鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法發(fā)明內(nèi)容

鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法專利目的

《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》的目的是提供一種鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法，該方法能夠?qū)⑩}基膨潤土充分鈉化成鈉基膨潤土，并且該鈉基膨潤土具有優(yōu)異的吸藍量、吸水率和膠質(zhì)價，另外，該方法步驟簡單，原料易得。

鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法技術(shù)方案

《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》提供了一種膨潤土的雙重鈉基方法，包括：1）將鈣基膨潤土與鈉鹽混合并鈉化制得一級鈉基膨潤土；2）將一級鈉基膨潤土與添加劑混合并孕育制得二級鈉基膨潤土；其中，添加劑包括微晶纖維素、鈉鹽修飾的硅膠、膨脹蛭石、硼酸銨、增粘劑和聚丙烯酰胺；鈉鹽和鈉鹽修飾的硅膠中的鈉鹽各自獨立地選自碳酸鈉、硅酸鈉、氟化鈉、草酸鈉、醋酸鈉、磷酸類鈉鹽、聚丙烯酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、硫代硫酸鈉和纖維素鈉中的一種或多種；增粘劑選自氧化鎂和/或氫氧化鎂?！垛c基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》還提供了一種鈉基膨潤土，該鈉基膨潤土通過上述的方法制備而得。通過上述技術(shù)方案，《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》提供的方法首先將鈣基膨潤土與鈉鹽進行一級鈉化制得一級鈉基膨潤土，然后將一級鈉基膨潤土與添加劑進行二級鈉化制得二級鈉基膨潤土。通過兩步雙重鈉化的方法以提高鈣基膨潤土的鈉化程度，并且添加劑中含有微晶纖維素、鈉鹽修飾的硅膠、膨脹蛭石、硼酸銨、增粘劑和聚丙烯酰胺，通過各組分之間的協(xié)同作用能夠加大地提高鈣基膨潤土的鈉化效果，制備出具有優(yōu)異的吸藍量、吸水率和膠質(zhì)價的鈉基膨潤土。

膨潤土是一種黏土巖、亦稱蒙脫石，具有很強的吸濕性（能吸附相當于自身體積8-20倍的水而膨脹至30倍）、在水介質(zhì)中能分散呈膠體懸浮液，并具有一定的粘滯性、觸變性和潤滑性，它和泥沙等的摻和物具有可塑性和粘結(jié)性，有較強的陽離子交換能力和吸附能力。因此，膨潤土廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中，如鉆井泥漿、鐵礦球團和鑄造三大行業(yè)；當然膨潤土也可以能夠應用于日常生活中，如膨潤土貓砂、膨潤土空氣凈化器和膨潤土營養(yǎng)陶粒。膨潤土是以蒙脫石為主要礦物成分的非金屬礦產(chǎn)，蒙脫石結(jié)構(gòu)是由兩個硅氧四面體夾一層鋁氧八面體組成的2:1型晶體結(jié)構(gòu)，由于蒙脫石晶胞形成的層狀結(jié)構(gòu)存在某些陽離子，如Cu、Mg、Na、K等，但這些陽離子與蒙脫石晶胞的作用很不牢固，易被其它陽離子交換。從膨潤土的層間陽離子種類決定膨潤土的類型，層間陽離子為Na 時稱鈉基膨潤土，層間陽離子為Ca 時稱鈣基膨潤土，鈉質(zhì)蒙脫石（或鈉膨潤土）的性質(zhì)比鈣質(zhì)的好，如更高的吸水率，更強的粘結(jié)性和更好的膠體性能等。截至2015年6月，主要采用人工鈉基工藝將鈣基膨潤土改性為鈉基膨潤土。鈉基劑可以是Na2CO3、NaF和Na₂SO₄等，但從經(jīng)濟上考慮，Na₂CO₃是最好的鈉基劑。鈉基過程中，膨潤土與Na₂CO₃發(fā)生反應形成的CaCO₃不溶于水，促進了反應向右進行，形成了鈉基膨潤土，但是，由于Ca2 電勢較強，膨潤土有優(yōu)先吸附Ca2 能力，因此，上面的反應是可逆的，不可能達到100％的鈉基，進而導致了鈉基不均勻和鈉基效果不充分的缺陷。

《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》涉及鈉基膨潤土，具體地，涉及一種鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法。

