施工現場用復合揚塵抑制劑接枝性能測試及應用

2023-07-04 23:40:47劉繼琛

粘接 2023年4期

劉繼琛

摘要：研究用微波聚合法制備一種可用于施工現場的復合型揚塵抑塵劑，并探尋復合揚塵抑制劑制備的最佳配比。結果表明，微波聚合制備復合型揚塵抑塵劑的最佳配比為成膜1.0%、潤濕0.7%、交聯1.0%，且反應溫度在 35 ℃時最佳；接枝率在81%，表明復合型揚塵抑塵劑制備成功；模擬施工表明，揚塵抑塵劑的風蝕率隨吹蝕角度和風速的增加而增加。在強風條件下，揚塵抑塵劑依舊能發揮作用，且揚塵抑塵劑的有效抑塵時間為48 h，超過48 h后，揚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合型揚塵抑塵劑具有一定粘附吸濕保濕效果，可用于施工現場。

關鍵詞：揚塵抑塵劑；微波聚合；溶液聚合；性能研究

中圖分類號：TQ421

文獻標志碼：A文章編號：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

在醫院建設施工過程中，揚塵污染是最常見也是最嚴重的一個問題。為響應國家環保政策，要求施工單位在醫院建筑施工過程中采取一定的手段抑制揚塵。抑塵劑的使用是目前最簡單也是最有效的一種抑制揚塵的方式，但我國對抑塵劑的研究還停留在剛開始的階段，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。研究人員針對抑塵劑風蝕性能差的問題提出以成膜劑，滲透劑為原料，采用復配工藝制備A抑塵劑，并設計試驗證實了該工藝制備的抑塵劑抑塵效果較優［1］；提出用乳液聚合法合成了速溶型液體抑塵劑，并對其乳液性能、抑塵性能、腐蝕性和毒性進行了研究，證實了該抑塵劑的穩定性和溶解性良好，滿足抑塵行業標準要求［2］；從抑塵劑結構出發，研發出一種具有網狀結構的高粘附性、高潤濕性和耐風蝕、耐蒸發的新型可降解納米纖維素抑塵劑［3］。以上學者的研究為抑塵劑的發展作出了極大貢獻，但抑塵劑抑塵性能還存在一定的優化空間?；诖耍疚牟扇∥⒉ň酆戏ㄖ苽鋸秃闲蛽P塵抑塵劑，并對其性能進行表征，為揚塵抑塵劑性能優化提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

主要材料：膨潤土（AR），信陽市平橋區三凡礦產品加工廠；羧甲基纖維素鈉（AR），山西萊克生物科技有限公司；吐溫-80 （AR），濟南郭氏偉業化工有限公司；二甲基二烯丙基氯化銨（AR），山東豪順化工有限公司；硼砂（AR），山東鑫宇航精細化工有限公司；過硫酸鉀（AR），濟南匯錦川化工有限公司。

主要設備：85-2B磁力攪拌器，濟南歐萊博技術有限公司；MKJ-J1-3實驗室微波爐，青島邁威微波化學設備有限公司；DZF-6210A真空干燥箱，無錫瑪瑞特科技有限公司。

1.2 試驗方法

溶液聚合是目前制備揚塵抑塵劑最常用方式之一，具有工藝簡單產物純凈的特點。微波聚合能改善溶液聚合受熱不均引起的反應不完全，故使用微波聚合輔助溶液聚合合成復合型揚塵抑塵劑［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。打開磁力攪拌器，將轉速調節至1 000 r/min。待磁力攪拌器轉速穩定后，依次將定量的丙烯酸單體材料、新型無機材料和引發劑緩慢添加至燒杯中；

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

（3）一段時間后，降低攪拌器轉速為2 000 r/min，加入交聯劑和潤濕劑，恒溫反應。一段時間后，將燒杯置于MKJ-J1-3型實驗室微波爐中，在750 W功率作用下，微波輻射一段時間；

（4）取出產物，置于DZF-6210A型真空干燥箱內烘干，然后將產物碾碎，得到復合型揚塵抑塵劑。

復合型揚塵抑塵劑發熱合成工藝流程如圖1所示。

1.3 正交實驗

選擇成膜組分（膨潤土）、潤濕組分（吐溫-80）、交聯組分（硼砂）和反應溫度為試驗因素，設計4因素3水平正交實驗，具體如表1、表2所示。

1.4 性能測定

1.4.1 接枝率

為減小誤差，相互對照，設計3組平行試驗。

（1）將復合型揚塵抑塵劑溶液和無水乙醇混合均勻，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總表示體系中總質量；m純表示去除均聚物后接枝質量。

