CN105623607B - 一种融雪防滑剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种融雪防滑剂及其制备方法，包含反应物A：碱金属脂肪酸盐、碱土金属脂肪酸盐、碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐中的一种；反应物B：碱金属氢氧化物；反应物C：碱土金属氢氧化物、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐中的一种。本发明的融雪防滑剂，可促进融雪效果，且因为其可溶于水，慢慢在水中溶解，提高融雪效果的持续性，且对人体、道路附近的动植物及环境没有有害影响，能够防止路面结冰，防止汽车、道路标识等金属腐蚀。

Description

一种融雪防滑剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及道路融雪技术领域，尤其涉及一种融雪防滑剂及其制备方法。
背景技术
城市化和公路化是社会进步和发展的重要标志，一些技术先进的国家快速发展城市和公路交通，汽车遂成为主体交通工具。因此城市交通和公路交通在国民经济发展中占据了特殊重要的地位。
冬季雪天造成交通困难，特别是危及人身安全，处理不当或不及时，可影响城市、地区乃至国家的经济发展，同时影响人民的正常生活，甚至会造成局部“瘫痪”和大面积“事故”的发生。因此，为了保证公路安全、快速、舒适、畅通的行车环境，防止或减轻路面积雪造成的行车影响及危害，冬季除雪防滑成为公路养护工作的一项重要任务。因此，强化除雪作业，开发融雪、防冻产品，保障交通的安全，越来越为人们所重视。
由于交通运输事业的迅速发展，为保证道路畅通和安全，20世纪90年代以来，北美、北欧、日本、中国等多雪国家和地区，为解除冰雪的危害，投入了大量的人力物力，探索出许多有效预防和清除冰雪的方法。这些除雪防滑方法按照作业机理，综合起来可分为物理防滑、化学融雪和机械除雪三类。其中化学除雪法是一种有效的防结冰、融雪化冰手段，其原理主要是利用融雪作用的物质降低水分的结冰温度，在降雪过程中融化新雪，防止积雪结冰。由于融雪剂的冰点较低，直接洒在路面的冰雪上，可以使冰层积雪化解成水。
目前，氯化钠或氯盐混合物融雪剂除冰雪效果较好、适用范围广、价格较经济，但是作为降低冰点制剂的氯化钙、氯化镁等氯化物制成路面防滑剂，会对汽车车身等金属部分造成腐蚀，对道路附近的动植物有影响。尿素类的路面防滑剂，融雪效果差，且现有的许多融雪剂，融雪效果持续性差。因此，开发和生产经济环保型融雪防滑剂成为发展化学融雪技术的当务之急。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种融雪防滑剂及其制备方法，可以长时间融化路面上的雪，且对环境没有污染，防止车辆打滑效果好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明首先提供一种融雪防滑剂，包含如下反应原料：
反应物A：碱金属脂肪酸盐、碱土金属脂肪酸盐、碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐中的一种；
反应物B：碱金属氢氧化物；
反应物C：碱土金属氢氧化物、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐中的一种；
其中，碱金属脂肪酸盐与碱金属硫酸盐或碱金属硅酸盐的摩尔比，碱土金属脂肪酸盐与碱土金属的氢氧化物或碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱金属碳酸盐与碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱土金属碳酸盐与碱金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比均为1:0.9～1.2，优选为1:0.9～1.1；碱金属脂肪酸盐与碱土金属氢氧化物或碱土金属硫酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱金属碳酸盐与碱土金属氢氧化物的摩尔比，碱土金属碳酸盐与碱土金属氢氧化物、碱土金属硫酸盐的摩尔比均为2：0.9～1.2，优选为2：0.95～1.1。