1.《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》特征在于，包括： 1）將鈣基膨潤土與鈉鹽混合并鈉化制得一級鈉基膨潤土； 2）將一級鈉基膨潤土與添加劑混合并孕育制得二級鈉基膨潤土； 其中，所述添加劑包括微晶纖維素、鈉鹽修飾的硅膠、膨脹蛭石、硼酸銨、增粘劑和聚丙烯酰胺；所述鈉鹽和所述鈉鹽修飾的硅膠中的鈉鹽各自獨立地選自碳酸鈉、硅酸鈉、氟化鈉、草酸鈉、醋酸鈉、磷酸類鈉鹽、聚丙烯酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、硫代硫酸鈉和纖維素鈉中的一種或多種；所述增粘劑選自氧化鎂和/或氫氧化鎂。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重鈉化方法，其中，在步驟1）中，所述鈣基膨潤土與鈉鹽的重量比為100:2-4。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙重鈉化方法，其中，在步驟1）中，所述鈉化至少滿足以下條件：鈉化溫度為15-35℃，鈉化時間為24-30小時。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重鈉化方法，其中，所述鈉鹽修飾的硅膠中鈉鹽的含量為5-10重量％。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重鈉化方法，其中，所述膨脹蛭石與鈉鹽修飾的硅膠的粒徑各自獨立地不小于200目。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙重鈉化方法，其中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量為400萬-1000萬。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項所述的雙重鈉化方法，其中，相對于100重量份的所述鈉鹽修飾的硅膠，所述微晶纖維素的含量為5-14重量份， 所述膨脹蛭石的含量為40-60重量份，所述硼酸銨的含量為3-8重量份，所述增粘劑的含量為1-5重量份，所述聚丙烯酰胺的含量為2-7重量份。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙重鈉化方法，其中，在步驟2）中，所述一級鈉基膨潤土與添加劑的用量為100:15-50。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的雙重鈉化方法，其中，在步驟2）中，所述孕育至少滿足以下條件：孕育溫度為15-35℃，孕育時間為3-7天。

10.一種鈉基膨潤土，其特征在于，所述鈉基膨潤土通過權(quán)利要求1-9中任意一項所述的方法制備而得。

《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》提供了一種膨潤土的雙重鈉基方法，包括：1）將鈣基膨潤土與鈉鹽混合并鈉化制得一級鈉基膨潤土；2）將一級鈉基膨潤土與添加劑混合并孕育制得二級鈉基膨潤土；其中，添加劑包括微晶纖維素、鈉鹽修飾的硅膠、膨脹蛭石、硼酸銨、增粘劑和聚丙烯酰胺；鈉鹽和鈉鹽修飾的硅膠中的鈉鹽各自獨立地選自碳酸鈉、硅酸鈉、氟化鈉、草酸鈉、醋酸鈉、磷酸類鈉鹽、聚丙烯酸鈉、氫氧化鈉、氯化鈉、硫代硫酸鈉和纖維素鈉中的一種或多種；增粘劑選自氧化鎂和/或氫氧化鎂。在《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》的步驟1）中，各物料的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高一級鈉基膨潤土含鈉量，優(yōu)選地，在步驟1）中，鈣基膨潤土與鈉鹽的重量比為100:2-4。同時，在《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》的步驟1）中，鈉化的具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高一級鈉基膨潤土含鈉量，優(yōu)選地，在步驟1）中，鈉化至少滿足以下條件：鈉化溫度為15-35℃，鈉化時間為24小時-30小時。此外，在《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》的添加劑中，鈉鹽修飾的硅膠中鈉鹽的含量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高二級鈉基膨潤土含鈉量，優(yōu)選地，鈉鹽修飾的硅膠中鈉鹽的含量為5-10重量％。另外，在《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》的添加劑中，膨脹蛭石與鈉鹽修飾的硅膠的粒徑可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了提高膨脹蛭石、鈉鹽修飾的硅膠與一級鈉基膨潤土的接觸面積以提高鈉化程度，優(yōu)選地，膨脹蛭石與鈉鹽修飾的硅膠的粒徑各自獨立地不小于200目。

