CN103484063A - 使用增塑纤维素醚抑制堆积和有轨车灰尘的方法 - Google Patents

Abstract

一种在起尘材料堆暴露表面上的防尘外壳，其由干燥液体溶液形成，该溶液包含非离子纤维素醚、表面活性剂和水。在干燥该起尘材料堆上的液体溶液之前，通过向液体溶液中加入增塑剂来提高外壳的强度。该防尘外壳的强度超过了在加入增塑剂之前干燥液体溶液而形成的防尘外壳的强度，该液体溶液包含非离子纤维素醚、表面活性剂和水。

Description

使用增塑纤维素醚抑制堆积和有轨车灰尘的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年6月13日申请的美国专利申请No.13/495,256的优先权。

技术领域

本发明涉及灰尘的抑制；更具体地，本发明涉及一种特别有效的包含可溶性纤维素酶、增塑剂以及一种或者多种表面活性剂水流体的方法，该方法用来处理起尘材料堆(a mass of a dusting material)的暴露表面以抑制从此散发灰尘。

背景技术

源自储料堆和有轨车(railcars)的材料损耗造成经济损失以及环境问题。例如，根据基质和运输距离(Booth等，美国专利2,854,347)，未封盖的有轨车在运输过程中的煤损耗约为5％(Booth等，美国专利2,854,347)。另外，正如Wattles(Wattles，美国专利2,204,781)所描述的，未保护材料的风化可能会明显降低材料的价值。最终，有轨车或储料堆遭受侵蚀形成的材料没有简单地消失。其再沉积于其源头的顺风处，经常给货主带来麻烦并且伤害野生生物。

上述再沉积的材料可能产生有严重的后果。地表运输委员会(STB)确定开放的有轨车脱落的煤灰以及铁路道渣的污垢为一个严重的问题。STB规定铁路系统有权要求货主处理该问题(STB文件编号FD35305)。Tutumluer的论文(E.Tutumluer，W.Dombrow，H.Huang；″Laboratory Characterization ofCoal Dust Fouled Ballast Behavior″AREMA2008Annual Conference&Exposition September21-24，2008，Salt Lake City，UT)也提到了煤灰能够使轨道在大雨过后不稳定，增加出轨以及随之而来的经济后果的可能性。

过去，两个成功地用于降低储料堆和有轨车的材料损耗的成功方法：使用降低材料生成灰尘的固有倾向的方法处理整个材料，或者对该大量材料的暴露表面施用结壳剂并且形成抗损失的屏障。本发明涉及后者技术的应用。

近几十年来，已经提出了许多种方法来解决该问题。早在1939年，Wattles报道了将熔融石蜡施加到储料堆和有轨车(Wattles，美国专利2,204,781)。在20世纪50年代的早期，随着天然和人工胶乳的广泛使用，人们也发现它们能够有效地阻止源自储料堆和有轨车的材料损失(Booth等，美国专利2,854,347)。几乎与此同时，乙烯基加成聚合物，具体地说，水溶性的聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙酸乙烯酯以及聚丙烯酰胺也类似地作为储料堆和有轨车的涂层投入使用(Booth等，美国专利2,894,851)。在20世纪70年代早期，有人提出要求保护，在或者不在催化剂存在下，干燥油堆表面稳定剂的申请(Nimerick，等，美国专利3,708,319)。几乎同时，聚丙烯酰胺粘结剂或者干燥的聚丙烯酰胺粉末显示出能够有效地防止储料堆和干燥尾矿池遭受风侵蚀(Stout等，美国专利3,677,014)。单组分的其它示例包括使用硫酸钙(Mueller等，美国专利4,269,721)、高分子量聚乙二醇(Bums等，美国专利4,316,811)或者非水溶性异丁烯酸共聚物(Kirwin，美国专利4,594,268)。在20世纪70年代后期和80年代，配方也开始变得越来越复杂化，随着采用组合化合物来以解决单一化合物的缺陷，配方变得越来越复杂化。其示例包括：将硅酮加入到胶乳中(Nimerick，美国专利4,087,572)，有机粘合剂(例如蜡、焦油或沥青)与有机填料(例如煤)相结合(Kromrey，美国专利4,214,875)，煤焦油乳液与润湿剂结合(Shaw等，美国专利4,264,333)，水溶性纤维素醚与表面活性剂结合(Callahan，等美国专利4,369,121)，芳烃溶剂中煤沥青的乳化混合物并且其中的纤维素醚用作稠化剂以助于乳液的稳定(Kremer，美国专利4,960,532)，用于大部分的起尘材料或作为储料堆的表面保护层的不溶纤维素纤维以及使用或未使用额外聚合粘合剂(Kestner，美国专利4,836,945)，乳化的阴离子和水溶性阳离子聚合物的组合(Field，等，美国专利4,981,398)。最近以来，使用水泥(Walker，美国专利5,530,596以及Johnson，美国专利6,409,818)、糖类(Cole，美国专利No.5,595,782；Bytnar等，美国专利7,157,021；以及Wynne et al.，美国专利7,854,857)、糊化淀粉(Wolff，美国专利7,976,724)以及瓜尔豆胶混合物(Marsden,等，美国公开专利申请2010/0301266)的组合物全部都用于减少储料堆和有轨车的材料损失。

