用于涂布顶部敞口的漏斗车、卡车、建筑物、类似的存放装置/集装箱中的装载货物的化学粘合剂

摘要

本发明涉及用于处理颗粒材料堆的方法和组合物，所述方法和组合物抑制和防止从存放堆或开口集装箱中散布有价值的燃料或矿物粉尘。所述方法包括向所述堆施用包含VAE和粗甘油的粘合剂涂层。所述粘合剂涂层缓慢地固化并硬化，从而当所述堆或装载货物仍然沉降、推撞、碰撞以及周围移动时。所述粘合剂涂层能够保持挠性。该涂层对煤堆，以及还对在敞口的铁路车厢中的堆和/或通过敞口的铁路车厢移动的堆特别有效。所述涂层挠性防止涂层变得易碎和粉碎。所述涂层具有比起单独的成分所显示的更好的性能。当所述涂层为挠性或在其固化后都是有效的；因此，本发明通过避免吹散材料可以同时防止不想要的粉尘污染和节约用户资金。

说明书

相关申请的交叉引用

不适用

关于联邦资助研究或开发的声明

不适用

技术领域

本发明涉及在敞口容器中盛装颗粒物质的方法和组合物，所述敞口 容器包括，但不限于，顶部敞口的漏斗车、卡车、建筑物、类似的存放 装置/集装箱。

背景技术

已知用粘合剂(又称结皮剂)处理大量的颗粒材料(特别是煤)以使表 面形成硬壳，而因此保留有价值的材料，并防止从颗粒中扩散粉尘。除 了其它地方之外，在美国专利第5,441,566号中的描述了现有的粘合剂。 这些粘合剂包括胶乳、石油产品和松焦油树脂。其它的粘合剂包括：在 催化剂的存在下与聚异氰酸酯混合的酚醛树脂(在美国专利第5,244,473 号中描述)、碱性酚醛树脂(在美国专利第5,089,540号中描述)和溶解在 吸水性溶剂(甲基乙基酮)、聚醋酸乙烯酯和水中的苯乙烯(在美国专利第 5,487,764号中描述)，在美国专利第5,181,957号和第5,747,104号、第 5,648,116号、美国公开专利申请第2009/0189113A1号，和公开PCT 申请第02/12574Al号、第2010/110805Al号和2009/023652A1号中描 述其它的粉尘抑制剂。

然而，许多其它粘合剂引起颗粒材料保留大量的水，其可以导致价 值减损和效果下降。在煤的情况下，增加的水含量导致降低的BTU含 量，并增加了由煤的氧化诱导的自燃的可能性。此外，所述粘合剂趋向 形成易碎涂层，由于运输和存放的结果，当颗粒材料沉降或移动时，其 易于粉碎并消散。当将材料存放在其中温度在凝固点上下波动的环境中 时，由于粘合剂涂层的易碎的问题变得严重。这是因为凝固和熔融湿气 进一步移动了材料，而进一步使粘合剂粉碎。

现有技术粘合剂材料还具有一系列的冬季处理问题，其使得施用困 难并且可能无效。这是因为这样的产品通常具有与水的凝固点接近的凝 固点，并且一旦凝固，它们不再起作用。更糟糕的是，如果它们已经凝 固，在凝固后这些现有技术粘合剂涂层不可恢复，即使它们被解冻或熔 融。这极大地限制了它们可使用和施用的条件。

因此，很显然需要用于粘结在开口集装箱中存放或船运的颗粒材料 的新型方法和组合物。除非特别这样指出，在这部分描述的技术并不打 算构成对在这里称作关于本发明的“现有技术”的任何专利、公开或其它 信息的承认。此外，该部分不应解释为已经做出检索或不存在如在37 CFR§1.56(a)中规定的相关信息。

发明内容

本发明的至少一个实施方式涉及抑制粉尘从颗粒材料堆中释放的 方法。所述方法包括向这堆暴露的表面施用粘合剂组合物。所述粘合剂 组合物包含比率为90:10至10:90之间的VAE和粗甘油。

所述组合物可以进一步包括水，但是所述组合物不会传给这堆显著 量的水。所述组合物的固化速率可放慢，以允许所述堆颗粒材料堆沉降。 这堆颗粒材料可以在敞口集装箱中。所述堆颗粒材料堆可以放置在敞口 有轨车中，其至少部分时间是移动的。所述颗粒材料可以是煤。

具体实施方式

提供下面的定义以确定术语在本申请中特别是权利要求中如何解 译。组织定义是为了便利的目的，而不是打算限制任何定义至特定的分 类。

“粗甘油”表示由包括涉及生物柴油制造过程的酯交换反应的甘油 三酯的酯交换反应得到的副产物，其中，所述副产物包含甘油和选自脂 肪酸、酯、盐、甲醇、生育酚、固醇、甘油单酯、甘油二酯和甘油三 酯中的至少一种组分。

