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Frostschutz-und Enteisungsmittel
Die Erfindung betrifft Frostschutz- und Enteisungsmittel, vorzugsweise zum Schutz von Eisenbahnweichen oder Gleiswechsel, in Form einer Öl-Wasser-Emulsion, die in der wässerigen Phase eine gefrierpunktserniedrigende und insbesondere eine hygroskopische Verbindung enthält. Die Frostschutz- und Enteisungsmittel gemäss der Erfindung können aber auch bei andern mechanischen Einrichtungen oder Einrichtungsteilen, die bei tiefen Temperaturen arbeitsfähig sein müssen, Verwendung finden, wie beispielsweise bei Schiffswinden, maschinellen Einrichtungen in Kühlhäusern u. dgl. mehr, u. zw. einerseits zur Verhinderung von Vereisung und zur gleichzeitigen Schmierung, und anderseits auch zur Enteisung.
DurchdieUSA-Patentschrift Nr. 2, 948, 625 ist eine Frostschutzflüssigkeit der eingangs genannten Art bekanntgeworden, die vorzugsweise für den Gebrauch bei Flugzeugen Verwendung finden soll und aus einer sorgfältig abgewogenen Wasser-in-Öl-Emulsion besteht, bei der die geschlossene Phase bzw. das Dispersionsmittel aus einem langkettigen in Weissöl gelösten Fettsäure-Ester oder -Halbester [insbesondere Sorbit-Ölsäurehalbester = sorbitan sesquioleat (Sorbit-Sesqui-Oleat)] besteht, und die disperse Phase aus einer enteisenden Flüssigkeit, nämlich einer wässerigen Lösung von Lithiumchlorid mit kleinen Zusätzen von Carboxymethylcellulose zur Erhöhung der Zähigkeit (Viskosität), sowie einem als Dampfphasenschutzmittel für Kupfer dienenden Imidoxyd und einem Alkyl eines quartären Ammoniumsalzes als Korrosionshemmungsmittel gebildet wird.
Von diesem flüssigen Enteisungsmittel wird gesagt, dass seine Wirkung darin bestehe, dass der hierin die Enteisungsflüssigkeit normalerweise umgebende Ölfilm instabil sei : Dieser Ölfilm werde häufig unstetig, d. h. er zerreisst oder bricht auf, und erlaubt so der enteisenden Flüssigkeit mit der Eisschicht in Berührung zu kommen : Das Eis wird geschmolzen, indem der Gefrierpunkt des Wassers herabgesetzt wird und eine Mischung von geschmolzenem Eis und enteisender Flüssigkeit bildet dann einen Flüssigkeitsfilm zwischen der Oberfläche des Flugzeuges und dem Eisüberzug. Es ist dann, wie in der USA-Patentschrift erklärt wird, leicht möglich, den Eisüberzug abzuheben, oder von der Oberfläche abzubürsten.
Weiters ist es seit Jahren bekannt und allgemein üblich, vereiste Eisenbahnweichen und Gleiswechsel mittels wasserlöslicher, gefrierpunktserniedrigender Stoffe zu enteisen. Dabei wird der Gefrierpunkt wässeriger Lösungen gleicher Mengen solcher Mittel im umgekehrten Verhältnis zu dem zugeordneten Molekulargewicht des verwendeten Stoffes herabgesetzt. Um diese Enteisung wirtschaftlich durchführen zu können, müssen die verwendeten Stoffe billig sein und geringstmögliches Molekulargewicht aufweisen. Der bekannteste der hiebei üblicherweise verwendeten Stoffe ist Chlornatrium in Form von Kochsalz-Dendriten ; es finden aber auch andere billige Stoffe, z. B. Harnstoff und Chlorca1cium, Verwendung.
Bei derartigen bekannten Enteisungsverfahren muss der Nachteil in Kauf genommen werden, dass in dem Augenblick, in dem das Eis geschmolzen ist, sich die Lösung über die Schwelle (die Schwellen) in die diese umgebende Bettung ergiesst, wodurch bei neuerlichem Wasserniederschlag auf das Metall der Weiche (des Wechsels), beispielsweise durch Reif, Schnee, Kondenswasser oder Regen, die Weichen (Wechsel) erneut sehr schnell vereisen und somit ihre Bewegungsfähigkeit verlieren bzw. diese beeinträchtigt wird, u. zw. schon bei 00 C. Ausserdem kommt hinzu, dass die Zeitdauer der Wirksamkeit solcher bekannter Gefrierschutzmittel im Höchstfall bis zu 4 h beträgt.
