JP2003528205A - 防湿ゲルの形成可能なクレー含有混合物またはブレンド、ならびに該混合物およびブレンドの使用 - Google Patents
防湿ゲルの形成可能なクレー含有混合物またはブレンド、ならびに該混合物およびブレンドの使用Info
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Abstract
Description
然岩石、ならびにスメクタイト含量に対して計算して少なくとも0.8−10重
量%の少なくとも部分的に水可溶性および/または水膨潤性のポリマー、ならび
に任意に少なくとも0.5重量%の固体活性剤を含む防湿ゲルの形成可能なクレ
ー含有混合物またはブレンドに関する。該混合物はさらに希釈剤として0.5重
量%を上回る1種以上の固体不活性充填剤を含むこともでき、この希釈態様を本
明細書ではブレンドと呼ぶ。
ポリマーと反応して防湿ゲルを形成し得ることは周知である。該ゲルはたとえば
土壌シーラントのような防水用に有利に用いることができる。該ゲルは混合物中
に同時に下記成分、すなわちスメクタイト、活性剤、ポリマー及び水が存在する
場合に形成される。ゲル形成後にゲルをさらに処理することは極めて困難であり
、したがって先行技術の公知の方法により、成分中の1種、すなわち活性剤(本
発明者の命名によるEP−A−0 335 653)または水(いずれも本発明
者の命名によるWO 94/018284およびWO 99/11732)を除
くことによって長期貯蔵寿命を有する混合物が調製される。
欧州特許出願0 682 684によって、活性スメクタイト、すなわち交換可
能な格子イオンの少なくとも30%がナトリウムおよび/またはリチウムイオン
であるスメクタイトがすぐれた構造および特性のゲルをもたらすことも公知であ
る。該活性スメクタイトは天然資源から得るか、またはナトリウムおよび/もし
くはリチウムイオン源と処理することによって(この処理を活性化と呼ぶ)不活
性スメクタイトから調製することもできる。EP−A−0 682 684によ
る乾燥混合物は圧縮するのが困難であり、その結果圧縮層は、水が混合物または
ブレンドの他の活性部分と接触することなく、したがって反応せずに極めて迅速
に逸出することができる隙間や破断部を有する。活性化はスメクタイトと水可溶
性および/または水膨潤性ポリマーとの反応前または反応中または反応後に行わ
せることができる。
5 653により公知である。この参考資料によれば、スメクタイト形クレー鉱
物および少なくとも0.6重量%の水可溶性ポリマーを含む混合物を、少なくと
も30重量%の水の存在下で激しく撹拌または混練しててクレー鉱物とポリマー
との反応を行わせる。このようにしてクレー鉱物/ポリマー複合体の水性懸濁液
ができ、それを別の工程で、任意に乾燥工程後に、水の存在下で激しい撹拌また
は混練により少なくとも0.5重量%の活性剤と反応させる。この後者の反応は
水の取込みおよび放出が可逆的に可能なゲルをもたらす。活性剤を添加する後者
の工程はゲルを用いようとする部位で行われる。この方法の欠点はめんどうな機
械的操作を要することである。ゲル形成はかなり広範囲のポリマーについて行う
ことができ、その中にはポリアクリルアミド、水解ポリアクリルアミドおよびア
クリル酸/アクリルアミドコポリマーもあまりり正確に規定せずに挙げてある。
る高品質ゲルの形成をもたらすけれども、この方法は常に幾分めんどうな機械操
作によってゲルを予備成形しなければならないという欠点を有している。この操
作は激しい混合と長時間の乾燥を要するので、時には実施の困難なことがあり、
かつ比較的エネルギー集中プロセスである。これらの欠点が経済的見地からこの
方法を魅力のないものにしている。
うとする領域のみでこの固体乾燥予備混合物を水と接触させる方法の場合には、
これらの欠点は現れない。このような方法はEP−A−0 244 981、G
B 1 439 734およびEP−0 682 684に開示されており、そ
の中で後者は貯蔵中固体乾燥予備混合物を水分から保護しなければならないこと
を強調している。これらの方法の共通の欠点は、連続状態で隙間も破断もない凝
集性ゲルは十分に圧縮された乾燥予備混合物からのみ形成できるが、乾燥粉末や
顆粒は圧縮することが困難であるという事実から生じる。したがって、もっとも
多い用途である土壌シーリング用にそれを使用しようとする場合には、乾燥状態
