CN110430944A - 用于喷洒液体聚合物制剂的喷嘴和使用该喷嘴的喷洒方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于喷洒混合物的方法，该混合物包括至少第一液体和至少第二液体，该第一液体为水溶性或水溶胀性聚合物的液体制剂的形式，其特征在于该方法利用同时喷洒至少两种液体的喷嘴(1)，该喷嘴包括：主体，该主体设置有第一腔室(2)和第二腔室(3)，该第一液体在第一腔室(2)内流动，该第二液体在该第二腔室(3)内流动，该两个腔室中的每一个在该主体的外部上具有通孔(4,5)；导流装置(6)，该导流装置(6)固定到该主体并在该第一和第二液体的流动方向上布置在该通孔(4,5)中至少一个的下游，该导流装置能够改变该第一和第二液体的流动方向。本发明也涉及一种用于实施该方法的喷嘴。
Description
技术领域
本发明涉及一种喷嘴，其用于喷洒至少两种液体，尤其是水溶性或水溶胀性聚合物的液体制剂。
背景技术
水溶性或水溶胀性聚合物，特别是包括聚丙烯酰胺，用于多种农业应用，例如限制水力和风基土壤侵蚀以控制土壤的崩解，从而促进作物的发芽和出苗，而不仅限于这些益处。
这些聚合物的实施目前基本上通过灌溉水进行。本领域技术人员实际上可以例如参考由USDA的“自然资源保护服务”机构发布的标题为"保护实践标准，阴离子聚丙烯酰胺(PAM)应用，(Ac)，编码450"的文献。聚丙烯酰胺可以以粉末或块状形式(文献WO96002126)被添加以便表面灌溉水，或在加压系统内以液体制剂形式(文献WO9857531)被添加。
当然，以固体形式传播或喷洒水溶性或水溶胀性聚合物的一些方法使得可以免除灌溉水作为应用载体的使用，但它们是限制性的。实际上，粉末形式的聚丙烯酰胺在农业土壤上的传播涉及特定的配方(文献US7503143)或特定的材料(文献US2016120130)，以获得聚合物在地面上的均匀分布。
因此，液体喷洒方法仍然是优选的，但仍有若干技术上或经济上的困难有待克服。
喷洒稀释的聚丙烯酰胺溶液
在水性溶液中具有高分子量(大于一千万道尔顿)的聚丙烯酰胺的胶体性质需要大量稀释以使用标准农业喷嘴进行喷洒。例如，根据D.C金凯德、R.D.伦茨和G.A乐驰(1996)，《用于将PAM应用到土壤表面的扇形喷嘴的喷洒模式》，第457-466页，会议会刊，27，“侵蚀控制技术.....将其带回家”美国-华盛顿-西雅图，1996年2月27日-3月1日，国际侵蚀控制协会斯廷博特斯普林斯公司，其在水性溶液中的浓度必须不超过900ppm(重量百分比为0.9)以使用普通农业喷洒器喷洒。此外，喷洒压力必须显著增加以避免喷射的聚结。因此，喷洒这些水性聚合物溶液(非常大量的水)的必要工具是有限的。例如，在10,000平方米(1ha)的表面上以1200ppm的水性溶液浓度应用10kg聚丙烯酰胺导致8333升水的使用。如此每表面单位的水量相当于灌溉(FR3009307)，这与免除以灌溉水作为载体应用这些聚合物的期望相悖。
在同一文件(金凯德等，1996)中，应用浓度为3000ppm的聚丙烯酰胺需要将喷洒喷嘴降低到距地面38mm，并且由于喷射聚结的问题而使喷嘴数量加倍。这样，两个喷洒喷嘴使得可以仅在20至30mm的宽度上喷射聚丙烯酰胺悬浮液。这种方法不能工业化，因为它涉及在合理的时间长度内将足够量的这些聚合物应用于农业表面。
使用喷雾器来喷洒浓缩的聚丙烯酰胺溶液。
文献FR1357705提出在手动旋转雾化器的情况下使用特定的设备，以从水溶性或水溶胀性聚合物的浓缩液体制剂中产生均匀尺寸的细液滴。已经证明其有效性的该方法不需要在大量水中稀释待喷洒的聚合物溶液。然而，该方法需要特定的设备，其成本或维护可能成为障碍。
使用空气喷射喷嘴来喷洒
