钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法发明内容

钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法专利目的

《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》的目的是提供一种钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法，该方法能够将钙基膨润土充分钠化成钠基膨润土，并且该钠基膨润土具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价，另外，该方法步骤简单，原料易得。

钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法技术方案

《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》提供了一种膨润土的双重钠基方法，包括：1）将钙基膨润土与钠盐混合并钠化制得一级钠基膨润土；2）将一级钠基膨润土与添加剂混合并孕育制得二级钠基膨润土；其中，添加剂包括微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；钠盐和钠盐修饰的硅胶中的钠盐各自独立地选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》还提供了一种钠基膨润土，该钠基膨润土通过上述的方法制备而得。通过上述技术方案，《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》提供的方法首先将钙基膨润土与钠盐进行一级钠化制得一级钠基膨润土，然后将一级钠基膨润土与添加剂进行二级钠化制得二级钠基膨润土。通过两步双重钠化的方法以提高钙基膨润土的钠化程度，并且添加剂中含有微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺，通过各组分之间的协同作用能够加大地提高钙基膨润土的钠化效果，制备出具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价的钠基膨润土。

膨润土是一种黏土岩、亦称蒙脱石，具有很强的吸湿性（能吸附相当于自身体积8-20倍的水而膨胀至30倍）、在水介质中能分散呈胶体悬浮液，并具有一定的粘滞性、触变性和润滑性，它和泥沙等的掺和物具有可塑性和粘结性，有较强的阳离子交换能力和吸附能力。因此，膨润土广泛应用于工业生产中，如钻井泥浆、铁矿球团和铸造三大行业；当然膨润土也可以能够应用于日常生活中，如膨润土猫砂、膨润土空气净化器和膨润土营养陶粒。膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的非金属矿产，蒙脱石结构是由两个硅氧四面体夹一层铝氧八面体组成的2:1型晶体结构，由于蒙脱石晶胞形成的层状结构存在某些阳离子，如Cu、Mg、Na、K等，但这些阳离子与蒙脱石晶胞的作用很不牢固，易被其它阳离子交换。从膨润土的层间阳离子种类决定膨润土的类型，层间阳离子为Na 时称钠基膨润土，层间阳离子为Ca 时称钙基膨润土，钠质蒙脱石（或钠膨润土）的性质比钙质的好，如更高的吸水率，更强的粘结性和更好的胶体性能等。截至2015年6月，主要采用人工钠基工艺将钙基膨润土改性为钠基膨润土。钠基剂可以是Na2CO3、NaF和Na₂SO₄等，但从经济上考虑，Na₂CO₃是最好的钠基剂。钠基过程中，膨润土与Na₂CO₃发生反应形成的CaCO₃不溶于水，促进了反应向右进行，形成了钠基膨润土，但是，由于Ca2 电势较强，膨润土有优先吸附Ca2 能力，因此，上面的反应是可逆的，不可能达到100％的钠基，进而导致了钠基不均匀和钠基效果不充分的缺陷。

《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》涉及钠基膨润土，具体地，涉及一种钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法。

1.《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》特征在于，包括： 1）将钙基膨润土与钠盐混合并钠化制得一级钠基膨润土； 2）将一级钠基膨润土与添加剂混合并孕育制得二级钠基膨润土； 其中，所述添加剂包括微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；所述钠盐和所述钠盐修饰的硅胶中的钠盐各自独立地选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；所述增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。

2.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，在步骤1）中，所述钙基膨润土与钠盐的重量比为100:2-4。

3.根据权利要求2所述的双重钠化方法，其中，在步骤1）中，所述钠化至少满足以下条件：钠化温度为15-35℃，钠化时间为24-30小时。

4.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，所述钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量为5-10重量％。

5.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，所述膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。

6.根据权利要求1所述的双重钠化方法，其中，所述聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。

7.根据权利要求1-6中任意一项所述的双重钠化方法，其中，相对于100重量份的所述钠盐修饰的硅胶，所述微晶纤维素的含量为5-14重量份， 所述膨胀蛭石的含量为40-60重量份，所述硼酸铵的含量为3-8重量份，所述增粘剂的含量为1-5重量份，所述聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。

