CN106255557A

CN106255557A - 用于协助清洗的方法和剥离涂料组合物

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Publication number: CN106255557A
Application number: CN201580023776.8A
Authority: CN
Inventors: 安德鲁·T·J·范博梅尔; 景乃勇; 莫希特·马利克; 托尼·R·卡罗泽拉; 贝瑟尼·A·图罗韦切; 布雷德利·M·贝尔文; S·M·易卜拉欣·阿尔-拉菲亚
Original assignee: 3M Innovative Properties Co
Current assignee: 3M Innovative Properties Co
Priority date: 2014-05-07
Filing date: 2015-05-04
Publication date: 2016-12-21
Also published as: US20170113252A1; WO2015171477A1; CA2890439A1; EP3140051A4; EP3140051A1

Abstract

本发明提供了一种促进从基材上去除含沥青泥浆的方法，所述方法包括用包含纳米粒子和水的组合物涂覆所述基材，由此使得附着到涂覆的基材上的所述含沥青泥浆从所述基材上去除会比从未涂覆的基材上去除更容易。在一个实施方案中，所述组合物有助于水性萜烯型洗涤剂更高效地清洗油砂作业用卡车的涂漆钢底盘上的含沥青泥浆。

Description

用于协助清洗的方法和剥离涂料组合物

背景技术

本公开涉及清洗，更具体地涉及用于促进从表面上去除污染物的方法和组合物。

油砂是一类非常规的石油沉积物，其中包含的油主要呈固相。在油砂中，油包含在焦油或沥青中，并继而包含在油砂或泥土中。沥青是油砂中的油。沥青是天然存在的粘稠的烃类混合物，具有一致的摩尔质量并且美国石油学会(API)重力指标为8-14。沥青分子包含数千个碳原子。这使得沥青成为自然界中发现的最复杂分子之一。平均而言，沥青由约83.2％的碳、10.4％的氢、0.94％的氧、0.36％的氮和4.8％的硫构成。油砂是亲水性的(即，水湿性的)。每一粒砂都覆盖有水膜，其被重油(即，沥青)包围。

在地表采矿应用中，使用具有例如400吨载重量的大型自卸卡车(称作“铲泥车”)将沥青/泥土混合物从产地运出。在运输油砂的过程中，卡车底盘上累积了大量不需要的物质。这些物质有时被称为“泥浆”，可能包括诸如沥青、粘土和/或石灰石等岩屑。

泥浆堆积在卡车下方的热点、前轮背面、橡胶软管上以及其他部件上最为严重。泥浆的累积导致：a)卡车重量增加，造成可用载货量下降；以及b)维护过程中难以触及底盘的部件。燃油和燃气卡车需要在现场定期清洗。对铲泥车而言，卡车几乎需要每月清洗一次。含沥青的泥浆一旦附着到基材，非常难以去除，对于钢基材尤其如此，部分原因在于沥青具有疏水性，部分原因在于沥青的粘性使得泥浆与基材之间发生较强的粘合。因此，清洗卡车费力费时，每辆卡车需要数小时的清洗时间。清洗卡车的时间增加了总维护时间，从而延长了卡车的停工时间。

发明内容

根据以上所述，需要缩短油砂作业中所用的车辆诸如卡车及其他重型设备的清洗时间。此前曾尝试利用超疏水涂层解决沥青堆积的问题。然而，与超疏水技术相关的主要缺点之一在于其耐久性不足。已知超亲水涂层也存在耐久性不足的问题。然而，发现本文所述的剥离涂料组合物具有极好的耐久性。发现根据本发明所述甚至不含粘结剂的水性剥离涂料组合物能够承受一次以上的清洗循环，并且在需要重新施涂剥离涂料之前通常能够承受多达三次或更多次的清洗循环。根据本发明所述的水性涂层据信相当薄(即，约小于1微米厚)。由于这些水性组合物相当薄，并且由于它们不含用于增强其耐久性的粘结剂，因此可以预期它们在清洗过程中能够快速溶解并冲掉，或者在苛刻的操作条件下(例如，泥浆或油砂单独的磨蚀作用或与喷洗相结合的磨蚀作用)能够从基材上去除。本发明所述的剥离涂料组合物特别是不含粘结剂的那些组合物具有出乎意料的更长耐久性。由于本发明所述的亲水涂层具有优于先前涂层的耐久性，因此它们比先前已知的涂层能够更好地提供持续的清洗协助作用。

在一个方面，本发明提供了一种促进从基材上去除含沥青泥浆的方法。该方法包括用包含纳米粒子和水的组合物涂覆基材或以其他方式处理基材。以这种方式进行涂覆时，附着到涂覆的基材上的含沥青泥浆从基材上去除会比从未涂覆或未经处理的基材上更容易。

在更具体的方面，纳米粒子可以为下列中的至少一种：二氧化硅纳米粒子、氧化铝纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、氧化铝涂覆的二氧化硅纳米粒子以及它们的混合物。在另一方面，纳米粒子可以包括煅制二氧化硅和胶态二氧化硅中的至少一种。在一个具体实施方案中，纳米粒子可以为球形二氧化硅纳米粒子。

