JP6698522B2 - 組成物、製造品、基本的にイオン性液体不浸透性のバリアを配置する方法、浸出物を封じ込める方法、および浸出物封込めシステム - Google Patents
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Description
本願は、2013年7月12日に出願された米国特許仮出願第61/845791号、発明の名称“混合ポリマー系”(Blended Polymer System)の利益を主張し、ここでその全ての開示内容を参照により組み込む。
材料を化学的に処理し、処理プロセスの副産物として貯留槽に封じ込める必要のある腐食性液体を生じさせる多くの産業において、改善された廃液封じ込めに対する業界のニーズ(需要)が明らかに存在する。これらの腐食性(強酸性または強アルカリ性)の液体または液体/固体の廃棄物質は埋設処理できない。その理由は、それらは、土壌を通して浸透して地下水(供給)を汚染し、従って、廃棄物の下に液体バリアを配置することによって封じ込めて、廃棄物がバリアに浸透するのを防止しなければならない。特に厄介な問題は、強アルカリ性液体である廃棄物質であり、例えば、特にボーキサイト鉱石のような鉱石の処理で得られるものである。
本明細書および特許請求の範囲に記載された組成物、製造品および方法の好ましい実施形態によれば、カチオン性ポリマーとアニオン性ポリマーの組合せおよびカチオン性とアニオン性の双方の電荷部位を有する1つ以上のモノマーと混合された粘土(クレイ)は、結果的に、例えばボーキサイト鉱石浸出物(浸出液)およびその他の鉱石処理浸出物(浸出液)のような高イオン性廃液の透過係数(hydraulic conductivity:透水係数、液体伝導度、透過性)に対して意外な液圧性能(不浸透性)を有する組成物が得られることが見出された。好ましい実施形態において、粘土/カチオン性ポリマー/アニオン性ポリマーの混合物は、ジオシンセティック・クレイ・ライナー(GCL)に封じ込められる。驚くことに、粘土/ポリマー混合物が2枚の布(ファブリック)の間に配置され、その少なくとも一方の布が不織布であり、それらの布が一緒にニードルパンチされたとき、そのポリマーの組合せは、その2種のポリマーの間またはポリマー(単数または複数)と粘土の間の相互作用によって、液体が布に浸透するのを阻止し、それらの布におけるニードルパンチされた開孔を通した液体の浸透をも遮断する。これは特に驚くべきことであり、その理由は、粘土部分そのものが、高イオン性の腐食性廃液と接触したときに、実質的に膨潤しないからである。ポリマーおよび/またはモノマーは、任意の形態で、好ましくは、乾式ブレンド(混合)、粉砕、および/または押出し(extrusion)によって、粘土と均一に混合(ブレンド)することができる。
好ましい粘土は、スメクタイトまたはモンモリロナイトであり、例えば、水が接触したときに膨潤するベントナイト粘土である。高イオン性廃液が接触したときにこれらの粘土の僅かな膨潤が存在するが、他の粘土よりも良好な不浸透性を生じる僅かな膨潤が得られることが見出された。しかし、粘土膨潤が不浸透性の主要な原因ではないので、スメクタイトまたはモンモリロナイトに代えてまたは加えて、他の粘土を使用することもできる。他の適切な粘土には、バーミキュライトおよび非スメクタイト粘土が含まれ、例えばカオリン、イライト、アタパルジャイトおよびセピオライト(それぞれの合成類似体を含む)が含まれる。主な交換性カチオンとしてナトリウムを有する自然に産出するナトリウムベントナイト粘土が好ましい。
次のカチオン性およびアニオン性ポリマーは、直鎖状または分枝状、または架橋されたものとすることができ、以下に記載するような種々の分子量を有することができる。本明細書で用いられる用語「低分子量」は、一般的に、約1×104Da(ダルトン)乃至3×106Daの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「中分子量」は、一般的に、3×106Daより大きい乃至6×106Daの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「中高分子量」は、一般的に、約6×106Daより大きい乃至約10×106Daの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「高分子量」は、一般に、約10×106Daより大きい乃至約15×106Daの分子量を表す。本明細書で用いられる用語「非常に高い分子量」は、一般的に、15×106Daより大きい(例えば、最大で約100×106Da)分子量を表す。
・ ポリメタクリルアミドプロピルトリモニウムクロリド(polymethacrylamidopropyltrimonium chloride)
・ ポリエチレンイミン(polyethylenimine):
・ ポリメタクリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムカチオン(polymethacrylamidopropyl trimethylammonium cation)
・ ジメチルアミンエピクロロヒドリンコポリマー(dimethylamine epichlorohydrin copolymer)
・ ポリ(2−アクリロイルオキシエチル)トリメチルアンモニウムカチオン(poly(2-acryloyloxyethyl)trimethylammonium cation)