8.根据权利要求7所述的双重钠化方法，其中，在步骤2）中，所述一级钠基膨润土与添加剂的用量为100:15-50。

9.根据权利要求7所述的双重钠化方法，其中，在步骤2）中，所述孕育至少满足以下条件：孕育温度为15-35℃，孕育时间为3-7天。

10.一种钠基膨润土，其特征在于，所述钠基膨润土通过权利要求1-9中任意一项所述的方法制备而得。

《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》提供了一种膨润土的双重钠基方法，包括：1）将钙基膨润土与钠盐混合并钠化制得一级钠基膨润土；2）将一级钠基膨润土与添加剂混合并孕育制得二级钠基膨润土；其中，添加剂包括微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶、膨胀蛭石、硼酸铵、增粘剂和聚丙烯酰胺；钠盐和钠盐修饰的硅胶中的钠盐各自独立地选自碳酸钠、硅酸钠、氟化钠、草酸钠、醋酸钠、磷酸类钠盐、聚丙烯酸钠、氢氧化钠、氯化钠、硫代硫酸钠和纤维素钠中的一种或多种；增粘剂选自氧化镁和/或氢氧化镁。在《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》的步骤1）中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高一级钠基膨润土含钠量，优选地，在步骤1）中，钙基膨润土与钠盐的重量比为100:2-4。同时，在《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》的步骤1）中，钠化的具体条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高一级钠基膨润土含钠量，优选地，在步骤1）中，钠化至少满足以下条件：钠化温度为15-35℃，钠化时间为24小时-30小时。此外，在《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》的添加剂中，钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高二级钠基膨润土含钠量，优选地，钠盐修饰的硅胶中钠盐的含量为5-10重量％。另外，在《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》的添加剂中，膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径可以在宽的范围内选择，但是为了提高膨胀蛭石、钠盐修饰的硅胶与一级钠基膨润土的接触面积以提高钠化程度，优选地，膨胀蛭石与钠盐修饰的硅胶的粒径各自独立地不小于200目。

在《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》的添加剂中，聚丙烯酰胺的具体种类可以在宽的范围内选择，但是为了提高一级钠基膨润土的钠化程度，优选地，聚丙烯酰胺的重均分子量为400万-1000万。在上述内容的基础上，在添加剂中各组分的具体用量也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高一级钠基膨润土的钠化程度，优选地，相对于100重量份的钠盐修饰的硅胶，微晶纤维素的含量为5-14重量份，膨胀蛭石的含量为40-60重量份，硼酸铵的含量为3-8重量份，增粘剂的含量为1-5重量份，聚丙烯酰胺的含量为2-7重量份。当然，在步骤2）中，对各原料的具体用量也没有特别的限定，但是为了使得二级钠基膨润土具有更优异的吸蓝量、吸水率和胶质价，优选地，在步骤2）中，一级钠基膨润土与添加剂的用量为100:15-50。同时，在步骤2）中，孕育的具体条件也可以在宽的范围内选择，但是为了进一步提高二级钠基膨润土的吸蓝量、吸水率和胶质价，优选地，孕育至少满足以下条件：孕育温度为15-35℃，孕育时间为3-7天。《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》还提供了一种钠基膨润土，该钠基膨润土通过上述的方法制备而得。以下将通过实施例对《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》进行详细描述。

以下实施例中，吸蓝量、水分和吸水率参数通过国标GB/T20793-2007记载的方法测得。制备例11）在60℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液（含有25-30重量％的碳酸钠）中3.5小时，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶（经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有8重量％的碳酸钠）；2）将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶（粒径为300目）、膨胀蛭石（粒径为300目）、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺（重均分子量为700万）混合制得添加剂A1；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100:8:50:6:4:5。制备例21）在50℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液（含有25重量％的碳酸钠）中3小时，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶（经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有5重量％的碳酸钠）；2）将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶（粒径为300目）、膨胀蛭石（粒径为300目）、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺（重均分子量为400万）混合制得添加剂A2；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100:5:40:3:1:2。制备例31）在70℃下，将硅胶浸泡于碳酸钠水溶液（含有30重量％的碳酸钠）中4小时，然后过滤制得钠盐修饰的硅胶（经称重法测得钠盐修饰的硅胶中含有10重量％的碳酸钠）；2）将微晶纤维素、钠盐修饰的硅胶（粒径为300目）、膨胀蛭石（粒径为300目）、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺（重均分子量为1000万）混合制得添加剂A3；其中，钠盐修饰的硅胶、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100:14:60:8:5:7。