在一个实施方案中，可以浓缩形式提供剥离涂料组合物，在另一个实施方案中，可以稀释形式提供剥离涂料组合物。以浓缩形式提供时，剥离涂料组合物可包含至少约10重量％、至少约15重量％或至少约20重量％的纳米粒子，但至多约45重量％、至多约50重量％或至多约55重量％的纳米粒子。以稀释形式提供时，组合物可包含至少约0.001重量％、0.01重量％或0.02重量％的纳米粒子至不大于约10重量％、15重量％或20重量％的纳米粒子。在一个具体实施方案中，剥离涂料组合物包含约2重量％至约15重量％的球形二氧化硅纳米粒子。

在一个更具体的实施方案中，球形二氧化硅纳米粒子可具有小于约60纳米、小于约150纳米或小于约300纳米的平均直径。在另一方面，球形二氧化硅纳米粒子可包括具有不同平均粒径的纳米粒子的混合物。在另一方面，纳米粒子的混合物可包含大于约50％的具有介于约50纳米和约70纳米之间的平均粒径的球形二氧化硅纳米粒子以及小于约50％的具有小于约10纳米的平均粒径的球形二氧化硅纳米粒子。

在另一方面，组合物还包含表面活性剂。合适的表面活性剂可包括阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或它们的组合。

在另一方面，剥离涂料组合物具有约2至约10的pH。在一个更具体的方面，组合物具有约3至约9的pH。在另一方面，组合物可包含足以将pH调节至约3至约9的范围的足量酸。在一个具体实施方案中，酸包括磷酸。

在其他方面，该方法还包括利用水或水性洗涤剂的喷淋从基材上去除含沥青的泥浆。在一个更具体的方面，水性洗涤剂可包含萜烯烃、二醇和非离子表面活性剂。

在一个实施方案中，可喷淋水洗涤剂以接触涂覆的基材和/或附着到涂覆的基材上的含沥青泥浆。在一个更具体的实施方案中，可使用加压水在涂覆的基材和/或涂覆的基材上附着的含沥青泥浆与水性洗涤剂接触之后清洗基材上的含沥青泥浆。在一个更具体的实施方案中，在水性洗涤剂与其上附着含沥青泥浆的基材接触过程中或接触之后，水性洗涤剂可与一批组合物混合。在具体的方面，水性洗涤剂可包含在水中的≤10重量％的萜烯烃、≤15重量％的二醇和≤10重量％的非离子表面活性剂的共混物。

在一个方面，基材可包括金属、玻璃、橡胶或塑性表面。该表面还可包括涂层。涂层可包括例如环氧树脂、瓷釉、氨基甲酸酯或漆。

在一个方面，基材可以为用于回收含沥青材料的车辆的组成部分。在其他方面，基材可以为任何暴露于沥青类材料诸如焦油或沥青的表面。在一个具体的方面，含沥青的泥浆可包含至少约0.1重量％、至少约1％或至少约2重量％的沥青至不大于约15重量％、不大于12％或不大于约10重量％的沥青。

在另一方面，当基材涂覆有剥离涂料组合物时，基材可以呈湿态。

在另一方面，本发明提供了一种用于暴露于含沥青材料的设备上的剥离涂料组合物，其中组合物可包含二氧化硅纳米粒子、表面活性剂和水，并且表面活性剂可为阴离子表面活性剂，酸可为磷酸，并且组合物可具有2-9的pH。

在另一方面，本发明涉及用于回收含沥青材料的施工车辆，其中车辆具有经包含二氧化硅纳米粒子的剥离涂料组合物处理的暴露表面。

本文所述的组合物和方法不应限制于任何特定类型的车辆。然而，本文所述的组合物和方法特别适合促进从例如施工设备和车辆的底盘上去除含沥青的泥浆，施工设备和车辆诸如卡车、铲泥车以及用于油砂作业的其他设备。

另外的特征将有所描述，或者在下面详细说明的过程中将变得显而易见。应当理解，本文所述的每个特征可与其他所述特征的任何一者或多者以任意组合方式使用，并且每个特征不必依赖于另一个特征的存在，除非是对于本领域技术人员而言明显的情况。

附图说明

为了更清楚地理解，现在将以举例方式结合附图详细描述优选的实施方案，其中：

图1A示出涂有黄色醇酸树脂漆并覆盖以16g含2重量％沥青的泥浆的钢板；

图1B示出涂有黄色醇酸树脂漆、涂覆以球形二氧化硅纳米粒子组合物并覆盖以12g含2重量％沥青的泥浆的钢板；

图2A示出在80℃的烘箱中干燥30分钟后的图1A的钢板；

图2B示出在80℃的烘箱中干燥30分钟后的图1B的钢板；

图3A示出用喷淋水清洗30秒后的图2A的钢板；

图3B示出用喷淋水清洗30秒后的图2B的钢板；

图4A示出在0.5mL Megasol^TM洗涤剂中浸泡5分钟并用喷淋水清洗30秒后的图3A的钢板；

图4B示出在0.5mL Megasol^TM洗涤剂中浸泡5分钟并用喷淋水清洗30秒后的图3B的钢板；

图5A1、图5A2、图5B1和图5B2示出切割为上下两半的图4A和图4B的钢板；

图6A1、图6A2、图6B1和图6B2示出用喷淋水清洗30秒后的图5的半块钢板；并且

图7A1、图7A2、图7B1、图7B2示出在0.5mL Megasol^TM洗涤剂中浸泡5分钟并用喷淋水清洗30秒后的图6的半块钢板。

具体实施方式

一种促进从基材上去除含沥青泥浆的方法包括用包含纳米粒子和水的剥离涂料组合物涂覆或处理基材。以这种方式进行涂覆时，附着到涂覆的基材上的含沥青泥浆从基材上去除会比从尚未采用剥离涂料组合物涂覆或处理的基材上更容易。在一个实施方案中，有助于清洗基材上含沥青泥浆的组合物为基于纳米粒子的组合物。纳米粒子可包括例如二氧化硅纳米粒子、氧化铝纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、氧化铝涂覆的二氧化硅纳米粒子以及它们的混合物。纳米粒子的形状没有限制，可为任何规则或不规则的形状。在更具体的实施方案中，纳米粒子可包括煅制二氧化硅和/或胶态二氧化硅。在一个具体实施方案中，纳米粒子可包括球形二氧化硅纳米粒子。