または水分で作ったスラリーとして単に土壌表面に拡げるよりも湿潤前に土壌と
混合する(たとえば土壌中に埋め込むことにより)方がはるかに好ましい。この
混合操作には特定設備と労力が必要であり、これがこの方法の経済性を低下させ
る。
る。しかし、ゲル形成用固体乾燥予備混合物を湿潤させる場合には、ゲル形成反
応が直ちに始まることに留意しなければならない。これはとくに、ポリマーと比
較的迅速に反応する活性スメクタイト含有予備混合物の場合に生じる。しかし、
制御不能の早期ゲル形成は混合物の加工性およびシーリングの品質の点から極め
て望ましくない。
には、ゲル形成用固体乾燥予備混合物を耐水性にできることが見出された。この
ことは、特定ポリマーを含むゲル形成用予備混合物が早期ゲル形成のおそれなし
に、少量の水を含むこともでき、この少量の水分が予備混合物を適切に圧縮可能
なものにするのに十分であることを意味する。圧縮は圧縮ローラー、振動板のよ
うな種々の技術的方法、または上部の層もしくは組織の重量または圧縮によって
行うことができる。
適なゲル形成混合物を提供することを意味する。 本発明の他の目的は、制御不能の早期ゲル形成を行うことなく長期間貯蔵可能
なゲル形成混合物を提供することにある。
解度、および2μmないし1mmの粒度を有する線状アクリルアミド形(コ)ポ
リマーであり、かつ 混合物またはブレンドが、該混合物またはブレンドの総重量に対して計算して
3−20重量%の水をも含む ことを特徴とする。
不活性スメクタイト及び活性剤)とポリマ−との間に、完全ゲル形成には不十分
な適度の予備反応が行われる。しかし、この予備反応はポリマーとクレー鉱物と
の間に若干の結合を作るには十分であって、混合物またはブレンドの粒子が相互
によく接着する。その結果、処理しようとする土壌表面に容易に拡げることがで
き、かつ容易に圧縮できて、最終ゲル形成水が逸出するおそれのある隙間または
亀裂を残さない非ゲル化混合物が形成される。
ントロナイト、サポナイト、イライト、アレバルダイト、これらの混合物、これ
らを含有する天然岩石(たとえばベントナイト)、またはスメクタイト形シリケ
ート(例えばLAPONITETM,Laporte Co.,GB製)の人工混
合物が適用可能である。スメクタイトは活性もしくは不活性状態、または活性お
よび不活性スメクタイトの混合物として存在することができる。存在するすべて
のスメクタイトが不活性であるかまたは存在するスメクタイト混合物が30重量
%未満(存在するスメクタイトの総重量に対して計算して)の活性スメクタイト
を含有する場合には、本発明による混合物またはブレンドは少なくとも0.5重
量%の活性剤をも含有しなければならない。活性剤の上限はあまり厳密なもので
はなく、主として存在する不活性スメクタイトの種類および混合物またはブレン
ドが少量の活性スメクタイトを含むかどうかにもよる。通常、活性剤の量は6重
量%を超えない。存在するすべてのスメクタイトが不活性の場合には、混合物ま
たはブレンドは好ましくは3−5重量%の活性剤を含有することができる。アニ
オンがアルカリ土金属と不溶性沈殿を形成する場合には、活性剤として任意の水
溶性ナトリウムまたはリチウム塩を適用することができる。このような活性剤の
例は炭酸ナトリウム、炭酸リチウム、ナトリウムリン酸塩およびポリリン酸塩、
リン酸リチウムならびにこれらの混合物であり、炭酸ナトリウムが最も適切であ
る。
20℃における3−30cPの見掛け粘度および25−40秒のマーシュ漏斗流
下時間(いずれも30−80g/lの水性懸濁液について測定)を有するスメク
タイトおよびスメクタイト含有岩石が好ましい。
接着性が生じなければならないことを考慮する必要があり、この場合にゲル形成
をもたらす完全または完全に近い反応はどんなことがあっても避けなければなら
ない。さらに混合物は常に、圧縮層が追加量の水にさらされる場合にのみ以後の
ゲル形成反応に利用できるだけの量の完全ポリマーを含有することを考慮しなけ
ればならない。したがってポリマーの溶解度と反応性の双方を要件に合致するよ
うに調整しなければならない。
コ)ポリマー鎖が完全な線状またはごく短い側鎖のみを有することを意味する。
(コ)ポリマーの分子量は少なくとも500,000、好ましくは1−8×10 6 、より好ましくは2−7×106である。分子量が500,000未満の場合に
