高分子抑尘乳液制备方法及抑尘纸浆与流程

本发明属于抑尘技术领域，尤其涉及一种高分子抑尘乳液制备方法及抑尘纸浆。

背景技术：

合成高分子类固沙抑尘材料是近些年发展起来的一种新型抑尘材料,从本质上看,属于水油两溶性胶结物。使用高分子聚合物固定流沙和尘土有许多优异性能,因而引起了人们的普遍重视。随着化工产品的迅速发展,各种表面活性剂、超强吸水剂、粘尘剂等高分子材料广泛的应用,固沙抑尘理论、技术和方法正朝着高分子、多组份、多功能、高性价比与环境友好的方向发展。

我国在20世纪80年代开始抑尘剂的研究，虽然取得了一些进展，但综合国内外的研究现状，研究具有大规模使用和推广价值的抑尘剂尚有许多问题需要解决：

(1)研发工作起步较晚,投入比较少，基础比较薄弱,而且应用领域也主要限于道路、机场的建设和园艺等方面；

(2)生产抑尘剂所需原材料不易得，成本较高，产品市场接受程度较低；

(3)使用不方便、性能比较单一；

(4)抗风蚀、抗雨刷性能及耐久性欠佳；

(5)市场现有抑尘剂产品实施基本上限于治标不治本，缺乏恢复生态的长远思路；

(6)喷洒后的抑尘剂固化慢，未能有效覆盖并锁定物料表面。

因此，有必要克服上述缺陷。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，首先提供了一种抑尘乳液，其原料成本低，吸水保湿性强，抗风蚀、抗雨刷、抗酸碱，符合环保要求。

本发明提供的高分子抑尘乳液的制备方法，包括下述步骤：

将软单体、硬单体及水性单体用乳化剂溶液混合,加入naoh颗粒,升温、搅拌，直至得到白色单体预乳化液；

在容器内加入制备的少量得所述预乳化液和甘油,搅拌,使体系分散均匀，升温至一定温度后,再加入少量引发剂反应一段时间，形成种子乳化液；

再在种子乳化液内滴加剩余的所述预乳化液、引发剂和甘油，加料完成后反应一段时间,降温形成乳化初液；

取浓度为10％丙烯酰胺，升温至一定温度后，加入引发剂匀速搅拌，得到聚丙烯酰胺接枝体；

将制备的所述的乳化初液和所述的聚丙烯酰胺接枝体混合，升温后再加入引发剂，进行二次接枝反应，即形成抑尘剂成品乳液。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述软单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸异辛酯；所述硬单体为丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酰胺。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述引发剂为过硫酸盐。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述水性单体为丙烯酰胺。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述软单体和硬单体的质量比为6-8:4-2，合计用量为m，所述水性功能单体质量为2-4％×m，所述乳化剂的质量为4-6％×m、所述引发剂总质量为0.5-1.0％×m，所述甘油质量为10-15％×m，所述naoh质量为0.5-1.0％×m；所述丙烯酰胺的质量为10-15％×m。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述预乳化液制备步骤中，所述软单体、所述硬单体、所述水性单体、所述乳化剂及所述naoh混合后，升温至40-60℃，搅拌20-30min，得到均一不分层的所述白色单体预乳化液。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述种子乳化液制备步骤中，在容器内加入1/4-1/3预乳化液、1/3-1/2甘油,体系分散均匀后升温至72℃-82℃,再加入1/3-1/2引发剂反应30-40分钟，形成所述种子乳化液。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述乳化初液制备步骤中，在种子乳化液内滴加剩余的所述预乳化液、1/4-1/3引发剂和1/2-2/3甘油，加料完成后反应1-1.5h，再降至室温，形成所述乳化初液。

作为本发明高分子抑尘乳液的制备方法可选的步骤，所述聚丙烯酰胺接枝体制备步骤中，取10％×m丙烯酰胺，加水制成浓度为10％的丙烯酰胺溶液，升温至70-80℃，再加入剩余的引发剂，匀速搅拌40-50min后得到所述聚丙烯酰胺接枝体。

