CN109572093A - 一种高耐蚀预水化型矿物防渗材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高耐蚀预水化型矿物防渗材料，由自上而下依次设置的玄武岩纤维层、矿物防渗层和防渗膜组成；所述玄武岩纤维层为由玄武岩纤维编制而成的网格状材料；所述矿物防渗层包括膨润土、高岭土以及高分子聚合物；所述防渗膜为HDPE膜。本发明还提供了所述高耐蚀预水化型矿物防渗材料的制备方法。本发明所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，具有良好的耐腐蚀性、抗拉强度以及防渗效果。

Description

一种高耐蚀预水化型矿物防渗材料及其制备方法
技术领域
本发明属于防渗材料技术领域，具体而言，本发明涉及一种高耐蚀预水化型矿物防渗材料及其制备方法。
背景技术
目前，市面上含膨润土的矿物防渗材料主要应用于市政(垃圾填埋)、水利、环保、人工湖及建筑地下防水、防渗工程等领域，其利用膨润土粒子遇水膨胀的特性，形成均匀的胶体系统，在上下两层面层材料的限制作用下，使膨润土从无序变为有序的膨胀，持续的吸水膨胀使得膨润土层自身达到密实，从而实现防水效果。
例如，中国专利文献CN102922813A公开了一种预水化型膨润土防水毯，由面布、预水化膨润土薄片和底布组成，预水化膨润土薄片压合在面布与底布之间，其中，预水化膨润土薄片包括由膨润土粉料、粘合剂、防霉剂和水制成；粘合剂为天然高分子材料聚丙烯酸钠或淀粉；防霉剂为氢氧化钠或羧甲基纤维素钠。预水化型膨润土防水毯通过对膨润土防水毯的防水起关键作用的蒙脱石的膨胀预先提供所需的淡水，实现了较好的防渗效果。
但是，上述预水化型膨润土防水毯还存在以下缺陷：所采用的面层材料抗腐蚀性能差，不能对其中的薄片起到长期支撑作用，尤其是在垃圾填埋等应用领域中，面层材料长期处于酸碱等腐蚀环境中，易被腐蚀而发生渗漏；同时，由于片层材料中膨润土的离子交换特性较强，仍存在与环境离子发生反应导致其防渗效果下降的可能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高耐蚀预水化防渗材料，以至少解决现有技术中存在的矿物防渗材料面层材料抗腐蚀性能差，片层材料防渗效果不够理想的技术问题。
为了解决上述问题，本发明提供一种高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其技术方案如下：
高耐蚀预水化型矿物防渗材料，由自上而下依次设置的玄武岩纤维层、矿物防渗层和防渗膜组成；
所述玄武岩纤维层为由玄武岩纤维编制而成的网格状材料；所述玄武岩纤维是以天然玄武岩拉制的玻璃纤维。通常采用玄武岩石料在1450℃～1500℃熔融后，通过铂铑合金拉丝漏板高速拉制而成。
所述矿物防渗层包括膨润土、高岭土以及高分子聚合物；
所述防渗膜为HDPE膜。需要说明的是，HDPE为英文High Density Polyethylene的缩写，是指高密度聚乙烯，通常是密度为0.941～0.960g/cm3范围内的聚乙烯材料。
优选地，所述玄武岩纤维层的内层还附有涤纶丝；所述涤纶丝在玄武岩编制过程中附在玄武岩纤维的一面，所述涤纶丝在玄武岩编制过程中附在玄武岩纤维的一面，所述涤纶丝与玄武岩纤维的重量比为1：(10-15)。
优选地，所述矿物防渗层包括如下组分：膨润土40-80重量份；高岭土10-30重量份；高分子聚合物3-10重量份。
优选地，所述矿物防渗层还包括20-60重量份的水。
优选地，所述膨润土为钠离子型膨润土，且蒙脱石含量大于60％、粒度≤200目。
优选地，所述高岭土为软质高岭土，且高岭石含量大于70％、粒度≤200目。
优选地，所述高分子聚合物的分子量为5000-10000；所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
优选地，所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺与羧甲基纤维素钠按照1:3的重量比混合而成。
优选地，所述高岭土与所述高分子聚合物的重量比为2：1。
优选地，所述玄武岩纤维层的单位面积质量为800-2000g/m2；所述矿物防渗层的单位面积质量为2000-4000g/m2；所述防渗膜的厚度为0.3-1.0mm。
本发明的高耐蚀预水化型矿物防渗材料的制备方法，包括如下步骤：
按照选定的重量份取膨润土、高岭土以及高分子聚合物，混合均匀，并挤出为片层状薄片，然后烘干，得到矿物防渗层；将所述矿物防渗层的一面与玄武岩纤维层压合，另一面与防渗膜压合，即得。
优选地，所述高耐蚀预水化型矿物防渗材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)按照选定的重量份取膨润土、高岭土以及高分子聚合物，混合均匀，得到混合物料；向所述混合物料加入选定的重量份的水，并捏合为致密团块；
(2)将步骤(1)中得到的所述致密团块挤压为片层状薄片，挤出的片层状薄片的厚度为0.55～0.65cm、幅宽为1m～2m，并将其置于60-80℃的温度下微波干燥，烘干至含水量为25～30％，得到矿物防渗层；
