[发明专利]一种聚合物膨润土复合防渗材料及其无热源合成方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于高分子领域，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。

背景技术

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。

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。

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。

发明内容

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，本发明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。

根据本发明的第一方面，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：

(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。

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；

所述离子型单体为丙烯酸、对羧基苯乙烯酸或衣康酸。

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；