專利名稱：粉塵抑制劑的制作方法
技術領域：
本申請涉及粉塵抑制劑領域，以用于減少氣載粉塵粒子。
背景技術：
粉塵形成/產生及散發(fā)已經成為環(huán)境和健康問題的持續(xù)原因。粉塵散發(fā)是在運輸干道、礦山、礦物運輸和儲堆、尾礦儲存、發(fā)電廠原料堆、建筑工地、未鋪砌路面的道路以及其他區(qū)域(在這些區(qū)域微?？赡芊稚⒌娇諝庵泻椭車砻嫔?中常見的問題。粉塵產生是指形成粉塵，即材料的小粒子。例如，在無機顆粒如屋面粒料的加工和處理中，產生小粒子。 當這些粒子足夠小(<30mm)時，它們變成粉塵。通常，粉塵是氣載的或能夠變成氣載的。粉塵粒子的散發(fā)和產生提出了必須由制造商、配銷商和最終使用者處理的環(huán)境 (空氣質量)問題。已被用來抑制和控制粉塵的常見方法為僅僅用水潤濕所述區(qū)域。用水潤濕是環(huán)境友好的且成本低。然而，這種方法具有非常有限的持續(xù)時間，因為一旦水蒸發(fā)，效果就不再存在。而且，由于其有限的持續(xù)時間，浪費了極大量的水資源。為了對此進行改善，經常向水中加入吸濕性鹽類如氯化鎂或氯化鈣，以嘗試提高表面保濕性。 盡管這些組合物更為有效，但其導致大量使用鹽類并且具有不希望的環(huán)境影響。用來控制粉塵產生的另一方法是用油噴射所述區(qū)域。雖然該方法在較長時間段內相當有效地抑制粉塵產生，但其并非是環(huán)境友好的。除了可能的環(huán)境問題之外，其還可能造成顯著的長期清理問題以及甚至潛在的健康問題。而且，油處理過的基材可能粘附到交通工具上，所述交通工具試圖在經處理的表面上移動，從而產生不想要的清理，在機械設備上過度磨損，并且加速經處理表面的損壞。另外，油可能改變經涂覆表面的性質，例如，油可能導致不想要的顏色變化。合成聚合物也已被用來通過改變土或多塵表面的物理性質而減少粉塵散發(fā)。聚合物分子有可能能夠將粉塵粒子涂覆并聚集在一起，使得它們更重并因此顯著地減少粉塵粒子的散發(fā)。所報道過的聚合物粉塵抑制劑中的大多數(shù)為聚醋酸乙烯酯和乙烯基丙烯酸類聚合物膠乳。參見例如美國專利6，372，842。例如，在美國專利5，194，174、4，417，992和 4，801，635中還描述了水溶液。其他實例包括那些在EP012;34106A2、美國專利3，900，611、美國專利3，763，072、 WO 2005/121272和美國專利申請2007/073590中描述的實例。然而，性能與聚合物鏈的柔韌性(如通過其玻璃化轉變溫度Tg所測量的)之間的關系從未被揭示。實際上，所有報道過的基于聚合物的粉塵抑制劑均具有相對高的玻璃化轉變溫度(Tg>0°C)。這些相對高 Tg的聚合物粉塵抑制劑可以在靜態(tài)應用中提供足夠的性能，然而，它們在動態(tài)應用中的性能可能很差，原因在于在表面上所形成的膜太易碎而不能在動態(tài)條件(例如移動和滾動以及繁重交通)下保持完好無損。具體而言，動態(tài)條件包括在未鋪砌路面道路上的繁重交通、
3在傳送帶上的材料和粉碎操作，以及在屋面粒料處理中。

發(fā)明內容
本申請涉及軟質聚合物組合物(Tg < -200C )的優(yōu)異粉塵抑制劑性能的發(fā)現(xiàn)以及使用這類聚合物組合物來降低粉塵形成/散發(fā)水平的方法。本申請涉及一種制品，所述制品包括多塵表面和在所述多塵表面上的包括Tg小于-20°C的涂料聚合物的涂層。在一些實施例中，所述聚合物的Tg小于-30°c，并且在特定的實施例中，所述聚合物的Tg小于_45°C。所述多塵表面可以是例如碎石、煤、鐵礦石、砂礫、砂石或其他聚集體(例如屋面粒料，)或者土表面。通常，所述涂料聚合物包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、合成橡膠和天然橡膠、有機硅和其他有機聚合物。在特定的實施例中，所述涂料聚合物含有丙烯酸類乳液聚合物。本申請還涉及一種減少粉塵的方法，該方法包括提供多塵表面，以及用Tg小于_20°C的涂料聚合物涂覆所述表面。
