PL155107B1

PL155107B1 - Sposób wytwarzania kompozycji akrylowej przeznaczonej do wzmacniania i uszczelniania gruntów

Info

Publication number: PL155107B1
Application number: PL26790687A
Authority: PL
Priority date: 1987-09-23
Filing date: 1987-09-23
Publication date: 1991-10-31
Also published as: PL267906A1

Description

RZECZPOSPOLITA OPIS PATENTOWY 155 107 POLSKA

Patent dodatkowy do patentu nr--Zgłoszono: 87 09 23 (P. 267906)

Pierwszeństwo-PATENTOWY

RP

URZĄD

Zgłoszenie ogłoszono: 89 04 03

Opiz patentowy opublikowano: 1992 02 28

Int. Ci.⁵ C08L 33/00 E02D 3/14

Gzmisu OGÓLUA

Twórcy wynalazku: Małgorzata Kałędkowzka, Janusz Bereś, Krystyna Ponikowska-Pajor, Stanisław Kudła, Wanda Powierza, Zbigniew Tomik,

Jadwiga Zacharczuk

Uprawniony z patentu: Instytut Ciężkiej Syntezy Organicznej „Blachownia, Kędzierzyn-Koźle (Polska)

Sposób wytwarzania kompozycji akrylowej przeznaczonej do wzmacniania i uszczelniania gruntów

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania kompozycji akrylowej, przydatnej do wytwarzania środków przeznaczonych do wzmacniania i uszczelniania gruntów, opartej na kwasie akrylowym.

Problem wzmacniania, usztywniania i uszczelniania gruntów występuje przy różnego rodzaju pracach ziemnych, wymagających zabezpieczenia przed osypywaniem się gruntu, przeciekaniem wody itp.

Najczęściej stosuje się do tych celów różnego rodzaju przegrody i oszalowania lub wzmocnienia specjalnymi zaprawami cementowymi, co jest kosztowne i wymaga dużego nakładu pracy. Obecnie coraz częściej stosuje się do tych celów środki chemiczne, które wprowadzane do gruntu zestalają się tam w wyniku reakcji chemicznych i uszczelniają grunty. Są to tzw. cementy chemiczne. Do grupy tej należy również cały szereg preparatów opartych na żywicach akrylowych, szczególnie kwasie akrylowym i akryloamidzie.

W polskim opisie patentowym nr 86068 przedstawiono kompozycje akrylowe, przeznaczone do wzmacniania i uszczelniania gruntów, składające się z soli kwasu akrylowego, zwłaszcza magnezowej lub wapniowej, kwasu maleinowego i jego soli oraz katalizatorów typu redox. Kompozycje te zawierały także dodatki modyfikujące, np. nienasycone aldehydy i nitryle oraz ich pochodne, aminy alifatyczne i aromatyczne i ich pochodne np. styren, mocznik, melaminę, żywice mocznikowe i fenolowe, alkohole wielowodorotlenowe i polikwasy, siarczan poliakroleiny i formaldehyd.

W polskim opisie patentowym nr 101 571 przedstawiono sposób wytwarzania usieciowanych polimerów pochodnych kwasu akrylowego, w obecności katalizatorów typu „redox“. Preparaty te pomimo swoich zalet mają także pewne wady, z których najbardziej istotną jest znaczny skurcz po polimeryzacji, wynoszący niekiedy do 20% objętościowych. Skurczowi temu towarzyszy niekiedy wydzielanie się pewnych ilości wody z polimeru. Występowanie tego skurczu może powodować

155 107 przeciekanie wody pomimo uszczelniania złoża. Z tego względu do preparatów przeznaczonych do wzmacniania i uszczelniania gruntów dodawane są różne dodatki, poprawiające własności polimerów i zmniejszające skurcz. Najczęściej stosuje się dodatki innych żywic syntetycznych, alkoholi, polialkoholi, kwasów, wypełniaczy mineralnych.