(3)将步骤(2)中得到的所述矿物防渗层的一面与玄武岩纤维层压合，另一面与防渗膜压合，经打卷、包装即得。
与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
(1)本发明所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，由自上而下依次设置的玄武岩纤维层、矿物防渗层和防渗膜组成；玄武岩纤维编制而成的玄武岩纤维层与HDPE制成的防渗膜，均具有良好的拉伸强度，可对矿物防渗层形成有效的支撑，保障所述高耐蚀预水化防渗材料在施工或者长期使用时不易撕裂或破损。更为重要的是，玄武岩纤维层与防渗膜均具备较强的耐腐蚀性，可以提高产品的抗腐蚀性，使所述高耐蚀预水化防渗材料不易因腐蚀而发生渗漏。
(2)本发明所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，所述玄武岩纤维层的内层还附有涤纶丝。由于玄武岩纤维的外表光滑，与其他物质复合极易脱落，尤其是预水化型矿物防渗材料，膨润土粒子遇水膨胀等过程中，使得玄武岩纤维与所述矿物防渗层的稳固结合更难实现。而本发明中，通过所述涤纶丝的添加，使得所述玄武岩纤维层与所述矿物防渗层的复合更为紧密，不易脱落。尤其是，所述涤纶丝通过编织的方式与玄武岩纤维结合，大大提升了复合材料的稳定性。另一方面，所述涤纶丝的添加，使所述玄武岩纤维层的抗拉强度提升，大大提升了其抗拉强度。
(3)本发明的所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，所述矿物防渗层包括膨润土40-80重量份；高岭土10-30重量份；高分子聚合物3-10份。在所述高分子聚合物和高岭土矿物的双重作用下，可以有效阻止膨润土与环境中离子发生反应，同时高岭土也具备一定的膨胀性能，可以保证材料的防渗效果。尤其是，当所述矿物防渗层中的所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺与羧甲基纤维素钠按照1:3的重量比混合而成，与所述高岭土配合使用时，防渗效果较优。所述高岭土与所述高分子聚合物的重量比为2：1时，防渗效果最优。
(4)本发明的所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料的制备方法，操作简易，适于大规模工业化生产。作为优选的实现方式，通过采用微波干燥炉加热，可以降低材料在捏合混匀装置中的粘性，提高混匀程度。另外，对挤出的片层状薄片的微波干燥可以有效提高矿物和材料间的粘合力。
具体实施方式
本发明各实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品，不同厂家、型号的原料并不影响本发明技术方案的实施及技术效果的实现。
实施例1
本实施例的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，由自上而下依次设置的玄武岩纤维层、矿物防渗层和防渗膜组成；
所述玄武岩纤维层为由玄武岩纤维编制而成的网格状材料，且内层还附有涤纶丝；所述涤纶丝在玄武岩编制过程中附在玄武岩纤维的一面，所述涤纶丝与玄武岩纤维的重量比为1：10。所述玄武岩纤维层的单位面积质量为800g/m2；
所述矿物防渗层包括如下组分：膨润土40重量份；高岭土30重量份；高分子聚合物6份；水60重量份。所述矿物防渗层的单位面积质量为2000g/m2；其中，所述膨润土为钠离子型膨润土，且蒙脱石含量大于60％、粒度≤200目。所述高岭土为软质高岭土，且高岭石含量大于70％、粒度≤200目。所述高分子聚合物的分子量为5000-10000；所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺。
所述防渗膜为HDPE膜。所述防渗膜的厚度为0.3mm。
其制备方法如下：
(1)按照选定的重量份取膨润土、高岭土以及高分子聚合物，置于高速搅拌装置中混合均匀，混匀时间5min，得到混合物料；将所述混合物料输送至捏和混匀装置中，向所述混合物料加入选定的重量份的水，并在捏和混匀装置的搅拌下剪切30min，捏合为致密团块；
(2)将步骤(1)中得到的所述致密团块转移至挤压装置中，挤压为片层状薄片，挤出的片层状薄片的厚度为0.55cm、幅宽为1m，并将其置于微波干燥炉中，在80℃的温度下微波干燥，烘干至含水量为25％，得到矿物防渗层；
(3)将步骤(2)中得到的所述矿物防渗层转移至包覆装置中，将所述矿物防渗层的一面与玄武岩纤维层压合，另一面与防渗膜压合，经打卷、包装，即得高耐蚀预水化型矿物防渗材料的防水毯成品。
实施例2
本实施例的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，由自上而下依次设置的玄武岩纤维层、矿物防渗层和防渗膜组成；
所述玄武岩纤维层为由玄武岩纤维编制而成的网格状材料，且内层还附有涤纶丝；所述涤纶丝在玄武岩编制过程中附在玄武岩纤维的一面，所述涤纶丝与玄武岩纤维的重量比为1：15。所述玄武岩纤维层的单位面积质量为2000g/m2；
