CN108219748B - 一种环保高效型融雪剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保高效型融雪剂的制备方法，包括如下步骤：步骤1、在反应釜中加入水，加热至80℃～90℃后，加入聚乙烯醇粉末溶解2～4h后，加入有机融雪剂再搅拌1‑3h，直至表面没有泡沫为止；步骤2、将所述步骤1制备的聚乙烯醇溶液倒入到模具中，将模具急速转移到温度不高于‑20℃的冰箱中放置10‑14h，再取出模具，放入恒温水浴中熔融5‑7h，反复进行3～5次冻融循环后，进行真空干燥，得到聚乙烯醇/有机融雪剂复合干凝胶；步骤3、在搅拌机中，加入融雪剂复合干凝胶和无机碱性氧化物，常温下搅拌20～40min，制备出环保高效型融雪剂。本发明制备的融雪剂具有冰点低，融雪能力强和对环保污染小的特点。
Description
技术领域
本发明涉及道路材料添加剂技术领域，具体涉及一种环保高效型融雪剂的制备方法。
背景技术
融雪剂又称除冰盐、道路防冻剂，主要用于冬季机场、公路、广场、停车场、铁路、城市街道等，主要起到融冰化雪及防冻作用，其成分以氯化钠、氯化钙、氯化镁等盐类为主。在冰雪的表面撒布化学融雪剂时，化学融雪剂溶质溶解于冰雪溶剂中形成的溶液，通常具有较纯水低的冰冻点，这就是众所周知的冰点降低现象。
上世纪50年代欧美国家最早开始使用融雪剂，目前国内外使用量最大的是氯盐类融雪剂，也是使用历史最长久的融雪剂，目前使用量仍占90％以上，包括氯化钠、氯化钙、氯化镁等。氯化钠在氯盐类融雪剂的应用占绝对主导地位，包括海盐、岩盐等及其水溶液等；其次是氯化钙，大约占应用的氯盐融雪剂总量的10％左右，其他氯盐类则应用不多。氯盐作为融雪剂的几十年应用使人类不得不承受此类融雪剂带来的负作用，具体的，氯盐类融雪剂中的氯离子对车辆、基础设施腐蚀破坏严重，并易造成沿线植被枯死，水体、土壤盐化污染。于是人们便开始寻找具有融雪化冰作用的不含氯离子的非氯盐类融雪剂。
近年来，环保型的融雪剂逐渐被开发出来，这类融雪剂以醋酸钙镁CMA为代表，提纯技术和融雪化冰效果决定着醋酸钙镁的应用。如市面上醋酸钙镁融雪剂纯度不高，对雪的融化能力不如氯化钠，融雪的极限温度为-12℃，撒布时形成粉尘及刺鼻的酸味等缺点，且有不溶水的杂质，污染了环境和路面。公路上用来融雪化冰受到了限制。
有鉴于上述现有的融雪剂存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种环保高效型融雪剂的制备方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于，克服现有的融雪剂--有无机氯盐类融雪剂撒布后对环境造成的污染，对道路设施腐蚀严重，和环保型有机融雪剂醋酸钙镁融雪能力差等存在的缺陷，而提供一种环保高效型融雪剂的制备方法，从而更加适于实用，且具有产业上的利用价值。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。
一种环保高效型融雪剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、聚乙烯醇(PVA)溶液的制备：在反应釜中加入100份的水，搅拌加热至80℃～90℃后，加入聚乙烯醇粉末，搅拌溶解2～4h后，加入有机融雪剂再搅拌1-3h，静止脱泡，直至表面没有泡沫为止；
步骤2、聚乙烯醇基干凝胶的制备：将所述步骤1制备的聚乙烯醇溶液倒入到模具中，将模具急速转移到温度不高于-20℃的冰箱中放置10-14h，再取出模具，放入20-30℃的恒温水浴中熔融5-7h，即为一个冻融循环，反复进行3～5次所述冻融循环后，进行真空干燥，得到聚乙烯醇/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、在搅拌机中，加入所述聚乙烯醇/有机融雪剂复合干凝胶和无机碱性氧化物，常温下进行搅拌，搅拌时间为20～40min，制备出环保高效型融雪剂。
作为一种优选的技术方案，所述聚乙烯醇、所述有机融雪剂、所述无机碱性氧化物的重量份数分别为：10-20份、2.5-6.7份、1.5-3.5份。
作为一种优选的技术方案，所述聚乙烯醇(PVA)为聚合度≥1700、醇解度≥99％的高分子量高醇解度的聚乙烯醇。PVA的分子量与聚合度有关，一般来说，聚合度越大，PVA的分子量就越大，当PVA的分子量太小，形成的凝胶力学强度低，在步骤3中与无机碱性氧化物混合时易被破坏，不能形成PVA凝胶，PVA的醇解度与水溶性有关，醇解度越小，水溶性越好，水溶温度越低，如醇解度为88％的PVA，其可以在冷水中快速溶解，在冰雪中易被溶解，无法达到较好的效果。
作为一种优选的技术方案，所述PVA为PVA1799、PVA2499、PVA117、PVA124中的任意一种或二种混合物。
作为一种优选的技术方案，所述有机融雪剂为醋酸钙镁、柠檬酸纳、三聚磷酸纳中的任意一种或两种及以上的混合物，采用有机融雪剂可以解决氯盐对环保的污染和对道路的破坏问题。
作为一种优选的技术方案，所述无机碱性氧化物为氧化钙、氧化锶、氧化钡中的任意一种或两种的混合物，采用无机碱性氧化物可以吸水放热，提高水溶液的冰点，达到防止结冰的作用。
作为一种优选的技术方案，所述步骤2中所述冻融循环包括在-20℃中冷却12h、再在25℃的恒温水浴中熔融6h。
