181573. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szemcsés anyagok és/vagy szilárd testek szilárdságának fokozására hidrogélt szolgáltató vizes monomereleggyel
3 181573 4 ammónium-perszulfátból és egy vagy több aminvegyületből álló redox katalizátor-rendszert, továbbá adott esetben segédanyagokat tartalmaz — molekuláris oxigénnel telített vagy azt megközelítő állapotban viszik fel a kezelendő tárgyra, tárgyba vagy annak környezetébe, majd megszüntetik az oxigén-utánpótlást. Az oxigén-telítettség megszűnésekor azonnal vagy előre meghatározott időn belül a rendszer gélesedik. Ezzel az eljárással biztonsággal kiküszöbölhetők a stabilizálatlan akrilbázisú gélképző rendszert alkalmazó módszerek hátrányai; nehézségek lépnek fel azonban akkor, ha a gélképző rendszer viszkozitását polimer adagolással jelentősen (10 cP-nél nagyobb értékre) növelik. A rendszeren átbuborékoltatott levegő vagy oxigéntartalmú gázelegy inhibeáló hatása a viszkozitás növelésével arányosan csökken és elnyújtottabbá válik. Gazdaságossági okokból azonban a rendszer viszkozitását számos esetben célszerű jelentősen megnövelni, ellenkező esetben ugyanis túl nagy mennyiségű reaktív oldat szivárog el a kezelendő tárgy környezetében. Az elszivárgó oldat polimerizációját a talajban, a pórusokban lévő levegő szintén késlelteti illetve inhibeálja. A reagálatlan monomer pedig a környezetet szennyezi. Egy másik magyar szabadalmi bejelentésben ismertetett eljárás szerint ezt a hátrányt úgy küszöbölik ki, hogy aminvegyületet nem tartalmazó vizes gélképző rendszert használnak fel, és a kezelendő tárgyra, tárgyba vagy annak környezetébejuttatott vizes gélképző rendszert forró vízgőz és/vagy forró inert gáz befúvatásával legalább 40 °C-ra, célszerűen legalább 60 °C-ra melegítik fel. Ezzel az eljárással a rendszer gélesedése mindig a kívánt pillanatban indítható be, és a gélesedés igen gyorsan lezajlik. Az eljárás további előnye, hogy igen nagy viszkozitású vizes gélképző oldatok gyors gélesítésére is jó eredménnyel használható fel. Ezzel az eljárással a környezetvédelmi problémák is jelentősen csökkenthetők. A szabadalmi bejelentésben ismertetett eljárás gyakorlati alkalmazása során azonban kitűnt, hogy számos esetben a csatornák szerkezeti anyaga nem képes a hirtelen hőmérsékletváltozás hatásának kellő mértékben ellenállni, így a hőkezelés során ezekben a csatornákban további repedések, károsodások alakulhatnak ki. Ezért olyan új eljárás kidolgozására van szükség, amely a szabadalmi bejelentésben ismertetett módszer valamennyi előnyével rendelkezik, ugyanakkor azonban alkalmazása során a szerkezeti anyagok károsodása biztonsággal kiküszöbölhető. A találmány szerinti új eljárás maradéktalanul eleget tesz ezeknek a követelményeknek. Kísérleteink során azt tapasztaltuk, hogy a 10—40 súly% akrilamjdot és/vagy metakril-amidot, 0,1—2 súly% vízben oldható vinil-típusú komonomert, 0—2 súly% vízben oldható poliakrilamidot vagy vízben oldaható akrilamid-kopolimert, továbbá 0,01—2 súly% vízben oldódó, szabad gyököket szolgáltató iniciátort (például szerves per- és azovegyületeket, alkálifém- és/vagy ammónium-perszulfátot stb.) tartalmazó vizes gélképző rendszerek — a szabad gyököket szolgáltató iniciátor minőségétől és koncentrációjától függően — szobahőmérsékleten rendszerint kb. 0,5—30 óra alatt gélesednek. Abban az esetben azonban, ha ezt a gélképző rendszert ammóniával hozzuk érintkezésbe, a gélesedés sebessége ugrásszerűen megnő, és a vizes oldatból kb. 3—30 perc alatt stabil szilárd gél alakul ki. A vonatkozó szakirodalom ismeretében az ammóniának ez a hatása egyáltalán nem volt előre látható, mert redox katalizátor-rendszerek redukáló komponenseként ammóniát mindeddig nem