所述矿物防渗层包括如下组分：膨润土80重量份；高岭土10重量份；高分子聚合物3份；水40重量份。所述矿物防渗层的单位面积质量为3000g/m2；其中，所述膨润土为钠离子型膨润土，且蒙脱石含量大于60％、粒度≤200目。所述高岭土为软质高岭土，且高岭石含量大于70％、粒度≤200目。所述高分子聚合物的分子量为5000-10000；所述高分子聚合物为羧甲基纤维素钠。
所述防渗膜为HDPE膜。所述防渗膜的厚度为1.0mm。
其制备方法如下：
(1)按照选定的重量份取膨润土、高岭土以及高分子聚合物，置于高速搅拌装置中混合均匀，混匀时间2min，得到混合物料；将所述混合物料输送至捏和混匀装置中，向所述混合物料加入选定的重量份的水，并在捏和混匀装置的搅拌下剪切30min，捏合为致密团块；
(2)将步骤(1)中得到的所述致密团块转移至挤压装置中，挤压为片层状薄片，挤出的片层状薄片的厚度为0.65cm、幅宽为2m，并将其置于微波干燥炉中，在60℃的温度下微波干燥，烘干至含水量为30％，得到矿物防渗层；
(3)将步骤(2)中得到的所述矿物防渗层转移至包覆装置中，将所述矿物防渗层的一面与玄武岩纤维层压合，另一面与防渗膜压合，经打卷、包装，即得高耐蚀预水化型矿物防渗材料的防水毯成品。
实施例3
本实施例的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，由自上而下依次设置的玄武岩纤维层、矿物防渗层和防渗膜组成；
所述玄武岩纤维层为由玄武岩纤维编制而成的网格状材料，且内层还附有涤纶丝；所述涤纶丝在玄武岩编制过程中附在玄武岩纤维的一面，所述涤纶丝与玄武岩纤维的重量比为1：20。所述玄武岩纤维层的单位面积质量为1400g/m2；
所述矿物防渗层包括如下组分：膨润土60重量份；高岭土20重量份；高分子聚合物10份；水20重量份。所述矿物防渗层的单位面积质量为4000g/m2；其中，所述膨润土为钠离子型膨润土，且蒙脱石含量大于60％、粒度≤200目。所述高岭土为软质高岭土，且高岭石含量大于70％、粒度≤200目。所述高分子聚合物的分子量为5000-10000；所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺与羧甲基纤维素钠按照1:3的重量比混合而成。
所述防渗膜为HDPE膜。所述防渗膜的厚度为0.6mm。
其制备方法如下：
(1)按照选定的重量份取膨润土、高岭土以及高分子聚合物，置于高速搅拌装置中混合均匀，混匀时间5min，得到混合物料；将所述混合物料输送至捏和混匀装置中，向所述混合物料加入选定的重量份的水，并在捏和混匀装置的搅拌下剪切20min，捏合为致密团块；
(2)将步骤(1)中得到的所述致密团块转移至挤压装置中，挤压为片层状薄片，挤出的片层状薄片的厚度为0.65cm、幅宽为2m，并将其置于微波干燥炉中，在70℃的温度下微波干燥，烘干至含水量为28％，得到矿物防渗层；
(3)将步骤(2)中得到的所述矿物防渗层转移至包覆装置中，将所述矿物防渗层的一面与玄武岩纤维层压合，另一面与防渗膜压合，经打卷、包装，即得高耐蚀预水化型矿物防渗材料的防水毯成品。
实施例4
本实施例中所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，与实施例3中完全相同，且采用相同的方法制备而成，区别仅在于：所述玄武岩纤维层的内层不附有涤纶丝。
实施例5
本实施例中所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，与实施例3中完全相同，且采用相同的方法制备而成，区别仅在于：所述矿物防渗层中不包含高岭土。
实施例6
本实施例中所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，与实施例3中完全相同，且采用相同的方法制备而成，区别仅在于：所述矿物防渗层中包含高岭土的用量为60重量份。
实施例7
本实施例中所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，与实施例3中完全相同，且采用相同的方法制备而成，区别仅在于：所述矿物防渗层中不包含所述高分子聚合物。
实施例8
本实施例中所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，与实施例3中完全相同，且采用相同的方法制备而成，区别仅在于：所述矿物防渗层中所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺与羧甲基纤维素钠按照1:1的重量比混合而成。
效果对比例
为验证本发明所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料的技术效果，进行以下试验：
取实施例1-8中制备得到的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，采用JG/T 193-2006《钠基膨润土防水毯》渗透系数的检测方法，但不同的是将溶液更换为pH值为4的盐酸溶液，检测并记录结果。