本领域技术人员可以使用空气喷射喷嘴((示例性喷嘴：文献US4828182))喷洒如文献FR1357705中所述的聚丙烯酰胺的浓缩液体制剂。但是这些液体制剂中所含的少量水将限制聚丙烯酰胺的功效。确实，根据加布里埃尔斯和德博迪特，《确定土壤调理时最佳水分含量的理论和实用方法》，发布于德国土壤科学学会，15，185-203，水分影响应用于农业土壤上的土壤调理剂的效果。此外，通过这种类型的设备喷洒浓稠产品所需的压缩空气的量和压力需要显著的能量消耗，这是使用农业牵引单元或自推进式喷洒器难以供应的。最后，由于聚丙烯酰胺的浓缩液体制剂具有高含量水平的非挥发性固体材料，压缩空气流将导致产品在喷洒过程中变干，从而导致粉状粉末的应用，此外，由于粉状粉末的粘附，粉状粉末将粘附到喷嘴的壁上，最终堵塞喷嘴的狭窄的孔。
上述方法都不允许水溶性或水溶胀性聚合物的浓缩水性制剂的简单应用，更不用说与其它难以混合(或甚至互不相溶)的物质和/或跟浓缩在聚合物中的水性溶液不相容的物质混合。
尽管已知向灌溉水中加入聚丙烯酰胺可以限制某些除草剂的浸出(见奥利弗等，《在使用聚丙烯酰胺(PAM)I的犁沟灌溉中使污染物的非现场移动最小化；杀虫剂》，澳大利亚土壤研究杂志，2006，44，551-560)，但是存在于在聚丙烯酰胺和除草剂的伴随应用过程中的这种组合的益处的信息很少。实际上，由于混合物的粘度以及潜在的不稳定性，这两种产物难以混合。
与交联剂混合的聚丙烯酰胺的应用可以产生原位交联反应(文献US3759857、US3875697、US3759197)。
例如，这种方法对于防止风蚀是令人关注的。然而，聚丙烯酰胺和交联剂的混合物构成反应介质，其粘度随着交联过程而增加，直到获得最终的交联产物，其因此具有很少的溶解度或没有溶解度。这样的混合物因此难以喷洒。在喷洒喷嘴处产生混合物是有吸引力的解决方案。然而，例如使用次氯酸钠的交联现象是快速反应，并且反应介质的结块可能发生在定位在喷洒喷嘴正下游的静态混合器中，导致喷嘴阻塞。
文献US2006/064844A1描述了一种可以清洁土壤的机器，其包括一方面可以混合肥皂另一方面可以混合水的系统。该系统设置有两个腔室，每个腔室具有通孔，通孔的轴线是交叉的，与定位在两个通孔中的一个的下游的导流装置结合。
在也不同于喷洒聚合物的领域中，文献US4361285A描述了一种用于雾化互不相溶材料的喷嘴，该喷嘴具有两个腔室，其中有两种液体流动，这些液体在每个腔室的出口孔的下游混合。喷嘴还包括由气体构成的第三流体，该第三流体被插入导流装置和两种液体的混合物之间。
在也不同于喷洒聚合物领域中，文献US4735359A描述了面对面定位的两个喷嘴的组合，它们中的每一个能够喷射单一液体。两种液体在轨道被导流装置预先修改之后混合。
发明内容
因此，为了满足对水溶性或水溶胀性聚合物的喷洒溶液的要求，其中聚合物的重量含量有利地在0.01％和75％之间，申请人开发了一种喷嘴，其另外提供了在喷洒期间将它们与尽管不相容的物质混合的可能性。该喷嘴的简单性使得其便宜，并且它的使用可以降低能量消耗。
因此，本发明涉及一种使用喷嘴喷洒混合物的方法，该混合物包括至少第一液体和至少第二液体，该第一液体为水溶性或水溶胀性聚合物的液体制剂的形式，其中聚合物的重量含量有利地在0.01％和75％之间，该方法的特征在下文中体现。
本发明还涉及用于同时喷洒至少两种液体以实施该方法的喷嘴，该喷嘴包括：
·主体，该主体设置有第一腔室和第二腔室，第一液体在第一腔室内流动，第二液体在第二腔室内流动，两个腔室中的每一个在主体的外部上具有通孔，
·导流装置，导流装置固定到主体并在第一和第二液体的流动方向上布置在该通孔中至少一个的下游，该导流装置能够改变第一和第二液体的流动方向，
这些孔在实践中相对于彼此定位，以允许第一和第二液体最迟在它们与导流装置接触之后混合，有利地，最迟在它们与导流装置接触时混合。
根据第一特征，构成主体的两个腔室的通孔的轴线是交叉的，使得第一和第二液体在它们与导流装置接触之前混合。
更优选地，这些孔中一个的轴线定位在主体的纵向方向上。