在《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》的添加劑中，聚丙烯酰胺的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了提高一級鈉基膨潤土的鈉化程度，優(yōu)選地，聚丙烯酰胺的重均分子量為400萬-1000萬。在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，在添加劑中各組分的具體用量也可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高一級鈉基膨潤土的鈉化程度，優(yōu)選地，相對于100重量份的鈉鹽修飾的硅膠，微晶纖維素的含量為5-14重量份，膨脹蛭石的含量為40-60重量份，硼酸銨的含量為3-8重量份，增粘劑的含量為1-5重量份，聚丙烯酰胺的含量為2-7重量份。當然，在步驟2）中，對各原料的具體用量也沒有特別的限定，但是為了使得二級鈉基膨潤土具有更優(yōu)異的吸藍量、吸水率和膠質(zhì)價，優(yōu)選地，在步驟2）中，一級鈉基膨潤土與添加劑的用量為100:15-50。同時，在步驟2）中，孕育的具體條件也可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了進一步提高二級鈉基膨潤土的吸藍量、吸水率和膠質(zhì)價，優(yōu)選地，孕育至少滿足以下條件：孕育溫度為15-35℃，孕育時間為3-7天?！垛c基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》還提供了一種鈉基膨潤土，該鈉基膨潤土通過上述的方法制備而得。以下將通過實施例對《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》進行詳細描述。

以下實施例中，吸藍量、水分和吸水率參數(shù)通過國標GB/T20793-2007記載的方法測得。制備例11）在60℃下，將硅膠浸泡于碳酸鈉水溶液（含有25-30重量％的碳酸鈉）中3.5小時，然后過濾制得鈉鹽修飾的硅膠（經(jīng)稱重法測得鈉鹽修飾的硅膠中含有8重量％的碳酸鈉）；2）將微晶纖維素、鈉鹽修飾的硅膠（粒徑為300目）、膨脹蛭石（粒徑為300目）、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺（重均分子量為700萬）混合制得添加劑A1；其中，鈉鹽修飾的硅膠、微晶纖維素、膨脹蛭石、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺的重量比為100:8:50:6:4:5。制備例21）在50℃下，將硅膠浸泡于碳酸鈉水溶液（含有25重量％的碳酸鈉）中3小時，然后過濾制得鈉鹽修飾的硅膠（經(jīng)稱重法測得鈉鹽修飾的硅膠中含有5重量％的碳酸鈉）；2）將微晶纖維素、鈉鹽修飾的硅膠（粒徑為300目）、膨脹蛭石（粒徑為300目）、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺（重均分子量為400萬）混合制得添加劑A2；其中，鈉鹽修飾的硅膠、微晶纖維素、膨脹蛭石、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺的重量比為100:5:40:3:1:2。制備例31）在70℃下，將硅膠浸泡于碳酸鈉水溶液（含有30重量％的碳酸鈉）中4小時，然后過濾制得鈉鹽修飾的硅膠（經(jīng)稱重法測得鈉鹽修飾的硅膠中含有10重量％的碳酸鈉）；2）將微晶纖維素、鈉鹽修飾的硅膠（粒徑為300目）、膨脹蛭石（粒徑為300目）、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺（重均分子量為1000萬）混合制得添加劑A3；其中，鈉鹽修飾的硅膠、微晶纖維素、膨脹蛭石、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺的重量比為100:14:60:8:5:7。