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Bei solchen bekannten Verfahren ergeben sich weitere Schwierigkeiten dadurch, dass bei vereisten
Wechseln (vereisten Weichen) Schmieröl oder Schmierfett durch die Eiskristalle weggeschabt oder weg- gekratzt wird, wenn die Weichenteile bewegt werden bzw. dass dann, wenn solche Weichen (Gleiswech- sel) aufgetaut sind, die Wirkung der Schmiermittel verschlechtert wird, u. zw. entweder durch ent- eisend wirkendes Salz oder durch Anstieg der Umgebungstemperatur :
Diese Zerstörung der Schmiermit- telschicht führt zusammen mit der Korrosionswirkung der üblicherweise zur Verwendung kommenden billigen Stoffe zur Ausbildung von Rostschichten auf der Oberfläche der vorher sorgfältig geglätteten, aneinandergleitenden Weichen-oder Gleiswechselteile, wodurch sich wieder bei der Betätigung der
Weichen oder Gleiswechsel Schwierigkeiten ergeben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gefrierschutz- und Enteisungsmittel herzustellen, das keinen der vorgenannten Nachteile bekannter Mittel aufweist und erlaubt, Weichen (Gleiswechsel) für eine Zeitdauer von wenigstens einem Tag, mindestens aber während 18 h von Eis freizuhalten.
Erfindungsgemäss ist daher ein Frostschutz- und Enteisungsmittel der eingangs genannten Art, das in
Form einer Öl-Wasser-Emulsion, die in der wässerigen Phase eine gefrierpunktserniedrigende und insbesondere eine hygroskopische Verbindung enthält, vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass die Emulsion eine stabile viskose Öl-in-Wasser-Emulsion aus einem grösseren Anteil wässeriger und einem kleineren Anteil öliger Phase oder Fett ist, die durch ein an den Phasengrenzflächen wirksames kationisches oder nichtionisches Emulsionsmittel stabilisiert ist.
Es sind korrosionsverhindernde Kühlflüssigkeiten für Verbrennungskraftmotoren bekannt, die aus dünnflüssigen wässerigen Ölemulsionen bestehen, die einen Zusatz von geringen Mengen Nitrit enthalten. Enteisungswirkungen oder Schmierwirkungen, wie sie mit dem erfindungsgemässen Mittel zu erzielen sind, können hier nicht erreicht werden.
Ähnlich wirken die bekannten kesselstein-und korrosionsverhindernden Kühlflüssigkeiten, die aus dünnflüssigen wässerigen Lösungen geeigneter Salze und Verbindungen bestehen und gar kein Fett oder Öl enthalten.
Wird nun ein erfindungsgemässes Mittel auf eine eisüberzogene Metalloberfläche aufgebracht, z. B. auf Teile einer eingefrorenen Eisenbahnweiche oder eines vereisten Gleiswechsels, kommt die gefrierpunkterniedrigende Lösung in der geschlossenen Phase (dem Dispersionsmittel) unmittelbar mit dem Eis in Berührung, bringt es zum Schmelzen und wird dabei verdünnt ; gleichzeitig kann ein Teil des in der dispersen Phase der erfindungsgemässen Emulsion enthaltenen Öls (Fettes) die Metalloberfläche erreichen, sich dort infolge der Wirkung der vorhandenen oberflächenaktiven (kapillaraktiven) Stoffe anhaften und als Niederschlag in Form eines Schmier-und Schutzfilmes wirken.
Die erfindungsgemässe Emul- sion bleibt dabei stabil, und durch die Wirkung des gefrierpunkterniedrigenden Stoffes wird eine Bildung irgendwelcher Eisschichten in der erfindungsgemässen Emulsion bei Temperaturen der gemässigten und subpolaren Zone verhindert.
Die erfindungsgemässe Emulsion wirkt, wenn sie auf eine Metalloberfläche aufgebracht wird, bevor der das Gefrieren bedingende Frost eintritt, sowohl als Frostschutz- als auch Enteisungsmittel. Fällt die Temperatur unter den Gefrierpunkt des Wassers, verhält sich die erfindungsgemässe Emulsion wie ein Schmiermittel ; wenn sich durch Anwesenheit von Schnee, Nebel, Reif od. dgl. ein Wasserniederschlag bildet, z. B. in Form von Schneeflocken, Eiskristallen, oder in Form eines vereisenden Kondensates, wird lediglich eine leichte Verdünnung der geschlossenen Phase bzw. des Dispersionsmittels in der erfindungsgemässen Emulsion bewirkt, was wieder ermöglicht, dass die Emulsion über eine Zeitdauer von mehreren Tagen als wirksames Schmiermittel wirksam bleibt.