具體實施例方式本申請涉及在多塵表面例如采礦表面、土或建筑表面上的涂層。為了本申請的目的，多塵表面具有在該表面上的截面長度小于30微米的粒子。通常，粒子與表面之間是松散的。表面的實例包括運輸?shù)缆?、開放鐵路車中的礦業(yè)材料、傳送帶上的材料、煤和礦業(yè)材料如發(fā)電廠和鋼廠中的鐵礦石原料堆、未鋪砌路面的鄉(xiāng)村道路和屋面粒料表面。多塵表面的特定實例包括聚集體，即，碎石、煤、鐵礦石、砂礫和砂石。涂料聚合物包括水基聚合物。這些聚合物的實例包括聚丙烯酸酯(例如丙烯酸類乳液聚合物)、合成橡膠和天然橡膠、聚氨酯和有機硅聚合物。通常，這些聚合物具有低Tg， 例如小于-20°c的Tg。例如，Tg小于-30°c。在特定的實例中，Tg小于-45°C。聚丙烯酸酯可以通過一種或多種丙烯酸酯單體在表面活性劑和引發(fā)劑的存在下的乳液聚合而制備。所述單體可包括丙烯酸異冰片酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸2-羥乙酯、丙烯酸羥丙酯以及它們的混合物。也可以加入0-30%的極性單體來改進這些聚合物的強度。這些極性單體包括丙烯酸、 甲基丙烯酸、衣康酸、N-乙烯基吡咯烷酮、N-乙烯基己內酰胺、取代的(甲基)丙烯酰胺如 N，N- 二甲基丙烯酰胺和N-辛基丙烯酰胺、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯、丙烯腈、丙烯酸2-羧乙基酯、馬來酸酐，以及它們的混合物?？捎糜诒旧暾埖乃苄院陀腿苄砸l(fā)劑為這樣的引發(fā)劑，其在暴露于熱時，產生引發(fā)丙烯酸酯單體聚合的自由基。優(yōu)選水溶性引發(fā)劑。合適的水溶性引發(fā)劑包括但并不限于選自過硫酸鉀、過硫酸銨、過硫酸鈉以及它們的混合物的那些引發(fā)劑；氧化-還原引發(fā)劑，例如上述過硫酸鹽與還原劑(如選自焦亞硫酸鈉和亞硫酸氫鈉的那些還原劑)的反應產物；和4，4'-偶氮二(4-氰基戊酸)及其可溶性鹽(例如鈉鹽、鉀鹽)。優(yōu)選的水溶性引發(fā)劑為過硫酸鉀。合適的油溶性引發(fā)劑包括但不限于選自偶氮化合物如VAZO 64(2， 2'-偶氮二(異丁腈))和VAZO 52(2,2' _偶氮二(2，4-二甲基戊腈))(兩者均得自 E. I.du Pont de Numours Co.)、過氧化物如過氧化苯甲酰和過氧化月桂酰，以及它們的混合物的那些引發(fā)劑。優(yōu)選的油溶性熱引發(fā)劑為0，2'-偶氮二(異丁腈))。當使用引發(fā)劑時，按壓敏粘合劑配方中100重量份的可共聚組分計，引發(fā)劑可以占約0. 05至約1重量份，優(yōu)選占約0. 1至約0. 5重量份?？晒簿鄣娜橐夯旌衔镞€可以任選含有鏈轉移劑?？捎玫逆溵D移劑的實例包括但不限于選自四溴化碳、醇、硫醇以及它們的混合物的那些鏈轉移劑。當存在鏈轉移劑時，優(yōu)選的鏈轉移劑是巰基乙酸異辛酯和四溴化碳。以100重量份的全部可共聚乳液混合物計，乳液混合物還可以包含至多約0. 5重量份的鏈轉移劑，通常為約0. 01重量份至約0. 5重量份 (如果使用的話)，優(yōu)選約0. 05重量份至約0. 2重量份。經由乳液技術的聚合需要存在一種或多種表面活性劑(其也可被稱為乳化試劑或乳化劑)。用于制備聚丙烯酸酯乳液的可用表面活性劑包括選自陰離子表面活性劑、非離子表面活性劑以及它們的混合物的那些表面活性劑?？捎玫年庪x子表面活性劑包括但并不限于其分子結構中包括下列的那些陰離子表面活性劑至少一個選自約C6-至約Q2-烷基、烷芳基、和/或烯基的疏水部分，和至少一個選自硫酸根、磺酸根、磷酸根、聚氧乙烯硫酸根、聚氧乙烯磺酸根、聚氧乙烯磷酸根等以及這些陰離子基團的鹽的陰離子基團，其中所述鹽選自堿金屬鹽、銨鹽、叔氨鹽等?？捎玫年庪x子表面活性劑的代表性的商業(yè)實例包括月桂基硫酸鈉，WPOLYSTEP B-3得自斯泰潘化學公司Gtepan Chemical Co.)