在该具体的实施例中，喷嘴的导流装置定位在孔的下游，该孔的轴线定位在主体的纵向方向上。
根据另一实施例，构成主体的两个腔室的通孔相对于彼此同心地定位，使得第一和第二液体最迟在它们与导流装置接触后混合，优选地最迟在它们与导流装置接触时混合。
在该实施例中，喷嘴的导流装置有利地呈现旋转锥的形式，其顶点朝向通孔取向，且其轴线与该孔的轴线结合。
对于该实施例，锥的顶点和通孔的中心之间的距离有利地小于20mm，更有利地小于10mm，并且还更有利地小于4mm。
如前所述，本发明的另一方面涉及一种实施前述喷嘴喷洒混合物的方法，该混合物包括至少第一液体和至少第二液体，该第一液体为水溶性或水溶胀性聚合物的液体制剂的形式，其中聚合物的重量含量在0.01％和75％之间。更优选地，第一液体的聚合物的重量含量在5％和60％之间，并且还更优选地在10％和50％之间。
最后，本发明还涉及前述喷嘴的用途，其在农业(更具体地，以限制土壤侵蚀)、雨水和废水处理、造纸方法和采矿提取的领域中用于喷洒至少一种水溶性或水溶胀性聚合物制剂。
换句话说，本发明还涉及在农业、雨水和废水处理、造纸方法和采矿提取的领域中的一种实施前述喷嘴喷洒混合物的方法，该混合物包括至少第一液体和至少第二液体，该第一液体为水溶性或水溶胀性聚合物的液体制剂的形式。
具体实施方式
从以下由附图支持的实施例中，本发明和产生的益处将变得清楚。
图1描述了根据本发明的喷嘴的优选实施例，其中喷嘴1的主体包括通向孔4和5的两个腔室2和3，孔4和5的轴线与导流装置6相切。孔4的轴线定位在主体1的纵向方向上，并且离开孔4和5的液体在它们与导流装置6接触之前混合，导流装置6在流动方向上置于孔的下游。
图2在第二优选实施例中描述了根据本发明的喷嘴，其中喷嘴1的主体包括两个腔室2和3，通孔4和5相对于彼此同心地定位。导流装置6是旋转锥的形式，其顶点朝向通孔4和5取向，并且其轴线与这些孔的轴线结合，使得第一和第二液体最晚在它们与导流装置接触时混合。
因此，本发明涉及一种实施前述喷嘴喷洒混合物的方法，该混合物包括至少第一液体和至少第二液体，该第一液体为水溶性或水溶胀性聚合物的液体制剂的形式，其中聚合物的重量含量优选地在0.01％和75％之间。更优选地，第一液体的聚合物的重量含量在5％和60％之间，并且还更优选地在10％和50％之间。
依据定义，水溶性聚合物是一种将其以25℃的搅拌和以50g.L-1的浓度溶解于水中时得到不含不溶性颗粒的水性溶液的聚合物。
水溶胀性聚合物是一种将其置于25℃的水中时使水性溶液膨胀和增稠的聚合物。
对于根据本发明的方法，第二液体是水性的或有机的或两者的混合物。
更优选地，第二液体呈现油包水乳液的形式或颗粒的水性分散体的形式。
根据一个优选的实施例，对于本发明的喷洒方法，第二液体包含至少一种具有农学意义的物质或至少一种能够改善植物材料的发育或生长的物质，优选地选自以下的物质：肥料、激素、微生物、菌根、生长刺激物、生长调节剂、植物检疫产品，例如杀真菌剂、杀虫剂、植物保护剂。
根据另一优选实施例，对于根据本发明的喷洒方法，至少第二液体包含至少一种交联剂。
更优选地，交联剂选自碱金属或碱土金属次氯酸盐或次溴酸盐、化学式为O＝CH-(R)n-CH＝O的二醛，其中R是具有1至8个碳且n＝0或1的饱和亚烷基链。
优选地，对于本发明的喷洒方法，包含水溶性或水溶胀性聚合物的第一液体呈现均匀水性溶液或油包水乳液或聚合物颗粒在水相中的分散体的形式。
对于油包水乳液，水溶性或水溶胀性聚合物是悬浮在作为油的流动相中的水滴。
聚合物颗粒在水性溶液中的分散体包含悬浮在水性溶液中的至少一种水溶胀性或水溶性聚合物的颗粒，该水性溶液包含至少一种选自以下的化合物：矿物盐、有机盐、分散剂有机聚合物和它们的混合物。
优选地，对于本发明的喷洒方法，包含在待根据本发明的方法喷洒的至少第一液体内的至少一种水溶性或水溶胀性聚合物是丙烯酰胺共聚物。
有利地，丙烯酰胺的共聚单体是非离子的和/或阴离子单体。