根据上述参考文献，很明显地，对于一种成功的料堆包封配方来说，有两个关键参数：强度和厚度。由于强度与形成外壳的机理相关，因此其是必须的。在大多数实例中，当组合物将散装材料表面上的疏松颗粒粘合为一个粘结整体时，便形成外壳。散装材料颗粒之间的粘合力越强，外壳的强度越大，并且当外壳受到力学破坏机械故障而使然后会损失的而使未粘合的材料暴露之后的，损失的可能性越小。还需要一定的最小厚度。过薄的外壳会被强风剥离。通常来说，粘合顶部的一英寸左右用来生成防止材料损失的粘合覆盖物是足够的。在实际中，最小有效厚度取决于散装材料以及外壳的存在环境确定的；然而，通常优选较厚的外壳。

本发明需要特别要指出的是，Callahan(美国专利4,369,121)教导了使用水溶性纤维素醚以及额外的润湿剂作为灰尘抑制剂。水溶性纤维素醚是涂层行业所公知的。它们与增塑剂的性能已经被广泛地研究。早在1940年，已经认识到增塑剂的加入削弱了纤维素醚层的拉伸强度(Kropscott，美国专利2,226,823)。Oakley也认识到了这一点(Oakley，美国专利2,653,108)。更近地，Part等人量化了相似的性能，特别是在甲基纤维素和羟丙基甲基纤维素中使用其它增塑剂，如丙二醇和甘油(2，3-羟基-1-丙醇)(Park，H.J.，Weller，C.L.，Vergano，P.J.，and Testin，R.F.；Journal of Food Science，58，#6，1993pp1361-1364)。Dow Chemical网站不仅讨论了强度，还论述了膜强度和杨氏模量(http：//dowwolff.custhelp.com/app/answers/detail/a_id/2357/～/methocel-effect-of-plasticizers-on-film-properties-in-tablet-coatings)。在每种情况下，甘油或丙二醇的加入削弱了膜层。类似地，Marsden(美国公开专利申请20100301266)也注意到在其瓜尔树胶配方中的增塑剂“...不会过度地降低基体的强度”。因此，在与Callahan所描述的相似涂层中加入增塑剂会导致强度的改善是一个令人惊讶和意想不到的结果。

本发明旨在解决上述讨论的问题和其它问题，并且提供现有该类型的灰尘抑制液所不具有优点和特点。对本发明特点和优点将在下面的详述，并参照附图进行完整地描述。

发明概述

本发明的一方面提供了一种处理大量除尘材料以防止灰尘从该除尘材料脱离的方法。该方法包括以下步骤：使用含有非离子纤维素醚、增塑剂以及表面活性剂的液体溶液包覆起尘材料堆的暴露表面；然后与该起尘材料堆的暴露表面形成外壳，其中该暴露表面与流体溶液的干燥部分形成防止上述起尘材料损失的屏障。

