CN114479764B - 一种聚羧酸系高效抑尘剂及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种聚羧酸系高效抑尘剂，原料包括聚羧酸共聚物、润湿剂和防腐剂。本发明抑尘剂产品与粉尘混合之后的抗压缩强度高，抑尘持久性强，对于路面土层较厚的情况抑尘效果尤为明显，有效防止二次起尘。
Description
技术领域
本发明涉及建筑材料及外加剂领域，具体的，涉及一种聚羧酸系高效抑尘剂及其制备方法与应用。
背景技术
近年来，我国的环保政策愈加严格，对于可吸入颗粒物(PM10)、细颗粒物(PM2.5)为重要特征之一的区域性大气污染问题管控日益突出。控制粉尘问题已经成为当下我国环境治理中一项亟待解决的课题。
传统的抑制粉尘的方法大都采用洒水抑尘或覆盖抑尘。洒水抑尘效果不错但水蒸发速度快，必须持续洒水作业，造成大量水资源浪费，对于大型的矿场、堆灰场或煤场等，相较于蒸发速度和渣土的吸收速度极快，则需要洒水的次数更为频繁。一般采用防尘网的方式进行表面料堆抑尘，此种抑尘方式在短时间应急可行，但覆盖防尘在长期日晒的情况下，其老化破碎后会对环境产生二次污染，综合成本计算较高。而在大型城市环境中，机动车及交通污染是大气污染尤其是PM2.5污染的贡献因素之一，传统的降尘方法是在道路、工地等场所定期用洒水车洒水，但通常情况下，水的表面张力较高，另外细小的粉尘微粒所带的静电荷与水雾颗粒所带的电荷性质相同，它们之间相互排斥，因此微细粉尘、疏水性粉尘不易被水迅速、有效地润湿。
CN106947432A公开了公开了一种道路抑尘剂，所述道路抑尘剂由以下重量百分比的组分构成：顺丁烯二酸二仲辛酯磺酸钠5～10％、甘油88～93％、羧甲基纤维素0.5～2％、聚丙烯酰胺0.1～0.3％，其余组分为配置用水，其以聚丙烯酰胺为主要有效物质，与其它物质的配伍只是通过简单的混合，由于各物质的粘度较大，混合较为困难，效果较差。CN106634843A公开了一种保湿型多用途防尘抑尘剂，该防尘抑尘剂由以下按照质量份的原料组成：聚乙烯醇15-20份、硅酸钠8-10份、氟硅酸镁8-10份、羟丙基甲基纤维素10-15份、十二烷基硫酸钠1.5-2份、醇酯十二0.8-1份、过硫酸铵或过硫酸钾0.5-1份、乙二醇0.5-1份、丙三醇2-3份、聚丙烯酰胺2-3份、去离子水45-50份，CN105907372A公开了一种磁性降解型抑尘剂，由以下组份按重量百分比组成：天然乳胶：0.1-0.6％，天然植物纤维：0-0.2％，丙三醇：0.2-0.85％，表面活性剂：0.05-0.2％，磁性纳米颗粒：0.2-1％，余量由水补齐，其描述的制备方法中，将多种物质进行搅拌、加热混合，可以得到均匀的产品，但是物质之间并没有反应过程，实际操作对于产品的附加值较小，经济效益较差。CN105694815A利用丙烯酸乳液的反应产物作为抑尘材料，需要较高频率的搅拌，而且与丙烯酰胺体系比较来看，经济性与抑尘效果都有所差距。
目前市场上使用的化学抑尘剂，并取得了一定的效果，但这些传统抑尘剂大部分是固体粉末，需要在现场进行搅拌稀释，在使用过程中降低了喷洒效率，并且传统的抑尘剂保水能力差并且存在结壳慢、有效渗透率和有效抑尘周期短的问题。
因此，开展道路及其他矿场等场景的粉尘治理工作、不断研发新的抑尘产品显得十分必要。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种聚羧酸系高效抑尘剂，并提供其制备方法与应用，本发明主要技术路线为：采用聚羧酸减水剂合成手段合成一种聚羧酸高效抑尘剂母液，加以复配湿润剂、防腐剂混合而成聚羧酸系高效抑尘剂，所得抑尘剂产品与粉尘混合之后的抗压缩强度高，抑尘持久性强，对于路面土层较厚的情况抑尘效果尤为明显，有效防止二次起尘。
