PL207794B1

PL207794B1 - Koncentrat do tłumienia kurzu i jego zastosowanie oraz sposób tłumienia kurzu

Info

Publication number: PL207794B1
Application number: PL381701A
Authority: PL
Inventors: Giao V. Nguyen
Original assignee: 3M Innovative Properties Co; 3M Innovative Properties Company
Priority date: 2004-06-03
Filing date: 2005-06-02
Publication date: 2011-02-28
Also published as: CA2569380A1; BRPI0511769A; RU2006142360A; CN100584917C; WO2005121272A1; PL381701A1; CN1965048A; US8052890B2; MXPA06014004A; ZA200700047B; US20090090890A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest koncentrat do tłumienia kurzu oraz zastosowanie koncentratu, a takż e sposób tł umienia kurzu.

Pylenie kurzu stwarza problemy związane z bezpieczeństwem, zdrowiem i zanieczyszczaniem środowiska w wielu obszarach. Cząsteczki kurzu, zarówno wziewne (do 30 μ), jak i wdychalne (do 10 μ) znane są jako zanieczyszczające pożywienie i wodę, a po zainhalowaniu mogą wywołać poważne dolegliwości oddechowe. W innych przypadkach, obecność pyłu węglowego może prowadzić do samorzutnego zapłonu. Podobne zagrożenia występują w innych dziedzinach przemysłu, jak w górnictwie, chemii, przemyśle stalowym i odpadów, które generują dym, kurz, popiół i inne substancje ziarniste. Emisja kurzu stanowi również problem podczas konstrukcji dróg i w transporcie węgla lub sproszkowanych minerałów w wagonach kolejowych lub samochodach ciężarowych.

Zwykłe metody zwalczania kurzu obejmują stosowanie rozpylanej wody przy użyciu nieruchomego lub też ruchomego układu rozpylacza ciśnieniowego, grawitacyjnej dystrybucji surowca lub działka wodnego. Zwykle stosowane są samochody ciężarowe z wodą, przykładowo na drogach przewozów kopalnianych, dojazdach do kamieniołomów, na budowach dróg, drogach otwartych i innych typach zapylonych obszarów wykorzystywanych w celach transportowych. Główną niedogodnością związaną ze stosowaniem rozpylaczy wodnych jest fakt, że kurz kontrolowany jest jedynie przez krótki okres czasu w zależności od warunków klimatycznych. Jest to bardzo istotne zwłaszcza w przypadku budowy dróg, gdzie stosowanie rozpylonej wody należy powtarzać z dużą częstotliwością, nawet co godzinę lub częściej, w celu uzyskania skutecznej kontroli kurzu. Jednakże nawet wtedy, czynności związane z ograniczeniem ilości kurzu są niewystarczające, jak również niezbędny jest gotowy dostęp do wody, co może być zwłaszcza trudne do zapewnienia podczas suszy.

Dotychczas stosowano różnorodne metody w środkach do tłumienia kurzu i przy rozsiewaniu kurzu. W celu zatrzymania wilgoci na zapylonej powierzchni do rozpylaczy wodnych często wprowadzono sole higroskopijne, takie jak chlorek wapnia lub magnezu. Jednakże metody te były często niezadowalające, ze względu na duże ilości stosowanej soli, jej właściwości usuwania wilgoci i korozji sprzętu. Do kontroli pyłu stosowano też oleje i emulsje na bazie oleju, olej talowy z kalafonii lignosulfonian jako produkt uboczny z papierni. Przykładowo w opisie patentowym US 4,417,992 ujawniono zastosowanie emulsji zawierających olej, obejmujących lekkie rozpuszczalniki parafinowe, wodę i usieciowane polimery do kontroli kurzu. W opisie patentowym US 4,746,543 ujawniono zastosowanie wodnego roztworu zawierającego mieszaninę rozpuszczalnych w wodzie polimerów akrylowych z rozpuszczalnymi w wodzie niejonowymi polimerami glikolowymi z sulfonianowymi niejonowymi ś rodkami powierzchniowo czynnymi i współ-środkami powierzchniowo czynnymi jako środkami do kontroli pyłu. W opisie patentowym US 4,594,268 ujawniono zastosowanie wodnej emulsji polimeru metakrylowego jako środka do kontroli kurzu. W opisie patentowym US 5,194,174 ujawniono zastosowanie nielepkich roztworów na bazie wody obejmujących alkohol poliwinylowy i kwas (orto)borowy do tłumienia kurzu. W opisie patentowym US 4,801,635 ujawniono połączenie rozpuszczalnych w wodzie anionowych polimerów akrylowych w połączeniu z rozpuszczalnymi w wodzie niejonowymi polimerami glikolowymi w wodnym ośrodku, wraz z sulfonianowymi środkami powierzchniowo czynnymi do kontroli emisji pyłu do środowiska. W opisie patentowym US 5,256,444 ujawniono kontrolę emisji unoszącego się pyłu poprzez zastosowanie roztworu rozpuszczalnego w wodzie kationowego polimeru ze środkiem pieniącym. W opisie patentowym europejskim 0134106 ujawniono kompozycje do stosowania na suche zapylone powierzchnie gruntowe i do stabilizacji powierzchni gruntu przez zastosowanie wodnej emulsji homopolimerów i kopolimerów kwasu akrylowego i wielozasadowej soli, obejmujących środki powierzchniowo czynne i środki zwilżające.

Istnieje wiele dostępnych kompozycji do tłumienia kurzu, jak również sposobów, jednakże jest również zapotrzebowanie na nowe, ulepszone, lub co najmniej alternatywne kompozycje do tłumienia pyłu unoszącego się w powietrzu i do kontroli emisji unoszącego się pyłu na budowach dróg, wysypiskach, w górnictwie, w transporcie i pokrewnych dziedzinach przemysłu. Przykładowo, firmy budujące drogi często powracają do stosowania prostych, lecz zwykle nieefektywnych rozpylaczy wodnych, zamiast stosowania wodnych kompozycji do tłumienia kurzu o trwałym efekcie kontrolującym kurz.