1.4.2 抗風蝕性能

（1）將施工場地現場的土樣品碾碎后，用30目篩子進行分級篩選，然后置于溫度50 ℃的真空干燥箱內5 h，待烘干后，將樣品平均分為18份，每份15 g，單獨裝在1個培養皿中；

（2）將18份土樣品分為9個試驗組和9個對照組。在試驗組中噴灑規格為2.4 L/m2，固含量為3%的抑塵劑溶液；對照組噴灑等量清水。然后將試驗組和對照組在同等條件下進行干燥，干燥時間和溫度分別為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為吹蝕風速。在該條件下吹蝕10 min后，再次稱量樣品質量。

風蝕率（ε）表達式［7］：

ε=w1－w2w1×100%（2）

式中：w1表示風蝕前質量；w2表示風蝕后質量。

1.4.3 保濕吸濕性

（1）將施工場地現場土樣品碾碎后，用80目篩子進行分級篩選，然后置于真空干燥箱內烘干，烘干溫度和時間分別為107 ℃和2 h。將樣品平均分為6份，每份10 g，將每份樣品單獨裝入1個培養皿中，2個培養皿為一組，分別為揚塵抑塵劑組和清水組；

（2）揚塵抑塵劑組噴灑規格為2.4 L/m2，固含量為3%的揚塵抑塵劑溶液，清水組噴灑同等質量的清水作為對照組。將所有樣品置于相同的環境下，連續5 d稱重3次，對培養皿質量變化進行記錄。

失水率（η）表達式為：

η=m0－mim×100%（3）

式中：m0表示初始質量；mi表示間隔質量。

2 結果與討論

2.1 正交試驗結果

表3、表4分別為正交試驗結果和正交試驗結果方差表。

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

2.2 接枝率測試結果

表5為3組平行試驗接枝率測試結果。

由表5可知，3組試驗的接枝率平均值為82%；證實接枝共聚反應成功［8］，即揚塵抑塵劑制備成功。

2.3 抗風蝕性能測試結果

表6為抗風蝕性能測試結果。

由表6可知，在相同吹蝕角度下，風蝕率隨風速的增加而增加。當吹蝕角度為45°時，風速從5 m/s增至10 m/s時，抑塵劑組風蝕率僅從0.2%增至15%，清水組風蝕率從5.8%增至36.8%；這說明在相同的吹蝕角度下，揚塵抑塵劑表現出良好的抗風蝕性能。在相同風速條件下，樣品風蝕率隨吹蝕角度的增加而增加，當風速達到15 m/s時，吹蝕角度從0°增至45°，揚塵抑塵劑組風蝕率從9.8%增至22.4%；清水組風蝕率從23%增至42%，這說明即使在強風的條件下，揚塵抑塵劑仍舊能發揮一定作用，具備良好的抗風蝕能力。

2.4 粘附吸濕保濕測試結果

圖2為粘附吸濕保濕性測試結果。

從圖2可以看出，噴灑揚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，揚塵抑塵劑組失水率達到53.2%，此時曲線斜率明顯減?。煌葪l件下，清水組失水率高達78.7%，曲線斜率仍舊表現為直線上升趨勢。32 h后，揚塵抑塵劑組失水率達到63.5%，清水組失水率已經達到100%。48 h后，揚塵抑塵劑組失水率達到96.52%。隨著時間的過去，揚塵抑塵劑組失水率仍舊維持在96%左右，證實該揚塵抑塵劑固化層始終保持有一定的水分，再次證實了揚塵抑塵劑的實用性。出現該現象的原因在于，清水浸入性較差，噴灑清水后，清水只是附著在樣品表面，因此水分子蒸發較快，導致其失水速率快。而揚塵抑塵劑的主要成分為高分子聚合物，噴涂在樣品上后，揚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，導致其失水速率相對較慢［9-10］。

3 結語

（1）正交實驗結果表明，對揚塵抑塵劑失水率主要因素為成膜組分和潤濕組分，對酸堿度主要影響因素為交聯組分，反應溫度的影響因素不大。制備該揚塵抑塵劑的最佳配方為成膜組分1.0%、交聯組分1.0%、潤濕組分0.7%和反應溫度 35 ℃；

（2）接枝率實驗結果表明，單組試驗接枝率均在81%以上，3組試驗平均接枝率為82%，證明大部分功能側鏈均接枝在主鏈上，成功制備出復合型揚塵抑塵劑；

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

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

【參考文獻】

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