一、抑尘剂的抑尘原理

通过向煤炭表面喷洒抑尘剂，抑尘剂均匀渗透，在蒸发过程中，将煤炭表面的大小颗粒黏结在一起,形成一个厚度在 10 mm以上，有一定的强度和韧性的固化层。固化层可以有效抵御100 km/h以下的风速，抑尘剂实际上是一种对于煤炭十分有效的黏结剂，一方面它可以在煤炭空隙中有效渗透，另一方面它还可以与煤炭表面良好的接触,通过胶黏作用，将煤炭大小颗粒固化在一起 ,形成更大的粒径和覆盖层。

聚合物之间、聚合物与非金属和金属之间、金属与金属金属与非金属之间的胶接，都存在聚合物基料与不同材料之间界面的交接问题，點接是不同材料界面间接触后相互作用的结果。因此，界面层的作用是胶粘科学中研究的基本问题，诸如被黏物与黏料的界面张力表面自由能、官能基团性质界面间反应等.都能影响胶接。胶接是综合性强、影响因素复杂的一种技 术,现有的胶接理论都是从某一方面出发来阐述其原理，所以至今全面[敏感词]的理论还没有形成。 目前较为流行的胶接理论有如下六种:吸附理论、化学键形成理论、弱界层理论扩散理论、静电理论和机械作用力理论。

1.吸附理论

人们把固体对胶黏剂的吸附看成是胶接主要原因的理论,称为胶接的吸附理论。该理论认为，黏接力的主要来源是黏接体系的分子作用力，即范德华引力和氢键力。胶黏与被黏物表面的黏接力与吸附力具有某种相同的性质。胶黏剂分子与被黏物表面分子的作用过程有两个,[敏感词]阶段是液体胶黏剂分子，借助于布朗运动,向被黏物表面扩散，使两界面的极性基团或链节相互靠近，在此过程中,升温、施加接触压力和降低胶黏剂黏度等，都有利于布朗运动的加强;第二阶段是吸附力的产生，当胶黏剂与被黏物分子间的距离达到5~10 nm时，界面分子之间产生相互吸引力，使分子间的距离进一步缩短到处于[敏感词]稳定状态。

根据计算,由于范德华力的作用，当两个理想的平面相距10 m时，它们之间的引力强度可达10~1 00 MPa;当距离为3~4 m时，可达10~1 000 MPa,这个数值远远超过现代[敏感词]的结构胶黏剂所能达到的强度。因此，只要当两个物体接触良好时，胶黏别对黏接界面充分润湿，达到理想状态的情况下仅色散力的作用,就足以产生很高的胶接强度,可是实际胶结强度与理论计算相差很大,这是因为固体的力学强度是一种力学性质,而不是分子性质。其大小取决于材料的每一个局部性质,而不等于分子作用力的总和。计算值是假定两个理想平面紧密接触,保证界面层上各对分子间的作用同时遭到破坏,也就不可能保证各对分子之间的作用力同时发生。

胶黏剂的极性太高,有时候会严重妨碍湿润过程的进行,降低黏接力。分子间作用力是提供黏接力的一个因素,但不是[敏感词]因素,在某些特殊情况下,其他因素也能起主导作用。

2.化学键形成理论

化学键形成理论认为,胶黏剂与被黏物分子之间除相互作用力外,有时还有化学键产生,例如,硫化橡胶与镀铜金属的胶接界面、偶联剂对胶接的作用、异氰酸酯对金属与橡胶的胶接界面等的研究,均证明有化学键的生成。化学键的强度比范德华作用力高得多;化学键形成不仅可以提高黏附强度,还可以克服脱附使胶接接头破坏的弊病。但化学键的形成并不普通,要形成化学键必须满足一定的量子化条件,所以不可能做到使胶黏剂与被黏物之间的接触点都形成化学键,况且,单位黏附界面上化学键数要比分子间作用的数目小得多,因此,来自于分子间的作用力的黏附强度是不可忽视的。