具体的，本发明聚羧酸系高效抑尘剂，按质量份数计，包括聚羧酸共聚物65-80份、润湿剂10-20份、防腐剂0.5-1份。
优选的，本发明所述聚羧酸共聚物为现有技术中记载的聚羧酸类共聚母液，更优选的，所述聚羧酸共聚物采用聚氧乙烯醚为主体，添加小单体，在引发剂、链转移剂作用下进行聚合制得。
优选的，所述聚羧酸共聚物原料组成为：聚氧乙烯醚大单体340-360份，双氧水1-1.5份，丙烯酸3-5份，水300-350份，A料80-85份，B料80-95份，工业碱液10-15份。
优选的，所述聚氧乙烯醚大单体为TPEG-2400，所述双氧水为质量百分比27.5％的工业级双氧水。
优选的，所述A料由丙烯酸甲酯2-3份，丙烯酸20-25份，水50-60份组成，所述B料由还原剂1-1.5份，链转移剂0.5-1份和水80-95份组成。
优选的，所述还原剂为VC，所述链转移剂为巯基乙酸、巯基丙酸的至少一种。
优选的，所述水为去离子水。
优选的，所述聚羧酸共聚物制备方法为：
第一次加料：在反应釜中投入聚氧乙烯醚大单体、双氧水、丙烯酸和水，持续搅拌至溶液无明显块状和片状物料；
第二次加料：在第一次加料搅拌完成后，开始滴加A料、B料，其中A料在2.5-3h内匀速滴加，B料在2-2.5h内匀速滴加，滴加完毕后，恒温老化0.5-2h，加入工业碱液调节pH值至7±1，根据固含量要求进行补水，降温、出料，即得聚羧酸共聚物。
优选的，所述聚羧酸共聚物为质量分数40％的聚羧酸母液。
本发明采用聚羧酸合成使用聚氧乙烯醚大单体为主体，配合制备聚羧酸的小单体，包括丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸酐、富马酸、衣康酸等，在引发剂、链转移剂的作用下进行共聚合，形成目标产物，辅以湿润剂在高速搅拌混合而成，湿润剂由月桂酰胺丙基甜菜碱、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基氯化铵、羧甲基淀粉、十二烷基苯磺酸钠中的一种或者多种，并加以微量防腐剂按任意配比混合组成。
聚羧酸共聚物在本发明抑尘剂中，主要作用起到支撑和扩散作用，聚羧酸分子上的羧基官能团本身带有负电荷，与泥土中含有大量的钙、钾、钠等离子结合后起到“锚”的作用，使得聚羧酸分子能够紧密地吸附在泥土颗粒表面。在存在自由水的环境里，聚羧酸分子的侧链优先与泥土进行紧密结合，结合力度较大，并且能够形成一定的空间位阻效果，同时给湿润剂的浸润提供有效通道，能够深入泥土更深层次，保证了抑尘剂与土层的深度结合，湿润剂的存在延长了自由水的在泥土中存在时间，当自由水失去后能够有效使泥土进行结合板结，形成较高的抗压缩强度。
优选的，所述润湿剂包括月桂酰胺丙基甜菜碱、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基氯化铵、羧甲基淀粉、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
更优选的，所述润湿剂包括聚乙烯醇，即润湿剂中必须含有聚乙烯醇，更优选的，所述聚乙烯醇数均分子量为8-15万，醇解度为86-89％或98-99％。
优选的，所述润湿剂由聚乙烯醇和羧甲基淀粉组成。
本发明还涉及聚羧酸系高效抑尘剂的制备方法，包括如下步骤：将各原料添加到高速剪切机中进行高速搅拌均匀。
优选的，所述高速搅拌包括叶片的自转和公转，自转转速为1500转/分，公转转速为900转/分，搅拌时间为20mi n。
本发明还涉及聚羧酸系高效抑尘剂的应用，其特征在于，将抑尘剂按照1-5:50的质量比进行稀释后使用。
优选的，本发明聚羧酸系高效抑尘剂可用于道路、矿山、矿场等抑尘工程。
本发明采用聚羧酸共聚物合成手段复配以其他湿润剂配制而成，减少了二次复配的繁琐性，由于目前市场主流抑尘剂还是粉体抑尘剂，其主要采用粉体添加循环装置进行循环使用，且目前市面上液体抑尘剂价格偏高，本发明通过对大宗原材料聚羧酸共聚物的改性，成本较低，抑尘持久性强，尘土抗压缩强度高，渗透性极强。
