СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ АНТИГОЛОЛЕДНОЙ ЖИДКОЙ КОМПОЗИЦИИ Российский патент 1999 года по МПК C09K3/18 

Изобретение относится к геокриологии и может быть использовано для удаления снежно-ледяных образований при эксплуатации аэродромных и дорожных покрытий в период отрицательных температур, а также для предупреждения образований льдистых наслоений.

К антигололедным материалам в жидком виде предъявляются следующие основные требования. Эти материалы не должны, во-первых, разрушать материал дорожного покрытия, например, бетон, во-вторых, не оказывать коррозионного воздействия на металлы. Кроме того, эти материалы должны обеспечивать высокую скорость таяния снега и льда, быстро удаляться с ветровых стекол, а поскольку эти материалы могут попадать в водоемы, сточные воды и в почву, то они не должны содержать токсичных компонентов.

Из предшествующего уровня техники известны попытки решения проблемы обледенения по нескольким перечисленным выше аспектам путем получения антигололедной жидкой композиции на основе ацетата калия или натрия.

Наибольший интерес из ацетатов представляет ацетат калия, который не обладает (в отличие от нитратов) окислительными свойствами, менее коррозионно активен, чем растворы хлоридов, а в отличие от гликолей - экологически безопасен.

Так, известен способ получения антигололедной жидкой композиции (SU, A, 1827382, кл. C 09 K 3/18, 1993 г.), включающий смешение воды, ацетата натрия и/или калия и диметиламида в количестве 5-10 мас.%.

Недостаток известного способа заключается в том, что он не позволяет получать антигололедную жидкую композицию, обладающую высоким антигибированием коррозии металлов.

Известен также способ получения антигололедной жидкой композиции (RU, A, 2017785, кл. C 08 K 3/18, 1991 г.), взятый в качестве прототипа и включающий получение при температуре 18 - 25^oC водного раствора ацетата щелочного металла или смеси ацетатов щелочных металлов, последовательное смешение его с фосфатом щелочного металла и с водорастворимыми соединениями триазола, имидазола или их смеси, при следующих соотношениях компонентов, мас.%: ацетат щелочного металла или смесь ацетатов щелочных металлов - (25 - 60), фосфат щелочного металла - (0,01 - 0,5), водорастворимые соединения триазола, имидазола или их смеси - (0,01 - 1,0), остальное - вода.

Недостаток известного способа заключается в том, что получение антигололедной жидкой композиции в холодное время года связано с большими энергозатратами. Действительно, для обеспечения хорошей растворимости уксуснокислых солей щелочных металлов в воде процесс (в известном способе) ведут при температуре 18 - 25^oC. Иными словами (в холодное время года) для осуществления известного способа необходимы либо специально отапливаемые помещения, либо специальные средства для подогрева камеры смешения. Все это - ограничивает сферу использования известного способа.

Кроме того, полученная известным способом антигололедная жидкая композиция является экологически вредной ввиду использования в качестве ингибиторов коррозии металлов водорастворимых соединений триазола (например, бензотриазола), имидазола или их смеси. Действительно, согласно ГОСТ 12.1.005-88 бензотриазол имеет третий класс опасности.

В основу изобретения поставлена задача по обеспечению возможности получения экологически безопасной и с высоким показателем ингибирования коррозии металлов антигололедной жидкой композиции в диапазоне температур окружающей среды от 0 до 20^oC без использования дополнительных источников тепла.

Поставленная задача решена тем, что в способе получения жидкой антигололедной композиции, включающем приготовление при температуре не ниже 20^oC водного раствора ацетата калия и последующее растворение в нем водорастворимых присадок, согласно изобретению водный раствор ацетата калия получают путем смешения водных растворов уксусной кислоты, едкого калия и поташа до pH среды 8 - 10, а в качестве присадок используют бензоат натрия, тринатрийфосфат и глицерин, взятых в следующих количествах, грамм на литр водного раствора ацетата калия: бензоат натрия - 2 - 8, тринатрийфосфат - 1 - 5, глицерин - 0,5 - 3.

