CN101490206A - 粉尘抑制剂组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及粉尘抑制剂组合物，其包含聚乙烯醇、丙烯酸类胶乳、甘油、基于有机硅的表面活性剂和基于聚硅氧烷的润湿剂的水溶液。优选的是，该组合物包含约10至约46％的聚乙烯醇、约20至约60％的丙烯酸类胶乳、约0.6至约7.0％的甘油、约0.1至约1.5％的基于有机硅的表面活性剂和约0.001至约0.5％的基于聚硅氧烷的润湿剂。该组合物在粉尘性材料上提供聚合物膜，由此形成均匀的抵抗层。将本组合物施加到粉尘性材料上(优选喷施到材料上)并在室温下进行干燥，能提供低表面张力，从而导致更好的颗粒润湿和材料凝聚。后两种特性确保在连续使用或施加期间(例如，在粉尘性材料的运输期间)，较少出现聚合物膜破裂现象。所述表面张力为约20达因/厘米至约27达因/厘米，优选为约25达因/厘米。
Description
技术领域
本发明涉及用作粉尘抑制剂的水性组合物。
背景技术
颗粒物(即，粉尘)的存在对环境是一种严重的危害，并且一般来说，对暴露于颗粒物的个人的人身健康及安全而言也是一种严重的危害。粉尘形成材料的例子包括：铁矿石、煤和其他易碎(即，易于破碎成小块的材料)的材料。所述材料在下文中被称为粉尘性材料。
粉尘可以是已经存在的，或产生自机械操作，例如对于粉尘型材料的开采、装卸、运输、储存和处理过程。本文中的粉尘抑制被定义为防止或减少空气携带或悬浮于空气中的细微颗粒的量。
对粉尘的抑制有化学方法和机械方法。机械方法包括(诸如)过滤器和旋风除尘器等的集尘设备。它们可以捕集夹带的粉尘、致使粉尘沉降、对形成粉尘的场所进行通风，等等。化学方法包括短期和长期的残尘抑制剂。
长期的残余粉尘抑制剂通过在粉尘性材料上形成聚合物或粘结剂膜来控制粉尘。溶剂(例如，水)蒸发后该膜保留在所述材料上。为了实现组合物在粉尘性材料上的均匀撒布，在长期的残尘抑制剂中包含水，并且它们通常包含成膜树脂或增粘树脂。
最常见的一种短期粉尘抑制剂是水。采用这种方法的一个缺点在于，为了充分润湿材料，可能需要大量的水。例如，当用于煤的时候，它会导致其比热值的降低。另一个缺点是，水一经蒸发就会失去其效力，因此表明它不适用于要在敞开的运输车中运输数天的材料。可以使用诸如表面活性剂和润湿剂等的添加剂来改善组合物的性能。短期抑制剂的例子在专利申请20050085407、美国专利6,124,366和美国专利5,409,626中有所描述。
泡沫型抑制剂在粉尘性材料上形成层，可用于通过其泡沫捕集粉尘。因此，所述抑制剂只有在均匀的层中存在泡沫时才是有效的。
一些现有的组合物不能立马见效，因而需要较长的时间才能达到令人满意的性能。其他的组合物包含过多的芳族或其他材料，例如高含量的有机溶剂。
为了避免在减少粉尘中遇到的许多问题，并且为了提供更好的方法，使逸到环境中的粉尘量最少化，在文献中已经广泛地描述了大量的产品和方法，有利用天然及合成的聚合物的，还有使用表面活性剂和有机溶剂的混合物及组合的。例如，美国专利6,372,842涉及一种使用水性组合物的方法，所述水性组合物包含水溶性或水分散性合成聚合物，由丙烯酸酯和烷基取代的丙烯酰胺制成，经有机硅烷改性，适用于粉尘控制及其他的应用，例如像农用喷雾组合物。
美国专利5,194,174中还描述了水溶液，该专利涉及改进的非粘性粉尘控制水溶液，其包含聚乙烯醇和硼酸。其他的例子包括美国专利4,417,992和美国专利4,801,635以及专利申请WO 9100866。
专利申请US200440192789提供了一种控制材料起粉尘的方法，所述方法包括以下步骤：施加有效量的包含烷基酚乙氧基化物表面活性剂、聚二醇的组合物，所述聚二醇可以是甘油、丙二醇或其混合物。
美国专利4,264,333描述了一种方法，其中首先使用润湿剂涂布煤，然后使用粗煤焦油在水中的乳液进行涂布，所述乳液包含阳离子乳化剂。
如美国专利4,316,811和美国专利4,369,121中所述，可以使用诸如环氧乙烷的润湿剂。
美国专利4,428,984、美国专利4,737,305、美国专利4,169,170中描述了使用乙氧基化烷基酚。
美国专利4,650,598和美国专利4,981,398中描述了使用乳液。
如美国专利4,960,532中所述，可以使用芳族溶剂，该专利涉及一种粉尘抑制剂组合物，所述组合物包含形成分散介质的水和增稠剂以及形成分散液体的煤焦油沥青和芳族溶剂。所述组合物形成有回弹力的层。