取实施例1-8中制备得到的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，按照JG/T 193-2006《钠基膨润土防水毯》渗透系数的检测方法，但不同的是将溶液更换为pH值为10的氢氧化钠溶液，检测并记录结果。
取实施例1-8中制备得到的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，按照JG/T 193-2006《钠基膨润土防水毯》耐静水压的检测方法，检测并记录结果。
取实施例1-8中制备得到的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，按照JG/T 193-2006《钠基膨润土防水毯》抗拉伸强度的检测方法，检测并记录结果。
并取市售的普通膨润土防水毯作为对比例1，取市售的预水化型膨润土防水毯作为对比例2。
其结果如下：
由上述结果可知，本发明所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，具有良好的耐腐蚀性、机械性能及防渗性能。尤其是，当膨润土与所述高岭土配合使用时，防渗效果较优。当所述矿物防渗层中的所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺与羧甲基纤维素钠按照1:3的重量比混合而成，防渗效果更优。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于，由自上而下依次设置的玄武岩纤维层、矿物防渗层和防渗膜组成；
所述玄武岩纤维层为由玄武岩纤维编制而成的网格状材料；
所述矿物防渗层包括膨润土、高岭土以及高分子聚合物；
所述防渗膜为HDPE膜。
2.根据权利要求1所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于：所述玄武岩纤维层的内层还附有涤纶丝；所述涤纶丝在玄武岩编制过程中附在玄武岩纤维的一面，所述涤纶丝与玄武岩纤维的重量比为1：(10-15)。
3.根据权利要求1或2所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于：所述矿物防渗层包括如下组分：膨润土40-80重量份；高岭土10-30重量份；高分子聚合物3-10重量份。
4.根据权利要求3所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于，所述矿物防渗层还包括20-60重量份的水。
5.根据权利要求3所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于：所述膨润土为钠离子型膨润土，且蒙脱石含量大于60％、粒度≤200目。
6.根据权利要求3所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于：所述高岭土为软质高岭土，且高岭石含量大于70％、粒度≤200目。
7.根据权利要求3所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于：所述高分子聚合物的分子量为5000-10000；所述高分子聚合物为聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素钠中的一种或多种。
8.根据权利要求3所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料，其特征在于：所述玄武岩纤维层的单位面积质量为800-2000g/m2；所述矿物防渗层的单位面积质量为2000-4000g/m2；所述防渗膜的厚度为0.3-1.0mm。
9.一种高耐蚀预水化型矿物防渗材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按照选定的重量份取膨润土、高岭土以及高分子聚合物，混合均匀，并挤出为片层状薄片，然后烘干，得到矿物防渗层；将所述矿物防渗层的一面与玄武岩纤维层压合，另一面与防渗膜压合，即得。
10.根据权利要求9所述的高耐蚀预水化型矿物防渗材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)按照选定的重量份取膨润土、高岭土以及高分子聚合物，混合均匀，得到混合物料；向所述混合物料加入选定的重量份的水，并捏合为致密团块；
(2)将步骤(1)中得到的所述致密团块挤压为片层状薄片，挤出的片层状薄片的厚度为0.55～0.65cm、幅宽为1m～2m，并将其置于60-80℃的温度下微波干燥，烘干至含水量为25～30％，得到矿物防渗层；
(3)将步骤(2)中得到的所述矿物防渗层的一面与玄武岩纤维层压合，另一面与防渗膜压合，经打卷、包装即得。
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