在一个实施方案中，剥离涂料组合物可包括水性分散体，该水性分散体包含至少约0.001重量％、至少约0.01重量％、至少约0.02重量％、至少约1重量％或至少约2重量％的纳米粒子，该纳米粒子最多不大于约55重量％、不大于约50重量％、不大于约45重量％、不大于约20重量％、不大于约15重量％或不大于约10重量％。在一个具体实施方案中，剥离涂料组合物包含介于约2重量％和约15重量％之间的球形二氧化硅纳米粒子，该球形二氧化硅纳米粒子的平均粒径不大于约300纳米、不大于约150纳米或不大于约60纳米。如本文所用，重量百分比是指基于组合物总重量的重量。应当理解，剥离涂料组合物可包括具有不同平均粒径的纳米粒子的混合物。在其他实施方案中，组合物可任选地包含至少约0.001重量％、至少约0.01重量％或至少约0.02重量％的表面活性剂至不大于约2重量％、不大于约1.5重量％或不大于约1重量％的表面活性剂。合适的表面活性剂包括阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或它们的组合。

合适的阴离子表面活性剂包括但并不限于具有下述分子结构的那些，所述分子结构包括(1)至少一个疏水部分，例如选自约C6至约C20烷基、烷基芳基和/或烯基，(2)至少一个阴离子基团，例如硫酸根、磺酸根、磷酸根、聚氧乙烯硫酸根、聚氧乙烯磺酸根、聚氧乙烯磷酸根等等，和/或(3)这些阴离子基团的盐，其中所述盐包括碱金属盐、铵盐、叔铵盐等等。可用阴离子表面活性剂的代表性市售例子包括以商品名TEXAPON L-100购自美国特拉华州威尔明顿的汉高公司(Henkel lnc.,Wilmington,Del)的十二烷基硫酸钠。一种特别适合用于本发明剥离涂料组合物中的阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠(CH₃(CH₂)₁₁OSO₃Na)。

合适的中性表面活性剂包括多乙氧基化烷基醇，诸如购自美国宾夕法尼亚州阿伦敦的空气产品公司(Air Products and Chemicals Inc.,Allentown,PA)的Surfynol SE-F。

合适的阳离子表面活性剂包括购自美国密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma Aldrich,St.Louis,MO)的十六烷基三甲基溴化铵。

在某些实施方案中，剥离组合物可具有至少约2或至少约3的pH值，以及不大于约10、不大于约9或不大于约6的pH值。剥离涂料组合物可任选地包含足以将pH值调节至约2-10或约3-9的范围的足量酸。合适的酸包括无机酸，诸如磷酸(H₃PO₄)、硝酸、盐酸、硫酸等等。在一个实施方案中，磷酸的含量可以约0.05重量％至约0.15重量％的量存在。虽然存在无机酸诸如磷酸来调节pH对于许多应用是可取的，但剥离涂料组合物在不加入酸的情况下具有出人意料的效果。

不受理论的束缚，控制各种组分诸如水、纳米粒子、表面活性剂和酸的量似乎提供了二氧化硅基组合物和水性洗涤剂之间的协同作用，水性洗涤剂可用于清洗基材上的含沥青泥浆。

在一个实施方案中，纳米粒子可包括煅制二氧化硅或胶态二氧化硅。在一种优选的组合物中，纳米粒子可为以约2-15重量％的量存在的球形纳米粒子，并且表面活性剂可为以约0.01-1重量％的量存在的十二烷基硫酸钠。

用于本发明组合物中的二氧化硅纳米粒子优选地具有不大于约300纳米(nm)、不大于150nm或不大于约60nm的体积平均粒径。在一个优选的实施方案中，二氧化硅纳米粒子为体积平均粒径在2nm至60nm范围内的球形二氧化硅粒子。二氧化硅粒子可具有与以上60nm体积平均粒径相符的任何粒度分布。例如，粒度分布可为单峰或多峰(例如，双峰)。

水性介质中的球形二氧化硅粒子也可称为溶胶或胶态二氧化硅，在本领域中已知且可商购获得。例如，分散于水中的二氧化硅溶胶可以商品名NALCO^TM购自美国伊利诺伊州内珀维尔的纳尔科化学公司(Nalco Chemical Co.,Naperville,Il)。一种体积平均粒径为60nm的可用二氧化硅溶胶可以商品名NALCO^TM1060购自纳尔科化学公司(Nalco ChemicalCo)。另一种可用的市售二氧化硅溶胶以商品名NALCO^TM1115购得，其具有为4nm的体积平均粒径。球形二氧化硅纳米粒子优选地包括具有不同平均粒径的纳米粒子的混合物，例如约50％的具有60纳米平均粒径的二氧化硅纳米粒子与约50％的具有4纳米平均粒径的二氧化硅纳米粒子的混合物。二氧化硅纳米粒子另外描述于2012年2月2日公开的美国专利公布2012/0029141中，该专利的全部内容以引用方式并入本文。