本发明制备的上述抑尘乳液，原料易得、成本低，制备过程通过两次乳化、两次聚合接枝过程，可使最终的产品分散性好，刚性、弹性及粘性很强，易于储存，具有较好的抗风蚀、抗雨刷性能及耐久性，温度气候适应性强，可自行降解，无污染，吸水、保水性好、现场操作简单、其具有的亲和酯香味、吸水保水且有利于草籽树种生发，很好地解决了目前行业共同面对的问题，扩大了抑尘剂的使用范围，符合目前环保及产业化要求，具有很好的应用前景。

本发明还提供了一种抑尘纸浆，可采用上述所述的高分子抑尘乳液与纸浆配制制成。其制备的抑尘纸浆不仅可广泛用于大面积扬尘或风沙场地，加上纸浆后的抑尘剂不但抗风吹雨刷性能大大加强，而且纸浆本身就可以给草籽树种提供营养，可应用于各种不同的场合。同时因为纸浆易于获得，成本低，能大幅减少相对较高的抑尘乳液用量。在目前的使用过程中，已经用实践证明，纸浆的引入非常成功，效果非常好，成本低，节约了不少使用的费用。

附图说明

图1为本发明实施例1之高压风和撕裂测试结果图；

图2为本发明实施例1之抗雨刷测试结果图；

图3为本发明实施例1之喷洒效果图。

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的高分子抑尘乳液的制备方法，包括下述步骤：

(一)预乳化液制备：

将软单体、硬单体及水性单体用乳化剂溶液混合,加入naoh颗粒,加盖减少刺激气味溢出，升温至40-60℃，同时磁力搅拌混合20-30min，得到均一不分层的所述白色单体预乳化液。

该步骤中，所述软单体和硬单体的质量比为6-8:4-2，两者合计用量为m，所述水性功能单体质量为所述软单体和硬单体总质量的2-4％，即水性功能单体质量为2-4％×m，所述乳化剂的质量为4-6％×m，所述naoh质量为0.5-1.0％×m。

其中，所述的软单体可为丙烯酸丁酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸异辛酯；所述的硬单体可为丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、苯乙烯、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯或丙烯酰胺。上述两种单体结合可完成共聚、交联、接枝等过程，且可赋予树脂一定的柔韧性和延伸性。所述的水性单体可为丙烯酰胺，其与引发剂混合有利于聚合成高粘度的聚合物，且可以让制备为成品的抑尘剂具有吸水保水功能，提高抑尘剂的使用效果；选用氢氧化钠可以中和反应过程中产生的酸，保证反应温和进行。所述乳化剂选用亲油亲水性乳化剂，可改善混合液中各种构成相之间的表面张力，使之形成均匀稳定的分散体系。

因此，该步骤将软单体和硬单体结合，配合乳化剂和水性单体，并通过naoh调节ph，先行制备出白色单体预乳化液，一方面可使各组分原料充分混合，另一方面可完成共聚初步过程，为后续的制备打下基础。

(二)种子乳化：

在容器内加入上述步骤制备的少量得所述预乳化液和甘油,通过磁力搅拌并控制搅拌速度,使体系进一步分散均匀,升温至一定温度后,再加入少量引发剂反应一段时间，形成种子乳化液。

该步骤中，可在容器内加入约1/4-1/3的预乳化液、加入总质量为1/3-1/2的甘油(制成成品所需要的甘油总质量为10-15％×m),充分搅拌使体系进一步均匀分散，同时控制搅拌速度(大约每分钟300转)，然后升温至72℃-82℃,再加入引发剂总质量的1/3-1/2(制成成品所需要的引发剂总质量为0.5-1.0％×m)，反应30-40分钟，形成所述的种子乳化液。

本发明乳化剂制备过程中，设立种子乳化步骤主要是让反应物产生初能量和活性基，从而使得后面的反应更温和更均匀更彻底。同时，控制搅拌温度和时间，使反应物在该温度区域和时间段反应效率最高、效果最好。