・ ビニルピロリドン(vinyl pyrrolidone)、メタクリルアミド(methacrylamide)、ビニルイミダゾール(vinyl imidazole)および四級化ビニルイミダゾール(quaternized vinyl imidazole)の四級化コポリマー(quaternized copolymer)(ポリクォータニウム68(polyquaternium 68))
・ 1−ドデカンアミニウム(1-dodecanaminium)、N,N−ジメチル−N−[3−[(2−メチル−1−オキソ−2−プロペニル)アミノ]プロピル]−(N,N-dimethyl-N-[3-[(2-methyl-1-oxo-2-propenyl)amino]propyl]-)、塩化物(chloride)、
N−[3−(ジメチルアミノ)プロピル]−2−メチル−2−プロペンアミドを有するポリマー(polymer with N-[3-(dimethylamino)propyl]-2-methyl-2-propenamide)および1−エテニル−2−ピロリジノン(1-ethenyl-2-pyrrolidinone)(ポリクォータニウム69(Polyquaternium 69))
・ 3,5,8−トリオキサ−4−ホスファウンデカ−10−エン−1−アミニウム (3,5,8-trioxa-4-phosphaundec-10-en-1-aminum)、4−ヒドロキシ−N,N,N,10−テトラメチル−9−オキソ−(4-hydroxy-N,N,N,10-tetramethyl-9-oxo-)、内塩(inner salt)、4−オキシド(4-oxide)、ブチル2−メチル−2−プロペノアートを有するポリマー(polymer with butyl 2-methyl-2-propenoate)(ポリクォータニウム51)
・ 1H−イミダゾリウム(lH-Imidazolium)、1−エテニル−3−メチルスルファート(1-ethenyl-3-methyl sulphate)、1−エテニルヘキサヒドロ−2H−アゼピン−2−オンを有するポリマー(polymer with l-ethenylhexahydro-2H-azepin-2-one)および1−エテニル−2−ピロリジノン(l-ethenyl-2-pyrrolidinone)、(ポリクォータニウム46)、
・ ビニルピロリドンおよび四級化イミダゾリンのコポリマー(共重合体)の第四級アンモニウム塩(quaternary ammonium salt of the copolymer of vinyl pyrrolidone and quaternized imidazoline)(ポリクォータニウム44)
・ 2−プロペン−1−アミニウム(2-Propen-1-aminium)、N,N−ジメチル−N−2−プロペニル−(N,N-dimethyl-N-2-propenyl-)、塩化物(chloride)、2−プロペンアミドを有するポリマー(polymer with 2-propenamide)および2−プロペン酸(2-propenoic acid)(ポリクォータニウム39)
・ メタクリロイルトリメチルクロリドのホモポリマー(Homopolymer of methacryloyltrimethylchloride)(ポリクォータニウム37)
・ ポリクォータニウム35CAS番号189767−69−9(Polyquaternium 35 CAS # 189767-69-9)
・ 2−プロペン酸(2-Propenoic acid)、2−メチル−、2−(ジメチルアミノ)エチルエステル((2-methyl-, 2-(dimethylamino)ethyl ester)、メチル2−メチル−2−プロペノアートを有するポリマー(polymer with methyl 2-methyl-2-propenoate)、ジメチルスルファートを有する化合物(compd. with dimethylsulfate)(ポリクォータニウム35)
・ 1,3−プロパンジアミン(1,3-propanediamine)、N,N−ジエチル−N’,N’−ジメチル−)(N,N-diethyl-N',N'-dimethyl-)、1,3−ジブロモプロパンを有するポリマー(polymer with 1,3-dibromopropane)(ポリクォータニウム34)
・ N,N,N−トリメチル−2−[(1−オキソ−2−プロペニル)オキシ]エタンアミニウムクロリドポリマー:(N,N,N-Trimethyl-2-[(1-oxo-2-propenyl)oxy]ethanaminium chloride polymer:)(ポリクォータニウム33)
・ ポリ(アクリルアミド2−メタクリルオキシエチルトリメチルアンモニウムクロリド)(poly(acrylamide 2-methacryloxyethyltrimethyl ammonium chloride))(ポリクォータニウム32)
・ ジメチルアミノプロピルアクリラート(DMAPA)、アクリル酸およびアクリロニトロゲンのコポリマー(copolymers of dimethyaminopropylacrylate (DMAPA), acrylic acid and acrylonitrogens)、およびジエチルスルファート(diethyl sulfate)、(ポリクォータニウム31)
・ ポリアクリルアミドエチルトリメチルアンモニウムカチオン−クロリド:(polyacrylamide ethyl trimethylammonium cation -chloride:)(ポリクォータニウム30)
・ エピクロロヒドリンで四級化されたチトサン(chitosan quaternized with epichlorohydrin)(ポリクォータニウム29)