3. 弱边界层理论

边界层的概念是 1904 年德国[敏感词]的力学家普朗特在其“关于摩擦极小的流体运动”论文中提出的,该论文在海德尔堡国际数学家学会上首次宣读。他根据理论研究和实际观察,证实了对于水和空气等黏性系数很小的流体,在大雷诺数下绕物体流动时,黏性对流动的影响仅限于紧贴物体壁面的薄层中,而在这一薄层外黏性的影响很小,完全可以忽略不计。普朗特把这一薄层称为边界层。

如果边界层内存在有低强度区城,则称为弱边界层。在聚合物基体内部,形成弱边界层的原因一是由于聚合过程中所带入的杂质,其次是聚合过程中没有完全转化的低相对分子质量物质共者是加人的各种助剂的影响，最后是在商品储存及运输过程中不慎带人的杂质等。弱边界层对于胶结体系的黏合是有危害的，非常容易引起破坏。因此，应当尽量避免弱边界层。

4.扩散理论

两种聚合物在具有相容性的前提下，当它们相互紧密楼触时，由于分子的布朗运动或链段的摆动产生相互扩散现象，这种扩败作用穿越胶黏剂，被黏物的界面交织进行。扩散的结果，导致界面的消失和过渡区的产生。黏接体系借助扩散理论，不能解释聚合物材料与金属.玻璃或其他硬体胶黏,因为聚合物很难向这类材料

5. 静电理论

当胶黏剂和被黏物体系是一种电 子的接受体供给体的组合形式时，电子会从供给体(如金属)转移到接受体(如聚合物)，在界面区两侧形成双电层,从而产生静电引力。

在干燥环境中，从金属表面快速剥离胶黏层时，可用仪器或肉眼观察到放电的光、声现象，证实了静电作用的存在。但静电作用仅存在于能够形成双电层的粘接体系，因此不具有普遍性。此外，有些学者指出，双电层中的电荷密度必须达到1021电子/cm2时，静电吸引力才能对胶接强度产生较明显的影响，双电层栖移电荷产生密度的[敏感词]值只有1 019电子/cm2 (有的认为只有1 010~1 011电子/cm2 )，因此，静电力虽然确实存在于某些特殊的黏接体系,但不是起主导作用的因素。

6.机械作用力理论

从物理化学观点看，机械作用并不是产生黏接力的因素，而是增加黏接效果的一种方法。 胶黏剂渗透到被黏物表面的缝隙或凹凸之处,固化后在界面区产生了啮合力,这些情况类似钉子与木材的结合或树根植人泥土的作用。机械连接力的本质是摩擦力。在粘合多孔材料、纸张、织物等时，机构连接力是很重要的，但对某些坚实面光滑的表面，这种作用并不显著。

7.影响胶粘强度的因索

胶接理论考虑的基本点都与站料的分子结构、被黏物的表面结构以及它们之间的相互作用有关。胶接体系破坏实验表明，胶聚破坏时，出现以下三种不同的情况:

(1)界面破坏:胶黏层全部与黏体表面分开(胶黏界面完全脱离):

(2)内聚力破坏:破坏发生在胶黏剂或被黏体本身，不在胶黏界面间:

(3)混合破坏:被黏物和胶黏层本身都有部分破坏，或两者只有其破坏，这 种破坏说明、黏结强度不仅与被黏剂和被黏物之间的作用力有关，也与聚合物黏料分子之间的作用力有关。

对于煤炭而言、抑尘剂溶液首先要能够在煤炭中渗透.其次应该能够和煤炭表面良好的接触，再次抑尘剂对煤炭产生的胶黏强度应符合抑尘目的的需要。

二、环保型铁路煤炭运输抑尘剂的技术特点

抑尘剂是由新型多功能高分子聚合物组合而成.聚合物中的交联度分子形成网状结构，分子间具有各种离子集团，由于电荷密度大，与离子之间产生较强的亲合力，并通过凝结、黏结等作用迅速捕捉并将微粒粉尘牢牢吸附，干燥后在粉尘表面固化成膜，因而具有很强的押尘、防尘作用。