W opisach patentowych PRL nr nr 120 817 i 124 769 przedstawiono zastosowanie monomaleinianu gliceryny, jako dodatku do środków dla powierzchniowego uszczelniania tam i ociosów w górnictwie oraz budowy tam awaryjnych. Środki te jednak mają wysoką lepkość i nie nadają się do uszczelniania drobnoporowatych środowisk.

W polskim opisie patentowym nr 140344 przedstawiono środek do uszczelniania gruntów, zawierający kwas akrylowy i/lub akryloamid oraz Ν,Ν'-metyleno-dwuakryloamid i monoestry kwasu maleinowego i glikolu mono-, dwu- lub trójetylenowego jako dodatki przeciwskurczowe. Dodatek jednak takich monoestrów do akrylanu wapniowego powoduje powstawanie polimerów miękkich, ciągliwych, nieprzydatnych dla uszczelniania i wzmacniania gruntów.

Istota wynalazku polega na tym, że roztwór wodny zawierający 5-40 części wagowych kwasu akrylowego, 0,5-10 części wagowych monoestru kwasu maleinowego z glikolem mono-, dwu- lub trójetylenowym lub z ich mieszaniną oraz do 0,5 części wagowych N,N'-metylenobisakryloamidu poddaje się działaniu tlenku wapnia i/lub wodorotlenku wapnia do uzyskania liczby kwasowej mieszaniny na poziomie 22-60 mg KOH/g, a następnie wodorotlenku sodowego, przy czym stosunek molowy sumy kwasu akrylowego i grup karboksylowych pochodzących z monomaleinianów glikoli mono-, dwu- lub trójetylenowych do wodorotlenków wapnia i sodu mieści się w granicach 1:0,3-0,45:0,4-0,1. Otrzymaną kompozycję zadaje się roztworami inicjatorów polimeryzacji tuż przed wprowadzeniem ich do gruntu.

Nieoczekiwanie okazało się, że jeżeli do kompozycji zawierającej akrylan wapniowy i monomaleinian glikolu mono-, dwu- lub trójetylenowego wprowadzi się akrylan sodowy w odpowiednim stosunku molowym to powstające kopolimery nie wykazują powyższych wad i kompozycja taka jest przydatna do wzmacniania i uszczelniania gruntów.

Zastosowanie kompozycji zawierającej tylko akrylan wapnia daje polimery miękkie, maziste, wykazujące duży skurcz, przy którym wydziela się pewna ilość wody. Własności tych nie poprawiają różne dodatki, np. maleiniany gliceryny czy glikole etylenowe. Natomiast zastosowanie w składzie kompozycji akrylanu wapnia z akrylanem sodu daje po polimeryzacji sztywne, zwarte, sprężyste żele, o bardzo niewielkim lub zupełnie bez skurczu, nie wydzielające wody, o dużej wytrzymałości mechanicznej. Do wytwarzania kompozycji mogą być stosowane różne gatunki tlenku lub wodorotlenku wapniowego zarówno tlenek wapniowy cz. d. a jak i techniczne wapno hydratyzowane lub wapno palone. Wodorotlenek sodowy może być stosowany w postaci czystej lub w postaci technicznych, 40-45% roztworów wodnych. Nie pogarsza to własności kompozycji.

Istotne znaczenie ma stosunek molowy wodorotlenków wapnia i sodu do sumy kwasu akrylowego i grup karboksylowych pochodzących z monomaleinianów glikoli mono-, dwu- lub trójetylenowego. Zbyt wysoka ilość wodorotlenku wapnia, powyżej 0,45mola/mol kwasu, powoduje powstawanie, po dodaniu inicjatorów polimeryzacji, polimerów miękkich, smolistych, nie wiążących dobrze gruntu.

