复合型防冻抑尘剂的制备与应用研究

胡 辉，王永垒,吴林伢，张雅文，魏文静，李海云

(1.黄山九星环保科技有限公司，安徽 黄山 245200；2.黄山学院化学化工学院，安徽 黄山 245041；3.黄山环保冰雪速融剂工程技术研究中心，安徽 黄山 245200)

环境污染目前是困扰全人类的问题[1-3]， 中国的粉尘污染也比较严重，特别是在冬季，干旱寒冷的北方地区主要的空气污染源就是可吸入颗粒物。 如何解决粉尘颗粒对环境的污染及对人们生命的危害，就需要开发一种新型高效的抑尘剂产品，可以广泛应用在道路，煤场，矿山，公园，居民区，工厂等领域[4-7]。

针对北方地区冬季气候干燥和天气寒冷，普通的抑尘剂喷洒后容易结冰导致路面打滑，给安全带来了一定的隐患。因此，迫切需要开发新型的防冻型抑尘剂产品来解决这个问题。本文采用价格低廉的氯化钙溶液作为防冻的基础组分，研究其它组分的用量(聚丙烯酸钠、AEO-9、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、甘油)对保水率及抑尘效率的影响，最终获得一款综合性能优良的防冻抑尘剂产品。

1 实验部分

1.1 原材料

聚丙烯酸钠，工业品，上海金锦乐实业有限公司；甲酸钾、甘油、十二烷基硫酸钠均为分析纯，国药集团；羧甲基纤维素钠及AEO-9为工业品，江苏海安石油化工厂。

1.2 复合防冻抑尘剂的制备

按照配方(20g 36%的氯化钙溶液、20g去离子水、0～0.5g的聚丙烯酸钠、0～1g的AEO-9、0～5g的甲酸钾、0～5g十二烷基硫酸钠、0～7.5g甘油)，将各个原料和去离子水分别加入到三口瓶中，加热到 70～90 ℃ 进行混合溶解反应,充分溶解反应2～5h,制成均相的液体抑尘剂产品。

1.3 保水率测试

首先称取一定量的扬尘样品，分别倒入5个直径为100mm玻璃培养皿中，然后将配制好的5% 抑尘剂溶液洒入相应的培养皿中，待粉尘完全润湿后,放置在电热鼓风恒温干燥箱中进行烘干,保持温度在 60℃，保留3h取出培养皿称其重量,记录数据。根据不同时间下尘样重量变化计算出其蒸发量，蒸发量越小，保水性越好。保水率(G)计算公式为：

1.4 抑尘效率测试

取一块光滑的玻璃板，在上面喷洒5%浓度的抑尘剂溶液，然后均匀撒上扬尘样品，放到烘箱中60℃ 保持1h，然后取出玻璃板，用电吹风吹扫玻璃板面并收集吹扫下的扬尘并烘干，根据收集的扬尘量来计算抑尘效率(H)。

1.5 其他指标测试

冰点、碳钢腐蚀率及湿基摩擦衰减率测试依据GB 23851-2009 《道路除冰融雪剂》进行。

2 结果与讨论

2.1 聚丙烯酸钠的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

保持20g 36%的氯化钙溶液、20g去离子水、0.6g的AEO-9、3g的甲酸钠、2g十二烷基硫酸钠、4.5g甘油不变的情况下，改变聚丙烯酸钠的量，产品的保水率和抑尘效率的变化如表1所示。

表1 聚丙烯酸钠的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

从表1可以看出，聚丙烯酸钠的量与产品的保水率和抑尘效率均成正比关系，聚丙烯酸钠的用量增加，抑尘剂产品的保水率和抑尘效率均明显升高，当聚丙烯酸钠的量增加到0.3g时，此后再增加聚丙烯酸钠的量，产品的产品的保水率和抑尘效率增加不明显；同时，产品粘度变得很大导致应用不方便。因此，适宜的聚丙烯酸钠的量为0.3g。

2.2 AEO-9的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

保持20g 36%的氯化钙溶液、20g去离子水、0.3g聚丙烯酸钠、3g甲酸钾、2g十二烷基硫酸钠、4.5g甘油不变的情况下，改变AEO-9的量，产品的保水率和抑尘效率的变化如表2所示。

表2 AEO-9的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

从表2可以看出，AEO-9的量与产品的保水率和抑尘效率均成正比关系，AEO-9的用量增加，抑尘剂产品的保水率和抑尘效率均明显升高，当AEO-9的量增加到0.6g时，此后再增加AEO-9的量，产品的保水率和抑尘效率均增加不明显，说明基本达到了一个饱和的状态。因此，为了节约成本，适宜的AEO-9的量为0.6g。

