專利名稱：充填聚合物的片狀材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及充填了聚合物的片狀材料的制造方法，具體涉及制造充填了聚合物的片狀材料的連續(xù)方法，其中包括這樣一步，即將液態(tài)可聚合單體充進入液態(tài)單體吸收劑或液態(tài)單體吸附劑基底，所述液態(tài)單體吸收劑或液態(tài)單體吸附劑基底中包含聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑，用于隨后的單體聚合過程，而單體不會過早發(fā)生聚合。
背景技術(shù)：
PCT公開申請WO 00/72958A1(’958)描述了一種多孔基底，如土工布襯墊，所述土工布襯墊中包含一種聚合物，如聚丙烯酰胺和/或部分中和的聚丙烯酸(例如聚丙烯酸和聚丙烯酸鈉)，并較為適宜地包含粘土。當(dāng)單體包埋在土工布中時，所述聚合物主要在原位合成連同粘土，形成擋水材料，所述擋水材料具有優(yōu)異的低水滲透率，且活性阻擋層材料的重量顯著小于’958發(fā)明出現(xiàn)之時當(dāng)時所用的土工合成襯墊中包含的活性阻擋層材料的重量。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，根據(jù)WO 00/72958所述生產(chǎn)制品的方法得到的產(chǎn)品含有較高百分?jǐn)?shù)的水，使得難以將該產(chǎn)品使用要防止水穿透的表面上，而且使得該產(chǎn)品運輸?shù)某杀靖?，因而使其由于土工布中活性阻擋層材料少而具有的重量小、成本低的?yōu)點打了折扣。此外，根據(jù)WO 00/72958A1，在連續(xù)生產(chǎn)過程中需將聚合水溶液、聚合催化劑和交聯(lián)劑預(yù)混合并同時充入到多孔基底中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，只能制備少數(shù)批量的可聚合單體，或者可聚合單體在充入到多孔基底之前就開始聚合，結(jié)果導(dǎo)致?lián)跛缘?，固體保持量下降。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明介紹的生產(chǎn)方法，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在液體吸收劑或液體吸附劑(以下統(tǒng)稱為“液體吸著劑”)基底中，即宜為片狀材料形式的多孔土工布中，直接加入聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，形成會引發(fā)聚合的基底或片狀材料，隨后再將單體溶液充入進所述會引發(fā)聚合的基底，與其中的催化劑或聚合引發(fā)劑完全接觸，完全地發(fā)生聚合反應(yīng)，形成包埋聚合物的基體，而不會發(fā)生單體在接觸基底之前就部分聚合的情況。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，就包埋并聯(lián)鎖的聚合物固體的保持量而言，單體在與會引發(fā)聚合的基底接觸情況下發(fā)生完全聚合所獲得的結(jié)果最好。在將單體充入基底之前，宜在多孔基底中只加入聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，或者還加入單體用的交聯(lián)劑和/或單體與形成的聚合物用的堿性中和劑。
含有無聚合催化劑或聚合引發(fā)劑的可聚合單體的聚合溶液可以大批量混合，所述大批量的聚合溶液不會在充入液態(tài)吸著劑基底之前過早發(fā)生聚合。此外，通過使用能保留單體而含聚合催化劑或聚合引發(fā)劑的基底，聚合溶液只需少量的載體，如水和/或有機溶劑，即可被有效地送入基底，這樣，含單體的聚合溶液就能容易地進入含催化劑或引發(fā)劑的基底中，從而使干燥時間和溶劑消耗量最少。
因此，本發(fā)明所述制品和方法的一個方面，是提供一種生產(chǎn)含有包埋聚合物的片狀材料的方法，所述包埋聚合物基本上只是在與會引發(fā)聚合的液態(tài)吸著劑片狀材料接觸時才聚合而成的，其過程是將不含聚合催化劑和聚合引發(fā)劑的聚合單體溶液包埋到會引發(fā)聚合的液態(tài)吸著劑片狀材料中，使之與聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑接觸，然后發(fā)生原位聚合。單體僅在與已經(jīng)預(yù)載了用于可聚合單體的聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑的片狀材料接觸時才發(fā)生聚合。根據(jù)本發(fā)明所揭示的方法，在片狀材料與可聚合單體接觸之前，第一步先在片狀材料或用來制備片狀材料的組分(例如纖維)中負載聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，可以使基底中生成的聚合物牢固地聯(lián)鎖起來。此外，可制備大批量的含有單體但不含用于可聚合單體的聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑的聚合溶液，其中單體不會過早發(fā)生聚合。
所述生產(chǎn)方法可用來生產(chǎn)其中有原位形成的聚合物的制品，所述制品結(jié)構(gòu)牢固，其中包含與所形成的聚合物交錯在一起并在結(jié)構(gòu)上與聚合物相連的片狀材料增強物，例如片狀織物，其中所述聚合物存在于制品的所有厚度范圍，即包埋在所述片狀材料的任何部分，或者在其任何截面厚度范圍內(nèi)，這可以通過恰當(dāng)?shù)胤胖镁酆洗呋瘎┗蚓酆弦l(fā)劑在織物中，以得到含聚合物的韌性或剛性織物材料來實現(xiàn)。本發(fā)明所述方法可用來生產(chǎn)各種改進的制品，包括具有聚合物密集區(qū)的制品；至少其中一部分聚合物被一種或多種額外的或替換的組分，如水膨脹性粘土(例如蒙脫土)所取代，含有或不含聚合物的制品；以及(或)污染物處理材料，如沸石或親有機物的粘土，用來處理污染物，例如水里的有機污染物或水底材料(例如土壤)中的有機污染物；聚合物最大程度地結(jié)合在片狀材料中；在所述制品的一個或兩個主表面上施涂一層或數(shù)層不透水性或透水性密封材料，如一層可剝離材料、一層不透水膜、或用來更好地密封所形成的制品的粘合劑層；在所述制品的一個或兩個在表面上和/或任何邊緣上施涂固體或液體膠粘劑材料或組合物，以更完整地保留在生產(chǎn)過程中聚合生成的幾乎所有聚合物；在生產(chǎn)過程中，在所述制品頂部和/或底部主表面當(dāng)中、之間或之上的某個部位插入一種或多種剛化材料，以獲得各種程度的柔性或剛性的能力，所述剛性化材料如一層玻璃纖維、繩子、卡紙、相對較有剛性的波紋材料(例如波紋卡紙)等；在聚合反應(yīng)之前、當(dāng)中或之后，從結(jié)構(gòu)上致密化或使被聚合物材料所包圍的纖維致密化或固定在一起的適應(yīng)性，可以用任何方法，例如針剌、縫合、絎縫、飽和鍵合，例如熔化相鄰纖維上的聚合物涂層使其片于致密成壓縮狀態(tài)，例如用粘合劑將纖維粘在一起，又例如熔化所形成的聚合物，用化學(xué)方法使纖維結(jié)合在一起；提供一個片狀材料層，其纖維具有各種尺寸和/或形狀和/或但尼爾，或者獨自存在，或者是與其他纖維形成的混合物，以便在粘合到所形成的聚合物上時獲得各自的優(yōu)點。