专利申请US20050045853中描述了抑制煤粉尘的方法及组合物，所述组合物包括含金属的化合物与任何适当的粉尘抑制剂液体的混合。
发明内容
本发明涉及用作粉尘抑制剂的水性组合物。更具体地讲，本发明涉及包含聚乙烯醇、丙烯酸类胶乳、甘油、基于有机硅的表面活性剂和基于聚硅氧烷的润湿剂的水溶液。
本文描述的组合物在粉尘性材料上提供聚合物膜，所述聚合物膜由于内聚力会形成一层均匀的抵抗层。所述组合物的另一个特点涉及其低表面张力，从而导致更好的颗粒润湿和材料凝聚。因此，所形成的膜据观察较少有破裂。
优选使用喷嘴将所述组合物施加到粉尘性材料上，并在室温下进行干燥。
所述组合物呈现的表面张力介于约20达因/厘米达因/厘米至约27达因/厘米之间。优选的是，表面张力为约25达因/厘米。
具体实施方式
使用本文所描述的组合物可防止粉尘颗粒在周围环境中的积累，通常是将它喷施到粉尘性材料上。
本发明依靠组合物的内聚力、凝聚和成膜特性，从而确保在粉尘性材料的表面上形成均匀的层，用以防风等。
该组合物包含至少一种聚乙烯醇(由美国的赛拉尼斯化学公司(Celanese Chemicals，USA)商品化、商品名为为CELVOL 205和CELVOL 203；以及由美国的杜邦公司(DuPont，USA)商品化、商品名为为ELVANOL 71-30)与丙烯酸类胶乳的混合物。所述乳胶可以是纯丙烯酸类聚合物(还由美国的罗门和哈斯公司(Rhom & Haas Company)商品化、商品名为RHOPLEX GL618)或丙烯酸酯，例如苯乙烯-丙烯酸酯(例如由巴西的丹佛树脂公司(Denver Resinas，Brazil)商品化、商品名为DENVERCRIL RA067、DENVERCRIL RA154、DENVERCRIL RA193和DENVERCRIL RA194，还由巴西的罗地亚公司(Rhodia，Brazil)商品化、商品名为RHODOPAS SA129；以及由德国的巴斯夫股份公司(BASFAG，Germany)商品化、商品名为ACRONAL 230D和STYROFAN 417D；还由巴西的Industrias Quimicas Taubate SA，IQT商品化、商品名为PEX1702/005)。
不同苯乙烯-丙烯酸酯乳胶之间的主要区别在于每种组合物中的苯乙烯含量。通常情况下，苯乙烯含量越高，材料就越便宜，因此，人们可以根据成本来选择苯乙烯-丙烯酸酯乳胶，应当指出的是，其使用不会对产品的整体性能产生不利。
类似聚乙烯醇(此后称为PVOH)和丙烯酸酯材料的两种不同成膜材料的组合在组合物中发挥着重要的作用，因为一方面我们有具备极佳成膜性能的材料(即，PVOH)，而另一方面，我们有能在大多数基底上形成更坚固膜的材料(即，丙烯酸类材料，如苯乙烯-丙烯酸酯或纯丙烯酸系)，这种膜具有其粘附力随时间而增强的性质。
使用甘油(由巴西的Industria Quimica Anastácio SA商品化、商品名为Glycerin；仍然由Brenntag Quimica Brasil LTDA商品化、商品名为Glycerin)为整个系统的增塑剂，并且还作为次要的润湿剂。
该组合物还包含：基于聚硅氧烷的润湿剂，例如由德国的毕克化学公司(Byk Chemie)商品化的、商品名为BYK 341的物质，以及基于有机硅的表面活性剂(由道康宁公司(Dow Corning Corporation)商品化、商品名为Q2 5211；以及由荷兰的阿克苏诺贝尔表面技术公司(AkzoNobel Surface，Netherlands)商品化、商品名为WITCOLATE EP)。
润湿剂和表面活性剂均在组合物中发挥着重要的作用，因为它们是造成表面张力降低的原因，从而改善了润湿性能。因此，可观察到该组合物渗过粉尘性材料的颗粒并且进行凝聚。所述凝聚可避免由材料的损失所造成的机械冲击，而这种机械冲击会产生更多的粉尘。所观察到的是，当该组合物的表面张力为约27达因/厘米或小于此值时，得到本文中所述的组合物的最大效率(如上所述，最佳的凝聚和组合物在粉尘性材料上的渗透)。优选的是，表面张力为约25达因/厘米。
实例
