HU189280B - Method for producing masses and powders forming gel from clay minerals and organic polymers - Google Patents

Description

A találmány tárgya eljárás gélképző masszák és porok előállítására agyagásványok és szerves polimerek reakciója útján. A találmány szerinti eljárással előállított gélképző masszákból és porokból stabil szerkezetű, reverzibilis vízfelvevő képességű gélek alakíthatók ki.

Ismert, hogy az agyagásványok egyes szerves polimerekkel reakcióba lépnek, amelynek során agyag-organikus komplexek keletkeznek (Β. K. G. Theng: The Chemistry of Clay-Organic Reactions, Halsted Press, 1974). Ezeket a reakciókat a technika számos területén hasznosították. így ismert például az, hogy az agyagásványok reológiai tulajdonságai polimerek bekeverésével módosíthatók, amit elsősorban a fúróiszapok sajátságainak javítására alkalmaznak (577 588, 693 839, 250 619 sz. amerikai egyesült államokbeli és 159 800 sz. japán szabadalmi leírás). Olyan eljárások is ismeretesek, amelyekben a vízoldható polimereket agyagásványtartalmú szuszpenziók destabilizálására, illetve flokkuláltatására alkalmazzák (3 511 778, 3 701 417, 3 276 998 és 3 052 595 sz. amerikai egyesült államokbeli, 1 387 744 sz. nagy-britanniai és 081 442 és 069 703 sz. japán szabadalmi leírás). Más módszerek szerint az agyagásvány-polimer reakciót papírgyártási retenciós, illetve coating-anyagok előállításában hasznosítják (561 668 sz. svájci és 1 010 828 sz. nagy-britanniai szabadalmi leírás). Agyagásványok, szerves polimerek és egyéb adalékanyagok keverékét, illetve reakciótermékét altalaj szigetelésére alkalmas habarcsok gyártásához (4 043 827 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás), talajok vízzáróvá tételére (3 772 893 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás), téglagyártás adalékanyagaként (4 148 662 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás), továbbá mechanikai víztelenítési és szigetelési célokra (442 161 sz. amerikai egyesült államokbeli szabadalmi leírás) is alkalmazzák.

A felsorolt közleményekben ismertetett eljárások közös jellemzője az, hogy rögszerű, tehát elemi lemezeire, ill. láncaira eléggé szét nem bontott szerkezetű agyagásványokat hoznak érintkezésbe ugyancsak rögszerű, tehét elemi láncaira le nem gombolyodott polimerekkel. Ilyen körülmények között csupán az érintkezési határfelületen alakulhatnak ki kémiai kötések az agyagásvány-„rögök” és a polimer-„rögök” között. Ha a reakció gélesedésre képes agyagásványok és gélesedésre képes polimerek között megy végbe, olyan, szervetlen és szerves makromolekulákból összeépült termék képződik, amelynek gélszerkezetét és gélesedési jellemzőit alapvetően a szervetlen komponens adott jellemzői szabják meg, és ezeket a tulajdonságokat kisebb-nagyobb mértékben módosítják a szerves komponens gélsajátságai. Példaként említjük, hogy ha tixotróp tulajdonságú, háromréteges szerkezetű, duzzadóképes agyagásványokat reagáltatunk „rögszerü”, tehát elemi lemezeire szét nem bontott állapotban polimerekkel, a kialakult végtermék az agyagásványra jellemzően szintén tixotróp marad, és a jelenlévő polimer csupán a gél egyéb tulajdonságait (pl. vízfelvevő képességét, rugalmasságát, keménységét, duzzadóképességét) módosítja kisebb vagy nagyobb mértékben.

Olyan eljárás eddig még nem vált ismertté, amellyel a tixotróp tulajdonságú agyagásványok gélszerkezete irreverzibilisen rögzíthető (stabilizálható) lenne, úgy, hogy a kialakult gél egyúttal reverzibilis vízfelvevő képességgel rendelkezzék.

Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy ha tixotróp tulajdonságú agyagásványokat, tehát háromréteges szerkezetű, duzzadóképes szmektiteket és/vagy duzzadóképes láncszilikátokat az adott agyagásvánnyal reagálni képes, legömbölyödött állapotú polimerek jelenlétében aktiválunk, a polimer az aktiválással párhuzamosan reakcióba lép az agyagásvánnyal és ahhoz kémiailag kötődik, az aktiválási folyamat lezajlását azonban nem gátolja. Az így előkezelt, feltárt és aktivált agyagásványhoz ezután további polimert adva olyan terméket kapunk, amelyből víz hatására stabil szerkezetű, reverzibilis vízfelvételre/vízleadásra képes gél alakul ki.