alkalmaztak, és az ammóniának sem redukáló hatást, sem pedig a polimerizációt gyorsító egyéb hatást nem tulajdonítottak. Azt tapasztaltuk továbbá, hogy a gélesedés sebessége tovább fokozható, ha a vizes gélképző rendszerhez az ammóniáénál kisebb bázicitású amin szerves vagy szervetlen savval képezett sóját adjuk 0,1—5 súly% mennyiségben. Az aminsó — ammónia távollétében — a vizes gélképző rendszer gélesedési sebességét egyáltalán nem befolyásolja; Ammónia hatására azonban az amin-sóból felszabadul a megfelelő amin, amely a jelenlévő szabad gyökös iniciátorral együtt redox katalizátor-rendszert képez, és így jelentősen fokozza a gélesedés sebességét. Ezen felismeréseink lehetőséget nyújtanak arra, hogy a gélképző rendszer gélesedését mindig a kívánt pillanatban indítsuk be, és igen rövid idő alatt kialakítsuk a gélt a gélképző rendszerrel átitatott vagy azzal kitöltött területen. Minthogy az ammóniás kezelés során a kezelt tárgyak szerkezeti anyaga semmiképpen sem károsodik, ez az eljárás azokon a területeken is igen jó eredménnyel alkalmazható, ahol az előbb ismertetett magyar szabadalmi bejelentésben megadott megoldás a szerkezeti anyag károsodásához vezetne. Az ammónia az említett hatásokon túl előnyösen fokozza a talajba juttatott reaktív oldat polimerizációját azáltal is, hogy a talaj pórusaiból, a talajvízből, illetve a reaktív oldatból kiűzi az adszorbeált vagy oldott oxigén jelentős részét, így gyorsan megszünteti az oxigén inhibeáló hatását. Mindezek következtében a reaktív oldat gyakorlatilag teljes egészében polimerizál és hidrogéllé alakul, és a környezetben mérgező hatású monomer nem marad vissza. A talajban, illetve a kezelt tárgyakon csak kis mennyiségű ammónia marad vissza, amely a monomerhez képest ártalmatlan anyag, a talajban megkötődik, és műtrágyaként hat. A találmány tárgya tehát javított eljárás szemcsés anyagok és/vagy szilárd testek, különösen hibás föld alatti csatornahálózatok és mélyépítési műtárgyak szilárdságának és vízzáróságának fokozására hidrogélt szolgáltató vizes monomer-elegyekkel. A találmány értelmében a kezelendő tárgyra, tárgyba vagy annak környezetébe felvitt, 10—40 súly% akrilamidot és/vagy metakril-amidot, összesen 0,1—2 súly% vízben oldható, vinil-típusú komonomert, 0—2 súly% vízben oldható poliakrilamidot vagy vízben oldható akrilamid-kopolimert, 0,01—2 súly% vízben oldódó, szabad gyököket szolgáltató iniciátort és adott esetben 0,1—5 súly%, az ammóniáénál kisebb bázicitású amin szerves vagy szervetlen savval képezett sóját tartalmazó vizes gélképző rendszert ammóniával hozzuk érintkezésbe. A találmány szerinti eljárásban felhasznált vizes gélképző rendszerek vinil-típusú komonomorként vízben oldható divinil-vegyületeket (elsősorban metilén-bisz-akrilamidot) és/ vagy vízben oldható vinilkarbonsavakat, így akrilsavat, metakrilsavat, itakonsavat, maleinsavat és hasonló telítetlen karbonsavakat tartalmazhatnak. A vizes gélképző rendszerek a vinilkarbonsavakat az aminsó sóképző komponenseként is tartalmazhatják; ebben az esetben a gélképzéshez szükséges kopolimerizációs partner az ammóniás kezelés során szabadul fel az aminsóból. A vizes gélképző rendszerek adott esetben a fent felsorolt komponenseken kívül egyéb, önmagukban ismert segédanyagokat is tartalmazhatnak. A segédanyagok például a vizes gélképző rendszer viszkozitását növelő polimerek (igy poliakrilamid, hidrolizált poliakrilamid, hidrolizált poliakrilnitril, poliakrilsav kálium-, nátrium- és ammóniumsói és egyéb vízoldható polimerek) vagy a kialakuló gél szilárdságát fokozó, szemcsés vagy szálas szilárd anyagok (így homok, kvarcliszt, azbesztrost, üvegrost, bentonit, pernye, 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
