施工現(xiàn)場(chǎng)用復(fù)合揚(yáng)塵抑制劑接枝性能測(cè)試及應(yīng)用

劉繼琛

摘 要：研究用微波聚合法制備一種可用于施工現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑，并探尋復(fù)合揚(yáng)塵抑制劑制備的最佳配比。結(jié)果表明，微波聚合制備復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑的最佳配比為成膜1.0%、潤(rùn)濕0.7%、交聯(lián)1.0%，且反應(yīng)溫度在 35 ℃時(shí)最佳；接枝率在81%，表明復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑制備成功；模擬施工表明，揚(yáng)塵抑塵劑的風(fēng)蝕率隨吹蝕角度和風(fēng)速的增加而增加。在強(qiáng)風(fēng)條件下，揚(yáng)塵抑塵劑依舊能發(fā)揮作用，且揚(yáng)塵抑塵劑的有效抑塵時(shí)間為48 h，超過(guò)48 h后，揚(yáng)塵抑塵劑失水率仍舊保持在96%左右，證明微波聚合制備的復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑具有一定粘附吸濕保濕效果，可用于施工現(xiàn)場(chǎng)。

關(guān)鍵詞：揚(yáng)塵抑塵劑；微波聚合；溶液聚合；性能研究

中圖分類號(hào)：TQ421

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1001-5922（2023）04-0129-04

Testing and application of grafting performance of composite dust inhibitors used in construction sites

LIU Jichen

（Nanjing Hospital of Integrated Traditional Chinese Medicine and Western Medicine Affiliated to Nanjing University of Traditional Chinese Medicine，Nanjing210014，China）

Abstract：Moisture retention and wind erosion resistance of traditional dust suppressant，a kind of composite dust suppressant which can be used in construction site was prepared by microwave polymerization method，and the optimal ratio of composite inhibitor was explored.The experimental results show that the optimum ratio of composite dust suppressor prepared by microwave polymerization is 1.0% of film-forming component，0.7% of wetting component and 1.0% of cross-linking component，and the reaction temperature is 35 ℃.The grafting rate was 81%，indicating that the composite dust suppressor was successfully prepared.The simulation results show that the wind erosion rate increases with the increase of blowing angle and wind speed.Under strong wind conditions，the dust suppressor can still play a role，and the effective dust suppression time of the dust suppressor is 48 h.After 48 h，the water loss rate of the dust suppressor is still about 96%，which proves that the composite dust suppressor prepared by microwave polymerization has a certain moisture absorption and moisturizing effect，and can be used in the construction site.

Key words：dust suppressant;microwave polymerization;solution polymerization;performance study

在醫(yī)院建設(shè)施工過(guò)程中，揚(yáng)塵污染是最常見(jiàn)也是最嚴(yán)重的一個(gè)問(wèn)題。為響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，要求施工單位在醫(yī)院建筑施工過(guò)程中采取一定的手段抑制揚(yáng)塵。抑塵劑的使用是目前最簡(jiǎn)單也是最有效的一種抑制揚(yáng)塵的方式，但我國(guó)對(duì)抑塵劑的研究還停留在剛開(kāi)始的階段，制備的抑塵劑還存在很多缺陷。因此提升抑塵劑性能是目前較為重要的研究課題。研究人員針對(duì)抑塵劑風(fēng)蝕性能差的問(wèn)題提出以成膜劑，滲透劑為原料，采用復(fù)配工藝制備A抑塵劑，并設(shè)計(jì)試驗(yàn)證實(shí)了該工藝制備的抑塵劑抑塵效果較優(yōu)［1］；提出用乳液聚合法合成了速溶型液體抑塵劑，并對(duì)其乳液性能、抑塵性能、腐蝕性和毒性進(jìn)行了研究，證實(shí)了該抑塵劑的穩(wěn)定性和溶解性良好，滿足抑塵行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求［2］；從抑塵劑結(jié)構(gòu)出發(fā)，研發(fā)出一種具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的高粘附性、高潤(rùn)濕性和耐風(fēng)蝕、耐蒸發(fā)的新型可降解納米纖維素抑塵劑［3］。以上學(xué)者的研究為抑塵劑的發(fā)展作出了極大貢獻(xiàn)，但抑塵劑抑塵性能還存在一定的優(yōu)化空間。基于此，本文采取微波聚合法制備復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑，并對(duì)其性能進(jìn)行表征，為揚(yáng)塵抑塵劑性能優(yōu)化提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

