CN108559449A - 一种高稀释倍数水性液体抑尘剂及其制备和使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高稀释倍数水性液体抑尘剂及其制备和使用方法，属于环境保护技术领域。上述高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括以下重量份组分：超支化树脂35‑70份、聚乙烯醇0.1‑5份、表面活性剂0.2‑2.5份、改性纤维素0.5‑3份、防冻助剂10‑50份、防腐剂0.2‑5份。本发明制备的高稀释倍数水性液体抑尘剂具有较好的保湿性能和耐风蚀性能。

Description

一种高稀释倍数水性液体抑尘剂及其制备和使用方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，具体涉及一种高稀释倍数水性液体抑尘剂及其制备和使用方法。

背景技术

当前环境形势日趋严重，随着城市化进程加快，工地、矿山、道路施工所带来的扬尘日趋增多。现在通常使用抑尘网，但是抑尘网为塑料制品，不易降解，而且对细微粉尘的抑尘效果有限，同时回收时存在二次污染。此外，各种煤矿、金矿等矿山堆场均存在严重的扬尘污染问题，不仅污染周围环境，也会在运输过程，随风飘到各处，污染运输沿线生态环境，影响周围居民的人身健康。

现在，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。不仅浪费水资源，而且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。

现有抑尘剂存在以下问题：粉状产品必须通过机械分散到水中，否则极易抱团，溶解不开；液体抑尘剂均为1:20稀释，稀释倍数少，用量大，使用成本大大增加。因此，本项目的目的在于开发一种高稀释倍数(1:50)的液体抑尘剂，在施工方便、结壳强度大的同时，不仅降低使用成本，也减少产品中水分含量，减少运输成本。

专利CN101824303B抑尘剂及其使用方法涉及一种聚丙烯酸钠的合成，该树脂为高分子吸水树脂，其只有保湿作用，对各种粉尘没有粘结作用，因而其抑尘效果有限，只能对地面或近地面微粒表面起到保湿的作用，对扬尘几乎无用。

专利CN103980860A环保型超细粉体铁路煤炭运输和封存抑尘剂及制备方法，采用淀粉系列为原料，研磨至超细复合粉，但是淀粉纤维素系列固体抑尘剂不易在水中分散，工业生产时大量粉料加到水中会引起抱团，形成大量难溶解的疙瘩。

专利CN201710134897.0以顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠为主要抑尘原料，但该原料为一种表面活性剂，其对粉尘只能起到润湿的作用，达不到凝聚并固结粉尘的作用。

CN104693339A公开了一种水性抑尘剂，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。该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。

CN103666375A公开了一种改性超支化聚酯环保抑尘剂，其是以N,N-二羟乙基-3-胺丙酸甲酯为单体，季戊四醇或淀粉为核，以对甲苯磺酸为催化剂，以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，通过溶液聚合法制得三代超支化聚酯，并以硬脂酸为改性剂，以对甲苯磺酸为催化剂，得到改性超支化聚酯，与表面活性剂、水复配成改性超支化聚酯环保抑尘剂。该抑尘剂喷洒后可以使场地中的细颗粒物质保持较高的含水率而产生胶凝，防止粉尘飞扬，抑尘效果好，柔韧性强，在实际应用中不易被碾碎破坏，而且对金属无腐蚀作用，并具有良好的可降解性，无毒无环境污染。

现有抑尘剂中粉状产品必须通过机械分散到水中，否则极易抱团，不能均匀分散；液体抑尘剂稀释倍数少，用量大，使用成本大大增加，且抑尘剂体系中水分含量较多，增加运输成本。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供一种高稀释倍数水性液体抑尘剂及其制备和使用方法，能够进行高倍数(1:50-200)稀释，在应用范围广、施工方便、结壳强度大的同时，不仅降低使用成本，也减少产品中水分含量，减少运输成本。

为解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

本发明提供一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括以下重量份组分：超支化树脂35-70份、聚乙烯醇0.1-5份、表面活性剂0.2-2.5份、改性纤维素0.5-3份、防冻助剂10-50份、防腐剂0.2-5份。

进一步的，所述高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括以下重量份组分：超支化树脂40-60份、聚乙烯醇1-3.5份、表面活性剂1-2份、改性纤维素1-3份、防冻助剂30-50份、防腐剂0.4-5份。

进一步的，所述超支化树脂通过以下方法制备：

(1)将不饱和酸酯、不饱和聚醚、季戊四醇丙烯酸酯混合，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，同时滴加全氟烷基乙基丙烯酸酯、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、全氟烷基乙基丙烯酸酯完全加入之后，在60-100℃保温反应0.5-2.5小时；