本发明的第一方面包括一个或多个下列步骤，单独或任意合理的组合。非离子纤维素醚可以为烷基取代的纤维素醚。烷基取代的纤维素醚可以为甲基纤维素。非离子纤维素醚可以为羟基烷基纤维素醚。羟基烷基纤维素醚可以为羟丙基纤维素醚。羟基烷基纤维素醚可以为羟乙基纤维素醚。非离子纤维素醚可以为至少部分取代的羟烷基烷基纤维素醚，有些时候也指烷基羟烷基纤维素醚。该羟烷基烷基纤维素醚可以为羟丙基甲基纤维素醚。该羟烷基烷基纤维素醚可以为羟乙基甲基纤维素醚。该增塑剂可以选自下组的纤维素醚增塑剂：包括多元醇、二元醇、糖类、脂肪酸、脂肪酸酯以及多羟基醇的纤维素醚增塑剂。该增塑剂可以选自下组：烷撑二醇、二烷撑二醇、糖类以及甘油。该增塑剂可以从丙二醇、二乙二醇或甘油中选择。该增塑剂可以为甘油。该表面活性剂可以选自公知的对结壳的起尘材料有效的表面活性剂。该表面活性剂可以是公知的对煤有效。该表面活性剂可以选自下组：烷基苯磺酸的盐、二烷基磺基丁二酸酯、脂肪酸酰胺、季铵化合物、有机磷酸酯、环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、非离子脂肪酸醇乙氧基化物、非离子脂肪酸醇混合的乙氧基化物-丙氧基化物、合成醇乙氧基化物以及合成醇混合的乙氧基化物-丙氧基化物。该表面活性剂可以选自下组：烷基苯磺酸盐、二烷基磺基丁二酸酯、非离子脂肪酸醇乙氧基化物以及合成醇乙氧基化物的溶液。

本发明的第二个方面涉及一种防止灰尘散失的方法，该方法包括对大量起尘材料施用含有增塑剂和表面活性剂的非离子纤维素醚溶液的步骤。

本发明的第二方面可以包括一个或多个以下步骤，单独或任意合理的组合。该溶液的施用量在0.005加仑/平方英尺-0.2加仑/平方英尺之间。

本发明的第三方面涉及一种提高起尘材料堆暴露表面上的防尘外壳强度的方法，其中该外壳由施用于起尘材料堆暴露外表面的干燥液体溶液形成并且其中所述该溶液包括非离子纤维素醚、表面活性剂以及水。该方法包括以下步骤：在干燥起尘材料堆上的液态溶液之前，在液态溶液中加入增塑剂，其中防尘外壳的强度超过了由干燥包括非离子纤维素醚、表面活性剂以及水的液态溶液而形成的防尘外壳的强度。

本发明的第三方面可以包括一个或多个以下步骤，单独或任意合理的组合。当以2.5％的浓度测量时，非离子纤维素醚具有3cPs-100,000cPs的粘度。增塑剂可以为甘油。非离子纤维素醚可以为羟丙基甲基纤维素醚。溶液中增塑剂的百分比不超过非离子纤维素醚的125重量％。非离子纤维素醚的百分比不超过溶液的20重量％。非离子纤维素醚的百分比不超过溶液的20重量％，并且该增塑剂的百分比不超过非离子纤维素醚的125重量％。

本发明的其它特点和优点将在以下说明书中结合下列附图进行说明。

附图说明

为了理解本发明，将用实施例以及参考附图的方式描述本发明，其中：

附图1是起尘材料堆，例如煤，相对于人的大小的示意图；

附图2是使用本发明的液体溶液处理起尘材料堆的示意图；

附图3是使用本发明的液体溶液后续部分处理的起尘材料堆的示意图；

附图4是使用本发明的液体溶液后续处理并且其中干燥的液体溶液在起尘材料堆预先完全暴露的表面上形成外壳之后的起尘材料堆的示意图；以及

附图5是使用本发明的液体溶液处理过后并且干燥液体溶液以形成本发明的外壳之后的起尘材料堆的横截面示意图。

发明详述

虽然，本发明可以具有多种不同形式的具体实施方式，其示于附图中并且详细描述在本发明的优选具体实施方式中。应当理解的是，本发明所公开的内容是本发明原理的示例并且本发明的范围并不限于所举例说明的具体实施方式。

本发明是对现有技术的有效改进，因为其提高了使用水溶性纤维素醚生成的外壳的强度和厚度。现有技术，具体来说，Callahan的美国专利4,369,121，表明加入表面活性剂至由水溶性纤维素醚制备的用于储料堆或有轨车的外壳中有益于提高该溶液进入疏松材料的渗入性。与预期相反，本发明加入了公认的会降低可溶性纤维素醚强度的增塑剂，实际上反而强化了这些应用中所形成的外壳。该配方比未加入增塑剂的相似配方更稠。与未加入增塑剂的相似配方相比，本发明发现含有增塑剂和表面活性剂的水溶性纤维素醚在强度和结皮厚度方面得到了明显地改善。