主要材料：膨潤(rùn)土（AR），信陽(yáng)市平橋區(qū)三凡礦產(chǎn)品加工廠；羧甲基纖維素鈉 （AR），山西萊克生物科技有限公司；吐溫-80 （AR），濟(jì)南郭氏偉業(yè)化工有限公司；二甲基二烯丙基氯化銨（AR），山東豪順化工有限公司；硼砂（AR），山東鑫宇航精細(xì)化工有限公司；過(guò)硫酸鉀（AR），濟(jì)南匯錦川化工有限公司。

主要設(shè)備：85-2B磁力攪拌器，濟(jì)南歐萊博技術(shù)有限公司；MKJ-J1-3實(shí)驗(yàn)室微波爐，青島邁威微波化學(xué)設(shè)備有限公司；DZF-6210A真空干燥箱，無(wú)錫瑪瑞特科技有限公司。

1.2 試驗(yàn)方法

溶液聚合是目前制備揚(yáng)塵抑塵劑最常用方式之一，具有工藝簡(jiǎn)單產(chǎn)物純凈的特點(diǎn)。微波聚合能改善溶液聚合受熱不均引起的反應(yīng)不完全，故使用微波聚合輔助溶液聚合合成復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑［4］。

（1）將裝有一定量清水的燒杯置于磁力攪拌器上，磁力攪拌器攪棍放于燒杯內(nèi)。打開(kāi)磁力攪拌器，將轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)至1 000 r/min。待磁力攪拌器轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，依次將定量的丙烯酸單體材料、新型無(wú)機(jī)材料和引發(fā)劑緩慢添加至燒杯中；

（2）在溫度35 ℃條件下，攪拌一段時(shí)間后，提高磁力攪拌器轉(zhuǎn)速至3 000 r/min。待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，將定量水溶性高分子材料緩慢倒入，繼續(xù)攪拌反應(yīng)；

（3）一段時(shí)間后，降低攪拌器轉(zhuǎn)速為2 000 r/min，加入交聯(lián)劑和潤(rùn)濕劑，恒溫反應(yīng)。一段時(shí)間后，將燒杯置于MKJ-J1-3型實(shí)驗(yàn)室微波爐中，在750 W功率作用下，微波輻射一段時(shí)間；

（4）取出產(chǎn)物，置于DZF-6210A型真空干燥箱內(nèi)烘干，然后將產(chǎn)物碾碎，得到復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑。

復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑發(fā)熱合成工藝流程如圖1所示。

1.3 正交實(shí)驗(yàn)

選擇成膜組分（膨潤(rùn)土）、潤(rùn)濕組分（吐溫-80）、交聯(lián)組分（硼砂）和反應(yīng)溫度為試驗(yàn)因素，設(shè)計(jì)4因素3水平正交實(shí)驗(yàn)，具體如表1、表2所示。

1.4 性能測(cè)定

1.4.1 接枝率

為減小誤差，相互對(duì)照，設(shè)計(jì)3組平行試驗(yàn)。

（1）將復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑溶液和無(wú)水乙醇混合均勻，在室溫下靜置、沉淀；

（2）丙酮沖洗沉淀物3～5次，然后置于DZF-6210A型真空干燥箱中烘干至恒重，烘干溫度為57 ℃。

接枝率表達(dá)式為［6］：

ρ=m純m總×100%（1）

式中：ρ表示接枝率；m總表示體系中總質(zhì)量；m純表示去除均聚物后接枝質(zhì)量。

1.4.2 抗風(fēng)蝕性能

（1）將施工場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)的土樣品碾碎后，用30目篩子進(jìn)行分級(jí)篩選，然后置于溫度50 ℃的真空干燥箱內(nèi)5 h，待烘干后，將樣品平均分為18份，每份15 g，單獨(dú)裝在1個(gè)培養(yǎng)皿中；

（2）將18份土樣品分為9個(gè)試驗(yàn)組和9個(gè)對(duì)照組。在試驗(yàn)組中噴灑規(guī)格為2.4 L/m2，固含量為3%的抑塵劑溶液；對(duì)照組噴灑等量清水。然后將試驗(yàn)組和對(duì)照組在同等條件下進(jìn)行干燥，干燥時(shí)間和溫度分別為2 h和50 ℃；

（3）將所有樣品取出稱重，然后以0°、45°、90°為吹蝕角度，以5、10、15? m/s為吹蝕風(fēng)速。在該條件下吹蝕10 min后，再次稱量樣品質(zhì)量。

