СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СКОРОСТНОГО ЛЬДА С ВЫСОКИМИ СКОЛЬЗЯЩИМИ, ПРОЧНОСТНЫМИ И ОПТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ СПОРТИВНЫХ СООРУЖЕНИЙ Российский патент 2010 года по МПК F25C3/02 A63C19/10 

Изобретение относится к созданию искусственного льда и может быть использовано в спорте и строительстве при создании искусственных катков, конькобежных дорожек и пр.

Известен способ получения льда, согласно которому в воду перед замораживанием вводят высокомолекулярный полимер - полиокс в количестве 1,0-10 вес.% (авторское свидетельство SU 444039, F25C 3/02, 25.09.74).

К недостаткам данного способа получения искусственного льда можно отнести то, что на поверхности льда образуются локальные неровности, рябь, волнистость, поверхность льда тусклая и скоростные свойства невысоки.

Попытки устранить указанные недостатки были сделаны при получении двухслойного льда (Гончарова Г.Ю. и др. Тайны ледового дворца. // Холодильная техника. - №5 - 2005, - с.10-13), один слой которого (нижний) обладает повышенной твердостью для предотвращения глубокого проникновения лезвия конька в лед, а в другой (верхний) слой - мягкий вводились примеси. В качестве примесей использовались пленкообразующие амины, композиты на растительной основе, водоспиртовые растворы.

Однако лед, полученный указанным способом, тем не менее обладал недостаточно низким коэффициентом трения и, соответственно, недостаточно высокими скоростными свойствами, и невысокими оптическими свойствами.

Другие известные способы получения массивов искусственного льда включают обычно заливку нижнего слоя ледового массива с помощью шлангов, при достижении поверхностью бетонной плиты температуры 0°C и дальнейшего ее понижения. При этом возможны локальные отслоения ледового массива от бетонного основания в виде воздушных пятен, «хрупких розочек» за счет недостаточной прочности сцепления ледового массива с бетонным основанием.

Например, известен способ получения базового слоя искусственного льда, который включает приготовление водного раствора полимера - поливинилового спирта и его замораживание, причем раствор содержит поливиниловый спирт в концентрации 0,5-7,0 мас.%, замораживание раствора осуществляют при температуре от -10 до -60°C, а полученный лед выдерживают при температуре от -2,5 до -6,5°C в течение 5-7 сут. (Авторское свидетельство №1649218, F25C 1/00, 15.05.91). Недостатком данного способа получения льда является то, что указанные примеси, вводимые в указанных количествах в массив льда, постепенно вытесняясь на поверхность, размягчают ледовый массив и снижают скоростные и оптические свойства ледовой поверхности.

Задачей настоящего изобретения является разработка и создание способа получения льда для искусственных катков, конькобежных дорожек и других ледовых сооружений с высокими скоростными, прочностными и оптическими свойствами.

Технический результат изобретения заключается в значительном увеличении скользящих свойств льда, предотвращении падений спортсменов на поворотах (виражах) за счет повышения упругости поверхностного слоя льда и предотвращения скалывания, а также улучшении гладкости поверхности, оптических свойств льда, придания ему дополнительного блеска и сияния.

Технический результат достигается тем, что способ получения скоростного льда с высокими скользящими, прочностными и оптическими свойствами для спортивных сооружений включает намораживание нижнего основного ледового массива, получение поверхностного скользящего слоя льда толщиной до 1 мм при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного ледового массива при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины, предварительную обработку воды путем очистки от механических примесей фильтрованием, обезжелезивания на установке обезжелезивания, умягчения за счет удаления солей жесткости на ионообменнике, обессоливания обратным осмосом, последующее намораживание верхнего скользящего слоя, при котором в воду вводят добавку кремнийорганических соединений - эмульсий и/или масел в количестве 0,05 до 1,5 ррm каждого соединения и добавку водного раствора аммиака в количестве до 5,41 ppm. Кроме того, кремнийорганические соединения подвергают низкотемпературной не выше 23°C вакуумной очистке от малоатомных спиртов, кетонов, альдегидов и других веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности, а при заливке в бак льдоуборочной заливочной машины используют воду температурой 55-65°C.