Gdy ilość wodorotlenku sodowego jest zbyt niska, poniżej 0,1 mola/mol kwasu, po dodaniu inicjatorów produkt nie zastała się całkowicie i nad żelem pozostaje pewna ilość cieczy. Z kolei zbyt wysoka zawartość wodorotlenku sodowego, powyżej 0,4 mola/mol kwasów szczególnie przy wysokim stężeniu kwasu akrylowego powoduje, że polimeryzacja zachodzi zbyt szybko i istnieje obawa, że produkt zżeluje przed wtłoczeniem go do gruntu.

Dodatek Ν,Ν'-metylenobisakryloamidu powoduje usieciowanie polimerów akrylowych, nadając im sztywną, sprężystą strukturę i nierozpuszczalność w wodzie.

Dodatek monoestru kwasu maleinowego z glikolem mono-, dwu- lub trójetylenowym lub ich mieszaniną zapobiega skurczowi po polimeryzacji, podwyższa wytrzymałość mechaniczną powstałego żelu i nadaje mu właściwość zwiększania objętości pod wpływem kontaktu z wodą.

Kompozycja akrylowa otrzymana sposobem według wynalazku posiada lepkość zbliżoną do lepkości wody, dzięki czemu łatwo przenika przez warstwy gruntu nawet o drobnym uziarnieniu. Po wtłoczeniu do gruntu zestala się w czasie od kilku minut do kilkunastu godzin, zależnie od składu kompozycji, ilości inicjatorów i warunków panujących w utwardzanym ośrodku.

155 107

Przykład I. Do 100 g roztworu wodnego zawierającego 25 g kwasu akrylowego, 1 g maleinianu glikolu dwuetylenowego oraz 0,2 g Ν,Ν'-metyIenobisakryloamidu wprowadzono porcjami 8 g wapna hydratyzowanego, utrzymując temperaturę mieszaniny poniżej 45°C. Roztwór mieszano przez około 0,5-1 h,ażdo ustalenia się liczby kwasowej 56-59 mgKOH/g. Następnie wprowadzono

9,4 g 40% roztworu wodorotlenku sodowego i mieszano roztwór przez 0,5-1 h do osiągnięcia liczby kwasowej 5,5-6mg KOH/g. Stosunek molowy kwasu do wodorotlenku wapniowego i sodowego wynosił 1:0,35:0,27. Otrzymaną kompozycję poddano polimeryzacji przy pomocy 5 ml 25% roztworu trójetanoloaminy i 2 ml 25% roztworu nadsiarczanu amonu. Powstały żel był sztywny, sprężysty, nie wykazywał skurczu i nie wydzielała się z niego woda.

Przykład II. Do 100g roztworu wodnego zawierającego 40g kwasu akrylowego, 10g maleinianu glikolu trójetylenowego i 0,5 g Ν,Ν'-metylenobisakryloamidu wprowadzono 13,'6g wapna hydratyzowanego w sposób jak w przykładzie I. Roztwór mieszano przez 0,5-1 h do osiągnięcia liczby kwasowej 37-40 mg KOH/g. Następnie wprowadzono 6,7 g 40% roztworu wodorotlenku sodowego i mieszano 0,5-1 h do osiągnięcia liczby kwasowej 3-4 mg KOH/g. Stosunek molowy kwasu do wodorotlenku wapnia i sodu wynosił 1:0,43:0,12. Mieszaninę poddano polimeryzacji roztworami inicjatorów jak w przykładzie I. Powstały żel był sprężysty, twardy, nie wykazywał skurczu i nie wydzielała się z niego woda.

Przykład III. Do 100g wodnego roztworu, zawierającego 5g kwasu akrylowego, 0,5g maleinianu glikolu etylenowego i 0,05 g Ν,Ν'-metylenobisakryloamidu wprowadzono 1,15 g wapna hydratyzowanego w sposób jak w przykładzie I. Roztwór mieszano przez 1h do osiągnięcia liczby kwasowej 22-24 mg KOH/g. Następnie wprowadzono 2,75 g 40% roztworu wodorotlenku sodowego, mieszając 1h do osiągnięcia liczby kwasowej 3-4. Stosunek molowy kwasu do wodorotlenku wapniowego i sodowego wynosił 1:0,3:0,4. Mieszaninę poddano polimeryzacji jak w przykładzie I. Otrzymany żel był miękki, lecz sprężysty i wytrzymały, nie wykazywał skurczu ani wydzielania wody.