風(fēng)蝕率（ε）表達(dá)式［7］：

ε=w1－w2w1×100%（2）

式中：w1表示風(fēng)蝕前質(zhì)量；w2表示風(fēng)蝕后質(zhì)量。

1.4.3 保濕吸濕性

（1）將施工場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)土樣品碾碎后，用80目篩子進(jìn)行分級(jí)篩選，然后置于真空干燥箱內(nèi)烘干，烘干溫度和時(shí)間分別為107 ℃和2 h。將樣品平均分為6份，每份10 g，將每份樣品單獨(dú)裝入1個(gè)培養(yǎng)皿中，2個(gè)培養(yǎng)皿為一組，分別為揚(yáng)塵抑塵劑組和清水組；

（2） 揚(yáng)塵抑塵劑組噴灑規(guī)格為2.4 L/m2，固含量為3%的揚(yáng)塵抑塵劑溶液，清水組噴灑同等質(zhì)量的清水作為對(duì)照組。將所有樣品置于相同的環(huán)境下，連續(xù)5 d稱重3次，對(duì)培養(yǎng)皿質(zhì)量變化進(jìn)行記錄。

失水率（η）表達(dá)式為：

η=m0－mim×100%（3）

式中：m0表示初始質(zhì)量；mi表示間隔質(zhì)量。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

表3、表4分別為正交試驗(yàn)結(jié)果和正交試驗(yàn)結(jié)果方差表。

由表3、表4可知，成膜組分（A）和潤(rùn)濕組分（B）對(duì)揚(yáng)塵抑塵劑失水率影響顯著，且成膜組分影響大于潤(rùn)濕組分。綜合考慮確定A1、B3為揚(yáng)塵抑塵劑最佳成膜組分和潤(rùn)濕組分含量。交聯(lián)組分（C）對(duì)揚(yáng)塵抑塵劑酸堿度影響較大，因此可確定C3水平為最佳選擇。反應(yīng)溫度（D）對(duì)抑塵劑權(quán)重影響最小，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)水平，確定溫度為D1水平。因此本文制備的揚(yáng)塵抑塵劑最佳配方為A1B3C3D1，即制備該揚(yáng)塵抑塵劑的最佳配方為潤(rùn)濕組分 0.7%、交聯(lián)組分 1.0%、成膜組分 1.0%、反應(yīng)溫度 35 ℃。

2.2 接枝率測(cè)試結(jié)果

表5為3組平行試驗(yàn)接枝率測(cè)試結(jié)果。

由表5可知，3組試驗(yàn)的接枝率平均值為82%；證實(shí)接枝共聚反應(yīng)成功［8］，即揚(yáng)塵抑塵劑制備成功。

2.3 抗風(fēng)蝕性能測(cè)試結(jié)果

表6為抗風(fēng)蝕性能測(cè)試結(jié)果。

由表6可知，在相同吹蝕角度下，風(fēng)蝕率隨風(fēng)速的增加而增加。當(dāng)吹蝕角度為45°時(shí)，風(fēng)速?gòu)? m/s增至10 m/s時(shí)，抑塵劑組風(fēng)蝕率僅從0.2%增至15%，清水組風(fēng)蝕率從5.8%增至36.8%；這說(shuō)明在相同的吹蝕角度下，揚(yáng)塵抑塵劑表現(xiàn)出良好的抗風(fēng)蝕性能。在相同風(fēng)速條件下，樣品風(fēng)蝕率隨吹蝕角度的增加而增加，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到15 m/s時(shí)， 吹蝕角度從0°增至45°，揚(yáng)塵抑塵劑組風(fēng)蝕率從9.8%增至22.4%；清水組風(fēng)蝕率從23%增至42%，這說(shuō)明即使在強(qiáng)風(fēng)的條件下，揚(yáng)塵抑塵劑仍舊能發(fā)揮一定作用，具備良好的抗風(fēng)蝕能力。

