CN106190034A - 一种高效缓蚀复合氯盐型融雪剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于融雪除冰领域，特别涉及一种高效缓蚀复合氯盐型融雪剂及其制备方法。其由氯化钠、二水氯化钙、缓蚀剂、助剂制备而成。其中，缓蚀剂由六偏磷酸钠、钼酸钠、苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、酒石酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠、木质素磺酸钠、柠檬酸三钠、苯并三氮唑、硫脲组成；助剂由羧甲基纤维素钠、尿素及聚维酮组成。本发明生产的融雪剂颗粒状固体适合大规模机械化抛撒作业，在城乡道路、高速公路、轨道交通、机场、广场、庭院和桥梁等方面都能充分发挥除冰化雪能力，且具有优异的缓蚀效果。

Description

一种高效缓蚀复合氯盐型融雪剂及其制备方法

技术领域

本发明属于融雪除冰领域，特别涉及一种高效缓蚀复合氯盐型融雪剂及其制备方法。

背景技术

寒冷的冬季，冰雪致使车辆轮胎的附着系数大大降低，相关资料显示：干燥沥青路面的附着系数约为0.6，而积雪路面的附着系数仅为0.2，结冰道路的附着系数仅为0.15，分别为干燥沥青路面的1/3和1/4。因此，路面因降雪而积雪结冰，会给道路畅通和行车安全带来严重的不良影响，使汽车打滑、制动距离显著加长，甚至导致刹车失灵、方向失控，造成严重的交通事故。为了保障道路畅通和行车安全，避免交通事故或少出交通事故，提高道路通行能力和运营效益，必须采取措施清除路面冰雪。研究与应用科学有效的路面除冰雪技术，具有显著的社会效益和经济效益。

道路的除冰化雪方法有很多，包括人/机械除冰、微波除冰以及撒布融雪剂除冰等，在所有的除冰措施中，撒布融雪剂以操作简单、成本低、除冰速度快、效果好等优势被广泛使用。自上世纪五十年代开始，西方发达国家开始使用融雪剂。按照其主要化学成分的不同，大体分为三类：氯盐型、非氯盐型、环保混合型。其中以氯盐为主要成分的无机型产品以其储量大、价格便宜，仅相当于有机型产品的1/10，而且融雪效果好，短期内难以被取代。据资料统计，美国每年融雪剂的使用量达到1500万吨，费用达300万美元以上；加拿大每年用量为400～500万吨，费用超过100万美元。2008年，我国多个省市遭遇强降雪天气，为保证道路畅通，维持交通有序进行，各地方都积极播撒大量融雪剂以恢复道路通畅。马凯特大学公共与环境工程部Kuemmel研究表明，使用氯盐型融雪剂降低了公路行车安全隐患，由于其快速的除冰效果，使得在冬季意外交通事故发生率降低88％。在保证公路交通畅通和公共安全保障方面显示了不可替代的作用，今后仍将继续大范围的使用氯盐型融雪剂。

然而，在长年的除冰撒盐工作后，人们渐渐意识到撒盐后留在路面上的氯盐对自然环境、道路、桥梁、植物、河流等都造成了不同程度的破坏。例如在我国季冻地区，长期使用氯盐除冰化雪，人们逐渐发现，建成不久的混凝土路面就较早地出现了开裂、坑槽、松散等一些路面病害，养护费用大幅提高，后期维护的费用甚至超过其原来的建设费用。截止1999年，在美国近60万座桥梁中，有15％受到氯盐型融雪剂腐蚀损坏导致承载力不足，用于修复加固的计划费用已多达83亿美元，是当初建桥费用的4倍。

为了降低或阻止其对环境的破坏，研究者们积极探索通过加入添加剂来改善或杜绝其对环境的不良影响。随着缓蚀环境的变化(比如说溶解后浓度、氯化钠和氯化钙的比例或其它因素)都会对缓蚀剂的配方产生影响，目前有相关的研究工作开展，但仍存在缓蚀效果欠理想，成本偏高等问题。

发明内容

本发明提供了一种高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，减小了其在使用过程中对路面、桥梁、汽车及附属设施的腐蚀，按以下各组分质量份数混合而成：

缓蚀剂由六偏磷酸钠、钼酸钠、苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、酒石酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠、木质素磺酸钠、柠檬酸三钠、苯并三氮唑、硫脲组成；

