本发明为一种聚合物分散体及其制备方法。该聚合物分散体通过无皂乳液共聚技术制备而成，原料包括阴离子性单体、非离子性单体、pH缓冲剂、引发剂、碱性中和剂和水，其原料份数配比为：阴离子性单体：3?10；非离子性单体：10?25；pH缓冲剂：0.3?1.0；引发剂：0.3?2；水：100；所述的原料还包括碱性中和剂，碱性中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.0?9.0。本发明得到的聚合物分散体作为抑尘剂，可以在微尘表面形成有效的壳层，其施工安全性和应用安全性更高。将其应用为化学抑尘剂，能够用水稀释喷洒使用，综合性能好，安全环保。
1.一种聚合物分散体，其特征为该分散体通过无皂乳液共聚技术制备而成，原料包括阴离子性单体、非离子性单体、pH缓冲剂、引发剂和水，其原料配比为：组成 质量份数阴离子性单体 3-10，非离子性单体 10-25，pH缓冲剂 0.3-1.0，引发剂 0.3-2，水 100；
所述的原料还包括碱性中和剂，碱性中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.0-9.0；
所述的阴离子性单体为不饱和羧酸单体和不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体中的一种或多种；
所述的非离子性单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲氧基聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯和苯乙烯中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的聚合物分散体，其特征为所述的不饱和羧酸单体具体为丙烯酸、甲基丙烯酸；不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体具体为乙烯基磺酸钠、烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
3.如权利要求1所述的聚合物分散体，其特征为所述的pH缓冲剂为碳酸氢钠、碳酸钠和醋酸钠中的一种或两种。
4.如权利要求1所述的聚合物分散体，其特征为所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和过氧化氢/硫酸亚铁中的一种或两种，以水溶液形式加入，溶液的质量百分浓度为5~10%。
5.如权利要求1所述的聚合物分散体，其特征为所述的碱性中和剂为氨水、2-羟甲基异丙胺和2-羟乙氧基乙胺中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的聚合物分散体的制备方法，其特征为包括以下步骤：（1）准备原料液：当阴离子性单体为不饱和羧酸单体时，将不饱和羧酸单体与非离子性单体混合均匀，作为原料液备用；当阴离子性单体为不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，原料液的组成为仅为非离子性单体，不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体在后面的步骤（3）中加入；当阴离子性单体为不饱和羧酸单体和不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，将不饱和羧酸单体与非离子性单体混合均匀，作为原料液备用，不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体在后面的步骤（3）中加入；
（2）向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入pH缓冲剂和水，开启搅拌，氮气或氩气置换10～30分钟，水浴加热升温；
（3）升温至60-90℃时，当阴离子性单体包含不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，加入引发剂溶液、不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体，然后加入步骤（1）中的原料液；或者，当阴离子性单体不包含不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，加入引发剂溶液，然后加入步骤（1）中的原料液；