Tapasztalataink szerint ugyanilyen termékekhez jutunk akkor is, ha előaktivált tixotróp tulajdonságú agyagásványokból indulunk ki, és azokat legalább 45 súly% víz jelenlétében, intenzív gyúrás közben reagáltatjuk vízoldható, az adott agyagásvánnyal reagálni képes polimerekkel. A polimert ebben az esetben is egy vagy két lépésben adagolhatjuk be.

A találmány tárgya tehát eljárás stabilizált szerkezetű, reverzibilis vízfelvevő-vízleadó képességű gélképző masszák vagy porok előállítására. A találmány értelmében úgy járunk el, hogy

a) 15súly%-nál nagyobb víztartalmú agyagásvány-masszát, amely agyagásványként duzzadóképes háromréteges szerkezetű agyagásványt és/vagy duzzadóképes láncszilikátot tartalmaz, az agyagásvány súlyára vonatkoztatva 0,05-100 súly%, célszerűen 1-10 súly%, az agyagásvánnyal reagálni képes vízben oldódó polimerrel vagy polimerekkel kezelünk oly módon, hogy a polimer legföljebb 50 súly%-át, célszerűen 1-10 súly%-át az agyagásvány aktiválása előtt vagy alatt adagoljuk be 50-500 000 cP/20 °C viszkozitású vizes oldat formájában, majd az aktiválás lezajlása után a maszszához száraz por vagy vizes oldat formájában hozzáadjuk a polimer fennmaradó mennyiségét, és a terméket a második polimer-részlet beadagolása előtt és/vagy után kívánt esetben szárítjuk; vagy

b) 45súly%-nál nagyobb víztartalmú agyagásvány-masszát, amely agyagásványként duzzadóképes háromréteges szerkezetű agyagásványt és/vagy duzzadóképes láncszilikátot tartalmaz előaktivált állapotban, intenzív keverés közben az agyagásvány súlyára vonatkoztatva 0,05-100 súly%, célszerűen 1-10 súly %, az agyagásvánnyal reagálni képes vízben oldódó polimerrel vagy polimerekkel kezelünk, a polimert kívánt esetben egy vagy több részletben adagoljuk be, és kívánt esetben a kapott terméket szárítjuk.

A találmány szerinti eljárásban duzzadóképes, háromréteges szerkezetű agyagásványokként célszerűen montmorillonit típusú agyagásványokat, igy beidellitett, hektoritot, szepiolitot, nontronitot használhatunk fel önmagukban vagy tetszés szerinti arányú keverékek formájában. A duzzadóképes láncszilikátok közül az attapulgitot említjük meg,

189 280 amelyet szintén önmagában vagy a korábban felsorolt agyagásványokkal képezett keverékek formájában alkalmazhatunk. Az agyagásványokat agyagásvány-tartalmú kőzet (például bentonit) formájában is felhasználhatjuk; a kőzetben az agyagásvány mellett jelenlévő kísérő anyagok tapasztalataink szerint a lezajló reakciókat nem zavarják, ugyanakkor kedvezően módosíthatják a kialakult gél tulajdonságait (például szilárdságát és rugalmasságát.)

Az agyagásványt ismert módon aktiváljuk.

Az „előaktivált agyagásvány” megjelölésen olyan agyagásványokat értünk, amelyek aktiválási folyamata még nem zajlott le teljes egészében; az aktiválási folyamat tehát polimer jelenlétében fejeződik be a találmány szerinti b) eljárásváltozatban.

Az agyagásvánnyal reakcióba lépni képes polimerek önmagukban ismertek; ezek közül példaként a reakcióképes csoportként —COOH, —COO M⁺ (ahol M⁺ egyvegyértékű kationt jelent,) — CONH₂, —OH és/vagy —C—O—C— csoportokat tartalmazó, vízben oldódó polimereket, továbbá a módosított (kvaterner ammóniumcsoporttá alakított) savamid-csoportokat tartalmazó polimereket említjük meg. Ezek a polimerek például a következők lehetnek: poliakrilamid, polimetakrilamid, poliakrilsav, poli-metakrilsav, hidrolizált poliakrilamid, akrilamid-akrilsav kopolimerek, hidrolizált akrilamid-akrilészter kopolimerek, poli-vinilalkohol-akrilsav kopolimerek, polivinilalkoholok, hidrolizált poli-vinilészterek, políetilén-oxidok, vízoldható poliszacharidok stb., illetve a felsorolt homo- és kopolimerek elegyei. A polimerek ojtásos kopolimerek is lehetnek, ilyenek például a cellulóz-alapláncra ojtással felvitt akrilsav-, metakrilsav-, akrilamid- és/ vagy metakrilamid-oldalláncokat tartalmazó kopolimerek.