Die erfindungsgemässe Emulsion kann entweder als nichtionische Emulsion oder als kationaktive Emulsion hergestellt werden, weil eine anionaktive Emulsion im allgemeinen wie ein Waschmittel wirken und eine Haftung des Fettes (Öls) an der Metalloberfläche verhindern würde. Dabei kann ein nichtionischer, oberflächenaktiver Emulgator verwendet werden, wie beispielsweise Diäthylen-Gly-
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Alkyl-Propylen-Diamin-Dioleat, zugefügt werden.
Um bei Anwendung des erfindungsgemässen Frostschutz-und Enteisungsmittels auf Metalloberflächen die Verweileigenschaften zu verbessern, ohne dabei dessen gefrierpunkterniedrigende Wirkung störend zu beeinträchtigen, kann in diese eine Celluloseverbindung, z. B. Natrium-Carboxy-Methyl- - Cellulose, eingebaut werden. Eine derartige Verbindung quillt unter Aufnahme von Wasser auf, wobei sie gleichzeitig die Zähigkeit (Viskosität) des Enteisungsmittels unverändert erhält, so dass diese Verbindung dazu beiträgt, einwandfreie Haftung des Mittels an der Metalloberfläche sicherzustellen.
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Um dem erfindungsgemässen Mittel thixotrope Eigenschaften bzw. ein Fliessverhalten zu verlei- hen, um dadurch bessere Verteilung und bessere Haftung an glatten metallischen Gleitflächen sicher- zustellen, können ausserdem in die erfindungsgemässe Emulsion hochpolymere Stoffe, z. B. Poly-iso-Bu- tylen, und/oder zur Komplexbildung geeignete Verbindungen, beispielsweise Polyäthylen-Glykol, Glyi cerin, hydriertes Ricinusöl oder hydrierte Zuckerrückstände od. dgl. mehr, eingebaut werden.
Als gefrierpunkterniedrigendes Mittel in der geschlossenen Phase des erfindungsgemässen Enteisungs- und Frostschutzmittels findet vorzugsweise ein Salz Verwendung, das sowohl korrosionshemmend als auch selbst nichtkorrodierend wirkt und niedriges Molekulargewicht aufweist. Als Beispiel hiefür sei Natrium- nitrit angeführt ; dessen Wirksamkeit bezüglich der Gefrierpunkterniedrigung zu vergleichen ist mit der von gewöhnlichem Salz oder Harnstoff, und es ist gleichzeitig korrosionshemmend ; es kann entweder allein oder in Verbindung mit billigerem Material, wie beispielsweise den beiden oben zuletzt genann- ten Stoffen, Verwendung finden.
In der dispersen Phase wird vorzugsweise ein naphthenisches Rohöl verwendet, das billig ist und auch dann noch wirksam bleibt, wenn andere Bestandteile der Emulsion bei normalen Wetterbedingun- gen mit der Zeit ausgeschieden sind.
In die disperse Phase können auch Suspensionen von Festkörperteilchen aus schmierfähigem Mate- rial, beispielsweise Graphit oder Molybdändisulfid (z. B. in kolloidaler Form), eingeführt werden, da- mit diese Festkörperteilchen sich auf der Metalloberfläche als festhaftender Überzug niederschlagen, nachdem andere Bestandteile in ähnlicher Weise ausgeschieden sind. Anderseits können Fette oder Öle entsprechend den jeweils vorliegenden Wünschen oder Erfordernissen verwendet werden.
Um während der Einlagerung das Austrocknen zu verhindern, kann ein hygroskopisches Material, wie beispielsweise Sorbit, in die erfindungsgemässe Emulsion eingebaut werden.
Nachfolgend werden einige Beispiele für erfindungsgemässe Frostschutz- und Entfrostungsmittel nä- her beschrieben, ohne dass damit das Wesen der Erfindung eingeschränkt werden soll. Die beispielsweise beschriebenen Mittel wurden zwar für den Gebrauch zum Auftauen von Eisenbahnweichen und Gleis- wechsel entwickelt, sie können aber auch für die Anwendung bei andern mechanischen Ausrüstungen oder Einrichtungen oder bei Teilen von Einrichtungen, die der Einwirkung von Frost ausgesetzt sind,
Verwendung finden.
