作为高pH 或离子液体阻挡层的粘土/聚合物共混物制造技术

一种组合物，它能增加不可渗透性防止离子液体穿过其中，它可包括与阴离子和阳离子聚合物混合的粘土。可在土工合成衬里中提供这种组合物，在侵蚀性渗滤液环境中提供液压阻挡。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关申请的交叉参考本申请要求2013年7月12日提交的标题为\BlendedPolymerSystem\的美国临时申请No.61/845,791的权益，其全部公开内容在本文中通过参考引入。专利
本专利技术的公开内容涉及粘土与阳离子和阴离子聚合物的组合，和/或一种或多种具有阳离子和阴离子这两种电荷点的单体的混合物，和当粘土用作液压阻挡层防止具有高离子强度(高度酸性和/或高度碱性)的侵蚀性液体，例如来自于加工矿石，例如铝土矿矿石的采矿渗滤液流动时，改进粘土的液压性能(不可渗透性或阻挡性能)的方法。粘土/聚合物混合物在置于两种土工合成织物之间的土工合成粘土衬里(GCL)中优选用作阻挡层。在最优选的实施方案中，粘土/聚合物混合物置于两种土工合成织物之间，其中的至少一种是非织造织物，和该织物被针刺在一起以在织物之间锁定粘土/聚合物混合物。本专利技术的
技术介绍
和现有技术在化学处理材料，和作为该处理工艺的副产物，生产需要容纳在容器内的侵蚀性液体的许多工业中，工业上明显需要改进的废液容纳。这些侵蚀性(高度酸性或高度碱性)液体或液体/固体废物材料不可能通过埋葬处置，因为它们可能渗透经过土壤并污染地下水源，和因此必须通过在废物下方放置液体阻挡层，防止废物渗透阻挡层而容纳它们。特别麻烦的是强碱性液体的废物材料，例如来自于加工矿石，尤其铝土矿矿石的那些。已发现，尤其在矿石加工工业中，对于大多数部件来说，土工合成的粘土衬里对含有高浓度离子盐的高pH(碱性)废液的阻挡(液压性能)不那么充足。提供具有改进的液压性能防止高离子废液渗透的粘土的在先尝试包括添加含有游离氧化硅或含硅材料的氧化硅组分，以保护粘土避免溶解(WO2009/023915)；添加阴离子聚合物溶液到粘土中，接着干燥(WO2012/025564和US7,026,385；US2012/0219566Al和2012/0219367Al)；和在GCL的区域内，使用粘土与单体的共混物原位聚合聚合物(US6,737,472B2)。专利技术概述已发现，根据本文描述且要求保护的组合物、制造制品和方法的优选实施方案，粘土与阳离子和阴离子聚合物的组合，和一种或多种具有阳离子和阴离子这两种电荷点的单体混合，导致一种组合物，它具有令人惊奇的液压性能(不可渗透性)防止高离子废液，例如铝土矿矿石渗滤液和其他矿石加工渗滤液水力传导(hydraulicconductivity)。在优选的实施方案中，粘土/阳离子聚合物/阴离子聚合物混合物被包含在土工合成的粘土衬里(GCL)内。令人惊奇地，当粘土/聚合物混合物置于两种织物之间，其中的至少一种织物是非织造织物且织物被针刺在一起时，该聚合物组合借助两种聚合物之间或者聚合物和粘土之间的相互作用将阻挡液体渗透织物，和甚至阻挡液体渗透通过织物内的针刺孔。这是尤其令人惊奇的，因为粘土部分本身将实质上不会溶胀，当与高离子的侵蚀性废液接触时。可按照任何方式，优选通过干混，研磨，和/或挤出，均匀地混合聚合物和/或单体与粘土。