；月桂基乙醚硫酸鈉，以POLYSTEP B-12得自斯泰潘化學公司Gtepan Chemical Co.)；和十二烷基苯磺酸鈉，以SIPONATE DS-10得自羅納普朗克公司(Rhone-Poulenc)?？捎玫姆请x子表面活性劑包括但不限于那些其分子結構包含有機脂肪族或烷基芳族疏水部分與親水性烯化氧，諸如環(huán)氧乙烷的縮合產物的那些非離子表面活性劑?？捎玫姆请x子表面活性劑的HLB(親水-親脂平衡)為約10或更大，優(yōu)選為約10至約20。表面活性劑的HLB為表面活性劑中的親水(親水的或極性)基團和親脂(親油的或非極性) 基團的數(shù)量和強度是否平衡的表示。在本申請中有用的非離子表面活性劑的商業(yè)實例包括但并不限于壬基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇或辛基苯氧基聚(乙烯氧基)乙醇，可分別以 IGEPAL CA或CO系列得自Rhone-Poulenc !C1I-Cj仲醇乙氧基化物，可以以TERGITOL 15-S 系列得自聯(lián)合碳化物公司(Union Carbide)；以及聚環(huán)氧乙烷山梨糖醇脂肪酸酯，可得自帝國化學工業(yè)公司(ICI Chemicals)，商品名稱為TWEEN系列表面活性劑。通常，丙烯酸類乳液聚合物在一種或多種陰離子表面活性劑的存在下制備。按乳液聚合物的所有單體的總重量計，乳化劑濃度的可用范圍為約0. 5至約8重量％，優(yōu)選為約 1至約5重量％。那些可以與聚合物鏈起反應的可聚合表面活性劑也可以用于本申請中。表面活性劑的固定作用使得最終的聚丙烯酸酯甚至更加環(huán)境友好。合適的丙烯酸類乳液聚合物的實例包括以商品名Fastbond 49 (可從3M Company 商購獲得)和商品名Robond(可從Rohm and Haas商購獲得)出售的那些聚合物。水性聚氨酯(Tg < -25 0C )大多數(shù)通過縮聚制備。制備和表征的一個實例可 JAL1 $ Characterization of waterborne polyurethane adhesives containing different amounts of ionic groups, International Journal of Adhesion and Adhesives，第 25 卷，第 6 期，2005 年 12 月，第 507-517 頁。合成橡膠為由異戊二烯、丁二烯、異丁烯和任選的苯乙烯的自由基乳液聚合制得的聚合物。天然橡膠通過割膠(tapping)而從橡膠植物、主要從Hevea Brasiliensis (Euphorbiaceae 禾斗)^出 °通常將所述聚合物組合物制備為具有約20%至約60%，例如40至55%的固體。 在所述應用中通常將它們在水中稀釋至約0. 至約5%的固體，更優(yōu)選約0. 5%至約2% 的固體。任選地，在稀釋階段加入添加劑以優(yōu)化粉塵抑制劑的性能。例如，當基底為疏水表面如細煤粉時，可以使用有機硅基表面活性劑來有助于潤濕這種表面。這樣的添加劑的一個實例為Dow Corning Q2-5211超濕劑。其可用來改進表面潤濕性和滲透性，并因此改進粉塵抑制性能。通常以約0. 5%的濃度將表面活性劑加入到乳液中。組合物也可以含有殺生物劑。術語“殺生物”是指任何組合物抑制微生物如細菌、 真菌、霉菌和藻類的生長或者將它們殺死的能力。任何可用的殺生物材料均可用于所述聚合物組合物中?？捎玫臍⑸飫┑牟糠至信e包括無機抗微生物劑如光催化材料或過渡金屬材料，和/或有機抗微生物劑如季銨化合物。在一些實施例中，所述聚合物組合物包含增粘劑。這尤其可用于其中聚合物組合物被涂布到將粘合至另一表面(例如屋面粒料，其隨后被粘附到浙青表面上)的多塵表面上的實施例中。典型的增粘劑為有機硅。聚合物組合物的其他任選添加劑包括顏料、染料和日光反射粒子。以上組合物通常被噴射到多塵表面上以抑制粉塵變成氣載的。在一些實施例中， 多塵表面為礦業(yè)表面。已經付諸努力來控制這些環(huán)境中的粉塵，尤其是表面的加工、運輸和儲存中的粉塵。