本发明的大部分工作对于煤来开展进行的。然而，本领域技术人员知晓本发明也可适用于各种各样的起尘松散疏松材料，例如包括，但并且不限于：铁燧岩、石灰石、碎石、砾石、砂土、石膏、水泥、灰粉、石油和高炉焦碳、木屑、生物质、胶合粒状木屑以及各种工业矿石。

本发明涉及使用水溶性纤维素醚在各种材料上形成外壳。通常，水溶性纤维素醚分散在水中并且搅拌至完全水合，形成均相溶液。增塑剂和表面活性剂可以在制备步骤过程中的任何时刻加入，随后在料堆或有轨车表面喷洒该材料。

第一步骤，可以通过多种途径实现纤维素醚的分散和水化，如在“Methocel Cellulose Ethers Technical Handbook”详细记载的，可从Dow Chemical公司的网站获得：(http：//www.dow.com/webapps/lit/litorder.asp？filepath=methocel/pdfs/noreg/192-01062.pdf&pdf＝true)，通过参考的方式将其内容全部引入于此。已经发现使用粉末喷射器，例如由Compatible Components(WWW.cccmix.com)提供的设备，来分散纤维素醚粉末是特别方便的。

纤维素醚的种类包括甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟乙基甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素以及如由Dow Chemical公司以商标名“METHOCEL.”所出售的那些常规的羟烷基甲基纤维素。我们发现甲基纤维素在本发明中是非常有效的，并且特别是在2.5重量％，形成4,000cPs的粘度溶液的适中粘度材料。同时，较低粘度的羟丙基甲基纤维素，例如浓度为2.5重量％形成400cPs溶液的材料，在稍高浓度下使用时同样有效。通常使用纤维素醚的粘度来定义不同的分子量。因此，在浓度为2.5％时，400cPs的甲基纤维素具有400cPs的粘度，而4000cPs的甲基纤维素具有4000cPs的粘度。较低的浓度具有较低的粘度。我们发现这种加入增塑剂的外壳强化作用不适用于羧甲基纤维素。

在本发明研发期间，实施了许多不同的增塑剂，包括二乙二醇、丙二醇、甘油、三乙醇胺、葡萄糖以及季戊四醇。没有迹象表明：这是本申请中的所有塑化剂的普遍现象。从经济的角度来看，这些塑化剂中的某些具有较高的成本。特别地，由于甘油是生物柴油生产的副产物其，因此其是有效的并且市场储量丰富。随着市场的变化，并且特别是随着甘油成为了一种优选的化学原料，期望二乙二醇和葡萄糖保持经济易得性，用于代替甘油。

交联剂，例如乙二醛，已经在这些体系中得到了验证，其可以进一步提高用这种方式产生的外壳的强度。这点正如预期的一样，并且还能预期使用其它交联剂体系，如由Marsden等(美国专利公开申请No.20100301266)所公开的那些，可以获得就外壳强度方面相似的提高，并将其作为参考引入结合与此。

正如Callahan(美国专利No.4,369,121)指出的，为了控制纤维素醚结壳溶液渗入料堆表面，润湿剂是必不可少的。幸运的是，这在粉尘控制方面是容易理解的，过去已经使用的包括烷基苯磺酸盐溶液、二烷基磺基丁二酸酯、脂肪酸酰胺、季铵化合物、有机磷酸酯、非离子脂肪酸醇乙氧基化物和混合的乙氧基化物-丙氧基化物以及合成醇乙氧基化物和混合的乙氧基化物-丙氧基化物。可从多个生产商得到商业制剂，并且在本发明中，使用了由Benetech，Inc.of Aurora，IL生产的原料。本发明预期可以使用阳离子、阴离子或非离子表面活性剂。

