CN101343527A - 可溶胀的聚合物用于密封的用途 - Google Patents

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Abstract

可溶胀的聚合物用于密封的用途，其中所述聚合物可通过一种组合物的聚合得到，所述组合物包含至少一种具有大于2500g/mol的重均分子量的聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯。

Description

可溶胀的聚合物用于密封的用途
技术领域
本发明涉及可溶胀的聚合物用于密封的用途。
背景技术
可溶胀的聚合物及其在密封剂方面的用途本身是已知的。例如，日本专利申请JP 62-129376提出一种组合物，其适于在不释放水的条件下防止污水道的渗漏。所述组合物包含(甲基)丙烯酸盐，特别是镁盐或钠盐；聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯，特别是水溶性的聚乙二醇(甲基)丙烯酸酯，其可以包含20-30重量％的单(甲基)丙烯酸酯单元；和聚合催化剂，特别是氧化还原引发剂。
欧洲专利申请EP 0376094描述了一种基于丙烯酸或甲基丙烯酸的羟烷基酯和交联性单体的、用于管道或建筑物的密封或用于形成不渗水的底层的凝胶形成性的注入试剂。该试剂应包含至少2重量％的衍生自丙烯酸或甲基丙烯酸的叔胺，其与过氧二硫酸盐一起形成引发剂体系。作为交联性、多重烯属不饱和的、可自由基聚合的单体，特别提出应尽可能包含1-10个亚乙基氧基团的聚乙二醇的二丙烯酸酯和二甲基丙烯酸酯，以及亚甲基-双-丙烯酰胺或-甲基丙烯酰胺，所述聚乙二醇的丙烯酰氨基甲醚和甲基丙烯酰氨基甲醚。
日本专利申请JP 02-206657使用了一种液体混合物用于渗水处的密封，该液体混合物包含吸水性的聚合物树脂的单体，例如丙烯酰胺、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯或n-羟甲基丙烷，和水分散性的橡胶胶乳，例如SBR、NBR、天然橡胶或氯丁橡胶。所述液体混合物与反应催化剂反应，以得到所希望的水密封材料。
日本专利申请JP 2003193032A公开了一种基于水溶液的水密封剂，其包含水溶性的聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯、阴离子电解质单体、具有两个或更多个羟基的醇、和聚合催化剂。在此聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯与阴离子电解质单体的重量比例应在98∶2至40∶60的范围内。阴离子电解质单体的含量为5-70重量％，基于溶液的总重量计。
日本专利申请JP 62-022882A描述了一种水密封性的试剂，其包含以特定用量比例的氧化还原聚合引发剂、具有2-50个重复单元的聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯、阴离子电解质单体和阳离子电解质单体。
国际专利申请WO 97/03151涉及一种润滑剂，其包含可聚合的液体丙烯酸酯单体和过氧聚合引发剂。在此优选聚乙二醇二甲基丙烯酸酯用作可聚合的聚丙烯酸酯。
欧洲专利申请EP 0470008A1涉及一种组合物，其基于至少一种水溶性的或水可分散性的不饱和羧酸的烷氧基烷基酯。所述组合物包括至少一种聚烷氧基甲氧基乙基-甲基丙烯酸酯或-丙烯酸酯、至少一种选自碱金属过硫酸盐，过硫酸铵和氢过氧化物的引发剂、至少一种聚合促进剂和水。所述组合物可特别用于地下密封。
DE 19748631描述了一般的密封剂并在表格中也提到物质聚乙二醇甲基丙烯酸酯，但其是一种单官能的化合物。缺少对该化合物的分子量的说明。
DE 4226198描述了由甲基丙烯酸酯单体，例如乙氧基化的TMPTMA(在实施例中MG＝1000，此外没有进一步说明)制得的可水溶胀的密封剂，该混合物附加地包含未共聚入的聚乙二醇。
专利申请EP 1616906涉及由甲基丙烯酸酯单体制得的可水溶胀的密封剂，在实施例中只能发现(甲基)丙烯酸，该(甲基)丙烯酸被共挤出。
发明内容
目的和解决方案