・ ポリメタクリラートアミドプロピル/トリメチルアンモニウムクロリド:(polymethacrylate amidopropyl/trimethylammonium chloride:)(ポリクォータニウム28)
・ ポリクォータニウム−2のポリクォータニウム−17との反応から得られるブロックコポリマー(block copolymer from the reaction of polyquaternium-2 with polyquatemium-17)(ポリクォータニウム27)
・ ラウリルジメチルアンモニウム置換エポキシドと反応したヒドロキシエチルセルロース(hydroxyethyl cellulose reacted with a lauryl dimethyl ammonium substituted epoxide:)(ポリクォータニウム24)
・ ビニルピロリドンとジメチルアミノエチルメタクリラートの四級化コポリマー(quaternized copolymer of vinylpyrrolidone and dimethylaminoethyl methacrylate)(ポリクォータニウム23)
・ ジメチルジアリルアンモニウムクロリド(dimethyl diallyl ammonium chloride)(ポリクォータニウム22)
・ ポリシロキサン/ポリジメチルジアルキルアンモニウムアセタートコポリマー(polysiloxane/polydimethyldialkylammonium acetate copolymer)(ポリクォータニウム21)
・ 2,3−エポキシプロピルアミンを有するポリビニルオクタデシルエーテル(polyvinyl octadecyl ether with 2,3-epoxypropylamine)(ポリクォータニウム20)
・ 2,3−エポキシプロピルアミンを有するポリビニルアルコール(polyvinyl alcohol with 2,3-epoxypropylamine:)(ポリクォータニウム19)
・ ポリ[オキシ−1,2−エタンジイル(ジメチルイミニオ)−1,3−プロパアンジイルイミノ(1,6−ジオキソ−1,6−ヘキサンジイル)イミノ−1,3−プロパンジイル(ジメチルイミノ)−1,2−エタンジイルジクロリド];(poly[oxy-1,2-ethanediyl(dimethyliminio)-1,3-propanediylimino(1,6-dioxo-1,6-hexanediyl)imino-1,3-propanediyl(dimethliminio)-1,2-ethanediyl dichloride];)(ポリクォータニウム18)
・ ジクロロエチルエーテルと反応した、ジメチルアミノプロピルアミンおよびアジピン酸の反応(reaction of adipic acid and dimethylaminopropylamine, reacted with dichloroethylether)(ポリクォータニウム17)
・ 四級化ビニルイミダゾールポリマー(quaternized vinyl imidazole polymers)(ポリクォータニウム15、16)
・ エタンアミニウム(ethanaminium)、N,N,N−トリメチル−2−[(2−メチル−1−オキソ−2−プロペニル)オキシ]−(N,N,N-trimethyl-2-[(2-methyl-1-Oxo-2-Propenyl)Oxy]-)、メチルスルファート(MethylSulfate)、ポリマー(polymers)(ポリクォータニウム14)
・ ジエチルアミノエチルメタクリラートポリマー(diethylaminoethyl methacrylate polymers)(ポリクォータニウム13)
・ 四級化ポリ(ビニルピロリドン/ジメチルアミノエチルメタクリラート);(quaternized poly(vinylpyrrolidone/dimethylaminoethyl arylate;)(ポリクォータニウム12)
・ 四級化ポリ(ビニルピロリドン/ジメチルアミノエチルメタクリラート)(quaternized poly(vinylpyrrolidone/dimethylaminoethyl arylate))(ポリクォータニウム11)
・ トリメチルアンモニウム置換エポキシドと反応したヒドロキシエチルセルロースの四級化アンモニウム塩(quaternary ammonium salt of hydroxyethyl cellulose reacted with a trimethyl ammonium substituted epoxide)(ポリクォータニウム10)
・ 四級化ジメチルアミノエチルメタクリラートポリマー(quaternized dimethylaminoethyl methacrylate polymers)(ポリクォータニウム9)
・ 2−プロペン酸(2-propenoic acid)、2−メチル−(2-methyl-)、2−(ジメチルアミノ)エチルエーテル(2-(dimethylamino)ethyl ester)、メチル2−メチル−2−プロペノアートおよびオクタデシル2−メチル−2−プロペノアートを有するポリマー(polymer with methyl 2-methyl-2-propenoate and octadecyl 2-methyl-2-propenoate)、ジメチルスルファートを有する化合物(compd. with dimethyl sulfate)(ポリクォータニウム8)
・ N,N−ジメチル−N−2−プロペン−1−アンモニウムクロリドポリマー(N,N-dimethyl-N-2-propen-1-ammonium chloride polymers)(ポリクォータニウム6、7)