Obecny wynalazek dostarcza nowych i ulepszonych, lub co najmniej alternatywnych środków do walki z kurzem, w postaci koncentratu, jego zastosowania i sposobu tłumienia kurzu, odpowiednich do kontroli emisji unoszącego się kurzu z dużej masy ziarnistych lub sproszkowanych ciał stałych.

PL 207 794 B1

Koncentrat do tłumienia kurzu, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera:

a) 2-20% wag. anionowego środka powierzchniowo czynnego,

b) 5-20% wag. estru alkilowego kwasu tłuszczowego,

c) 30-95% wag. emulsji kopolimeru na bazie akrylu.

Dla koncentratu według wynalazku korzystne jest, gdy anionowy środek powierzchniowo czynny stanowi długołańcuchowy sulfonowany kwas tłuszczowy z alkanoloaminą, którym korzystnie jest dietanoloamino siarczan laurylowy, przy czym anionowy środek powierzchniowo czynny ma napięcie powierzchniowe poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm), oraz gdy estrem alkilowym kwasu tłuszczowego jest mleczan etylu i ester sojowy metylu, a jego napięcie powierzchniowe jest poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm), korzystnie 0,00023 N/cm (23 dyn/cm) lub poniżej, a emulsję kopolimeru na bazie akrylu stanowi hydrofilowy i ulegający biodegradacji związek, który polimeryzuje do nieodwracalnej struktury elastomerowej pod wpływem parowania lub suszenia, najkorzystniej, gdy emulsję na bazie kopolimeru akrylowego stanowi emulsja kopolimeru akrylowego z poliwinylem, albo emulsja kopolimeru styren akrylan.

Koncentrat według wynalazku może ponadto obejmować polisacharydowy środek nadający lepkość, korzystnie gdy jest nim guma ksantanowa.

Koncentrat według wynalazku korzystnie może dodatkowo zawierać:

d) 0-3% wagowych polisacharydowego środka nadającego lepkość i

e) 0-10% wagowych wody.

Dla koncentratu o wymienionym dodatkowym składzie korzystne jest, gdy anionowy środek powierzchniowo czynny stanowi długołańcuchowy sulfonowany kwas tłuszczowy z alkanoloaminą, oraz gdy ester alkilowy kwasu tłuszczowego zawiera mleczan etylu i ester sojowy metylu, a emulsją na bazie kopolimeru akrylowego jest emulsja kopolimeru akrylowopoliwinylowego albo emulsja kopolimeru styrenowoakrylanowego.

Zastosowanie koncentratu według wynalazku charakteryzuje się tym, że stosuje się go do zwilżania, przenikania i polepszania spójności cząsteczek lub obniżania parowania wody, w procesach flotacji minerałów, do rozdzielania i przemywania minerałów, do minimalizowania erozji gleby i kurzu, do wydmuchiwania i usuwania z dróg sypkich substancji stałych, oraz jako środek wiążący.

Wynalazek obejmuje również sposób tłumienia kurzu.

Sposób tłumienia kurzu, w którym materiał tworzący stałe cząsteczki kurzu kontaktuje się z zatrzymującą kurz ilością kompozycji zapobiegającej kurzowi, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wymieniony materiał kontaktuje się z kompozycją zapobiegawczą obejmującą opisany koncentrat według wynalazku rozcieńczony wodą.

Dla sposobu według wynalazku korzystne jest, gdy stosuje się kompozycją zapobiegawczą w której stężenie koncentratu do wody wynosi od 1:10000 do 1:100, korzystniej od 1:1000 do 5:1000, a najkorzystniej gdy stężenie koncentratu do wody wynosi 2:1000. W sposobie stosuje się do rozcieńczania zwykłą wodę kranową, wodę ściekową, wodę lekko słoną, lub wodę twardą.

W sposobie według wynalazku korzystnie stosuje się kompozycję, która ma napięcie powierzchniowe poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm), korzystniej, gdy napięcie powierzchniowe wynosi 0,00026 N/cm (26 dyn/cm) lub mniej.

Koncentrat do tłumienia kurzu o składzie według wynalazku jest odpowiedni do kontroli kurzu na drogach, jezdniach podziemnych, w kopalniach odkrywkowych, w składach minerałów, do kontroli kurzu i erozji wiatrem z powierzchni rozpylonego węgla i hałd minerałów zawartych w otwartych wozach transportowych i innych powierzchniach z drobno podzielonych cząstek ulegających pyleniu.

Kompozycja zapobiegawcza stosowana w sposobie według wynalazku, z koncentratem do tłumienia kurzu według wynalazku, jest skuteczna w tworzeniu kohezji cząstek gleby i osłabianiu pyłu unoszącego się w powietrzu. Kompozycja taka ponadto przydatna jest w zwilżaniu, penetracji i polepszaniu aglomeracji cząstek gleby i obniżaniu parowania wody z gleby i cząstek traktowanych w ten sposób. Właściwości te pomagają w tłumieniu kurzu w miejscach, takich jak w podziemnych kopalniach, chodnikach przewozowych, naziemnych obszarach wymiany transferowej, kamieniołomach, na budowach dróg, stosach zmagazynowanego towaru, wysypiskach i hałdach odpadów.

Kompozycje z koncentratem do tłumienia kurzu według wynalazku, wykazują nieoczekiwanie dobrą synergię pomiędzy anionowym środkiem powierzchniowo czynnym, estrem alkilowym kwasu tłuszczowego i emulsjami kopolimeru w oparciu o akryl. Skuteczność takiej kompozycji przekracza właściwości zwilżania, penetracji, trwałość i kontrolę znanych środków do tłumienia.