在没有束缚于任何特定理论的情况下，理论认为将粘土/聚合物混合物暴露于侵蚀性高离子废液，例如矿石加工渗滤液下会使阳离子和阴离子聚合物在相邻的粘土颗粒和纺织品的纤维之间的间隙空间内溶剂化。进一步认为由于阳离子和阴离子聚合物链之间强烈的吸引导致该聚合物可络合形成漂浮物(floes)。这些漂浮物将排放到粘土颗粒之间，以及粘土颗粒与织物纤维之间的间隙空间内，引起物理阻挡任何废液通过土工织物的流动路径，因为非常小的溶胀压力可归因于混合物的粘土部分，当接触高离子的侵蚀性废液时。另外，由于聚阳离子对蒙脱石粘土中负电荷的吸引，形成聚阳离子/粘土缔合导致额外的物理阻挡液体经过GCL的流动路径可辅助聚合物保留，并可影响阳离子聚合物/阴离子聚合物漂浮物的机械性能，例如物理点，所述漂浮物将阻挡潜在的液体通过GCL的流动路径。另外，认为在侵蚀性废液内高盐浓度可促进聚合物和粘土小片之一或二者之间通过氢键合的相互作用。令人惊奇的是，尽管存在高的盐浓度(已知高的盐浓度会干扰互聚物络合物)，但可发生这些缔合。同样令人惊奇的是，与含有仅仅阴离子聚合物组分的GCL相比，这些阳离子/阴离子聚合物共混物倾向于显示出较好的长期性能。进一步令人惊奇的是在相对低的聚合物负载下，在针刺的纤维束内，阳离子/阴离子聚合物共混物在阻挡流动方面是如此的有效。认为与单独的聚合物体系相比，通过粘土和聚合物之间预料不到的相互作用，该聚合物较好地保留在GCL内，以允许较好的长期稳定性。在本文描述和要求保护的组合物，制造制品和方法的另一实施方案中，混合粘土与在单一的小分子上含有阴离子和阳离子这两种空间电荷的小分子(非聚合物的分子)，例如两性离子(内盐)，所述小分子当与高离子液体接触时，解离成阴离子分子，例如磺基，羧基或磷阴离子，和阳离子分子，例如季铵或膦阳离子。理论认为具有阴离子和阳离子这两种空间电荷的小分子当与粘土混合时，以与以上所述的阴离子和阳离子聚合物相同的方式且基于相同的理论，起到提供优良的液体不可渗透性的作用。在本文描述和要求保护的组合物，制造制品和方法的又一实施方案中，混合粘土与一种或多种在相同的聚合物分子上具有阴离子和阳离子这两种空间电荷的聚合物，例如聚甜菜碱和/或聚氧化膦。再者，理论上认为含有阴离子和阳离子这两种空间电荷的单一聚合物分子以某种方式与具有阴离子和阳离子电荷点二者的其他聚合物分子相互作用，和/或与粘土相互作用，针对高离子液体，阻挡潜在的液体流动路径。在本文描述和要求保护的组合物，制造制品和方法的再一实施方案中，混合粘土与一种或多种具有范围为5:1至约1:5，优选约3:1至约1:3的负比正电荷平衡，和最优选具有1:1的完美电荷平衡的聚两性电解质。优选地，该聚两性电解质聚合物是羧酸盐，磺酸盐或磷酸盐阴离子聚合物和阳离子聚合物的共聚物，它们各自的用量足以提供合适的电荷平衡。本文描述的组合物，制品和方法的一个方面是提供粘土/聚合物组合物，它能提供对高离子液体，例如矿石渗滤液穿过的阻挡，进而充当基本上不可渗透的阻挡层，以防止高离子液体渗透组合物并到达地下水源。本文描述的组合物，制品和方法的另一方面是提供粘土/双电荷单体共混物，其具有7:1至1:0.15，优选约1:1的正比负电荷平衡，所述正比负电荷平衡能提供对高离子液体，例如矿石渗滤液穿过的阻挡，进而充当基本上不可渗透的阻挡层，以防止高离子液体渗透组合物并到达地下水源。与粘土一起包括用量为约0.2wt％-约20wt本文档来自技高网...

