CN111808574B - 一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体及其制备与使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体及其制备与使用方法，该泡沫胶体由0.05%‑0.6%的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、0.1%‑0.2%的羧甲基纤维素、0.01%‑0.15%的硫酸铝/硫酸锌和水按重量份配制而成，向配制好的溶液通入压缩空气并搅拌得到泡沫胶体，而后根据路面扬尘特征参数以及场地条件确定泡沫胶体的用量，以一定的喷射流量、喷射角度，将其喷涂在路面上固化后铺洒防滑剂石英砂。本发明的泡沫胶体采用硫酸铝或硫酸锌作为无机金属离子交联剂，增大了胶凝剂的线性分子链之间形成氢键的概率，促进了胶凝剂分子极性基团的氢链交联，形成具有一定弹性的三维网状结构，使其兼具了优异的发泡性、较低的排水速率和稳定的扩张弹性，在土质路面抑尘领域具有广阔的应用前景。

Description

一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体及其制备与使用方法
技术领域
本发明属粉尘防治技术领域，尤其涉及一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体及其制备与使用方法。
背景技术
土质路面扬尘问题广泛存在于矿山、建筑、交通等多个行业，威胁企业安全生产和工人职业健康。以露天矿为例，卡车运输作业的产尘强度居露天煤矿各生产环节之首。随着露天矿开采规模和强度的增加，卡车运输向着大运量、超重型方向发展，产尘量急剧上升。然而，现有的路面抑尘材料基本都是单一的液相材料（洒水、水喷雾、湿润剂喷雾），普遍存在润湿时间短（很快蒸发掉），水分易流失（保水性弱）和机械强度低的缺陷，同时该类抑尘材料也面临耗水量大、成本高昂（需频繁喷洒）等问题。
发明内容
针对传统路面抑尘材料的不足，本发明提供一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体及其制备与使用方法。
本发明的技术方案是一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体，由下述重量份组成：起泡剂（0.05%-0.6%）、水性胶凝剂（0.1%-0.2%）、无机金属交联剂（0.01%-0.15%），余量为水。
所述起泡剂为以下至少之一：十二烷基硫酸钠、a-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。所述水性胶凝剂具体为羧甲基纤维素（CMC）。所述无机金属交联剂为硫酸铝或硫酸锌。
一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体的制备方法，包括以下步骤：
a.将起泡剂加入水中，常温下搅拌均匀得到起泡剂溶液；
b.将水性胶凝剂和无机金属交联剂加入到起泡剂溶液中得到混合体系；
c.将混合体系在常温下通入压缩空气并搅拌得到泡沫胶体。
一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体的使用方法，包括以下步骤：
a.制备抑尘泡沫胶体：基于粉尘的理化特性制作泡沫胶体；
b.确定泡沫胶体的用量：根据路面扬尘特征参数以及场地条件来确定泡沫胶体的用量；
c.路面喷涂：以一定的喷射流量、喷射角度，将泡沫胶体均匀喷涂于土质路面上。
d.防滑处理：待泡沫胶体固化后，在胶体上铺洒一层防滑剂。
所述扬尘特征参数包括但不限于粉尘的分散度和粉尘浓度；所述场地条件，包括但不限于地面坡度、土体的温度、湿度以及破碎程度。所述的防滑剂包括但不限于石英砂。
有益效果
与现有技术相比，本发明有益技术效果如下：
（1）本发明将泡沫胶体铺展在土质路面上作为土质路面的抑尘材料，兼具了液体的流动性与胶体的防尘固尘能力。在胶凝前具有很好的流动性，利于其在土质路面的铺展、扩散和堆积，润湿性也较好；胶凝后能够包裹住粉尘，有效锁住水分，减缓水分的蒸发，避免了粉尘的扬起，有效地固结了粉尘。
（2）本发明的泡沫胶体吸湿保水效果好。该泡沫胶体采用的水性胶凝剂为羧甲基纤维素（CMC）这种高倍吸水性材料，显著增强了泡沫的吸水性与保水性。
（3） 本发明对粉尘润湿效果好，由于多数粉尘在水溶液中的电离带负电荷，该泡沫胶体所采用的起泡剂脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠带有阴离子亲水基团，保证了泡沫胶体能充分粘附粉尘。
（4）本发明的机械强度高。与现有的路面抑尘材料相比，本发明泡沫胶体中有机高分子胶体与无机金属交联剂的交联复配保证了分子间存在大量相互作用的分子键，使得整个体系能够在空间上形成三维网状结构从而具有一定的结构强度；同时泡沫的外相为高强度的胶体，增强了液膜的抗压性能，显著提高了泡沫的稳定性。
具体实施方式
实施例1
一种抑制露天煤矿土质路面扬尘的泡沫胶体，由下述重量份组成：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠  0.2kg；
羧甲基纤维素  0.1kg；
硫酸铝  0.05kg；
水  115kg。
该泡沫胶体制备及使用方法，包括以下步骤：
a.将0.2kg的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入115kg水中，常温下以160r/min搅拌10分钟得到起泡剂溶液；
b.将0.1kg羧甲基纤维素和0.05kg硫酸铝加入到起泡剂溶液中得到混合体系；
c.将混合体系在常温下通入压缩空气并以200r/min转速搅拌12分钟得到泡沫胶体；
d.选择管径为18mm的扇形喷头，以0.8m³/h的喷射流量将发泡后的泡沫胶体溶液均匀喷涂在露天煤矿的土质路面上；
