[發明專利]一種聚合物網絡改性膨潤土及其原位聚合制備方法

有效

• 申請號: 202110701825.6
• 申請日: 2021-06-24
• 公開（公告）號: CN113402682B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 趙強;王輝
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C08F292/00
• 分類號: C08F292/00;C08F220/06;C08F222/38;C08F220/58;C08F220/56
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 孫楊柳

本發明公開了一種聚合物網絡改性膨潤土及其原位聚合制備方法，屬于高分子領域。制備方法為將單體和交聯劑溶于水中，再加入膨潤土，充分混勻后，再加入引發劑，然后進行加熱，使引發劑產生自由基，自由基轉移到單體上的碳碳雙鍵上，引發碳碳雙鍵發生加成聚合反應，使得碳碳雙鍵轉變成單鍵，在交聯劑的作用下，單體聚合得到聚合物網絡，且該聚合物網絡原位插層在膨潤土的片層之間。本發明利用親水性聚合物對膨潤土進行改性，提高其親水性和阻隔性。本發明制備的聚合物改性膨潤土，克服了原始膨潤土對酸、堿、鹽溶液阻隔性差的缺點。

技術領域

本發明屬于高分子領域，具體地，涉及一種聚合物網絡改性膨潤土及其原位聚合制備方法，尤其涉及一種適用于阻隔強酸、堿和鹽溶液的高防滲聚合物改性膨潤土的制備方法。

背景技術

膨潤土的主要成分為蒙脫石，它是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結構。蒙脫石的層狀晶體表面帶有負電荷，有著一定的親水性，可以在水中形成雙電層。膨潤土顆粒間的縫隙是水傳遞的主要通道，當膨潤土吸水膨脹時，黏土顆粒間的縫隙會被阻塞，水傳遞的路徑變得狹窄而曲折，水的滲透系數因此降低。天然膨潤土分為鈉基與鈣基兩種類型。鈉基膨潤土膨脹性強，對水有很強的阻隔性，是土工作業中常用的阻隔材料；鈣基膨潤土的親水性遠低于鈉基膨潤土，難以吸水膨脹，被認為不適宜用作阻隔材料。

鈉基膨潤土也存在嚴重的使用缺陷，當其與鹽、強酸以及強堿溶液接觸時，產生的雙電層顯著變薄，導致膨潤土顆粒的吸水溶脹性變差，難以有效封閉顆粒間的縫隙，失去阻隔性。然而，膨潤土類阻隔設施往往需要面對各種各樣的嚴苛環境。如在垃圾填埋場的垂直阻隔中，填埋物往往會在發酵作用下產生大量的強酸性或堿性的鹽溶液，現有的天然膨潤土防水毯難以有效阻隔，往往造成廢液滲漏，危及人民的生命健康和經濟的可持續發展。因此，抗鹽、耐酸、堿的改性膨潤土的研究和制備迫在眉睫。

如CN111409318A中，利用十二烷基苯磺酸鈉對蒙脫土進行插層，使層狀蒙脫土剝離成單片，賦予其更大的比表面積。再利用硝酸銀溶液對膨潤土進行離子交換，使大半徑、低電價的銀離子置換到蒙脫石晶體表面。最后，對蒙脫土進行梯度焙燒處理，獲得了更大的比表面積。改性后的膨潤土具有更強的吸附作用，同時，由于銀離子的抗菌作用，產品的抗滲性能可以長期的保持。該方案在嚴苛的改性條件下，通過三步反應，有效提高了膨潤土的抗菌及吸附性能，然而，該方案并未探究改性膨潤土對強酸、堿以及鹽溶液的阻隔情況。

在有機污染物中，傳統膨潤土的滲透系數會顯著增大。在公開號為CN105199288A的專利中，在水熱、攪拌條件下共混陽離子聚丙烯酰胺與膨潤土，實現了聚合物對蒙脫石晶體的插層，獲得了高分子膨潤土納米復合材料。聚丙烯酰胺有效封堵了膨潤土顆粒間的縫隙，提高了膨潤土對有機污染物水溶液的阻隔性。除此之外，聚合物上的陽離子基團可與有機質產生電中和，促使膠體顆粒聚集沉淀，為有機污染物的去除創造條件。如從整體社會成本的角度考慮，該方案還包含了聚合物(聚丙烯酰胺)的合成與提純兩個繁瑣的步驟，而改性后的膨潤土樣品同樣沒有表現出對強酸、堿和鹽溶液的阻隔性。

綜上所述，仍缺少一種簡單的低成本改性方案，用來制備抗鹽、耐酸、堿的高防滲改性滲膨潤土。

發明內容

針對現有技術膨潤土對酸、堿和鹽溶液的阻隔性差的技術問題，本發明提供一種簡單的原位聚合的改性膨潤土的方案，可以一步實現單體的聚合和膨潤土的改性，得到抗鹽耐酸、堿的改性膨潤土材料。

根據本發明的第一方面，提供了一種聚合物網絡改性膨潤土的原位聚合制備方法，包括以下步驟：

(1)將單體和交聯劑溶于水中，再加入膨潤土，充分混勻后，再加入引發劑，得到混合體系；所述單體含有碳碳雙鍵和親水性官能團；所述交聯劑為含有兩個以上碳碳雙鍵的水溶性分子；

(2)將步驟(1)得到的混合體系進行加熱，使引發劑產生自由基，自由基轉移到單體上的碳碳雙鍵上，引發碳碳雙鍵發生加成聚合反應，使得碳碳雙鍵轉變成單鍵，在交聯劑的作用下，單體聚合得到聚合物網絡，且該聚合物網絡原位插層在膨潤土的片層之間。