專利名稱：堵水裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉一種具有改進的機械強度和水密性的堵水袋。
受暴雨和潮水威脅的堤防一般采用例如沙袋形式的堵水裝置保護。這些沙袋一般由裝填有沙子的不腐爛的聚酯材料構成。沙袋用來保護大面積滲透的堤防、建造內坡圍堰或在堤防突然破裂的情況下建造應急壩。沙袋的堆砌最初建立了一個機械性能堅固的防水屏障。但是，由于沙袋不是水密性系統，長時間暴露在水中水會滲入沙袋。這一過程導致了沙袋和沙袋壩的兩個不利的性能特點，即由于水通過多孔系統的遷移逐漸增強而造成的屏障作用的逐漸降低和機械強度的逐漸降低，所以沙袋可能被波浪作用或快速水流沖刷掉。
因此需要可建造出具有高水密性和機械強度的堤壩的沙袋。
為此目的，已經有若干現有技術對沙袋提出了改進。EP0131312描述了填有沙子和高吸水性聚合物混合物的沙袋。聚合物與沙子的重量比是2∶1-10∶1，優選使用基于(甲基)丙烯酸的交聯聚合物。充填量僅約為袋體積的10％，以便為聚合物在水中的膨脹提供足夠的可用空間。這些沙袋的優點是它們固有的持水能力、它們的低重量(暴露于水之前)和它們膨脹后對水的密封性的提高。
JP-08060633描述了相似的沙袋。它們的吸水材料是基于N-乙烯基乙酰胺的交聯聚合物。EP0072569公開了充填沙袋用的組合物，含有不溶于水的無機粉末(鎂和鈣的碳酸鹽，硅酸鈣等)和吸水性聚合物，吸水性聚合物含有至少40％(重量)的含羧基單體并與聚胺例如聚乙烯亞胺交聯。
JP-92023926介紹了充填吸水性聚合物與(無機或有機)纖維混合物的沙袋。
還有一些只含有吸水性聚合物、完全省卻無機成分如沙子的砂袋。JP-5918969描述了基于交聯聚(甲基)丙烯酸聚合物的這種系統。EP0368107推薦交聯聚丙烯酸、異丁烯-馬來酸共聚物和水解聚丙烯腈，其中每一種都用淀粉接枝。這種無沙沙袋優于沙袋的優點是重量低和吸水能力高。但是，用無沙袋建造的應急壩的機械強度比較低。WO95/21876描述了用吸水性共聚物作為沙袋的填充材料。該共聚物由(1)N-異丙基丙烯酰胺或二乙基丙烯酰胺，(2)丙烯酸或它的堿金屬鹽，(3)二丙酮丙烯酰胺或丙烯酰胺和(4)交聯劑組成。這些聚合物的優點在于在較高的溫度下釋放所吸收水分的能力，這使得沙袋在某種程度上能重復使用。
用吸水性聚合物作沙袋填料暫時提高了沙袋的屏障效果，這是由于沙袋自身具有的吸水能力并且內容物的膨脹提高了緊密性。然而，膨脹并沒有增強沙袋間的機械附著力，所以波浪和水流作用可導致沙袋壩的倒塌。
本發明的目的是提供一種具有改進的水密性和優越機械附著力的堵水裝置。
我們發現，使用沙子和可再分散的聚合物分散粉末以及有或沒有其它材料的混合物充填沙袋可令人驚奇的達到上述目的，因為這大大提高了沙袋的水密性和機械附著力。
因而，本發明提供一種堵水裝置，該裝置包含一個至少部分透水的隔層材料，其中裝填沙子和不溶于水的玻璃化轉變溫度低于50℃的合成聚合物粉末的混合物。
隨著水滲入沙袋的內部，聚合物粉末重新分散并逐漸成膜。形成的膜導致聚合物-沙子結構對水的密閉性增強。與此同時，各個沙袋逐漸結合在一起，結果得到高機械強度的沙袋壩。
聚合物的玻璃化轉變溫度優選在-50℃-+30℃的范圍，特別優選在-40℃-+20℃的范圍。
依照Fox公式[T.G.Fox，Bull.Amer.Physic.Soc.(Ser.II)1，123(1956)]，通過選擇適當的單體類型和數量可以得到需要的玻璃化轉變溫度Tg，據此，通過下式可以得到共聚物的玻璃化轉變溫度Tg非常近似的值1Tg=X1Tg1+X2Tg2+.....+XsTgs]]>