鉴于现有技术，本发明基于这样的目的：揭示用于渗漏处的更好密封的可能方案。在此所述密封材料应特别地具有改进的可溶胀性以及尽可能好的机械性能。此外，所述密封应可以尽可能简单的方式并且尽可能快地实现。最后，实现尽可能有效的和持久的密封也是本发明的目的。
这些以及其它没有明确提及的、由引入性讨论的上下文必然得出的目的，通过具有本发明权利要求1的所有技术特征的可溶胀的聚合物的用途得以实现。特别适用的操作方式在引用权利要求1的从属权利要求中描述。此外保护的是一种密封渗漏处的方法。
通过将一种可通过一种组合物的聚合得到的可溶胀的聚合物用于密封，该组合物包含至少一种具有大于2500g/mol的重均分子量的聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯，成功地以不可毫无困难地预见的方式，实现了渗漏处的更好密封。在此所述密封材料突出之处尤其是改进的可溶胀性，且机械性能，特别是抗拉强度和断裂伸长率，是相对良好的。此外，所述密封可以极其简单的方式且相对快地实现，且可以实现非常有效的和持久的密封。此外根据本发明使用的聚合物不仅在生态上而且在健康方面都是毫无疑虑的。
在本发明的范围内，将一种可溶胀的聚合物用于密封。在此上下文中“可溶胀的”意指所述聚合物在溶剂的作用下改变其形状并增大其体积。对于本发明的目的，优选的溶剂为具有大于10的在25℃下测量的相对介电常数的极性化合物，特别是水和具有1至4个碳原子的醇，其中水是尤其特别优选的。适当地可达到至少150％，特别是至少200％的溶胀度。
可根据本发明使用的聚合物可通过一种组合物的聚合得到，该组合物包含至少一种具有大于2,500g/mol，优选在2,500至10,000g/mol的范围内，特别优选大于5000g/mol，特别是大于8000g/mol的重均分子量的聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯。
分子量的测定在此可以本身已知的方式通过凝胶渗透(GPC)或光散射进行。借助GPC的测定经证明是特别合适的。
所述聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯优选包括乙二醇和/或丙二醇单元，其中所述单元的含量优选为至少50.0重量％，适合地至少75.0重量％，特别是至少90.0重量％，每种情况下都基于所述聚合物的总重量计。聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯单元在此是特别优选的。
所述聚合物可任选地具有其它共聚单体单元。优选可通过与可共聚的胺和/或羟烷基酯共聚得到的聚合物。尤其特别优选的可共聚的胺为化学式(I)的叔胺
CH2＝CR’-CO-X-(R”-O)n-R”-NR2(I)
其中R表示烷基、羟烷基或烷氧基烷基，每种情况下在烷基或烷氧基中具有1至4个碳原子，或所述两个R基团与所述氮原子一起构成杂环，和R’表示氢原子或甲基，X表示氧原子或基团-NR-或-NH-，和R”表示具有2至4个碳原子的亚烷基，且n为0至4的整数。
根据化学式描述的叔胺优选为水溶性的、取代的丙烯酸和/或甲基丙烯酸的酯或酰胺。在丙烯酸衍生物的情况下，R’＝H；在甲基丙烯酸衍生物的情况下R’＝CH3。所述酰胺因为其较高的水解稳定性而比酯更为优选。其优选包含基团X＝NH。作为R”基团合适的是例如1，2-亚丙基、1，2-和1，4-亚丁基和优选1，2-亚乙基和1，3-亚丙基。通常n＝0。在上述化学式的酯类化合物中，也就是其中X＝O，n优选具有0至4，特别是0至2的值。在叔胺的氮原子上的基团R优选为具有1至4个碳原子的烷基或羟烷基，特别是甲基。两个基团R可与所述氮原子一起构成优选5或6元的杂环，例如吡咯烷环、哌啶环或吗啉环。
特别优选的叔胺为
丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-二甲基氨基乙酯、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-3-(N，N-二甲基氨基)-丙酯、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-4-(N，N-二甲基氨基)-丁酯、