一种或多种非离子单体可以特别地选自包括水溶性乙烯基单体的组。属于这类的优选的单体是例如甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺和N-羟甲基丙烯酰胺。也可以使用N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡啶和N-乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰基吗啉(ACMO)和二丙酮丙烯酰胺。
阴离子单体可选自丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、马来酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸(ATBS)、乙烯基磺酸、乙烯基膦酸，该阴离子单体是非盐化的、部分盐化的或完全盐化的。
本发明的最后一个方面涉及本发明的喷嘴的用途，其在农业(更具体地，以限制土壤侵蚀)、雨水和废水处理、造纸方法和采矿提取的领域中用于喷洒至少一种水溶性或水溶胀性聚合物制剂。
在农业领域中，更具体地对于土壤侵蚀，水溶性或水溶胀性聚合物有利地伴随至少第二液体一起喷洒，该第二液体包含至少一种具有农学意义的物质或至少一种能够改善植物材料的发育或生长的物质。
本发明的喷嘴、使用该喷嘴的喷洒方法及其用途的优点已经根据以下实施例进行了说明，但不限于此。
示例1：喷洒具有高分子量的聚丙烯酰胺的浓缩混合物。
根据本发明的方法，使用装配有两个分开的出口孔的双液体反射镜喷嘴来喷洒具有高分子量的聚丙烯酰胺的浓缩混合物。
对该喷嘴(对应于图1)进行三维建模，然后使用“Ultimiker 2+”打印机使用来自PET的添加方法进行打印。喷嘴的总长度为67mm，包括导流装置的横截面的直径为12mm，腔室的孔的直径为2mm，并且最后导流装置的表面积为112mm2。
接下来，在将喷嘴引入Teejet品牌的“气射双流体”模型的喷嘴座中之前，喷嘴装配有必要的垫片。该喷嘴座通常用于具有空气喷射的喷洒。已经对其使用进行了调整，以允许将两种液体朝向先前绘制和打印的喷嘴输送。
水在喷嘴的腔室3中循环且聚丙烯酰胺的各种浓缩液制剂在腔室2中循环。
聚丙烯酰胺是丙烯酰胺和丙烯酸钠(70/30，mol％)的共聚物，其分子量在一千万和两千万道尔顿之间。
使用的浓缩液制剂(重量百分比为25)在下表中描述：
| 制剂 | 剂型 |
| A | 水性分散体 |
| B | 油包水乳液 |
各液体的流速和以此喷洒的混合物的聚合物浓度在下表中示出：
我们获得宽度大于40cm的均匀网的喷洒。
根据金凯德等(1996)，使用的聚合物不能以超过900ppm重量(重量百分比0.9)的浓度正确喷洒。通过本发明的方法，可以以高于30倍的浓度喷洒相同的聚合物。
示例2：聚丙烯酰胺的原位交联。
如文献“丙烯酰胺聚合物的交联”US3759857所述，实施聚丙烯酰胺的原位交联的方法以稳定土壤，但实施本发明的喷嘴和喷洒方法。
聚丙烯酰胺的液体制剂(分子量约100,000道尔顿)和次氯酸钠的溶液(交联剂)在喷洒喷嘴的腔室2和3中的每一个中循环(与示例1相同)。
目的是使两种液体在与喷嘴的导流装置(也称为反射镜)的表面接触时混合。
下表总结了所使用的喷洒参数：
在喷杆上布置若干个喷嘴，以容易地将聚合物和交联剂的混合物应用在填充有沙土的盆的表面上。一旦应用该混合物，交联导致在土壤表面上形成稳定层。
应该注意的是，在喷洒之后容易清洁喷嘴。在喷洒设备内没有发生交联且因此没有发生堵塞。
Claims (16)
1.一种用于喷洒混合物的方法，所述混合物包括至少第一液体和至少第二液体，所述第一液体为水溶性或水溶胀性聚合物的液体制剂的形式，其特征在于，所述方法实施用于同时喷洒至少两种液体的喷嘴(1)，所述喷嘴包括：