(三)深度聚合接枝：

在种子乳化液内滴加剩余的所述预乳化液，一定量的引发剂和甘油，加料完成后反应一段时间,降温形成乳化初液。

该步骤中，可加入的所述引发剂的量为引发剂总质量的1/4-1/3，所述甘油的量为甘油总质量的1/2-2/3，加料完成后反应的时间为1-1.5h，然后再降至室温，形成所述的乳化初液。

该步骤中可使聚合物和甘油进行接枝反应这样可保证聚合反应进行得更为彻底，同时，控制搅拌温度和时间，使反应物在该温度区域和时间段反应效率最高、效果最好。

(四)聚丙烯酰胺接枝体的制备：

取质量为10％m的丙烯酰胺，升温至一定温度后，再加入一定量的引发剂匀速搅拌，得到聚丙烯酰胺接枝体。

该步骤中，可加入纯净水或去离子水制成浓度为10％的丙烯酰胺溶液，丙烯酰胺溶液的质量为10％×m，升温至70-80℃后，再加入引发剂总质量的1/6-1/5，匀速搅拌40-50min，可得到所述的聚丙烯酰胺接枝体。

该步骤可生成聚丙烯酰胺，它是一种很好地接枝体，韧性、粘性都比较强，易于在喷洒时立刻形成网状骨架。

(五)二次聚合接枝：

将制备的所述的乳化初液和所述的聚丙烯酰胺接枝体混合，升温后再加入一定量的引发剂，进行二次接枝反应，即形成抑尘剂成品乳液。

该步骤中，乳化初液和所述的聚丙烯酰胺接枝体混合后，可升至恒温55-65℃，均匀加入上述各步骤制备完毕后剩余的引发剂，二次接枝反应20-30分钟出料，形成抑尘剂成品乳液。

该步骤将乳化初液和与聚丙烯酰胺接枝体混合，形成二次接枝反应，可进一步保证聚合反应过程的完全，其生成物更加稳定，还可提高聚合反应速率，加快反应速度，缩短反应时间，提高化合物的稳定性，进而可提高制得的最终产品的储存期限。

本发明制备的上述抑尘乳液，原料易得、成本低，制备过程通过两次乳化、两次聚合接枝过程，可使最终的产品分散性好，刚性、弹性及粘性很强，易于储存，具有较好的抗风蚀、抗雨刷性能及耐久性，温度气候适应性强，可自行降解，无污染，吸水、保水性好，且其具有的亲和酯香味、吸水保水易于同时实施草籽树种生发、现场操作简单，很好地解决了目前行业共同面对的问题，符合目前环保及产业化要求，具有很好的应用前景。

本发明还提供了一种抑尘纸浆，采用上述制备的高分子抑尘乳液与纸浆配制而成。

其具体制备工艺是：

(1)收集废纸张(废旧报纸、书本、杂志等)；

(2)人工分拣，剔除非纤维部分(如书钉、塑料等)，然后用粉碎机粉碎，筛分；

该步骤中，可在筛分后采用消毒程序，通过高温杀死部分细菌。

(3)将碎纸投入纸浆搅拌机内，先兑水将碎纸全部淹没，离水面约0.5m高度，浸泡10-12小时；

(4)加分散剂于搅拌机内，启动搅拌机，以1000-1500rpm的搅拌速度分散成糊状纸浆；

(5)在纸浆内加入消毒剂(可选用1％高锰酸钾)消毒，同时可根据纸浆变色程度和现场要求加入适量漂白剂，进行有机色漂白；

(6)根据需要，加染色剂制成抑尘纸浆，喷洒于墙壁或所需的物体表面。

该步骤也可将纸浆脱水制成干纸浆以便包装、保存和运输。

上述制备的抑尘纸浆，可加入喷洒设备内，均匀喷洒于物体或墙壁的表面，形成一定程度的网状覆盖，可以有效的固定尘埃并在物料表面形成防护膜，使墙壁和物体表面具有抑尘的功能，吸水保水性佳，抗风蚀、抗雨刷、抗酸碱性强，可有效防止环境污染。