其他可用的纳米粒子材料包括购自美国马里兰州哥伦比亚的格雷斯公司(W.R.Grace&Co.,Columbia,Maryland)的Ludox-CL和Ludox HS-40胶态二氧化硅、购自德国埃森的赢创迪高化工有限公司(Evonik Industries AG,Essen,Germany)的AERODISP 740X煅制二氧化钛以及购自美国马萨诸塞州阿什兰的尼亚珂纳米科技公司(Nyacol NanoTechnologies,Inc.,Ashland,MA)的NYACOL AL25胶态氧化铝。

剥离涂料组合物可包括其他任选的添加剂，例如粘结剂和流变学改性剂，但不含此类添加剂的组合物同样有效并且被视为在本发明的范围内。合适的粘结剂包括例如聚(乙二醇)(PEG)、聚(乙烯醇)(PVA)以及包括聚氨基甲酸酯分散体和丙烯酸类分散体的胶乳。合适的流变改性剂包括例如经疏水改性的环氧乙烷氨基甲酸酯(HEUR)、纤维素塑料和粘土。

发现本文所述的纳米粒子剥离涂料组合物有助于从附着含沥青泥浆的基材上去除泥浆。可以用普通水、用水性洗涤剂诸如萜烯型洗涤剂或它们的组合从基材去除含沥青泥浆。尤其是，发现基于二氧化硅的剥离涂料组合物有助于使用萜烯型洗涤剂从附着含沥青泥浆的基材上去除泥浆。一种合适的萜烯型洗涤剂可包含在水中的萜烯烃、二醇和非离子表面活性剂的含水混合物，例如在水中的≤10重量％的萜烯烃、≤15重量％的二醇和≤10重量％的非离子表面活性剂的共混物，所述重量百分比是基于水性洗涤剂的总重量计。此类洗涤剂可以商品名MEGASOL^TM购自加拿大艾伯塔省卡尔加利(Calgary,Alberta,Canada)的Biosol^TM。在一个实施方案中，基于二氧化硅的组合物和水性萜烯型洗涤剂可共混以形成清洁组合物。水性洗涤剂可与基材接触之前、接触过程中或接触之后与一批基于二氧化硅的组合物混合。

一种协助清洗基材上含沥青泥浆的方法，该方法包括用基于纳米粒子的组合物涂覆基材，由此使得附着到涂覆的基材上的含沥青泥浆更容易用水性洗涤剂从基材上去除。涂覆基材可通过众多周知的方法实现，例如喷涂、刷涂、辊涂、浸涂、倾倒等等。通常优选喷淋基于纳米粒子的组合物。超范围喷淋通常对清洗过程没有不利影响。事实上，喷淋并由此超范围喷淋的优点在于超范围喷淋可涂覆例如车辆的其他周围表面，例如车辆的前灯和窗户的玻璃或透明塑性表面。这样，这些其他表面的可润湿性将改变，由此使得水润湿该其他表面，从而不太容易从其上流失。组合物可在基材润湿或干燥时涂覆到基材上。将组合物涂覆到湿基材上的优点在于无需预先干燥基材，以及组合物更易于在基材表面上扩散，这两个优点均有助于缩短现场清洗时间。基于纳米粒子的组合物可以在涂覆于基材后进行干燥。尽管包含大量水，但该组合物的干燥速度相当快。

在一个实施方案中，清洗涂覆的基材上的含沥青泥浆包括使水性洗涤剂与涂覆的基材和/或涂覆的基材上的含沥青泥浆接触。水性洗涤剂可通过任何合适的方法与涂覆的基材和/或涂覆的基材上的含沥青泥浆接触，例如通过浸泡于一槽水性洗涤剂中或通过喷淋水性洗涤剂以接触涂覆的基材和/或附着于其上的含沥青泥浆。通常优选喷淋水性洗涤剂。水性洗涤剂可以浸泡在含沥青的泥浆中并保持一定的时间(例如，几分钟或一小时或更长时间)。然后可以使用水或使用更多的水性洗涤剂清洗基材上的水性洗涤剂和含沥青泥浆。即，清洗过程可通过用水或用更多的水性洗涤剂喷洗基材而实现。喷洗过程可采用单步法，即使用压力相对较高的喷淋(例如，至少100psi)来实现，或者喷洗过程可采用两步法，即使用首次低压清洗(例如，小于约50psi)、浸泡以及二次低压清洗来实现。为了节省水性洗涤剂，通常优选地使用高压喷淋水。在特别困难的情况下，可能需要使水性洗涤剂重复接触涂覆的基材和/或附着于其上的含沥青泥浆，然后重复高压喷淋。