通常情况下，作为粉尘控制的解决方案，最优选的施加方法是将材料的稀释溶液喷施到欲控制/避免粉尘排放的区域或材料上，完全覆盖所述区域，不只是形成膜，还要导致材料的凝聚。所述的材料凝聚在防止所形成的膜的破损方面尤为重要，在苛刻的作业过程中(例如，在敞开的运输车中运输粉尘性材料)，过度的干燥会引起这种破损。在商业上，由于成本限制的原因，组合物的稀释液通常为在水中1.0％至3.0％的浓缩材料。组合物可以在1.0％以下或3.0％以上起作用，然而如果过多的话，它们在商业上是不可行的。
对若干溶液浓度进行测试并发现，达到优异的粉尘抑制水平的最小聚合物浓度为稀释后约1.0克/升。优选的是，最小聚合物浓度为稀释后约1.27克/升。
以下描述的实例示出所述组合物的实施例，但不应用来缩小本发明的范围。
实例1
向一升玻璃釜中加入190克去离子水(下文简称DI水)。密封所述玻璃釜并启动搅拌系统。在强力搅拌下通过入孔仔细加入260克PVOH。添加完毕后，将溶液加热到90℃。由于溶液高粘度的原因，加热时间非常长。在此温度下将溶液不断搅拌90分钟。这一时间被称为PVOH的熬炼时间，随后将溶液冷却到约35℃。在此温度下，向批料中依次加入66克乙醇、1.2克甲醇和10.8克异丙醇。强力搅拌溶液15分钟，随后加入32克甘油与7.2克水的预混合物。混合物再经15分钟的强力搅拌后，向批料中依次加入0.32克DISPERBYK 341和7.2克表面活性剂Witcolate EP。强力搅拌溶液15分钟，然后加入6克PROXELGXL。将溶液强力搅拌1小时，并倒入玻璃瓶中。
最终组合物的外观：清澈的琥珀色粘性溶液，不含外来杂质
实例2
采用与实例1中所述相同的步骤，向釜中加入330克DI水，接着加入260克PVOH。如实例1中所述的那样熬炼PVOH，将溶液冷却到约35℃。在此温度下向批料中依次加入17.15克乙醇、0.31克甲醇和2.81克异丙醇。溶液混合15分钟，然后向溶液中加入8.32克甘油与1，82克DI水的预混合物。再经15分钟混合后，依次加入0.08克DISPERBYK 341、1.71克表面活性剂Witcolate EP和1.71克表面活性剂Q2 5211稀释在水中的1:1混合物。强力搅拌15分钟后，加入1.56克PROXEL GXL。将溶液强力搅拌1小时，并倒入玻璃瓶中。
最终组合物的外观：清澈的琥珀色粘性溶液，不含外来杂质
实例3
采用与实例1中所述相同的步骤，向釜中加入238克DI水，接着加入79.21克PVOH，得到粘性较低的溶液。如前所述熬炼PVOH，然后将溶液的温度降到70℃。在此温度下，向釜中施加充分的真空，将DI水从批料中移除。经2小时后，收集到约128克水，结果得到具有约42％固体的PVOH水溶液。除水后，用氮结束真空，将批料温度冷却到约35℃。在此温度下，向批料中依次加入15.66克乙醇、0.10克甲醇和0.90克异丙醇。强力搅拌15分钟后，再加入2.65克甘油与0.60克DI水的预混合物。再搅拌15分钟后，向溶液中依次加入0.025克DISPERBYK 341、0.60克表面活性剂Q2 5211稀释在水中的1∶1混合物、0.012克FLEXONYL蓝染料A-A和0.50克PROXEL GXL。将溶液强力搅拌1小时，并倒入玻璃瓶中。
最终组合物的外观：清澈的蓝色粘性溶液，不含外来杂质
实例4
采用与实例1中所述相同的步骤，向釜中加入190克DI水，接着加入114克PVOH，得到粘性溶液。如前所述熬炼PVOH，将批料温度冷却到约35℃。在此温度下向批料中加入456克RHOPLEX GL 618，得到粘性的乳白色溶液。中度搅拌30分钟后，向批料中依次加入22.1克乙醇、0.40克甲醇和3.62克异丙醇。十五分钟过后，加入10.71克甘油与2.41克DI水的预混合物，不断地再搅拌溶液15分钟。此段时间过后，依次加入0.10克DISPERBYK341、2.41克表面活性剂Q25211稀释在水中的1:1混合物、0.05克FLEXONYL蓝染料A-A和2.01克PROXEL GXL。将溶液轻度搅拌1小时，并倒入玻璃瓶中。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色低粘度溶液，不含外来杂质。
实例5
采用与实例1中所述相同的步骤，向釜中加入342克DI水，接着加入114克PVOH，得到粘性较低的溶液。如前所述熬炼PVOH，然后将溶液的温度降到70℃。在此温度下，向釜中施加充分的真空，将DI水从批料中移除。经2小时后，收集到约152克水，结果得到具有约37.5％固体的PVOH水溶液。为了测量溶液中的固体百分比，定期地从批料中收集样品，并在120℃循环空气的烘箱中放置30分钟。
