CN104693339B

CN104693339B - 一种水性抑尘剂及其制备方法

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Publication number: CN104693339B
Application number: CN201510143572.XA
Authority: CN
Inventors: 王新; 韩双福; 殷福星; 殷昊; 张福强
Original assignee: Hebei University of Technology
Current assignee: Hebei University of Technology
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-03-30
Publication date: 2017-03-22
Anticipated expiration: 2035-03-30
Also published as: CN104693339A

Abstract

本发明为一种水性抑尘剂，该抑尘剂由以下原料通过水溶液共聚制备而成，其物料组成即配比包括：不饱和酸：6‑25；不饱和酸酯：2‑10；交联剂：0.1‑0.5；引发剂：0.1‑2.0；水：100；所述的原料还包括碱性中和剂，碱性中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.0‑9.0。该抑尘剂采用不饱和酸、不饱和酸酯，通过水溶液共聚技术制备，可以在微尘颗粒表面形成壳层，表现出良好的保湿和抑尘作用，得到的产品不含挥发性低分子有机物，也没有腐蚀性高价金属离子。本发明制备出的化学抑尘剂，能够用水稀释喷洒使用，综合性能好，安全环保。

Description

一种水性抑尘剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及城市道路粉尘治理领域的化学抑尘剂，特别是一种水溶性聚合物抑尘剂及其制备方法。

背景技术

工业化程度不断加快和城市规模不断扩大，煤场堆放、煤炭燃烧、矿物加工、建设施工和机动车辆对城市道路所引起的扬尘污染问题日益明显，雾霾天气频发、持续时间越来越长。扬尘污染危害周边环境，影响了正常的生产秩序和生活质量。可吸入颗粒物(PM10)和细颗粒物(PM2.5)富集了大量的重金属离子、有机氧化物、细菌和病毒,PM2.5颗粒因鼻腔和咽喉无力阻挡而进入细支气管、肺泡，对人体危害极大，突出表现为致畸、致癌、致突变。

洒水是我国最常用的抑尘方法，它的主要作用是通过湿润增加干燥粉尘的含湿量，密度增大并粘结成较大的颗粒。洒水的操作简单，但冬季容易结冰，夏季蒸发快，有效抑尘时间不足半小时，用水量大。水分蒸发之后的微尘含量会剧增600％。

化学抑尘剂的品种繁多，用于复配的主要原料有无机低分子化合物、有机低分子化合物和高分子化合物。氯化钙、氯化镁、氯化铝、硫酸钠、水玻璃等无机物的成本低、使用方便、防冻效果好，但抑尘效果欠佳、腐蚀金属、污染土壤、不耐雨水冲洗。乙二醇、一缩二乙二醇、丙三醇等有机物能够浸润、吸附于粉尘颗粒表面，具有吸收水分、保持水分和降低凝固点的作用，但存在耐久性差的缺点，无法解决自然蒸发和雨水冲洗问题。煤渣油、木渣油、页岩渣油、轻油、重油、煤焦油、调和渣油、软质树脂和软质沥青仍属于低分子有机物，对粉尘颗粒表面有较好的浸润、吸附和一定程度的成膜包覆作用，抑尘效果好，但存在明显的安全隐患，导致二次环境问题。

淀粉、纤维素和各种植物多糖及其各种深加工产物属于天然聚合物，丙烯酸、丙烯酸酯、醋酸乙烯酯和异氰酸酯等单体的聚合物，以及环氧树脂和脲醛树脂等低聚物的交联产物均属于高分子化合物。高分子化合物具有成膜的能力，交联、固化之后可以表现出抗风蚀作用。CN103265990、CN102585770和CN103305187等公开了高分子化合物与氯化钠、焦磷酸钠、硫酸铜、甘油、烷基酚聚氧乙烯醚的复配技术，虽然改善了抑尘剂的润湿、吸附或抗冻性能，但也继承了金属离子的腐蚀性、低分子有机物的挥发性等缺点。