在清洗作业中，基于纳米粒子的组合物和水性洗涤剂可连续或同时施用于基材。在一些情况下，基于纳米粒子的组合物可首先施用于基材，例如在制造基材时，或在现场使用基材之前施用。在其他情况下，例如在基材已用于现场后，可首先使用水性洗涤剂清洗基材，随后施用基于纳米粒子的组合物。在其他情况下，可能有利的是通过将两者混合到一起并喷淋混合物或在单独液流中同时喷淋两者，从而同时施用水性洗涤剂和基于二氧化硅的组合物。同时施用基于纳米粒子的组合物和水性洗涤剂提供了缩短清洗时间的优点。由于基材清洗是周期性的，因此可建立使用水性洗涤剂、使用水和施用基于纳米粒子的组合物的循环。根据基于纳米粒子的组合物的单个涂层不同，基于纳米粒子的组合物可以在用水性洗涤剂进行每次清洗过程中或清洗之后或者两次或更多次清洗过程中或清洗之后来施用。在一些实施方案中，根据最终使用条件不同，基于纳米粒子的组合物的单个涂层可在组合物重新施用于基材之前持续至少一次、两次、三次或更多次清洗循环。

组合物和方法不限于具体基材，但所述组合物和方法尤其适合施用于钢基材，特别是涂漆钢，例如与施工车辆相关的钢。涂有环氧树脂和醇酸树脂漆的钢，例如石油和天然气行业中采用的卡车及其他重型设备所用的钢，尤其受到重视。在一个具体实施方案中，基材为涂覆的基材。基材上的涂层可为例如环氧树脂高光泽度釉面或氨基甲酸酯高光泽度面漆。在一个具体情况下，基材可包括涂漆表面，例如涂有购自美国伊利诺伊州皮奥里亚的卡特彼勒有限公司(Caterpillar Inc.Peoria,IL)的漆，诸如黄色气溶胶或大包装漆。

本文所述的组合物和方法特别适合清洗车辆，尤其是在沥青污染区域诸如油砂区使用的卡车及其他重型设备，这些卡车及其他重型设备上附着有含沥青的泥浆。然而，该组合物和方法可施用于其他采矿作业中使用的其他车辆(与道路重铺设备相关)或涉及常规清洗作业时使用的车辆，例如在标准洗车设施中清洗车辆，因为该组合物也有助于从受污染表面上去除焦油、沥青和普通泥浆(即，不含沥青的污垢和水)。另外，该组合物和方法特别适合从表面上去除含沥青的泥浆。含沥青的泥浆可包含例如至少约0.1重量％、0.5重量％或1重量％至不大于约5重量％、不大于约10重量％、不大于约15重量％、不大于约20重量％的沥青或更多，具体含量取决于暴露于沥青区域的程度。例如，剥离涂料组合物可以有效促进包含至多25重量％沥青的含沥青泥浆的去除。

实施例

实施例1：

将用于泥土被沥青污染的区域中的重型卡车及其他设备中常用的黄色醇酸树脂漆涂到两块钢板上，制得涂漆钢板。用水清洗涂漆钢板。使用Graco^TM喷淋器将包含5重量％球形二氧化硅纳米粒子(50/50Nalco^TM1060和1115)、0.1重量％十二烷基硫酸钠(SDS)表面活性剂和0.1重量％磷酸(H₃PO₄)以及94.8重量％水的溶液涂覆到一块仍处于湿态的钢板上。另一块钢板保持为未涂覆状态。然后将经过涂覆和未涂覆的钢板风干，该过程需要约10分钟。

然后用包含2重量％沥青的泥浆覆盖干燥后的钢板。沥青为购自得加拿大艾伯塔省麦克默里堡的辛克鲁德公司(Syncrude Corp.,Fort McMurray,AB,Canada)的可靠油砂样品。未涂覆的钢板覆盖以16g含沥青的泥浆，涂覆有二氧化硅组合物的钢板覆盖以12g含沥青的泥浆，分别如图1A和图1B所示。图1A所示为未涂覆的二氧化硅的泥浆覆盖板，并且图1B示所示为涂覆有二氧化硅的泥浆覆盖板。

然后将两块泥浆覆盖板置于烘箱中，在80℃下干燥30分钟，模拟现场泥浆在重型卡车上的干燥过程。所得的覆盖有干燥含沥青泥浆的板如图2A和图2B所示，其中图2A所示为未涂覆二氧化硅的干燥泥浆覆盖板，并且图2B所示为涂覆有二氧化硅的干燥泥浆覆盖板。很明显，两块板均包含相对较厚的泥浆覆盖物。

然后使用连接到水龙头的软管和喷嘴以压力相对较低(即，测得的压力在约25-35psi的范围内)的水喷洗两块板30秒。用水喷洗后的板如图3A和图3B所示，其中图3A所示为未涂覆二氧化硅的板，并且图3B所示为涂覆有二氧化硅的板。从图3A和图3B中可以明显看出，用压力相对较低的水清洗30秒导致适量的泥浆从钢板上去除。

然后将两块板置于0.5mL Megasol^TM洗涤剂中浸泡5分钟。Megasol^TM为购自Biosol^TM的洗涤剂，包含在水中的≤10重量％的萜烯烃、≤15重量％的二醇和≤10重量％的非离子表面活性剂的共混物。Megasol^TM为石油工业中用于清洗油砂中所用的卡车及其他设备的洗涤剂产品。在Megasol^TM中浸泡后，使用连接到水龙头的软管和喷嘴以压力相对较低(即，约25-35psi)的水喷洗板30秒。如图4A和图4B所示，最初涂覆有球形二氧化硅纳米粒子的板(图4B)比最初未涂覆的板(图4A)更有效地得到清洁。从涂覆的钢板上去除(即，洗掉)的含沥青泥浆为7.2g，占初始泥浆量的60％，而从未涂覆的钢板上去除(即，洗掉)的含沥青泥浆为5.5g，占初始泥浆量的34％。