(5)冷却至室温，出料，即为超支化树脂。

进一步的，所述的步骤(3)中，原料混合液完全加入的时间为1.0-4.0小时，全氟烷基乙基丙烯酸酯的加入速率为80滴/min；所述的步骤(3)中，聚合反应的温度，优选70-85℃；所述的步骤(4)中，保温的温度，优选70-85℃。

进一步的，所述不饱和酸酯、不饱和聚醚、全氟烷基乙基丙烯酸酯、季戊四醇丙烯酸酯、引发剂和水的重量比为45-75:45-60:10-30:14-36:14-35:100。

进一步的，所述不饱和酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、醋酸乙烯酯中的一种或两种；

所述不饱和聚醚为甲氧基聚氧乙烯丙烯酸酯和/或烯丙基聚氧乙烯醚；

所述的全氟烷基乙基丙烯酸酯为全氟丁基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基丙烯酸酯或全氟辛基乙基丙烯酸酯中的一种或两种；

所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或两种。

所述季戊四醇丙烯酸酯为季戊四醇三丙烯酸酯或季戊四醇四丙烯酸酯；

所述的水为蒸馏水或自来水。

进一步的，所述聚乙烯醇为PVA2488或PVA1788；

所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种；

所述改性纤维素为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或几种；

所述防冻助剂为乙醇、丙三醇、乙二醇、二丙二醇丁醚、木质素磺酸钠、醋酸钙、醋酸镁、醋酸钾中的一种或几种；

所述防腐剂为硼酸和/或苯丙三氮唑。

进一步的，所述抑尘剂还含有颜料1-10份；所述颜料为钛镍黄、氧化铁蓝、氧化铁绿、氧化铁红、氧化铁棕、酞青蓝、食品着色剂中的一种或几种；添加各种颜料和食品着色剂，满足需要显色的场合应用，便于区分喷洒区域和未喷洒区域，因而便于施工管理。

本发明还提供一种上述高稀释倍数水性液体抑尘剂的制备方法为：向超支化树脂中加入聚乙烯醇、改性纤维素、表面活性剂、防冻助剂、颜料、防腐剂，用分散机搅拌均匀即可。

本发明还提供一种上述高稀释倍数水性液体抑尘剂的使用方法为：按照抑尘剂与水质量比为1:50-200的比例稀释即可，施工时按照0.5-3.0kg/m²喷洒于物料上。上述高稀释倍数水性液体抑尘剂可广泛应用于建筑工地、未铺装道路、市政道路、固沙、煤炭运输、煤矿堆场及其他各种矿山堆场、矿粉运输的地方。

本发明所用主要成分为自合成超支化树脂，该树脂中包含聚醚长链段和全氟烷基长链段，聚醚链段起到降低树脂玻璃化转变温度的作用，全氟烷基链段由于氟烷基的高耐候性和低表面能，因而使得树脂更易于浸润各种粉尘、颗粒表面，从而起到更好的润湿包覆作用。其次，体系中加入季戊四醇丙烯酸酯，利用季戊四醇丙烯酸酯的枝状结构，构建树脂的网络化构型，可以对粉尘、颗粒进行更好的包覆固结。聚醚软单体、含氟烷基长链段和季戊四醇丙烯酸酯支化结构共同作用，降低树脂的最低成膜温度，可适用于-20～50℃的环境。

本发明提供了一种高稀释倍数水性液体抑尘剂及其制备和使用方法，具有以下有益效果：

(1)本发明所得超支化树脂同时包含亲水链段(丙烯酸、聚醚)、亲油链段(全氟烷基)，因而在润湿粉尘、颗粒同时，也保持吸水保湿性，延长凝聚抑尘、结壳抑尘时间。

(2)本发明复配高粘性物质(聚乙烯醇、改性纤维素)，提高体系的固含量，因而可以达到1:50-200的高稀释倍数，从而降低了运输成本和使用成本。

(3)本发明未添加会腐蚀设备、污染土壤水资源的氯、铜、硫酸根等离子，适用于普通喷洒装置；所用颜料为无机颜料及食用色素，不会对土壤、矿山造成污染。

(4)本发明抑尘剂具有良好的抗旱耐温性能，可经受不同地表温度的考验，在自然环境下依然具有固土抑尘作用；同时，施用固土抑尘剂后沙堆表面形成保水固结结构，改变了沙土内部温度、湿度，可供给固土植物保湿、保温的作用，保证植被存活率，因此也可与植被绿化相结合，达到综合治沙、育林的目的。

(5)本发明合成的超支化树脂制备工艺科学合理，操作简便易行，产率高，适合于工业化生产。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