作为一种优选的技术方案，所述步骤3中，在反复进行3～5次所述冻融循环后，除去聚乙烯醇基干凝胶中的水，再进行真空干燥。
作为一种优选的技术方案，所述步骤3中采用乙醇进行萃取，除去聚乙烯醇基干凝胶中的水。
采用上述技术方案，能够实现以下技术效果：
(1)本发明采用有机融雪剂和无氯的无机碱性氧化物复配，产生协同融雪抗凝冰的作用，雨雪天气撒布在路面上，首先无机碱性氧化物与水反应，放出大量热量致使周围的冰雪融化，然后有机融雪剂从水凝胶中释放，产生融雪作用，加快了有机融雪剂的融雪能力；
(2)冰雪融雪产生的水被PVA干凝胶吸收，体积膨胀，使得路面冰雪胀大破裂后加速熔融速度，具有优异的抗凝冰融雪效果；
(3)本发明采用的制备方法工艺简单，原材料为常规的化工原料，无污染，易于工业化生产，具有很强的适应性。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,对依据本发明提出的一种环保高效型融雪剂的制备方法其具体实施方式、特征及其功效，详细说明如后。
本发明公开了一种环保高效型融雪剂的制备方法，包括如下步骤：
步骤1、聚乙烯醇(PVA)溶液的制备：在反应釜中加入100份的水，搅拌加热至80℃～90℃后，加入聚乙烯醇粉末，搅拌溶解2～4h后，加入有机融雪剂再搅拌1-3h，静止脱泡，直至表面没有泡沫为止；
步骤2、聚乙烯醇基干凝胶的制备：将步骤1制备的聚乙烯醇溶液倒入到模具中，将模具急速转移到温度不高于-20℃的冰箱中放置10-14h，再取出模具，放入20-30℃的恒温水浴中熔融5-7h，即为一个冻融循环，反复进行3～5次冻融循环后，进行真空干燥，得到聚乙烯醇/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、在搅拌机中，加入聚乙烯醇/有机融雪剂复合干凝胶和无机碱性氧化物，常温下进行搅拌，搅拌时间为20～40min，制备出环保高效型融雪剂。
作为一种优选的技术方案，聚乙烯醇、有机融雪剂、无机碱性氧化物的重量份数分别为：10-20份、2.5-6.7份、1.5-3.5份。
作为一种优选的技术方案，聚乙烯醇(PVA)为聚合度≥1700、醇解度≥99％的高分子量高醇解度的聚乙烯醇。PVA的分子量与聚合度有关，一般来说，聚合度越大，PVA的分子量就越大，当PVA的分子量太小，形成的凝胶力学强度低，在步骤3中与无机碱性氧化物混合时易被破坏，不能形成PVA凝胶，PVA的醇解度与水溶性有关，醇解度越小，水溶性越好，水溶温度越低，如醇解度为88％的PVA，其可以在冷水中快速溶解，在冰雪中易被溶解，无法达到较好的效果。
作为一种优选的技术方案，PVA为PVA1799、PVA2499、PVA117、PVA124中的任意一种或二种混合物。
作为一种优选的技术方案，有机融雪剂为醋酸钙镁、柠檬酸纳、三聚磷酸纳中的任意一种或两种及以上的混合物，采用有机融雪剂可以解决氯盐对环保的污染和对道路的破坏问题。
作为一种优选的技术方案，无机碱性氧化物为氧化钙、氧化锶、氧化钡中的任意一种或两种的混合物，采用无机碱性氧化物可以吸水放热，提高水溶液的冰点，达到防止结冰的作用。
作为一种优选的技术方案，步骤2中冻融循环包括在-20℃中冷却12h、再在25℃的恒温水浴中熔融6h。
作为一种优选的技术方案，步骤3中，在反复进行3～5次冻融循环后，除去聚乙烯醇基干凝胶中的水，再进行真空干燥。
作为一种优选的技术方案，步骤3中采用乙醇进行萃取，除去聚乙烯醇基干凝胶中的水。
为了进一步说明本发明，下面结合具体实施例对本发明提供的环保高效型融雪剂的制备方法进行详细的描述，但不应将其理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至80℃，称取300kg的PVA1799,加入到反应釜中，搅拌4h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入100kg的醋酸钙镁，搅拌2h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2、上述制备的混有有机醋酸钙镁的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行3次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入50kg的氧化钙，室温下搅拌20min，得到环保高效型融雪剂。
实施例2
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至90℃，称取600kg的PVA2499,加入到反应釜中，搅拌4h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入200kg的醋酸钙镁，搅拌2h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2、上述制备的混有有机醋酸钙镁的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行5次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入100kg的氧化锶，室温下搅拌40min，得到环保高效型融雪剂。