助剂由羧甲基纤维素钠、尿素及聚维酮组成，

其中，上述缓蚀剂中各组分的质量份数为：

作为优选：上述缓蚀剂中各组分的质量份数为：

上述助剂中各组分的质量份数为：

羧甲基纤维素钠 0.5～25份

尿素 0.5～20份

聚维酮 0.5～30份；

作为优选：上述助剂中各组分的质量份数为：

羧甲基纤维素钠 0.5～10份

尿素 0.5～15份

聚维酮 0.5～15份；

融雪剂为颗粒状，其粒径大小约为6mm×6mm×4mm。

本发明还提供了一种上述融雪剂的制备方法：

按照上述各组分的比例，将水(氯盐重量的10％)、氯化钠、二水氯化钙、缓蚀剂和助剂加入到混料机预混，再输送至搅拌机中进行搅拌混合，然后输送至造粒机进行造粒成型，筛分后得到高效缓释复合氯盐型融雪剂，

筛分后，不合格品再输送至造粒机重新造粒。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明原料来源广泛、价格低廉、硫酸根离子含量较低，能有效降低对金属和水泥混凝土以及沥青路面的腐蚀；

(2)缓蚀剂中选用的六偏磷酸钠能显著提高金属表层的阳极极化度，明显阻滞阳极腐蚀过程；葡萄糖酸钠、九水合硅酸二钠与磷酸二氢锌对抑制碳钢的腐蚀具有较为明显的协同效应；木质素磺酸钠、柠檬酸三钠、三聚磷酸钠、硫脲、钼酸钠也能在一定程度上抑制金属的腐蚀；苯并三氮唑、酒石酸钠、苯甲酸钠能在金属表面形成化学吸附层抑制腐蚀；缓蚀剂组合能明显降低融雪剂对道路、桥梁、车辆等金属部件的腐蚀，而且还能够在促进融雪速率方面起到协同效果；

(3)助剂中选用的羧甲基纤维素钠和聚维酮能提升颗粒的强度，避免在运输及使用过程中颗粒结构发生坍塌；尿素能为植物提供较好的肥料和营养元素，参与植物体内多种必须物质的代谢过程；

(4)该产品生产工艺简便易行，在常温常压下进行，条件温和，同时颗粒状固体适合大规模机械化抛撒作业，在城乡道路、高速公路、轨道交通、机场、广场、庭院和桥梁等方面能充分发挥除冰融雪能力，且具有优异的缓蚀效果。

具体实施方式

1、配方组成

表1列出了5个实施例和空白样的融雪剂，其中的数值以质量份数计算：

表1

2、金属碳钢腐蚀

为确定缓蚀剂的效果，参考DB11/T 161-2012的旋转挂片法进行检测，测试方法和测试条件如下：

首先将表1中各实施例及空白样中的融雪剂均按照氯盐质量分数为24.0％配制成腐蚀溶液；

试样为长方形20号碳钢片(GB/T 699)，尺寸为5mm×2.5mm×0.2mm，表面积为28mm²，试样在实验前用滤纸擦去表面油脂，经丙酮和无水乙醇浸泡后烘干，最后将试样逐个用滤纸包裹，置于干燥器中备用；

实验开始后，用分析天平准确称重试样后浸泡于相应编号的腐蚀溶液中，溶液体积与试片面积之比为25mL/cm²，实验温度为40℃，试片线速度为0.35m/s，实验过程中不通入空气，不间断浸泡48小时后，擦拭掉试样表面的铁锈再经酸洗、碱洗、纯水洗后用无水乙醇除去多余水分，烘干后称重；