（4）原料液完全加入之后，在60-100℃保温0.5-2.5小时；
（5）冷却至室温，以碱性中和剂调节反应体系的pH值至6.0-9.0，出料，即为本发明的聚合物分散体。
7.如权利要求6所述的聚合物分散体的制备方法，其特征为所述的步骤（3）中，原料液的滴加时间为2.0-4.0小时。
8.如权利要求6所述的聚合物分散体的制备方法，其特征为所述的步骤（4）中，保温的温度为80-95℃。
9.如权利要求1所述的聚合物分散体的应用方法，其特征为作为化学抑尘剂，按照质量比聚合物分散体:水＝1:10-1000的比例混合注入喷洒器或喷洒车，按照 1.0-2.5kg/m2道路的用量，将此抑尘剂稀释液向城市道路、人行便道的表面均匀喷洒。
10.如权利要求9所述的聚合物分散体的应用方法，其特征为所述的与水的混合比例为聚合物分散体按1:20-500与水稀释。
一种聚合物分散体及其制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及城市道路粉尘治理领域的化学抑尘剂，特别是一种聚合物分散体及其制备方法。
背景技术
[0002] 城市规模不断扩大、施工现场遍地开花，机动车辆数量快速增加，物料堆场、混凝土搅拌、弃物堆放随处可见。城市粉尘污染日益突出，雾霾天气持续不断。大气中空气动力学直径小于10μm的可吸入颗粒物(PM10)和空气动力学直径小于2.5μm的细颗粒物(PM2.5)在本发明统称为微尘。它们容易富集重金属离子、有机氧化物、细菌和病毒,PM2.5颗粒因鼻腔和咽喉无力阻挡而直接进入细支气管、肺泡，对人体危害极大，突出表现为致畸、致癌、致突变。
[0003] 以洒水为施工方式的水力除尘简单易行，但因水的表面张力高,细微粉尘不易润湿，降尘率一般只有28％，而且冬季容易结冰，夏季蒸发快、有效期短。通风除尘只是转移粉尘、局部降尘，不是抑尘。蓬布遮盖的效果好，但没有从根本上解决粉尘飞扬的问题，不适合大面积使用。
[0004] 近年来，化学抑尘剂的粉尘控制效果逐渐得到重视。按照作用原理，化学抑尘剂可以分为三类：(1)保湿型。十二烷基硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基苯磺酸钠、烷基酚聚氧化乙烯醚提供必要的润湿能力，丙三醇、乙二醇、一缩二乙二醇、氯化钙和氯化镁等提供吸湿、保湿效果。这种抑尘剂往往因为挥发和雨水冲刷而降低有效作用周期。(2)粘结型。将细小的粉尘颗粒粘结成粒径较大的颗粒，可以抑制微尘飞扬、降低微尘进入肺部的机会。主要原料为造纸和酒精工业的废液、废渣以及工业渣油等，容易造成二次污染。(3)成膜型。天然高分子和合成高分子在对微尘润湿、吸附的基础上，通过凝聚作用形成具有一定强度的壳层，其成膜形态类似于篷布，抑尘效果优于其他类型。
[0005] 淀粉、纤维素和植物多糖及其各种深加工产物属于天然高分子化合物。丙烯酸、丙烯酸酯、醋酸乙烯酯和异氰酸酯等单体的聚合物，以及环氧树脂和脲醛树脂等低聚物的交联产物均属于合成高分子化合物。高分子化合物具有成膜的能力，交联、固化之后可以表现出抗风蚀作用。CN103265990、CN102585770和CN103305187等公开了淀粉、纤维素衍生物、丙烯酸共聚物为主要成膜物质的抑尘剂，配合使用了氯化钠、焦磷酸钠、硫酸铜、甘油、十二烷基硫酸钠或烷基酚聚氧乙烯醚，在改善使用性能的同时，也继承了金属离子的腐蚀性、低分子有机物的挥发性等缺点。
[0006] 本专利发明了一种聚合物分散体及其制备方法。该抑尘剂由阴离子性单体和非离子性单体为原料单体通过无皂乳液共聚技术制备，施工安全性和应用安全性优于传统的聚合物乳液体系。相比于水溶性聚合物抑尘剂，它在微尘颗粒表面形成的壳层有更好的耐水蚀性。
发明内容
[0007] 本发明的目的在于提供一种聚合物分散体及其制备方法。该聚合物分散体以阴离子性单体和非离子性单体为原料单体通过无皂乳液共聚技术制备，首先，选择的低分子原料均具反应性，最终的产物不含挥发性低分子有机物，也没有腐蚀性高价金属离子；其次，选取恰当的阴离子性单体、非离子性原料单体作为反应性乳化剂，为体系提供了足够的乳化、分散稳定作用，并通过共聚温度的选择，从而使体系无须使用传统的低分子乳化剂，得到的聚合物分散体作为抑尘剂，可以在微尘表面形成有效的壳层，其施工安全性和应用安全性更高。将其应用为化学抑尘剂，能够用水稀释喷洒使用，综合性能好，安全环保。
[0008] 本发明的技术方案为：
[0009] 一种聚合物分散体，该分散体通过无皂乳液共聚技术制备而成，原料包括阴离子性单体、非离子性单体、pH缓冲剂、引发剂和水，其原料配比为：