实施例3
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至85℃，称取400kg的PVA117,加入到反应釜中，搅拌3h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入150kg的柠檬酸钠，搅拌3h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2上述制备的混有有机柠檬酸钠的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行5次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入80kg的氧化钡，室温下搅拌30min，得到环保高效型融雪剂。
实施例4
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至90℃，称取500kg的PVA124,加入到反应釜中，搅拌3h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入150kg的三聚磷酸纳，搅拌2h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2、上述制备的混有有机三聚磷酸纳的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行3次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入100kg的氧化钙，室温下搅拌30min，得到环保高效型融雪剂。
实施例5
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至90℃，称取300kg的PVA1799和100KgPVA117加入到反应釜中，搅拌4h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入100kg的醋酸钙镁，搅拌2h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2、上述制备的混有有机醋酸钙镁的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行3次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入100kg的氧化钙，室温下搅拌40min，得到环保高效型融雪剂。
实施例6
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至90℃，称取200kg的PVA1799和100KgPVA124加入到反应釜中，搅拌4h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入100kg的醋酸钙镁，搅拌2h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2、上述制备的混有有机醋酸钙镁的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行3次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入50kg的氧化钙和50kg氧化钡，室温下搅拌30min，得到环保高效型融雪剂。
实施例7
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至90℃，称取400kg的PVA2499加入到反应釜中，搅拌3h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入80kg的三聚磷酸钠，搅拌2h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2、上述制备的混有三聚磷酸纳的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行3次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入80kg的氧化钙和10kg的氧化锶，室温下搅拌40min，得到环保高效型融雪剂。
实施例8
步骤1、在5吨的反应釜中加入3吨的水，边搅拌边将水加热至90℃，称取300kg的PVA1799和100KgPVA117加入到反应釜中，搅拌4h使得PVA完全溶解在热水中，再向反应釜中加入100kg的醋酸钙镁，搅拌2h后静止脱泡，直至表面无气泡产生；
步骤2、上述制备的混有有机醋酸钙镁的PVA溶液倒入事先准备好的模具中，将模具急速转移到-20℃的冰箱中放置12h，再取出模具，放入25℃的恒温水浴中熔融6h，即为一个冻融循环，反复进行3次冻融后，用乙醇进行萃取，除去凝胶中的水，再进行真空干燥，得到PVA/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、将上述制备的PVA/有机融雪剂复合干凝胶加入到低速搅拌机中，在加入100kg的氧化钙，室温下搅拌20min，得到环保高效型融雪剂。