2.3 甲酸钾的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

保持20g 36%的氯化钙溶液、20g去离子水、0.3g的聚丙烯酸钠、0.6g的AEO-9、2g十二烷基硫酸钠、4.5g甘油不变的情况下，改变甲酸钾的量，产品的保水率和抑尘效率的变化如表3所示。

表3 甲酸钾的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

甲酸钾在配方中主要有两方面的作用，一个是起到降低冰点的作用，达到抑制结冰的功能，另一个是利用其强的吸水能力达到保水、抑尘的功能。从表3可以看出，甲酸钾量的增加与产品的保水率和抑尘效率基本呈现一致的关系。当甲酸钾的量增加到3g时，产品的保水率和抑尘效率几乎达到最大。因此，适宜的甲酸钾的量为3g。

2.4 十二烷基硫酸钠的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

保持20g 36%的氯化钙溶液、20g去离子水、0.3g的聚丙烯酸钠、0.6g的AEO-9、3g甲酸钾、4.5g甘油不变的情况下，改变十二烷基硫酸钠的量，产品的保水率和抑尘效率的变化如表4所示。

表4 十二烷基硫酸钠的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

从表4可以看出，随着十二烷基硫酸钠量的增加，产品的保水率和抑尘效率基本呈现先增加较快而后增加不明显的趋势。当十二烷基硫酸钠的量增加到2g时，产品的保水率和抑尘效率几乎达到最大，再继续增加量，体系的溶解性变差，会出现不溶解的物质。综合考虑，最佳的十二烷基硫酸钠的量为2g。

2.5 甘油的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

保持20g 36%的氯化钙溶液、20g去离子水、0.3g的聚丙烯酸钠、0.6g的AEO-9、3g甲酸钾、2g十二烷基硫酸钠不变的情况下，改变甘油的量，产品的保水率和抑尘效率的变化如表5所示。

表5 甘油的量对产品的保水率和抑尘效率的影响

从表5可以看出，随着甘油量的增加，产品的保水率和抑尘效率基本呈现先增加较快而后增加不明显的趋势。当甘油的配方量增加到4.5g时，产品的保水率和抑尘效率几乎达到最大，再继续增加量，产品体系的粘度增加较快，而保水率及抑尘效率并未明显增加。综合考虑，本配方中适宜的甘油的量为4.5g。

2.6 不同浓度抑尘剂的应用性能

采用最优化的配方，即20g 36%的氯化钙溶液、20g去离子水、0.3g的聚丙烯酸钠、0.6g的AEO-9、3g甲酸钾、2g十二烷基硫酸钠、4.5g甘油，充分混合溶解后，制备成抑尘剂浓缩液。分别研究了不同浓度下该抑尘剂的应用性能，结果见表6。

表6 不同浓度抑尘剂的应用性能

从表6可以看出，抑尘剂不同浓度的溶液其应用性能还是有很大差别的。首先从保水率和抑尘效率来看，浓度越高，保水率和抑尘效率效果也越好，但是随着稀释比例的增加，保水率和抑尘效率均可以保持在50%以上，这说明该产品配方在保水率和抑尘效率方面还是非常出色的。另外，考虑到冬季应用领域的差异性，不同浓度的稀释液其冰点也出现差异，对于东北地区来说，冰点一般要求达到-20℃以下，那就只能使用60%以上浓度的抑尘剂产品；对于中西部地区来说，一般使用20%以上浓度的产品即可满足防冻的要求。而碳钢腐蚀率很低主要体现了本配方的环保指标较好，有机表面活性剂如聚丙烯酸钠、AEO-9及甘油起到了一定减缓碳钢腐蚀的作用。湿基摩擦衰减率指标是体现道路行车安全性，一般要求≤16%，本研究配方产品不论什么浓度均可以满足国标对湿基摩擦衰减率的指标要求。

3 结论

本实验以氯化钙溶液、聚丙烯酸钠、AEO-9、甲酸钾、十二烷基硫酸钠、甘油作为主要原料，配制出了具有高效保水率和抑尘效率的抑尘剂产品。实验结果表明，当36%的氯化钙溶液20g 、去离子水20g、聚丙烯酸钠0.3g、AEO-9 0.6g、甲酸钾3g、十二烷基硫酸钠3g、甘油4.5g时，可以获得88%的保水率和94%的抑尘效率。不同浓度的稀释液所体现出的应用性能指标可以较好地满足不同地域、不同需求客户的应用要求。