CN106008791A - 一种矿物粉体抑尘剂及其制备方法 - Google Patents

一种矿物粉体抑尘剂及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明为一种矿物粉体抑尘剂及其制备方法。该抑尘剂以离子性单体和非离子性单体为原料，以较高的离子性单体用量，通过共聚合技术制备了聚合物水溶胶。本发明的聚合物水溶胶是粒径低于100nm的精细分散状态。显著增大的比表面积，增加了抑尘剂与粉尘颗粒的粘接几率和固结效果，有助于提高抑尘效率。

Description

一种矿物粉体抑尘剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及矿物粉体扬尘治理领域的水性聚合物抑尘剂，特别是一种聚合物水溶胶抑尘剂及其制备方法。
背景技术
城市规模持续扩大、经济总量不断增加，环境空气质量问题日益突出。矿山开采、矿石加工以及矿物运输和矿物堆场引起的各种污染严重威胁大气、水体和人体安全，作为矿物粉体扬尘之一的可吸入颗粒物PM10和细颗粒物PM2.5容易富集重金属离子、有机氧化物、细菌和病毒,对人体危害极大。因此，抑制开采、加工、运输和堆放过程中的矿物粉体扬尘，提高环境空气质量势在必行。
洒水抑尘是最常用的抑尘方法，简单易行，但因水的表面张力高，细颗粒物不易润湿，降尘效率不足30％，资源利用率低下。冬季易结冰，夏季蒸发快，通过多次洒水的办法可以在一定程度上延长路面湿润的时间，但成本显著增加。
淀粉、纤维素及其深加工产物属于天然高分子化合物，安全性好，但耐水性能有待提高。EVA、PVA属于合成高分子化合物，成膜能力良好，抑尘效率高，但对不同尘源的适应性不足。CN102703031公开了一种复合型抑尘剂，主要组分为氯化钙、硅酸钠、聚乙烯醇和甘油，将其喷洒在矿物散料表面，能在矿物散料表面形成一层固化层，能将矿物散料表面的颗粒粘结在一起。CN103289647涉及一种复合型化学抑尘剂，配方组分为聚丙烯酸钠、羟乙基纤维素、聚乙二醇、甘油和水，适宜在矿山尾矿库区及其道路运输的干滩区防尘。CN103305187公开了一种水性丙烯酸酯乳液其制备方法，具有润湿、粘结、凝并功能。使用时将此抑尘剂水溶液向煤堆表面均匀喷洒，能长时间且有效抑制煤堆粉尘飞扬。CN104693345公开了一种适于城市道路抑尘的聚合物分散体，虽然通过无皂乳液共聚技术制备，产品的安全性得到提高，但仍属于聚合物乳液范畴，抑尘效率有待提高。
本专利发明了一种矿物粉体抑尘剂及其制备方法。该抑尘剂是以离子性单体和非离子性单体为原料、通过共聚合技术制备的聚合物水溶胶，粒径低于传统的聚合物乳液，有助于提高抑尘效率。相比于水溶性聚合物抑尘剂，它在矿物粉体表面形成的壳层有更好的耐风蚀性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种矿物粉体抑尘剂及其制备方法。该抑尘剂以离子性单体和非离子性单体为原料，以较高的离子性单体用量，通过共聚合技术制备了聚合物水溶胶。聚合物水溶胶是粒径低于100nm的精细分散状态，几乎兼备了乳液聚合物和水溶性聚合物的性能优点，对矿物粉体扬尘有更好的粘接能力，成膜的效果更好。
本发明的技术方案为：
一种矿物粉体抑尘剂，该抑尘剂是通过共聚合技术制备的聚合物水溶胶，原料包括离子性单体、非离子性单体、pH缓冲剂、引发剂和水，其原料配比为：
所述的原料还包括中和剂，中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.5-7.5即可。
所述的离子性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和其钠盐中的一种或两种。
所述的非离子性单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和苯乙烯中的一种或多种。
所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和过硫酸钠中的一种或两种，以水溶液形式加入，溶液的质量百分浓度为5～10％。
所述的中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或两种，以水溶液形式加入，所述的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。
所述的矿物粉体抑尘剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将离子性单体、非离子性单体混合，作为原料混合液备用；
(2)向反应器中加入水，在搅拌下以氮气置换后，加热；
(3)升温至70-90℃时，滴加原料混合液和引发剂，3.0-5.0小时滴加完毕；；
(4)原料混合液加入之后，在90-100℃保温1.0-2.0小时；
(5)冷却至室温，以中和剂调节体系的pH值至6.5-7.5，出料，即为矿物粉体抑尘剂。
所述的步骤(3)中，聚合反应的温度优选为75-85℃。
所述的步骤(4)中，保温的时间优选为1.5小时。
所述的矿物粉体抑尘剂的应用方法，按照质量比矿物粉体抑尘剂:水＝1:30-100的比例稀释，通过喷洒车或喷雾器，按照1.0-2.5kg/m2的用量将此稀释液喷向矿物粉体。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的水性聚合物抑尘剂不含甘油、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；聚合反应温度适当，既保证反应体系稳定，又有助于水溶胶转化，最终改善抑尘剂的耐风蚀性。
(2)本发明的水性聚合物抑尘剂是粒径低于100nm的聚合物水溶胶，它的比表面积是传统乳液的8-27倍，显著增加抑尘剂与粉尘颗粒的粘接几率和固结效果，有助于提高抑尘效率。
(3)本发明的水性聚合物抑尘剂因为粒径小，它对自然光的散射能力比较弱，可以制得无色或水白色产品，减少了对视觉的不良影响。
(4)本发明的水性聚合物抑尘剂不含有铜、汞、铝等金属离子，对金属无腐蚀，对环境无破坏。
(5)本发明的水性聚合物抑尘剂适用于矿山开采、矿石加工以及矿物运输和粉体堆场引起的矿物粉体抑尘。
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，10g丙烯酸作为离子性单体，15g丙烯酸丁酯和5g丙烯酸羟乙酯作为非离子性单体，混合均匀后作为原料液备用。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100g蒸馏水，在搅拌帮助下氮气置换40分钟，水浴升温至80℃，连续滴加前述的原料混合液，控制滴加进度，3.0小时滴加完毕。其间，同时滴加8g质量浓度为5％的过硫酸铵水溶液(时间同步)。将体系升温至90℃，保温1.5小时。将体系降至室温，以质量浓度为5.0％的氢氧化钠将上述反应体系的pH值调节至7.5，即为本发明的一种水性聚合物抑尘剂。实际应用时，与水按质量比1:50稀释，然后注入喷洒器，进行喷洒抑尘。
测定成膜厚度：称取150克粒度为100目的铁矿粉加至直径为12cm的培养皿中压实。将实施例的水性聚合物抑尘剂用50倍质量的自来水稀释，以1.5kg/m2的用量喷洒样品，25℃恒温干燥。将壳层剥离，用卡尺测定成膜层厚度。
评价耐风蚀性能：制样和喷洒方法与测定成膜厚度的方法相同。样品在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评价指标。该指标体现了抑尘剂的粘接、结壳效果。质量损失率越低，抑尘效果越好。
实施例二
实施步骤同实施例一，不同之处为：作为离子性单体，10g丙烯酸替换为8g甲基丙烯酸和20g乙烯基磺酸钠水溶液(10％)；聚合反应温度为85℃。
性能评价方法同实施例一。
实施例三
质量份数以克计，10g丙烯酸作为离子性单体，5g丙烯酸丁酯、8g苯乙烯和7g丙烯酸羟丙酯作为非离子性单体，混合均匀后作为原料液备用。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100g蒸馏水，在搅拌帮助下氮气置换40分钟，水浴升温至80℃，连续滴加前述的原料混合液，控制滴加进度，在3.0小时内滴加完毕。其间，同时滴加10g质量浓度为5％过硫酸钾水溶液。将体系升温至90℃，保温1.5小时。将体系降至室温，以质量浓度为5.0％的氢氧化钠将上述反应体系的pH值调节至6.8。出料，即为本发明的一种水性聚合物抑尘剂。实际应用时，与水按质量比1:50稀释，然后注入喷洒器，进行喷洒抑尘。
性能评价：以高岭土代替铁矿粉作为矿物粉体，方法同实施例一。
实施例四
实施步骤同实施例三，不同之处为：非离子性单体丙烯酸丁酯替换为等质量的丙烯酸甲酯。
性能评价方法同实施例三。
附表本发明水性聚合物抑尘剂的性质与性能
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 (7)