・ 2−プロペンアミドを有するβ−メタクリロイルオキシエチルトリメチルアンモニウムメトスルファートポリマー(beta-methacrylyloxyethyl trimethyl ammonium methosulfate polymers with 2-propenamide)(ポリクォータニウム5)
・ ヒドロキシエチルセルロース(hydroxyethylcellulose)およびジアリルジメチルアンモニウムクロリド(diallyldimethyl ammonium chloride)(ポリクォータニウム4)
・ アクリルアミドとトリメチルアンモニウムエチルメタクリラートメトスルファートのコポリマー(copolymer of acrylamide and trimethylammoniumethyl methacrylate methosulfate)(ポリクォータニウム3)
・ 尿素(urea)、N,N’−ビス[3−(ジメチルアミノ)プロピル]−(N,N'-bis[3-(dimethylamino)propyl]-,)、1,1’オキシビス(2−クロロエタン)を有するポリマー(polymer with l,l'oxybis(2-chloroethane))(ポリクォータニウム2)
・ エタノール(ethanol)、2,2’,2”−ニトリロトリス−(2,2',2''-nitrilotris-)、1,4−ジクロロ−2−ブタンを有するポリマー(polymer with 1,4-dichloro-2-butene)およびN,N,N’,N’−テトラメチル−2−ブタン−1,4−ジアミン(Ν,Ν,Ν',Ν'-tetramethyl-2-butene-1,4-diamine)(ポリクォータニウム1)
a. カルボキシラート:
i. アクリル酸ナトリウム系の(コ)ポリマー
ii. メタクリル酸ナトリウム系の(コ)ポリマー
iii.マロン酸、ナトリウム塩
iv. 無水マレイン酸系のコポリマー
v. 2−プロペン酸、カルボキシメチルエステル、ナトリウム塩
vi. 2−プロペン酸、2−メチル−、カルボキシメチルエステル、ナトリウム塩
b. スルホナート:
i. ポリ2−プロペン酸、スルホメチルエステル、ナトリウム塩
ii. ポリ2−プロペン酸、2−メチル−、スルホメチルエステル、ナトリウム塩
iii.ポリ2−プロペン酸、1−スルホプロピルエステル、ナトリウム塩
iv. ポリ2−プロペン酸、2−メチル−、1−スルホエチルエステル、ナトリウム塩
v. 2−プロペン酸、1−メチル−1−スルホエチルエステル、ナトリウム塩
vi. 2−プロペン酸、2−メチル−、1−メチル−1−スルホエチルエステル、ナトリウム塩
a. ポリ2−アクリルアミド−2−メチル−1−プロパンスルホン酸、ナトリウム塩(ポリAMPS)系の(コ)ポリマー
b. ポリナトリウム3−アクリルアミド−3−メチルブタノアート、ナトリウム塩(ポリAMBA)系の(コ)ポリマー
a. ポリスチレンスルホナート(コ)ポリマー
b. 安息香酸、4−エテニル−、ナトリウム塩
a. アクリルアミド
b. メタクリルアミド
c. ビニルアルコール
d. ビニルピロリドン
e. アルコール変性アクリラートモノマー(Alcohol-modified acrylate monomers)
a. 両性イオン(内塩):
i. ベタイン(第四級アンモニウムカチオン)
1. スルホベタイン
2. カルボキシベタイン
3. ホスホベタイン
ii. ホスフィンオキシド(ホスフィンカチオン)
1. スルホ−ホスフィン
2. カルボキシ−ホスフィン
3. ホスホ−ホスフィン
(10−カルボキシデシル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(2−カルボキシ−i−ブチル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(2−カルボキシエチル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(2−カルボキシメチル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホプロピル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(4−スルホブチル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホブチル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホプロピル)ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(4−スルホブチル)ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(2−カルボキシエチル)ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(カルボキシメチル)ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホプロピル)ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
例えば次のようなピリジニウムベタイン(pyridinium betaines):
1−(1−カルボキシトリデシル)ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
1−(1−カルボキシウンデシル)ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