Лед, модифицированный введением таких композиций, сочетает в себе твердость кварца и пластичность каучуков. Он обладает высокими антифрикционными свойствами в широком интервале отрицательных температур, высокой стойкостью к царапанью и механическому разрушению, гладкой матовой поверхностью. Введение кремнийорганических присадок в виде масел добавляет ледовому покрытию дополнительные блеск и сияние.

Применяемые в ледовых технологиях силиконовые композиции экологически безопасны и химически инертны по отношению ко всем компонентам системы. Для конькобежного спорта особенно важны их уникальные поверхностно-активные свойства в водной среде, так как обновляемый слой при штатной обработке льда чрезвычайно тонок.

Как было отмечено выше, в качестве силиконовой присадки могут выступать как водонерастворимые олигоорганосилоксаны в виде прямых эмульсий с микрометрическими размерами частиц дисперсной фазы, так и водорастворимые силоксансодержащие блок-сополимеры.

Использование в качестве присадок эмульсий олигоорганосилоксанов позволяет реализовать в поверхностных слоях льда физическую модель льда, армированного на микрометрическом уровне так называемыми «жидкостными пружинами», т.е. имеющего пространственную структуру, свойственную твердому телу, но сохраняющую при этом эластичность межузельных связей. Таким образом, на поверхности льда после кристаллизации разлитой пленки воды образуется пространственная структура, получившая в литературе название «нефритового войлока». Эта пространственная структура характеризуется весьма высокой гладкостью поверхности, не утратившей свойства пластичности. Данный эффект может быть обусловлен значительным снижением внутреннего напряжения между микрокристаллами льда в приповерхностном слое.

Силиконовые микрочастицы выступают в данном случае в качестве низкотемпературного пластификатора.

Введение микродоз эмульсий олигоорганосилоксанов обеспечивают существенное улучшение скольжения, возрастание стойкости ледового покрытия к царапанью и механическому разрушению и создает гладкую матовую ледовую поверхность.

Рассматривая в качестве присадок водорастворимые силоксансодержащие блок-сополимеры необходимо отметить следующее:

Данная группа продуктов относится к категории высокоэффективных неионогенных ПАВ и, соответственно, распределяется в поверхностном слое льда в виде гидратированных молекул. Этот тончайший слой (нанометрической толщины) обладает совершенно специфическими физико-механическими и термическими свойствами. Полученный с использованием данной группы присадок лед обладает низким коэффициентом трения, высокой степенью прозрачности и глянцевости. Более низкая температура стеклования поверхностного слоя придает ему свойства, характерные для консистентных смазок, что обеспечивает купирование возможных микротрещин и режеляцию (заполнение и залечивание) возникающих на льду повреждений и поверхностных травм.

Пример 1.

Вначале было осуществлено намораживание ледового массива. Процесс намораживания ледового массива проходил в штатном режиме с соблюдением всех технологических регламентов и операций по Патенту РФ №2274810 от 20 апреля 2006 г.

Поверхностный скользящий слой толщиной до 1 мм получали при кристаллизации слоя воды, наносимой на соструганную поверхность нижнего основного массива льда при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- обезжелезивание (установка обезжелезивания);

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание (обратный осмос).

После очистки перед введением добавок вода имела значение удельной электропроводности 95,9 мкСм/см, pH до 6,17, содержание растворенного кислорода - до 7,89 мг/л.

При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°C.

Первый верхний слой льда намораживали без внесения химических веществ и соединений, измеряли скользкость льда с помощью скользиметра-прибора, аналогичного описанному в журнале "Холодильная техника", №6, 2005 г. Длина пробега скользиметра на штатном (обратноосмотическом) льду составила 23,5 м.

Для намораживания второго модифицированного верхнего скользящего слоя в воду была введена добавка ПЖС№4 - кремнийорганической мелкодисперсной однородной эмульсии с содержанием кремния 21%, в количестве 1 ppm и добавка водного раствора аммиака в количестве 5,41 ppm.

Все использованные в качестве добавок кремнийорганические соединения прошли низкотемпературную вакуумную очистку от веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности.

При введении в верхний слой льда кремнийорганических соединений химического взаимодействия не происходит.