在一種實施方式中，所述片狀材料層或液態(tài)吸著劑基底可以是疏松的纖維墊，所述纖維墊已經(jīng)通過(例如)浸涂或噴涂與聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑接觸或經(jīng)其預(yù)處理，然后使預(yù)處理墊與可聚合單體接觸，從而使單體發(fā)生原位聚合。在此實施方式中，可在單體的原位聚合之前、之中或之后，將所述疏松的纖維墊致密化，以增加墊子的密度。經(jīng)此致密化后，可使墊子具有足夠的結(jié)構(gòu)完整性，便子運輸、逆送和安裝，而不會造成其中的聚合物顯著損失。通過在生產(chǎn)片狀材料的過程中加到纖維上，原位形成的聚合物為接觸纖維所包圍，形成充填了聚合物的片狀材料，其中所述聚合物至少嵌入所述制品的部分厚度，位于構(gòu)成纖維直角深度的相鄰平面之間。含有單體或聚合物的墊子在聚合之前、之中或之后，可在結(jié)構(gòu)上加以致密化，例如通過縫合或針刺和/或熔化使涂敷了聚合物的纖維連接在一起。縫合或針刺可在一個主表面或兩個主表面上位于隔開的許多位置上，以提供結(jié)構(gòu)良好的織物材料，所述織物材料宜在所述制品全部厚度或只是部分厚度范圍內(nèi)具有均勻分散在其中的聚合物。所述單體可在疏松墊子制品中聚合成為纖維上涂的層，所述制品通過(例如)針刺進行致密化，然后將聚合物加熱至其熔化溫度(宜在取出聚合爐后趁其是熱時)，此致密化步驟就可使涂敷了聚合物的相鄰纖維接觸，以便聚合物與相鄰纖維混雜在一起。此時，墊子可冷卻到低于聚合物熔點的溫度，以便相鄰的纖維與固化的聚合物熔凝在一起。
所述生產(chǎn)方法為形成充填有聚合物或部分充填有聚合物的織物提供了很大的靈活性，所述織物在各種相鄰或隔開的平面上，沿著成品織物的厚度方向，在各種所需厚度范圍內(nèi)，均勻或部分均勻地充填了一種或多種聚合物，所述制造方法還為改變聚合物的量和位置提供了很大的靈活性，所述聚合物牢固地位于并固定于在纖之間維或所述制品的其他部分之間。此外，通過在墊子致密化使之前加入可聚合單體，形成的聚合物能更加牢固地固定在相鄰纖維之間，因此，聚合物在貯存、運輸或安裝過程中從成品織物中損失的可能性減小。
如果需要的話，所述墊子的一部分可以不含聚合催化劑或引發(fā)劑或單體，以便獲得一個或多個不含聚合物的空間或截面，從而在聚合反應(yīng)中為單體膨脹提供空間，或為加入其他添加劑提供空間，所述添加劑如粉狀或粒狀材料，如吸水粘土(例如納或鈣蒙脫土)、親有機物粘土、沸石或其他污染物處理材料，如本受讓人的美國專利No.5043076和5237945所述，這兩個專利參考結(jié)合于。例如，在頂部主表面、底部主表面的一預(yù)定厚度內(nèi)或制品的中間三維厚度范圍內(nèi)不加聚合物，就可以形成足夠的織物孔隙度，使邊上的氣體從制品中未填充的部分排出?；蛘?，聚合物可以在一個或兩個主表面中靠近頂部或底部表面纖維的地方比較集中，以便從制品內(nèi)部擠出到直接位于制品一個或兩個外表面之上和/或之下的平整表面上，由此產(chǎn)生聚合物的密封層，所述密封層可密封相鄰或重疊制品的重疊部分和接縫部分。
本發(fā)明生產(chǎn)的制品能使分散于片狀材料纖維之間且牢固連接在片狀材料纖維之上的聚合物保持相對密集但均勻的分布。在其他一些實施方式中，當(dāng)將所述制品用作填埋阻擋層、池塘襯墊，或用于其他作為水阻擋層的已知用途時，在安裝過程中，可將不透水層附著在所述制品的一個或兩個主外表面上，或?qū)⑵渲糜谙噜徶破分g或單個制品的相鄰層之間，或置于相鄰制品的重疊部分上，以提供額外的防水層或不透水安全層。
根據(jù)本發(fā)明一個實施方式的一個可有的重要特征，纖維片狀材料的疏松墊，在單體聚合之前、之中或之后，可通過針刺、縫合、絎縫，和/或熔化將聚合物涂敷的纖維粘合起來，從而致密化(從結(jié)構(gòu)上固定起來，從而確定最終的厚度)，所述單體是在將片狀材料或其組分(例如纖維)致密化接觸之后施加的所述致密化步驟是在壓縮疏松纖維墊的同時，通過針刺操作將使垂直隔開的纖維與水平取向的纖維纏繞在一起。潤滑過程可由濕單體完成，或者可以加入水，以便在單體完全聚合后對針起潤滑作用。此外，當(dāng)聚合物處于或高于其熔化溫度時，對疏松墊壓縮，然后冷卻聚合物使其固化，而墊子得以充分壓縮，以使涂敷了聚合物的相鄰纖維相互接觸，這樣就可以方便地省去針刺或縫合步驟。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，通過針刺可使纖維相互連接起來，所述纖維的至少一部分為單體或聚合物包圍。在針刺過程中，許多水平取向的纖維或長絲或股被許多針牽引偏離通常的水平方向，達到通常的垂直方向，所述針在制造過程中垂直穿入所述墊子形式的制品的一個或兩個主表面，至少穿透制品的一部分厚度。在針刺以后，所述制品差不多被壓縮到最終的厚度，移位的纖維部分地在結(jié)構(gòu)上將墊子固定在一起，使之處于被壓縮或厚度減少的形式，而所形成的聚合物將相鄰的纖維更加穩(wěn)固地連在了一起。所述材料的纖維、絲或股可在單體聚合之前、之中或之后通過許多方法致密化，使纖維穩(wěn)固地相互連接，處于被壓縮的、相對緊密的形式，例如通過針刺、將相鄰纖維的聚合物涂層熔合在一起，然后使熔化的聚合物固化，如通過使之冷卻到低于熔點的溫度，同時充分壓縮所述制品，使相鄰纖維上的聚合物接觸，將相鄰的纖維固定在一起并將墊子的纖維致密化成為具有任何所需厚度、更加緊密、包含聚合物的單個織物層。舉例來說，成品制品中涂敷了聚合物的纖維可包繞粉狀或粒狀吸水材料，如吸水粘土或其他填料或活性材料。當(dāng)粉狀或粒狀材料是水溶脹性粘土，例如鈉斑脫土?xí)r，所述粘土包含于所述制品中的量應(yīng)足以基本上阻止水流過制品。
因此，本發(fā)明一方面是提供一種新的改進型制品和制造該制品的方法，所述方法為在生產(chǎn)織物的過程中，將可聚合單體加入含有聚合催化劑或聚合引發(fā)劑的纖維墊中，然后使含有單體或聚合物的纖維墊使致密化，以使纖維牢固地粘合在一起，此致密化織物中纖維由固化的聚合物粘合，從而為制品提供意想不到的結(jié)構(gòu)完整性。
本發(fā)明另一方面是提供一種新的改進型制品，所述制品具有在所有柔性織物材料纖維中的水溶脹性納蒙脫土和/或鈉斑脫土，它是通過一種或多種空氣噴吹法形成，并通過縫合或針刺致密化。涂敷于纖維外表面的聚合物可以熔粘在一起和/或涂敷一種粘合劑的水溶液，以強化所述制品、對針的穿透過程起潤滑作用和/或硬化所述制品，以方便安裝，并防止它在安裝在不平坦的土質(zhì)表面上時下塌。
本發(fā)明另一方面提供了一種新的改進型制品，所述制品包含加在柔性織物材料的纖維中的聚合物，其中所述織物的纖維可以是長度、厚度、組成和/或物理或化學(xué)性質(zhì)各不相同的合成和/或天然纖維的混合物。
本發(fā)明另一方面提供了一種新的改進型防水片狀材料膜，所述膜可盛住位于膜上的水，這樣，水以1×10-7cm/sec或更小的速度滲透薄膜，其中所述膜由一種墊子形成，所述墊子以所述制品的干重計，含有約5-90％的纖維和約10-95％的吸收水或吸附水的聚合物，宜超過50重量％。所述膜含有的能吸收水或吸附水的聚合物材料包繞著至少一部分連接著聚合物的纖維?？芍旅芑鲋破罚黾悠瑺畈牧系拿芏?，并進一步在結(jié)構(gòu)上使纖維固定在一起，同時通過原位聚合將聚合物聯(lián)鎖在環(huán)繞并固定于所述纖維的位置上。這樣制造的片狀材料中，聚合物材料能夠均勻地分布，或者，如果需要的話，含有或不含粉狀或粒狀防水材料如水溶脹性粘土的聚合物可密集于所述制品的任何預(yù)定部分。