作为一种优选技术方案，所述碱金属脂肪酸盐为乙酸钠、乙酸钾、醋酸钠、丙酸钠以及丙酸钾中的任意一种；
所述碱土金属脂肪酸盐为乙酸镁、乙酸钙、乙酸镁钙、乙酸钡、醋酸镁、醋酸钙、醋酸镁钙、醋酸钡、丙酸镁、丙酸钙、丙酸镁钙以及丙酸钡中的任意一种；
所述碱金属碳酸盐为碳酸钠、碳酸钾中的一种；
所述碱土金属碳酸盐为碳酸镁、碳酸钙、碳酸钙镁以及碳酸钡中的一种；
所述碱金属氢氧化物为氢氧化钠或氢氧化钾；
所述碱土金属氢氧化物为氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁钙或氢氧化钡中的一种；
所述碱金属硫酸盐为硫酸钠，所述碱土金属硫酸盐为硫酸钙、硫酸镁该或硫酸钡中的一种；
所述碱金属硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾；
所述碱土金属硅酸盐为硅酸镁、硅酸钙、硅酸镁钙或硅酸钡中的一种。
由上述内容可知，反应物A、反应物B及反应物C的量根据各个反应不同而各有不同，其中各个反应及混合例的化学反应式如下：
2NaHCOO+KOH+Ca(OH)2→Ca(HCOO)2+2NaOH+KOH
NaHCOO+2KOH+Na2SO4→NaHCOO+2NaOH+K2SO4
2NaHCOO+2KOH+CaSO4→Ca(HCOO)2+2NaOH+K2SO4
NaHCOO+2KOH+Na2SiO3→NaHCOO+2NaOH+K2SiO3
2NaHCOO+2KOH+CaSiO3→Ca(HCOO)2+2NaOH+K2SiO3
Mg(HCOO)2+KOH+Ca(OH)2→Ca(HCOO)2+Mg(OH)2+KOH
Mg(HCOO)2+2KOH+Na2SO4→2NaHCOO+Mg(OH)2+K2SO4
Mg(HCOO)2+2KOH+CaSO4→Ca(HCOO)2+Mg(OH)2+K2SO4
Mg(HCOO)2+2KOH+Na2SiO3→2NaHCOO+Mg(OH)2＝K2SiO3
Mg(HCOO)2+2OH+CaSiO3→Ca(HCOO)2+Mg(OH)2+K2SiO3
2Na2CO3+2KOH+Ca(OH)2→CaCO3+4NaOH+K2CO3
Na2CO3+2KOH+Na2SO4→Na2CO3+2NaOH+K2SO4
Na2CO3+2KOH+CaSO4→CaSO4+2NaOH+K2CO3
Na2CO3+2KOH+Na2SiO3→NaCO3+2NaOH+K2SiO3
Na2CO3+2KOH+CaSiO3→CaCO3+2NaOH+K2SiO3
2MgCO3+2KOH+Ca(OH)2→CaCO3+2Mg(OH)2+K2CO3
MgCO3+2KOH+Na2SO4→Na2CO3+Mg(OH)2+K2SO4
2MgCO3+4KOH+CaSO4→CaSO4+2Mg(OH)2+2K2CO3
MgCO3+2KOH+Na2SiO3→Na2CO3+Mg(OH)2+K2SiO3
MgCO3+2KOH+CaSiO3→CaCO3+Mg(OH)2+K2SiO3
本发明中碱土金属脂肪酸盐有降低冰点作用、融雪作用和防锈作用；碱金属脂肪酸盐有降低冰点作用及融雪作用；碱金属硅酸盐有融雪作用及防锈作用；碱金属氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐和碱土金属的硫酸盐有融雪作用；碱土金属的氢氧化物、碳酸盐和硅酸盐，有防锈作用；将本发明的融雪防滑剂撒在路面，通过降低水凝固点的降低冰点作用，可以防止雪融化成水后结冰。本发明的融雪作用，是通过和水的反应产生反应热，反应热使雪融解，产生融解热。本发明的防锈作用是在金属表面形成稳定的表面膜层，从而抑制金属氧化。
本发明的融雪防滑剂，可促进融雪效果，且因为其可溶于水，慢慢在水中溶解，提高融雪效果的持续性，且对人体、道路附近的动植物及环境没有有害影响，能够防止路面结冰，防止汽车、道路标识等金属腐蚀。