PL 207 794 B1

Anionowe środki powierzchniowo czynne do stosowania w obecnym wynalazku stanowią zazwyczaj cząsteczki o długich łańcuchach z długim hydrofobowym „ogonem” i „czołem” naładowanym ujemnie. Takie środki powierzchniowo czynne są szeroko stosowane, ze względu na ich dobre właściwości spieniania, zmydlania i aktywność powierzchniową. Takim właśnie środkiem jest alifatyczny mono- lub poli-sulfonowany kwas tłuszczowy, o wartości napięcia powierzchniowego poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm).

Korzystne są też alifatyczne mono- lub poli-sulfonowane kwasy tłuszczowe, takie jak te, które zawierają od 8 do 20 i więcej, korzystnie od 8 do 16 atomów węgla w łańcuchach alifatycznego kwasu tłuszczowego. Przykładami grup alkilowych, które można stosować w sulfonowanych kwasach tłuszczowych są oktyl, nonyl, decyl, dodecyl (lauryl), eikozyl, nikozyl, dokozyl, trikozyl i tetrakozyl. Grupami alkanoilowymi, które można stosować są mononienasycone analogi powyżej wymienionych, to jest oktenyl, nonenyl i podobne.

Korzystne są sulfonowane kwasy tłuszczowe z alkanoloaminą i alkanoloamidem, takie jak te, które zawierają C1 do C10 grup alkilowych. Związki te stanowią produkty kondensacji alifatycznych kwasów tłuszczowych i hydroksy alkiloamin. Sulfonianowe kwasy tłuszczowe z alkanoloaminą i alkanoloamidem obejmują kondensaty mono-, di- i tri-alkanoloaminy i alkanoloamidu. Kwasy tłuszczowe dietanoloamidów i dietanoloamin są wszechstronnymi i szeroko stosowanymi środkami powierzchniowo czynnymi. Przykładami składnika kwasu tłuszczowego takich związków są kwas rycynolowy, laurynowy, linolowy, olej talowy, kakaowy, kwas oleinowy, stearynowy, kaprynowy i izosteryczny, gdzie wszystkie przedstawiono w Kirk-Othmer Encyklopedii Technologii Chemicznej, 3 edycja, tom 22, tabela 24, stanowiącej tu w całości odnośnik literaturowy.

Zwłaszcza korzystne sulfonowane kwasy tłuszczowe stosowane wg wynalazku stanowią dostępne w sprzedaży komercyjnej etanoloamino siarczany laurylowe, a zwłaszcza dietanoloamino siarczan laurylowy.

Kwasy tłuszczowe etanoloamino siarczany laurylowe, jak również inne środki powierzchniowo czynne stanowiące sulfonowane kwasy tłuszczowe, przydatne są ze względu na ich właściwości powierzchniowo czynne i detergentu. Jednakże nie wszystkie siarczanowe środki powierzchniowo czynne okazały się być wysoce skuteczne w kompozycjach stosowanych w sposobie według wynalazku. Inne środki powierzchniowo czynne, takie jak powierzchniowo czynne etoksylowane dodecylo benzeno sulfoniany i dioktylo sulfo kwas bursztynowy będąc skutecznymi w obniżaniu napięcia powierzchniowego i polepszającymi zwilżanie i przenikanie do cząsteczek ziemi, okazały się być zwłaszcza niekompatybilne z kopolimerem stanowiącym emulsję poliwinylo akrylową ze względu na koagulację.

Ester alkilowy kwasu tłuszczowego stosuje się do uzyskania niskiego napięcia powierzchniowego kompozycji zapobiegawczych stosowanych w sposobie według wynalazku. Korzystnymi estrami dla wynalazku są estry mleczanu i sojowe, pochodzące z kukurydzy i ziaren soi. Można powołać się na naturalną mieszankę mleczanu etylu/estru sojowego metylu dostępną w sprzedaży pod nazwą Vertec Gold z Vertec Biosolvents. Mieszaninę estru alkilowego kwasu tłuszczowego wytwarza się z mieszanki mleczanu etylu, pochodzącego z kukurydzy i estru sojowego metylu, pochodzącego z ziaren soi. Mieszanka estru ma niską lepkość, 5 10^-2 pa-s (5 cp), niskie napięcie powierzchniowe, (0,000211 N/cm (21,1 dyn/cm) 0,1% r-ór) i stosowana jest jako rozpuszczalnik w zastosowaniach odtłuszczających i usuwaniu graffiti. Tworzy się ją również do stosowania z innymi produktami, takimi jak środkami do czyszczenia rąk, do usuwania atramentu i roztworami do usuwania powłok malarskich. Mieszanka estru obniża napięcie powierzchniowe kompozycji zapobiegawczej polepszając zwilżalność i przenikanie, obniża parowanie (jest wytworzona na bazie oleju), obniża lepkość polepszając odlewanie i mieszanie, obniża nadmierne pienienie środka powierzchniowo czynnego i uważa się, że tworzy fibrylacje z kopolimerem akrylowym polepszając spójność cząstek gleby, przy niższych stężeniach. Ponadto, taki ester alkilowy znajduje zastosowanie jako bio-energetyczna naturalna pochodna o funkcjach czyszczących i klejących.