[0010]
[0011] 所述的原料还包括碱性中和剂，碱性中和剂的量为调节反应体系的pH值至6.0-9.0。
[0012] 所述的阴离子性单体为不饱和羧酸单体和不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体中的一种或多种。所述的不饱和羧酸单体具体为丙烯酸、甲基丙烯酸；不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体具体为乙烯基磺酸钠、烯丙基磺酸钠、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。
[0013] 所述的非离子性单体为丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲氧基聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯和苯乙烯中的一种或多种。
[0014] 所述的pH缓冲剂为碳酸氢钠、碳酸钠和醋酸钠中的一种或两种。
[0015] 所述的引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵和过氧化氢/硫酸亚铁中的一种或两种，以水溶液形式加入，溶液的质量百分浓度为5～10％。
[0016] 所述的碱性中和剂为氨水、2-羟甲基异丙胺和2-羟乙氧基乙胺中的一种或两种。
[0017] 所述的水为蒸馏水或自来水。
[0018] 所述的聚合物分散体的制备方法，包括以下步骤：
[0019] (1)准备原料液：当阴离子性单体为不饱和羧酸单体时，将不饱和羧酸单体与非离子性单体混合均匀，作为原料液备用；当阴离子性单体为不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，原料液的组成为仅为非离子性单体，不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体在后面的步骤(3)中加入；当阴离子性单体为不饱和羧酸单体和不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，将不饱和羧酸单体与非离子性单体混合均匀，作为原料液备用，不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体在后面的步骤(3)中加入；
[0020] (2)向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入pH缓冲剂和水，开启搅拌，氮气或氩气置换10～30分钟，水浴加热升温；
[0021] (3)升温至60-90℃时，当阴离子性单体包含不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，加入引发剂溶液、不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体，然后加入步骤(1)中的原料液；或者，当阴离子性单体不包含不饱和磺酸或其钠盐类阴离子性单体时，加入引发剂溶液，然后加入步骤(1)中的原料液；
[0022] 原料液的加入方式为分批加入或连续滴加；
[0023] (4)原料液完全加入之后，在60-100℃保温0.5-2.5小时；
[0024] (5)冷却至室温，以碱性中和剂调节反应体系的pH值至6.0-9.0，出料，即为本发明的聚合物分散体。
[0025] 所述的步骤(3)中，聚合反应的温度，优选70-90℃。
[0026] 所述的步骤(3)中，原料液的滴加时间为2.0-4.0小时。
[0027] 所述的步骤(4)中，保温的温度，优选80-95℃。
[0028] 所述的步骤(5)中，调节反应体系的pH值，优选7.0-9.0。
[0029] 所述的聚合物分散体的应用方法，作为化学抑尘剂，按照质量比聚合物分散体:水＝1:10-1000的比例混合注入喷洒器或喷洒车，按照1.0-2.5kg/m2道路的用量，将此抑尘剂稀释液向城市道路、人行便道的表面均匀喷洒。
[0030] 所述的与水的混合比例优选为聚合物分散体按1:20-500与水稀释。
[0031] 本发明的有益效果是：
[0032] (1)本发明的聚合物分散体通过无皂乳液共聚技术制备，不含甘油、乙二醇、渣油等挥发性低分子有机物，没有二次污染，环境安全性良好；共聚温度适当，既能避免体系凝胶化，防止稳定性下降，又能保证共聚物的组成稳定，有助于体系稳定和耐风蚀性。