Beispiel l : Eine kationaktive Öl-in-Wasser-Emulsion, deren Zusammensetzung in nachfolgen- der Tabelle durch Aufführung der jeweiligen Gewichtsanteile ihrer Komponenten veranschaulicht ist :
In der ersten Spalte der Tabelle sind diejenigen Gewichtsteile, die sich als besonders vorteilhaft erwei- sen, in der zweiten die Grenzen der Bereiche, innerhalb derer diese Gewichtsanteile variiert werden können, angegeben :
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<tb>
<tb> bevorzugte <SEP> BereichsKomponenten <SEP> Gewichtsteile <SEP> grenzen
<tb> 40% <SEP> igue <SEP> Lösung <SEP> von <SEP> Natriumnitrit
<tb> in <SEP> Wasser <SEP> (mit <SEP> Lagerfähigkeit) <SEP> 67% <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 80% <SEP>
<tb> Natrium-Carboxy-Methyl-Cellulose <SEP> 310 <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 50/0 <SEP>
<tb> Sorbit <SEP> 5% <SEP> 5-10% <SEP>
<tb> Naphthenbasisches <SEP> Rohöl <SEP> 15% <SEP> 5 <SEP> - <SEP> 30% <SEP>
<tb> Di <SEP> -Äthylen-Glykol-Monostearat <SEP> 5% <SEP> 0-10% <SEP>
<tb> Alkyl-Trimethyl-Ammonium-
<tb> - <SEP> Chlorid <SEP> (beispielsweise <SEP> von <SEP> Fa.
<tb>
Armour <SEP> Hess <SEP> Ltd. <SEP> als"Arquad
<tb> C-50%"in <SEP> den <SEP> Handel <SEP> gebracht) <SEP> 5% <SEP> 2 <SEP> - <SEP> 100/0 <SEP>
<tb>
Die drei erstgenannten Bestandteile (Komponenten) bilden die wässerige, geschlossene Phase bzw. das Dispersionsmittel, der vierte Bestandteil bildet die disperse Phase, und der fünfte und sechste Bestandteil lagert sich an der Grenzfläche zwischen den beiden Phasen ab, wo deren Oberflächenaktivität dort die Oberflächenspannung herabsetzt, und somit die Emulgierung fördert.
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Beispiel 2 : Die Zusammensetzung gemäss Beispiel 1 ist insoweit geändert, als die Natrium- -Nitrit-Lösung durch eine mit einem korrosionshemmenden Mittel, wie z. B. Natriumnitrit oder Ben- zoat (Benzoesalz) versetzte Harnstofflösung ersetzt ist, so dass sich die nachfolgende Zusammensetzung ergibt :
EMI4.1
<tb>
<tb> bevorzugte <SEP> BereichsKomponenten <SEP> Gewichtsteile <SEP> grenzen
<tb> 40%ige <SEP> Lösung <SEP> von <SEP> Harnstoff <SEP> in
<tb> Wasser <SEP> (mit <SEP> Lagerfähigkeit) <SEP> 62% <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 800/0 <SEP>
<tb> Natriumnitrit <SEP> oder <SEP> Natrium-
<tb> - <SEP> Benzoat <SEP> 6% <SEP> 2-10% <SEP>
<tb>
(Die weiteren Bestandteile siehe Tabelle Beispiel 1).
Beispiel 3 : Die Zusammensetzung gemäss Beispiel 1 ist insoweit geändert, als das Natriumnitrit durch eine Mischung von Natriumchlorid und Natriumnitrit ersetzt wird, so dass sich folgende Zusammensetzung ergibt :
EMI4.2
<tb>
<tb> bevorzugte <SEP> BereichsKomponenten <SEP> Gewichtsteile <SEP> grenzen
<tb> 40%ige <SEP> Lösung <SEP> einer <SEP> Mischung
<tb> von <SEP> Natriumchlorid <SEP> mit <SEP> Nitrit
<tb> (mit <SEP> Lagerfähigkeit) <SEP> 67% <SEP> 50-80%
<tb>
EMI4.3
EMI4.4
<tb>
<tb> Komponenten <SEP> Gewichtsanteile
<tb> 40% <SEP> igue <SEP> Lösung <SEP> von <SEP> Natriumnitrit <SEP> in
<tb> Wasser <SEP> (mit <SEP> Lagerfähigkeit) <SEP> 68%
<tb> Natrium-Carboxy-Methyl-Cellulose <SEP> 2%
<tb> Stauferfett <SEP> 15%
<tb> Polyisobutylen <SEP> 50/0
<tb> Diäthylen-Glykol-Monostearat <SEP> 5% <SEP>
<tb>
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