“颗粒材料”表示当处理、加工或接触时有可能形成粉尘颗粒的材 料，其包括，但不限于煤、泥土、木屑、农产品、水果、肥料、矿沙、 矿石、细粒材料、沙子、碎石、土壤或其它产生粉尘的材料，及其任意 组合。

“PVA”表示聚醋酸乙烯酯聚合物。

“Mong”表示非甘油有机物，并且通常是由皂类、游离脂肪酸和其 它杂质组成。

“VAE”表示醋酸乙烯乙烯共聚物。在至少一个实施方式中，VAE 的重复单元选自式I、II、III、IV之一，或其组合，其中：

其中，n为交联单元的数量，m为第一链单元的数量，以及o为第 二链单元的数量，其中n、m和o之一、一些或全部可以是1或以上， 尽管m和o通常为2或3或4或以上，第一链单元和第二链单元之一或 二者可以是聚合物链的左侧末端(结尾)单元和/或聚合物链的右侧末端 (结尾)单元。VAE也可以包含含有额外的交联单元的共聚物，并且可以 包含额外的聚合物链。

在上述定义或在本申请的其它地方指出的描述与在字典通常使用 的或通过引用并入到本申请中的引用源中指出的含义(明确的或暗示的) 不一致的情况下，本申请和权利要求的术语特别地理解为根据本申请的 定义或说明书解释，而不是根据通常的定义、字典定义或通过引用并入 的定义解释。基于如上所述，在术语仅可以被理解为如果其通过字典解 释，如果术语是通过Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical  Technology,5th Edition,(2005),(Published by Wiley,John&Sons,Inc.) 定义，则该定义将控制所述术语怎样在权利要求中定义。

在至少一个实施方式中，用粘合剂处理颗粒材料堆的表面以防止材 料损失和从堆中散布粉尘。所述粘合剂为包含VAE共聚物和粗甘油的 组合物。所述粗甘油是来自有关甘油三酯的酯交换反应。

生物柴油通常是通过称作酯交换的化学过程制备的，其中植物油或 动物脂肪被转化为脂肪酸烷基酯和粗甘油副产物。脂肪酸和脂肪酸烷基 酯可以通过油的碱催化酯交换反应、油的直接酸催化酯化和油至脂肪酸 的转化以及后续的酯化为生物柴油，从油和脂肪制备。

大多数的脂肪酸烷基酯是通过碱催化法制备的。一般而言，任何碱 可以用作用于油制备生物柴油的酯交换的催化剂，然而，在最商业化的 方法中使用氢氧化钠或氢氧化钾。

除了其它地方之外，在美国专利申请第12/246,975号描述了粗甘油 的合适的实例及其制备方法。在生物柴油的制备过程中，可以过滤油和 脂肪并预加工以除去水和污染物。如果存在游离脂肪酸，使用特定的预 处理技术，例如，酸催化酯化，可以将它们除去或转化为生物材料。然 后，预处理的油和脂肪可以与醇和催化剂(例如，碱)混合。用于反应的 碱通常为氢氧化钠或氢氧化钾，它们通过使用标准的搅拌或混合浆溶解 在所用的醇(通常为乙醇或甲醇)中以形成相应的醇盐。应该理解可以使 用任何合适的碱。然后，可以将醇盐加入到密闭的反应容器中，并加入 油和脂肪。然后，可以封闭所述系统，并在大约71℃(160℉)下保持大 约1至8小时，尽管一些系统建议在常温下发生反应。

一旦完成反应，油分子(例如，甘油三酯)被水解，并且制备两种主 要产物：1)粗脂肪酸烷基酯相(即，生物柴油相)和2)粗甘油相。通常 地，粗脂肪酸烷基酯相在密实的粗甘油相的上成层。由于粗甘油相比生 物柴油相密实，二者可以靠重力分离。例如，粗甘油相可以从沉降容器 的底部简单地排出。在一些情况下，可以采用离心分离机以加快两相的 分离。

粗甘油相通常由甘油、甲酯、甲醇、非甘油有机物（mong）和无 机盐和水组成。甲酯通常以大约0.01wt%至大约5wt%的量存在。

在至少一个实施方式中，甲醇可以以大于大约5wt%至大约30wt% 的量存在于粗甘油中。在至少一个实施方式中，粗甘油包含大约30wt% 至大约95wt%的甘油。

VAE为其中多个醋酸乙烯酯聚合物含乙烯侧支链的共聚物，其中， 乙烯侧支链形成交联并彼此连接聚合物形成共聚物网络。

在至少一个实施方式中，所述粘合剂组合物包含90:10至10:90之 间的VAE共聚物与粗甘油。在至少一个实施方式中，所述组合物进一 步包含水。在至少一个实施方式中，所述组合物包含水和粗甘油，二者 都防止水凝固，并防止其蒸发，从而提高了所得涂层的寿命和挠性。在 至少一个实施方式中，所述粘合剂涂层包含水，但是不会把水传给由它 界定的煤。

