[发明专利]用于土壤改良的化学方法和组合物

说明书

本申请是2010年1月29日提交的美国申请号12/696,550的部分继续申请，其要求2009年1月29日提交的发明名称为“在寒冷地区土壤改良的化学方法”申请号为61/148,216的临时专利申请，以及2010年1月25日提交的发明名称为“土壤改良的化学方法”，申请号为61/297,843的临时专利申请的优先权，其全部据此通过引用方式并入。

技术领域

本发明涉及一种利用合成流体和其它非合成基础油以及聚异丁烯、羧酸、降凝剂、酯、土壤/灰土、可生物降解的纤维、木屑和/或合成纤维的各种组合来改良土壤、防止侵蚀和控制粉尘的方法。

背景技术

多年来，人们使用了化学粉尘和侵蚀控制以及土壤稳定的许多方法，这些方法对环境、健康和安全有多种有害作用并且成功程度各异。用于粉尘控制和土壤稳定的传统产品由废油或回收油、直馏油、氯化物、木质素以及由低级石油树脂、柏油、油和沥青制备的乳状液组成。

废弃或回收的石油油料的使用长期被用作粉尘控制剂。最近几年，因为对环境、健康和安全的关注，大多数国家已经立法减少使用这些油料来控制粉尘。该立法引发了人们对一些高度精炼和非常安全的直馏油的兴趣。高度精炼产品可以含有低含量或不含有芳香族化合物，但对大部分应用而言通常因成本而受到限制。此外，石油油料作为粉尘抑制剂价值有限，并且作为土壤稳定剂没有实际价值。它们通过吸附或吸收过程而充当颗粒增重剂，并且对土壤稳定和细粉尘控制而言无任何显著的内聚作用。

当加入土壤中时，以溶液或固体形式使用的氯化镁、氯化钙和氯化钠起湿润剂的作用。这些产品在水分充足区域良好地发挥作用或者需要加水来发挥湿润剂作用。这些产品的问题是它们的水溶性以及对地下水和植物生命的影响。此外，作为强电解质，它们对金属设备具有高度腐蚀性。

数十年来，一直将木质素用作控制粉尘的低成本方式。近来，木质素受到环境、健康和安全机构的相当多的抨击，这些机构鉴定出在木质素中二噁英和二噁英形成的组合物。木质素在水中的溶解性和它污染地下水的能力混合成问题。因为木质素可溶于水，它们易于被雨水、融化雪水或其它水分冲走，所以其使用寿命也是有限的。

现有技术能够制备并且已经展示了妥尔油(tall oil)、石油树脂和柏油及其组合的多种类型的乳状液。通常，将这些产品乳化以降低粘性至可喷洒程度以及有助于产品渗透至土壤。产生的问题之一是过量液体的使用，这些液体喷洒到地面上并且可迁移到地下水中。此外，当在乳状液分解和活性成分固化之前发生水分情况时，乳状液还可被雨水和湿气严重破坏。当适当地固化时，这些产品产生一种结合土壤层，其在短时间内和在具有较少机械干扰的情况下可有效控制粉尘。在现有技术中可以找到产生这些效果的妥尔油沥青乳状液的例子。Doyle的美国专利第5,895,347号公开了妥尔油沥青、盐酸和硬脂酸的化学稳定的乳状液，以及在制备过程中温度和pH均受控的水中的乳化剂。此外，Burch的美国专利第4,822,425号公开了包含妥尔油沥青、松香、乳化剂和水的乳状液。

根据统一土壤分类系统(Unified Soil Classification System(USCS))使用两字母代码来对不同土壤类型进行分类。第一字母选项为G-砾石、S-沙土、M-粉砂、C-粘土、O-有机物；以及第二字母选项为P-等级差的；W-等级好的；H-高塑性；L-低塑性。组的符号是GW、GP、GM、GC、SW、SP、SM、SC、ML、CL、OL、MH、CH和OH。

粘合剂被定义为被凝聚材料的添加剂，其在最终产物中产生结合强度。粘合剂可以是形成桥接物(abridge)、膜或基质填料、或者导致化学反应的液体或固体。粘合剂可以分为四类。第一类是固体或半固体的基质粘合剂，例如焦油、沥青、柏油、蜡或水泥。另一类是膜粘合剂，其包括水、溶液、分散体、粉末、硅酸盐、凝胶、油、醇、粘土和淀粉。第三类是化学粘合剂，其与被凝聚的材料发生化学反应；这些化学粘合剂包括硅酸盐、酸糖蜜、石灰和木质素磺酸盐。第四类是润滑剂，其用于减少摩擦和引起材料流动。润滑剂包括油、甘油、硬脂酸盐和蜡。

发明内容

因此，本发明的目的和优点是在密集使用和/或寒冷地面的领域中实现优异的粉尘控制和土壤改良。使用由安全脂肪族和环状有机组合物配制的本发明化学试剂，通过减少空气传播颗粒和土壤侵蚀实现改善的空气质量和水质量。