如和在未增塑纤维素醚的配方中有效一样，在这些配方中加入增强剂可能是有效的，该增强剂例如由Kestner(美国专利4,836,945)所报道的那些。

混合物的施用量可以在大的范围内变化。通常，越多越好，但是在一些情况下，实现了最大的粉尘控制，而加入更多的结壳材料对性能没有益处并且会造成经济损失。因此，施用量在0.005加仑/平方英尺(0.20升/平方米)至0.2加仑/平方英尺(8.25升/平方米)之间会完全产生功能结壳。我们发现更有效的施用量在0.03加仑/平方英尺(1.2升/平方米)至0.08加仑/平方英尺(3.3升/平方米)之间。最有效的施用量的范围在0.040加仑/平方英尺-0.055加仑/平方英尺(1.6升/平方米-2.2升/平方米)内。

本发明的一个配方包括非离子纤维素醚、表面活性剂以及增塑剂的液体溶液。该溶液施用于起尘材料堆或起尘材料堆以在该材料的暴露表面形成外壳。该外壳由暴露表面和溶液的干燥部分形成。这样形成了防止由环境条件例如侵蚀而导致的起尘材料损失的屏障。

上述的非离子纤维素醚为烷基取代的纤维素醚，例如甲基纤维素。或者，该非离子纤维素醚为至少部分取代的羟烷基纤维素醚，例如羟丙基甲基纤维素醚或羟乙基甲基纤维素醚。

上述的增塑剂选自纤维素醚增塑剂。纤维素醚包括多元醇、二元醇、糖类、脂肪酸、脂肪酸酯以及多羟基醇。更具体地，增塑剂选自：烷撑二醇、二烷撑二醇、糖类以及甘油。最具体地，增塑剂选自丙二醇、二乙二醇或甘油，优选甘油。

上述的表面活性剂选自公知的对结壳的起尘材料有效的表面活性剂的任意组。例如，如果起尘材料是煤，则所选用的表面活性剂公知的对煤有效。适合的表面活性剂示例包括烷基苯磺酸的盐、二烷基磺基丁二酸酯、脂肪酸酰胺、季铵化合物、有机磷酸酯、环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、非离子脂肪酸醇乙氧基化物、非离子脂肪酸醇混合的乙氧基化物-丙氧基化物、合成醇乙氧基化物以及合成醇混合的乙氧基化物-丙氧基化物的组。通常地，优选的组合物包括烷基苯磺酸的盐、二烷基磺基丁二酸酯、非离子脂肪酸醇乙氧基化物以及合成醇乙氧基化物。

如上所述，本发明的配方是用来提高起尘材料堆的暴露表面上防尘外壳的强度。该外壳是由在起尘材料堆的暴露外表面上施用干燥的液体溶液形成的。该外壳可能还包括起尘材料未覆盖的暴露表面部分。该溶液包括非离子纤维素醚、表面活性剂以及水。在起尘材料堆上干燥液体溶液之前，将增塑剂加入该液体溶液中。防尘外壳的强度超过了由干燥包括非离子纤维素醚、表面活性剂以及水的液态溶液而形成的防尘外壳的强度。在水中以2.5％的浓度测量，非离子纤维素醚优选具有3cPs-100,000cPs的粘度，更优选为50cPs-10,000cPs，例如具有规定粘度的并且含量不超过溶液的20重量％的羟丙基甲基纤维素醚。增塑剂优选为甘油，其不多于非离子纤维素醚重量的125％。

因此，一个典型的配方是通过在含有145lbs甘油和将近420lbs工业灰尘润湿剂，例如BT-205W(由Benetech，Inc.ofAurora，IL提供)的5,000加仑水溶液中分散420lbs低粘度(2.5％溶液，约400cPs)羟丙基甲基纤维素来制备。搅拌该溶液两小时以确保纤维素醚完全水合，之后以0.046加仑/平方英尺或1.9升/平方米的量施用在料堆或有轨车的表面。

实施例

实施例1：塑化和未塑化纤维素醚配方的强度检测

将400cPs羟丙基甲基纤维素(HPMC)的1.5重量％溶液加入至18目-60目(1mm-0.25mm)的潮湿次烟煤试样中。该溶液含有1重量％的工业煤润湿溶液浓缩物(由Benetech，Inc.提供的BT-205W)。该溶液还包含标明组成的增塑剂。其加入量是这样确定的，使试样的总量包括20重量％或25重量％的溶液，余量为80重量％或75重量％的煤。混合试样并且将其压制成直径30毫米、厚度15毫米的圆形塑料形式。将该试样加热至40℃过夜并且在早晨冷却，然后使用测力计破碎。将破碎试样所需的最大力(以毫牛计)与试样的质量(以克计)相除以得出与试样质量无关的比强度。结果示于表1中，最低强度测量值以下画线标出，最高强度测量值以双下画线标出。除非另有说明，所列出的每个合并结果是26个数据点的平均值：