制备例4按照实施例1的方法进行制得添加剂A4，不同的是，将步骤2）中的碳酸钠换为硅酸钠。制备例5按照实施例1的方法进行制得添加剂A5，不同的是，步骤2）中未使用微晶纤维素。制备例6按照实施例1的方法进行制得添加剂A6，不同的是，步骤2）中未使用膨胀蛭石。制备例7按照实施例1的方法进行制得添加剂A7，不同的是，步骤2）中未使用硼酸铵。制备例8按照实施例1的方法进行制得添加剂A8，不同的是，步骤2）中未使用氧化镁。制备例9按照实施例1的方法进行制得添加剂A9，不同的是，步骤2）中未使用聚丙烯酰胺。制备例10将微晶纤维素、碳酸钠、硅胶（粒径为300目）、膨胀蛭石（粒径为300目）、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺（重均分子量为1000万）混合制得添加剂A10；其中，硅胶、碳酸钠、微晶纤维素、膨胀蛭石、硼酸铵、氧化镁和聚丙烯酰胺的重量比为100:5:14:60:8:5:7。实施例11）在25℃下，将钙基膨润土与碳酸钠混合并钠基26小时制得一级钠基膨润土B1；其中，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为100:3。2）在25℃下，将一级钠基膨润土铺平，然后再喷洒添加剂A1进行孕育5天制得二级钠基膨润土C1；其中一级钠基膨润土与添加剂的重量比为100:15-50。实施例21）在15℃下，将钙基膨润土与碳酸钠混合并钠基24小时制得一级钠基膨润土B2；其中，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为100:2。2）在15℃下，将一级钠基膨润土铺平，然后再喷洒添加剂A2进行孕育3天制得二级钠基膨润土C2；其中一级钠基膨润土与添加剂的重量比为100:15。实施例31）在35℃下，将钙基膨润土与碳酸钠混合并钠基30小时制得一级钠基膨润土B3；其中，钙基膨润土与碳酸钠的重量比为100:4。2）在15-35℃下，将一级钠基膨润土铺平，然后再喷洒添加剂A3进行孕育7天制得二级钠基膨润土C3；其中一级钠基膨润土与添加剂的重量比为100:50。

实施例4按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C4，所不同的是在步骤2）中将添加剂A1换成添加剂A4。对比例1按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C5，所不同的是在步骤2）中将添加剂A1换成添加剂A5。对比例2按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C6，所不同的是在步骤2）中将添加剂A1换成添加剂A6。对比例3按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C7，所不同的是在步骤2）中将添加剂A1换成添加剂A7。对比例4按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C8，所不同的是在步骤2）中将添加剂A1换成添加剂A8。对比例5按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C9，所不同的是在步骤2）中将添加剂A1换成添加剂A9。对比例6按照实施例1的方法进行制得二级钠基膨润土C10，所不同的是在步骤2）中将添加剂A1换成添加剂A10。对比例7在25℃下，将钙基膨润土铺平，然后在喷洒添加剂A1进行孕育5天制得钠基膨润土C11；其中钙基膨润土与添加剂的重量比为100:15-50。检测例1按照国标GB/T20793-2007记载的方法测得上述钠基膨润土的吸蓝量、水分和吸水率，具体结果见表1。检测例2将15.00克上述钙基膨润土、一级钠基膨润土或二级钠基膨润土置于已盛有50毫升蒸馏水的100毫升带塞量筒中，再加蒸馏水至90毫升左右并塞紧塞子摇晃5分钟，使试样充分散开与水混匀。打开塞子，加入1.00克氧化镁，加蒸馏水至刻度，再塞上塞子并摇晃3分钟。将量筒放置于不受振动的桌面上，静置24小时，读出凝胶体界面的刻度值，即为胶质价，以毫升/15克表示。

上表中，膨润土中含钠量越高，其吸蓝量、胶质价和吸水率均越高，由上表可知，《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》提供的方法能够将钙基膨润土充分钠化以使得的钠基膨润土具有优异的吸蓝量、吸水率和胶质价。