Przykład IV. Do 100g roztworu wodnego zawierającego 40g kwasu akrylowego, Dg maleinianu glikolu etylenowego wprowadzano 13,6 g wapna hydratyzowanego w sposób jak w przykładzie I. Roztwór mieszano 0,5-1 godz. do osiągnięcia liczby kwasowej 37-40 mg KOH/g. Następnie wprowadzono 6,7 g 40% roztworu wodorotlenku sodowego i mieszano 0,5-1 h do osiągnięcia liczby kwasowej 3-4 mg KOH/g. Stosunek molowy kwasu do wodorotlenku wapnia i sodu wynosił 1:0,45:0,12. Mieszaninę poddano polimeryzacji roztworami inicjatorów jak w przykładzie I. Powstały żel był twardy, lekko gumowaty, nie wykazywał skurczu ani wydzielania wody.

Przykłady porównawcze.

V. Do 100 g wodnego roztworu zawierającego 25 g kwasu akrylowego, 1 g maleinianu glikolu dwuetylenowego, 0,2 g Ν,Ν'-metylenobisakryloamidu wprowadzono 9,6 wapna hydratyzowanego, w sposób jak w przykładzie I. Roztwór mieszano przez 1 h, do ustalenia się liczby kwasowej

5-6 mg KOH/g. Stosunek molowy kwasu do wodorotlenku wapniowego wynosił 1:0,5. Roztwór poddano polimeryzacji jak w przykładzie I. Powstały polimer był miękki, ciągliwy, niesprężysty, po pewnym czasie wydzieliła się z niego pewna ilość cieczy (15 ml).

VI. 100 g kompozycji zawierającej 30% wagowych akrylanu wapnia, 0,2 g Ν,Ν'-metylenobisakryloamidu 10 g monomaleinianu glikolu etylenowego, 2g styrenu i/lub lg mocznika, ale nie zawierającej akrylanu sodu, poddano polimeryzacji przy użyciu 25% roztworów nadsiarczanu amonu i pirosiarczynu sodu użytych w stosunku molowym jak 1:1. Otrzymany polimer był miękki, ciągliwy, rozlewający się, nie nadający się do wiązania i wzmacniania gruntów. Gdy do tej samej kompozycji wprowadzono 25 g akrylanu sodowego, otrzymano zwarty, sprężysty żel, nie wykazujący skurczu, dobrze wiążący materiały sypkie.

Claims

Zastrzeżenie patentowe

Sposób wytwarzania kompozycji akrylowej przeznaczonej do wzmacniania i uszczelniania gruntów, zawierającej akrylany, Ν,Ν'-metylenobisakryloamid, monoestry kwasu maleinowego z glikolem mono-, dwu- lub trójetylenowym, znamienny tym, że roztwór wodny zawierający 5-40 części wagowych kwasu akrylowego, 0,5-10 części wagowych monoestru kwasu maleinowego z

155 107 glikolem mono-, dwu- lub trójetylenowym lub z ich mieszaniną oraz do 0,5 części wagowych Ν,Ν'-metylenobisakryloamidu poddaje się działaniu tlenku wapnia i/lub wodorotlenku wapnia a następnie wodorotlenku sodowego do uzyskania liczby kwasowej mieszaniny na poziomie 2260 mg KOH/g przy czym stosunek molowy sumy kwasu akrylowego i grup karboksylowych pochodzących z monomaleinianów glikoli mono-, dwu- lub trójetylenowych do wodorotlenków wapnia i sodu mieści się w granicach 1:0,3-0,45:0,4-0,1.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 100 egz

Cena 3000 zł