式中，X1、X2…Xs是單體的質量份數，Tg1、Tg2…Tgs是與單體1、2…s相對應的齊聚物的開爾文(KELVIN)玻璃化轉變溫度。
聚合物可以是滿足Tg＜+50℃條件的任何不溶于水的合成聚合物。優選的是由聚合物水分散體得到的可再分散的聚合物粉末。這種聚合物粉末的獲得方法為本領域技術人員所熟悉。例如，可以通過噴霧干燥或冷凍干燥的方式得到這種聚合物粉末。
對本發明有用的聚合物優選從下列至少一種單體聚合-α，β-烯屬不飽和C3-C6-一元羧酸或C4-C8二元羧酸與C1-C8烷醇的酯。優選丙烯酸或甲基丙烯酸的酯，例如(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸正丁酯、(甲基)丙烯酸叔丁酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己酯等；-芳族乙烯基化合物，如苯乙烯、4-氯苯乙烯、2-甲基苯乙烯等；-脂族羧酸的乙烯酯，如乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、月桂酸乙烯酯、硬脂酸乙烯酯、Versatic酸(商)的乙烯酯等；-烯烴，如乙烯或丙烯；-共軛二烯烴，如丁二烯或異戊二烯；-丙烯腈或甲基丙烯腈；-氯乙烯或1，1-二氯乙烯。
優選地，所述聚合物還可以含有5％(重量)、優選0.1-4％(重量)的α，β-烯屬不飽和C3-C6-一元羧酸的共聚物，優選以共聚形式的丙烯酸或甲基丙烯酸。
更優選地，所述聚合物是(甲基)丙烯酸酯的齊聚物或共聚物，至少一種(甲基)丙烯酸酯與苯乙烯的共聚物，丁二烯與苯乙烯的共聚物或乙酸乙烯酯與乙烯的共聚物。所用的(甲基)丙烯酸酯特別優選甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸2-乙基己酯。
優選地，以沙子用量為基準，所述堵水裝置含有≤20％(重量)、優選2-15％(重量)的聚合物粉末。
不僅使用聚合物粉末，還可以使用其它添加劑充填上述堵水裝置。如先有技術所述，使用吸水性聚合物例如超吸水劑，或使用保水材料例如聚乙烯醇，樹膠如黃原膠或纖維素衍生物，特別是纖維素醚(包括羧甲基纖維素，甲基纖維素)和淀粉是有利的。這些添加劑的用量優選為沙子用量的0.5-10％(重量)。它們改善了聚合物分散體粉末的薄膜形成，為該堵水裝置建造的壩提供了優越的水密性和強度。
上述至少部分透水的隔層材料一般是可腐爛或不腐爛的天然或人造纖維織物，例如聚酯。隔層材料可以呈各種形狀，例如管狀，特別是袋狀。
堵水裝置可以方便地分兩步生產。第一，沙子、聚合物分散體粉末和其它任何添加劑加在一起攪拌以形成均勻的散裝材料。接著填充堵水裝置。上述散裝材料優選儲存在干燥空氣中，這樣可以避免聚合物過早形成薄膜，成膜過早會導致材料結塊。為了能使上述材料在潮濕空氣中儲存一定時間，添加吸水性聚合物是有利的。
本發明對上面定義的聚合物粉末還提供了改善堵水設施、特別是沙袋的機械強度和水密性的用途。本發明進一步提供了改善堵水設施、特別是沙袋的機械強度和水密性的方法，包括提供一種沙子與上面定義的聚合物粉末的混合物，將混合物填入至少部分透水的隔層材料，并以合適的方式排列堵水裝置，例如通過堆砌形成一個抵抗水作用的屏障。
下面的實施例用于說明本發明。