例如，聚合物組合物可以被涂覆到在開放鐵路車上的運輸過程中的煤或鐵礦石表面上、煤和鐵礦石原料堆上以及在鋼廠和發(fā)電廠中的傳送帶上、在建筑工地的土表面上、礦山的運輸?shù)缆泛臀翠伷雎访娴泥l(xiāng)村道路上。在一些實施例中，多塵表面為屋面粒料。該粒料通常為基料(base material)，并且可包括在該基料上的涂層。用于本申請中的基料可以是目前已知的或者以后開發(fā)的基料。例如，該基料可以是耐候性礦石如綠巖、霞石正長巖、普通砂礫、板巖、致密硅巖、石英、 石英巖、玄武石、英安巖、安山巖、泥質板巖、煤渣、銅渣、鎳渣、玻璃等。其他示例性的基料公布于美國專利No. 5，009, 511中，其由循環(huán)材料制成。粒料可以涂布有有色涂層。有色涂層可以是陶瓷或聚合物結合顏料。有色涂層的實例包括例如美國專利號2，981，636,3, 479，201和6，458，642?？梢詫αＡ线M行涂布以使得粒料是日光反射性的。參見例如美國專利申請公開號 2005-0074580和2005-01423 ，其以引用方式并入本文。粒料可以涂布有銅涂層。參見例如美國專利號3，528，842和5，356，664，其以引用方式并入本文。結構層或基底可另外包含光催化材料。這些光催化結構的實例可見于例如美國專利號6，881，701和6，569，520中，其以引用方式并入本文。光催化材料可以是粒料上的光催化粒子，或者粘合劑內的光催化涂料。在一些實施例中，光催化材料是其上涂有光催化粒子的粒料。在一些實例中，將光催化材料混合在單獨層內。對于結構層和基底中的光催化材料的另外的特定實例，參見例如美國專利申請公開號2007-0218314和2007-0077406，其以引用方式并入本文。
粒料也可以涂有油。在不使用油的情況下控制灰塵可以因為多種原因而是有利的。這類無油粒料更好地粘附到某些粘附性粘合劑，尤其是可用于將粒料粘合到金屬基底上的粘合劑上。接著可將粒料加入到結構層，例如金屬瓦片或浙青木瓦中。本申請可以進一步用以下實例進行描述。這些實例僅僅是說明性的，而不旨在限制所附的權利要求書的范圍。SM比較例A 將1千克黑色屋面粒料(可以以WA51得自3M Company)與15克水混合。然后將粒料搖動45秒。制備含有2. 0克石油烴環(huán)烷油(可以以Cross L500得自Arkansas的Cross Oil Refining and Marketing)和 0. 04 克有機硅(可得自 Michigan 的 Wacker Chemical Corp.的有機硅防水劑BS68)的混合物。向粒料中加入油/有機硅共混物，然后將粒料搖動 5分鐘。然后將粒料置于3磅箱中并且置于176 T (80°C )下的烘箱中1小時。實例1-3進行實例1-3，將1千克黑色屋面粒料(可以以WA51得自3M Company)與15克水以及在表1中所示類型和量的丙烯酸類乳液粘合劑混合。然后將粒料搖動45秒。制備含有表1中所示量的石油烴環(huán)燒油(可以以Cross L500得自Arkansas的Cross Oil Refining and Marketing)和有機硅(可得自Michigan的Wacker Chemical Corp.的有機硅防水劑 BS68)的混合物。向粒料中加入油/有機硅共混物，然后將粒料搖動5分鐘。然后將粒料置于3磅箱中并且置于176 T (80°C )下的烘箱中1小時。表 權利要求
1.一種制品，所述制品包括 多塵表面；和在所述多塵表面上的包括Tg小于-20°c的涂料聚合物的涂層。
2.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述聚合物的Tg小于-30°C。
3.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述聚合物的Tg小于-45°C。
4.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述多塵表面為屋面粒料。