本发明还提供一种上述融雪防滑剂的制备方法，包含如下步骤：
步骤一：将反应物A加入到反应物B的水溶液中发生反应，得到碱性水溶液；
步骤二：在上述碱性水溶液中加入反应物C，使其进一步反应，得到反应混合物；
步骤三：将反应混合物进行过滤、干燥及粉碎，得到平均粒径为1～3mm的混合粉末。
本发明融雪防滑剂是由平均粒径1～3mm的混合粉末组成的。混合粉末的平均粒径为1～3mm时融雪作用持续时间长，汽车轮胎和路面之间存在融雪防滑剂的话，路面和轮胎之间的摩擦力会增大，1～3mm的大小适合路面凹凸的实际情况。如果混合粉末平均粒径不足1mm，则融雪作用不可持续，混合粉末会完全进入路面凹凸的表面，在路面上不能形成摩擦力，并且平均粒径不足1mm的混合粉末会成为路面上的润滑剂，反而会加大打滑危险。如果平均粒径超过3mm，则融雪防滑剂的表面积变小，不能有效的发挥融雪作用，且混合粉末不适合路面凹凸情况，不能增加路面和轮胎之间的摩擦力。
具体实施方式
下面对本发明的优选实施例进行详细说明。
本发明提供一种融雪防滑剂，包含如下反应原料：
反应物A：碱金属脂肪酸盐、碱土金属脂肪酸盐、碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐中的一种；
反应物B：碱金属氢氧化物；
反应物C：碱土金属氢氧化物、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐中的一种；
其中，碱金属脂肪酸盐与碱金属硫酸盐或碱金属硅酸盐的摩尔比，碱土金属脂肪酸盐与碱土金属的氢氧化物或碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱金属碳酸盐与碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱土金属碳酸盐与碱金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比均为1:0.9～1.2，优选为1:0.9～1.1；碱金属脂肪酸盐与碱土金属氢氧化物或碱土金属硫酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱金属碳酸盐与碱土金属氢氧化物的摩尔比，碱土金属碳酸盐与碱土金属氢氧化物、碱土金属硫酸盐的摩尔比均为2：0.9～1.2，优选为2：0.95～1.1。
如果各反应物的量在上述摩尔比的范围之外，那么降低冰点作用、融雪作用以及防锈效果、融雪效果的持续性都会受到影响。比如，1mol的碳酸镁钙(碳酸镁1mol+碳酸钙1mol)，理论上与1mol的氢氧化钙反应，若氢氧化钙的添加量不足0.9mol时，因为未反应的碳酸镁钙溶解度小，则防锈效果等的速效性会降低。而当氢氧化钙的添加量超过1.2mol时，未反应的氢氧化钙会残留，防锈效果的持续性降低。
再例如，1mol的醋酸镁钙(醋酸镁0.5mol+醋酸钙0.5mol),理论上应该与1mol的硅酸钙反应，当硅酸钙的添加量不足0.9mol时，未反应的醋酸镁钙及氢氧化钾的比例会增多，但降低冰点作用、融雪及防锈效果不会增大，且持续性会降低。如果硅酸钙的添加量超过1.2mol，则会有未反应的硅酸钙残留，降低冰点及融雪效果会降低。
再比如，2mol的碳酸镁钙(碳酸镁1mol+碳酸钙1mol)，需添加1mol的硫酸钙，若硫酸钙添加量不足0.9mol时，融雪效果降低。若超过1.2mol时，由于发热作用融雪效果会变好，因为硫酸钙的溶解度小，融雪效果可长时间持续，但是融雪的速效性和防锈性会降低。
本发明中的融雪防滑剂使用方法为，冬季降雪结冰前、降雪结冰后撒在路面使用，使用量为20～80g/m2。
实施例1
本发明中实施例1的融雪防滑剂，按重量基准比如碱性金属的脂肪酸盐，乙酸盐的乙酸钠136g，加入到溶解了112.2g氢氧化钾的500ml水溶液中，常温搅拌，使之反应，再加入硫酸钙搅拌反应。此反应的化学式如下：
NaHCOO+KOH→KHCOO+NaOH
2KHCOO+2NaOH+CaSO4→Ca(HCOO)2+2NaOH+K2SO4
将两式综合
2NaHCOO+2KOH+CaSO4→Ca(HCOO)2+2NaOH+K2SO4