Podczas gdy naturalna mieszanka mleczan etylu/ester sojowy metylu jest szczególnie korzystna, zrozumiałym jest, że inne związki, takie jak naturalne lub syntetyczne estry alkilowe kwasu tłuszczowego i ich mieszanki mogą być stosowane w kompozycjach zapobiegawczych w sposobie według obecnego wynalazku. Estry kwasu tłuszczowego stanowią typowo estry metylowe C8-C18 kwasów tłuszczowych powszechnie stosowanych jako środki poślizgowe do płynów tnących metal, rozdrabniania w wysokiej temperaturze i usuwania graffiti. Estry mleczanowe są powszechnie stosowane jako rozpuszczalnik dla nitroceluloz, octanu celulozy, żywic, lakierów, farb i powłok. Związki mają niskie napięcia powierzchniowe, korzystnie poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm), a zwłaszcza około 0,00023 N/cm (23 dyn/cm).

PL 207 794 B1

Zastosowanie kopolimerów na bazie akrylu do stabilizacji gleby, tłumienia kurzu i w projektach odnowy roślinności jest znane. Typowo polimer akrylowy zmieszany jest w postaci emulsji unoszącego się kopolimeru i rozcieńczany wodą do wcześniej ustalonej zawartości stałej przed zastosowaniem. Kopolimery w postaci emulsji można stosować do powlekania gleby i piasku, spajania razem cząsteczek przy użyciu przezroczystej, elastycznej błony lub skorupy, przy zastosowaniu w odpowiednim stężeniu. Taka bariera pomaga zapobiegać erozji i emisji unoszącego się pyłu wywołanej przez ruch, taki jak spowodowany przez wiatr lub wodę. Kopolimer akrylowy również ma tendencję do obniżania parowania wilgoci z powierzchni gleby. Po wyschnięciu, taki związek tworzy barierę hydrofobową zamykając wilgoć tą już obecną, jak i współ zastosowaną w glebie, w ten sposób obniżając częstość, objętość, jak i potrzebę dalszych aplikacji.

Kopolimery na bazie akrylu zastosowane według wynalazku obejmują kopolimery kwasu akrylowego i jednego bądź więcej alifatycznego kwasu karboksylowego, takiego jak kwasu 2-chloroakrylowego, kwasu 2-bromoakrylowego, kwasu maleinowego, kwasu furmarowego, kwasu itakonowego, kwasu metakrylowego, kwasu mezakonowego lub podobnych, lub związków nienasyconych kopolimeryzowalnych z kwasem akrylowym, przykładowo akrylonitrylu, akrylanu metylu, metakrylanu metylu, octanu winylu, propionianu winylu, metylenobursztynianu metylu, styrenu, 2-hydroksy metakrylanu etylu i podobnych. Odpowiednie kopolimery poliwinylo akrylowe do zastosowania w koncentratach według wynalazku można otrzymać z wielu źródeł, w tym zakupić z Reclamare Company, Seattle, USA, dostępne jako MARLOC. Taki kopolimer poliwinylo akrylowy odznacza się nieodwracalnymi właściwościami elastomerowymi, po polimeryzacji w obecności światła, ciepła lub katalizatora.

Inny bardzo korzystny kopolimer akrylowy stanowi ACROCRYL, emulsja kopolimeru styren akrylan, dostępna z Nuplex Industries Australia. Zauważono, że koncentraty według wynalazku przygotowane z ACROCRYL wykazują wyższą stabilność temperaturową, zwłaszcza w temperaturze około 40-50°C, co użyteczne jest w przechowywaniu koncentratu i stosowaniu po rozcieńczeniu.

Koncentrat według wynalazku jest przeznaczony do stosowania dla spoiw z kopolimeru akrylowego w niższych stężeniach. Koncentraty o składzie według wynalazku nie były dotychczas znane, stąd uzyskane korzyści są nieoczekiwane w porównaniu do emulsji polimerów znanych do tłumienia kurzu. Po zastosowaniu koncentratu, wnikają one w powierzchnię, blokując parowanie i zachowując wilgoć.

Do koncentratu można włączyć dodatkowe środki w celu polepszenia stabilności, podatności na obróbkę i właściwości powierzchniowo czynnych preparatów według wynalazku. Przykładowo, można włączyć środki nadające lepkość, takie jak hydrofilowe polisacharydy, w celu polepszania stabilności produktu w niskich stężeniach i biorące udział w efektywności spójności cząstek gleby lub pyłu. Hydrofilowe polisacharydy są dobrze znane w dziedzinie techniki i zwłaszcza należałoby wspomnieć gumy ksantanowe, takie jak Kelzan produkcji CP Kelco.

Gumy ksantanowe dodatkowo dostarczają użytecznych korzyści, takich jak zagęszczenie, stabilizację drożdży, zdolność do tworzenia emulsji, kontrolę przepływu, stabilizację pienienia, tworzenie powłok i błon, jak również jakość konsystencji i odmian. Polisacharydy hydrofilowe mogą być stosowane w dowolnej postaci, przykładowo w postaci wyizolowanej z pożywki fermentacyjnej, lub jako odtworzony suchy produkt.

W kompozycjach zapobiegawczych i koncentratach wedł ug wynalazku moż na włączyć dodatkowe środki zwilżające glebę. Reprezentatywnymi środkami zwilżającymi glebę są niejonowe środki powierzchniowo czynne, takie jak etoksylowane alkilo fenole i polietylenowe tlenki monolaurynianowe.

Do koncentratów i kompozycji zapobiegawczych można włączyć substancje pochłaniające wilgoć, takie jak chlorek magnezu lub chlorek wapnia. Takie sole chlorkowe odznaczają się dobrym działaniem, pomagając zatrzymać wilgoć w kompozycjach zapobiegawczych po ich zastosowaniu na cząstki gleby lub pyłu. W razie potrzeby, w koncentratach według wynalazku można zastosować kolejne dodatki, takie jak środki konserwujące, bufory i środki dostosowujące pH, środki barwiące, środki formułujące i podobne.