Целесообразно 50% водные растворы едкого калия и поташа, взятые в соотношении от 1:1,5 до 1:2,0, смешивать с (50 - 70)% водным раствором уксусной кислоты.

Выгодно дополнительно вводить в водный раствор ацетата калия пеногаситель в количестве 0,01 - 0,08 грамм на литр водного раствора ацетата калия.

Преимущество предложенного способа получения антигололедной жидкой композиции заключается в том, что благодаря нейтрализации уксусной кислоты одновременно едким калием и поташом обеспечивается при оптимальном температурном режиме получение водного раствора ацетата калия без специального подогрева реакционной камеры и при температуре окружающей среды от 0 до 20^oC. Более того, основанием для отнесения предложенного способа к энергосберегающим технологиям является также и то обстоятельство, что в описанных выше известных способах используются уксуснокислые соли щелочных металлов, полученные выпариванием из соответствующих растворов, т.е. процесс получения солей предусматривает большие энергозатраты.

Использование при осуществлении предложенного способа присадок (бензоата натрия, тринатрийфосфата и глицерина) обеспечивает не только не уступающий прототипу высокий показатель ингибирования коррозии металлов и быстрое удаление с ветровых стекол (за счет глицерина), но и экологическую безопасность антигололедной жидкой композиции.

Возможность внесения бензоата натрия и тринатрийфосфата в водный раствор ацетата калия в сухом виде позволяет в ряде случаев упростить осуществление предложенного способа.

Согласно ГОСТ 23907-79, п. 11 противообледенительные жидкости должны обладать невысокой вспениваемостью. В связи с этим в ряде случаев в композицию целесообразно ввести пеногаситель.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью существенных признаков требуемого технического результата.

Способ получения антигололедной жидкой композиции осуществляется следующим образом.

В теплоизолированную от окружающей среды реакционную камеру, снабженную перемешивающим устройством и частично заполненную (50 - 75)% водным раствором уксусной кислоты, осуществляют одновременную подачу свежеприготовленных водных растворов едкого калия и поташа, при этом производят контроль pH среды. Поскольку процесс растворения едкого калия в воде сопровождается выделением тепла, поэтому целесообразно подачу водных растворов поташа и едкого калия осуществлять по коаксиально расположенным трубопроводам. Это позволит исключить переохлаждение водного раствора поташа перед подачей его в реакционную камеру.

Процесс получения ацетата калия осуществляется в соответствии с реакциями:
KOH + CH₃ COOH ---> CH₃COOK + H₂O
K₂CO₃ + 2CH₃COOH ---> 2CH₃COOK + H₂O + CO₂
В ходе реакции между поташом и уксусной кислотой выделяется углекислый газ с пенообразованием и поглощается тепло. Реакция же между едким калием и уксусной кислотой сопровождается значительным выделением тепла, что позволяет не только компенсировать потери тепла, имеющие место при эндотермической реакции между поташом и уксусной кислотой, но и обеспечить оптимальную температуру реакционной смеси (20 - 40)^oC путем соответствующего выбора соотношения количества подаваемых в реакционную камеру поташа и едкого калия.

В предпочтительном варианте осуществления способа используются 50% водные растворы поташа и едкого калия. В этом случае при температуре окружающей среды от 0 до 20^oC требуемая температура реакционной смеси обеспечивается выбором количественного соотношения между подаваемыми в реакционную камеру водными растворами едкого калия и поташа, лежащим в интервале от 1:1,5 до 1: 2. Здесь следует отметить, что из-за сильного пенообразования скорость подачи поташа в реакционную камеру ограничена сверху. Предельная скорость подачи водного раствора поташа определяется экспериментально в каждом конкретном случае.

