具体的，所述底支撑层厚度为0.6、0.8、1、或1.2mm。具体的，所述的防渗卷材还包括：所述的导热高分子片材由石墨烯、石墨、炭黑、纳米三氧化二铝、微细氧化镁、铝片、铝粉、铁粉、碳纤维、玻璃纤维、铁纤维、铜纤维中的至少一种，与PP、PE、HDPE、PVC、ECB、EVA、TPO、TPE、TPV、TPU、CPE、EPDM中的至少一种复合制成。再具体的，所述的导热高分子片材包括：由石墨烯和PVC复合制成的石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于制备防渗卷材的复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶包括：纤维：0～10％；水凝胶：1～40％；填料：1～90％；改性剂：0.1～40％；偶联剂：0.1～5％；防霉剂：0.1～5％；水：8～40％；所述百分数为重量百分数。

【技术特征摘要】
1.一种用于制备防渗卷材的复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶包括：纤维：0～10％；水凝胶：1～40％；填料：1～90％；改性剂：0.1～40％；偶联剂：0.1～5％；防霉剂：0.1～5％；水：8～40％；所述百分数为重量百分数。2.根据权利要求1所述的复合水凝胶，其特征在于，所述的复合水凝胶还包括下述1)-7)所述中的至少一种：1)所述纤维的重量百分数为0.1～5％；2)所述水凝胶的重量百分数为1～25％；3)所述填料的重量百分数为30～55％；4)所述改性剂的重量百分数为0.1～6％；5)所述偶联剂的重量百分数为0.5～1％；6)所述防霉剂的重量百分数为0.1～0.5％；7)所述水的重量百分数为18～40％。3.根据权利要求1和/或2所述的复合水凝胶，其特征在于，所述的复合水凝胶还包括下述1)-4)所述中的至少一种：1)所述的水凝胶包括聚丙烯酰胺、N-羟甲基聚丙烯酰胺、N-羟甲基聚丙烯酰胺改性缩合聚丙烯酰胺、聚丙烯酸钠、淀粉、淀粉醚、纤维素、羟甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟丙甲基纤维素、聚乙烯醇、聚丙烯醇中的至少一种；2)所述的填料包括滑石粉、碳酸钙、白炭黑、膨润土、纳米二氧化硅、气相二氧化硅、三氧化二铝、硅藻土中的至少一种；3)所述的改性剂包括壳聚糖、羟基铁、羟基化聚丙烯酰胺、碳酸钠、氢氧化钠、六偏磷酸钠中的至少一种；4)所述的纤维包括聚丙烯纤维、木纤维、棉纤维、聚乙烯纤维、尼龙纤维、聚氨酯纤维、聚丙烯腈纤维、陶瓷纤维、玻璃纤维、碳纤维、和/或所述任一纤维的短切纤维。4.一种防渗卷材，其特征在于，所述防渗卷材包括面防护层、复合水凝胶和底支撑层，所述复合水凝胶位于面防护层和底支撑层之间；其中，所述复合水凝胶包括权利要求1、2和/或3任一所述的复合水凝胶。5.根据权利要求4所述的防渗卷材，其特征在于，所述防渗卷材还包括下述1)-4)所述中的至少一种：1)所述的面防护层包括无纺布、纤维编织布、多孔膜、筛网和/或高分子薄膜；2)所述面防护层厚度为0.1-8mm；3)所述的底支撑层包括无纺布、纤维编织布、多孔膜、筛网、高分子薄膜、织物增强高分子膜、高分子片材、织物增强高分子片材，导热高分子片材、碳纤维、碳纤维织物增强导热高分子片材、玻璃纤维和/或玻璃纤维织物增强导热高分子片材；4)所述底支撑层厚度为0.1-8mm。6.根据权利要求5所述的防渗卷材，其特征在于，所述的导热高分子片材由石墨烯、石墨、炭黑、纳米三氧化二铝、微细氧化镁、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张艳玲，袁仁勇，齐文，戚丁文，
申请(专利权)人：辽宁本特耐科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21