復(fù)合型防凍抑塵劑的制備與應(yīng)用研究

胡 輝，王永壘,吳林伢，張雅文，魏文靜，李海云

(1.黃山九星環(huán)保科技有限公司，安徽 黃山 245200；2.黃山學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，安徽 黃山 245041；3.黃山環(huán)保冰雪速融劑工程技術(shù)研究中心，安徽 黃山 245200)

環(huán)境污染目前是困擾全人類的問題[1-3]， 中國的粉塵污染也比較嚴(yán)重，特別是在冬季，干旱寒冷的北方地區(qū)主要的空氣污染源就是可吸入顆粒物。 如何解決粉塵顆粒對(duì)環(huán)境的污染及對(duì)人們生命的危害，就需要開發(fā)一種新型高效的抑塵劑產(chǎn)品，可以廣泛應(yīng)用在道路，煤場，礦山，公園，居民區(qū)，工廠等領(lǐng)域[4-7]。

針對(duì)北方地區(qū)冬季氣候干燥和天氣寒冷，普通的抑塵劑噴灑后容易結(jié)冰導(dǎo)致路面打滑，給安全帶來了一定的隱患。因此，迫切需要開發(fā)新型的防凍型抑塵劑產(chǎn)品來解決這個(gè)問題。本文采用價(jià)格低廉的氯化鈣溶液作為防凍的基礎(chǔ)組分，研究其它組分的用量(聚丙烯酸鈉、AEO-9、十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、甘油)對(duì)保水率及抑塵效率的影響，最終獲得一款綜合性能優(yōu)良的防凍抑塵劑產(chǎn)品。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

聚丙烯酸鈉，工業(yè)品，上海金錦樂實(shí)業(yè)有限公司；甲酸鉀、甘油、十二烷基硫酸鈉均為分析純，國藥集團(tuán)；羧甲基纖維素鈉及AEO-9為工業(yè)品，江蘇海安石油化工廠。

1.2 復(fù)合防凍抑塵劑的制備

按照配方(20g 36%的氯化鈣溶液、20g去離子水、0～0.5g的聚丙烯酸鈉、0～1g的AEO-9、0～5g的甲酸鉀、0～5g十二烷基硫酸鈉、0～7.5g甘油)，將各個(gè)原料和去離子水分別加入到三口瓶中，加熱到 70～90 ℃ 進(jìn)行混合溶解反應(yīng),充分溶解反應(yīng)2～5h,制成均相的液體抑塵劑產(chǎn)品。

1.3 保水率測試

首先稱取一定量的揚(yáng)塵樣品，分別倒入5個(gè)直徑為100mm玻璃培養(yǎng)皿中，然后將配制好的5% 抑塵劑溶液灑入相應(yīng)的培養(yǎng)皿中，待粉塵完全潤濕后,放置在電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱中進(jìn)行烘干,保持溫度在 60℃，保留3h取出培養(yǎng)皿稱其重量,記錄數(shù)據(jù)。根據(jù)不同時(shí)間下塵樣重量變化計(jì)算出其蒸發(fā)量，蒸發(fā)量越小，保水性越好。保水率(G)計(jì)算公式為：

1.4 抑塵效率測試

取一塊光滑的玻璃板，在上面噴灑5%濃度的抑塵劑溶液，然后均勻撒上揚(yáng)塵樣品，放到烘箱中60℃ 保持1h，然后取出玻璃板，用電吹風(fēng)吹掃玻璃板面并收集吹掃下的揚(yáng)塵并烘干，根據(jù)收集的揚(yáng)塵量來計(jì)算抑塵效率(H)。

1.5 其他指標(biāo)測試

冰點(diǎn)、碳鋼腐蝕率及濕基摩擦衰減率測試依據(jù)GB 23851-2009 《道路除冰融雪劑》進(jìn)行。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚丙烯酸鈉的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

保持20g 36%的氯化鈣溶液、20g去離子水、0.6g的AEO-9、3g的甲酸鈉、2g十二烷基硫酸鈉、4.5g甘油不變的情況下，改變聚丙烯酸鈉的量，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的變化如表1所示。

表1 聚丙烯酸鈉的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

從表1可以看出，聚丙烯酸鈉的量與產(chǎn)品的保水率和抑塵效率均成正比關(guān)系，聚丙烯酸鈉的用量增加，抑塵劑產(chǎn)品的保水率和抑塵效率均明顯升高，當(dāng)聚丙烯酸鈉的量增加到0.3g時(shí)，此后再增加聚丙烯酸鈉的量，產(chǎn)品的產(chǎn)品的保水率和抑塵效率增加不明顯；同時(shí)，產(chǎn)品粘度變得很大導(dǎo)致應(yīng)用不方便。因此，適宜的聚丙烯酸鈉的量為0.3g。

2.2 AEO-9的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

保持20g 36%的氯化鈣溶液、20g去離子水、0.3g聚丙烯酸鈉、3g甲酸鉀、2g十二烷基硫酸鈉、4.5g甘油不變的情況下，改變AEO-9的量，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的變化如表2所示。

表2 AEO-9的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

從表2可以看出，AEO-9的量與產(chǎn)品的保水率和抑塵效率均成正比關(guān)系，AEO-9的用量增加，抑塵劑產(chǎn)品的保水率和抑塵效率均明顯升高，當(dāng)AEO-9的量增加到0.6g時(shí)，此后再增加AEO-9的量，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率均增加不明顯，說明基本達(dá)到了一個(gè)飽和的狀態(tài)。因此，為了節(jié)約成本，適宜的AEO-9的量為0.6g。