實施例用下列組分制備混合物-DIN EN196標準砂1-Acronal S 430 P，一種由BASF公司提供的、基于苯乙烯-丙烯酸正丁酯共聚物的可再分散聚合物分散體粉末，玻璃化轉變溫度Tg＝-15℃，最低成膜溫度為0℃。
-Vinnapas RE 545 Z，一種由Wacker公司提供的、基于乙烯-乙酸乙烯酯共聚物的可再分散聚合物分散體粉末，最低成膜溫度為0℃(玻璃化轉變溫度-5℃)。
-Aqualic CA L 400，一種由BASF公司提供的、基于部分交聯聚丙烯酸(鈉鹽)的吸水性聚合物。
表1給出了制備的混合物的組成表1聚合物-沙子混合物的組成
從對水的屏障作用和暴露在水中的機械強度兩方面對這些混合物進行測試。
(a)對水的屏障作用將每種混合物裝入2000毫升的玻璃量筒中至1500毫升刻度，用人工拍打、搗固和擠壓的方法密實。接著用500毫升完全去離子水覆蓋砂柱，為了使水遷移更明顯水里預先滴入幾滴溴百里酚藍。測量水滲透砂柱到達量筒底部的時間。為了提高精度，每個實驗重復5次。
(b)暴露于水的機械強度對于每種混合物，分別向10個、規格為8×5cm2的矩形聚酯編織袋中裝入200g混合物，并堆砌在一個金屬碗內。然后用完全去離子水覆蓋該堆2小時(高出表面2cm的水柱)。倒掉水后，在室溫干燥2小時，然后從非常高附著力(簡單拖拉不可能分開)到非常低附著力(袋之間不存在附著力)的范圍內標定袋的機械附著力。結果列于表2。
很顯然，包含聚合物分散體粉末的沙填料大大增強了對水的水密性。與對比樣品C-1(未加聚合物)相比，添加10％(重量)聚合物后，水遷移時間增加了10倍以上。此外，聚合物粉末成膜的結果顯然使各個沙袋凝結成塊(需要的)。僅充填沙子(對比樣品C-1)的沙袋暴露在水后顯示沒有機械附著力，添加70％(重量)吸水性聚合物的樣品(根據EP0 131 312的對比樣品C-2)也顯示沒有機械附著力。與此類似，僅填充聚合物(根據JP-5918969的對比樣品C-3)暴露在水后也顯示沒有機械附著力。
表2聚合物-沙子混合物的水密性和機械強度
權利要求
1.一種堵水袋裝置，包括至少部分透水的隔層材料，其中裝填沙子和不溶于水的玻璃化轉變溫度低于50℃的合成聚合物粉末的混合物。
2.權利要求1的裝置，其中聚合物的玻璃化轉變溫度為-50℃-+30℃。
3.權利要求2的裝置，其中聚合物的玻璃化轉變溫度為-40℃-+20℃。
4.上述任一權利要求的裝置，其中的聚合物選自(甲基)丙烯酸酯聚合物，苯乙烯-(甲基)丙烯酸酯共聚物，苯乙烯-丁二烯共聚物和乙烯-乙酸乙烯酯共聚物。
5.上述任一權利要求的裝置，其中聚合物粉末的存在量，基于沙子的用量，為低于20％(重量)。
6.權利要求5的裝置，其中聚合物粉末的存在量為沙子重量的2％-15％(重量)。
7.上述任一權利要求的裝置，其中還包括超吸收劑聚合物。
8.上述任一權利要求的裝置，其中還包括選自聚乙烯醇、黃原膠、淀粉和纖維素衍生物的保水材料。
9.權利要求7或8的裝置，其中超吸水劑聚合物和/或保水材料在各種情況下的存在量最高為沙子重量的10％。
10.使用權利要求1-9定義的聚合物粉末提高堵水袋、特別是沙袋機械強度和水密性的方法。
全文摘要
公開了一種堵水袋裝置，包括至少部分透水的隔層材料，其中裝填沙子和不溶于水的玻璃化轉變溫度低于50℃的合成聚合物粉末的混合物。它具有改進的機械強度和水密性。
文檔編號B01J20/28GK1409652SQ00817103
公開日2003年4月9日 申請日期2000年12月22日 優先權日1999年12月23日
發明者S·德雷埃爾, J·帕庫施, M·桑多爾 申請人:巴斯福股份公司