本發(fā)明所述方法和制品的另一個方面，是提供制造片狀材料的方法，所述片狀材料包含形成的聚合物，或者還包括一種或多種填充劑，在結(jié)構(gòu)上被液態(tài)吸著劑片狀材料，具體是織物片狀材料，如機織或非織造的土工布所增強，方法是在土工布或用來制造土工布的纖維上負載聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，形成會引發(fā)聚合的片狀材料，隨后將一種或多種可聚合單體加入到所述土工布中。直到單體與會引發(fā)聚合的片狀材料接觸時，單體聚合反應(yīng)才會發(fā)生，這樣單體基本上完全原位聚合，聚合物就牢固地連接在片狀材料上，并且聚合物還可充分地交聯(lián)。充分交聯(lián)是通過至少約0.01重量％，宜至少為約0.1重量％(以可聚合單體的重量計)的交聯(lián)劑完成的。所加入的單體交聯(lián)劑與單體的比例宜在約1∶100至1∶1000之間，更宜在約1∶250至1∶750之間，最宜在約1∶400至1∶600之間。
通過下面結(jié)合圖示的詳細描述，本發(fā)明所述制造方法和制品的所有方面和優(yōu)點將變得更加清楚。
附圖簡介附圖是生產(chǎn)載有聚合物的片狀材料的一個優(yōu)選方法的示意流程圖。
優(yōu)選實施方式詳述結(jié)合下面對本發(fā)明的詳細描述和所提供的實施例，可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不受限于所述的具體部件、制品、過程和/或條件，因為這些理所當(dāng)然地可以變不同。還應(yīng)當(dāng)理解，這里所用的術(shù)語僅出于描述特定實施方式的目的，并無限制的意圖。
在這里，范圍可描述為從“約”或“接近”某一特定值至“約”或“接近”另一特定值。當(dāng)這樣描述范圍時，另一實施方式所包含的范圍可從某一特定值至另一特定值。類似地，當(dāng)數(shù)值通過使用“約”表示為約數(shù)時，應(yīng)當(dāng)理解此特定數(shù)值可構(gòu)成另一實施方式。
試看附圖，本發(fā)明涉及一種充填了聚合物的片狀材料10。在一種實施方式中，充填聚合物的片狀材料10是含有原位聚合的有機聚合物的聯(lián)鎖基體，所述基體聯(lián)鎖且固定于能吸收液態(tài)單體的吸收劑或能吸附液態(tài)單體的基底上，其中所述聚合物是在制造所述充填聚合物的片狀材料的過程中與基底接觸時形成的(由一種或多種單體聚合而成)，以便將聚合物聯(lián)鎖到基底上。在此優(yōu)選實施方式中，片狀材料10是有機聚合物分子與織物基底12的纖維，宜為非織造織物或土工布的纖維聯(lián)鎖的基體。
制品的內(nèi)部和/或外面可有各種增強材料，目的是增強結(jié)構(gòu)或為制品提供各種程度的剛性；所述制品在其厚度方向上的一些部分可制成包含不同種類的或者尺寸、長度、厚度和密度各異的同一種纖維，以獲得各種纖維的性質(zhì)和特點；所述制品在其厚度方向上的一些部分，其聚合物濃度較低或不含聚合物，所述制品的一部分就可以具有非常高的孔隙度，以便制品中積留的氣體能從下方排出；粉狀或粒狀材料如水溶脹性粘土可以與沉積的纖維混合，以提供充填粘土的墊子，該墊子然后在與可聚合單體接觸之前與單體聚合催化劑或聚合引發(fā)劑接觸，其中所述沉積纖維是在纖維由于重力作用而下落到支撐表面上的過程中從纖維沉積裝置中沉積下來的。這些特征中的任何一個特征都可以單獨利用或與其他任何特征組合利用，以獲得具有任何數(shù)量不同性質(zhì)、非常獨特的充填了聚合物的制品。
根據(jù)本發(fā)明的一個重要實施方式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，充填了聚合物的墊子可通過針刺、縫合或其他方式壓縮，使織物的相鄰纖維聯(lián)鎖，或者使上織物層和/或下織物層聯(lián)鎖，以增強充填的聚合物。所述織物可用纖維材料的線、纖維、長絲或股在結(jié)構(gòu)上固定起來，所述織物材料已通過針刺使纖維以一定間距聯(lián)鎖起來(例如2-500mil的間距，宜為約2-20mil的間距)。在致密化墊的一個或兩個外表面上可以施加液態(tài)粘合劑外涂層，可能顯著地增在制品的強度。
根據(jù)本發(fā)明的另一重要實施方式，除了可以獲得充填了聚合物的片狀材料制品外，所述制品還可以制造成除包含聚合物之外，還包含水溶脹性粘土，或者可除去水中與充填聚合物的片狀材料制品接觸的一種或多種水溶性污染物或可與其相互作用的材料。
池塘、瀉湖、地下結(jié)構(gòu)區(qū)或其他排水區(qū)，尤其是含有工業(yè)廢水的地方最常見的一些污染物是重金屬離子和水溶性有機物。在原有技術(shù)中已知，天然和合成沸石能夠從廢水溶液中除去相當(dāng)部分的重金屬離子，而親有機物的粘土能夠從溶液中除去水溶性有機物。然而，原有技術(shù)要求在流動中清除廢水流中存在的上述物質(zhì)，為了除去這些物質(zhì)，需要處理整個廢水流，由于為凈化這些廢水流而流過沸石或親有機物粘土的廢水量太大，這就要求頻繁更換處理材料。根據(jù)本發(fā)明的一個重要特點，將含或不含水溶脹性粘土的親有機物粘土(如斑脫土)和/或水溶脹性粘土與沸石或親有機物粘土的混合物作為單體溶液或漿液的一部分，水溶脹性粘土在水合時將膨脹，與水溶脹性粘土結(jié)合的沸石和/或親有機物粘土將形成水處理材料，其中沸石和/或親有機物粘土保持水處理功能的時間比它(們)在原有技術(shù)中與所有的廢水流全面接觸以處理全部廢水的情況下長數(shù)倍，這是因為得到處理的只是滲透到經(jīng)過水溶脹性粘土和/或聚合物的有限量的水。
根據(jù)本發(fā)明的另一重要實施方式，包含任何有機污染物吸附劑的污染處理材料，例如親有機物粘土或沸石、有機污染物吸收劑、有機污染物反應(yīng)劑或有機污染物中和材料，可以在于單體和/或水溶脹性粘土的上面或下面作為獨立的材料提供，或者與其混合在一起，因此為清除污染物而被處理的物質(zhì)的量只限于那些穿透聚合物和/或水溶脹性粘土的物質(zhì)。在此實施方式中，優(yōu)選的制品包含一層吸水材料和一層有機污染物清除材料，所述吸水材料選自吸水聚合物、吸水粘土及其組合，所述有機污染物清除材料例如是安置在吸水材料上面或下面的有機化合物吸附材料，如親有機物粘土或沸石，這樣安置是為了使通過吸水材料層的任何有機污染物能夠被有機化合物吸附材料吸附。(1)吸水材料和(2)有機污染物吸附材料這兩層可以比鄰放置，且用針刺在一起的隔開織物所圍繞；或者將這兩層放置在隔開的織物當(dāng)中，例如土工合成織物層當(dāng)中，所述織物層可一層一層堆疊起來，可以通過(例如)針刺、熔粘、膠粘或其他方法固定在一起，也可以不固定。根據(jù)一個實施方式，所述制品可置于水下，鋪在受污染的水道淤泥床上，這樣，有機污染物，例如PCB，在被有機化合物吸附材料，如親有機物粘土和/或沸石吸附之前，必須通過吸水材料，例如吸水聚合物和/或吸水蒙脫石粘土，這樣可以防止有機污染物污染所述制品上方的水。
根據(jù)本發(fā)明這一實施方式的另一重要特點，所述有機污染物清除材料可與聚合物混合，也可作為獨立材料置于聚合物下面或上面，它可以是任何能吸附、吸收有機污染物或與其反應(yīng)的材料，用以吸附、吸收、沉淀、中和有機污染物。能夠吸附、清除或中和有機污染物的其他材料的例子包括吸收纖維，如微晶纖維素；綠坡縷石粘土；吸附于吸收纖維或其他吸收材料上的蓖麻醇酸鋅；無定型氧化硅粉末；合成硅酸鈣；聚烯烴漿液；硅鋁酸鈉(A型鈉沸石)；麥芽糖糊精；鋁酸石英鈉(注意，以上全部物質(zhì)都是吸收劑)。其他材料，如吸附劑，包括親有機物粘土；微晶纖維素；二氧化硅水凝膠基組合物；綠坡縷石；合成硅酸鎂鈉；合成硅酸鈣；二氧化硅；酸活化粘土；A型鈉沸石等，它們可以作為一個獨立的層，也可以與聚合物和/或水溶脹性粘土混合。還可以包含其他材料，如殺藻劑、抗微生物材料、殺菌劑、消毒劑，和/或殺真菌劑如酚類、十一碳烯酸鋅N.F.、氯化乙酰tyridinium N.F.X.III，等等。