本发明制备的抑尘纸浆，不但抗风吹雨刷性能大大加强，而且纸浆本身就可以给草籽树种提供营养，同时因为纸浆易于获得，成本低，能大幅减少相对较高的抑尘乳液用量。因此，本发明抑尘纸浆不仅可广泛用于大面积扬尘或风沙场地，其由于其具备的吸水保水性能，有利于草籽树种生发，因此还可应用于各种不同的场地，且不会对环境造成破坏，根据目前使用的情况看，实践证明，本发明制备的抑尘纸浆的引入非常成功，效果非常好，使用成本低廉，节约了不少费用。

下面结合实施例对本发明做进一步详述。

实施例一：

(一)预乳化液制备：

选取丙烯酸丁酯750g、丙烯酸甲酯250g，两者总质量为1000g，密封存放；

将亲油亲水性乳化剂与纯净水混合，配制成浓度为3％的乳化剂溶液(乳化剂内比mop-10占20％)；

将丙烯酸丁酯750g、丙烯酸丁酯250g、丙烯酰胺30g、浓度为3％的乳化剂溶液50g置于容器内，然后加入naoh颗粒8g,加盖，减少刺激气味溢出，升温至50℃，同时磁力搅拌20min，得到均一不分层的所述白色单体预乳化液。

(二)种子乳化：

在另一容器内加入上述步骤制备的约1/4质量的预乳化液，加入50g甘油,搅拌并控制搅拌速度(大约300rpm),使体系进一步分散均匀,然后升温至75℃,再加入过硫酸钾4g，反应30分钟，形成种子乳化液。

(三)深度聚合接枝：

在种子乳化液内滴加剩余的预乳化液、过硫酸钾3g和甘油30g，加料完成后反应的时间为1-1.5h，然后再降至室温，形成所述的乳化初液。

(四)聚丙烯酰胺接枝体的制备：

取浓度为10％的丙烯酰胺溶液100g，升温至75℃后，再加入过硫酸钾1g的，匀速搅拌40min，得到聚丙烯酰胺接枝体。

(五)二次聚合接枝：

将制备的乳化初液和聚丙烯酰胺接枝体混合，升至恒温60℃，再均匀加入过硫酸钾2g，配置成浓度为0.5％过硫酸钾溶液，二次接枝反应20分钟出料，即形成抑尘剂成品乳液。

本实施例现场应力测试数据和效果观测结果：

抑尘剂喷洒湿厚0.2mm过后经过结膜和结壳，沙尘表面形成一层联结一体的薄壳韧性表皮，在该表皮平整处放置100克铁球不出现表皮变形和开裂现象，随机取该表皮若干块做撕裂测试，低于1公斤的撕力不能撕裂表皮。证明结壳表皮的强度刚度和粘性都非常好(见图1)。

用模拟吹风和降雨持续测试，结果用十级风连续吹一小时，表皮没任何损坏，模拟大风加中雨连续对区域冲刷一小时，表皮除了打湿以外，没有出现被破坏情况，冲刷结束后基本恢复如初(见图2)。

在雨季对实施工地进行连续三个月观测，风吹雨刷基本不能破坏表皮。用ph值为4的酸液和ph值为10的碱液喷洒表皮，过后连续数周观测，表皮没有受到任何破坏(见图3)。

实施例二：

(一)预乳化液制备：

选取丙烯酸乙酯750g、醋酸乙烯酯250g，两者总质量为1000g，密封存放；

将亲油亲水性乳化剂与纯净水混合，配制成浓度为3％的乳化剂溶液(乳化剂内比mop-10占20％)；

将丙烯酸丁酯750g、丙烯酸丁酯250g、丙烯酰胺30g、浓度为3％的乳化剂溶液50g置于容器内，然后加入naoh颗粒8g,加盖，减少刺激气味溢出，升温至50℃，同时磁力搅拌30min，得到均一不分层的所述白色单体预乳化液。

(二)种子乳化：

在另一容器内加入上述步骤制备的约1/3质量的预乳化液，加入40g甘油,搅拌并控制搅拌速度(大约300rpm),使体系进一步分散均匀,然后升温至72℃,再加入过硫酸铵3g，反应30分钟，形成种子乳化液。