3-(N，N-二甲基氨基)-丙基-丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺、
三乙醇胺-单丙烯酸酯和-单甲基丙烯酸酯、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-(二甲基氨基乙氧基)-乙酯、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-咪唑基-乙酯、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-哌嗪基-乙酯、
2-哌嗪基-乙基-丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-N，N-二甲基氨基-新戊酯、
N，N-二甲基氨基-新戊基-丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺、
(1，2，2，6，6-五甲基-哌啶基-4)-丙烯酸酯和-甲基丙烯酸酯、
3-吗啉代-丙基-丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-吗啉代-乙酯、
丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-(N，N-二丁基氨基)-乙酯、
4-二乙基氨基-1-甲基-丁基-丙烯酰胺和-甲基丙烯酰胺。
作为丙烯酸和/或甲基丙烯酸的羟烷基酯，尤其可以考虑在羟烷基中具有2至4个碳原子的水溶性酯，如丙烯酸-和甲基丙烯酸-羟乙基酯、丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-羟丙基酯、丙烯酸-和甲基丙烯酸-2-或-4-羟丁基酯。CH2＝CR-CO-O-(Alk-O)x-H结构的羟基-(聚烷氧基-烷基)-酯也是合适的，其中R＝H或CH3，Alk为具有2至4个碳原子的亚烷基，且x为0至10的整数。
所使用的单体优选具有这样的水溶性，即它们总共在20℃下形成至少10重量％的，优选20重量％-60重量％的水溶液。由于溶解的单体在一些情况下相互间起增溶剂作用，所以单独与水不能完全混溶的这样的单体也可使用或一起使用。但在-5℃至+40℃范围内的温度下与水可完全混溶的单体是特别优选的。
根据本发明非常特别有利地可使用的聚合物可通过一种组合物的聚合得到，所述组合物包含一种具有分子量M至少等于2500g/mol，更好地大于5000g/mol的聚乙二醇二甲基丙烯酸酯，和至少一种其它的(甲基)丙烯酸酯单体，特别是(甲基)丙烯酸和氨基(甲基)丙烯酸酯。
所述聚合物用于渗漏处的密封的用途可此外以本身已知的方式进行，这通过如下方式进行：将所述聚合物施加到要密封的位置。但是一种操作方式是特别有利的，在该操作方式中将包含至少一种具有大于1200g/mol的重均分子量的聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯的组合物施加到渗漏处并使其聚合。
所述聚合在此优选在使用自由基形成性引发剂的条件下在0℃至100℃范围内的温度下进行。优选所述组合物通过添加基于组合物总重量计1重量％至7重量％的水溶性无机过氧二硫酸盐，如过氧二硫酸-碱金属盐或-铵盐，在高于0℃的温度下，优选在5℃至40℃的温度下，在短时间内，在柔性凝胶的形成下硬化。硬化时间为优选20秒至120秒，但特别优选少于60秒。除了或代替过氧二硫酸盐，可以有效量使用其它的水溶性的自由基形成性引发剂，如叔丁基过氧化氢，只要所述引发剂与叔胺一起形成一种在低温下有效的氧化还原体系。
由于即使在低温下也非常快地硬化，因此预防措施尤其是适宜的，以将所述组合物在引发剂混入之后送到使用地点，在该地点其凝固为凝胶。有利的是使用一种具有低容积的混合室，所述组合物与优选引发剂的水溶液这样引入到该混合室中，使得它们立刻充分地混合并且然后直接到达应用地点。
所述组合物应尽可能地以一种浓度应用，在该浓度下通过所述自由基聚合直接形成一种具有所希望的性能的凝胶。例如10重量％至60重量％，优选20重量％至40重量％的浓度的可聚合化合物是适合的。