因此，可以看出，使用压力相对较低(即，<50psi)的水从基材去除含沥青泥浆时，可采用洗涤剂诸如Megasol^TM洗涤剂显著提高含沥青泥浆的总体去除率。即，洗涤剂和纳米粒子看起来具有协同效应，可显著增加从基材上去除的含沥青泥浆的量。不受任何具体理论的束缚，在冲洗步骤中使用压力相对较低的水时，洗涤剂看起来有利于从基材上去除基体物质，而二氧化硅纳米粒子组合物看起来有利于去除材料与基材之间界面上的物质。这样，洗涤剂和纳米粒子协同工作以提供高效组合，从而可以使用压力相对较低水从基材上去除污染物。因此，实施例1表明使用球形二氧化硅纳米粒子组合物协助用Megasol^TM洗涤剂去除含沥青泥浆导致洗涤剂和水的用量减少，并缩短重型卡车及用于泥土被沥青污染的区域例如油砂中的其他设备的清洗时间。

实施例2：

参考图5A1、图5A2、图5B1、图5B2、图6A1、图6A2、图6B1、6B2和图7A1、图7A2、图7B1、图7B2，该实施例探究了第二次清洗循环对图4A和图4B的钢板的影响。图4A和图4B的钢板及其上剩余的含沥青泥浆被干燥，并沿钢板的宽度方向切成两半。

将实施例1中所述的基于二氧化硅的相同组合物重新涂覆到上半块板上剩余的含沥青泥浆上，不同的是在施用基于二氧化硅的涂料时钢板处于干燥状态。用基于二氧化硅的组合物重新涂覆上半块并在空气中干燥10分钟后，图4A的钢板的上半块(在图5A1、图6A1和图7A1中)被覆盖以另外8.0g含沥青泥浆，并且图4B的钢板的上半块(在图5B1、图6B1和图7B1中)被覆盖以另外6.4g含沥青泥浆。将两个上半块置于烘箱中，在80℃下干燥30分钟。然后使用连接到水龙头的软管和喷嘴以压力相对较低(约25-35psi)的水喷洗带有含沥青泥浆的这两个上半块30秒。然后将这两个上半块置于0.5mL Megasol^TM洗涤剂中浸泡5分钟，并使用连接到水龙头的软管和喷嘴以压力相对较低(在约25-35psi的压力下)水喷洗带有含沥青泥浆的这两个上半块30秒。

下半块未采用基于二氧化硅的组合物进行重新涂覆。相反，上半块直接被剩余的含沥青泥浆覆盖，形成含沥青泥浆的附加层。图4A的钢板的上半块(在图5A2、图6A2和图7A2中)被覆盖以另外5.7g含沥青泥浆，并且图4B的钢板的上半块(在图5B2、图6B2和图7B2中)被覆盖以另外4.6g含沥青泥浆。将两个下半块置于烘箱中，在80℃下干燥30分钟。然后使用连接到水龙头的软管和喷嘴以压力相对较低(在约25-35psi的压力下)的水喷洗带有含沥青泥浆的这两个下半块30秒。然后将这两个下半块置于0.5mL Megasol^TM洗涤剂中浸泡5分钟，并使用连接到水龙头的软管和喷嘴以压力相对较低(在约25-35psi的压力下)的水喷洗带有含沥青泥浆的这两个下半块30秒。

从图7B1和图7B2中可以看出，基于二氧化硅的组合物的初始涂层使大部分含沥青泥浆从钢板表面上去除，即使在第二次清洗循环之前未施用基于二氧化硅的组合物的第二涂层亦如此(如图7B2所示)。因此，一个基于二氧化硅的组合物的涂层可协助通过水性洗涤剂去除含沥青泥浆，在需要重新施用涂料之前支持至少两次清洗循环。

另外，比较图7A1中的钢板与图4A中的钢板可以看出，将基于二氧化硅的组合物的涂料施用于已形成含沥青泥浆硬壳的表面至少能够将该表面清洗成其初始状态，表明钢表面不必彻底清洗即可开始应用，该涂料可成功用于已在现场经过大量作业的卡车及其他设备。

实施例3：

将用于泥土被沥青污染的区域中的重型卡车及其他设备中常用的黄色醇酸树脂漆喷淋到直径约12-18英寸的圆形钢板上，并干燥1小时。然后施用两个高光泽涂层，并使钢板干燥过夜或干燥至不再发粘/呈黏糊状。然后将包含95重量％水、5重量％纳米二氧化硅(85/15Nalco^TM1060和1115)、0.1重量％SDS和足量H₃PO₄的组合物涂料喷淋到一半钢板上，其中磷酸足以将组合物的pH调节到约2.5-4的范围内。将组合物以厚扇形流喷到钢板上，并干燥至少15分钟。另一半钢板为对照，未经涂覆。

涂层耐久性的测试方法为：使用高压清洗机用较高压力(1000psi)的水喷淋一半钢板，而用较低压力(100psi)的水喷淋另一半钢板。以较高压力喷淋的一半钢板包括一半涂覆的区域和一半未涂覆的区域，以较低压力喷淋的一半钢板包括另一半涂覆的区域和另一半未涂覆的区域。因此，钢板包括四个实验象限：未涂覆的对照/低压、未涂覆的对照/高压、经涂覆/低压和经涂覆/高压。水喷射分4个间隔执行，每个间隔2分钟。