除水后用氮结束真空，将批料温度冷却到约35℃。在此温度下向批料中加入456克RHOPLEX GL 618，得到粘性的乳白色溶液。中度搅拌30分钟后，向批料中依次加入22.1克乙醇、0.40克甲醇和3.62克异丙醇。十五分钟过后，向批料中加入10.71克甘油与2.41克DI水的预混合物，将溶液不断地再搅拌15分钟。此段时间过后，依次加入0.10克DISPERBYK 341、2.41克表面活性剂Q2 5211稀释在水中的1:1混合物、0.05克FLEXONYL蓝染料A-A和2.01克PROXEL GXL。将溶液温和搅拌1小时，并倒入玻璃瓶中。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色低粘度溶液，不含外来杂质
实例6
采用与实例1中所述相同的步骤，向釜中加入294克DI水，接着加入98克PVOH，得到粘性较低的溶液。如前所述熬炼PVOH，然后将溶液的温度降到70℃。在此温度下，向釜中施加充分的真空，将DI水从批料中移除。经2小时后，收集到约131克水，结果得到具有约37.5％固体的PVOH水溶液。如实例5中所述对溶液中的固体百分比进行控制。
除水后用氮结束真空，将批料温度冷却到约35℃。在此温度下向批料中加入393克RHOPLEX GL 618，得到粘性的乳白色溶液。中度搅拌30分钟后，向批料中依次加入19.02克乙醇、0.35克甲醇和3.11克异丙醇。十五分钟后，向批料中加入9.22克甘油与2.08克DI水的预混合物，将溶液不断地再搅拌15分钟。此段时间过后，依次加入0.09克DISPERBYK 341、4，15克表面活性剂Q2 5211稀释在水中的1:1混合物、0.04克FLEXONYL蓝染料A-A和1.73克PROXEL GXL。将溶液温和搅拌1小时，并倒入玻璃瓶中。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色低粘度溶液，不含外来杂质
实例7
如实例6中所述制备相同的材料，不同的是向批料中加入260克DENVERCRIL RA067来代替RHOPLEX GL 618。所有其他的材料和条件保持与实例6中所述的相同。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色高粘度溶液，不含外来杂质
实例8
如实例6中所述制备相同的材料，不同的是加入260克DENVERCRIL RA154来代替RHOPLEX GL 618。所有其他的材料和条件保持与实例6中所述的相同。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色中等粘度溶液，不含外来杂质
实例9
如实例6中所述制备相同的材料，不同的是加入260克DENVERCRIL RA193来代替RHOPLEX GL618。所有的材料和条件保持与实例6中所述的相同。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色低粘度溶液，不含外来杂质
实例10
如实例6中所述制备相同的材料，但向批料中加入120克STYROFAN 417D来代替RHOPLEX GL 618。所有的材料和条件保持与实例6中所述的相同。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色中等粘度溶液，不含外来杂质
实例11
如实例6中所述制备相同的材料，不同的是向批料中加入260克DENVERCRIL RA194来代替RHOPLEX GL 618。所有其他的材料和条件保持与实例6中所述的相同。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色低粘度溶液，不含外来杂质
实例12
如实例6中所述制备相同的材料，不同的是向批料中加入260克PEX 1702/005来代替RHOPLEX GL 618。所有其他的材料和条件保持与实例6中所述的相同。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色低粘度溶液，不含外来杂质
实例13
如实例6中所述制备相同的材料，不同的是向批料中加入260克RHODOPAS SA129来代替RHOPLEX GL 618。所有其他的材料和条件保持与前述实例中所述的相同。