在至少一个实施方式中，根据US5,441,566的任一方法或装置施用 所述组合物。在至少一个实施方式中，将所述粘合剂施用于放在敞口容 器内的堆上，并形成防止从堆中大量释放粉尘和防止释放的粉尘侵蚀堆 的粘合剂涂层。在至少一个实施方式中，所述堆推在敞口有轨车内，以 及当车以铁路货运速度(例如>0mph，至250mph)运行时，粘合剂涂 层防止起尘和侵蚀。

涂料组合物的各成分可以刚好在加入至颗粒材料之前混合，即预混 合，或一些组分可以预混合，而其他组分可以刚好在加入到颗粒材料之 前混合。所述材料可以通过具有一个或多个喷头的喷杆以液体形式施 用。在至少一个实施方式中，将粘合剂组合物通过在美国专利第 5,622,561号中公开的至少一种方法施用到待涂覆的材料上。

在至少一个实施方式中，所述颗粒材料为干燥淤浆。通常在工业应 用中，颗粒材料为淤浆或与水或其它液体猛烈地混合成为淤浆。在对材 料进行后续方法之前，这种淤浆需要除去一些液体或所有的液体。当干 燥(不论是通过脱水技术或通过热、阳光等静置蒸发液体)时，一些或所 有的淤浆变干并起尘。所述组合物可以施用到淤浆的表面以控制起尘。 当所述材料为淤浆、部分干燥的、完全干燥的及其组合时，所述组合物 可以施用到材料上。在至少一个实施方式中，所述淤浆为来自铝土矿和 /或精炼操作中的红泥。在至少一个实施方式中，受控制的粉尘包括碳酸 钠颗粒。在至少一个实施方式中，向准备在滞洪池或其它种类的池、盆、 塘、或滤除、干燥或过滤容器中干燥的淤浆上施用所述组合物。

在至少一个实施方式中，当形成颗粒材料堆时，施用所述组合物。 当将颗粒材料倒出或倾卸形成堆时，一些材料以气载尘埃的形式从堆中 扬起。例如，当装载到有轨车、自动倾卸卡车、存放设施、料仓或船舱 时可能发生这种情况。在所述材料被倒出或倾卸到堆之前和/或当所述材 料被倒出或倾卸到堆时，将所述组合物施用到材料上。在至少一个实施 方式中，当在所述材料被倒出或倾卸之前，其沿着传送带移动时，在其 沿着传送带移动时施用所述材料。在至少一个实施方式中，所述组合物 起到增粘剂的作用，其与材料以更大的块的形式保持在一起，而所述块 不大可能形成气载尘埃。

本发明的组合物是非常有效的，并显示许多出乎意料的有益的结 果。现有技术涂层配方，例如，PVA形成刚性胶壳或硬壳。当完整时这 种刚性胶壳包含颗粒物，但是受到许多约束。当显著移动或位移时，现 有技术的壳发脆易碎。对于颗粒材料，具体特别是煤，以及特别是在快 速移动、推撞和碰撞的铁路车厢中包含的煤来说，颗粒材料随着它沉降 为更密实的排列而漂移，并且这种排列趋向于使脆性的现有技术的壳粉 碎。

当在转运站转轨时，有轨车易受严重冲击，其进一步增加了使现有 技术的粘合剂涂层粉碎的可能性。

然而，所述组合物的独特的化学性质允许结合本发明的粘合剂涂层 以避免在沉降过程中和在铁路车厢中以高速移动时或当经历碰撞或冲 击时的粉碎。不限于理论，特别在本发明的权利要求的范围内，据认为 交联聚合物股之间的乙烯交联键起到聚合物之间的挠性铰链的作用。当 同时向所述堆提供同样好或更好的“胶粘”效果时，这允许聚合物股相对 于彼此移动、弯曲和收缩的程度大于现有技术的涂层允许的程度，粗甘 油提供了协同效应，其增强了共聚物的挠性而没有损害其结构强度。

在至少一个实施方式中，组合物的固化速率(在胶状涂层硬化之前需 要的时间的量)为比颗粒材料堆沉降为稳定的排列所需的时间更长的时 间量。因此，处理时，所述堆总是先通过较挠性的涂层，接着通过较硬 的固化涂层保持在原地。所述组合物具有比VAE或其它现有技术的粘 合剂涂层自身具有的固化速率更长的固化速率。