聚合溶液中除了含有單體外，最好的添加劑是水溶脹性粘土。
用來形成本發(fā)明充填聚合物的制品的纖維是由，例如，人造纖維、聚乙烯、聚丙烯、聚酯、尼龍、丙烯酸類聚合物和共聚物、玻璃纖維、丙烯-乙烯共聚物、聚丙烯-聚酰胺共聚物、聚氨酯纖維、可溶纖維(例如聚乙烯醇纖維)等制造的纖維。纖維長度宜在約0.5-25英寸之間，更宜在約1-5英寸之間，纖度宜在約1-5000但尼爾之間，更宜在約4-500但尼爾之間，最好在約30-200但尼爾之間。用來制造土工布織物的纖維或者土工布織物本身優(yōu)選采用，因為它們具有抗菌性和耐化學(xué)作用，但是所述纖維可生物降解，所以一旦安置好后，除了將聚合物固定在合適的位置上外，其能發(fā)揮的作用很小。在某些裝置過程中，制品的厚度不是很重要，這些制品可以形成任何所需厚度，例如3密耳-約4英寸，包含約0.2-20磅/英尺2的聚合物，還可含有約0.2-30磅/英尺2的水溶脹性粘土，也可不含水溶脹性粘土。
根據(jù)另一實施方式，用來制造本發(fā)明片狀材料產(chǎn)品的纖維一部分或全部是可水降解的或可溶于水的，例如聚烯醇纖維，這樣，在與水接觸一預(yù)定時間之后，基本上只有聚合物和其他添加材料留下來?？伤到饣蚩扇苡谒睦w維也可以選擇性地加入本發(fā)明的產(chǎn)品中，而且只沿著產(chǎn)品的邊緣進入，所述產(chǎn)品有可能在這些邊緣地帶形成密封或與另一相似產(chǎn)品重疊，由此在水合時將聚合物分散到密封區(qū)域。其他過濾材料，如活性炭等，可以嵌入所述產(chǎn)品，以及各種不透水的片狀材料、土工格柵或聚合結(jié)網(wǎng)材料、單纖絲和其他機織或非織造土工布可以嵌入到產(chǎn)品內(nèi)部或一個或兩個外露主表面上，以提供額外的結(jié)構(gòu)強度和/或額外的不透水性。
本發(fā)明產(chǎn)品可基本上是單一的非織造織物材料，這樣，在需要伸長的場合它就能夠伸長，同時保持所需的聚合物性質(zhì)。此外，排水結(jié)構(gòu)和其他用于擋水設(shè)施和排水工藝的制品實際上可以在制造過程中嵌入此產(chǎn)品的內(nèi)部。除草劑、殺菌材料、示蹤化學(xué)試劑、顯示與一種特定化學(xué)物質(zhì)或一類化學(xué)物質(zhì)接觸的各種著色劑等，也可以嵌入本發(fā)明的制品中。肥料也可以嵌入所述產(chǎn)品的內(nèi)部或接近外露表面的地方。此實施方式對于水溶性聚合物特別有用，因為所述片狀材料在釋放肥料時具有緩釋性質(zhì)。
在另一實施方式中，一接觸溶劑就溶解的纖維可以嵌入到所述制品中靠近一個或多個邊緣的地方。包含可溶于溶劑的纖維的產(chǎn)品安裝完畢后，可在接縫或重疊區(qū)域施加溶劑，使聚合物露出來，并為接縫或重疊區(qū)域提供更有效的密封效果。
本發(fā)明充填了聚合物或部分充填了聚合物的產(chǎn)品的應(yīng)用實際上是不受限制的，因為該產(chǎn)品可制造成具有完全柔性、相對剛性或完全剛性，可安裝在非常崎嶇和傾斜的表面上，粗糙或光滑的表面上，以及垂直表面上，如地基墻、大壩，也可以沿著溝渠和低位設(shè)施如油庫區(qū)的邊沿安裝，可用于廣場蓋層、混凝土等下面的地下防水材料和地下襯底材料的沖洗和貯水技術(shù)。此產(chǎn)品的一個顯著優(yōu)點，是在織物結(jié)構(gòu)內(nèi)部為聚合物和/或水溶脹性粘土的膨脹留有空間，這樣，對靠近混凝土板和廣場蓋層的所述產(chǎn)品的濕潤過程不會導(dǎo)致鄰近的混凝土或其他結(jié)構(gòu)部件由于水溶脹性粘土劇烈膨脹而彎曲變形或破裂。本發(fā)明的產(chǎn)品允許產(chǎn)品內(nèi)部的聚合物和/或粘土沿橫向或縱向或同時沿這兩個方向在產(chǎn)品提供的空間內(nèi)膨脹，從而防止不適當(dāng)?shù)牧κ┘拥交炷粱蚱渌Y(jié)構(gòu)部件的鄰近表面上。
本發(fā)明產(chǎn)品尤其適合為水邊墻體提供擋水層，用來保護豎直、傾斜和/或水平的表面。所述產(chǎn)品因其制造方法而非常經(jīng)久耐用，因為其強度不依賴于將兩個獨立的織物層結(jié)構(gòu)上固定到一起的任何方法。
本發(fā)明充填了聚合物的織物還特別適合提供混凝土下面的擋水層，所述混凝土在含聚合物和/或粘土的本發(fā)明制品的外表面上噴灑成層，如通過噴灑施涂的壓力噴漿混凝土。在施涂混凝土的壓力噴漿方法中，混凝土組合物在充分的壓力下噴灑到待保護的表面上，成一薄層，并幾乎即刻干燥，所以在它上面可再行施涂幾層，直到形成所需厚度。原有技術(shù)中的層疊擋水產(chǎn)品有一個中間粘土層通過粘合或針刺連接到兩個外織物層上，對剪切力不具有所需的結(jié)構(gòu)強度和抵抗力，因而不能防止在噴涂混凝土?xí)r將中間粘土層擠出所述產(chǎn)品，結(jié)果擋水能力很小或沒有。本發(fā)明一個實施方式的產(chǎn)品包含聚合物和/或水溶脹性粘土，它們緊緊地包繞在單一織物的纖維周圍，這樣噴涂于其上的混凝土層所施加的巨大壓力將使聚合物或水溶脹性粘土基本上不會損失。此外，本發(fā)明產(chǎn)品能夠吸收施加在織物表面上的力，這樣通過壓力噴漿涂敷的混凝土層將不會從產(chǎn)品上剝落，而是粘合到織物表面上，從而能經(jīng)濟而有效地將混凝土施涂在所述片狀材料產(chǎn)品的表面上，同時維持它下面的有效擋水性。將所述制品作為單一織物制造的一種方法，是將水溶脹性粘土和/或聚合物并合到一層中，如這里所描述的，并且在制造織物時將沸石或親有機物粘土并合進另一層，如本受讓人的美國專利No.5237945所揭示的，此專利參考結(jié)合于此。
有機聚合物宜為吸水聚合物，且宜是聚丙烯酸的堿金屬鹽和聚丙烯酸的混合物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將有機聚合物連接到基底12上可得到透水性相對較低擋水材料10，同時有機聚合物的使用量也相對較低。
還發(fā)現(xiàn)，同時包含吸水聚合物和水溶脹性粘土的擋水材料10與常規(guī)襯墊或擋水材料，特別是土工合成粘土襯墊(GCL)相比，單位重量擋水材料的透水性減小。具體地說，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，所述擋水材料10的水滲透率應(yīng)當(dāng)?shù)扔诨蛐∮?×10-8cm/sec，較好是等于或小于1×10-9cm/sec。另外還發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)GCL相比，所述擋水材料10的厚度和重量可能更小。所述擋水材料10尤其適合于土工環(huán)境方面的應(yīng)用，如吸水、保水和水污染。例如，擋水材料10可特別應(yīng)用于地下防水，如在地下車庫、地下商場等里面，用來防止地下水的滲入；還可應(yīng)用于垃圾填埋場、人造水體和其他土工環(huán)境方面的應(yīng)用，這些應(yīng)用都需要低透水性的擋水層。在此優(yōu)選實施方式中，有機聚合物是由插在粘土，尤其是水溶脹性粘土中的有機單體聚合而成。制造擋水材料10的方法包括如下步驟首先將聚合催化劑或聚合引發(fā)劑加入多孔基底，或加入多孔基底的一個或多個部分中，例如在制造土工布的過程中加入土工布纖維，然后將可聚合有機單體充入到多孔基底中，再使可聚合單體發(fā)生原位聚合，從而形成擋水材料10。