Kompozycja zapobiegawcza jest korzystnie dostarczana jako koncentrat, który rozcieńcza się przed zastosowaniem. Koncentrat łatwo rozpuszcza się w wodzie i może być rozcieńczony zarówno przez kontrolowaną addycję do strumienia wody, jak i dodany luzem, jak do zbiornika wody do stosowania. Stosowane stężenie może mieścić się w zakresie od około 0,01 do 20%, lecz korzystnie jest ono niższe, takie jak od 0,05% do 1,0%, a zwłaszcza od około 0,1% roztwór (1 g/l wody) do 1,0% roztwór (10 g/l wody). Wodą stosowaną do rozcieńczania koncentratu według wynalazku może być zwykła woda kranowa, woda ściekowa, woda brakiczna (słona) (taka jak z kopalni) lub woda twarda (do 30 ziaren CaCO3). Kompozycja zapobiegawcza wykazuje bezkonkurencyjną skuteczność i syner6

PL 207 794 B1 gię, w bezpośrednim porównaniu z poszczególnymi składnikami, a zwłaszcza przy korzystnie niskim stężeniu stanowiącym około 0,1% roztwór.

Koncentrat i rozcieńczone roztwory są niepalne i podatne na rozkład przez mikroorganizmy żyjące w glebie. Ponadto, kompozycje zapobiegawcze i sposoby według wynalazku dostarczają użyteczną pozostałość lub zapewniają długoterminową kontrolę kurzu, w porównaniu z wodą lub prostymi preparatami tłumiącymi, czyli do kilku godzin lub dnia (w stężeniach poniżej 0,1%), do 7 dni lub więcej (w stężeniach powyżej 0,1%).

W kontrolowanych próbach terenowych, kompozycje według wynalazku wykazały 3 do 4 razy wyższe zatrzymywanie wilgoci po zastosowaniu na zakurzonych drogach, w porównaniu do samej wody. Wyniki te wykazały, że w porównaniu do zastosowania wody przy tej samej szybkości nakładania i czasie wystawienia na działanie na czynniki zewnętrzne, jak również w takich samych warunkach, kompozycje według wynalazku były skuteczne w obniżaniu objętości wdychanego kurzu o 77% i kurzu wziewnego o 78% przy stężeniu 0,2%.

Kompozycje według wynalazku są również przydatne w procesach flotacji minerałów, rozdzielania i przemywania minerałów, ze względu na właściwości detergentu kompozycji powierzchniowo czynnych.

Kompozycje mogą być również stosowane jako środek wiążący, do kontroli kiełkowania nasion, gdy nasiona umieszczone są po wysianiu w ich miejscu wysiania, aż do rozpoczęcia procesu kiełkowania.

Rozumie się, że różne stężenia, szybkości stosowania i protokoły, korzystne typy wody, szybkości przepływu i wielkości dyszy wylotowej aplikatora, jak również dodatki i rozcieńczalniki można monitorować w zależności od wymaganego tłumienia kurzu, substratu lub występującego typu gleby i podobnych, co jest dobrze znane lub może być w łatwy sposób sprawdzone przez znawcę dziedziny.

Obecny wynalazek zostanie ujawniony w odniesieniu do przykładów, które nie ograniczają jego zakresu, a stanowią jedynie jego ilustrację.

P r z y k ł a d y

1. Koncentraty

Koncentrat do tłumienia kurzu według wynalazku otrzymano przez mieszanie w określonej kolejności, w celu uniknięcia tworzenia się grudek i koagulacji, i osiągnięciu stabilności starzenia się. Estry alkilowe kwasu tłuszczowego (Vertec Gold) emulgowano anionowym środkiem powierzchniowo czynnym (Gardinol DA) przez co najmniej 30 minut. Następnie do wiru dodano środek nadający lepkość (ksantanowa guma polisacharydowa) do uzyskania jej dyspersji w emulsji estrów i środka powierzchniowo czynnego przez co najmniej 30 minut. Po zwilżeniu i spienieniu gumy ksantanowej, w celu rozcień czenia dyspersji dodano wodę . W koń cowym etapie dodano kopolimer na bazie akrylu (MARLOC lub ACROCRYL), w celu zapewnienia stężenia wynoszącego około 40-55% ciał stałych i napięcia powierzchniowego wynoszącego około 0,00027-0,00029 N/cm (27-29 dyn/cm). Końcową homogenizację przeprowadzano przez co najmniej godzinę. Reprezentatywne koncentraty przedstawiono w tabeli 1 poniżej.

T a b e l a 1: Przykł adowe preparaty i przedział (% wagowe)

	Składnik	Nazwa handlowa	Prz. 1	Prz. 2	Prz. 3	Prz. 4	Prz. 5	Prz. 6	Przedział
1	DEA Alkilo Siarczan	Gardinol DA	10	10	12	12	12	12	2-20
2	Ester sojowy metylu/ Mleczan etylu Mieszanka	Vertec Gold	10	6	10	6,2	6,25	6,35	5-20
3	Guma ksantanowa	Kelzan	2	-	3	0,1	0,05	0,05	0-3,0
4	Woda	Kranowa	-	-	-	2	5	2	0-10
5	Kopolimer Poliwinylo Akrylowy	MARLOC	78	84	75	79,7	76,7	-	30-95
6	Kopolimer Styren Akrylan	ACROCRYL	-	-	-	-	-	79,6	30-95

PL 207 794 B1

2. Kompozycje zapobiegawcze

Kompozycje zapobiegawcze do tłumienia kurzu przygotowano rozcieńczając koncentrat wodą w proporcji 1/1000. Wydajność stosowanych kompozycji jako tł umią cych kurz badano dodają c 30 ml objętości 0,1% roztworu na 100 g podłoża z wierzchniej warstwy ziemi w 1 l naczyniu z otworem o ś rednicy 70 mm. Równolegle przygotowano przykł ady porównawcze i porównano z każ dym z poszczególnych składników w tym samym stężeniu 0,1%.