抑尘剂应具有无毒、无味、无腐蚀，性能优异，价格低廉,技术经济指标合理，使用方便等特点,要求不影响原料物的性能。

(1)抑尘剂无毒、无味、无腐蚀。押尘剂应使用可降解的有机高分子材料，无毒副作用，无异味，对材料无腐蚀、人体接触后不会产生不良反应。

(2)抑尘剂性能优异。通过喷酒抑尘剂，应使沿线扬尘消减率达到95%，隧道内扬尘消减率90%以上，起到明显的押尘效果。

(3)价格低廉，抑尘制使用成本应控制在每吨煤0.5元以下，避免给企业造成经济负担，

(4)使用方便。抑尘剂与水通过一定的比例配制成溶液，即可

(5)不影响煤炭的使用属性。喷洒抑尘剂后不影响煤炭的特性,对煤炭的燃烧性能几乎没有影响。

三、抑尘剂的特点及适用范围

抑尘剂的作用机理:通过捕捉吸附、团聚粉尘微粒，将其紧锁于网状结构之内，起到湿润、黏接、凝结、吸湿、防尘、防浸蚀和抗冲刷的作用。抑尘剂具有良好的成膜特性，可以有效地固定尘埃并在物料表面形成防护膜。

抑尘剂是针对铁路煤炭运输扬尘污染而研制开发的新型环保防扬尘产品。抑尘剂配置的溶液，均匀喷洒于易引起扬尘的货物表面，形成固化层，能有效地防止扬尘，减少货物损失，对改善沿线环境中可吸人颗粒物的指标有着非常重要的意义。

由于抑尘剂在不影响原物料性能的前提下，具有无毒、无味、无腐蚀，价格低廉，性能优异，使用方便等特点，可以针对不同覆盖基质的特性,采用不同的配比，以达到有效的防扬尘效果，对环境不再产生二次污染,适用于铁路煤炭矿物粉料运输扬尘污染防治渣料场、、储煤场、建筑工地汽车运煤扬尘、固沙、钢铁建材、水泥等企业各种露天料场，生态护坡等方面。

抑尘剂还可用于以下范围:

(1)煤矿发电厂焦化厂洗煤厂等企业的储煤场、渣料场:

(2)港口码头储煤场及各种料场尾矿场;

(3)汽车运煤抑尘;

(4)钢铁建材水泥等企业各种露天料场:

(5)铁路、公路煤炭集运站、储煤场:

(6)建筑工地，道路抑尘:

(7)沙尘暴区城固沙:

(8)铁路、高速公路护坡生态修复。

四、使用抑尘技术的经济效益和社会效益

1.经济效益

全国铁路煤炭发送量，2017年21.6亿t,2018年23.8亿t.2019年24.6亿t。煤在储存、运输过程中,由于风力等原因会随风流失、抛酒扬尘。据统计，目前在铁路、公路等运输过程中，次运输煤损耗约为0. 8%~ 1%,运输(转运)次数越多，损耗越大。以2019年为例，煤炭铁路运输总体经济效益计算如下。

(1)煤炭总体损失

按平均1%计算，2019年全国铁路煤炭运输损耗为24.6亿tX1%=0. 246亿t按吨煤价格500元计算，直接经济损失为0.246亿tX500元/t= 123.00亿元

(2)抑尘总体费用

使用抑尘剂成本0.5元/t左右，抑尘设备维修费用0.2元/t左右，2019年抑尘总成本费用为24.6亿tX(0.5+0.2)元/t=17.22亿元

(3)2019年煤炭运输总体经济效益123. 00亿元一17. 22亿元= 105.78亿元经济效益十分明显。

对于铁路设备维修部门而言，其经济效益主要表现在间接效益方面，主要是采用抑尘剂抑尘后,工务部门维修扣件、轨枕板、钢轨以及清扫隧道的工作量明显降低;电务部门维修铁路信号设备的工作量降低;供电部门维修接触网、绝缘子的工作量明显降低，节省了人工费用和维修设备费用。