对实施例1-8得到的融雪剂进行融冰速度、金属碳钢腐蚀试验及冰点，其中，具体的实验参照如下实验步骤：
融冰速率测试：按照道路除冰融雪剂国家标准(GB23851-2009)，对融雪剂进行融雪能力测定实验。实验方法：在10个150mL烧杯中加入100ml的水，置于-10℃的低温恒温箱中至结冰，称量烧杯与冰块的质量，备用；再将实施力1-8的融雪剂分别倒入烧杯内的冰块中，30min内倾倒其液体，并迅速称量剩余冰块和烧杯的质量；在同等条件下做氯化钠和醋酸钙镁融雪剂对比实验，计算本发明融雪剂与氯化钠融雪剂的融雪能力比K，计算出融冰速率。
金属碳钢腐蚀实验：参考DB11/T161-2012的旋转挂片法进行金属碳钢的腐蚀实验，取9块长方形20号实验金属碳钢片(GB/T699)，尺寸5mm×2.5mm×0.2mm，表面积为28mm2，用滤纸擦去实验金属碳钢表面油脂，经丙酮和无水乙醇的浸泡后烘干称重；用天平称重试样后将9块碳钢分别浸泡于实施例1-8和对比醋酸钙镁溶液中，溶液体积与试样面积之比为25ml/cm2，实验温度为40℃，实验过程中不通入空气，浸泡48h后，擦掉试样表面的铁锈再经酸洗、碱洗、纯水洗涤后用无水乙醇除去多余的水分，烘干后称取称重，计算腐蚀速度，在同等条件下做氯化钠和醋酸钙镁对比实验。
冰点测试：将实施例1-8和对照例分别配成浓度为2％的溶液，按中华人民共和国石油化工行业标准《发动机冷却液的冰点测定》(SH/T0090-91)进行冰点下降实验，在同等条件下做氯化钠和醋酸钙镁实验。
具体检测结果见表1：
表1 实施例制备的融雪剂融冰速度、腐蚀速度、冰点检测结果
| 融冰速率(K) | 腐蚀速度 | 冰点 | |
| 实施例1 | 74.6％ | 10.2％ | -14.2 |
| 实施例2 | 78.2％ | 9.3％ | -15.7 |
| 实施例3 | 80.2％ | 7.2％ | -16.2 |
| 实施例4 | 72.3％ | 10.5％ | -14.2 |
| 实施例5 | 75.4％ | 9.4％ | -15.5 |
| 实施例6 | 89.2％ | 8.9％ | -16.8 |
| 实施例7 | 70.5％ | 8.0％ | -13.9 |
| 实施例8 | 85.3％ | 8.5％ | -16.6 |
| 对比例1(氯化钠) | 100％ | 100％ | -18.1 |
| 对比例2(醋酸钙镁) | 30％ | 4.7％ | -10.6 |
通过表1可以看出：实施例1-8所制备的融雪剂的融雪速率是同条件下氯化钠的70～90％，远高于有机融雪剂醋酸钙镁，从碳钢腐蚀实验看，实施例1-8所制备的融雪剂对碳钢的腐蚀能力只有氯化钠的8～11％，对环保的腐蚀作用较小，从冰点上看，本发明实施例1-8所制备的融雪剂的冰点低于醋酸钙镁融雪剂，最低冰点达到-13.9℃。因此，本发明制备的融雪剂具有冰点低，融雪能力强和对环保污染小的特点。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种环保高效型融雪剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、聚乙烯醇溶液的制备：加入100份的水，搅拌加热至80℃～90℃后，加入聚乙烯醇粉末，搅拌溶解2～4h后，加入有机融雪剂再搅拌1-3h，静止脱泡，直至表面没有泡沫为止；
步骤2、聚乙烯醇基干凝胶的制备：将所述步骤1制备的聚乙烯醇溶液倒入到模具中，将模具急速转移到温度不高于-20℃的冰箱中放置10-14h，再取出模具，放入20-30℃的恒温水浴中熔融5-7h，即为一个冻融循环，反复进行3～5次所述冻融循环后，进行真空干燥，得到聚乙烯醇/有机融雪剂复合干凝胶；
步骤3、在搅拌机中，加入所述聚乙烯醇/有机融雪剂复合干凝胶和无机碱性氧化物，常温下进行搅拌，搅拌时间为20～40min，制备出环保高效型融雪剂；
所述聚乙烯醇、所述有机融雪剂、所述无机碱性氧化物的重量份数分别为：10-20份、2.5-6.7份、1.5-3.5份；
所述有机融雪剂为醋酸钙镁。
2.根据权利要求1所述的环保高效型融雪剂的制备方法，其特征在于，所述聚乙烯醇为聚合度≥1700、醇解度≥99%的聚乙烯醇。
3.根据权利要求1所述的环保高效型融雪剂的制备方法，其特征在于，所述无机碱性氧化物为氧化钙、氧化锶、氧化钡中的任意一种或两种的混合物。
4.根据权利要求1所述的环保高效型融雪剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中所述冻融循环包括在-20℃中冷却12h、再在25℃的恒温水浴中熔融6h。
5.根据权利要求1所述的环保高效型融雪剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中，在反复进行3～5次所述冻融循环后，除去聚乙烯醇基干凝胶中的水，再进行真空干燥。
6.根据权利要求5所述的环保高效型融雪剂的制备方法，其特征在于，所述步骤3中采用乙醇进行萃取，除去聚乙烯醇基干凝胶中的水。
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