將可聚合單體自含有可聚合有機單體的聚合溶液中施加到會引發(fā)聚合基底中。在優(yōu)選實施方式中，聚合溶液也含有粘土，宜為水溶脹性粘土如納蒙脫石粘土，尤其是鈉蒙脫土或鈉斑脫土，形成漿液14，加入經(jīng)過事先處理，如接觸涂敷或浸涂或噴涂的多孔基底12中，使之含有使有機單體發(fā)生聚合反應(yīng)的催化劑或引發(fā)劑，且催化劑或引發(fā)劑的含量足夠多，使隨后加入的單體完全聚合。在優(yōu)選實施方式中，進行一個對聚合溶液進行攪拌的步驟，使聚合溶液基本上均勻。
使可聚合單體與水混合，并加入中和劑如氫氧化鈉形成聚合溶液14(如果再加入水溶脹性粘土，則形成漿液)，且宜在加入任何可選粘土之前加入中和劑，從而更有效地進行至少一部分可聚合有機單體在加入粘土之前的中和效果(最好是中和65-85摩爾％)，然后將部分中和的可聚合有機單體嵌入粘土的。較好的是，聚合溶液中還包含用于交聯(lián)聚合物的交聯(lián)劑，這樣，在聚合完成后，部分中和的聚合物分子充分交聯(lián)，從而具有水不溶性和吸水性。較好的是，將可聚合單體與水徹底混合形成均勻溶液，然后再在此聚合溶液中加入粘土，這樣在嵌入粘土?xí)r能夠穩(wěn)定均勻。在此優(yōu)選實施方式中，進行一個對聚合溶液進行攪拌的步驟，使聚合溶液基本上均勻。
向單體溶液中加入粘土形成聚合溶液或聚合漿液14的可用步驟可以任何方式進行，只要最終結(jié)果是加入了所需量的粘土和單體，形成相對較粘的聚合漿液14，但該漿液要能夠轉(zhuǎn)移到會引發(fā)聚合基底12中，以便充入。此外，含有粘土的聚合溶液宜在混合過程中受到剪切作用，且(或)在將漿液充入到多孔基底中的時候也受到剪切作用，以便在將漿液14充入到基底12中之前，將部分可聚合單體嵌入粘土片層之間，并且在使多孔基底12與聚合反應(yīng)漿液14接觸之前或同時，宜使粘土片層部分剝開。
任何攪拌器16都可以使用，只要它能夠混合粘土和單體溶液，使?jié){液14形成所需特性。在此優(yōu)選實施方式中，攪拌器16上有一些漿液刮板17，能夠混合粘土和聚合溶液，使所得漿液14基本上是均勻的。在此優(yōu)選實施方式中，混合步驟進行的時間要足夠長，使混合粘土和聚合溶液得到的漿液14基本上均勻。所用的水宜盡可能少，以得到均勻漿液，同時產(chǎn)生的漿液能夠用機械方法輸送或用泵壓到基底12上，從而將漿液充入到基底中。如

圖1所示，在此優(yōu)選實施方式中，活塞裝置30中的活塞32用來將高粘度漿液傳送到液態(tài)吸著劑基底上，以便充入進去。如果漿液太粘，難以泵壓，那么可用傳送帶將漿液輸送到基底12上，用于充入，所述傳送帶上覆蓋漿液的寬度宜與基底12上相同。
如上面所指出的，充入單體的步驟包括使可聚合有機單體/粘土漿液混入到基底12中。
在此優(yōu)選實施方式中，將漿液14充入到含有催化劑的液態(tài)吸著劑基底12當(dāng)中，漿液粘度約為30000厘泊-80000厘泊，約為40000厘泊-60000厘泊更好，以便將漿液14吸收并(或)吸附到基底12的組分里面和/或它們之間。漿液14在基底12中至少滲入到一部分深度。任何量或程度的漿液充入到基底12的組成部分里面或它們之間都是可以接受的，只要充入的單體足以使基底組成部分，例如纖維之間和/或里面的單體和粘土共混和吸收，以便單體隨后在基底的至少一部分厚度之內(nèi)發(fā)生聚合，形成擋水材料10。此外，充入的程度或量要足以使得到的吸收劑聚合物與粘土在基底12的至少一部分厚度之內(nèi)鍵合或交聯(lián)。
充入漿液的步驟宜包括基底12與漿液14之間的結(jié)合，這樣，漿液14就能均勻分散在基底12的至少一部分厚度當(dāng)中。較好的是，漿液14混合得非常好，更好的是基本上是均勻的，這樣，漿液14與基底12之間的結(jié)合還導(dǎo)致單體、被單體嵌入的粘土及剝開的粘土片層分散在基底的整個所需厚度之內(nèi)。更好的是，漿液分布在多孔基底12的整個厚度之內(nèi)，以利于產(chǎn)生相對均勻的擋水材料10。
如前面所討論的，多孔基底12可以是任何能與單體和其他任何包含于聚合反應(yīng)漿液14中的組分相容的液態(tài)吸收劑或液態(tài)吸附劑多孔材料或物質(zhì)，只要可以應(yīng)用。任何液態(tài)吸著劑基底都可以使用，只它要能夠接受并容留一部分聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，隨后接受并容留可聚合單體和可用的粘土，通過單體的聚合反應(yīng)形成擋水材料10。更好的是，基底12由具有許多纖維的織物基底12構(gòu)成。任何織物基底都可以使用，只要它在單體聚合以后能形成擋水材料10。
在此優(yōu)選實施方式中，基底12為土工布材料。任何機織或非織造土工布材料都可以使用，宜使用非織造材料。此外，土工布材料可以是任何形式的，只要適合形成所需擋水材料10。不過，在此優(yōu)選實施方式中，織物基底12基本上是包含至少一層土工布材料的平片。
在此優(yōu)選實施方式中，充入步驟包括將含水量少于50重量％的漿液14從而將其中的單體和粘土充入包埋到含引發(fā)劑或催化劑的基底12的纖維之間。充入步驟可以以任何方式進行，可以使用任何設(shè)備，結(jié)果是將高粘度漿液14充入到基底12的組成部分，例如纖維之間，并(或)吸收到它們之中。換句話說，可將漿液14充入或引導(dǎo)進入織物基底12的纖維之間的間隙或空檔里，且(或)吸收于其中，且(或)為基底12的纖維所吸收。例如，漿液14可通過真空、刮擦、滾動、水力負載、壓力過濾或噴涂的方式充入到織物基底12的纖維之間。如果纖維本身是吸水的，那么單體將同樣被吸收進入纖維中。
在此優(yōu)選實施方式中，至少一部分漿液14充入到織物基底12的纖維之間的間隙或空檔之中，余下的漿液14則可分散或鋪展于織物基底12的纖維之中，或分布于纖維之上或周圍形成漿液14的層或涂層。漿液14在基底12的纖維之間充入任何量或程度都是可以接受的，只要足以使單體隨后發(fā)生聚合反應(yīng)。
在此優(yōu)選實施方式中，大部分漿液14充入于基底12之中，而少量漿液14會分散或分布在基底12的上面。較好的是，任何分布在基底12上面的漿液14的厚度都小于約2.0mm，更好是小于約1.0mm，最好是小于約0.5mm，從而使形成的聚合物和粘土有效地附著在制品10的表面上。
此外，在此優(yōu)選實施方式中，通過向織物基底12施加壓力而使?jié){液14充入在織物基底12的纖維之間。所述壓力施加的方向宜基本上垂直于織物基底12的平面，如下面將進一步討論的。所述壓力可用任何方式和任何方法或設(shè)備施加，只要結(jié)果是在織物基底12的纖維之間充入所需程度或量的漿液14。
例如，可用至少一對圖1所示壓力輥對織物基底12施加壓力。此外，也可以用抽真空的方法對織物基底12施加壓力。
充入步驟之后，所述過程還包括使單體聚合形成擋水材料10?？捎萌魏魏线m的方式進行單體的聚合，使單體聚合形成具有所需性質(zhì)和特征的擋水材料10。較好的是，在充入步驟之后，在連續(xù)爐中加熱單體使其發(fā)生聚合。較好的是，以擋水材料10的干重計，加熱步驟要足以使擋水材料干燥到含水量小于約15重量％的程度，更好是約7-12重量％。