直观观察每个间隔前后拍摄的照片以及钢板表面上水滴接触角的变化。在涂覆有涂层的表面上，表面的可润湿性更高，并且观察到水滴更平。在不含涂层的表面上，表面的可润湿性较低(由于疏水高光泽面漆)，并且水滴更接近球形。随着涂层磨损，水滴变得更接近球形。可润湿性的量级如下所述：5＝完全可润湿，3＝可润湿，1＝可润湿性差。表1提供了结果。

表1

水喷射	对照	经涂覆
			无	1	5
1000psi，间隔1	1	3
			100psi，间隔1	1	4
1000psi，间隔2	1	3
			100psi，间隔2	1	3
1000psi，间隔3	1	2
			100psi，间隔3	1	3
1000psi，间隔4	1	2
			100psi，间隔4	1	2

从表1中可以看出，涂漆板上涂层在磨损之前可承受至少3次清洗循环，并且该耐久性与喷洗压力无关，至少与至少100psi到1000psi之间的喷洗压力无关。假定涂层是亲水性的并且涂漆表面是疏水性的，该耐久性非常出色，在高压水洗循环下尤其如此。由于涂层耐久性已成为本领域中的问题之一，因此本发明所述的组合物解决了这一问题。

实施例4：

如实施例3所述制备一块圆形钢板，不同的是未涂覆的半块对照板被替代为用不含任何H₃PO₄的涂料组合物涂覆该半块板，除此之外与酸化涂料组合物相同。因此，非酸化涂料组合物的pH呈弱碱性(pH约8.5)而非酸性，钢板的一半涂覆以酸化涂料组合物，另一半则涂覆以非酸化涂料组合物。按照实施例3所述在高压(1000psi)下测试涂层耐久性，结果如表2所示，其中5＝完全可润湿，3＝可润湿，1＝润湿性差。

表2

水喷射	非酸化涂层	酸化涂层
			无	5	5
1000psi，间隔1	4	4
			1000psi，间隔2	3	3
1000psi，间隔3	3	3
			1000psi，间隔4	2	2

从表2中可以明显看出，酸化涂层和非酸化涂层之间不存在可润湿性下降的差异，根据现有技术，这一结果是出人意料的。因此，无需使用H₃PO₄降低组合物的pH。该实施例还验证了组合物提供的涂层在磨损之前可承受至少三次清洗循环。

实施例5：

如实施例3所述制备一块圆形钢板，不同的是将该圆形钢板分为三部分：第一部分涂覆以包含95重量％水、5重量％纳米二氧化硅(85/15Nalco^TM1060和1115)、0.1重量％SDS和足量H₃PO₄的组合物，其中磷酸将组合物的pH调节至约2.5–4的范围；第二部分涂覆以现有技术超疏水组合物(Never-Wet^TM)；第三对照部分未经涂覆。Never-Wet^TM为超疏水组合物，包含30重量％的液化石油气、20重量％的脂族烃、15重量％的乙酸正丁酯、15重量％的甲基异丁基酮、15重量％的乙酸甲酯、10重量％的乙酸乙酯和5重量％的聚丙烯。

然后用含沥青的泥浆沾满涂覆的圆板。将300g的15％沥青-泥浆(购自加拿大艾伯塔省穆斯克格河区的壳牌加拿大公司(Shell Canada Ltd.,Muskeg River Site,AB,Canada))和溶于300mL水中的230g粘土-泥浆剪切混合约1小时(或直至完全混合为粘的糊剂)，制得含沥青的泥浆。使用刮刀将泥浆-糊剂施涂到钢板上，形成均匀的一层。然后使泥浆在环境条件下完全风干，该过程需要大约4天。

将涂覆有泥浆的钢板置于槽中，用高压水(约1000psi)喷洗2分钟，对整个钢板进行彻底喷洗。捕捉视频以观察涂层性能，即涂覆的钢板和未涂覆的钢板之间的泥浆去除效率。喷洗钢板直至大多数泥浆被去除，并且捕捉清洗前(当泥浆干燥时)和清洗后的照片以观察涂覆的部分和未涂覆的部分之间达到的清洁度差异。

用含沥青的泥浆重新沾满钢板，如上文所述，然后以多个间隔重复用水进行重新喷洗，并记录每次间隔的结果。

根据积聚的泥浆量制定量表以评价清洗效果。按照积聚量由少到多的顺序，标度依次为：无残留、几乎无残留、一些残留、较多残留、严重残留。表3提供了结果。

表3

实施例6：

含沥青的泥浆在用于泥土被沥青污染的区域中的重型卡车及其他设备中常用的涂漆钢表面上特别粘。然而，其他泥浆，例如粘土泥浆，也附着到涂漆钢表面上。对用于粘土-泥浆与沥青-泥浆的涂层的耐久性和效果彼此进行比较，并与未涂覆的表面进行比较。

