復合型防凍抑塵劑的制備與應用研究

胡 輝，王永壘,吳林伢，張雅文，魏文靜，李海云

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

環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重，特別是在冬季，干旱寒冷的北方地區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環境的污染及對人們生命的危害，就需要開發一種新型高效的抑塵劑產品，可以廣泛應用在道路，煤場，礦山，公園，居民區，工廠等領域[4-7]。

針對北方地區冬季氣候干燥和天氣寒冷，普通的抑塵劑噴灑后容易結冰導致路面打滑，給安全帶來了一定的隱患。因此，迫切需要開發新型的防凍型抑塵劑產品來解決這個問題。本文采用價格低廉的氯化鈣溶液作為防凍的基礎組分，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)對保水率及抑塵效率的影響，最終獲得一款綜合性能優良的防凍抑塵劑產品。

1 實驗部分

1.1 原材料

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

1.2 復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)，將各個原料和去離子水分別加入到三口瓶中，加熱到 70～90 ℃ 進行混合溶解反應,充分溶解反應2～5h,制成均相的液體抑塵劑產品。

1.3 保水率測試

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

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，然后均勻撒上揚塵樣品，放到烘箱中60℃ 保持1h，然后取出玻璃板，用電吹風吹掃玻璃板面并收集吹掃下的揚塵并烘干，根據收集的揚塵量來計算抑塵效率(H)。

1.5 其他指標測試

冰點、碳鋼腐蝕率及濕基摩擦衰減率測試依據GB 23851-2009 《道路除冰融雪劑》進行。

2 結果與討論

2.1 聚丙烯酸鈉的量對產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 聚丙烯酸鈉的量對產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品的保水率和抑塵效率均成正比關系，聚丙烯酸鈉的用量增加，抑塵劑產品的保水率和抑塵效率均明顯升高，當聚丙烯酸鈉的量增加到0.3g時，此后再增加聚丙烯酸鈉的量，產品的產品的保水率和抑塵效率增加不明顯；同時，產品粘度變得很大導致應用不方便。因此，適宜的聚丙烯酸鈉的量為0.3g。

2.2 AEO-9的量對產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的量對產品的保水率和抑塵效率的影響

從表2可以看出，AEO-9的量與產品的保水率和抑塵效率均成正比關系，AEO-9的用量增加，抑塵劑產品的保水率和抑塵效率均明顯升高，當AEO-9的量增加到0.6g時，此后再增加AEO-9的量，產品的保水率和抑塵效率均增加不明顯，說明基本達到了一個飽和的狀態。因此，為了節約成本，適宜的AEO-9的量為0.6g。

2.3 甲酸鉀的量對產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 甲酸鉀的量對產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，一個是起到降低冰點的作用，達到抑制結冰的功能，另一個是利用其強的吸水能力達到保水、抑塵的功能。從表3可以看出，甲酸鉀量的增加與產品的保水率和抑塵效率基本呈現一致的關系。當甲酸鉀的量增加到3g時，產品的保水率和抑塵效率幾乎達到最大。因此，適宜的甲酸鉀的量為3g。

2.4 十二烷基硫酸鈉的量對產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產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，產品的保水率和抑塵效率基本呈現先增加較快而后增加不明顯的趨勢。當十二烷基硫酸鈉的量增加到2g時，產品的保水率和抑塵效率幾乎達到最大，再繼續增加量，體系的溶解性變差，會出現不溶解的物質。綜合考慮，最佳的十二烷基硫酸鈉的量為2g。

2.5 甘油的量對產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 甘油的量對產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，產品的保水率和抑塵效率基本呈現先增加較快而后增加不明顯的趨勢。當甘油的配方量增加到4.5g時，產品的保水率和抑塵效率幾乎達到最大，再繼續增加量，產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用性能

采用最優化的配方，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用性能，結果見表6。

表6 不同濃度抑塵劑的應用性能

從表6可以看出，抑塵劑不同濃度的溶液其應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，考慮到冬季應用領域的差異性，不同濃度的稀釋液其冰點也出現差異，對于東北地區來說，冰點一般要求達到-20℃以下，那就只能使用60%以上濃度的抑塵劑產品；對于中西部地區來說，一般使用20%以上濃度的產品即可滿足防凍的要求。而碳鋼腐蝕率很低主要體現了本配方的環保指標較好，有機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是體現道路行車安全性，一般要求≤16%，本研究配方產品不論什么濃度均可以滿足國標對濕基摩擦衰減率的指標要求。

3 結論

本實驗以氯化鈣溶液、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品。實驗結果表明，當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，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出的應用性能指標可以較好地滿足不同地域、不同需求客戶的應用要求。