加熱步驟可在任何高于水的沸點的溫度下進行，使單體聚合形成擋水材料10。不過，加熱步驟中使用的溫度可根據(jù)最終得到的擋水材料10的所需特征和性質(zhì)而不同。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，漿液14宜加熱到至少100℃(212°F)，加熱到約140-288℃更好，到約177-288℃最好，約204-260℃尤其好。在最優(yōu)選實施方式中，漿液14可加熱到約232-260℃之間的溫度。
可使用任何加熱器34，只要它能夠加熱漿液14，從而加熱單體至所需溫度，使單體聚合并包埋在基底12中，而不會使基底12熔化或降解。此外，加熱步驟進行的時間可任意長，只要足以形成具有所需擋水性質(zhì)的擋水材料10。例如，加熱步驟可進行約30秒-2小時。不過，加熱步驟聚合的單體的量會隨著加熱溫度和時間而不同，這將影響得到的擋水材料10的特征或性質(zhì)。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，聚合反應(yīng)持續(xù)的時間或加熱步驟進行的長短與聚合反應(yīng)溫度成反比。
根據(jù)這里所揭示的制備方法的優(yōu)選實施方式的一個重要優(yōu)點，在聚合漿液充入到基底12中之前，單體沒有發(fā)生明顯的聚合，聚合反應(yīng)主要發(fā)生在上述聚合步驟或加熱步驟時，因為在單體充入到基底12當(dāng)中以前，聚合催化劑或聚合引發(fā)劑是與單體分開的。因此，在此優(yōu)選實施方式中，在漿液14充入到含引發(fā)劑或催化劑的織物基底12的纖維之間以前，單體不會發(fā)生明顯的聚合反應(yīng)。這樣，在加熱步驟之前，直到單體被充入到含引發(fā)劑或催化劑的基底中后，單體才發(fā)生聚合。在單體充入步驟之前，單體的聚合受到抑制制造方法的重大優(yōu)點。根據(jù)擋水材料10的預(yù)期用途，擋水材料10還可包含置于制品10之上或之下的覆蓋片層和/或載體片層。具體地說，覆蓋片層24是在基底12的至少一個面上施加的，在優(yōu)選實施方式中它是土工布材料。
在此優(yōu)選實施方式中，基底12可為任何吸收水或吸附水的片狀材料。而且，基底12宜為含有大量纖維的織物基底。更好的是，此織物基底12為土工布材料。任何基重的、由任何可耐受聚合反應(yīng)溫度的材料形成的土工布材料，包括機織和非織造的，都可以使用，只要它適合于擋水材料10的預(yù)期用途，能夠形成具有所需擋水性質(zhì)的擋水材料10。不過，土工布材料的單位重量宜在約0.05-0.80kg/m2之間，更宜在0.10-0.40kg/m2之間，最好在0.10-0.20kg/m2之間。
此外，土工布材料可以是任何形式，只要它適合形成任何尺寸或形狀的所需擋水材料10，能適于保護任何不能與水大量接觸的區(qū)域。在此優(yōu)選實施方式中，織物基底12基本上是平面的，包含至少一層土工布材料。因此，如上所討論的，在優(yōu)選的單體充入步驟中，是沿著垂直于土工布材料12的方向施加壓力的。在此優(yōu)選實施方式中，織物基底12由一層土工布材料構(gòu)成，如Foss，Inc.生產(chǎn)的PETROMAT 4597，PETROMAT 4551，或PETROMAT 4506，厚度為2mm；或者CUMULUS Corporation生產(chǎn)的另一種聚酯材料25WN040-60，厚度為5mm。
聚合溶液包含水和一定量的可聚合有機單體。任何能夠聚合形成吸水有機聚合物的有機單體都可以使用。不過，所述有機單體宜具有下列結(jié)構(gòu)式H2C＝CH-C-O-R其中，R選自堿金屬、H、CH3、CH2CH3、CH(CH3)2及其混合物。
在此優(yōu)選實施方式中，單體選自丙烯酸、丙烯酸堿金屬鹽，例如丙烯酸鈉，具體是含50-90摩爾％丙烯酸堿金屬鹽和10-50摩爾％丙烯酸，更好是約65-85摩爾％丙烯酸堿金屬鹽和15-35摩爾％丙烯酸的混合物，所述百分?jǐn)?shù)基于可聚合單體的總摩爾數(shù)。
具體考慮到在聚合反應(yīng)漿液14中包含粘土的實施方式，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在單體聚合之后需要稍加干燥或無需干燥的情況下，包埋于基底之中，足以最有效地形成所需擋水材料10的有機單體(或聚合物)與粘土的重量比應(yīng)在1∶1-1∶5之間，宜在1∶1-1∶4之間，最好在1∶2-1∶4之間，所述比例基于漿液中的單體、中和的單體和粘土的總重。
這里所揭示的發(fā)明可用于在任何液體吸著劑基底，尤其是片狀材料中充入負載單體/粘土漿液，聚合物是在多孔基底上預(yù)先加入了足夠的聚合催化劑和/或引發(fā)劑之后與基底12接觸時原位聚合的，而在此之前單體不會過早發(fā)生聚合。
聚合溶液較好還包含用來交聯(lián)單體的交聯(lián)劑。任何能與有機單體相容且能夠并適合交聯(lián)有機單體的交聯(lián)劑都可以使用。不過，所述交聯(lián)劑宜選自苯酚甲醛、對苯二甲醛、N，N’-亞甲基二丙烯酰胺(MBA)及其混合物。在此優(yōu)選實施方式中，交聯(lián)劑為N，N’-亞甲基二丙烯酰胺，其量足以原位形成不溶于水的聚合物。
任何量的交聯(lián)劑或任何比例的交聯(lián)劑/單體都可以使用，只要它足以交聯(lián)單體，獲得水不溶性。不過，如上面所指出的，除其他因素外，交聯(lián)劑的實際用量或比例將隨著擋水材料10的所需特征或性質(zhì)而改變，其中包括它的吸水容量(WAC)。例如，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隨著交聯(lián)劑與單體的比例的增加，所得吸收劑聚合物的水溶性傾向于降低。但除此之外，隨著交聯(lián)劑與單體的比例的增加，所得吸收劑聚合物的吸水容量(WAC)也傾向于下降。因此，包含擋水材料10的吸收劑聚合物必須在WAC與水溶性之間達到所需的平衡。在一種實施方式中，漿液14中所含交聯(lián)劑與單體的重量比小于約1∶100，宜在約1∶1000-1∶100之間，更宜在1∶750-1∶250之間，最好在1∶600-1∶400之間。
此外，聚合溶液或漿液宜為酸性溶液。具體說，所述聚合溶液的pH值宜小于7。聚合溶液的pH值水平可通過任何方法、用任何能提供酸性溶液，且與聚合溶液所包含的組分相容的物質(zhì)或化合物調(diào)節(jié)。不過，聚合溶液較好進一步包含足夠量的苛性化合物，中和用來50-100摩爾％，更好是50-90摩爾％單體，例如丙烯酸，它中和后原位形成聚丙烯酸鹽，最好是65-85摩爾％。
任何能夠至少部分中和單體或形成的聚合物的苛性化合物都可以使用。所述苛性化合物宜選自氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化銨及其混合物。在優(yōu)選實施方式中，苛性化合物是氫氧化鈉。
如前面所指出的，可在聚合溶液中加入一定量的水溶脹性粘土形成漿液14。在此實施方式中，任何可加入或與聚合溶液混合并如上所述形成漿液14的粘土都可以使用。優(yōu)選的水溶脹性粘土是蒙脫石粘土，選自蒙脫土、皂土、綠脫石、合成鋰皂石、貝得石、鐵皂土、鋰蒙脫石、鋅蒙脫石、斯皂石及其混合物。優(yōu)選的粘土是蒙脫石粘土，宜為鈉蒙脫石粘土，特別是鈉蒙脫土和鈉斑脫土。另外，非水溶脹性粘土或填料也可以加入聚合溶液，如碳酸鈣、滑石、云母、蛭石、高嶺土、二氧化鈦、二氧化硅等，只要(在此含粘土的實施方式中)聚合溶液包含至少約5％的水溶脹性粘土，宜為至少約20重量％的水溶脹性粘土。
