专利名称：堵水装置的制作方法
技术领域：
本发明涉一种具有改进的机械强度和水密性的堵水袋。
受暴雨和潮水威胁的堤防一般采用例如沙袋形式的堵水装置保护。这些沙袋一般由装填有沙子的不腐烂的聚酯材料构成。沙袋用来保护大面积渗透的堤防、建造内坡围堰或在堤防突然破裂的情况下建造应急坝。沙袋的堆砌最初建立了一个机械性能坚固的防水屏障。但是，由于沙袋不是水密性系统，长时间暴露在水中水会渗入沙袋。这一过程导致了沙袋和沙袋坝的两个不利的性能特点，即由于水通过多孔系统的迁移逐渐增强而造成的屏障作用的逐渐降低和机械强度的逐渐降低，所以沙袋可能被波浪作用或快速水流冲刷掉。
因此需要可建造出具有高水密性和机械强度的堤坝的沙袋。
为此目的，已经有若干现有技术对沙袋提出了改进。EP0131312描述了填有沙子和高吸水性聚合物混合物的沙袋。聚合物与沙子的重量比是2∶1-10∶1，优选使用基于(甲基)丙烯酸的交联聚合物。充填量仅约为袋体积的10％，以便为聚合物在水中的膨胀提供足够的可用空间。这些沙袋的优点是它们固有的持水能力、它们的低重量(暴露于水之前)和它们膨胀后对水的密封性的提高。
JP-08060633描述了相似的沙袋。它们的吸水材料是基于N-乙烯基乙酰胺的交联聚合物。EP0072569公开了充填沙袋用的组合物，含有不溶于水的无机粉末(镁和钙的碳酸盐，硅酸钙等)和吸水性聚合物，吸水性聚合物含有至少40％(重量)的含羧基单体并与聚胺例如聚乙烯亚胺交联。
JP-92023926介绍了充填吸水性聚合物与(无机或有机)纤维混合物的沙袋。
还有一些只含有吸水性聚合物、完全省却无机成分如沙子的砂袋。JP-5918969描述了基于交联聚(甲基)丙烯酸聚合物的这种系统。EP0368107推荐交联聚丙烯酸、异丁烯-马来酸共聚物和水解聚丙烯腈，其中每一种都用淀粉接枝。这种无沙沙袋优于沙袋的优点是重量低和吸水能力高。但是，用无沙袋建造的应急坝的机械强度比较低。WO95/21876描述了用吸水性共聚物作为沙袋的填充材料。该共聚物由(1)N-异丙基丙烯酰胺或二乙基丙烯酰胺，(2)丙烯酸或它的碱金属盐，(3)二丙酮丙烯酰胺或丙烯酰胺和(4)交联剂组成。这些聚合物的优点在于在较高的温度下释放所吸收水分的能力，这使得沙袋在某种程度上能重复使用。
用吸水性聚合物作沙袋填料暂时提高了沙袋的屏障效果，这是由于沙袋自身具有的吸水能力并且内容物的膨胀提高了紧密性。然而，膨胀并没有增强沙袋间的机械附着力，所以波浪和水流作用可导致沙袋坝的倒塌。
本发明的目的是提供一种具有改进的水密性和优越机械附着力的堵水装置。
我们发现，使用沙子和可再分散的聚合物分散粉末以及有或没有其它材料的混合物充填沙袋可令人惊奇的达到上述目的，因为这大大提高了沙袋的水密性和机械附着力。
因而，本发明提供一种堵水装置，该装置包含一个至少部分透水的隔层材料，其中装填沙子和不溶于水的玻璃化转变温度低于50℃的合成聚合物粉末的混合物。
随着水渗入沙袋的内部，聚合物粉末重新分散并逐渐成膜。形成的膜导致聚合物-沙子结构对水的密闭性增强。与此同时，各个沙袋逐渐结合在一起，结果得到高机械强度的沙袋坝。
聚合物的玻璃化转变温度优选在-50℃-+30℃的范围，特别优选在-40℃-+20℃的范围。
依照Fox公式[T.G.Fox，Bull.Amer.Physic.Soc.(Ser.II)1，123(1956)]，通过选择适当的单体类型和数量可以得到需要的玻璃化转变温度Tg，据此，通过下式可以得到共聚物的玻璃化转变温度Tg非常近似的值1Tg=X1Tg1+X2Tg2+.....+XsTgs]]>
式中，X1、X2…Xs是单体的质量份数，Tg1、Tg2…Tgs是与单体1、2…s相对应的齐聚物的开尔文(KELVIN)玻璃化转变温度。
聚合物可以是满足Tg＜+50℃条件的任何不溶于水的合成聚合物。优选的是由聚合物水分散体得到的可再分散的聚合物粉末。这种聚合物粉末的获得方法为本领域技术人员所熟悉。例如，可以通过喷雾干燥或冷冻干燥的方式得到这种聚合物粉末。
对本发明有用的聚合物优选从下列至少一种单体聚合-α，β-烯属不饱和C3-C6-一元羧酸或C4-C8二元羧酸与C1-C8烷醇的酯。优选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；-烯烃，如乙烯或丙烯；-共轭二烯烃，如丁二烯或异戊二烯；-丙烯腈或甲基丙烯腈；-氯乙烯或1，1-二氯乙烯。
优选地，所述聚合物还可以含有5％(重量)、优选0.1-4％(重量)的α，β-烯属不饱和C3-C6-一元羧酸的共聚物，优选以共聚形式的丙烯酸或甲基丙烯酸。
更优选地，所述聚合物是(甲基)丙烯酸酯的齐聚物或共聚物，至少一种(甲基)丙烯酸酯与苯乙烯的共聚物，丁二烯与苯乙烯的共聚物或乙酸乙烯酯与乙烯的共聚物。所用的(甲基)丙烯酸酯特别优选甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯或丙烯酸2-乙基己酯。
优选地，以沙子用量为基准，所述堵水装置含有≤20％(重量)、优选2-15％(重量)的聚合物粉末。