表1：煤-HPMC制品干燥后的比强度

可以看出，在所有的情况下，加入增塑剂增大了制品的强度。明显可以看出，这些溶液施用于底物而形成外壳，由纤维素醚和表面活性剂以及包含增塑剂的溶液形成外壳的强度要高于由纤维素醚和表面活性剂以及不包含增塑剂形成的溶液的外壳强度。

实施例2：纤维素醚的化学性质对煤外壳强度影响的检测

将18目-60目(1mm-0.25mm)的次烟煤试样加入至不同纤维素醚的1.5重量％溶液中。这些纤维素醚是由Dow Chemical公司生产并且它们的化学性质以及名称描述于之前引用的″Methocel Cellulose Ethers TechnicalHandbook″中，其可从Dow的网站获得。所有的纤维素醚具有相同的粘度等级：4000cPs，2.5重量％溶液。化学性质范围从纯甲基纤维素的化学性质“A”，至化学性质“E”，“F”，“J”和“K”。在羟丙基取代的纤维素醚的化学性质中，被定为“F”的化学性质具有最小量的羟丙基取代。该溶液含有大约22重量％的工业煤润湿溶液浓缩物(由Benetech，Inc.提供的BT-205W)。该加入量使试样的总量包括25重量％的该溶液，剩余的为75重量％的煤。混合试样并且将其压制成直径30毫米、厚度15毫米的圆形塑料形式。将试样加热至40℃过夜并且在早晨冷却，然后使用测力计破碎。详细结果示于表2中。每个结果是9个测试的平均值。

表2：

化学性质	A	E	F	J	K
						破坏力	84N	32N	38N	24N	20N

可以看出，与各种任意的羟丙基取代的甲基纤维素相比，化学性质“A”，即纯甲基纤维素制备出更高强度的复合材料。

实施例3：塑化和未塑化的羧甲基纤维素醚钠配方的强度检测：

向18目-60目(1mm-0.25mm)的新出土的干燥次烟煤试样加入4.0重量％羧甲基纤维素钠(由Ashland Chemical提供，Aqualon Division，type7L)溶液。上述溶液含有0.5重量％的工业煤润湿溶液浓缩物(由Benetech，Inc.提供的BT-210WF)。该溶液还包含已标明组分的增塑剂。加入的量是这样确定的，试样的总量包含溶液的25重量％，剩余的为75重量％的煤。混合试样并且将其压制成直径30毫米、厚度15毫米的圆形塑料形式。将该试样加热至41℃过夜并且在早晨冷却，然后使用测力计破碎。将破碎试样所需的最大力(以牛顿计)与试样的质量(以克计)相除以得出与试样质量无关的比强度。结果示于表3中，并且每个数值为9个试样的平均值。

表3：

测试溶液	比强度
		4％7L CMC0.5％210WF	13.10N/g
4％7L CMC0.5％210WF，0.8％甘油	12.10N/g
		4％7L CMC0.5％210WF1.6％甘油	11.98N/g
4％7L CMC0.5％210WF0.8％二乙二醇	12.38N/g
		4％7L CMC0.5％210WF1.6％二乙二醇	12.59N/g

可以看出，与非离子纤维素醚不同，我们发现使用羧甲基纤维素作为增塑剂形成的制品强度没有提高，并且可能在强度方面略有降低。相对于第一实施例较高的强度归因于和第一实施例中描述的HPMC相比较高的羧甲基纤维素浓度。

评估外壳的常规方法

对于实施例4-8，于此所概述的方法用以评估实验配方形成外壳的能力：使用小于一英寸(25.4mm)的粒级筛分次烟煤。将该烟煤润湿直到出现可见的表面湿气，这与刚开采出的煤的表面湿度大致相同。取出重量为3-6公斤的这种烟煤并且分为每份约990克的试样。将该试样在托盘中放置并松散地保持水平(未压实)，所述托盘为一次应用的、直径为8.5″的铝饼盘。标记该试样并且使用测试溶液以标记的速率处理。然后，将该试样干燥过夜，并且随后以相当于约1/20英寸(约1mm)降雨量施加去离子水。试样再次干燥过夜，并且之后以相当于约1/10英寸降雨量润湿(2.5mm)。之后，采用加热灯将该试样加热至40℃-60℃，保持4小时来模拟热太阳光对处理后的外壳的影响。冷却试样并且使用测力计破碎其外壳。记录最大的力值并且称量碎片以测定所形成外壳的重量。通过烟煤的密度和外壳的直径，计算厚度。