根据上面的反应公式，2mol的乙酸钠及2mol的氢氧化钾理论上与1mol的硫酸钙反应，实际硫酸钙的添加量为122～163g(0.9～1.2mol)，最好为130～137g(0.95～1.1mol)。
之后再经过过滤、干燥及粉碎，获得平均粒径为1.0～3.0mm的由乙酸钙和氢氧化钠及少量硫酸钾混合而成的的融雪防滑剂混合粉末。
上面记述的反应中，硫酸钙的理论添加量为136g，若小于此值，则有未反应的潮解性乙酸钾及氢氧化钠物质残留，虽然可以提高融雪效果，但如果不足122g，会因溶解过快使其融雪持续性降低。而当硫酸钙的添加量多于136g时，硫酸钙和水反应，形成二水盐(CaSO4·2H2O)，二水盐发热提高融雪效果，且硫酸钙溶解度小，融雪效果可长时间持续，但如果超过163g时其融雪的速效性和防锈性会降低。因此硫酸钙的添加量控制在122～163g(0.9～1.2mol)范围内，根据路面及天气情况加工制造融雪防滑剂。
实施例2
将184.3g的碳酸镁钙(MgCa(CO3)2)加入到溶解了224.4g氢氧化钾(KOH)的820ml水溶液中，常温搅拌使之反应。之后，加入74g的氢氧化钙(Ca(OH)2)搅拌反应、混合，之后过滤、干燥、粉碎，制成含氢氧化镁钙(MgCa(OH)4)132g，碳酸钙(CaCO3)100g，氢氧化钾(KOH)3g的、平均粒径为1～3mm的融雪防滑剂。在平均气温为-4℃降雪3cm的条件下，将制成的融雪防滑剂按50g/m2左右的量撒在路面上。30分钟后雪开始融化，3小时后雪基本融化。在此期间即使持续有降雪，经过5小时也没有积雪。30分钟后雪开始融化时进行车辆制动试验，时速5km的速度下踩刹车，40cm后车停止。
对比例2
氢氧化镁钙132g，碳酸钙100g，氢氧化钾3g和少量水在搅拌状态下充分混合，经过滤、干燥及粉碎得到235g的粒径1～3mm的混合粉末。在平均气温-4℃降雪3cm的条件下，将得到的粉末按照50g/m2左右的量撒在道路表面，30分钟后雪开始融化，3小时后雪基本融化。但是此期间持续降雪，4小时过后开始积雪。在30分钟后雪开始融化的时候进行车辆制动试验，时速5km的速度下踩下刹车后49cm停止。
因此，实施例2与对比例2进行对比，撒本发明融雪防滑剂后，可以抑制路面积雪，可缩短车辆刹车的制动距离。
实施例3
将300.3g醋酸镁钙MgCa(CH3COO)4加入到溶解了224.4g氢氧化钾的500ml水溶液部中，常温搅拌、反应，之后，加入220g硅酸钙搅拌、反应、混合。之后经过过滤、干燥、粉碎，得到含反应生成物醋酸钙、氧化镁钙、硅酸钾的粒径为1～3mm的融雪防滑剂。在平均气温-7℃降雪4cm的条件下，将得到的融雪防滑剂按30g/m2左右的量撒在道路表面，30分钟后雪开始融化，4小时后雪基本融化。此期间持续降雪，经过6.5小时没有积雪。30分钟后雪开始融化时进行车辆制动试验，时速5km的速度下踩下刹车后47cm停止。
对比例3
醋酸钙300g，氢氧化镁钙131g，硅酸钾3g和少量水在搅拌状态下充分混合，之后过滤、干燥并粉碎，得到434g粒径为1～3mm的混合粉末，在平均气温-7℃降雪4cm的条件下，将得到的粉末按30g/m2左右的量撒在道路表面，30分钟后雪开始融化，4小时后雪基本融化。在此期间有持续降雪，经过6小时后开始积雪。在30分钟后雪开始融化时进行车辆制动试验，时速5km的速度下踩下刹车后55cm停止。
因此，实施例3与对比例3相比较，撒本发明的融雪防滑剂后，可抑制路面积雪，可缩短车辆的刹车制动距离。
实施例4
将184.3g碳酸镁钙加入到溶解了224.4g氢氧化钾的820ml水溶液里，常温搅拌、反应。之后，加入150g的硫酸钙搅拌、混合，之后再过滤、干燥、粉碎，得到含氢氧化镁钙、碳酸钾、硫酸钙的粒径为1～3mm的融雪防滑剂。在平均气温-4℃降雪3cm的条件下，将得到的融雪防滑剂按40g/m2左右的量撒在道路表面，30分钟后学开始融化，4小时后雪基本融化。此期间有持续降雪，经过5小时也没有积雪。在30分钟后雪开始融化的时候进行车辆制动试验，时速5km的速度下踩下刹车后43cm停止。
对比例4