При достижении уровня pH среды 8 - 10 подачу в реакционную камеру водных растворов едкого калия и поташа прекращают. После этого полученному водному раствору ацетата калия дают отстояться до удаления пузырьков CO₂. Затем в водный раствор ацетата калия вводится расчетное количество присадок либо в сухом (за исключением глицерина), либо в растворенном в воде виде, а именно бензоат натрия (бензойнокислый натрий) 2 - 8 г, тринатрийфосфат 1 - 5 г и глицерин 0,5 - 3 г на литр водного раствора ацетата калия. Нижний предел количества указанных выше присадок в данной композиции определяется получением требуемой величины (не хуже, чем в прототипе) показателя ингибирования коррозии металла, а также оптимальной скорости удаления композиции с ветровых стекол. Указанные же верхние пределы целиком определяются экономическими соображениями, т. к. дальнейшее увеличение содержания в композиции присадок приводит не столько к улучшению ее параметров, сколько к ее удорожанию. Концентрации же водных растворов уксусной кислоты, едкого калия и поташа выбираются исходя из требуемой температуры замерзания композиции, которая есть функция концентрации ацетата калия. В случае необходимости добавляют пеногаситель в количестве 0,01 - 0,08 г/л раствора ацетата калия. Затем полученная антигололедная жидкая композиция через фильтр перекачивается из реакционной камеры в резервуар для готового продукта.

Оценка действия на бетон жидкой антигололедной композиции, полученной предложенным способом, была проведена по стандартному методу ASTM C-672-92, который позволяет определить сопротивление шелушению горизонтальных бетонных поверхностей, подвергнутых циклам замораживания-оттаивания в присутствии антиобледенителей. Для испытания были изготовлены образцы - плиты толщиной 80 мм и с площадью поверхности 0,5 м². После изготовления образцы в возрасте 21 суток помещались в морозильную камеру при температуре около -20^oC. Поверхность образцов была покрыта слоем в 6 мм антигололедной композиции, полученной предложенным способом. Согласно ASTM C-672-92 визуальная оценка поверхности образцов была проведена после 5, 10, 15, 25 и 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Результат испытаний: шелушением на бетонных поверхностях отсутствовало.

Жидкая антигололедная композиция, полученная предложенным способом, была опробована также и на коррозию и коррозионное растрескивание высокопрочной стали 30 ХГСН2А и дюралюминия Д16 с покрытиями и без них. Результаты коррозионных испытаний приведены в таблице. Как видно из таблицы, жидкая антигололедная композиция, полученная предложенным способом, обладает высокой ингибируемостью коррозии металлов (не хуже, чем в прототипе), но при этом используемые ингибиторы экологически безопасны, что выгодно отличает данную композицию от других известных того же назначения.

Изобретение может быть использовано для удаления снежно-ледяных образований при эксплуатации аэродромных и дорожных покрытий в период отрицательных температур, а также для предупреждения образований льдистых наслоений.

Описывается способ получения антигололедной жидкой композиции, включающий приготовление при температуре не ниже 20^oC водного раствора ацетата калия и последующее растворение в нем водорастворимых присадок, отличающийся тем, что водный раствор ацетата калия получают путем смешения водных растворов уксусной кислоты, едкого калия и поташа до pH среды 8-10, а в качестве присадок используют бензоат натрия, тринатрийфосфат и глицерин, взятые в следующих количествах, грамм на литр водного раствора ацетата калия: бензоат натрия 2-8, тринатрийфосфат 1-5, глицерин 0,5-3. Технический результат - получение экологически безопасной композиции без использования дополнительных источников тепла в холодное время года. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ получения антигололедной жидкой композиции, включающий приготовление при температуре не ниже 20^oС водного раствора ацетата калия и последующее растворение в нем водорастворимых присадок, отличающийся тем, что водный раствор ацетата калия получают путем смешения водных растворов уксусной кислоты, едкого калия и поташа до рН среды 8 - 10, а в качестве присадок используют бензоат натрия, тринатрийфосфат и глицерин, взятые в следующих количествах, грамм на литр водного раствора ацетата калия:
Бензоат натрия - 2 - 8
Тринатрийфосфат - 1 - 5
Глицерин - 0,5 - 3
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что 50% водные растворы едкого калия и поташа, взятые в соотношении от 1 : 1,5 до 1 : 2,0 смешивают с (50 - 75)% водным раствором уксусной кислоты. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что дополнительно вводят пеногаситель в количестве 0,01 - 0,08 грамм на литр водного раствора ацетата калия.