1−(10−カルボキシデシル)ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
1−(10−スルファトデシル)ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
3−カルボエトキシ−1−(10−カルボキシデシル)ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
1−(17−カルボキシ−6−オキソ−7−アザヘプタデシル)ピリジニウムヒドロキシド、内塩、
3−カルボキシ−1−ドデシルピリジニウムヒドロキシド、内塩、
3−(1−ピリジニオ)−1−プロパンスルホナート、
例えば次のようなテチン(thetins):
(1−カルボキシエチル)メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
(2−カルボキシエチル)メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホプロピル)メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
(2−カルボキシエチル)メチルヘキサデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
(1−カルボキシエチル)メチルヘキサデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
(2−カルボキシ−i−ブチル)メチルドデシルスルホニウムヒドロキシド、内塩、
(10−カルボキシデシル)テトラヒドロチオフェニウムヒドロキシド、内塩、
等。
ここで、R1、R2およびR3は、非置換または置換アルキルまたはアリール基、例えば、メチル、エチル、プロピル、2−メチルプロピル、デシル、ヘキサデシル、ヒドロキシエチル、およびベンジル、等、および、フェニル、ナフチル、およびトリル、等とすることができる。また、基R1、R2およびR3の中の2つ以上で、1つ以上のヘテロ原子を有するヘテロ複素環を形成することができる。R4は、1つ以上の炭素原子を含む非置換または置換アルキル鎖、例えば、メチル、エチル、ペンチル、2−メチルプロピルおよびデシル鎖、等である。
(3−スルホプロピル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(4−スルホブチル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホブチル)ジメチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホプロピル)ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(4−スルホブチル)ジエチルドデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
(3−スルホプロピル)ジメチルオクタデシルアンモニウムヒドロキシド、内塩、
等。
a. ポリベタイン
i. ポリスルホベタイン
ii. ポリカルボキシベタイン
iii. ポリホスホベタイン
iv. ポリアミンオキシド
b. ポリホスフィンオキシド
i. スルホ−ホスフィン
ii. カルボキシ−ホスフィン
iii. ホスホ−ホスフィン
a. アニオン性ポリマー
i. カルボキシラート/カチオンコポリマー
ii. スルホナート/カチオンコポリマー
iii. ホスホナート/カチオンコポリマー
i. ポリカルボキシラート/ポリカチオン複合体
ii. ポリスルホナート/ポリカチオンコポリマー
iii. ポリホスホナート/カチオンコポリマー
vi. 架橋ポリアニオン、架橋ポリカチオン(上述のリストのもの)
v. アニオン性テレケリックポリマー(両端二官能性高分子)と混合されたカチオン性テレケリックポリマー(cationic telechelic polymers)
Aは対イオンであり、
R1、R2、R3およびR4は、それぞれ、水素およびC1−C10アルキルからなる群から独立に選択され、
n=5〜10,000,000である。
例えば、化学式Iのモノマーを含むカチオン性ポリマーは、ポリ(ジメチルジアリルアンモニウムクロリド)を含むことができる。
Aは対イオンであり、
X1は、O、S、NRaからなる群から選択され、
R5は、水素、ハロ、アセトアミド、シアノ、C1−C50アルキル、C2−C50アルケニル、C2−C50アルキニル、C3−C8シクロアルキル、C4−C8シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択され、
R6は、C1−C50アルキレン、C2−C50アルケニレン、C2−C50アルキニレン、C3−C8シクロアルキレン、C4−C8シクロアルケニレン、ポリエーテル、アリーレン、ヘテロアリーレン、およびヘテロシクロアルキレンからなる群から選択され、
Ra、Rb、Rc、およびRdは、それぞれ、水素、C1−C50アルキル、C2−C50アルケニル、C2−C50アルキニル、C3−C8シクロアルキル、C4−C8シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択される。
R1は水素またはメチルを表し、
Z1は、O、NHまたはNR4を表し、R4は1乃至4の炭素原子を有するアルキルを表し、Yは次の複数の基の中の1つを表す。
Y0およびY1は、2乃至6の炭素原子を有しおよび任意にヒドロキシ基で置換されたアルキレンを表し、
Y2、Y3、Y4、Y5、およびY6は、互いに独立に1乃至6の炭素原子を有するアルキルを表し、