2.社会效益

经实验测试，抑尘技术应用后，煤尘净化率可达90%以上，0.1mm以下飘尘颗粒物明显减少。数据表明， 推广应用抑尘技术，对改善铁路沿线大气污染起到明显作用，使用该技术的环保效益显著，减少了煤炭污染，保护了铁路运输环境和周围人群的健康，较好地体现了创新、协调绿色、开放、共享的发展理念。

煤炭扬尘,经常引起接触网、绝緣子的短路和放电，对列车行车安全和维修人员构成严重威胁，尤其是列车通过隧道时，隧道内煤尘弥漫，能见度大大降低，直接影响机车乘务人员的视线;更为严重的是.煤扬尘达到一-定的浓度(爆炸极限)，遇到明火极易引起爆炸后果不堪设想:另外，煤扬尘堵塞机车散热网，降低通风散热效率，使机车内的电气设备工作环境温度升高，降低了设备的完好率和安全度.给行车安全带来隐患。经过喷洒抑尘剂，沿线扬尘消减率可达95%，隧道内扬尘消减率可达90%以上，抑尘效果十分明显,有效地减少了煤扬尘对接触网、绝缘子的危害，降低了隧道内煤扬尘的浓度，降低了煤扬尘堵塞机车散热网的频率，提高了列车行车安全和铁路工作人员的人身安全。

五、抑尘剂的配制和使用方法

抑尘剂产品有固体和液体两种，固体为粉末状，液体为塑料桶装。固体抑尘剂应存放在干燥通风的场所，使用时通过加水溶解配制成溶液，即可喷酒使用，抑尘剂溶液的配制方法主要有人工搅拌机械搅拌、预溶机加料配制等。

(1)人工搅拌方式

工县:容器(其容积根据使用量的多少而确定),搅拌棒(其长度为容器高度加 30~50 cm,木质和其他材质均可)。

配置步骤:先将总水量的 2/3 放人容器,在搅拌的同时徐徐加人抑尘剂,切不可一次放人。不断搅拌,直至形成无沉淀、无悬浮的液体,最后再加人 1/3 的水稀释搅拌均匀即可使用。

(2)机械搅拌方式
工具:电动机械规拌罐，规拌减速电机(转速应在60 100转/min
配置步骤：先将2/3的水注人搅拌罐内，启动搅拌电机，再将定量的抑尘剂均匀放入搅拌罐，有条件的情况下加设加料机，直至形成无沉淀、无悬浮的液体，最后加人1/3水稀释，搅拌均匀即可使用。

（3）预溶机加料配制

将抑尘剂和水同时加入预溶机溶桶.经过预溶机溶解，液体注人搅拌罐1/3时，开启搅拌电机进行搅拌，抑尘剂液体在搅拌罐充分搅拌后，再注人水至合适的比例，重新进行搅拌。

2.抑尘剂的使用

将抑尘剂通过专用喷洒装置或手工均匀地喷酒到物体表面即可，使用量不低于2.2 L./m2。

如果使用抑尘剂的喷洒量较大，且场地固定(如货车或汽车车厢、散堆煤场),推荐使用抑尘剂喷酒装置，目前生产配套的有固定式喷洒装置(适用于铁路煤炭运输装车线)和移动式喷洒装置(适用于煤炭铲车装车线和其他环境喷酒需要)。

如果喷酒区域不固定，且喷酒面积较大(50 m'以上)，可使用抑尘剂储液罐连接的车用高压清洗机喷洒抑尘剂。如喷洒面积较小，可选择适合的喷酒工具,使用人工方式喷洒。