Pojemniki napełniono podłożem z wierzchniej warstwy ziemi, na które dodano kompozycje zapobiegawcze i następnie wystawiono je bez dotykania na działanie dużego ciągu powietrza w okapie wyciągowym wielkości 8-metrów sześciennych w temperaturze wynoszącej 21°C i 35% wilgotności względnej. Po 36 godzinach parowania pojemniki poddano bębnowaniu przy 60 obr./min (60 rpm) przez 30 minut.

Wydajności kompozycji zapobiegawczych oszacowano obserwując kruszenie się bryły na sypkie cząstki gleby. Zbadano, że bryły gleby przy zastosowaniu różnych składników, w tym kopolimerów poliwinylo akrylowych (MARLOC) rozpadły się na sypki proszek pod wpływem obróbki w bębnie. Sypki proszek miał odwracalną konsystencję wierzchniej warstwy ziemi, która zamieniała się w pył unoszący się w powietrzu pod wpływem turbulencji. Dla porównania, kompozycje zapobiegawcze według wynalazku okazały się zatrzymywać bryły nietknięte po 30 minutach bębnowania przy 60 obr./min (60 rpm). Wyniki testu w bębnie przedstawiono w tabeli 2 poniżej.

T a b e l a 2: Wyniki testu porównawczego bębnowania po 36 godzinach parowania

Produkt	Subst. chem.	Ciała stałe o stężeniu	pH 0,1% 22°C	Napięcie powierzchniowe 0,1%	Parowanie w teście bębnowania 0,1%
Woda	kranowa	zero	7,1	59,5	3/3 test nie powiódł się
Marloc	Poliwinyl Akrylowy	60%	6,6	35,0	3/3 test nie powiódł się
Duskil	Emulsja kalafonii	35%	6,9	27,3	3/3 test nie powiódł się
MgCl2	Sól nieorganiczna	100%	7,2	42,4	3/3 test nie powiódł się
Środek tłumiący kurz 3M	Przykł. 4 i Przykł. 5	40-55%	6,5	27,1	3/3 test POWIÓDŁ się

Koncentraty i kompozycje zapobiegawcze według wynalazku okazały się być skuteczne w tłumieniu kurzu w szerokim zakresie przypadków i warunków. Kompozycje zapobiegawcze okazały się być skuteczne w zwilżaniu, wnikaniu i polepszaniu spójności cząstek gleby i kurzu oraz obniżaniu parowania wody. Dzięki osiągniętym właściwościom, możliwym jest tłumienie kurzu w miejscach, takich jak na terenach kopalni podziemnych, chodnikach przewozowych, naziemnych obszarach przeładunkowych, kamieniołomach, budowach dróg i stosach zmagazynowanych towarów. Kompozycje zapobiegawcze wykazują silne działanie synergistyczne trzech głównych składników, którymi są anionowy środek powierzchniowo czynny, estry alkilowe kwasu tłuszczowego i emulsja kopolimeru akrylowego z poliwinylem.

Koncentrat z przykładu 6 zawierający kopolimer styren akrylan ACROCRYL rozcieńczono wodą kranową, otrzymując różne niskie stężenia. Wartości napięcia powierzchniowego poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm) odpowiadały dobremu zwilżeniu substratów. Napięcie powierzchniowe powstałej kompozycji zapobiegawczej wynosiło poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm) dla wszystkich niższych stężeń mieszczących się w zakresie od 0,012 do 0,10 w porównaniu do wody kranowej (porównanie) przy około 0,00052 N/cm (52 dyn/cm). Podobnie, wyższe stężenia kompozycji w porównaniu do wody, miały napięcia powierzchniowe dużo poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm), korzystnie poniżej 0,00026 N/cm (26 dyn/cm). Oznacza to, że nawet przy wysokim rozcieńczeniu (i w związku z tym niskim stężeniu), koncentraty produktu wciąż dawały kompozycje zapobiegawcze o napięciach powierzchniowych poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm) po rozcieńczeniu. Stąd też kompozycje zapobiegawcze wykazywały znakomitą zdolność zwilżania. Wyniki przedstawiono w tabeli 3 poniżej.

PL 207 794 B1

T a b e l a 3: Badania napięcia powierzchniowego kompozycji zapobiegawczych o niskim stężeniu z przykładu 6, koncentratu w wodzie kranowej (N/cm)

Stężenie % Przykład 6	Napięcie powierzchniowe
-	0,00052 (woda)
0,012	0,000297
0,025	0,000277
0,050	0,000276
0,075	0,000273
0,10	0,000262

3. Badania terenowe

Droga obserwacyjna Nepean Gorge w Parku Narodowym Blue Mountains, New South Wales, Australia stanowi drogę żwirową będącą mieszaniną błękitnego tłucznia do górnej warstwy nawierzchni i proszkowego pyłu pokrywającą glebę z ubitej gliny. Pojazdy jeżdżące po drodze stanowią główne źródło wziewnych i wdychalnych emisji pyłów.

Rada Miasta z Penrith dostarczyła samochód ciężarowy o pojemności na wodę 7000 litrów, wyposażony w ociekacz, sitka natryskowe i armatkę wodną napędzaną zmotoryzowaną pompą. Badania przeprowadzono z użyciem wody i kompozycji według wynalazku z przykładu 6, rozcieńczonej wodą w proporcji 2:1000 (0,2%), przy tempie stosowania wynosz ą cym okoł o 8-10 l/m² i szybkości samochodu ciężarowego wynoszącej 10 km/godz. podczas 6 przebiegów z 10 minutowymi przerwami. W dniach 2 i 3, obję tość stosowanych porcji zmniejszono do po łowy i nast ę pnie do jednej czwartej. Trzy dni po ostatnim zastosowaniu, samochód ciężarowy przejechał wzdłuż drogi w prędkością 40-50 km/godz. 10 razy, w celu wytworzenia kurzu.