本专利发明了一种水性抑尘剂及其制备方法。该抑尘剂由不饱和酸、不饱和酸酯通过水溶液共聚技术制备，可以在微尘颗粒表面形成耐风蚀性良好的壳层，通过吸水、保湿作用实现抑尘目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性抑尘剂及其制备方法。该抑尘剂采用不饱和酸、不饱和酸酯，通过水溶液共聚技术制备，可以在微尘颗粒表面形成壳层，表现出良好的保湿和抑尘作用，得到的产品不含挥发性低分子有机物，也没有腐蚀性高价金属离子。本发明制备出的化学抑尘剂，能够用水稀释喷洒使用，综合性能好，安全环保。

本发明的技术方案实现为：

一种水性抑尘剂，通过水溶液共聚制备而成，其物料组成即配比包括：

所述的原料还包括碱性中和剂，碱性中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.0-9.0即可。

所述的不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、乙烯基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和其钠盐中的一种或两种。

所述的不饱和酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或两种。

所述的交联剂为二丙烯酸乙二醇酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和三甲基丙烯酸季戊四醇酯中的一种或两种。

所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过氧化氢/亚硫酸钠中的一种或两种，以水溶液形式加入，所述的引发剂溶液的质量浓度为5～10％。

所述的碱性中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾和三乙醇胺中的一种或两种，以水溶液形式加入，所述的碱性中和剂溶液的质量浓度为5～10％。

所述的水为蒸馏水或自来水。

所述的水性抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将不饱和酸、不饱和酸酯与交联剂混合，作为原料混合液备用；

(2)向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入水，开启搅拌，氮气或氩气置换10～30分钟后，水浴加热升温；

(3)升温至60-90℃时，加入引发剂，再加入原料混合液；原料混合液的加入方式为分批加入或连续滴加；

(4)原料混合液完全加入之后，在60-100℃保温0.5-2.5小时；

(5)冷却至室温，以碱性中和剂调节反应体系的pH值至6.0-9.0，出料，即为本发明的水性抑尘剂。

所述的步骤(3)中，聚合反应的温度，优选70-90℃。

所述的步骤(3)中，原料混合液的加入时间为1.0-4.0小时。

所述的步骤(4)中，保温的温度，优选80-95℃。

所述的步骤(5)中，调节反应体系的pH值，优选6.5-8.0。

所述的水性抑尘剂的应用方法，按照质量比水性抑尘剂:水＝1:10-1000的比例混合注入喷洒器或喷洒车，现场使用时，按照1.0-2.5kg/m²道路的用量将此抑尘剂稀释液向城市道路、人行便道的表面均匀喷洒。

所述的比例优选为水性抑尘剂按1:20-500与水稀释。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的水性抑尘剂采用丙烯酸等反应性原料，通过水溶液共聚技术将其聚合。不含甘油、乙二醇、渣油等挥发性低分子有机物，没有二次污染，环境安全性良好。其中，共聚温度避免了产品出现凝胶(失去水溶性、流动性)或组成不稳定(耐风蚀性下降)；不饱和酸酯的用量既避免了产品水溶性降低，也克服了耐风蚀性下降。

(2)本发明的水性抑尘剂通过工艺优化，实现了润湿、保湿、凝聚等功能的高效协同。喷洒之后，聚合物抑尘剂在微尘表面形成的壳层类似于传统意义上的篷布，耐风蚀性良好。

(3)本发明的水性抑尘剂未使用含Cu²⁺等高价金属离子、Hg²⁺等重金属离子以及氯化钙、氯化铝等腐蚀性无机物。对金属、交通车辆不存在腐蚀问题，施工安全性和使用安全性可靠。