A felhasználható polimerek móltömege általában 50 000 és 20 000 000 közötti, célszerűen 300 000 és 10 000 000 közötti érték lehet. Tapasztalataink szerint minél nagyobb a felhasznált polimer móltömege, annál kisebb mennyiségű polimer elegendő ahhoz, hogy irreverzibilisen stabilizált szerkezetű gélképző anyagot kapjunk.

A találmány szerinti a) eljárásváltozat első lépésében alapvetően fontos intézkedés, hogy a polimert az aktiválás előtt vagy alatt oldat formájában adjuk az agyagásvány-masszához, ugyanis csak így érhető el, hogy teljesen legömbölyödött állapotú polimer molekulák érintkezzenek az agyagásványrészecskékkel, és már az aktiválás során részlegesen stabilizálják az agyagásvány szerkezetét. A találmány szerinti a) eljárásváltozat második lépésében a polimert - a massza víztartalmától függően száraz por vagy vizes oldat formájában egyaránt beadagolhatjuk. A második lépésben a polimer beadagolása előtt a massza víztartalmát célszerűen 60--80 súly%-ra állítjuk be.

A találmány szerinti b) eljárásváltozatban az agyagásvány aktiválása polimer jelenlétében fejeződik be. Annak érdekében, hogy a polimer és az agyagásvány aktív helyei között minél tökéletesebb reakciót éljünk el, a massza víztartalmát célszerűen

60-70 súly%-ra állítjuk be.

A reakciót adott esetben a massza melegítésével gyorsíthatjuk, indíthatjuk be, illetve tehetjük teljessé; eközben a masszát részben vagy teljesen kiszáríthatjuk.

Kívánt esetben a találmány szerint előállított gélképző masszához vagy porhoz különféle, önmagukban ismert töltőanyagokat, illetve módosító anyagokat (például természetes és szintetikus szálas anyagokat, inért vagy aktivált felületű szemcsés töltőanyagokat, így kvarclisztet, bazaltőrleményt, hidraulikus kötőanyagokat, így lúgos pernyét, egyéb duzzadóképes gélszemcséket stb.) adhatunk, amelyek módosítják a termékből kialakuló gél tulajdonságait. A felhasznált töltőanyagot - kémiai jeliegétől függően - az aktiválás előtt, az aktiválás ah tt vagy az aktiválás után adagolhatjuk be.

A. találmány szerint előállított gélképző masszák, ilktve porok vízzel érintkezve stabil szerkezetű, reverzibilis vízfelvételre-vízleadásra képes gélekké alakulnak. E termékek felhasználási területe rendkh ül széles. így például a találmány szerint előállított termékeket vízszigetelő anyagokként alkalmazhatjuk elsősorban az építőiparban, különösen a mélyépítési szigeteléseknél és előkészítő műveleteknél, a bányászatban vízzárásra és kőzetszilárdításra, hulladéktárolók és méregtemetők környezetbiztonsági szigetelésére és lezárására, a mezőgazdaságban elsősorban a laza, homokos talajok vízvisszatartóképességének fokozására, talajstabílizálásra, továbbá biológiailag aktív vegyületek szőrben seként, gyógyszerkészítmények és kozmetikumok adalékanyagaként, tűzoltási célokra stb. hasznos thatjuk.

A találmány szerinti eljárást az oltalmi kör korlátozása nélkül az alábbi példákban részletesen ismerétjük.

7. példa kg, bajorországi eredetű, 8(1 súly% montmorillonit-típusú agyagásványt tartalmazó, 30 súly% bányanedvességü bentonithoz 6 súly% vízmentes nátrium-karbonátot adunk, majd az elegyet háztartási robotgépben 10 percen át gyúrjuk. A gyúrási folyamat 5. perce után a masszához 20 ml 0,5 súly%-os vizes polimer-oldatot adunk (az oldat polimerként 40% hidrolízisfokú, 2 000000 átlagos móltömegű hidrolizált poliakrilamidot tartalmaz), és a gyúrást még 5 percig folytatjuk. Ezt követően a masszát nagyfrekvenciás szárítóval max. 70 ’C-on kíméletesen 12% nedvességtartalomra szárítjuk. A szárított anyagot vibrációs golyós malomban lisztszerű állapotra őröljük, és az őrleményhez porlasztva szárítással előállított, 50 μ szemcseméretü, 10 000 000 átlagmóltömegű poliakrilamid 5 g-ját keverjük.