は、ポリマーがあまりにも容易に溶解して、一方では圧縮不能のゲルクラスター
の形成をもたらし、他方では以後のゲル形成には不十分な量の完全ポリマー「貯
蔵所」をもたらす。(コ)ポリマーの加水分解度は30%を超えず、好ましくは
多くても15%、とくに2−10%であり、これは(コ)ポリマーが非加水分解
性ポリアクリルアミドまたは弱加水分解性ポリアクリルアミドもしくは15%以
下の加水分解度に相当する(−COOHおよび/または−COO-に加水分解さ
れた−CONH2基の百分率)アクリルアミド/アクリル酸コポリマーであり得
ることを意味する。加水分解性ポリアクリルアミドの加水分解度(または相当す
るアクリルアミド/アクリル酸コポリマーの−COOH含量)は2−10%が好
ましい。ポリマーの加水分解度は強接着力および弱接着力を生起する結合比率に
大きく影響する。30%を上回る加水分解度では、予備反応期間において必要量
の強接着力生起結合が形成されず、混合物の圧縮性を弱める。該領域は予備反応
期間ならびに反応後の期間において重要である。(コ)ポリマーの固有粘度は2
0℃において4−7が好ましい。
して単一の(コ)ポリマーまたは2種以上の該(コ)ポリマーの混合物を含むこ
とができる。必要ならば、本発明による混合物またはブレンドは、線状アクリル
アミド形(コ)ポリマーとスメクタイトとの反応に悪影響を与えず、かつ混合物
またはブレンドの耐水性に影響しなければ、先に定義した線状アクリルアミド形
(コ)ポリマーに属しないさらに他の1種以上の(コ)ポリマーを含むこともで
きる。この補足的(コ)ポリマーが存在すれば、本発明による混合物またはブレ
ンドから形成されるゲルの若干の特性を改善することができる。(コ)ポリマー
混合物の総重量に対して計算して、前記線状アクリルアミド形(コ)ポリマーの
量が≧30重量%となる(コ)ポリマー混合物を用いるのが好ましい。粒状の線
状ポリマーは部分的にクレー鉱物の結晶格子に入ることができ、その結果クレー
鉱物はポリマーに接着する。ポリマー鎖の他の側は曲がりくねったままであって
後のゲル形成工程で反応することができる。早期ゲル形成のない必要接着度は反
応の少なくとも一部が結晶格子内で進行するときに達成することができる。
い。この粒度は混合物またはブレンドの他の成分とともに極めて容易に均質化さ
せることができ、スメクタイトとの予備反応工程に望ましい溶解度を有する。粒
度が小さすぎると、膨潤または溶解が所望度を超えて、形成された層が所望の品
質を有しない。粒度が大きすぎると、膨潤性を制限して、領域を形成する必要量
の接着性を形成させることができない。
量は、ブレンドの重量を基準にして最高90重量%、好ましくは10−85重量
%であることができる。固体充填剤の平均粒度は0.05−8.0mm,好まし
くは0.1−6.0mmである。固体充填剤は砂、シリケート、粉砕岩石もしく
は鉱物、粉砕耐火セラミックまたはこれらの混合物から選ぶことができる。また
充填剤として粉砕産業廃棄物を使用することも可能であり、それによって廃棄物
をリサイクルさせることができる。
くは5−15重量%の水をも含む。該百分率は混合物またはブレンドの総重量に
対して計算する。この水量は別の工程で混合物又はブレンドに加えるか、または
混合物またはブレンドを適当な含水量の成分からつくるか、もしくはこれらの方
法を組み合わせて用いることができる。混合物またはブレンドは、混合プロセス
後種々の適用プロセスの間に水量を吸着および吸収することもできる。水分が少
なすぎる場合には、混合物は乾燥しすぎた状態であって、圧縮を行うことが困難
である。水分が大すぎると早期ゲル形成が生じて、有用な混合物を得ることがで
きない。
まれている)にもとづいて、この水分が混合物またはブレンドの貯蔵性に影響せ
ず、かつ混合物またはブレンドが長期貯蔵期間後でさえも優れた防水性を有する
防湿ゲルを形成できることは極めて驚くべきことである。前記参考資料及びその
中に引用された論文に基づくと、混合物またはブレンドの水分が、制御不能の早
期ゲル形成プロセスを生じると思われる(コ)ポリマーとスメクタイト(および
、もしも存在すれば活性剤)との化学反応を確実に開始させ、それによって混合
物またはブレンドが後のシール形成操作において処理不能となるか、または再生
可能な特性を有するシールを生成するのに不適当なものとなることを予想しなけ
ればならなかった。