(三)深度聚合接枝：

在种子乳化液内滴加剩余的预乳化液、过硫酸铵2g和甘油50g，加料完成后反应的时间为1h，然后再降至室温，形成所述的乳化初液。

(四)聚丙烯酰胺接枝体的制备：

取浓度为10％的丙烯酰胺溶液100g，升温至75℃后，再加入过硫酸铵1g，匀速搅拌40min，得到聚丙烯酰胺接枝体。

(五)二次聚合接枝：

将制备的乳化初液和聚丙烯酰胺接枝体混合，升至恒温60℃，再均匀加入过硫酸铵1g，配置成浓度为0.5％的过硫酸铵溶液，二次接枝反应20分钟出料，即形成抑尘剂成品乳液。

本实施例现场应力测试数据和效果观测结果与实施例一基本一致，在此不再赘述。

实施例三：

(一)预乳化液制备：

选取丙烯酸丁酯750g、丙烯酸甲酯250g，两者总质量为1000g，密封存放；

将亲油亲水性乳化剂与纯净水混合，配制成浓度为3％的乳化剂溶液(乳化剂内比mop-10占20％)；

将丙烯酸丁酯750g、丙烯酸丁酯250g、丙烯酰胺30g、浓度为3％的乳化剂溶液50g置于容器内，然后加入naoh颗粒8g,加盖，减少刺激气味溢出，升温至50℃，同时磁力搅拌20min，得到均一不分层的所述白色单体预乳化液。

(二)种子乳化：

在另一容器内加入上述步骤制备的约1/4质量的预乳化液，加入5g甘油,搅拌并控制搅拌速度(大约300rpm),使体系进一步分散均匀,然后升温至75℃,再加入过硫酸钾4g，反应30分钟，形成种子乳化液。

(三)深度聚合接枝：

在种子乳化液内滴加剩余的预乳化液、过硫酸钾3g和甘油30g，加料完成后反应的时间为1-1.5h，然后再降至室温，形成所述的乳化初液。

(四)聚丙烯酰胺接枝体的制备：

取浓度为10％的丙烯酰胺溶液100g，升温至75℃后，再加入过硫酸钾1g，匀速搅拌40min，得到聚丙烯酰胺接枝体。

(五)二次聚合接枝：

将制备的乳化初液和聚丙烯酰胺接枝体混合，升至恒温60℃，再均匀加入过硫酸钾2g，配置成浓度为0.5％过硫酸钾溶液，二次接枝反应20分钟出料，即形成抑尘剂成品乳液。

(六)抑尘纸浆制备：

(1)收集废纸张(废旧报纸、书本、杂志等)100kg，

(2)人工分拣，剔除非纤维部分(书钉、塑料等)，然后用粉碎机粉碎，筛分；

(3)将消毒后在碎纸投入纸浆搅拌机内，先兑水将碎纸全部淹没，离水面约0.5m高度，浸泡10-12小时；

(4)加分散剂1000g于搅拌机内，启动搅拌机，以1000rpm搅拌速度分散成糊状纸浆；

(5)在纸浆内加入1％高锰酸钾消毒，同时加入少量漂白剂进行有机色漂白；

(6)根据需要，加染色剂制成抑尘纸浆，喷洒于墙壁或所需的物体表面。

如有需要可脱水制成干纸浆以便包装、保存和运输。

抑尘纸浆使用测试结果：

因为抑尘纸浆本身没有粘性，而且纸浆很容易融化于水，但是纸浆有个最大优点，就是在粘性较大的物质保护下可以充做优质支架，易于结网。本实施例将纸浆和抑尘乳液配合使用，在公路两侧扬尘区域喷洒0.2mm厚的混合有草籽的抑尘纸浆，能很好的固定于区域的表面，在雨季或人工喷水后，草籽很快生发，并可扎根于土壤内，这样，抑尘区域在2-3个月的时间内覆盖上绿色的植被，且由于抑尘纸浆能够在地表形接成韧性网状结构，可以抵抗12级大风和雨水的冲刷。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。