Поверхность льда, полученного согласно данному примеру, - гладкая, матовой текстуры. Длина пробега скользиметра на модифицированном покрытии составила 31,5 м.

Пример 2.

Вначале было осуществлено намораживание ледового массива. Процесс намораживания ледового массива проходил в штатном режиме с соблюдением всех технологических регламентов и операций, предусмотренных службой эксплуатации и обслуживания ледовой арены. Применяемая для этого этапа заливки вода прошла имеющуюся на комплексе систему водоподготовки.

Поверхностный скользящий слой толщиной до 1 мм получали при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного массива жесткого льда при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- обезжелезивание (установка обезжелезивания);

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание (обратный осмос).

После очистки перед введением добавок вода имела значение удельной электропроводности 95,9 мкСм/см, pH до 6,17, содержание растворенного кислорода - до 7,89 мг/л.

При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°C.

Первый верхний слой льда намораживали без внесения химических веществ и соединений. Длина пробега скользиметра на штатном (обратноосмотическом) льду составила 23,5 м.

Для намораживания верхнего скользящего слоя в воду была введена добавка кремнийорганического масла (ПЖС№3) в количестве 0,5 ppm и добавка водного раствора аммиака в количестве 5,41 ppm.

Все использованные в качестве добавок кремний органические соединения прошли низкотемпературную вакуумную очистку от веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности.

ПЖС№3 - кремнийорганическое масло, обладающее наименьшей из всех синтезированных к настоящему времени вязкостью, высокой растекаемостью и антиадгезионными свойствами. В промышленности на основе ПЖС№3 изготавливаются масла и смазки для прецизионных подвижных пар, а также в качестве смазок для артиллерийских стволов и в ракетной технике. Кинематическая вязкость ПЖС№3 составляет 44-50 мм²/с. При введении в верхний слой льда кремний органических соединений химического взаимодействия не происходит.

Поверхность льда, полученного согласно данному примеру - гладкая, масляная, блестящая, великолепно смотрится при телетрансляции и при различных световых эффектах. Длина пробега скользиметра на таком покрытии составила 27,8 м.

Пример 3.

Вначале было осуществлено намораживание ледового массива. Процесс намораживания ледового массива проходил в штатном режиме с соблюдением всех технологических регламентов и операций предусмотренных службой эксплуатации и обслуживания ледовой арены. Применяемая для этого этапа заливки вода прошла имеющуюся на комплексе систему водоподготовки.

Формирование модифицированного покрытия осуществлялось последовательным намораживанием двух слоев с внесением добавок. Первый слой толщиной до 1 мм наносили на соструганную поверхность нижнего основного массива при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Второй слой толщиной до 1 мм наносили поверх первого модифицированного слоя. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- обезжелезивание (установка обезжелезивания);

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание (обратный осмос).

После очистки перед введением добавок вода имела значение удельной электропроводности 95,9 мкСм/см, pH до 6,17, содержание растворенного кислорода - до 7,89 мг/л.

При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°C.

Первый верхний слой льда намораживали без внесения химических веществ и соединений. Длина пробега скользиметра на штатном (обратноосмотическом) льду составила 23,5 м.

Для намораживания второго слоя в воду были введены добавки кремний органических соединений ПЖС№4 в количестве 0,5 ppm, ПЖС№3 в количестве 0,75 ррм и добавка водного раствора аммиака в количестве 5,41 ppm.

Все использованные в качестве добавок кремний органические соединения прошли низкотемпературную вакуумную очистку от веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности.

При введении в верхний слой льда кремний органических соединений химического взаимодействия не происходит.

Поверхность льда, полученного согласно данному примеру - гладкая, блестящая, маслянистая. Длина пробега скользиметра составила 33,5 м.

Пример 4.

Вначале было осуществлено намораживание ледового массива. Процесс намораживания ледового массива проходил в штатном режиме с соблюдением всех технологических регламентов и операций, предусмотренных службой эксплуатации и обслуживания ледовой арены. Применяемая для этого этапа заливки вода прошла имеющуюся на комплексе систему водоподготовки.