ならば、混合物またはブレンドの水分を所望の値に調整することによって調製で
きる。成分は所望の順に導入し、段階的に均質化を行うこともできる。このよう
にまず混合物を調製し、後でそれを充填剤とともに均質にしてブレンドをつくる
ことができる。混合物1部に対して1−9倍の充填剤を用いるのが好ましい。
に適用する。混合物またはブレンドの水分は、処理しようとする目的物に対する
接着を助け、混合物またはブレンドを容易かつ十分に圧縮可能なものとするが、
このことは連続ゲル構造を形成するという観点から極めて重要である。その後混
合物またはブレンドを単に水で湿潤させると、その結果自発的にゲルが生じる。
この湿潤は降雨、浸透地下水等の効果によっても生じることがある。大規模の防
水にはブレンドの使用が望ましい。
の防水用; 廃棄物集積場の防水用; 地下廃棄物集積場の表面再撹土前の被覆層; 水または水溶液にさらされる壁の穴及び亀裂、坑内有毒ガスや他の目的物の破
損部分の固着用、または種々の開放構造もしくは透水性の天然もしくは人工生成
層間の充填剤、 鉄道、道路または他の振動による損傷にさらされる目的物のための振動をバラ
ンスさせる絶縁床形成用 に用いることができる。
を有する。ゲルの熱および霜抵抗性もすぐれており、その構造および耐水性は−
25℃から+60℃の温度範囲内では変化しない。ゲルは緩衝性も有し、したが
って攻撃的な液体の作用に十分耐性がある。
クタイト含量:72重量%、遊離炭酸ナトリウム含量:3.5重量%、いずれも
ベントナイトの重量を基準値とする)、および 0.2−80μmの粒度を有する4.0kgのポリアクリルアミド顆粒(分子
量:6×105、加水分解度:3%,固有粘度:6)、 900kgの乾燥砂(粒度:0.2−5.0mm)を絶えず撹拌しながら該均
質混合物に加えた。得られた均質ブレンドを二分して、各部分の水分をそれぞれ
5%および12%に調整した。
に20kgずつ充填して、そのバッグを外界温度に10分間貯蔵した。その後そ
れぞれのバッグから試料を取出し、Hoeks,J.らによるfalling
head 法(Guidelines for the design of
final landfill covers,Report 91,Star
ing Centre,Washington,1990)を用いて水道水に対
する個々の試料の透過率を測定した。同等の結果を得るためには同一水分の試料
を実質的に同じ密度まで圧縮しなければならないことに注意を払った(最大許容
偏差:1%)。つぎの結果が得られた:水分5%の試料:1580kg/m3の
密度において1.4(±0.05)×10-11m/秒、水分12%の試料:15
95kg/m3の密度において2.1(±0.05)×10-11m/秒。
イト含量:76重量%)、 3.2gの粉状炭酸ナトリウム、 2μmー0.5mmの範囲の粒度を有する1.5gのポリアクリルアミド(分
子量:5×106、加水分解度:5%、固有粘度:4.5)、 0.4μmー0.2mmの範囲の粒度を有する0.2gの架橋アクリルアミド
/アクリル酸コポリマー(分子量:1.0×106)、および 5μm−0.8mmの範囲の粒度を有する0.5gの非イオン性ポリアクリル
アミド(分子量:2.5×106、非加水分解物、固有粘度:2.5%)、 6mmの平均粒度を有する950gの乾燥砂利を絶えず撹拌しながら上記混合
物に加え、混合物を均質にして、その水分を14%に調整した。
率を測定し、1550kg/m3の密度において3.7×10-11m/秒であるこ
とを認めた。
5℃に加熱して60日間保持した。20℃における約1年間の貯蔵をシミュレー
トしたこのエージング後、これについても前記同様に透過率を測定し、1520
kg/m3の密度において4.1×10-11m/秒であることを認めた。
てもその相溶性と透過率には微々たる変化しか生じないことが分かる。 実施例3 下記の成分を乾燥状態で均質にした。
メクタイト含量:70重量%、このスメクタイトは活性化させにくい被覆構造を
有する)、 90μm未満の粒度を有する70gの高膨潤性活性ベントナイト(スメクタイ
ト含量:85重量%)、 2μm−1.0mmの範囲の粒度を有する1.4gのアクリルアミド/アクリ
リ酸コポリマー(分子量:5.5×106、加水分解度7%に相当するアクリル
酸含量、固有粘度:5)、および 2μm−0.8mmの範囲の粒度を有する1.1gのポリアクリルアミド(分