【技术保护点】
能增加不渗透性以防止离子液体从中穿过的组合物，它包含与约0.2‑20wt％阴离子聚合物和约0.2‑20wt％阳离子聚合物混合的约60‑99.6wt％粘土。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.07.12 US 61/845,7911.能增加不渗透性以防止离子液体从中穿过的组合物，它包含与约0.2-20wt％阴离子
聚合物和约0.2-20wt％阳离子聚合物混合的约60-99.6wt％粘土。
2.权利要求1的组合物，其中该聚合物具有范围为约0.15:1至约7:1的负比正电荷平
衡。
3.权利要求2的组合物，其中该聚合物具有范围为约3:1至约1:3的负比正电荷平衡。
4.权利要求3的组合物，其中该聚合物具有范围为约2:4至1:1的负比正电荷平衡。
5.权利要求2的组合物，其中该聚合物具有约1:1的电荷平衡。
6.权利要求1的组合物，其中阳离子和阴离子聚合物具有约0.5meq/gm至约20meq/gm的
电荷。
7.权利要求6的组合物，其中阳离子和阴离子聚合物具有约1.0meq/gm至约15meq/gm的
电荷。
8.权利要求7的组合物，其中阳离子和阴离子聚合物具有约1.0meq/gm至约10meq/gm的
电荷。
9.权利要求1-8任何一项的组合物，其中聚合物之一是粉末或粒状形式的阴离子丙烯
酰胺共聚物。
10.权利要求1-8任何一项的组合物，其中阳离子聚合物包括丙烯酰胺和至少一种通式
III的化合物：
其中
R1代表氢或甲基，
Z1代表O，NH或NR4，其中R4代表具有1-4个碳原子的烷基，Y且代表下述基团之一：
其中
Y0和Y1代表任选地被羟基取代的具有2-6个碳原子的亚烷基，
Y2，Y3，Y4，Y5和Y6彼此独立地代表具有1-6个碳原子的烷基，和
Z-代表卤素，乙酸根或甲硫酸根。
11.权利要求1-8任何一项的组合物，其中阳离子聚合物包括丙烯酰胺和至少一种通式
IV的化合物：
其中
Z1代表O，NH或NR4，其中R4代表氢或甲基，
R1代表氢或甲基，
R5和R8彼此独立地代表具有1-6个碳原子的烷基，
R7代表烷基，芳基和/或具有8-32个碳原子的芳烷基，
R8代表具有1-6个碳原子的亚烷基，和
Z-代表卤素，拟卤化物离子，甲硫酸根或乙酸根，
或通式V的化合物：
其中
Z1代表O，NH或NR4，其中R4代表具有1-4个碳原子的烷基，
R1代表氢或甲基，
R8代表具有1-6个碳原子的亚烷基，
R9代表具有2-6个碳原子的亚烷基，
R10代表氢，烷基，芳基和/或具有8-32个碳原子的芳烷基，和
p代表整数1-50。
12.能增加不渗透性以防止离子液体从中穿过的组合物，它包含与约0.2-20wt％在单
体内电荷平衡范围为2:1至1:2阴离子:阳离子单元的单体混合的约80-99.6wt％粘土。
13.权利要求12的组合物，其中该单体选自下述的内盐：
(10-羧基癸基)二甲基十二烷基氢氧化铵,
(2-羧基异丁基)二甲基十二烷基氢氧化铵,
(2-羧乙基)二甲基十二烷基氢氧化铵,
(2-羧甲基)二甲基十二烷基氢氧化铵,
(3-磺基丙基)二甲基十二烷基氢氧化铵,
(4-磺基丁基)二甲基十二烷基氢氧化铵,
(3-磺基丁基)二甲基十二烷基氢氧化铵,
(3-磺基丙基)二乙基十二烷基氢氧化铵,
(4-磺基丁基)二乙基十二烷基氢氧化铵,
(2-羧乙基)二甲基十八烷基氢氧化铵,
(羧甲基)二甲基十八烷基氢氧化铵,
(3-磺基丙基)二甲基十八烷基氢氧化铵,
1-(1-羧基十三烷基)吡啶鎓氢氧化物,
1-(1-羧基十一烷基)吡啶鎓氢氧化物,
1-(10-羧基癸基)吡啶鎓氢氧化物,
1-(10-硫酸根合癸基)吡啶鎓氢氧化物,
3-乙酯基-1-(10-羧基癸基)吡啶鎓氢氧化物,
1-(17-羧基-6-氧代-7-氮杂十七烷基)吡啶鎓氢氧化物,
3-羧基-1-十二烷基吡啶鎓氢氧化物,
(1-羧乙基)甲基十二烷基锍氢氧化物,
(2-羧乙基)甲基十二烷基锍氢氧化物,
(3-磺基丙基)甲基十二烷基锍氢氧化物,
(2-羧乙基)甲基十六烷基锍氢氧化物,
(1-羧乙基)甲基十六烷基锍氢氧化物,
(2-羧基异丁基)甲基十二烷基锍氢氧化物，和
(10-羧基癸基)四氢噻吩鎓氢氧化物。
14.能增加不可渗透性以防止离子液体从中穿过...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·韦伯，D·巴特拉，M·多诺万，
申请(专利权)人：艾莫考国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US