e.待泡沫胶体固化后，在路面胶体上铺洒一层石英砂作为防滑剂。
实施例2
一种抑制建筑工地土质路面扬尘的泡沫胶体，由下述重量份组成：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠  0.2kg；
羧甲基纤维素  0.15kg；
硫酸锌  0.1kg；
水  115kg。
该泡沫胶体制备及使用方法，包括以下步骤：
a.将0.2kg的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入115kg水中，常温下以160r/min搅拌10分钟得到起泡剂溶液；
b.将0.15kg羧甲基纤维素和0.1kg硫酸锌加入到起泡剂溶液中得到混合体系；
c.将混合体系在常温下通入压缩空气并以220r/min转速搅拌15分钟得到泡沫胶体；
d.选择管径为18mm的扇形喷头，以0.8m³/h的喷射流量将发泡后的泡沫胶体溶液均匀喷涂在建筑工地的土质路面上；
e.待泡沫胶体固化后，在路面胶体上铺洒一层石英砂作为防滑剂。
实施例3
一种抑制盘山公路土质路面扬尘的泡沫胶体，由下述重量份组成：
脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠  0.3kg；
羧甲基纤维素  0.2kg；
硫酸铝  0.05kg；
水  120kg。
该泡沫胶体制备及使用方法，包括以下步骤：
a.将0.3kg的脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠加入120kg水中，常温下以180r/min搅拌12分钟得到起泡剂溶液；
b.将0.2kg羧甲基纤维素和0.05kg硫酸铝加入到起泡剂溶液中得到混合体系；
c.将混合体系在常温下通入压缩空气并以220r/min转速搅拌15分钟得到泡沫胶体；
d.选择管径为18mm的扇形喷头，以0.8m³/h的喷射流量将发泡后的泡沫胶体溶液均匀喷涂在盘山公路的土质路面上；
e.待泡沫胶体固化后，在路面胶体上铺洒一层石英砂作为防滑剂。
将实施例1至3制备的泡沫胶体与现有的普通路面抑尘材料进行性能测试，实验数据如表1。
表1 本发明与现有技术的比较
排液速率（ml/s） 粘度（Pa·s） 黏弹模量（mN/m） 表面张力（mN/m）
现有路面抑尘材料 ＞2 ＜0.01 ＜7.00 ＞55
实施例1 0.32 0.025 14.3 34.2
实施例2 0.45 0.028 15.8 33.7
实施例3 0.53 0.031 15.9 32.1
从表1中可以看出，本发明泡沫胶体关键指标与现有路面抑尘用材料相比具有显著的优越性。现有路面抑尘用材料的排液速率超过2ml/s，粘度和黏弹模量分别在0.01 Pa•s和7mN/m以下，难以有效固结粉尘，表面张力则过大，润湿性较差。本发明通过对交联剂的实验分析选择，采用硫酸铝和硫酸锌作为无机金属交联剂，其与水性胶凝剂的协同作用机制显著增大胶凝剂的线性分子链之间形成氢键的概率，进一步地促进了胶凝剂分子通过极性基团的氢链交联在空间上形成一种具有一定的弹性的三维网状结构。泡沫胶体性能有极大改善，在具有优异发泡性的同时，较低的排水速率（＜0.55 ml/s）会大大加强胶体抑尘端的表现，并且，此浓度范围胶体的扩张弹性和张力表现都十分稳定，满足了土质路面上使用对其机械强度的需求。
应说明的是，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验数据，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明思想的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体，其特征在于，所述泡沫胶体包括如下组分：起泡剂0.05%-0.6%、水性胶凝剂0.1%-0.2%、无机金属交联剂0.01%-0.15%，余量为水；所述起泡剂为以下至少之一：十二烷基硫酸钠、a-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠；所述水性胶凝剂具体为羧甲基纤维素（CMC）；所述无机金属交联剂为以下至少之一：硫酸铝、硫酸锌。
2.一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
a.将起泡剂加入水中，常温下搅拌均匀得到起泡剂溶液，起泡剂为十二烷基硫酸钠、a-烯基磺酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠中的至少一种且重量份数为0.05%-0.6%；
b.将水性胶凝剂和无机金属交联剂加入到起泡剂溶液中得到混合体系，水性胶凝剂为羧甲基纤维素（CMC）且重量份数为0.1%-0.2%，无机金属交联剂为硫酸铝、硫酸锌中的至少一种且重量份数为0.01%-0.15%；
c.将混合体系在常温下通入压缩空气并搅拌得到泡沫胶体。
3.一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体的使用方法，其特征在于，按照以下步骤实施：
a.制备抑尘泡沫胶体：根据权利要求2制备泡沫胶体；
b.确定泡沫胶体的用量：根据路面扬尘特征参数以及场地条件来确定泡沫胶体的用量；
c.路面喷涂：以一定的喷射流量、喷射角度，将泡沫胶体均匀喷涂于土质路面上；
d.防滑处理：待泡沫胶体固化后，在胶体上铺洒一层防滑剂。
4.根据权利要求3所述的一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体的使用方法，其特征在于，所述扬尘特征参数包括但不限于粉尘的分散度和粉尘浓度；所述场地条件，包括但不限于地面坡度、土体的温度、湿度以及破碎程度。
5.根据权利要求3所述的一种抑制土质路面扬尘的泡沫胶体的使用方法，其特征在于，所述的防滑剂包括但不限于石英砂。
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