子量:3×106、加水分解度:0.5、固有粘度:4.5)、 6mmの平均粒度及び6.5重量%の水分を有する1000gの砂利を絶えず
撹拌しながら、上記混合物に加えた。ついで得られた均質ブレンドの水分を10
重量%に調整した。
において250 NK゜の硬度を有する攻撃的な水溶液に対する透過率を測定し
た。次の結果が得られた。新規に調製した試料:1590 kg/m3の密度に
おいて0.9×10-11m/秒、エージングした試料:1570 kg/m3の密
度において1.1×10-11m/秒。
mmの粒度を有するポリアクリルアミド顆粒(分子量:400,000、加水分
解度:7%、固有粘度:0.3)を混合して、12%の水分に調整した。得られ
たブレンドの水道水に対する透過率を測定して、実施例1で得られた結果よりも
はるかに大きいことを認めた。
粒度を有するポリアクリルアミド顆粒(分子量:4.5×106、加水分解度:
40%、固有粘度:4)を混合して水分を10%に調整した。得られたブレンド
の水道水に対する透過率を測定して、実施例1で得た結果よりもはるかに大きい
ことを認めた。
mの粒度を有するポリアクリルアミド顆粒(分子量:6×106、加水分解度:
4%、固有粘度:5)を混合して、水分を15%に調整した。得られたブレンド
の水道水に対する透過率を測定して、実施例1で得た結果よりもはるかに大きい
ことを認めた。
の水分量を30%に調整した。水分が多いために有用なブレンドは得られなかっ
た。
の水分を1%に調整した。水分が少ないために十分なペースト状混合物は得られ
なかった。
を有するポリアクリルアミド顆粒(分子量:400,000、加水分解度:50
%、固有粘度:0.9,)を混合して水分を16%に調整した。得られたブレン
ドの水道水に対する透過率を測定して、実施例1で得た結果よりもはるかに大き
いことを認めた。
Claims (10)
- 【請求項1】 粉状または粉砕スメクタイトおよび/またはスメクタイト含
有天然岩石、ならびに0.8ー10重量%の少なくとも部分的に水可溶性および
/または水膨潤性のポリマー、ならびに任意に少なくとも0.5重量%の固体活
性剤を含むクレー含有混合物、またはさらに希釈剤として0.5重量%を上回る
1種以上の固体不活性充填剤を含むブレンドであって、該重量百分率はすべて該
スメクタイトの重量に基づいて計算され、 前記ポリマーが、少なくとも500,000の分子量、多くても30%の加水
分解度、及び2μmないし1mmの粒度を有する線状アクリルアミド形(コ)ポ
リマーであり、かつ 該混合物またはブレンドが、該混合物またはブレンドの総重量に対して計算し
て3−20重量%の水をも含む ことを特徴とする混合物またはブレンド。 - 【請求項2】 前記線状アクリルアミド形(コ)ポリマーの量が、(コ)ポ
リマー混合物の総重量に対して計算して≧30重量%である(コ)ポリマー混合
物を用いることを特徴とする請求項1記載の混合物またはブレンド。 - 【請求項3】 該ポリマーの分子量が1−8×106であることを特徴とす
る請求項1または2記載の混合物またはブレンド。 - 【請求項4】 該ポリマーの分子量が2−7×106であることを特徴とす
る請求項3記載の混合物またはブレンド。 - 【請求項5】 該ポリマーの加水分解度が2−10%であることを特徴とす
る請求項1ないし4のいずれか1つの項記載の混合物またはブレンド。 - 【請求項6】 該ポリマーの固有粘度が4−7であることを特徴とする請求
項1ないし5のいずれか1つの項記載の混合物またはブレンド。 - 【請求項7】 該混合物または該ブレンドの総重量に対して計算して水分が
5−15重量%であることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つの項記
載の混合物またはブレンド。 - 【請求項8】 水または水溶液の有毒な作用にさらされる溜め池、坑内有毒
ガスおよび他の目的物の防水に対する請求項1ないし7のいずれか1つの項記載
の混合物またはブレンドの使用。 - 【請求項9】 集積場のシーリングとしての請求項1ないし7のいずれか1
つの項記載の混合物又はブレンドの使用。 - 【請求項10】 水または水溶液にさらされる物品の穴または亀裂の充填剤
としての請求項1ないし7のいずれか1つの項記載の混合物またはブレンドの使
用。
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