2021年8月16日，《钠基膨润土以及膨润土的双重钠化方法》获得安徽省第八届专利奖优秀奖。 2100433B

按膨润土品种分为人工钠化膨润土（A）和天然纳基膨润土（N）。

按制作方法分为针刺法钠基膨润土防水毯(代号为GCL-NP)、针刺覆膜法钠基膨润土防水毯（代号为GCL-OF）和胶粘法钠基膨润土防水毯（代号为GCL-AH）。

规格

长度：20m、30m等；

宽度：4.5m、5.0m、5.85m等；

单位面积质量：4000 g/m、5000 g/m、5500 g/m等。

膨胀倍数：≥24

剥离强度：≥40

相关标准

产品执行标准：

JG/T 193—2006《钠基膨润土防水毯》

设计及施工规范 JQB-059-2005膨润土防水毯防水工程设计、施工及验收规程

GB50108—2001《地下工程防水技术规范》

GB50208—2002《地下防水工程质量验收规范》

GB50300—2001《建筑工程施工质量验收统一标准》

与相关产品比较

仅适用于地下防水工程。

以钠基膨润土为主要原料，采用针刺法、针刺覆膜法或胶粘法加工制成的毯状防水材料。钠基膨润土又称之为钠基蒙脱石，它遇水可以膨胀24倍以上并经过针刺工艺形成非常稳定的胶状防水层。具有滤失量低和黏性高的特性。是目前新型、环保、生态的防水卷材

钠基膨润土复合防水毯(GCL) 是一种新型土工合成材料。它由经过级配的天然钠基膨润土颗粒和相应的外加剂混合为原材料，经针刺工艺及设备，把膨润土颗粒固定在土工布和塑料编织布之间而制成的毯状防水卷材。膨润土防水毯既具有土工材料的全部特性，又具有优异的防水（渗）性能。

防水机理为：膨润土防水毯所选用的钠基粒子膨润土遇水可膨胀24倍以上，使其形成均匀的黏性高且滤失量低的胶体系统，在两层土工布限制作用下，使膨润土从无序变为有序的膨胀，持续的吸水膨胀结果是让膨润土层自身达到密实，从而具有防水作用

膨润土防水毯按生产工艺可分为：针刺法钠基膨润土防水毯、针刺覆膜法钠基膨润土防水毯以及胶粘法钠基膨润土防水毯。

针刺覆膜法钠基膨润土防水毯，是在针刺钠基膨润土防水毯的非织造土工布的外表面上复合一层高密度聚乙烯土工膜。

胶粘法钠基膨润土防水毯，是用胶粘剂把膨润土颗粒粘结到高密度聚乙烯板上，压缩生产的一种钠基膨润土防水毯

钠基膨润土防水毯作为一种新型环保生态复合防渗材料，以其独特的防渗漏性能已在水利、环保、交通、铁道、民航等土木工程中得到广泛使用。垃圾填埋场的基础处理和封顶，人工湖、水库、渠道、河流、屋顶花园的防渗，地下室、地铁、隧道、地下通道等名类地下建筑物的防渗。

密实性

钠基膨润土在水压状态下形成高密度横隔膜，厚度约3mm时，它的透水性为&×10ˉ11m/sec以下，相当于100倍的30cm厚度粘土的密实度，具有很强的自保水性能。

具有永久的防水性能

因为钠基膨润土系天然无机材料，即使经过很长时间或周围环境发生变化，也不会发生老化或腐蚀现象,因此防水性能持久。

施工简便 工期短

和其他防水材料比较，施工相对比较简单，不需要加热和粘贴。只需用膨润土粉末和钉子、垫圈等进行连接和固定。施工后不需要特别的检查，如果发现防水缺陷也容易维修。GCL是现有防水材料中施工工期最短的。

不受气温影响

在寒冷气候条件下也不会脆断。

一体化

防水材料和对象的一体化：钠基膨润土遇水时，具有20—28倍的膨胀能力，即使混凝土结构物发生震动和沉降，GCL内的膨润土也能修补2mm以内混凝土表面的裂纹。

绿色环保

膨润土为天然无机材料，对人体无害无毒，对环境没有特别的影响，具有良好的环保性能。