不仅使用聚合物粉末，还可以使用其它添加剂充填上述堵水装置。如先有技术所述，使用吸水性聚合物例如超吸水剂，或使用保水材料例如聚乙烯醇，树胶如黄原胶或纤维素衍生物，特别是纤维素醚(包括羧甲基纤维素，甲基纤维素)和淀粉是有利的。这些添加剂的用量优选为沙子用量的0.5-10％(重量)。它们改善了聚合物分散体粉末的薄膜形成，为该堵水装置建造的坝提供了优越的水密性和强度。
上述至少部分透水的隔层材料一般是可腐烂或不腐烂的天然或人造纤维织物，例如聚酯。隔层材料可以呈各种形状，例如管状，特别是袋状。
堵水装置可以方便地分两步生产。第一，沙子、聚合物分散体粉末和其它任何添加剂加在一起搅拌以形成均匀的散装材料。接着填充堵水装置。上述散装材料优选储存在干燥空气中，这样可以避免聚合物过早形成薄膜，成膜过早会导致材料结块。为了能使上述材料在潮湿空气中储存一定时间，添加吸水性聚合物是有利的。
本发明对上面定义的聚合物粉末还提供了改善堵水设施、特别是沙袋的机械强度和水密性的用途。本发明进一步提供了改善堵水设施、特别是沙袋的机械强度和水密性的方法，包括提供一种沙子与上面定义的聚合物粉末的混合物，将混合物填入至少部分透水的隔层材料，并以合适的方式排列堵水装置，例如通过堆砌形成一个抵抗水作用的屏障。
下面的实施例用于说明本发明。
实施例用下列组分制备混合物-DIN EN196标准砂1-Acronal S 430 P，一种由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体粉末，玻璃化转变温度Tg＝-15℃，最低成膜温度为0℃。
-Vinnapas RE 545 Z，一种由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体粉末，最低成膜温度为0℃(玻璃化转变温度-5℃)。
-Aqualic CA L 400，一种由BASF公司提供的、基于部分交联聚丙烯酸(钠盐)的吸水性聚合物。
表1给出了制备的混合物的组成表1聚合物-沙子混合物的组成
从对水的屏障作用和暴露在水中的机械强度两方面对这些混合物进行测试。
(a)对水的屏障作用将每种混合物装入2000毫升的玻璃量筒中至1500毫升刻度，用人工拍打、捣固和挤压的方法密实。接着用500毫升完全去离子水覆盖砂柱，为了使水迁移更明显水里预先滴入几滴溴百里酚蓝。测量水渗透砂柱到达量筒底部的时间。为了提高精度，每个实验重复5次。
(b)暴露于水的机械强度对于每种混合物，分别向10个、规格为8×5cm2的矩形聚酯编织袋中装入200g混合物，并堆砌在一个金属碗内。然后用完全去离子水覆盖该堆2小时(高出表面2cm的水柱)。倒掉水后，在室温干燥2小时，然后从非常高附着力(简单拖拉不可能分开)到非常低附着力(袋之间不存在附着力)的范围内标定袋的机械附着力。结果列于表2。
很显然，包含聚合物分散体粉末的沙填料大大增强了对水的水密性。与对比样品C-1(未加聚合物)相比，添加10％(重量)聚合物后，水迁移时间增加了10倍以上。此外，聚合物粉末成膜的结果显然使各个沙袋凝结成块(需要的)。仅充填沙子(对比样品C-1)的沙袋暴露在水后显示没有机械附着力，添加70％(重量)吸水性聚合物的样品(根据EP0 131 312的对比样品C-2)也显示没有机械附着力。与此类似，仅填充聚合物(根据JP-5918969的对比样品C-3)暴露在水后也显示没有机械附着力。
表2聚合物-沙子混合物的水密性和机械强度
权利要求
1.一种堵水袋装置，包括至少部分透水的隔层材料，其中装填沙子和不溶于水的玻璃化转变温度低于50℃的合成聚合物粉末的混合物。
2.权利要求1的装置，其中聚合物的玻璃化转变温度为-50℃-+30℃。
3.权利要求2的装置，其中聚合物的玻璃化转变温度为-40℃-+20℃。
4.上述任一权利要求的装置，其中的聚合物选自(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.上述任一权利要求的装置，其中聚合物粉末的存在量，基于沙子的用量，为低于20％(重量)。
6.权利要求5的装置，其中聚合物粉末的存在量为沙子重量的2％-15％(重量)。
7.上述任一权利要求的装置，其中还包括超吸收剂聚合物。
8.上述任一权利要求的装置，其中还包括选自聚乙烯醇、黄原胶、淀粉和纤维素衍生物的保水材料。
9.权利要求7或8的装置，其中超吸水剂聚合物和/或保水材料在各种情况下的存在量最高为沙子重量的10％。
10.使用权利要求1-9定义的聚合物粉末提高堵水袋、特别是沙袋机械强度和水密性的方法。
全文摘要
公开了一种堵水袋装置，包括至少部分透水的隔层材料，其中装填沙子和不溶于水的玻璃化转变温度低于50℃的合成聚合物粉末的混合物。它具有改进的机械强度和水密性。
文档编号B01J20/28GK1409652SQ00817103
公开日2003年4月9日 申请日期2000年12月22日 优先权日1999年12月23日
发明者S·德雷埃尔, J·帕库施, M·桑多尔 申请人:巴斯福股份公司