2.3 甲酸鉀的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

保持20g 36%的氯化鈣溶液、20g去離子水、0.3g的聚丙烯酸鈉、0.6g的AEO-9、2g十二烷基硫酸鈉、4.5g甘油不變的情況下，改變甲酸鉀的量，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的變化如表3所示。

表3 甲酸鉀的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

甲酸鉀在配方中主要有兩方面的作用，一個(gè)是起到降低冰點(diǎn)的作用，達(dá)到抑制結(jié)冰的功能，另一個(gè)是利用其強(qiáng)的吸水能力達(dá)到保水、抑塵的功能。從表3可以看出，甲酸鉀量的增加與產(chǎn)品的保水率和抑塵效率基本呈現(xiàn)一致的關(guān)系。當(dāng)甲酸鉀的量增加到3g時(shí)，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率幾乎達(dá)到最大。因此，適宜的甲酸鉀的量為3g。

2.4 十二烷基硫酸鈉的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

保持20g 36%的氯化鈣溶液、20g去離子水、0.3g的聚丙烯酸鈉、0.6g的AEO-9、3g甲酸鉀、4.5g甘油不變的情況下，改變十二烷基硫酸鈉的量，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的變化如表4所示。

表4 十二烷基硫酸鈉的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

從表4可以看出，隨著十二烷基硫酸鈉量的增加，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率基本呈現(xiàn)先增加較快而后增加不明顯的趨勢。當(dāng)十二烷基硫酸鈉的量增加到2g時(shí)，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率幾乎達(dá)到最大，再繼續(xù)增加量，體系的溶解性變差，會(huì)出現(xiàn)不溶解的物質(zhì)。綜合考慮，最佳的十二烷基硫酸鈉的量為2g。

2.5 甘油的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

保持20g 36%的氯化鈣溶液、20g去離子水、0.3g的聚丙烯酸鈉、0.6g的AEO-9、3g甲酸鉀、2g十二烷基硫酸鈉不變的情況下，改變甘油的量，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的變化如表5所示。

表5 甘油的量對(duì)產(chǎn)品的保水率和抑塵效率的影響

從表5可以看出，隨著甘油量的增加，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率基本呈現(xiàn)先增加較快而后增加不明顯的趨勢。當(dāng)甘油的配方量增加到4.5g時(shí)，產(chǎn)品的保水率和抑塵效率幾乎達(dá)到最大，再繼續(xù)增加量，產(chǎn)品體系的粘度增加較快，而保水率及抑塵效率并未明顯增加。綜合考慮，本配方中適宜的甘油的量為4.5g。

2.6 不同濃度抑塵劑的應(yīng)用性能

采用最優(yōu)化的配方，即20g 36%的氯化鈣溶液、20g去離子水、0.3g的聚丙烯酸鈉、0.6g的AEO-9、3g甲酸鉀、2g十二烷基硫酸鈉、4.5g甘油，充分混合溶解后，制備成抑塵劑濃縮液。分別研究了不同濃度下該抑塵劑的應(yīng)用性能，結(jié)果見表6。

表6 不同濃度抑塵劑的應(yīng)用性能

從表6可以看出，抑塵劑不同濃度的溶液其應(yīng)用性能還是有很大差別的。首先從保水率和抑塵效率來看，濃度越高，保水率和抑塵效率效果也越好，但是隨著稀釋比例的增加，保水率和抑塵效率均可以保持在50%以上，這說明該產(chǎn)品配方在保水率和抑塵效率方面還是非常出色的。另外，考慮到冬季應(yīng)用領(lǐng)域的差異性，不同濃度的稀釋液其冰點(diǎn)也出現(xiàn)差異，對(duì)于東北地區(qū)來說，冰點(diǎn)一般要求達(dá)到-20℃以下，那就只能使用60%以上濃度的抑塵劑產(chǎn)品；對(duì)于中西部地區(qū)來說，一般使用20%以上濃度的產(chǎn)品即可滿足防凍的要求。而碳鋼腐蝕率很低主要體現(xiàn)了本配方的環(huán)保指標(biāo)較好，有機(jī)表面活性劑如聚丙烯酸鈉、AEO-9及甘油起到了一定減緩碳鋼腐蝕的作用。濕基摩擦衰減率指標(biāo)是體現(xiàn)道路行車安全性，一般要求≤16%，本研究配方產(chǎn)品不論什么濃度均可以滿足國標(biāo)對(duì)濕基摩擦衰減率的指標(biāo)要求。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)以氯化鈣溶液、聚丙烯酸鈉、AEO-9、甲酸鉀、十二烷基硫酸鈉、甘油作為主要原料，配制出了具有高效保水率和抑塵效率的抑塵劑產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)36%的氯化鈣溶液20g 、去離子水20g、聚丙烯酸鈉0.3g、AEO-9 0.6g、甲酸鉀3g、十二烷基硫酸鈉3g、甘油4.5g時(shí)，可以獲得88%的保水率和94%的抑塵效率。不同濃度的稀釋液所體現(xiàn)出的應(yīng)用性能指標(biāo)可以較好地滿足不同地域、不同需求客戶的應(yīng)用要求。