Kompozycje zapobiegawcze do tłumienia kurzu przygotowano in situ, przez rozcieńczenie 14 l koncentratu bezpośrednio w 7000 zbiorniku samochodu. Rozcieńczenie nastąpiło poprzez samoczynne mieszanie na skutek normalnego wstrząsania podczas jazdy samochodu przez około 200 m. Przy niskich prędkościach, nagłe ruchy hamowania dodatkowo wspomagały mieszanie.

Próbki ze zbiornika wykazały dobre zmieszanie z kompozycją o pH wynoszącym około 7,1 i napięciu powierzchniowym około 0,000285 N/cm (28,5 dyn/cm).

Próbki suchej gleby pobrano z opon samochodów ciężarowych z nietraktowanych powierzchni dzień przed zastosowaniem. Powierzchnię kopano przy użyciu stalowego łomu na głębokość około

2,5 cm, glebę zebrano do plastikowych fiolek, które zamknięto z uszczelnieniem do analizy wilgotności. Kolejne próbki pobrano po zastosowaniu zarówno wody, jak i rozcieńczonego koncentratu, jak powyżej, po 24, 48 i 72 godzinach i 10 dniach w podobny sposób. Warunki pogodowe były słoneczne do częściowego zachmurzenia i całkowitego zachmurzenia, przy lekkich do średnich wiatrach i maksymalnych temperaturach w zakresie od około 25-32°C.

Zapis objętości kurzu prowadził Coal Services Health Environmental Monitoring, zgodnie z australijskimi standardami dla obserwacji grawimetrycznego przyrostu wagi. W celu zassania cząstek kurzu do monitorów Cassella Cyclone (kurz wdychalny) i próbników IOM 25 mm o otwartej powierzchni czołowej (kurz wziewny) zastosowano pompy do dozowania powietrza DuPonnt.

Analizę zatrzymywanej wilgoci gleby traktowanej i nietraktowanej wykonano w 24, 48 i 72 godzinie i po 10 dniach, przy użyciu pieca z tłoczonym powietrzem w temperaturze 1000°C w warunkach normalnych. Wyniki w trzech zestawach i średnie pokazano w tabeli 4 poniżej:

T a b e l a 4: Analiza zatrzymywanej wilgoci (% wartości średniej wilgoci)

Badany produkt	24 godz.	48 godz.	72 godz.	10 dni
Woda	2,14	2,22	2,51	2,34
Przykł. 6 (0,2%) w wodzie	6,06	6,41	10,7	3,71

PL 207 794 B1

Kompozycje według wynalazku okazały się być wysoce skuteczne w zatrzymywaniu wilgoci, w porównaniu do samej wody. Po 24 godzinach, zaobserwowano polepszenie o 2,8 razy, po 48 godzinach polepszenie o 2,9 razy i po 72 godzinach niezwykle dobre polepszenie o 4,3 razy. Nawet po 10 dniach, obserwowano polepszenie około 1,6 razy, w porównaniu do samej wody.

Wyniki te przełożyły się na niezwykłe wyniki tłumienia kurzu kompozycji według wynalazku. W tabeli 5 przedstawiono wyniki badań generacji kurzu dla gleby po 3 dniach (72 godzinach) po traktowaniu.

T a b e l a 5: Badania generacji kurzu w 72 godzinie (mg/m³)

Badany produkt	Wziewny	Wdychalny
Woda	8,9	1,9
Przykł. 6 (0,2%) w wodzie	5,1	1,1

Kompozycje według wynalazku okazały się być wysoce skuteczne w tłumieniu kurzu zarówno wziewnego, jak i wdychalnego o około 1,7 razy w porównaniu do samej wody.

Po początkowym, intensywnym zastosowaniu, okresowe zastosowania kompozycji według wynalazku (około raz lub dwa razy dziennie do co dwa dni) mogą przyczynić się do oszczędności kosztów związanych z wodą, pracą i sprzętem, w porównaniu do konwencjonalnych procedur zwilżania dróg i powierzchni. Typowy protokół zastosowania przedstawia się następująco:

Tydzień 1: Dzień 1: Zastosowanie 0,2% kompozycji w 8-10 l/m², przy do 6-8 przejazdach i odstępach 10 minutowych

Dni 2-7: 2 nieprzerywane przejazdy dziennie

Tydzień 2: 2 nieprzerywane przejazdy dwa razy w tygodniu

Tydzień 3 (i dalej): 2 nieprzerywane przejazdy raz w tygodniu lub w razie potrzeby

Kompozycja zapobiegawcza zdolna jest do wnikania w glebę, kurz lub cząstki produktów do głębokości 25 mm lub więcej, co wydaje się być wspomagane przez silne działanie międzyfazowe składnika estru alkilowego kwasu tłuszczowego. Wraz z parowaniem wilgoci, na i w powierzchni produktu tworzy się przezroczysta i elastyczna błona polimerowa, która kontroluje lub zmniejsza emisję kurzu i cząsteczek.

Kompozycje w dużym stopniu wspomagają zatrzymywanie wilgoci, konserwację i aglomerację cząstek. Średnio, aktywność w zatrzymywaniu wilgoci kompozycji według wynalazku jest około 3 razy wyższa w porównaniu do samej wody, zaś ich zdolność ograniczania zanieczyszczeń jest co najmniej 50% wyższa, w porównaniu do samej wody. Zastosowanie emulsji kopolimeru poliwinylo akrylowego w kompozycjach według wynalazku, takich jak z przykładów 4 i 5 dało podobne wyniki tłumienia kurzu i ograniczenia zanieczyszczeń w badaniach terenowych na polach golfowych Twin Creeks, Luddenham NSW, Australia.

