[發(fā)明專利]石墨烯土工膜及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810079628.3
• 申請(qǐng)日: 2018-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN108384136B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王忠倉(cāng);張學(xué)飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 新疆磐基實(shí)業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): C08L27/06
• 分類號(hào): C08L27/06;C08L23/06;C08L23/08;C08K9/04;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 烏魯木齊合縱專利商標(biāo)事務(wù)所 65105
• 代理人: 湯建武;蒙海云

本發(fā)明涉及土工膜技術(shù)領(lǐng)域，是石墨烯土工膜及其制備方法和應(yīng)用，該石墨烯土工膜，原料包括石油樹脂和石墨烯，石油樹脂與石墨烯的重量比為1:0.003至0.01；石墨烯土工膜的拉伸強(qiáng)度為24 MPa至27 MPa、直角撕裂強(qiáng)度為108 N/mm至127 N/mm、水蒸氣滲透系數(shù)0且≤1×10^－18 g·cm/cm·s·pa。本發(fā)明得到的石墨烯土工膜不僅具有更高的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力和抗?jié)B透性能，而且不產(chǎn)生靜電，使本發(fā)明得到的石墨烯土工膜在垃圾、危險(xiǎn)化學(xué)廢物、輻射廢物填埋以及油氣田、化工區(qū)等油氣防爆場(chǎng)所具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及土工膜技術(shù)領(lǐng)域，是石墨烯土工膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

土工材料是當(dāng)今被廣泛應(yīng)用于巖土工程中的土工合成材料，它是高分子聚合物為原料制成土工材料產(chǎn)品的統(tǒng)稱。土工材料分為幾大類：土工布、土工膜、復(fù)合土工膜、土工網(wǎng)、土工格柵、排水板、土工格室、膨潤(rùn)土防水毯等。土工材料作為產(chǎn)業(yè)用領(lǐng)域重要的一部分。土工材料用在交通、水利、生活垃圾、工業(yè)危險(xiǎn)廢物填埋等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域重要性顯而易見。解決我國(guó)目前土工材料生產(chǎn)應(yīng)用領(lǐng)域質(zhì)量等級(jí)偏低狀況，提高質(zhì)量等級(jí)或提高某些關(guān)鍵質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)可快速提高整個(gè)行業(yè)的水平。土工材料的斷裂強(qiáng)力（拉伸強(qiáng)度）、撕破強(qiáng)力（直角撕裂強(qiáng)度）、抗?jié)B透系數(shù)（水蒸氣滲透系數(shù)）是關(guān)鍵技術(shù)等級(jí)指標(biāo)，尤其是土工布、土工膜、復(fù)合土工膜（布+膜的組合產(chǎn)品）的斷裂強(qiáng)力、撕破強(qiáng)力、土工膜抗?jié)B透系數(shù)技術(shù)指標(biāo)是質(zhì)量等級(jí)關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。

石墨烯是目前世上最薄也是最堅(jiān)硬的納米材料，具有極大的比表面2630M²/g，強(qiáng)度高達(dá)130GPa是鋼材的100倍，電阻率僅為10^-6Ω·CM是世界上電阻率最小的材料。

傳統(tǒng)土工膜生產(chǎn)中為改善產(chǎn)品的部分質(zhì)量性能，其通常添加2%的炭黑，炭黑與基體石油樹脂相溶性很差，炭黑在體系中分散不均勻產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致土工膜力學(xué)性能下降，而2%炭黑通常需要2.5至4倍的炭黑載體才能添加到石油樹脂中，所以生產(chǎn)土工膜的原料中就含有炭黑和載體的總比例量達(dá)到5%至8%，如此大的添加比例對(duì)土工膜產(chǎn)品質(zhì)量造成較大不穩(wěn)定影響。

生產(chǎn)土工合膜的基礎(chǔ)原料是石油樹脂聚乙烯系列產(chǎn)品，聚乙烯產(chǎn)品都具有良好的絕緣性能，導(dǎo)致土工膜在生產(chǎn)過程和銷售到用戶鋪設(shè)施工過程產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電，靜電的產(chǎn)生不但對(duì)人有危害而且在特殊油氣場(chǎng)合容易引發(fā)火災(zāi)爆炸事故。隨著國(guó)家環(huán)保政策落實(shí)，嚴(yán)格要求油田開采過程配套污油池收集灑落原油，污油池建設(shè)用土工膜數(shù)量越來越大，土工膜施工鋪設(shè)極易產(chǎn)生靜電對(duì)油田油氣場(chǎng)所存在重大安全風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了石墨烯土工膜及其制備方法和應(yīng)用，克服了上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有土工膜力學(xué)性能不佳的問題，特別是其顯著改善縱橫向拉伸強(qiáng)度、縱橫向直角撕裂強(qiáng)度和水蒸氣滲透系數(shù)。

本發(fā)明的技術(shù)方案之一是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種石墨烯土工膜，原料包括石油樹脂和石墨烯，石油樹脂與石墨烯的重量比為1:0.003至0.01；石墨烯土工膜的拉伸強(qiáng)度為24 MPa至27 MPa、直角撕裂強(qiáng)度為108 N/mm至127 N/mm、水蒸氣滲透系數(shù)0且≤1×10^－18 g·cm/cm·s·pa。

下面是對(duì)上述發(fā)明技術(shù)方案之一的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：

上述石墨烯土工膜按下述方法得到：第一步，將經(jīng)過預(yù)處理后的所需量石墨烯與部分石油樹脂均勻混合得到預(yù)混合料；第二步，將預(yù)混合料加入余量的石油樹脂中混合后得到混合料，將混合料進(jìn)行加熱熔化后得到熔化物，在加熱熔化過程中，混合料也在持續(xù)混合，將熔化物造膜后得到石墨烯土工膜。

上述石墨烯的預(yù)處理按下述方法進(jìn)行：將所需量的向石墨烯中加入N-甲基吡咯烷酮得到石墨烯N-甲基吡咯烷酮溶液，N-甲基吡咯烷酮與石墨烯的體積比為10至20:1，然后將石墨烯N-甲基吡咯烷酮溶液超聲震蕩，向經(jīng)過超聲震蕩的石墨烯N-甲基吡咯烷酮溶液中加入甲醇后得到石墨烯溶液，將石墨烯溶液超聲震蕩后得到預(yù)處理后的石墨烯。