最终组合物的外观：清澈的浅蓝色低粘度溶液，不含外来杂质
表1.各实例的结果
| 实例 | 布鲁克菲尔德粘度(cPs) | pH值 | 表面张力(达因/厘米) | 固体(％) |
| 1 | 80,000 | 5.86 | 31.0 | 52.62 |
| 2 | 46,000 | 5.92 | 28.0 | 52.62 |
| 3 | 26,000 | 6.72 | 25.0 | 39.74 |
| 4 | 2,450 | 6.58 | 25.5 | 40.67 |
| 5 | 3,950 | 7.08 | 20.5 | 40.02 |
| 6 | 450 | 7.08 | 20.0 | 42.92 |
| 7 | 23,590 | 4.88 | 29.0 | 44.05 |
| 8 | 13,100 | 6.72 | 27.5 | 44.09 |
| 9 | 8,200 | 4.88 | 25.0 | 43.14 |
| 10 | 16,990 | 4.88 | 27.5 | 43.25 |
| 11 | 5,980 | 7.24 | 24.5 | 43.14 |
| 12 | 1,700 | 7.08 | 22.5 | 49.14 |
| 13 | 5,310 | 7.14 | 23.0 | 43.45 |
用LVT布鲁克菲尔德粘度计测量组合物的粘度。在测试前，将组合物样品在25℃的水浴中放置2小时。使用4号转子，如下所示根据粘度的范围改变速度：
粘度<1,000cPs：30rpm
1,000cPs<粘度<25,000cPs：12rpm
粘度>25,000cPs：6rpm
用pH计测量pH值，pH计事先用pH值为4.0和7.0的缓冲溶液校准。
为了测量溶液中的固体百分比，定期地从批料中收集样品，并在120℃循环空气的烘箱中放置30分钟。在称重之前，使样品在干燥器中冷却。
有关组合物的详细信息示于表2。
表2.原材料
| 原材料 | 量(％) | 优选组成(％) |
| 水 | 20-75 | 35-50 |
| PVOH | 10-46 | 12-20 |
| 丙烯酸类胶乳 | 20-60 | 25-50 |
| 乙醇 | 2-15 | 2.5-5.0 |
| 甲醇 | 0.01-0.5 | 0.01-0.1 |
| 异丙醇 | 0.25-2.0 | 0.25-0.75 |
| 甘油 | 0.6-7.0 | 1.0-3.0 |
| 聚硅氧烷 | 0.001-0.5 | 0.01-0.2 |
| 有机硅 | 0.1-1.5 | 0.5-1.0 |
| 染料 | 最低0.01 | |
| 杀生物剂 | 最低0.15 |
Claims (10)
1.一种粉尘抑制剂组合物，其特征在于包含聚乙烯醇、丙烯酸类胶乳、甘油、基于有机硅的表面活性剂和基于聚硅氧烷的润湿剂的水溶液。
2.根据权利要求1所述的粉尘抑制剂组合物，其中所述组合物包含：
i.约10％至约46％的聚乙烯醇；
ii.约20％至约60％的丙烯酸类胶乳；
iii.约0.6％至约7.0％的甘油；
iv.约0.1％至约1.5％的基于有机硅的表面活性剂；和
v.约0.001％至约0.5％的基于聚硅氧烷的润湿剂。
3.根据权利要求2所述的粉尘抑制剂组合物，其中
i.聚乙烯醇为约12％至约20％；
ii.丙烯酸类胶乳为约25％至约50％；
iii.甘油为约1.0％至约3.0％；
iv.基于有机硅的表面活性剂为约0.5％至约1.0％；和
v.基于聚硅氧烷的润湿剂为约0.01％至约0.2％。
4.根据权利要求1所述的粉尘抑制剂组合物，其中所述稀释液是在水中1.0％至3.0％的浓缩材料。
5.根据权利要求4所述的粉尘抑制剂组合物，其中稀释后的最小聚合物浓度为1.0克/升。
6.根据权利要求5所述的粉尘抑制剂组合物，其中稀释后的最小聚合物浓度为1.27克/升。
7.根据权利要求1所述的粉尘抑制剂组合物，其在粉尘性材料上提供聚合物膜。
8.根据权利要求8所述的粉尘抑制剂组合物，其中所述聚合物膜在粉尘性材料的表面上形成均匀的抵抗层。
9.根据权利要求1所述的粉尘抑制剂组合物，其中所述表面张力为20达因/厘米至27达因/厘米。
10.根据权利要求10所述的粉尘抑制剂组合物，其中所述表面张力为约25达因/厘米。
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