下述实施例中所用的材料、试剂等，均可从商业途径得到。

本发明提供一种高稀释倍数水性液体抑尘剂及其制备和使用方法，具体物质用量及实验过程参见下述实施例。

实施例1：

一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括如下重量份组分：35份超支化树脂、0.1份聚乙烯醇2488、2.0份顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、0.5份烷基酚聚氧乙烯醚、3份羧甲基纤维素钠、50份乙二醇、0.4份苯丙三氮唑、1份食用着色剂、6份钛镍黄。

上述超支化树脂的制备方法为：

质量份数以g计，75g丙烯酸甲酯、50g甲氧基聚氧乙烯丙烯酸酯(分子量400)、36g季戊四醇四丙烯酸酯，按比例混合为原料混合液备用。向装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入100g蒸馏水，开启搅拌，以氮气置换15分钟，水浴加热至60℃时，加入25.66g过硫酸铵。以滴液漏斗连续滴加前述的原料混合液、10g全氟丁基乙基丙烯酸酯，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，出料，即为本发明的超支化树脂。

实施例2：

一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括如下重量份组分：40份超支化树脂、3份聚乙烯醇1788、1.0份十二烷基苯磺酸钠、1.0份脂肪醇聚氧乙烯醚、1.0份羟丙基甲基纤维素、10份乙二醇、5份乙醇、3份丙三醇、5.0份硼酸、10份氧化铁红。

上述超支化树脂的制备方法为：

质量份数以g计，45g丙烯酸羟乙酯、60g甲氧基聚氧乙烯丙烯酸酯(分子量1000)、17.6g季戊四醇四丙烯酸酯，按比例混合为原料混合液备用。向装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入100g蒸馏水，开启搅拌，以氮气置换15分钟，水浴加热至60℃时，加入14.9g过硫酸钾。以滴液漏斗连续滴加前述的原料混合液、20g全氟己基乙基丙烯酸酯，控制滴加速度，在2.5小时内滴加完毕。将体系升温至80℃，保温1.5小时。在搅拌的作用下将体系降至室温，出料，即为本发明的超支化树脂。

实施例3：

一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括如下重量份组分：60份超支化树脂、5份聚乙烯醇2488、0.2份十二烷基磺酸钠、1.0份脂肪醇聚氧乙烯醚、0.5份羟乙基纤维素、1.0份羟丙基甲基纤维素、10份醋酸钙、5份醋酸镁、5份二丙二醇丁醚、0.2份苯丙三氮唑、4.0份硼酸、5份氧化铁绿。

上述超支化树脂的制备方法为：

质量份数以g计，50g丙烯酸羟丙酯、45g烯丙基聚氧乙烯醚(分子量1000)、14.4g季戊三醇四丙烯酸酯，按比例混合为原料混合液备用。向装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入100g蒸馏水，开启搅拌，以氮气置换15分钟，水浴加热至60℃时，加入17.4g过硫酸钠。以滴液漏斗连续滴加前述的原料混合液、30g全氟辛基乙基丙烯酸酯，控制滴加速度，在2.5小时内滴加完毕。将体系升温至80℃，保温1.5小时。在搅拌的作用下将体系降至室温，出料，即为本发明的超支化树脂。

实施例4：

一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括如下重量份组分：70份超支化树脂、2份聚乙烯醇1788、1.0份十二烷基苯磺酸钠、1.0份脂肪醇聚氧乙烯醚、1.0份羧甲基纤维素钠、0.5份羟丙基甲基纤维素、10份木质素磺酸钠、5份二丙二醇丁醚、5.0份硼酸、8份氧化铁蓝。

上述超支化树脂的制备方法为：

质量份数以g计，60g醋酸乙烯酯、60g烯丙基聚氧乙烯醚(分子量1500)、36g季戊四醇三丙烯酸酯，按比例混合为原料混合液备用。向装有搅拌器、温度计、恒压滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入100g蒸馏水，开启搅拌，以氮气置换15分钟，水浴加热至60℃时，加入18.24g过硫酸铵和14.3g过硫酸钾。以滴液漏斗连续滴加前述的原料混合液、22g全氟辛基乙基丙烯酸酯，控制滴加速度，在2.5小时内滴加完毕。将体系升温至80℃，保温1.5小时。在搅拌的作用下将体系降至室温，出料，即为本发明的一种超支化树脂。

实施例5：

一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括如下重量份组分：60份超支化树脂、1份聚乙烯醇2488、1.0份脂肪醇聚氧乙烯醚、0.5份羟乙基纤维素、1.5份羟丙基甲基纤维素、10份醋酸钙、10份醋酸镁、10份二丙二醇丁醚、2份苯丙三氮唑。