附图说明
图1聚羧酸共聚物空间位阻示意图
图2空间位阻通道示意图
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进行进一步阐述，实施例中所用原料均为市售，实验方法根据T/CAEPI 7-2017《水溶性道路抑尘剂》标准。
实施例中聚羧酸共聚物原料组成为：聚氧乙烯醚大单体350份，双氧水1.2份，丙烯酸5份，水330份，A料82份，B料91份，工业碱液12份。其中，聚氧乙烯醚大单体为TPEG-2400，所述双氧水为质量百分比27.5％的工业级双氧水，所述A料由丙烯酸甲酯2份，丙烯酸24份，水56份组成，所述B料由还原剂1.5份，链转移剂0.7份和水89份组成，还原剂为VC，所述链转移剂为巯基乙酸。防腐剂选用异噻唑类防腐剂。
实施例1
聚羧酸系高效抑尘剂，由聚羧酸共聚物70份、聚乙烯醇10份、羧甲基淀粉10份、防腐剂0.8份组成。将抑尘剂与水按质量比1:9进行稀释后进行抑尘效果测试。
实施例2
聚羧酸系高效抑尘剂，由聚羧酸共聚物70份、十二烷基硫酸钠10份、羧甲基淀粉10份、防腐剂0.8份组成。将抑尘剂与水按质量比1:9进行稀释后进行抑尘效果测试。
实施例3
聚羧酸系高效抑尘剂，由聚羧酸共聚物70份、聚乙烯醇10份、十二烷基硫酸钠10份、防腐剂0.8份组成。将抑尘剂与水按质量比1:9进行稀释后进行抑尘效果测试。
根据T/CAEPI 7-2017《水溶性道路抑尘剂》标准，性能测试结果如下：
Claims (5)
1.一种聚羧酸系高效抑尘剂，其特征在于，按质量份数计，包括聚羧酸共聚物65-80份、润湿剂10-20份、防腐剂0.5-1份；
所述聚羧酸共聚物原料组成为：聚氧乙烯醚大单体340-360份，双氧水1-1.5份，丙烯酸3-5份，水300-350份，A料80-85份，B料80-95份，工业碱液10-15份；
所述A料由丙烯酸甲酯2-3份，丙烯酸20-25份，水50-60份组成，所述B料由还原剂1-1.5份，链转移剂0.5-1份和水80-95份组成；
所述聚羧酸共聚物制备方法为：
第一次加料：在反应釜中投入聚氧乙烯醚大单体、双氧水、丙烯酸和水，持续搅拌至溶液无明显块状和片状物料；
第二次加料：在第一次加料搅拌完成后，开始滴加A料、B料，其中A料在2.5-3h内匀速滴加，B料在2-2.5h内匀速滴加，滴加完毕后，恒温老化0.5-2h，加入工业碱液调节pH值至7±1，根据固含量要求进行补水，降温、出料，即得聚羧酸共聚物；
所述润湿剂包括月桂酰胺丙基甜菜碱、木质素磺酸钠、十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、十六烷基三甲基氯化铵、羧甲基淀粉、十二烷基苯磺酸钠中的至少一种；
所述聚氧乙烯醚大单体为TPEG-2400。
2.根据权利要求1所述的聚羧酸系高效抑尘剂，其特征在于，所述润湿剂包括聚乙烯醇，所述聚乙烯醇数均分子量为8-15万，醇解度为86-89％或98-99％。
3.根据权利要求2所述的聚羧酸系高效抑尘剂，其特征在于，所述润湿剂由聚乙烯醇和羧甲基淀粉组成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的聚羧酸系高效抑尘剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将各原料添加到高速剪切机中进行高速搅拌均匀。
5.根据权利要求1-3任一项所述的聚羧酸系高效抑尘剂的应用，其特征在于，将抑尘剂与水按照1-5:50的质量比进行稀释后使用。
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