Kompozycje według wynalazku są również wygodniejsze w obsłudze i wykazują zwiększoną aktywność w porównaniu z podobnymi znanymi środkami do tłumienia kurzu. Kompozycje okazały się być łatwe w obsłudze, łatwo mieszalne z wodą pochodzącą z różnych źródeł i nie wymagają wcześniejszego rozcieńczenia.

Znawcy dziedziny zauważą, że niniejszy wynalazek może mieć inne odmiany oraz można go zmodyfikować w inny sposób niż tu przedstawiono. Należy jednak rozumieć, że wynalazek obejmuje wszystkie takie odmiany i modyfikacje. Wynalazek również obejmuje wszystkie etapy, cechy, kompozycje i związki co do których się odnosi w opisie pojedynczo lub zbiorowo, jak również wszystkie połączenia dowolnych dwóch lub więcej wymienionych etapów lub cech.

Referencja do jakiegokolwiek stanu techniki w niniejszym opisie wynalazku nie jest, i być nie powinna, rozumiana jako potwierdzenie, czy też sugestia, że stan techniki stanowi część powszechnej wiedzy ogólnej w zakresie niniejszego ujawnienia.

Claims

1. Koncentrat do tłumienia kurzu, znamienny tym, że zawiera:

a) 2-20% wag. anionowego środka powierzchniowo czynnego,

b) 5-20% wag. estru alkilowego kwasu tłuszczowego,

PL 207 794 B1

c) 30-95% wag. emulsji kopolimeru na bazie akrylu.

2. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, ż e anionowy środek powierzchniowo czynny stanowi długołańcuchowy sulfonowany kwas tłuszczowy z alkanoloaminą.

3. Koncentrat według zastrz. 3, znamienny tym, że sulfonowanym kwasem tłuszczowym z alkanoloaminą jest dietanoloamino siarczan laurylowy.

4. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, że anionowy środek powierzchniowo czynny ma napięcie powierzchniowe poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm).

5. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, że ester alkilowy kwasu tłuszczowego obejmuje mleczan etylu i ester sojowy metylu.

6. Koncentrat wedł ug zastrz. 1, znamienny tym, ż e ester alkilowy kwasu tł uszczowego ma napięcie powierzchniowe poniżej 0,0003 N/cm (30 dyn/cm).

7. Koncentrat według zastrz. 6, znamienny tym, że ester alkilowy kwasu tłuszczowego ma napięcie powierzchniowe poniżej 0,00023 N/cm (23 dyn/cm).

8. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, że emulsję kopolimeru na bazie akrylu stanowi hydrofilowy i ulegający biodegradacji związek, który polimeryzuje do nieodwracalnej struktury elastomerowej pod wpływem parowania lub suszenia.

9. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, ż e emulsję na bazie kopolimeru akrylowego stanowi emulsja kopolimeru akrylowego z poliwinylem.

10. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, że emulsję na bazie kopolimeru akrylowego stanowi emulsja kopolimeru styren akrylan.

11. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, że ponadto obejmuje polisacharydowy środek nadający lepkość.

12. Koncentrat według zastrz. 11, znamienny tym, że polisacharydowym środkiem nadającym lepkość jest guma ksantanowa.

13. Koncentrat według zastrz. 1, znamienny tym, że dodatkowo zawiera:

d) 0-3% wagowych polisacharydowego środka nadającego lepkość i

e) 0-10% wagowych wody.

14. Koncentrat według zastrz. 13, znamienny tym, że anionowy środek powierzchniowo czynny stanowi długołańcuchowy sulfonowany kwas tłuszczowy z alkanoloaminą.

15. Koncentrat według zastrz. 13, znamienny tym, że ester alkilowy kwasu tłuszczowego zawiera mleczan etylu i ester sojowy metylu.

16. Koncentrat według zastrz. 13, znamienny tym, że emulsją na bazie kopolimeru akrylowego jest emulsja kopolimeru akrylowopoliwinylowego.

17. Koncentrat według zastrz. 13, znamienny tym, że emulsją na bazie kopolimeru akrylowego jest emulsja kopolimeru styrenowoakrylanowego.

18. Zastosowanie koncentratu określonego w zastrz. 1, albo 13, albo 17, do zwilżania, przenikania i polepszania spójności cząsteczek lub obniżania parowania wody, w procesach flotacji minerałów, do rozdzielania i przemywania minerałów, do minimalizowania erozji gleby i kurzu, do wydmuchiwania i usuwania z dróg sypkich substancji stałych, oraz jako środek wiążący.

19. Sposób tłumienia kurzu, w którym materiał tworzący stałe cząsteczki kurzu kontaktuje się z zatrzymującą kurz ilością kompozycji zapobiegającej kurzowi, znamienny tym, że wymieniony materiał kontaktuje się z kompozycją zapobiegawczą obejmującą koncentrat określony w jednym z zastrz. 1 do 17, rozcieńczony wodą.

20. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że stosuje się rozcieńczenie koncentratu do wody w zakresie od 1:10000 do 1:100.

21. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że stosuje się rozcieńczenie koncentratu do wody w zakresie od 1:1000 do 5:1000.

22. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że stosuje się rozcieńczenie koncentratu do wody wynoszące 2:1000.

23. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że do rozcieńczania stosuje się wodę zwykłą kranową, wodę ściekową, wodę lekko słoną, lub wodę twardą.

24. Sposób według zastrz. 19, znamienny tym, że stosuje się kompozycję której napięcie powierzchniowe jest mniejsze niż 0,0003 N/cm (30 dyn/cm).

25. Sposób według zastrz. 24, znamienny tym, że napięcie powierzchniowe wynosi 0,00026 N/cm (26 dyn/cm) lub mniej.