实施例4：对HPMC加入增塑剂或表面活性剂

使用1.0％BT-205W表面活性剂混合物(A)或5.00％甘油(B)处理2.5％400cPs的HPMC和1.0％BT-205W的溶液。以0.024加仑/平方英尺的施加量来施用该溶液。每种包含烟煤的溶液制备三托盘并且分别按照上述常规方法处理得到如下结果(表4)：

表4：

可以看出，与含有表面活性剂溶液的HPMC溶液相比，使用增塑剂处理的HPMC溶液外壳测试具有更大的厚度和强度。

实施例5：对HPMC和表面活性剂的配方加入增塑剂

以0.035加仑/平方英尺的施加量测试1.5％400cPs的HPMC和1.0％BT-205W的溶液(A)以及包含1.0％BT-205W和0.5％甘油的1.5％400cPs的HPMC溶液(B)。每种包含烟煤的溶液制备四托盘并且分别按照上述常规方法处理得到如下结果(表5)：

表5：

测试	厚度，英寸	强度，psi
			溶液A	0.26	64
溶液B	0.27	94

可以看出，增塑剂的加入有效地提高了外壳的强度，还可能提高外壳的厚度。

实施例6：不同分子量的纤维素醚

制备两种不同纤维素醚的溶液。溶液A含有1.0％400cPs的HPMC、0.35％的甘油和1.0％的BT-205W。溶液B含有0.5％4000cPs的甲基纤维素、0.35％的甘油和1.0％的BT-205W。每种包含烟煤的溶液制备四托盘并且分别以0.04加仑/平方英尺的施加量按照上述常规方法处理得到如下结果(表6)：

表6：

测试	厚度，英寸	强度，psi
			溶液A	0.95	113
溶液B	0.93	125

可以看出，在大约400cPs粘度HPMC的一半浓度时，4,000cPs粘度甲基纤维素与400cPs粘度HPMC得到相似的结果。

实施例7：加入交联剂的益处

制备两种不同纤维素醚的溶液。溶液A含有1.5％400cPs的HPMC、0.50％的甘油和1.0％的BT-205W。溶液B含有1.5％400cPs的HPMC、0.50％的甘油、1.0％的BT-205W、0.1％的乙二醛溶液(40％)和足够量的乙酸(以使pH＜5)。每种包含烟煤的溶液制备三托盘并且分别以0.04加仑/平方英尺的施加量按照上述常规方法处理得到如下结果(表7)：

表7：

	厚度，英寸	强度，psi
			溶液A	0.80	74
溶液B	0.83	93

可以看出，交联剂的加入进一步强化了外壳并且还可能生成更厚的外壳。

实施例8：测试的可重复性

为了证实我们观测到的测试结果是有效的和可重复的，我们重复了实施例7的实验，制备了每种配方的四个额外托盘(表8)：

表8：

测试	厚度，英寸	强度，psi
			溶液A	0.69	68
溶液B	0.77	88

可以看出，虽然与表7并非精确地一致，但考虑到次烟煤总体的可变性，两个实验结果之间的差异较小。

本领域普通技术人员容易认识到，干燥本发明的液体溶液以在起尘材料堆的暴露表面上形成外壳，所述起尘材料例如煤。该起尘材料堆可以在有轨车、堆料场或类似的地方中。本发明中所用的短语“起尘材料堆”具体是指起尘材料块或碎片的任意聚合体。因此，在起尘材料堆的暴露表面上形成外壳与使用抑尘剂整体处理具有实质性的区别，整体处理中起尘材料的单个颗粒被喷洒而不是喷洒在起尘材料堆的暴露表面。例如，使用抑尘剂的起尘材料的整体处理可以为，随着起尘材料颗粒在传送带上传输，喷洒在起尘材料单个颗粒上。也就是说，本发明没有处理起尘材料的单个颗粒。而是在起尘材料堆的暴露表面上形成外壳。