1.一种矿物粉体抑尘剂，其特征为该抑尘剂是通过共聚合技术制备的聚合物水溶胶，原料包括离子性单体、非离子性单体、pH缓冲剂、引发剂和水，其原料配比为：
所述的原料还包括中和剂，中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.5-7.5；
所述的离子性单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、乙烯基磺酸、烯丙基磺酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸和其钠盐中的一种或两种；
所述的非离子性单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯和苯乙烯中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的矿物粉体抑尘剂，其特征为所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和过硫酸钠中的一种或两种，以水溶液形式加入，溶液的质量百分浓度为5～10％。
所述的中和剂为氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸钠中的一种或两种，以水溶液形式加入，所述的中和剂溶液的质量浓度为5～10％。
3.如权利要求1所述的矿物粉体抑尘剂，其特征为所述的水为蒸馏水或自来水。
4.如权利要求1所述的矿物粉体抑尘剂的制备方法，其特征为包括以下步骤：
(1)将离子性单体、非离子性单体混合，作为原料混合液备用；
(2)向反应器中加入水，在搅拌下以氮气置换后，加热；
(3)升温至70-90℃时，滴加原料混合液和引发剂，3.0-5.0小时滴加完毕；
(4)原料混合液加入之后，在90-100℃保温1.0-2.0小时；
(5)冷却至室温，以中和剂调节体系的pH值至6.5-7.5，出料，即为矿物粉体抑尘剂。
5.如权利要求4所述的矿物粉体抑尘剂的制备方法，其特征为所述的步骤(3)中，聚合反应的温度优选为75-85℃。
6.如权利要求4所述的矿物粉体抑尘剂的制备方法，其特征为所述的步骤(4)中，保温的时间优选为1.5小时。
7.如权利要求1所述的矿物粉体抑尘剂的应用方法，其特征为按照质量比矿物粉体抑尘剂:水＝1:30-100的比例稀释，通过喷洒车或喷雾器，按照1.0-2.5kg/m2的用量将此稀释液喷向矿物粉体。
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