CN113502009A - 一种柔性土工膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种柔性土工膜及其制备方法，属于土工膜技术领域。该柔性土工膜，包括以下组分：线性低密度聚乙烯，改性聚丙烯，聚烯烃弹性体，纳米颗粒，偶联剂，炭黑母粒，滑石粉。该柔性土工膜的断裂伸长率、抗穿刺、耐弯折性能大幅度提高，土工膜使用过程中结构完整性得到改善。

Description

一种柔性土工膜及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种柔性土工膜及其制备方法，属于土工膜技术领域。
背景技术
柔性土工膜，常用于高纬度地区对防冷脆性能要求高的工程，或用于不均 匀沉降或局部沉降大的工程，如矿山堆浸场、垃圾填埋场和其他对防渗材料延 伸性能及抗穿刺强度要求高的工程。
目前，市场上普通的柔性土工膜在工程使用中绷紧后，不能贴合地面，容 易出现空鼓，容易遭受石块或其他间棱物的穿刺破坏，或是由于缺少约束支撑， 在承受压力时被鼓破，或是在吹填过程中受到下层气体或液体的顶托产生应力 集中导致破坏，同时温度、重力、和土体位移等因素也容易使土工薄膜发生过 度拉伸、撕裂和擦伤，这些都会不同程度的影响到土工膜的使用效果，降低其 使用寿命，造成直接经济损失或工程返工。
发明内容
为了解决上述问题，提供了一种柔性土工膜及其制备方法，通过该制备方 法制备的柔性土工膜的断裂伸长率、抗穿刺、耐弯折性能大幅度提高，土工膜 使用过程中结构完整性得到改善。
根据本申请的一个方面，提供了一种柔性土工膜，包括以下组分：线性低 密度聚乙烯，改性聚丙烯，聚烯烃弹性体，纳米颗粒，偶联剂，炭黑母粒，滑 石粉。
可选地，所述改性聚丙烯是石墨烯改性聚丙烯。
可选地，所述石墨烯改性聚丙烯包括以下重量份的组分：石墨烯0.1-1份， 聚丙烯50-80份，增容剂1-3份，抗氧剂0.5-2份。
进一步地，所述石墨烯改性聚丙烯包括以下重量份的组分：石墨烯0.3-0.8 份，聚丙烯55-75份，增容剂1.5-2.5份，抗氧剂0.5-1.5份。
更进一步地，所述石墨烯改性聚丙烯包括以下重量份的组分：石墨烯 0.4-0.7份，聚丙烯60-70份，增容剂2份，抗氧剂1份。
可选地，所述增容剂为马来酸酐接枝POE，接枝率3～5％；
进一步地，所述增容剂为马来酸酐接枝POE，接枝率3.5～4.5％；
所述抗氧剂选自四季戊四醇酯、受阻酚类抗氧剂和受阻胺类抗氧剂中的一 种或多种。
可选地，按重量份数计，所述柔性土工膜的各组分如下：
线性低密度聚乙烯10-20份，改性聚丙烯20-50份，聚烯烃弹性体20-50 份，纳米颗粒0.1-1.2份，偶联剂0.1-1.2份，炭黑母粒1-2份，滑石粉0.5-1份。
可选地，线性低密度聚乙烯12-18份，改性聚丙烯20-40份，聚烯烃弹性 体20-40份，纳米颗粒0.5-1份，偶联剂0.5-1份，炭黑母粒1.2-1.8份，滑石 粉0.6-0.9份。
进一步地，线性低密度聚乙烯15份，改性聚丙烯30份，聚烯烃弹性体30 份，纳米颗粒0.8份，偶联剂0.8份，炭黑母粒1.5份，滑石粉0.7-0.8份。
可选地，所述线性低密度聚乙烯的密度为0.918-0.925g/cm3。
可选地，所述纳米颗粒选自陶瓷颗粒、金属颗粒和碳颗粒中的一种或多种；
所述纳米颗粒的平均粒径为20-100纳米；
所述偶联剂为硅烷偶联剂。
根据本申请的另一个方面，柔性土工膜包括以下制备步骤：
(1)将所述纳米颗粒与偶联剂混合并球磨处理后制成纳米复合材料；
(2)改性聚丙烯的制备：将石墨烯、聚丙烯、增容剂以及抗氧剂进行均 匀混合，获得混合物料，然后将混合物料送入到第一挤出机中熔融挤出，然后 将挤出的物料进行冷却、切粒和干燥处理，获得所述改性聚丙烯；
(3)将称取的线性低密度聚乙烯，改性聚丙烯，聚烯烃弹性体，纳米复 合材料，炭黑母粒，滑石粉置于混合机中进行预混合，然后将预混合好的物料 置于第二挤出机中通过吹塑薄膜法制成所述柔性土工膜。