具体实施方式
通过下面的实施例和对比例进一步说明本发明，而不意由此进行对本发明的构思的限制。
用于板聚合的配料
0.20重量％(0.12g)2，2’-偶氮(Adso)双异丁腈(AIBN)
49.9重量％(29.94g)聚乙二醇二甲基丙烯酸酯
29.94重量％(17.96g)丙烯酸
19.96重量％(11.98g)甲基丙烯酸-2-二甲基氨基乙酯
聚合反应的实验说明
板聚合物在平室法中在由玻璃板构成的隔室中制备。作为间隔装置使用4mm圆绳。聚合反应在60℃下的水浴中进行7小时的时间。在除去上面的玻璃板和圆绳后，在循环空气干燥箱中在100℃下调温处理18小时。
机械性能
为了测量机械性能，所述聚合物在蒸馏水中储存三天。在溶胀的状态下由聚合物板冲制试件。
溶胀的实验说明
由板聚合物切割成形尺寸为20×15×4mm的试件。其在真空干燥箱中在100℃下调理18小时。在冷却到室温后将所述试件称重，并随后存放在23℃下的空气调节室中，在蒸馏水(100ml)中的透明玻璃烧瓶中的不锈钢网上。以有规律的间隔将它们取出，附着的液体用吸水纸吸收，并且将聚合物块重新称重。所述测量继续进行直到达到最大的溶胀性。
表1：结果
  比较例1   比较例2   实施例1   实施例2
  聚合反应   在水溶液中   本体   本体   本体
  交联剂   PEG-1000-DMA   PEG-1000-DMA   PEG-6000-DMA   PEG-8000-DMA
  溶胀性(％)   103   108   238   241
  抗拉强度(MPa)   0.48   0.47   0.27   0.28
  (标称(nom.))断裂伸长率(％)   38   10.3   71.3   76.3
结果显示，本发明的实施例的溶胀性显著提高。对断裂伸长率的测试同样显示显著改进的值。与此相比，抗拉强度虽然稍微较差，但在可比的水平上(ISO527-3/2/25，在25mm夹持长度下)。

Claims (9)

1.可溶胀的聚合物用于密封的用途，其特征在于，所述聚合物可通过一种组合物的聚合得到，该组合物包含至少一种具有的重均分子量大于2500g/mol的聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯。
2.根据权利要求1的用途，其特征在于，所述聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯包括乙二醇单元和/或丙二醇单元。
3.根据权利要求2的用途，其特征在于，使用聚乙二醇二(甲基)丙烯酸酯。
4.根据前述权利要求中至少一项的用途，其特征在于，所述聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯具有大于5000g/mol的重均分子量。
5.根据前述权利要求中至少一项的用途，其特征在于，所述聚合物可通过一种组合物的共聚得到，所述组合物包含可与聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯共聚的胺和/或羟烷基酯。
6.根据权利要求5的用途，其特征在于，所述聚合物可通过与至少一种化学式(I)的叔胺的共聚得到，
CH2＝CR’-CO-X-(R”-O)n-R”-NR2    (I)
其中R表示烷基、羟烷基或烷氧基烷基，每种情况下在烷基或烷氧基中具有1至4个碳原子，或所述两个R基团与所述氮原子一起构成杂环，和R’表示氢原子或甲基，X表示氧原子或基团-NR-或-NH-，和R”表示具有2至4个碳原子的亚烷基，和n为0至4的整数。
7.根据权利要求5或6的用途，其特征在于，所述聚合物可通过与至少一种丙烯酸和/或甲基丙烯酸的羟烷基酯的共聚得到。
8.密封渗漏处的方法，其中将包含至少一种具有大于2500g/mol的重均分子量的聚亚烷基二醇二(甲基)丙烯酸酯的组合物施加到渗漏处并使其聚合。
9.根据权利要求8的方法，其特征在于，在0℃至100℃范围内的温度下使用自由基形成性引发剂使所述组合物聚合。
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