有機單體和粘土的具體重量比或相對含量宜在約20-50重量％單體(包括中和劑)和約50-80重量％粘土的范圍之內(nèi)選擇，所述百分?jǐn)?shù)基于聚合反應(yīng)漿液中單體、中和的單體和粘土的總重。
根據(jù)本發(fā)明所述優(yōu)選方法和制品的一個重要特征，聚合漿液14的含水量應(yīng)當(dāng)小于約50重量％，宜小于約40重量％，更宜在約30-50重量％之間，所述百分?jǐn)?shù)基于漿液14的總重。在此優(yōu)選實施方式中，漿液14的含水量在約35-45重量％之間(以漿液14總重計)，以便通過活塞32進行泵送。含水量低至約20重量％的漿液仍可用傳送設(shè)備(未示出)傳送到基底12上，用來充入到基底中，同時提供足夠的水，能將單體均勻地分布在粘土和基底12中。
試看附圖，該圖提供了一種連續(xù)生產(chǎn)擋水材料10的裝置和方法。首先，將一層是織物基底12的土工布材料送入裝有聚合催化劑或聚合引發(fā)劑溶液20的槽子中，并通過一對擠壓輥22除去多余的催化劑和/或引發(fā)劑。或者，聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑也可以用噴嘴31噴涂到基底12上。根據(jù)一個優(yōu)選實施方式，在基底為聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑所飽和之后，用與飽和基底12的底表面33相接觸的真空裝置35對飽和基底12的底表面33抽真空，目的是回收多余的聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑，再利用于此過程。在除去多余的催化劑和/或引發(fā)劑之后，將含有催化劑和/或引發(fā)劑的織物基底12在導(dǎo)輥24的下方和一對水平放置的充入輥18之間送過，在這里，漿液14被擠(壓)進入含有催化劑和/或引發(fā)劑的會引發(fā)聚合的織物基底12。
聚合溶液或漿液14在漿液容器26中混合，在這里，用攪拌器16混合漿液的各組分。聚合溶液包含水溶脹性粘土。一旦在漿液容器26中混合好，且較好是受了剪切作用之后，將攪拌器16從容器26中提出，將容器26沿軌道28移動，使容器26剛好位于活塞泵壓裝置30的下方，所述泵壓裝置含有可豎直移動的高壓活塞32。然后將活塞32向下移至容器26里面，將高粘度、低含水量的漿液14通過直徑8英寸的柔性導(dǎo)管29，鋪展進入位于擠壓輥18之間的V形漿液接受槽區(qū)域。高粘度漿液14不容易受壓通過狹窄的導(dǎo)管，因而宜使用直徑至少約為4英寸的導(dǎo)管29。當(dāng)基底12在擠壓輥18之間移動時，漿液14就沉積到是織物基底12的土工布層上，所述織物基底12含有聚合催化劑和/或引發(fā)劑。擠壓輥18用足夠大的壓力將漿液14擠進基底12中，從而將漿液14充入到基底12的整個厚度中。如圖1所示，含有聚合催化劑和/或聚合引發(fā)劑的土工布材料12通過擠壓輥18并與其接觸，擠壓輥則施加壓力，將漿液14充入到織物基底12的纖維之間。此外，輥18還對聚合則漿液進行充分剪切，將單體嵌入粘土中，并至少使部分粘土剝開成單個板片，如果此時還沒有被攪拌器16嵌入和剝開的話。
若聚合溶液14不含粘土，溶液14通常沒有那么粘，因而難以用泵打到片狀材料12上，這時可以通過噴頭37施涂到會引發(fā)聚合的片狀材料12上，或者，以其他方式在(例如)擠壓輥18之間的槽39處進行施涂。
然后使充入了漿液14的擠壓土工布通過一加熱器或爐子34，使單體聚合，并使得到的聚合物和粘土、粘土團聚物和粘土板片聯(lián)鎖在基底12中。聚合過程導(dǎo)致得到的聚合物和粘土與土工布材料的纖維聯(lián)鎖。結(jié)果形成擋水材料10。如果需要的話，擋水材料10可接著進一步干燥，然后軋制并包裝。
擋水材料10與水接觸后會膨脹。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，與水接觸后，織物基底12的未填充空檔或間隙就首先填滿水合的聚合物凝膠。聚合物凝膠進一步水合將引起整個擋水材料10的膨脹。此外還發(fā)現(xiàn)，在有效約束應(yīng)力為20kPa的標(biāo)準(zhǔn)負荷作用下，所述擋水材料的水滲透率小于或等于1×10-9cm/sec。此外發(fā)現(xiàn)，水滲透率通常隨著有效約束應(yīng)力的增加而降低。
實施例攪拌聚合漿液，所述漿液包含354磅(11.91重量％)丙烯酸、1119磅(37.65重量％)鈉蒙脫土、314磅50％活性NaOH溶液(5.28重量％活性NaOH)、1184磅水(45.12重量％，包括與NaOH一起加入的水)、0.772磅(0.03重量％)亞甲基二丙烯酰胺(MBA)交聯(lián)劑。所加入的NaOH足以中和80摩爾％的丙烯酸。
將漿液充入到Foss，Inc.生產(chǎn)的GEO-4-REEMAY 60聚酯織物中，所述織物厚度為2mm，基重為0.34磅/平方英尺，預(yù)先曾浸入在聚合引發(fā)劑溶液(含有16-30％活性過硫酸鈉的過硫酸鈉溶液)中使片狀材料充分飽和，這樣，在用真空方法除去多余的引發(fā)劑后和充入漿液之前，所述織物材料包含2.8克過硫酸鈉引發(fā)劑/平方英尺織物。在此優(yōu)選實施例中，織物材料在每平方英尺織物上負載了4-14克過硫酸鈉水溶液(28％活性)，直至每平方英尺上總共有2.8克過硫酸鈉，然后以28克/平方英尺的量將丙烯酸充入到此會引發(fā)聚合的織物中。聚合溶液的優(yōu)選濕負載量為232克漿液/平方英尺織物。制備了5種不同的樣品，每種負載有不同重量的漿液，每種在不同爐子溫度下原位聚合。表I中的數(shù)據(jù)表明，在191℃-232℃的低溫下，得到的水不滲透性性很好，其離子水滲透率(DI滲透率)和3.5％NaCl溶液滲透率(3.5％鹽滲透率)數(shù)據(jù)如表I所示。
表I
表II對比的原有技術(shù)ST Bentomat擋水材料
本發(fā)明擋水材料(表I)所獲得的水滲透率與原有技術(shù)典型的ST Bentomat擋水材料(表II)的對比表明，本發(fā)明制造的擋水材料的水滲透率出人意料地低，尤其是對含鹽的水。原有技術(shù)的擋水組合物負載有約3倍的粘土，允許含鹽的水通過的量卻比本發(fā)明的擋水組合物約多出3000倍。對于去離子水，原有技術(shù)的擋水組合物負載的粘土3倍重于本發(fā)明組合物負載的粘土，但通過該組合物的去離子水也是3倍于本發(fā)明的擋水組合物。
權(quán)利要求
1.制造含聚合物片狀材料的方法，它包括使液體吸著劑片狀材料，或用來制造該液體吸著劑片狀材料的材料與聚合引發(fā)劑或聚合催化劑接觸，所述聚合引發(fā)劑或聚合催化劑的量要足以引發(fā)隨后加入的可聚合單體的聚合反應(yīng)，從而產(chǎn)生一種會引發(fā)聚合的片狀材料；充入含有可聚合單體的聚合溶液，使其進入會引發(fā)聚合的片狀材料的至少一部分厚度，與所述聚合催化劑或聚合引發(fā)劑密切接觸，引發(fā)單體的聚合反應(yīng)；將所述片狀材料置于一定條件下，所述條件足以使單體原位聚合形成包埋于片狀材料中的聚合物，由此將聚合物固定在片狀材料中。
2.權(quán)利要求1所述方法，其中聚合溶液包含用于交聯(lián)聚合物的交聯(lián)劑，但不包含聚合催化劑或聚合引發(fā)劑。
3.如權(quán)利要求2所述方法，其中所述聚合溶液包含選自水、有機溶劑和可聚合單體的載體，其含量足以使交聯(lián)劑溶解或分散在所有單體中。