可选地，在步骤(1)前，将纳米颗粒进行第一次干燥；
在步骤(1)中，将获得的纳米复合材料进行第二次干燥；
步骤(3)中，所述吹塑加工温度为180-250℃。
本申请的有益效果包括但不限于：
根据本申请的柔性土工膜，具有较好的柔软性，断裂伸长率、耐弯折性能 和抗穿刺性能得到大幅度提高，使得土工膜使用过程中结构完整性得到改善。
具体实施方式
下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。
如无特别说明，本申请的实施例中的原料均通过商业途径购买。
实施例1
土工膜1#的制备：
(1)原料的选择：
线性低密度聚乙烯10份，石墨烯改性聚丙烯20份，聚烯烃弹性体20份， 平均粒径为50纳米的二氧化钛0.1份，硅烷偶联剂0.1份，炭黑母粒1份，滑 石粉0.5份；
其中，石墨烯改性聚丙烯的制备方法如下：
①称取原料：石墨烯0.1份，聚丙烯50份，接枝率为4％的马来酸酐接枝 POE 1份，受阻酚类抗氧剂0.5份；
②将石墨烯、聚丙烯、马来酸酐(增容剂)以及受阻酚类抗氧剂倒入混料 机内进行均匀混合5min，获得混合物料，然后将混合物料送入到螺杆挤出机中 熔融挤出，然后将挤出的条形物料经水槽进行冷却、通过切粒机切粒、并在80℃ 的环境下进行干燥处理，获得石墨烯改性聚丙烯。
(2)先将纳米颗粒二氧化钛在60℃的环境下进行第一次干燥处理，然后 将干燥后的纳米颗粒二氧化钛与硅烷偶联剂混合并球磨处理后制成纳米复合 材料，然后将制成的纳米复合材料在60℃的环境下进行第二次干燥处理；
(3)将称取的线性低密度聚乙烯，石墨烯改性聚丙烯，聚烯烃弹性体， 纳米复合材料，炭黑母粒，滑石粉置于混料机中进行预混合，然后将预混合好 的物料置于第二挤出机中通过吹塑薄膜法制成柔性土工膜1#。其中吹塑薄膜 法：设定吹塑加工温度为220℃，吹胀比为1:5，牵引速度为5m/min。
实施例2
土工膜2#的制备：
与实施例1不同的是：
(1)原料的选择：
线性低密度聚乙烯15份，石墨烯改性聚丙烯30份，聚烯烃弹性体30份， 二氧化钛纳米颗粒0.8份，偶联剂0.8份，炭黑母粒1.5份，滑石粉0.8份。
其中，石墨烯改性聚丙烯的制备方法如下：
①称取原料：石墨烯0.5份，聚丙烯65份，接枝率为4％的马来酸酐接枝 POE 2份，受阻酚类抗氧剂1份；
其余的步骤均相同，最终获得土工膜2#。
实施例3
土工膜3#的制备：
与实施例1不同的是：线性低密度聚乙烯20份，改性聚丙烯50份，聚烯 烃弹性体50份，纳米颗粒1.2份，偶联剂1.2份，炭黑母粒2份，滑石粉1份。
其中，石墨烯改性聚丙烯的制备方法如下：
①称取原料：石墨烯1份，聚丙烯80份，接枝率为4％的马来酸酐接枝 POE 3份，受阻酚类抗氧剂2份；
其余的步骤均相同，最终获得土工膜3#。
对比例1
土工膜1'#的制备：
与实施例2不同的是：
(1)原料的选择：
用聚丙烯30份替换成石墨烯改性聚丙烯30份；
其中，聚丙烯的制备方法如下：
①称取原料：聚丙烯65份，接枝率为4％的马来酸酐接枝POE 2份，受 阻酚类抗氧剂1份；
其余的步骤均相同，最终获得土工膜1'#。
对比例2
与实施例2不同的是：
(1)原料的选择：
线性低密度聚乙烯15份，石墨烯改性聚丙烯30份，聚烯烃弹性体30份， 炭黑母粒1.5份，滑石粉0.8份。
其中，石墨烯改性聚丙烯的制备方法如下：
①称取原料：石墨烯0.5份，聚丙烯65份，接枝率为4％的马来酸酐接枝 POE 2份，受阻酚类抗氧剂1份；
②将石墨烯、聚丙烯、马来酸酐(增容剂)以及受阻酚类抗氧剂倒入混料 机内进行均匀混合5min，获得混合物料，然后将混合物料送入到螺杆挤出机中 熔融挤出，然后将挤出的条形物料经水槽进行冷却、通过切粒机切粒、并在80℃ 的环境下进行干燥处理，获得石墨烯改性聚丙烯。
(3)将称取的线性低密度聚乙烯，石墨烯改性聚丙烯，聚烯烃弹性体， 炭黑母粒，滑石粉置于混料机中进行预混合，然后将预混合好的物料置于第二 挤出机中通过吹塑薄膜法制成柔性土工膜1#。其中吹塑薄膜法：设定吹塑加工 温度为220℃，吹胀比为1:5，牵引速度为5m/min。