制備例4按照實施例1的方法進行制得添加劑A4，不同的是，將步驟2）中的碳酸鈉換為硅酸鈉。制備例5按照實施例1的方法進行制得添加劑A5，不同的是，步驟2）中未使用微晶纖維素。制備例6按照實施例1的方法進行制得添加劑A6，不同的是，步驟2）中未使用膨脹蛭石。制備例7按照實施例1的方法進行制得添加劑A7，不同的是，步驟2）中未使用硼酸銨。制備例8按照實施例1的方法進行制得添加劑A8，不同的是，步驟2）中未使用氧化鎂。制備例9按照實施例1的方法進行制得添加劑A9，不同的是，步驟2）中未使用聚丙烯酰胺。制備例10將微晶纖維素、碳酸鈉、硅膠（粒徑為300目）、膨脹蛭石（粒徑為300目）、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺（重均分子量為1000萬）混合制得添加劑A10；其中，硅膠、碳酸鈉、微晶纖維素、膨脹蛭石、硼酸銨、氧化鎂和聚丙烯酰胺的重量比為100:5:14:60:8:5:7。實施例11）在25℃下，將鈣基膨潤土與碳酸鈉混合并鈉基26小時制得一級鈉基膨潤土B1；其中，鈣基膨潤土與碳酸鈉的重量比為100:3。2）在25℃下，將一級鈉基膨潤土鋪平，然后再噴灑添加劑A1進行孕育5天制得二級鈉基膨潤土C1；其中一級鈉基膨潤土與添加劑的重量比為100:15-50。實施例21）在15℃下，將鈣基膨潤土與碳酸鈉混合并鈉基24小時制得一級鈉基膨潤土B2；其中，鈣基膨潤土與碳酸鈉的重量比為100:2。2）在15℃下，將一級鈉基膨潤土鋪平，然后再噴灑添加劑A2進行孕育3天制得二級鈉基膨潤土C2；其中一級鈉基膨潤土與添加劑的重量比為100:15。實施例31）在35℃下，將鈣基膨潤土與碳酸鈉混合并鈉基30小時制得一級鈉基膨潤土B3；其中，鈣基膨潤土與碳酸鈉的重量比為100:4。2）在15-35℃下，將一級鈉基膨潤土鋪平，然后再噴灑添加劑A3進行孕育7天制得二級鈉基膨潤土C3；其中一級鈉基膨潤土與添加劑的重量比為100:50。

實施例4按照實施例1的方法進行制得二級鈉基膨潤土C4，所不同的是在步驟2）中將添加劑A1換成添加劑A4。對比例1按照實施例1的方法進行制得二級鈉基膨潤土C5，所不同的是在步驟2）中將添加劑A1換成添加劑A5。對比例2按照實施例1的方法進行制得二級鈉基膨潤土C6，所不同的是在步驟2）中將添加劑A1換成添加劑A6。對比例3按照實施例1的方法進行制得二級鈉基膨潤土C7，所不同的是在步驟2）中將添加劑A1換成添加劑A7。對比例4按照實施例1的方法進行制得二級鈉基膨潤土C8，所不同的是在步驟2）中將添加劑A1換成添加劑A8。對比例5按照實施例1的方法進行制得二級鈉基膨潤土C9，所不同的是在步驟2）中將添加劑A1換成添加劑A9。對比例6按照實施例1的方法進行制得二級鈉基膨潤土C10，所不同的是在步驟2）中將添加劑A1換成添加劑A10。對比例7在25℃下，將鈣基膨潤土鋪平，然后在噴灑添加劑A1進行孕育5天制得鈉基膨潤土C11；其中鈣基膨潤土與添加劑的重量比為100:15-50。檢測例1按照國標GB/T20793-2007記載的方法測得上述鈉基膨潤土的吸藍量、水分和吸水率，具體結(jié)果見表1。檢測例2將15.00克上述鈣基膨潤土、一級鈉基膨潤土或二級鈉基膨潤土置于已盛有50毫升蒸餾水的100毫升帶塞量筒中，再加蒸餾水至90毫升左右并塞緊塞子搖晃5分鐘，使試樣充分散開與水混勻。打開塞子，加入1.00克氧化鎂，加蒸餾水至刻度，再塞上塞子并搖晃3分鐘。將量筒放置于不受振動的桌面上，靜置24小時，讀出凝膠體界面的刻度值，即為膠質(zhì)價，以毫升/15克表示。

上表中，膨潤土中含鈉量越高，其吸藍量、膠質(zhì)價和吸水率均越高，由上表可知，《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》提供的方法能夠?qū)⑩}基膨潤土充分鈉化以使得的鈉基膨潤土具有優(yōu)異的吸藍量、吸水率和膠質(zhì)價。