相应地，参照附图1-5，起尘材料堆10被置于堆料场中。点样器14在起尘材料堆10的暴露外表面22上喷洒本发明的液体溶液18。干燥该溶液18以在前述的、全部暴露外表面上形成外壳26。该外壳26形成了降低或防止气载灰尘颗粒散发进入周围空气的屏障。

虽然已经举例说明并描述了具体的实施方式，但可以想到不明显背离本发明精神并且保护的范围仅限于附加权利要求的范围的大量修改。

Claims (23)

1.一种提高起尘材料堆暴露表面上的防尘外壳强度的方法，其中所述外壳由施加于所述起尘材料堆暴露外表面的干燥液体溶液形成，并且其中所述溶液包含非离子纤维素醚、表面活性剂和水，该方法包括以下步骤：

在干燥起尘材料堆上的液态溶液之前，向液态溶液中加入增塑剂，其中该防尘外壳的强度超过了由干燥包括非离子纤维素醚、表面活性剂以及水的液态溶液形成的防尘外壳的强度。

2.权利要求1的方法，其中在水中以2.5％的浓度测量，非离子纤维素醚具有3cPs-100,000cPs的粘度。

3.权利要求1的方法，其中增塑剂为甘油。

4.权利要求1的方法，其中非离子纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。

5.权利要求1的方法，其中溶液中增塑剂的百分比不超过非离子纤维素醚重量的125％。

6.权利要求1的方法，其中非离子纤维素醚的百分比不超过溶液重量的20％。

7.权利要求1的方法，其中非离子纤维素醚的百分比不超过溶液的20重量％，并且增塑剂的百分比不超过非离子纤维素醚重量的125％。

8.一种处理起尘材料堆以防止灰尘从起尘材料中散失的方法，其包括以下步骤：

使用包括非离子纤维素醚、增塑剂以及表面活性剂的液体溶液包覆起尘材料堆的暴露表面；以及

与所述起尘材料堆的暴露表面形成外壳，其中由所述暴露表面和液态溶液的干燥部分形成可抑制所述起尘材料损失的屏障。

9.权利要求8的方法，其中非离子纤维素醚为烷基取代的纤维素醚。

10.权利要求9的方法，其中烷基取代的纤维素醚为甲基纤维素。

11.权利要求8的方法，其中非离子纤维素醚为至少部分取代的羟烷基烷基纤维素醚。

12.权利要求11的方法，其中羟烷基烷基纤维素醚为羟丙基甲基纤维素醚。

13.权利要求12的方法，其中羟烷基烷基纤维素醚为羟乙基甲基纤维素醚。

14.权利要求8的方法，其中增塑剂选自包括多元醇、二元醇、糖类、脂肪酸、脂肪酸酯以及多羟基醇的纤维素醚增塑剂的组。

15.权利要求8的方法，其中增塑剂选自包括烷撑二醇、二烷撑二醇、糖类以及甘油的组。

16.权利要求8的方法，其中增塑剂选自丙二醇、二乙二醇或甘油。

17.权利要求8的方法，其中增塑剂为甘油。

18.权利要求8的方法，其中表面活性剂选自包括公知的对所述被结壳的起尘材料有效的表面活性剂的组。

19.权利要求8的方法，其中表面活性剂为公知的对于煤有效。

20.权利要求8的方法，其中表面活性剂选自包括烷基苯磺酸盐、二烷基磺基丁二酸酯、脂肪酸酰胺、季铵化合物、有机磷酸酯、环氧乙烷-环氧丙烷嵌段共聚物、非离子脂肪酸醇乙氧基化物、非离子脂肪酸醇混合的乙氧基化物-丙氧基化物、合成醇乙氧基化物以及合成醇混合的乙氧基化物-丙氧基化物的组。

21.权利要求8的方法，其中表面活性剂选自包括烷基苯磺酸盐、二烷基磺基丁二酸酯、非离子脂肪酸醇乙氧基化物以及合成醇乙氧基化物的溶液的组。

22.一种防止灰尘散失的方法，包括对起尘材料堆施用含有增塑剂和表面活性剂的非离子纤维素醚溶液的步骤。

23.权利要求22的方法，其中溶液的施用量在0.005加仑/平方英尺-0.2加仑/平方英尺之间。

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