5.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述多塵表面包括碎石、煤、鐵礦石、砂礫、砂石或其他聚集體。
6.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述多塵表面為土表面。
7.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述涂料聚合物包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、合成橡膠和天然橡膠、有機硅以及其他有機聚合物。
8.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述涂料聚合物包括丙烯酸類乳液聚合物。
9.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述涂層包含油。
10.根據(jù)權利要求4所述的制品，其中所述涂層包含按每噸屋面粒料計約0.25至約 2. 0磅的粘合劑丙烯酸類聚合物。
11.根據(jù)權利要求4所述的制品，其中所述涂層包含按每噸屋面粒料計約0至約2.0磅的油。
12.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述涂層包含殺生物劑。
13.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述涂層包含表面活性劑。
14.根據(jù)權利要求1所述的制品，其中所述涂層包含增粘劑。
15.一種減少粉塵的方法，所述方法包括 提供多塵表面；以及用Tg小于_20°C的涂料聚合物涂覆所述表面。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述涂料聚合物的Tg小于-30°C。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述涂料聚合物的Tg小于-45°C。
18.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述涂料聚合物為聚丙烯酸酯、聚氨酯、合成橡膠和天然橡膠、有機硅以及其他有機聚合物。
19.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述涂料聚合物包括丙烯酸類乳液聚合物。
20.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中所述涂料聚合物為0.1% -5%固體。
21.根據(jù)權利要求15所述的方法，其進一步包括在涂覆步驟后使所述多塵表面經受動態(tài)條件。
22.根據(jù)權利要求15所述的方法，其中將所述涂料聚合物分散在水中。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其中所述涂料聚合物為水分散的丙烯酸酯。
全文摘要
本發(fā)明提供一種制品，該制品包括多塵表面和在所述多塵表面上的包括Tg小于-20℃的涂料聚合物的涂層，并提供一種減少粉塵的方法。在一些實施例中，所述涂料聚合物的Tg小于-30℃，并且在特定的實施例中，所述涂料聚合物的Tg小于-45℃。所述多塵表面可以是例如碎石、煤、鐵礦石、砂礫、砂石或其他聚集體(例如屋面粒料)或者土表面。通常，所述涂料聚合物包括聚丙烯酸酯、聚氨酯、合成橡膠和天然橡膠、有機硅和其他有機聚合物。在特定的實施例中，所述涂料聚合物含有丙烯酸類乳液聚合物。
文檔編號C09K3/22GK102348775SQ201080011520
公開日2012年2月8日 申請日期2010年2月8日 優(yōu)先權日2009年2月9日
發(fā)明者烏延·N·唐, 凱瑟琳·K·雷諾茲, 朱東偉, 朱勤, 杰弗里·L·雅各布斯, 瑪莉·盧·莫里斯, 韋恩·W·范 申請人:3M創(chuàng)新有限公司