·主体，所述主体设置有第一腔室(2)和第二腔室(3)，第一液体在所述第一腔室(2)内流动，第二液体在所述第二腔室(3)内流动，所述两个腔室中的每一个在所述主体的外部上具有通孔(4,5)，
·导流装置(6)，所述导流装置(6)固定到所述主体并在所述第一和第二液体的流动方向上布置在所述通孔(4,5)中至少一个的下游，所述导流装置能够改变所述第一和第二液体的流动方向。
2.根据权利要求1所述的喷洒方法，其特征在于，所述孔(4,5)相对于彼此定位，以允许所述第一和第二液体最迟在它们与所述导流装置接触时混合。
3.根据前述权利要求中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，所述孔(4,5)的轴线是交叉的，使得所述第一和第二液体在它们与所述导流装置接触之前混合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，所述孔(4,5)中一个的轴线定位在所述主体的纵向方向上。
5.根据权利要求4所述的喷洒方法，其特征在于，所述导流装置(6)定位在所述孔(4,5)的下游，所述孔的轴线定位在所述主体的纵向方向上。
6.根据权利要求2所述的喷洒方法，其特征在于，所述通孔(4,5)相对于彼此同心地定位，使得所述第一和第二液体最迟在它们与所述导流装置(6)接触时混合。
7.根据权利要求6所述的喷洒方法，其特征在于，所述导流装置(6)呈现旋转锥的形式，其中顶点朝向所述通孔(4,5)取向，且其中所述轴线与所述孔(4,5)的轴线结合。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，至少第二液体是水性的或有机的或两者的混合物。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，至少第二液体呈现油包水乳液的形式或颗粒的水性分散体的形式。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，至少第二液体包含至少一种具有农学意义的物质或至少一种能够改善植物材料的发育或生长的物质。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，至少第二液体包含至少一种交联剂。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，至少第一液体是丙烯酰胺共聚物。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，聚合物的重量含量在0.01％和75％之间，优选地在5％和60％之间，更优选地在10％和50％之间。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的喷洒方法，其特征在于，所述方法被实施于农业、更具体地以限制土壤侵蚀、雨水和废水处理、造纸方法和采矿提取的领域中。
15.一种用于同时喷洒至少两种液体的喷嘴，包括
·主体，所述主体设置有第一腔室(2)和第二腔室(3)，第一液体在所述第一腔室(2)内流动，第二液体在所述第二腔室(3)内流动，所述两个腔室中的每一个在所述主体的外部上具有通孔(4,5)，
·导流装置(6)，所述导流装置(6)固定到所述主体并在所述第一和第二液体的流动方向上布置在所述通孔(4,5)中至少一个的下游，所述导流装置(6)能够改变所述第一和第二液体的流动方向，
其特征在于，所述通孔(4,5)相对于彼此同心地定位，使得所述第一和第二液体最迟在它们与所述导流装置(6)接触时混合。
16.根据权利要求15所述的喷嘴，其特征在于，所述导流装置(6)呈现旋转锥的形式，所述导流装置(6)的顶点朝向所述通孔(4,5)取向，且所述导流装置(6)的轴线与所述孔(4,5)的轴线结合。
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