根据腐蚀减量测定腐蚀速率，腐蚀速率计算公式如下：

$X=\frac{8760\×(m-m_1)\×10}{s\×\mathrm{\ρ}\×t}$

式中：m为试片质量损失，g；

m₁为对未经过融雪剂腐蚀溶液处理的空白试片进行相应的酸洗、碱洗、纯水洗后的质量损失的平均值，g；

s为试片的表面积，cm²；

ρ为试片的密度，g/cm³；

t为试验时间，h；

8760为与1年相当的小时数，h/a，

10为与1cm相当的毫米数，mm/cm。

以百分数表示的缓蚀率X₂：

$X_2\left(\%\right)=\frac{X_0-X_1}{X_0}\×100$

式中：X₀为表1中空白样配成的腐蚀液对试片的腐蚀速率，mm/a；

X₁为表1中各实施例配成的腐蚀液对试片的腐蚀速率，mm/a。

各实施例及空白样对碳钢的腐蚀结果如表2所示：

表2

从表2空白样、实施例1、实施例2和实施例4的碳钢腐蚀结果可以看出，缓蚀剂的添加能明显降低对标准碳钢片的腐蚀，根据实施例1，添加缓蚀组分后，缓蚀率明显提升，达到94.88354％，根据实施例2，助剂几乎不具有改善缓蚀的性能，其中实施例4中，缓蚀率最高能达到95％以上，腐蚀速率平均值为0.025707mm/a。

3、融冰速度

根据融雪剂国家标准中融雪化冰能力的测试方法，分别称取上述表1中的空白样(纯氯化钠配制成的溶液，以此为参照，融冰能力按100％计)和各实施例中的融雪剂各200g，分别置于400mL烧杯中，加水全溶后再分别转移至1000mL的容量瓶中定容，摇匀备用；

取5个150mL相同直径和高度的样品瓶，分别加100mL水，置于-10℃的低温恒温箱中至结冰；再从上述各容量瓶中分别移取25mL溶液，分别移入50mL烧杯中，置于-10℃的低温恒温箱中放置12h后备用；从低温恒温箱中取出各带有冰块的样品瓶，擦干外壁的水和冰，迅速称量，精确至0.1g；将上述备用的融雪剂溶液一一对应迅速倒入盛有冰块的样品瓶中，然后放回低温恒温箱中，分别在15分钟、30分钟、60分钟取出各样品瓶，立即倾倒其液体，并迅速称量烧杯和剩余冰块的质量。所得各时间融雪化冰能力数据如下表3所示：

表3

从表3来看，同等实验条件下各实施例的融冰能力≥空白样，符合国内各项标准。其中，实施例2中仅加入助剂，仅能够有限提升融雪剂的融冰能力；而加入相应的缓蚀剂后，融冰、融雪能力有大幅度提升，这应该是特定配比的缓蚀剂所产生的协同作用。

4、冰点测试

首先将表1中各实施例及空白样中的融雪剂均按照氯盐质量分数为24.0％溶解成试验溶液，分别移取85.0mL试验溶液，按照SH/T 0090的要求进行测定，使用BSY-188Z发动机冷却液冰点测定仪进行测试，其测试结果如下表4所示：

表4

序号	种类	冰点/℃
			1	空白样	-14.7
2	实施例1	-22.3
			3	实施例2	-17.6
4	实施例3	-21.9
			5	实施例4	-22.0
6	实施例5	-23.0

从实验结果可知，该类融雪剂产品的冰点较低，达到-20℃以下，适用范围广。

Claims (9)

1.一种高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的融雪剂按以下各组分质量份数制备而成：

2.如权利要求1所述的高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的缓蚀剂由六偏磷酸钠、钼酸钠、苯甲酸钠、葡萄糖酸钠、磷酸二氢锌、酒石酸钠、三聚磷酸钠、硅酸钠、木质素磺酸钠、柠檬酸三钠、苯并三氮唑、硫脲组成。

3.如权利要求1所述的高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的助剂由羧甲基纤维素钠、尿素及聚维酮组成。

4.如权利要求2所述的高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的缓蚀剂中各组分的质量份数为：

5.如权利要求2所述的高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的缓蚀剂中各组分的质量份数为，

6.如权利要求3所述的高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的助剂中各组分的质量份数为，

羧甲基纤维素钠 0.5～25份

尿素 0.5～20份

聚维酮 0.5～30份。

7.如权利要求3所述的高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的助剂中各组分的质量份数为，

羧甲基纤维素钠 0.5～10份

尿素 0.5～15份

聚维酮 0.5～15份。

8.如权利要求1所述的高效缓蚀复合氯盐型融雪剂，其特征在于：所述的融雪剂为颗粒状，粒径大小为6mm×6mm×4mm。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的融雪剂的制备方法，其特征在于：所述方法为，将水、氯化钠、二水氯化钙、缓蚀剂和助剂加入到混料机预混，再输送至搅拌机中进行搅拌混合，然后输送至造粒机进行造粒成型，筛分后得到高效缓释复合氯盐型融雪剂。