(4)本发明的水性抑尘剂不含有铜、钙、铝等高价金属离子，其中的羧酸和磺酸衍生物为壳层提供了足够的保湿效果。

(5)本发明的水性抑尘剂除可用于城市道路抑尘，在居民垃圾区、建筑工地、矿物加工等场所使用时同样可以有效抑制粉尘飞扬。

(6)本发明所采用的制备工艺，不涉及高温高压，没有三废排放，适于大规模推广使用。

具体实施方式

下面结合实施例进一步说明本发明：

实施例一

质量份数以克计，20克丙烯酸作为不饱和酸物料，2.5克丙烯酸甲酯作为不饱和酸酯物料，0.4克二丙烯酸乙二醇酯作为交联剂物料，按比例混合为原料混合液备用。向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入100克蒸馏水，开启搅拌，以氩气置换15分钟，水浴加热至80℃时，加入3克质量浓度为10％的过硫酸铵水溶液。10分钟之后，以滴液漏斗连续滴加前述的原料混合液，控制滴加速度，在2.5小时内滴加完毕。将体系升温至85℃，保温1.5小时。在搅拌的作用下将体系降至室温，以质量浓度为5.0％的氢氧化钠将聚合体系的pH值调节至7.5。进一步搅拌均匀，出料，即为本发明的一种水性抑尘剂。现场使用时，与水按质量比1:50稀释，然后注入喷洒器，进行喷洒抑尘。

评价保湿性能：称取150克粒度为1500目的城市道路微尘加至直径为12cm的培养皿中压实、称重。将实施例的水性抑尘剂用50倍质量的自来水稀释，以1.5kg/m²的用量喷洒至上述样品、称重。40℃恒温箱中鼓风干燥，以鼓风干燥3小时的保水率评价保湿能力。保水率高，则保湿能力强，粉尘的堆积密度增加，抑制飞扬的能力提高。

评价耐风蚀性能：称取150克粒度为1500目的城市道路微尘加至直径为12cm的培养皿中压实、称重。将实施例的水性抑尘剂用50倍质量的自来水稀释，以1.5kg/m²的用量喷洒至上述样品，25℃恒温干燥、称重。以模拟5级风力近距离连续吹扫1.0h后的质量损失率作为耐风蚀性的评价指标。该指标反映了抑尘剂的凝聚效果，也体现了抑尘剂的结壳效果。致密性强、成膜效果好的壳层，质量损失率则低，其耐风蚀能力肯定提高。相应地，壳层对粉尘的封闭能力强，抑尘效果自然提高。

实施例二

质量份数以克计，以12克丙烯酸和5克甲基丙烯酸作为不饱和酸物料，采用3克氢氧化钠与20克水配制的水溶液将此物料中和，冷却到室温。2.5克丙烯酸羟乙酯作为不饱和酸酯物料，0.1克N,N’-亚甲基双丙烯酰胺作为交联剂物料，与中和处理之后的不饱和酸物料混合为原料混合液，备用。向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入80克蒸馏水，开启搅拌，以氮气置换20分钟，水浴加热至80℃时，加入6克质量浓度为3％的过硫酸钾水溶液。10分钟之后，以滴液漏斗连续滴加前述的原料混合液，控制滴加速度，在2.5小时内滴加完毕。将体系升温至85℃，保温1.5小时。在搅拌的作用下将体系降至室温，以5.0％氢氧化钠将聚合体系的pH值调节至6.9。进一步搅拌均匀，出料，即为本发明的一种水性抑尘剂。现场使用时，与水按1:50稀释，然后注入喷洒器，进行喷洒抑尘。

性能评价方法同实施例一。

实施例三

实施步骤同实施例二，不同之处为：不饱和酸由12克丙烯酸和5克甲基丙烯酸替换为14克丙烯酸和3克衣康酸。

实施例四

实施步骤同实施例二，不同之处为：不饱和酸由12克丙烯酸和5克甲基丙烯酸替换为15克丙烯酸和2克2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。