Z−は、ハロゲン、アセタートまたはメチルスルファートを表す。
X1は、O、S、NRaからなる群から選択され、
Y1は、次のものからなる群から選択される
R5は、水素、ハロ、アセトアミド、シアノ、C1−C50アルキル、C2−C50アルケニル、C2−C50アルキニル、C3−C8シクロアルキル、C4−C8シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択され、
R6は、C1−C50アルキレン、C2−C50アルケニレン、C2−C50アルキニレン、C3−C8シクロアルキレン、C4−C8シクロアルケニレン、ポリエーテル、アリーレン、ヘテロアリーレン、およびヘテロシクロアルキレンからなる群から選択され、
Raは、水素、C1−C50アルキル、C2−C50アルケニル、C2−C50アルキニル、C3−C8シクロアルキル、C4−C8シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択される。
R5は、水素、ハロ、アセトアミド、シアノ、C1−C50アルキル、C2−C50アルケニル、C2−C50アルキニル、C3−C8シクロアルキル、C4−C8シクロアルケニル、アリール、ヘテロアリール、およびヘテロシクロアルキルからなる群から選択される。
a. オレフィン性不飽和カルボン酸およびカルボン酸無水物、特に、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、クロトン酸、グルタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸およびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩;
b. オレフィン性不飽和スルホン酸、特に、脂肪族および/または芳香族ビニルスルホン酸、例えば、ビニルスルホン酸、アリルスルホン酸、スチレンスルホン酸、アクリルおよびメタクリルスルホン酸、特に、スルホエチルアクリラート、スルホエチルメタクリラート、スルホプロピルアクリラート、スルホプロピルメタクリラート、2−ヒドロキシ−3−メタクリルオキシプロピルスルホン酸および2−アクリルアミド−2−メチルプロパンスルホン酸、およびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩;
c. オレフィン性不飽和ホスホン酸、特に、例えば、ビニル−およびアリル−ホスホン酸およびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩;および/または
d. スルホメチル化および/またはホスホノメチル化アクリルアミドおよびその水溶性アルカリ金属塩、そのアルカリ土類金属塩、およびそのアンモニウム塩。
バリア品、例えばジオシンセティック・ライナーは、粘土/ポリマー組成物の含有量として、約0.1 lbs/ft2(ポンド/平方フィート)乃至約5 lbs/ft2、約0.5 lbs/ft2乃至約4 lbs/ft2、約1 lbs/ft2乃至約3 lbs/ft2、約0.88 lbs/ft2乃至約1.5 lbs/ft2、約0.9 lbs/ft2乃至約1.5 lbs/ft2、および約0.7 lbs/ft2乃至約2 lbs/ft2だけ配合(使用)することができる。他の適した配合量(使用量)は、約0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、1.9、2、2.1、2.2、2.3、2.4、2.5、2.6、2.7、2.8、2.9、3、3.1、3.2、3.3、3.4、3.5、3.6、3.7、3.8、3.9、4、4.1、4.2、4.3、4.4、4.5、4.6、4.7、4.8、4.9、および5 lbs/ft2である。
ニードルパンチされた試料
試料がニードルパンチされた以下の例において、ニードルパンチは次のように行われた。各試料は、2枚のポリプロピレンのジオテキスタイルの間に粘土/添加剤混合物を配置または塗布し、織機(loom)を用いてそれらをニードルパンチすることによって、作成された。ニードルパンチ密度は、約10,000乃至12,000個(打数)/ft2であった。粘土/添加剤混合物は、それらの各成分を小さなバケツで秤量して手でそれらを一緒に混合することによって、作成された。粘土/添加剤混合物は、単位面積当り所望の質量で同等となるように基布に配置または塗布された。粘土/添加剤ブレンドがいったん基布上に均一に分散配置されると、それらのブレンドは、ブレンド100部当り水28部の比率で真水で(微細な噴霧を使用して)水和された。水和されたブレンドは、6オンスのポリプロピレンのキャップ不織布で被覆されて、織機を通すように送られた。
試料がニードルパンチされなかった以下の例において、各試料は、単位面積当り所望の質量で濾液減失(減少)セル(filtrate loss cell)の基部(ベース)に配置された濾紙片に粘土/添加剤混合物を塗布または配置して組成物を別の濾紙片で被覆することによって、作成された。
本開示による粘土/ポリマー・ブレンドの透過係数が、剛性壁透過率計法(RWPM)を用いて、種々の例で試験された。その方法は、粘土/ポリマー混合物またはニードルパンチされた試料を、所望の配合量(使用量)で濾液減失セルの基部に配置または塗布することを含んでいた。次いで、各試料は、所与の浸透性物質を使用して21kPaの荷重(加重)下で24時間水和された。水和後、荷重が取り外され、そのセルに浸透性物質が充填された。次いで、そのセルにおいて圧力が増大されて、異なる水圧(液圧)勾配が達成された。例えば、圧力0.5バールが加えられて、約5mの静水圧ヘッドと同等の圧力で試料が試験された。そのセルからの水分減失の体積が時間の関数として記録された。次いで、漏出レート(速度、率)が求められた。濾液減失セルの漏出レート(速度)および既知の面積を用いてフラックス(flux:流動、束)が導出された。フラックスは、ダルシー(D'Arcy)の法則を用いて、cm/秒の単位で表した透過係数(hydraulic conductivity)(k)に変換された。厚さ1cmの粘土/ポリマー層を用いて透過係数が計算された。