4.如權(quán)利要求1所述方法，其中所述片狀材料或包含于片狀材料中的材料，在將單體加入到片狀材料中之前，除載有聚合催化劑或聚合引發(fā)劑之外，還載有用于單體的交聯(lián)劑和中和劑。
5.如權(quán)利要求4所述方法，其中負載于片狀材料中的中和劑的量足以中和50-100摩爾％的聚合物。
6.如權(quán)利要求4所述方法，其中負載于片狀材料中的中和劑的量足以中和65-85摩爾％的聚合物。
7.如權(quán)利要求1所述方法，其中所述片狀材料被加熱到至少100℃，進行片狀材料中單體的聚合，并在聚合和固化聚合物的過程中使水從片狀材料中蒸發(fā)出來。
8.如權(quán)利要求7所述方法，其中所述片狀材料通過溫度約為177-288℃的爐子，使單體發(fā)生聚合，并固化原位形成的聚合物。
9.如權(quán)利要求8所述方法，其中爐子溫度在約204-260℃范圍內(nèi)。
10.如權(quán)利要求1所述方法，其中聚合溶液含有約5-95重量％的粘土，所述百分?jǐn)?shù)基于粘土和單體的總重。
11.如權(quán)利要求10所述方法，其中所述粘土是水溶脹性蒙脫石粘土。
12.如權(quán)利要求11所述方法，其中所述水溶脹性蒙脫石粘土是鈉蒙脫石粘土。
13.如權(quán)利要求12所述方法，其中所述鈉蒙脫石粘土選自鈉蒙脫土、鈉斑脫土及其混合物。
14.如權(quán)利要求13所述方法，其中所述鈉蒙脫石粘土是通過離子交換使鈉離子取代鈣蒙脫石粘土的鈣離子而產(chǎn)生的。
15.如權(quán)利要求10所述方法，其特征在于，以聚合溶液的總重計，聚合溶液包含約25-80重量％的水。
16.如權(quán)利要求15所述方法，其中聚合溶液包含約30-50重量％的水，所述百分?jǐn)?shù)基于聚合溶液的總重。
17.如權(quán)利要求16所述方法，其中聚合溶液包含約30-40重量％的水，所述百分?jǐn)?shù)基于聚合溶液的總重。
18.如權(quán)利要求10所述方法，其中所述粘土是水溶脹性蒙脫石粘土，以聚合溶液總重計，至少占約50重量％。
19.如權(quán)利要求18所述方法，其中所述粘土包含50-100重量％蒙脫石粘土，所述百分?jǐn)?shù)基于聚合溶液中粘土的總重。
20.制造含有許多結(jié)構(gòu)增強纖維的片狀材料的方法，其中所述纖維圍繞著選自吸水聚合物、吸水粘土、有機化合物吸附劑及其組合的吸水材料，所述方法包括將可聚合單體充入到增強纖維中，使單體置于增強纖維的表面之間、之中和/或之上，形成許多載有可聚合單體的纖維；將粒狀固體材料嵌入到至少一部分載有可聚合單體的纖維之間；使單體發(fā)生聚合，將接觸纖維固定在位，形成的聚合物包圍或包埋住載有聚合物的纖維之間的粒狀固體材料。
21.如權(quán)利要求20所述方法，其中所述粒狀固體材料是吸收水的材料。
22.如權(quán)利要求21所述方法，其中所述吸收水的材料選自吸收水的聚合物和水溶脹性粘土。
23.如權(quán)利要求20所述方法，其中所述粒狀固體材料是有機化合物吸附劑。
24.如權(quán)利要求23所述方法，其中所述有機化合物吸附材料選自親有機物的粘土和沸石。
25.如權(quán)利要求20所述方法，它還包括將纖維壓縮到一起，使片狀材料致密化，并使纖維維持壓縮狀態(tài)，直至聚合物在低于其熔化溫度的溫度下固化，從而使片狀材料保持在致密狀態(tài)。
26.至少部分填充了選自水溶脹性粘土、有機化合物吸附材料及其組合的粉狀或粒狀材料的織物的制造方法，它包括將纖維沉積到一支撐面上，形成疏松纖維墊，其相鄰纖維間有空隙，每根纖維至少與一根相鄰的纖維接觸；將粒狀固體材料嵌置在至少一部分載有可聚合單體的纖維之間；將粉狀或粒狀材料沉積到纖維當(dāng)中，使該粉狀或粒狀材料留在相鄰纖維之間的至少一部分空隙中；使纖維致密化，消除相當(dāng)一部分未充填粉狀或粒狀材料的所述空隙，使得更多的纖維與纖維接觸；使可聚合單體發(fā)生聚合，在至少一部分纖維上形成聚合物涂層，冷卻該聚合物涂層至低于其熔化溫度，通過熔凝的聚合物使相鄰的、相互接觸的、涂敷有聚合物的纖維熔粘起來，同時纖維保持致密狀態(tài)。
27.制造含聚合物的片狀材料的方法，它包括將可聚合單體施加到纖維上形成載有單體的纖維；混合載有單體的纖維，形成含有相鄰接觸纖維的機織或非織造片狀材料；使載于纖維上的單體發(fā)生聚合，形成含有聚合物熔體的片狀材料，其中所述接觸纖維通過所述聚合物熔體連接；使聚合物熔體固化，使所述纖維與所述聚合物牢固地相互連接起來。
28.如權(quán)利要求27所述制造含有聚合物的片狀材料的方法，它包括在向纖維施加單體之前、之中或之后，向所述纖維施加聚合引發(fā)劑或聚合催化劑的步驟。
29.用來制造含聚合物的片狀材料的方法，包括向纖維施加聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，形成會引發(fā)聚合的纖維；混合會引發(fā)聚合的纖維，形成具有相鄰接觸纖維的會引發(fā)聚合的片狀材料；將可聚合單體施加于所述會引發(fā)聚合的纖維，形成載有單體的纖維；使載于纖維上的單體發(fā)生聚合，形成含有聚合物熔體的片狀材料，其中所述接觸纖維通過所述聚合物熔體連接；使聚合物熔體固化，使所述纖維與所述聚合物牢固地相互連接起來。
30.如權(quán)利要求29所述方法，其中所述單體是在形成會引發(fā)聚合的片狀材料之后，施加到所述會引發(fā)聚合纖維上的。
31.如權(quán)利要求29所述方法，其中所述單體是在形成會引發(fā)聚合的片狀材料之前，施加到所述會引發(fā)聚合纖維上的。
32.如權(quán)利要求29所述方法，它還包括通過將含單體和水溶脹性粘土的漿液充入到會引發(fā)聚合的片狀材料中，從而將可聚合單體施加到所述會引發(fā)聚合的片狀材料之中的步驟。
33.可用來吸附水中有機污染物的制品，它包含上層和下層織物或者位于以下兩層之間的織物部分(1)選自吸水聚合物、吸水粘土及其組合的吸水材料層；(2)有機化合物吸附材料層，使得有機污染物通過吸水材料層后能被此有機化合物吸附材料所吸附。
全文摘要
根據(jù)本發(fā)明的制造方法，通過在液態(tài)吸收劑或液態(tài)吸附劑(以下統(tǒng)稱“液態(tài)吸著劑”)的基底中加入聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，形成會引發(fā)聚合的基底或片狀材料，隨后充入此液態(tài)吸著劑基底中的單體將完全接觸所述聚合催化劑或聚合引發(fā)劑，從而發(fā)生完全聚合，形成包埋著的聚合物固體，而單體在接觸基底之前不會發(fā)生部分聚合；其中所述基底宜為呈片狀材料形式的多孔土工布。單體在與基底接觸時才發(fā)生完全聚合，在包埋并聯(lián)鎖的聚合物固體的保持量方面，能獲得最好的結(jié)果。較好的是，在將單體充入到基底之前，僅在多孔基底中加入聚合催化劑或聚合引發(fā)劑以及或可單體用的交聯(lián)劑。在另一實施方式中，所述交聯(lián)劑連同所述聚合催化劑或聚合引發(fā)劑包埋在基底中。
文檔編號C08J5/06GK1497096SQ0315949
公開日2004年5月19日 申請日期2003年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月25日
發(fā)明者J·W·小達林頓, C·M·馬特恩, M·W·克拉里, N·A·多特里奇, R·W·卡里克, J W 小達林頓, 克拉里, 卡里克, 多特里奇, 馬特恩 申請人:安柯國際有限公司