2021年8月16日，《鈉基膨潤土以及膨潤土的雙重鈉化方法》獲得安徽省第八屆專利獎優(yōu)秀獎。 2100433B

按膨潤土品種分為人工鈉化膨潤土（A）和天然納基膨潤土（N）。

按制作方法分為針刺法鈉基膨潤土防水毯(代號為GCL-NP)、針刺覆膜法鈉基膨潤土防水毯（代號為GCL-OF）和膠粘法鈉基膨潤土防水毯（代號為GCL-AH）。

規(guī)格

長度：20m、30m等；

寬度：4.5m、5.0m、5.85m等；

單位面積質(zhì)量：4000 g/m、5000 g/m、5500 g/m等。

膨脹倍數(shù)：≥24

剝離強度：≥40

相關(guān)標準

產(chǎn)品執(zhí)行標準：

JG/T 193—2006《鈉基膨潤土防水毯》

設計及施工規(guī)范 JQB-059-2005膨潤土防水毯防水工程設計、施工及驗收規(guī)程

GB50108—2001《地下工程防水技術(shù)規(guī)范》

GB50208—2002《地下防水工程質(zhì)量驗收規(guī)范》

GB50300—2001《建筑工程施工質(zhì)量驗收統(tǒng)一標準》

與相關(guān)產(chǎn)品比較

僅適用于地下防水工程。

以鈉基膨潤土為主要原料，采用針刺法、針刺覆膜法或膠粘法加工制成的毯狀防水材料。鈉基膨潤土又稱之為鈉基蒙脫石，它遇水可以膨脹24倍以上并經(jīng)過針刺工藝形成非常穩(wěn)定的膠狀防水層。具有濾失量低和黏性高的特性。是目前新型、環(huán)保、生態(tài)的防水卷材

鈉基膨潤土復合防水毯(GCL) 是一種新型土工合成材料。它由經(jīng)過級配的天然鈉基膨潤土顆粒和相應的外加劑混合為原材料，經(jīng)針刺工藝及設備，把膨潤土顆粒固定在土工布和塑料編織布之間而制成的毯狀防水卷材。膨潤土防水毯既具有土工材料的全部特性，又具有優(yōu)異的防水（滲）性能。

防水機理為：膨潤土防水毯所選用的鈉基粒子膨潤土遇水可膨脹24倍以上，使其形成均勻的黏性高且濾失量低的膠體系統(tǒng)，在兩層土工布限制作用下，使膨潤土從無序變?yōu)橛行虻呐蛎?，持續(xù)的吸水膨脹結(jié)果是讓膨潤土層自身達到密實，從而具有防水作用

膨潤土防水毯按生產(chǎn)工藝可分為：針刺法鈉基膨潤土防水毯、針刺覆膜法鈉基膨潤土防水毯以及膠粘法鈉基膨潤土防水毯。

針刺覆膜法鈉基膨潤土防水毯，是在針刺鈉基膨潤土防水毯的非織造土工布的外表面上復合一層高密度聚乙烯土工膜。

膠粘法鈉基膨潤土防水毯，是用膠粘劑把膨潤土顆粒粘結(jié)到高密度聚乙烯板上，壓縮生產(chǎn)的一種鈉基膨潤土防水毯

鈉基膨潤土防水毯作為一種新型環(huán)保生態(tài)復合防滲材料，以其獨特的防滲漏性能已在水利、環(huán)保、交通、鐵道、民航等土木工程中得到廣泛使用。垃圾填埋場的基礎(chǔ)處理和封頂，人工湖、水庫、渠道、河流、屋頂花園的防滲，地下室、地鐵、隧道、地下通道等名類地下建筑物的防滲。

密實性

鈉基膨潤土在水壓狀態(tài)下形成高密度橫隔膜，厚度約3mm時，它的透水性為&×10ˉ11m/sec以下，相當于100倍的30cm厚度粘土的密實度，具有很強的自保水性能。

具有永久的防水性能

因為鈉基膨潤土系天然無機材料，即使經(jīng)過很長時間或周圍環(huán)境發(fā)生變化，也不會發(fā)生老化或腐蝕現(xiàn)象,因此防水性能持久。

施工簡便 工期短

和其他防水材料比較，施工相對比較簡單，不需要加熱和粘貼。只需用膨潤土粉末和釘子、墊圈等進行連接和固定。施工后不需要特別的檢查，如果發(fā)現(xiàn)防水缺陷也容易維修。GCL是現(xiàn)有防水材料中施工工期最短的。

不受氣溫影響

在寒冷氣候條件下也不會脆斷。

一體化

防水材料和對象的一體化：鈉基膨潤土遇水時，具有20—28倍的膨脹能力，即使混凝土結(jié)構(gòu)物發(fā)生震動和沉降，GCL內(nèi)的膨潤土也能修補2mm以內(nèi)混凝土表面的裂紋。

綠色環(huán)保

膨潤土為天然無機材料，對人體無害無毒，對環(huán)境沒有特別的影響，具有良好的環(huán)保性能。