Формирование модифицированного покрытия осуществлялось последовательным намораживанием трех слоев с внесением добавок. Первый слой толщиной до 1 мм наносили на соструганную поверхность нижнего основного массива при прохождении льдоуборочной (заливочной) машины. Второй слой толщиной до 1 мм наносили поверх первого модифицированного слоя. Предварительная обработка воды включала следующие основные стадии:

- очистку от механических примесей (фильтрование);

- обезжелезивание (установка обезжелезивания);

- умягчение (удаление солей жесткости на ионообменнике);

- обессоливание (обратный осмос).

После очистки перед введением добавок вода имела значение удельной электропроводности 95,9 мкСм/см, pH до 6,17, содержание растворенного кислорода - до 7,89 мг/л.

При заливке в бак льдоуборочной (заливочной) машины использовали воду температурой 60°C.

Первый верхний слой льда намораживали без внесения химических веществ и соединений. Длина пробега скользиметра на штатном (обратноосмотическом) льду составила 23,5 м.

Для намораживания второго слоя в воду была введена добавка кремний органических соединений (ПЖС№5) в количестве 0,35 ppm и добавка водного раствора аммиака в количестве 5,41 ppm.

Для намораживания третьего слоя в воду была введена добавка кремний органических соединений (ПЖС№3К) в количестве 0,5 ppm и добавка водного раствора аммиака в количестве 5,41 ppm.

Все использованные в качестве добавок кремний органические соединения прошли низкотемпературную вакуумную очистку от малоатомных спиртов, кетонов, альдегидов и других веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности.

ПЖС№3К - 100% силиконовое масло, полностью растворимое в воде.

ПЖС№5 - кремнийорганическая мелкодисперсная однородная эмульсия с содержанием кремния 27%. При введении в верхний слой льда кремнийорганических соединений химического взаимодействия не происходит.

Поверхность льда, полученного согласно данному примеру - гладкая, масляная, блестящая, при ближайшем рассмотрении можно наблюдать слабо различимый плоский рисунок, не нарушающий гладкости ледовой поверхности. Длина пробега скользиметра составила 32,0 м.

Способ включает намораживание нижнего основного ледового массива, получение поверхностного скользящего слоя толщиной до 1 мм при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного ледового массива при прохождении заливочной машины, обработку воды, намораживание верхнего скользящего слоя, при котором в воду вводят добавку кремнийорганических соединений - эмульсий и/или масел в количестве 0,05 до 1,5 ррm каждого соединения и добавку водного раствора аммиака в количестве до 5,41 ppm. Кремнийорганические соединения подвергают низкотемпературной - не выше 23°С вакуумной очистке от малоатомных спиртов, кетонов, альдегидов и других веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности, а при заливке в бак льдоуборочной, заливочной, машины используют воду температурой 55-65°С. Использование данного изобретения позволяет увеличить скользящие свойства льда, исключить падение спортсменов на виражах за счет повышения упругости поверхностного слоя льда и предотвратить скалывания, а также улучшить гладкость поверхности, оптические свойства льда и придать ему дополнительный блеск и сияние. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ получения скоростного льда с высокими скользящими, прочностными и оптическими свойствами для спортивных сооружений, включающий,
намораживание нижнего основного ледового массива,
получение поверхностного скользящего слоя льда толщиной до 1 мм при кристаллизации слоя воды, наносимого на соструганную поверхность нижнего основного ледового массива при прохождении льдоуборочной, заливочной машины,
предварительную обработку воды путем очистки от механических примесей фильтрованием, обезжелезивания на установке обезжелезивания, умягчения за счет удаления солей жесткости на ионообменнике, обессоливания обратным осмосом,
последующее намораживание верхнего скользящего слоя, при котором в воду вводят добавку кремнийорганических соединений - эмульсий и/или масел в количестве 0,05 до 1,5 ррм каждого соединения и добавку водного раствора аммиака в количестве до 5,41 ppm.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что кремнийорганические соединения подвергают низкотемпературной не выше 23°С вакуумной очистке от малоатомных спиртов, кетонов, альдегидов и других веществ и соединений, нарушающих гладкость ледовой поверхности.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при заливке в бак льдоуборочной заливочной машины используют воду температурой 55-65°С.