如实施例3所述制备两块圆形钢板。将包含95重量％水、5重量％纳米二氧化硅(85/15Nalco^TM1060和1115)、0.1重量％SDS和足量H₃PO₄的组合物涂料喷淋到每块钢板的一半上，其中磷酸足以将组合物的pH调节到约2.5–4的范围内。将组合物以厚扇形流喷到钢板上，并干燥至少15分钟。每块钢板的另一半未经涂覆。然后用沥青-泥浆涂覆一块钢板，如实施例5所述。采用实施例5中所述的相同涂覆程序以粘土-泥浆涂覆另一块钢板。将550g取自现场的干燥压碎的粘土-泥浆(购自加拿大艾伯塔省米尔德里德湖区的辛克鲁德加拿大有限公司(Syncrude Canada Ltd.,Mildred Lake Site,AB,Canada))置于350mL水中剪切混合约1小时(或直至完全混合为粘的糊剂)，制得粘土-泥浆。两块沾满泥浆的钢板的喷洗过程如实施例5所述。表4提供了结果。按照积聚量由少到多的顺序，标度依次为：无残留、几乎无残留、一些残留、较多残留、严重残留。

表4

水喷射	涂层	粘土-泥浆	沥青-泥浆
				1000psi，间隔1	未涂覆	无残留	一些残留
	经涂覆	无残留	无残留
				1000psi，间隔2	未涂覆	几乎无残留	较多残留
	经涂覆	无残留	几乎无残留
				1000psi，间隔3	未涂覆	一些残留	严重残留
	经涂覆	几乎无残留	一些残留

从表4中可以看出，沥青-泥浆附着到涂漆钢板上的量多于粘土-泥浆，因此含沥青的泥浆比粘土-泥浆更难清洗。表4中的结果进一步证实本发明所述组合物的涂料可有效协助清洗涂漆钢板上的含沥青泥浆，甚至可承受3次清洗循环。

总之，结果表明，2-15重量％的具有60纳米或更小平均粒径的球形二氧化硅纳米粒子与0.01-1重量％的十二烷基硫酸钠的水性组合物，无论是否包含用于调节pH的无机酸，都比其他组合物更有利于从基材上去除含沥青泥浆。由这些亲水组合物形成的涂料在疏水基材上尤其耐用，并且与清洗压力无关。

在对说明书进行检查时，本发明的结构对于本领域技术人员将变得显而易见。然而，应当理解，权利要求的范围不应受到实施方案的限制，而是应当整体给出符合权利要求和说明书的用语的最广泛解释。

Claims

1.一种促进从基材上去除含沥青泥浆的方法，所述方法包括用包含纳米粒子和水的组合物涂覆所述基材，其中附着到涂覆的基材上的所述含沥青泥浆从所述基材上去除会比从未涂覆的基材上去除更容易。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米粒子包括下列中的至少一种：二氧化硅纳米粒子、氧化铝纳米粒子、二氧化钛纳米粒子、氧化铝涂覆的二氧化硅纳米粒子、煅制二氧化硅纳米粒子以及它们的混合物。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米粒子包括煅制二氧化硅和胶态二氧化硅中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米粒子为球形二氧化硅纳米粒子。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述组合物包含2重量％-15重量％的球形二氧化硅纳米粒子。

6.根据权利要求4所述的方法，其中所述二氧化硅纳米粒子具有小于约300纳米的平均直径。

7.根据权利要求5所述的方法，其中所述球形二氧化硅纳米粒子包括具有不同平均粒径的纳米粒子的混合物。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述纳米粒子的混合物包含大于约50％的具有介于约50纳米和约70纳米之间的平均粒径的球形二氧化硅纳米粒子以及小于约50％的具有小于约10纳米的平均粒径的球形二氧化硅纳米粒子。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物还包含表面活性剂。

10.根据权利要求8所述的方法，其中所述表面活性剂为阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或它们的组合。

11.根据权利要求9所述的方法，其中所述阴离子表面活性剂包括十二烷基硫酸钠。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述组合物具有约2至约10的pH。

13.根据权利要求11所述的方法，其中所述酸包括磷酸。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括用水从所述基材去除所述含沥青泥浆。

15.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括用水性洗涤剂从所述基材去除所述含沥青泥浆。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述方法包括用水性洗涤剂冲洗所述基材。

17.根据权利要求15所述的方法，其中所述水性洗涤剂包含萜烯烃、二醇和非离子表面活性剂。

18.根据权利要求16所述的方法，其中喷淋所述水性洗涤剂以接触所述涂覆的基材和/或附着到所述涂覆的基材上的所述含沥青泥浆。

19.根据权利要求17所述的方法，其中所述水性洗涤剂包含在水中的小于约10重量％的萜烯烃、小于约重量％的二醇和小于约10重量％的非离子表面活性剂的共混物。

20.根据权利要求1所述的方法，其中所述基材包括下列中的至少一种：金属、玻璃、橡胶和合成塑性材料。

21.根据权利要求19所述的方法，其中所述基材还包括涂层。

22.根据权利要求20所述的方法，其中所述涂层包括下列中的至少一种：环氧树脂、瓷釉、氨基甲酸酯和醇酸树脂漆。

23.根据权利要求1所述的方法，其中所述泥浆包含约0.1重量％至约10重量％的沥青。

24.一种用于暴露于含沥青材料的设备上的剥离涂料组合物，所述组合物包含二氧化硅纳米粒子、表面活性剂和水，并且其中所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，所述酸为磷酸，并且所述组合物具有2-5的pH。

25.一种用于回收含沥青材料的施工车辆，其中所述车辆具有经包含二氧化硅纳米粒子的剥离涂料组合物处理的暴露表面。