上述超支化树脂的制备方法与实施例3相同。

实施例6：

一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，包括如下重量份组分：40份超支化树脂、1.5份聚乙烯醇1788、0.2份脂肪醇聚氧乙烯醚、0.5份羟乙基纤维素、5份丙三醇、5份乙二醇、0.2份硼酸。

上述超支化树脂的制备方法与实施例3相同。

因篇幅有限，仅以实施例3为例设置对比例如下，进一步说明本发明制备的高稀释倍数水性液体抑尘剂的性能。

对比例1：

本对比例不含超支化树脂，其余与实施例3相同。

对上述实施例1-6和对比例1制备抑尘剂进行保湿性和耐风湿性测试，结果见表1。具体测试过程如下所述。

保湿性能：称取500g粒度为50-1500目的城市道路微尘加至直径为12cm的培养皿中压实、称重。将制备的抑尘剂用100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。50℃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。

耐风蚀性能：称取500g粒度为50-1500目的城市道路微尘加至直径为12cm的培养皿中压实、称重。将制备的抑尘剂用100倍质量的自来水稀释，以1.5kg/m²的用量喷洒至上述样品，50℃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。

表1

由表1可知，本发明制备的高稀释倍数水性液体抑尘剂具有较好的保湿性能和耐风蚀性能。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，包括以下重量份组分：超支化树脂35-70份、聚乙烯醇0.1-5份、表面活性剂0.2-2.5份、改性纤维素0.5-3份、防冻助剂10-50份、防腐剂0.2-5份。

2.根据权利要求1所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，包括以下重量份组分：超支化树脂40-60份、聚乙烯醇1-3.5份、表面活性剂1-2份、改性纤维素1-3份、防冻助剂30-50份、防腐剂0.4-5份。

3.根据权利要求1或2所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，所述超支化树脂通过以下方法制备：

(1)将不饱和酸酯、不饱和聚醚、季戊四醇丙烯酸酯混合，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，同时滴加全氟烷基乙基丙烯酸酯、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、全氟烷基乙基丙烯酸酯完全加入之后，在60-100℃保温反应0.5-2.5小时；

(5)冷却至室温，出料，即为超支化树脂。

4.根据权利要求3所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，所述的步骤(3)中，原料混合液完全加入的时间为1.0-4.0小时，全氟烷基乙基丙烯酸酯的加入速率为80滴/min。

5.根据权利要求3所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，所述不饱和酸酯、不饱和聚醚、全氟烷基乙基丙烯酸酯、季戊四醇丙烯酸酯、引发剂和水的重量比为45-75:45-60:10-30:14-36:14-35:100。

6.根据权利要求5所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，所述不饱和酸酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、醋酸乙烯酯中的一种或两种；

所述不饱和聚醚为甲氧基聚氧乙烯丙烯酸酯和/或烯丙基聚氧乙烯醚；

所述的全氟烷基乙基丙烯酸酯为全氟丁基乙基丙烯酸酯、全氟己基乙基丙烯酸酯或全氟辛基乙基丙烯酸酯中的一种或两种；

所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾和过硫酸钠中的一种或两种。

所述季戊四醇丙烯酸酯为季戊四醇三丙烯酸酯或季戊四醇四丙烯酸酯；

所述的水为蒸馏水或自来水。

7.根据权利要求1或2所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，所述聚乙烯醇为PVA2488或PVA1788；

所述表面活性剂为十二烷基磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠、顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪醇聚氧乙烯醚中的一种或几种；

所述改性纤维素为羧甲基纤维素钠、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素中的一种或几种；

所述防冻助剂为乙醇、丙三醇、乙二醇、二丙二醇丁醚、木质素磺酸钠、醋酸钙、醋酸镁、醋酸钾中的一种或几种；

所述防腐剂为硼酸和/或苯丙三氮唑。

8.根据权利要求1或2所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂，其特征在于，所述抑尘剂还含有颜料1-10份；所述颜料为钛镍黄、氧化铁蓝、氧化铁绿、氧化铁红、氧化铁棕、酞青蓝、食品着色剂中的一种或几种。

9.权利要求1-8任一所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂的制备方法，其特征在于，向超支化树脂中加入聚乙烯醇、改性纤维素、表面活性剂、防冻助剂、颜料、防腐剂，用分散机搅拌均匀即可。

10.权利要求1-8任一所述的高稀释倍数水性液体抑尘剂的使用方法，其特征在于，按照抑尘剂与水质量比为1:50-200的比例稀释即可，施工时按照0.5-3.0kg/m²喷洒于物料上。