在至少一个实施方式中，粗甘油的独特的共晶点提高了组合物的性 能。已知当粗甘油接近纯品(超过90%)或非常稀释(小于10%)时，其具 有相对高的凝固点(与水类似)。然而，当其被VAE切开时，混合材料的 凝固点降低为具有混合材料的任何水的溶液的凝固点。因此，与包含更 高或更低比率的粗甘油的组合物或其它现有技术的粘合剂涂层具有的 凝固点相比，当以上述的比率混合粗甘油与VAE(二者含水或不含水) 时，总组合物更抗凝固，而因此变得远不易碎(更慢地固化)。此外，如 前所述，一旦许多涂层制剂凝固，它们将被毁坏，并且即使再次解冻后， 将不会形成足够的涂层。由于组合物难以凝固，在其中现有技术涂层会 凝固而不适用的条件下可以施用所述组合物。

实施例

参考下面的实施例可以更好地理解前述，提出的所述实施例仅以说 明的目，而不是打算限制本发明的范围。

将来自矿物加工操作的尾浆用于研究中以评估在各处理方案下粉 尘产生的抑制效果。

使用的处理包括：

·水-在许多矿物加工操作中使用以在保持坝和/或尾矿池内控制 粉尘形成。

·对比实施例#1:市售的粉尘控制产品，包含苯乙烯-丙烯酸酯共 聚物。

·对比实施例#2:市售的粉尘控制产品，包含浓甘油水溶液。

·产品A-包含VAE共聚物和粗甘油的50:50的混合物。

从矿物加工设备中收集尾浆，并将分样本放置在塑料管(尺寸，～33 x33x28cm)中，其用滤布衬里，并在底部具有一系列的孔以允许任何 流出液体自由排出。将样品存放在温室中，并使其干燥一周。然后，进 行如在表1中列出的处理，在10周的时间内将1%的溶液施用至干燥的 尾浆的表面。每次施用使用500ml的1%的溶液，使用泵喷雾器均匀地 施用至干燥尾浆的表面。堆各种处理方案使用一式两份完成测试。

在10周的干燥和处理之后，小心地移除各尾浆样品的固化的表面 壳，将下面的小心地刷扫至桶中以回收存在的任何粉尘。然后，将覆盖 样品大部分面积的真空吸尘器的附件轻轻地压在干燥表面上，并进行真 空吸尘2分钟。称量收集的粉尘(在真空吸尘器内置的过滤系统分离粗组 分和细组分)。

表1

在10周的干燥和处理之后，小心地移除各尾浆样品的固化的表面 壳，将下面的小心地刷扫至桶中以回收存在的任何粉尘。然后，将覆盖 样品大部分面积的真空吸尘器的附件轻轻地压在干燥表面上，并进行真 空吸尘2分钟。称量收集的粉尘(在真空吸尘器内置的过滤系统分离粗组 分和细组分)。

真空吸尘器附件也具有4个侧进口，在第一次粉尘收集中关闭所述 4个侧进口。第二次收集空气以50psi进入四个进气口(产生‘微旋风分 离器’环境)，当附件再次压在泥浆表面上时，表面真空吸尘2min(收集 2)。

基于收集的粉尘的重量，收集的总粉尘以kg/m²记录，以及真空吸 尘器的附件的表面积用于覆盖其中收集粉尘的表面。

当将二者与两种单独的常规的、市售的粉尘控制处理和水作为粉尘 控制措施相比，在表1中的结果显示产品A的优异和令人惊奇的粉尘控 制性。

尽管本发明可以以多种不同的形式实施，在说明书中详细描述的为 本发明特别优选的实施方式。本公开是本发明的原理的一个示例，而不 是打算将本发明限制为所示出的具体的实施方式。在本文中提及的所有 的专利、专利申请、科技文献和任何其它参考材料都以引用的方式整体 并入。此外，本发明包括在本文中描述的多种实施方式的一些或所有的 可能的组合，并且并入到本文中。

上述公开打算为说明性，而非穷举。本说明书将提出对本领域普通 技术人员而言的多种变形形式和替换。所有的这些替换和变形形式打算 包括在权利要求的范围内，其中“包括”表示“包括，但不限于”。熟悉本 领域的技术人员可以识别与在本文中描述的具体实施方式的其它等同 替代，这些等同替代也打算被权利要求所涵盖。

在本文中公开的所有的范围和参数都应理解为包括设想且包括在 其中的任何和所有的子域，和端点之间的任何数值。例如，指出的“1 至10”的范围应该被认为包括在最小值1和最大值10(且包括)之间的任 何和所有子域；也就是，从最小值1以上开始(例如1至6.1)的子域，且 最大值10以下终止(例如2.3至9.4，3至8，4至7)，以及最终为包含 在该范围内的数值1、2、3、4、5、6、7、8、9和10。

这完成了本发明的优选和替代的实施方式的描述。本领域的技术人 员可以识别与在本文中描述的具体的实施方式的等同替代，而所述等同 替代打算被所附的权利要求所涵盖。