粘土/ポリマー・ブレンドの透過係数は、最初、剛性壁透過率計法(RWPM)を用いて評価された。例1〜15はニードルパンチされた試料として作成され、例16〜20は非ニードルパンチの試料として作成された。比較例1は、粘土のみ(単独)の系の性能を示す比較例である。タイプ16のベントナイトは、各例において粘土成分として使用された。タイプ16は、天然のワイオミング州のナトリウムベントナイトである。タイプ16のベントナイトは、それぞれの“ポリマーの組合せ”と混合された。アニオン性/カチオン性ポリマーの組合せは、各表に“A/C”として記載されている。アニオン性/カチオン性ポリマーのブレンド(混合)比に関して、例えば、アニオン性ポリマー3部対カチオン性ポリマー1部の例は、A/C(3:1)のように記述されるであろう。RWPM試料の全てにおいて、アニオン性ポリマー対カチオン性ポリマーの混合比は3:1であった。例2〜7および10〜20は、アニオン性電荷対カチオン性電荷の比8.7/3.6(過剰アニオン性電荷)を有する。例8および9(それぞれ*および**の印が付されている)において、電荷平衡(バランス)は、異なる固有の電荷密度を有する異なる等級(grades)のポリマーを使用することによって、変化させた。例8は、アニオン性電荷対カチオン性電荷の比3.9/1.0(過剰アニオン性電荷)を有し、例9は、アニオン性電荷対カチオン性電荷の比3.0/4.1(過剰カチオン性電荷)を有していた。
ニードルパンチされた試料(例21〜24)が、作成されて、剛性壁透過率計法を用いて試験された。比較例21は、粘土のみの系の性能を示す比較例である。浸透部(または貫通部)の周りを封止(シール)するそれらの能力が調べられた。これらの事例では、爪(または針)が、試料を通して挿入され、それは試験セル内の粘土層の厚さで伸びた(を渡った)。次の表2に示されているように、本開示による粘土/ポリマー系は、浸透部の周りを封止し、粘土/ポリマー系が塩水浸透物質に対して有効なバリアであることを示す低い透過係数を保持する能力を、有益に実証した。比較例21の粘土のみの系と比較すると、かなりより低い透過係数が達成された。
ニードルパンチされたGCLの試験標本が、柔軟壁透過率計法(FWPM)を用いて試験された。その試験方法は、潜在的に不適合の液体が浸透されるジオシンセティック・クレイ・ライナーの液圧特性を評価するためのASTMD6766標準試験手順(プロトコル)に従った。各試験は、低い実効応力(5psi)で、それぞれの浸出物(浸出液)と直接接触する試料で(即ち、セル内で真水予備水和の利益がない状態で)行われ、最も保守的なフィールド条件を模(シュミレート)した。試験は、直径4”(インチ)のGCL試験標本を用いて液圧勾配範囲200〜280で行われた。セル圧力は、標本に封圧(confining pressure)を与えるものであり、80PSIであり、流入圧力および流出圧力はそれぞれ77および75PSIであった。
Claims (37)
- 浸出物バリアとして用いられ、イオン性液体の透過に対して増大した不浸透性を有することができる組成物であって、
約0.2乃至20重量%のアニオン性ポリマーおよび約0.2乃至20重量%のカチオン性ポリマーと混合された約60乃至99.6重量%のナトリウムベントナイト粘土を含む組成物。 - 前記両ポリマーが約0.15:1乃至約7:1の範囲の負電荷対正電荷の電荷平衡を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記両ポリマーが約3:1乃至約1:3の範囲の負電荷対正電荷の電荷平衡を有する、請求項2に記載の組成物。
- 前記両ポリマーが約2:4乃至約1:1の負電荷対正電荷の電荷平衡を有する、請求項3に記載の組成物。
- 前記両ポリマーが約1:1の電荷平衡を有する、請求項2に記載の組成物。
- 前記カチオン性ポリマーおよび前記アニオン性ポリマーが約0.5meq/g乃至約20meq/gの電荷を有する、請求項1に記載の組成物。
- 前記カチオン性ポリマーおよび前記アニオン性ポリマーが約1.0meq/g乃至約15meq/gの電荷を有する、請求項6に記載の組成物。
- 前記カチオン性ポリマーおよび前記アニオン性ポリマーが約1.0meq/g乃至約10meq/gの電荷を有する、請求項7に記載の組成物。
- 前記アニオン性ポリマーが粉末状または粒状のアニオン性アクリルアミドコポリマーである、請求項1乃至8のいずれかに記載の組成物。
- 前記カチオン性ポリマーは、アクリルアミドと、次の一般的な化学式IVの少なくとも1種の化合物、
Z1はO、NHまたはNR4を表し、R4は水素またはメチルを表し、
R1は水素またはメチルを表し、
R5およびR 6 は、互いに独立に1乃至6の炭素原子を有するアルキルを表し、
R7は、8乃至32の炭素原子を有するアルキル、8乃至32の炭素原子を有するアリール、および/または8乃至32の炭素原子を有するアラルキルを表し、
R8は、1乃至6の炭素原子を有するアルキレンを表し、
Z−は、ハロゲン、疑ハライドイオン、メチルスルファートまたはアセタートを表すものであり、
または次の一般的な化学式Vの少なくとも1種の化合物と、を含むものであり、