将132g氢氧化镁钙，3g碳酸钾，150g硫酸钙在粉碎搅拌状态下充分混合，得到粒径为1～3mm的混合粉末285g。在平均气温-4℃降雪3cm的条件下，将得到的混合粉末按40g/m2左右的量撒在道路表面，30分钟后雪开始融化，4小时后雪基本融化。此期间有持续降雪，5小时后开始积雪。30分钟后雪开始融化的时候进行车辆制动试验，时速5km的速度下踩下刹车后51cm停止。
因此，实施例4与对比例4相比较，撒融雪防滑剂后，可抑制路面积雪，可缩短车辆刹车制动距离。
如前面所述的，本发明的融雪防滑剂，可融化路面的积雪，可防止路面及道路标识结冰。同时可以缩短车辆制动距离，防止因打滑造成的交通事故。本发明的融雪防滑剂撒在路面，还具有防止车辆及道路标识腐蚀、对道路附近的动植物没有有害影响的优点。
实施例5
将184.3g碳酸镁钙加入到溶解了220g氢氧化钾的820ml水溶液里，常温搅拌、反应。之后，加入148g的硫酸钙搅拌、混合，之后再过滤、干燥，得反应混合物，将4.4g氢氧化钾和2g硫酸钙与反应混合物混合并粉碎，混合均匀后获得粒径为1～3mm的融雪防滑剂。在平均气温-4℃降雪3cm的条件下，将得到的融雪防滑剂按40g/m2左右的量撒在道路表面，30分钟后学开始融化，4小时后雪基本融化。此期间有持续降雪，经过6小时也没有积雪。在30分钟后雪开始融化的时候进行车辆制动试验，时速5km的速度下踩下刹车后44cm停止。
因此，实施例4与实施例5相比较，实施例5制备的融雪防滑剂具有更长的持续融雪能力，且防滑性与实施例4相当。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种融雪防滑剂，其特征在于，由如下反应原料组成：
反应物A：碱金属脂肪酸盐、碱土金属脂肪酸盐、碱金属碳酸盐或碱土金属碳酸盐中的一种；
反应物B：碱金属氢氧化物；
反应物C：碱土金属氢氧化物、碱金属硫酸盐、碱土金属硫酸盐、碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐中的一种；
其中，碱金属脂肪酸盐与碱金属硫酸盐或碱金属硅酸盐的摩尔比，碱土金属脂肪酸盐与碱土金属的氢氧化物或碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱金属碳酸盐与碱金属硫酸盐或碱土金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱土金属碳酸盐与碱金属硫酸盐或碱金属硅酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比均为1:0.9～1.2；碱金属脂肪酸盐与碱土金属氢氧化物或碱土金属硫酸盐或碱土金属硅酸盐的摩尔比，碱金属碳酸盐与碱土金属氢氧化物的摩尔比，碱土金属碳酸盐与碱土金属氢氧化物、碱土金属硫酸盐的摩尔比均为2：0.9～1.2；
所述碱金属脂肪酸盐为丙酸钠以及丙酸钾中的任意一种；
所述碱土金属脂肪酸盐为乙酸钡、丙酸镁、丙酸钙、丙酸镁钙以及丙酸钡中的任意一种；
所述碱金属碳酸盐为碳酸钾；
所述碱土金属碳酸盐为碳酸镁、碳酸钙、碳酸钙镁以及碳酸钡中的一种；
所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾；
所述碱土金属氢氧化物为氢氧化镁、氢氧化钙、氢氧化镁钙或氢氧化钡中的一种；
所述碱金属硫酸盐为硫酸钠，所述碱土金属硫酸盐为硫酸钡；
所述碱金属硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾；
所述碱土金属硅酸盐为硅酸镁、硅酸钙、硅酸镁钙或硅酸钡中的一种；
融雪防滑剂的制备方法，包含如下步骤：
步骤一：将反应物A加入到反应物B的水溶液中发生反应，得到碱性水溶液；
步骤二：在上述碱性水溶液中加入反应物C，使其进一步反应，得到反应混合物；
步骤三：将反应混合物进行过滤、干燥及粉碎，得到混合粉末即为所述融雪防滑剂。
2.根据权利要求1所述的一种融雪防滑剂，其特征在于：所述混合粉末的平均
粒径为1～3mm。
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