[0033] (2)本发明的聚合物分散体通过无皂乳液共聚技术制备，不含烷基酚类乳化剂，施工安全性和应用安全性优于传统的聚合物乳液体系。
[0034] (3)本发明的聚合物分散体不含有铜、钙、铝等高价金属离子，对金属、交通车辆不存在腐蚀问题，施工安全性和使用安全性可靠。
[0035] (4)本发明的聚合物分散体在微尘颗粒表面形成壳层，其耐水蚀性优于水溶性聚合物，可以更好地满足不同的应用要求。
[0036] (5)本发明的聚合物分散体用于城市道路抑尘，在居民垃圾区、建筑工地、矿物加工等场所同样可以有效抑制粉尘飞扬。
[0037] (6)本发明的制备工艺简便，不涉及高温高压，没有三废排放，适于大规模推广使用。
具体实施方式
[0038] 下面结合实施例进一步说明本发明：
[0039] 实施例一
[0040] 质量份数以克计，3g丙烯酸作为阴离子性单体，18g丙烯酸丁酯、5g甲基丙烯酸甲酯和2g甲基丙烯酸羟乙酯作为非离子性单体，混合均匀后作为原料液备用。向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入0.4g碳酸氢钠和100g蒸馏水，开启搅拌，以氩气置换15分钟。水浴加热至80℃时，加入8g质量浓度为5％的过硫酸钾水溶液和4g乙烯基磺酸钠。温度稳定之后，通过滴液漏斗连续滴加前述的原料液，控制滴加速度，在3小时内滴加完毕。将体系升温至85℃，保温1.5小时，在搅拌的作用下将体系降至室温。以氨水作碱性中和剂，调节体系pH值至7.8。搅拌均匀、出料，即为本发明的一种聚合物分散体。现场使用时，与水按质量比1:50稀释，然后注入喷洒器，进行喷洒抑尘。
[0041] 测定成膜厚度：称取150克粒度为1500目的城市道路微尘加至直径为12cm的培养皿中压实。将实施例的聚合物分散体用50倍质量的自来水稀释，以1.5kg/m2的用量喷洒至上述样品，25℃恒温干燥。将壳层剥离，用卡尺测定成膜层厚度。
[0042] 评价保湿性能：称取150克粒度为1500目的城市道路微尘加至直径为12cm的培养皿中压实、称重。将实施例的聚合物分散体用50倍质量的自来水稀释，以1.5kg/m2的用量喷洒至上述样品、称重。40℃恒温箱中鼓风干燥，以鼓风干燥3小时的保水率评价保湿能力。保湿能力增强，粉尘的堆积密度增加，抑制飞扬的能力提高。
[0043] 评价耐水蚀性能：制样和喷洒方法与测定成膜厚度的方法相同。样品在25℃恒温干燥之后，以喷淋的方式模拟自然降水，浸泡12小时之后，倾出多余水分，25℃恒温干燥24小时至样品表面基本干燥。观察、记录此时的成膜状态，以无可见裂纹作为达标判据。
[0044] 评价耐风蚀性能：制样和喷洒方法与测定成膜厚度的方法相同。样品在25℃恒温干燥、称重。以模拟5级风力近距离连续吹扫1.0h后的质量损失率作为耐风蚀性评价指标。该指标反映了抑尘剂的结壳效果，也体现了抑尘效果。质量损失率低、致密性强、成膜效果好的壳层，改善了抑尘剂对粉尘的封闭能力，抑尘效果自然提高。
[0045] 实施例二
[0046] 实施步骤同实施例一，不同之处为：作为非离子性单体，2g甲基丙烯酸羟乙酯替换为2g甲氧基聚氧乙烯醚甲基丙烯酸酯(聚醚分子量500)；聚合反应温度为85℃。
[0047] 性能评价方法同实施例一。
[0048] 实施例三
[0049] 质量份数以克计，将3g丙烯酸、16g丙烯酸丁酯和4g苯乙烯按比例混合成原料液备用。向装有搅拌器、温度计、滴液漏斗和氮气导管的反应器中加入0.3g碳酸钠和100g蒸馏水，开启搅拌，以氮气置换20分钟。水浴加热至80℃时，加入10g质量浓度为5％过硫酸钾水溶液、2g烯丙基磺酸钠和2g2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸。温度稳定之后，通过滴液漏斗连续滴加原料液，控制滴加速度，在3小时内滴加完毕。将体系升温至85℃，保温1.5小时，在搅拌的作用下将体系降至室温。以2-羟甲基异丙胺调节体系pH值。进一步搅拌均匀，出料，即为本发明的一种聚合物分散体。现场使用时，与水按1:50稀释，然后注入喷洒器，进行喷洒抑尘。
[0050] 性能评价方法同实施例一。
[0051] 实施例四
[0052] 实施步骤同实施例三，不同之处为：阴离子性单体丙烯酸替换为等质量的甲基丙烯酸。
[0053] 性能评价方法同实施例一。
[0054] 附表 本发明聚合物分散体的性质与性能
[0055] 实施例一 实施例二 实施例三 实施例四
物理状态 乳白色液体 乳白色液体 乳白色液体 乳白色液体
pH值 7.8 7.8 7.5 7.7