Z1はO、NHまたはNR4を表し、R4は1乃至4の炭素原子を有するアルキルを表し、
R1は水素またはメチルを表し、
R8は、1乃至6の炭素原子を有するアルキレンを表し、
R9は、2乃至6の炭素原子を有するアルキレンを表し、
R10は、水素、8乃至32の炭素原子を有するアルキル、8乃至32の炭素原子を有するアリール、および/または8乃至32の炭素原子を有するアラルキルを表し、
pは、1乃至50の整数を表すものである、
請求項1乃至8のいずれかに記載の組成物。 - 浸出物バリアとして用いられ、イオン性液体の透過に対して増大した不浸透性を有することができる組成物であって、
5:1乃至1:5の範囲のアニオン単位対カチオン単位の電荷平衡を有する約0.2乃至20重量%の高分子両性電解質ポリマーと混合された約80乃至99.6重量%のナトリウムベントナイト粘土を含む組成物。 - 前記電荷平衡は、前記ポリマーにおけるアニオン単位対カチオン単位について2:1乃至1:2の範囲にある、請求項12に記載の組成物。
- 前記粘土が、天然に存在する米国西部のナトリウムベントナイトである、請求項1乃至13のいずれかに記載の組成物。
- イオン性液体の透過に対するバリアとして有用な製造品であって、
前記製造品は2枚の布を含み、
前記2枚の布は、請求項1乃至14のいずれかに記載の組成物を前記2枚の布の間に収容するものである、
製造品。 - 前記2枚の布は、前記組成物の中間層を包囲した状態で一緒にニードルパンチされたものである、請求項15に記載の製造品。
- 前記組成物の配合量が約0.5lbs/ft2(0.244g/cm2)乃至約1.6 lbs/ft2(0.781g/cm2)である、請求項15または16に記載の製造品。
- 前記組成物が、さらに、前記両布の少なくとも一方において前記両布の前記少なくとも一方の深さまたは厚さの少なくとも20%の深さで広がって存在するように配置される、請求項15乃至17のいずれかに記載の製造品。
- 前記布の少なくとも1つが不織布である、請求項15乃至18のいずれかに記載の製造品。
- 双方の布が不織布である、請求項15乃至18のいずれかに記載の製造品。
- 基本的にイオン性液体不浸透性のバリアより下の地下水にイオン性液体が達するのを防止するように、前記イオン性液体より下に前記基本的にイオン性液体不浸透性のバリアを配置する方法であって、
イオン性液体に対して最大で透過係数1×10−7cm/秒の不浸透性を有する請求項15乃至20のいずれかに記載の製造品を、そのイオン性液体と接触するようにそのイオン性液体の下に配置することを含む、方法。 - 基本的にイオン性液体不浸透性のバリアより下の地下水にイオン性液体が達するのを防止するように、前記イオン性液体より下に前記基本的にイオン性液体不浸透性のバリアを配置する方法であって、
イオン性液体に対して最大で透過係数1×10−8cm/秒の不浸透性を有する請求項15乃至20のいずれかに記載の製造品を、そのイオン性液体と接触するようにそのイオン性液体の下に配置することを含む、方法。 - 基本的にイオン性液体不浸透性のバリアより下の地下水にイオン性液体が達するのを防止するように、前記イオン性液体より下に前記基本的にイオン性液体不浸透性のバリアを配置する方法であって、
イオン性液体に対して最大で透過係数5×10−9cm/秒の不浸透性を有する請求項15乃至20のいずれかに記載の製造品を、そのイオン性液体と接触するようにそのイオン性液体の下に配置することを含む、方法。 - 前記イオン性液体が約5乃至約13のpHを有する、請求項21、22または23に記載の方法。
- 前記イオン性液体が約9乃至約13のpHを有する、請求項21、22または23に記載の方法。
- 前記イオン性液体が鉱石浸出物である、請求項21乃至25のいずれかに記載の方法。
- 前記イオン性液体がボーキサイト鉱石浸出物である、請求項26に記載の方法。
- 前記イオン性液体が石炭燃焼生成物浸出物である、請求項21乃至25のいずれかに記載の方法。
- 前記イオン性液体が排煙脱硫残留浸出物である、請求項21乃至25のいずれかに記載の方法。
- 前記イオン性液体が1000mg/Lより大きい硫酸イオンの濃度を有する浸出物である、請求項21乃至25のいずれかに記載の方法。
- 浸出物を封じ込める方法であって、
請求項15に記載の製造品で廃棄物封込めセルをライニングし、前記浸出物を生じさせる廃棄物で前記廃棄物封込めセルを満すことを含み、
前記製造品は前記浸出物から水分を吸収し、前記組成物はゲルを形成するものである、
方法。 - 前記組成物が組成物100部当り約60部乃至約120部の水分含有量を有するように、前記製造品が水分を吸収する、請求項31に記載の方法。
- 前記組成物が組成物100部当り約70部乃至約90部の水分含有量を有するように、前記製造品が水分を吸収する、請求項32に記載の方法。
- 底面と、
前記底面に隣接して配置された、請求項15に記載の製造品と、
前記浸出物に対して最大で透過係数1×10−8cm/秒の不浸透性を有する前記製造品上に配置される浸出物と、
を含む浸出物封込めシステム。 - 前記製造品の前記組成物が、前記浸出物から水分を組成物100部当り水分含有量70部乃至90部まで吸収したときに、ゲルを形成する、請求項34に記載の浸出物封込めシステム。
- 約2乃至6重量%の高分子両性電解質ポリマーを含む、請求項12乃至14のいずれかに記載の組成物。
- 約2乃至6重量%のアニオン性ポリマーおよび約2乃至6重量%のカチオン性ポリマーを含む、請求項1乃至11のいずれかに記載の組成物。
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