实施例五

质量份数以克计，15克丙烯酸和3克甲基丙烯酸作为不饱和酸物料，2.5克丙烯酸羟乙酯作为不饱和酸酯物料，0.2克三甲基丙烯酸季戊四醇酯作为交联剂物料，按比例混合为原料混合液备用。向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入100克蒸馏水，开启搅拌，以氮气置换20分钟，水浴加热至80℃时，加入3克10％过硫酸铵水溶液。10分钟之后，通过滴液漏斗连续滴加原料混合液，控制滴加速度，在2.5小时内滴加完毕。将体系升温至85℃，保温1.5小时。在搅拌的作用下将体系降至室温，以5.0％氢氧化钠将体系的pH值调节至7.2。搅拌均匀，出料，即为本发明的一种水性抑尘剂。现场使用时，与水按1:50稀释，然后注入喷洒器，进行喷洒抑尘。

性能评价方法同实施例一。

附表本发明水性抑尘剂的性质与性能

	实施例一	实施例二	实施例三	实施例四	实施例五
						物理状态	淡黄色透明液体	淡黄色透明液体	淡黄色透明液体	淡黄色透明液体	淡黄色透明液体
pH值	7.5	6.9	6.9	6.9	7.2
						粘度(25℃，mPa·s)	7980	6700	6520	6340	5830
保湿性能(％)	75	68	53	72	65
						耐风蚀性能(％)	1.8	2.4	2.0	2.4	1.8

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims

1.一种水性抑尘剂，其特征为该抑尘剂为通过水溶液共聚制备而成，其物料组成及配比包括：

物料组成质量份数

不饱和酸 6-25，

不饱和酸酯 2-10，

交联剂 0.1-0.5，

引发剂 0.1-2.0，

水 100；

所述的原料还包括碱性中和剂，碱性中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.0-9.0；

所述的不饱和酸为丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、乙烯基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和其钠盐中的一种或两种；

所述的不饱和酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯和丙烯酸羟丙酯中的一种或两种；

所述的水为蒸馏水或自来水；

所述的交联剂为二丙烯酸乙二醇酯、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和三甲基丙烯酸季戊四醇酯中的一种或两种；

所述的引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过氧化氢/亚硫酸钠中的一种或两种，以水溶液形式加入，所述的引发剂溶液的质量浓度为5～10%；

所述的碱性中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾和三乙醇胺中的一种或两种，以水溶液形式加入，所述的碱性中和剂溶液的质量浓度为5～10%。

2.如权利要求1所述的水性抑尘剂的制备方法，其特征为包括如下步骤：

（1）将不饱和酸、不饱和酸酯与交联剂混合，作为原料混合液备用；

（2）向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入水，开启搅拌，氮气或氩气置换10～30分钟后，水浴加热升温；

（3）升温至60-90℃时，加入引发剂，再加入原料混合液；原料混合液的加入方式为分批加入或连续滴加；

（4）原料混合液完全加入之后，在60-100℃保温0.5-2.5小时；

（5）冷却至室温，以碱性中和剂调节反应体系的pH值至6.0-9.0，出料，即为本发明的水性抑尘剂。

3.如权利要求2所述的水性抑尘剂的制备方法，其特征为所述的步骤（3）中，聚合反应的温度，优选70-90℃。

4.如权利要求2所述的水性抑尘剂的制备方法，其特征为所述的步骤（3）中，原料混合液的加入时间为1.0-4.0小时。

5.如权利要求2所述的水性抑尘剂的制备方法，其特征为所述的步骤（4）中，保温的温度，优选80-95℃。

6.如权利要求1所述的水性抑尘剂的应用方法，其特征为按照质量比水性抑尘剂:水＝1:10-1000的比例混合注入喷洒器或喷洒车，现场使用时，按照 1.0-2.5kg/m² 道路的用量将此抑尘剂稀释液向城市道路、人行便道的表面均匀喷洒。

7.如权利要求6所述的水性抑尘剂的应用方法，其特征为所述的比例优选为水性抑尘剂按1:20-500与水稀释。