2.4 粘附吸濕保濕測(cè)試結(jié)果

圖2為粘附吸濕保濕性測(cè)試結(jié)果。

從圖2可以看出，噴灑揚(yáng)塵抑塵劑樣品失水率變化速率明顯高于噴灑清水的樣品。24 h后，揚(yáng)塵抑塵劑組失水率達(dá)到53.2%，此時(shí)曲線斜率明顯減??；同等條件下，清水組失水率高達(dá)78.7%，曲線斜率仍舊表現(xiàn)為直線上升趨勢(shì)。32 h后，揚(yáng)塵抑塵劑組失水率達(dá)到63.5%，清水組失水率已經(jīng)達(dá)到100%。48 h后，揚(yáng)塵抑塵劑組失水率達(dá)到96.52%。隨著時(shí)間的過(guò)去，揚(yáng)塵抑塵劑組失水率仍舊維持在96%左右，證實(shí)該揚(yáng)塵抑塵劑固化層始終保持有一定的水分，再次證實(shí)了揚(yáng)塵抑塵劑的實(shí)用性。出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因在于，清水浸入性較差，噴灑清水后，清水只是附著在樣品表面，因此水分子蒸發(fā)較快，導(dǎo)致其失水速率快。而揚(yáng)塵抑塵劑的主要成分為高分子聚合物，噴涂在樣品上后，揚(yáng)塵抑塵劑固化層高聚物分子快速浸入樣品，固水效果好，延緩了水分流失，導(dǎo)致其失水速率相對(duì)較慢［9-10］。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)揚(yáng)塵抑塵劑失水率主要因素為成膜組分和潤(rùn)濕組分，對(duì)酸堿度主要影響因素為交聯(lián)組分，反應(yīng)溫度的影響因素不大。制備該揚(yáng)塵抑塵劑的最佳配方為成膜組分1.0%、交聯(lián)組分1.0%、潤(rùn)濕組分0.7%和反應(yīng)溫度 35 ℃；

（2）接枝率實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單組試驗(yàn)接枝率均在81%以上，3組試驗(yàn)平均接枝率為82%，證明大部分功能側(cè)鏈均接枝在主鏈上，成功制備出復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑；

（3）抗風(fēng)蝕性能測(cè)試結(jié)果表明，在相同吹蝕角度下，風(fēng)蝕率隨風(fēng)速的增加而增加；在相同風(fēng)速條件下，樣品風(fēng)蝕率隨吹蝕角度的增而增加。在風(fēng)速條件為15 m/s時(shí)，吹蝕角度從0°增至45°時(shí)，揚(yáng)塵抑塵劑組風(fēng)蝕率從9.8%增至22.4%，證明在強(qiáng)風(fēng)條件下，揚(yáng)塵抑塵劑仍舊能夠發(fā)揮一定作用；

（4）粘附吸濕保濕性結(jié)果表明，揚(yáng)塵抑塵劑有效抑塵時(shí)間為48 h。隨著時(shí)間的過(guò)去，揚(yáng)塵抑塵劑組失水率仍舊維持在96%左右。證明該復(fù)合型揚(yáng)塵抑塵劑具有一定粘附吸濕保濕效果。

【參考文獻(xiàn)】

［1］王林凱，郭紅霞，秦建平，等.風(fēng)蝕揚(yáng)塵抑塵劑制備及其抑塵效果［J］.環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2020，14（12）：3460-3467.

［2］ 李穎泉，趙保衛(wèi)，董波，等.施工揚(yáng)塵控制用速溶型抑塵劑性能研究［J］.安全與環(huán)境學(xué)報(bào)，2019，19（6）：2088-2094.

［3］ 馮建平，嚴(yán)國(guó)超，王朋飛，等.新型可降解納米纖維素抑塵劑的制備及特征分析［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2020，40（7）：106-110.

［4］ 張江石，劉紹燦，范召兗.新型煤塵化學(xué)抑塵劑配方優(yōu)選實(shí)驗(yàn)［J］.煤礦安全，2020，51（6）：31-36.

［5］ 潘紅衛(wèi)，王鈺穎，張志學(xué).露天煤場(chǎng)復(fù)合型抑塵劑的制備與特性研究［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2020，40（4）：95-99.

［6］ 來(lái)水利，陳功，楊欣.軟膜型硅磷協(xié)同煤炭阻燃抑塵劑的制備及應(yīng)用［J］.陜西科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2021，39（1）：96-102.

［7］ 梁文俊，池浩，任思達(dá)，等.基于響應(yīng)面法的環(huán)保抑塵劑制備優(yōu)化［J］.環(huán)境工程，2019，37（11）：138-143.

［8］ 秦建平，李貝貝，楊濤，等.風(fēng)蝕揚(yáng)塵抑塵劑效率測(cè)試方法與應(yīng)用［J］.環(huán)境科學(xué)，2019，40（9）：3935-3941.

［9］ 楊樹(shù)瑩，周磊，楊林軍，等.高分子抑塵劑對(duì)褐煤礦場(chǎng)細(xì)顆粒物的抑制特性［J］.煤炭學(xué)報(bào)，2019，44（2）：528-535.

［10］ 孫健，王鈺穎，高丹紅.一種凝聚型抑塵劑的制備及性能測(cè)試［J］.礦業(yè)研究與開(kāi)發(fā)，2019，39（4）：111-115.

［11］ 陳景序，荊德吉，葛少成，等.散煤運(yùn)輸用新型高分子抑塵劑性能的試驗(yàn)研究［J］.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2019，29（2）：140-146.