2. példa kg magyarországi, istenmezei eredetű, xerogéles struktúrájú, 75 súly% montmorillonit-típusú agyagásványt tartalmazó, 35 súly% bányanedves3

-3139 280 ségű bentonithoz 5,5 súly% 1 : 1 súlyarányú lítiumkarbonát: nátrium-karbonát keveréket adunk. A masszát háztartási robotgépben 10 percig gyúrjuk, majd a masszához 5 ml 1 súly%-os vizes polimer-oldatot adunk (az oldat polimerként teljes mértékben hidrolizált vinilacetát-akrilsav kopolimert tartalmaz). A masszát még 10 percig gyúrjuk, majd szemcsézzük, a nedves szemcséket gejzírszárítóban max. 80°C-on 13 súly % nedvességtartalomra szárítjuk, ezután korundtárcsás malomban 50 μnál kisebb méretű szemcsékké őröljük. Az őrleményt fluidizációs berendezésbe töltjük, és ott a további polimer oldat adagolásával agglomeráljuk. További polimer oldatként 30 ml 0,5 súly%-os vizes poliakrilamid-oldatot (hidrolízisfok: 3%, átlagos móltömeg: 800 000) és 20 ml 1 súly%-os vizes poli-itakonsav-oldatot (átlagos móltömeg: 1 000 000) használunk fel. A polimer oldatokat porlasztással juttatjuk a fluid ágyba. A fluidizációs művelet végén 0,8 mm átlagos méretű, 10 súly% nedvességtartalmú szemcsés anyagot kapunk.

Claims (6)

1. Szabadalmi igénypontok

   1. Eljárás stabilizált szerkezetű, reverzibilis vízfelvevö-vízleadó képességű gélt képező masszák vagy porok előállítására, azzal jellemezve, hogy

   a) 15súly%-nál nagyobb víztartalmú agyagásvány-masszát, amely agyagásványként duzzadóképes háromréteges szerkezetű agyagásványt és/vagy duzzadóképes láncszilikátot tartalmaz, az agyagásvány súlyára vonatkoztatva 0,05-100 súly%, célszerűen 1-10 súly%, az agyagásvánnyal reagálni képes vízben oldódó polimerrel vagy polimerekkel kezelünk oly módon, hogy a polimer legföljebb 50 súly%-át, célszerűen 1-10 súly%-át az agyagásvány aktiválása előtt vagy alatt adagoljuk be 50-500 000 cP/20 °C viszkozitású vizes oldat formájában, majd az aktiválás lezajlása után a maszszához száraz por vagy vizes oldat formájában hozzáadjuk a polimer fennmaradó mennyiségét, és a terméket a második polimer-részlet beadagolása előtt és/vagy után kívánt esetben szárítjuk; vagy

   b) 45 súly %-nál nagyobb agyagásvány-masszát, amely agyagásványként duzzadóképes háromréteges szerkezetű agyagásványt és/vagy duzzadóképes ₅ láncszilikátot tartalmaz előaktivált állapotban, intenzív keverés közben az agyagásvány súlyára vonatkoztatva 0,05-100 súly%, célszerűen 1-10 súly%, az agyagásvánnyal reagálni képes vízben oldódó polimerrel vagy polimerekkel kezelünk, a polimert kívánt esetben egy vagy több részletben adagoljuk be, és kívánt esetben a kapott terméket > szárítjuk. (Elsőbbsége: 1985. április 3.)
2. 2. Az 1. igénypont szerinti a) vagy b) eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy olyan vízben oldható, az agyagásvánnyal reagálni képes polimereket használunk fel, amelyek reakcióképes csoportként —COOH, —COOM⁺ (ahol M ⁺ egy vegyértékű kationt jelent), —CONH₂, —OH θ és/vagy —C—O—C— csoportokat tartalmaznak. (Elsőbbsége: 1985. április 3.)
3. 3. Az 1. igénypont szerinti a) eljárásváltozat foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy olyan vízben oldható, az agyagásvánnyal reagálni képes polimereket használunk fel, amelyek reakcióképes csoportként —COOH, —C00“M⁺ (ahol M ⁺ egyvegyértékű kationt jelent) és/vagy —CONH₂ csoportokat tartalmaznak, és az aktiválás előtt θ vagy alatt a polimert 500-500 000 cP/20 °C viszkozitású vizes oldat formájában adagoljuk be. (Elsőbbsége: 1983. május 16.)
4. 4. Az 1. igénypont szerinti a) eljárásváltozat foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy a második polimer-részlet beadagolása előtt a massza víztartalmát 60-80 súly%-ra állítjuk. (Elsőbbsége:

   1985. április 3.)
5. 5. Az 1. igénypont szerinti b) eljárásváltozat foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy 60-70 súly % víztartalmú masszából indulunk ki. (Elsőbbsége: 1985. április 3.)
6. 6. A 3. igénypont szerinti eljárás foganatosítási módja, azzal jellemezve, hogy 50 000 és 20 000 000 közötti, célszerűen 300 000 és 10 000 000 közötti móltömegű polimereket használunk fel. (Elsőbbsé⁵ ge: 1983. május 16.)