最终获得土工膜2'#。
实施例4
对实施例1-3和对比例1-2获得的土工膜的性能测试，测试结果如表1。
Figure BDA0003192166320000061
从上表可以看出，土工膜2#与土工膜1'#相比，其区别在于聚丙烯的改性， 聚丙烯通过石墨烯的改性，使得土工膜的断裂伸长率、屈服伸长率、耐穿刺强 度、屈服强度和断裂强度都得到提高；土工膜2#与土工膜2'#相比，其区别在 于纳米颗粒的添加，同样使得土工膜的断裂伸长率、屈服伸长率、耐穿刺强度、 屈服强度和断裂强度都得到提高。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体 实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说， 本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何 修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种柔性土工膜，其特征在于，包括以下组分：线性低密度聚乙烯，改性聚丙烯，聚烯烃弹性体，纳米颗粒，偶联剂，炭黑母粒，滑石粉。
2.根据权利要求1所述的柔性土工膜，其特征在于，所述改性聚丙烯是石墨烯改性聚丙烯。
3.根据权利要求2所述的柔性土工膜，其特征在于，所述石墨烯改性聚丙烯包括以下重量份的组分：石墨烯0.1-1份，聚丙烯50-80份，增容剂1-3份，抗氧剂0.5-2份。
4.根据权利要求3所述的柔性土工膜，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝POE，接枝率3～5％；
所述抗氧剂选自四季戊四醇酯、受阻酚类抗氧剂和受阻胺类抗氧剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的柔性土工膜，其特征在于，按重量份数计，所述柔性土工膜的各组分如下：
线性低密度聚乙烯10-20份，改性聚丙烯20-50份，聚烯烃弹性体20-50份，纳米颗粒0.1-1.2份，偶联剂0.1-1.2份，炭黑母粒1-2份，滑石粉0.5-1份。
6.根据权利要求5所述的柔性土工膜，其特征在于，线性低密度聚乙烯12-18份，改性聚丙烯20-40份，聚烯烃弹性体20-40份，纳米颗粒0.5-1份，偶联剂0.5-1份，炭黑母粒1.2-1.8份，滑石粉0.6-0.9份。
7.根据权利要求1所述的柔性土工膜，其特征在于，所述线性低密度聚乙烯的密度为0.918-0.925g/cm3。
8.根据权利要求1所述的柔性土工膜，其特征在于，所述纳米颗粒选自陶瓷颗粒、金属颗粒和碳颗粒中的一种或多种；
所述纳米颗粒的平均粒径为20-100纳米；
所述偶联剂为硅烷偶联剂。
9.一种如权利要求1-8任一所述的柔性土工膜的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)将所述纳米颗粒与偶联剂混合并球磨处理后制成纳米复合材料；
(2)改性聚丙烯的制备：将石墨烯、聚丙烯、增容剂以及抗氧剂进行均匀混合，获得混合物料，然后将混合物料送入到第一挤出机中熔融挤出，然后将挤出的物料进行冷却、切粒和干燥处理，获得所述改性聚丙烯；
(3)将称取的线性低密度聚乙烯，改性聚丙烯，聚烯烃弹性体，纳米复合材料，炭黑母粒，滑石粉置于混合机中进行预混合，然后将预混合好的物料置于第二挤出机中通过吹塑薄膜法制成所述柔性土工膜。
10.根据权利要求9所述的柔性土工膜的制备方法，其特征在于，在步骤(1)前，将纳米颗粒进行第一次干燥；
在步骤(1)中，将获得的纳米复合材料进行第二次干燥；
步骤(3)中，所述吹塑加工温度为180-250℃。
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