CN111423849A - 一种非牛顿型风机叶片专用除冰防冰液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非牛顿型风机叶片专用的除冰防冰液及其制备方法，所述除冰防冰液由以下原料按质量百分数组成:45～60%的冰点降低剂、0.5～1.5%的触流变改性剂、0.2～3%的抑冰剂、1～2%助溶剂、0.01～3%的PH调节剂、0.2～0.4%的渗透剂及40～55%去离子水。本发明专门针对冬季风机温度低、湿度大的使用环境特点，通过加入抑冰剂、渗透剂及助溶剂等，大幅提高了融冰速率，同时在风机叶片表面附着一层薄膜，具有突出的抑制冰粘附能力，延长防冰时间。本防冰除冰液不含碱金属、卤素，PH值为6.5～7.0，对设备无腐蚀性，易降解，环境友好。
Description
技术领域
本发明涉及一种除冰防冰用的液体。具体涉及能够消除和防止风机叶片表面结冰，具有较长防冰保持时间的非牛顿型除冰防冰液及其制备方法。
背景技术
风机叶片表面完整性对风能利用效率影响很大。尤其是在纬度较高的地方（在我国，主要集中在东北、华北和西北地区），寒冷季节时在风机上产生的结冰会对其运转的安全性和有效性造成严重的影响。在风机叶片上的结冰会大大降低叶片的气动特性，从而导致风机输出功率的降低。此外，由于冰的生成而导致风机叶片的不平衡会给风机的主要部件增加载荷，从而降低风机的使用寿命；同时，结冰产生的载荷也会增加塔的应力，导致结构损坏和电气故障，尤其当风速很大的时候。从风力机叶片上脱落的大冰凌会给工程服务人员产生严重的威胁，尤其当风机与公路、运输线路相邻时。此外，结冰也会影响风速仪的可靠性，产生不准确的风速测量。因此研究风机叶片除冰防冰的方法是风力发电目前一个亟需解决的难题。
现有的风机叶片除冰防冰方法可分为主动型和被动型，主动型有涂层除冰，被动型常见的有：机械除冰、热能除冰和溶液除冰，他们各有优缺。
涂层除冰是指利用某种涂料的物理或化学特性，使冰融化或者减小冰与叶片表面的亲和力。常采用的涂料有吸热性涂料和憎水性涂料。吸热性涂料通过太阳光辐射产生热能，使冰融化，在阴雨天，其除冰效果大打折扣。憎水性涂料减少了涂层与覆冰之间的粘合力，从而使冰在外力作用下能够轻易脱落，但不能完全阻止涂层表面覆冰。
机械除冰是借助外界机械力将冰破碎，然后利用气流吹除或者通过离心力将其除去。在寒冷的冬天，利用人力击碎长度55m左右叶片上的覆冰，工作强度大，除冰效果不甚理想。
热能除冰常见表现方式为通过热气和电热来除冰，热气除冰就是在叶片内部布置热气管道，通过热传递来除冰。热气除冰成本相对低廉，但在冰灾严重区域除冰效果不佳。电热除冰通过在风机叶片内部预埋加热元件、转换器和电源等装置，提高了控制精度，加热效果较为理想，但相应增加了风机制造成本。
溶液除冰是利用防冻液喷洒到风机叶片表面进行除冰，此种方法是通过降低冰点来使冰雪融化，除冰效果好，成本低，操作相对简单，但是防冰液作用时间短，需要频繁喷洒，增加了劳动强度，如果能发明一种除冰速率快，而且抑冰时间长的除冰防冰液，就可以解决上述问题。
现有（防）冰液分为两类：牛顿型流体和非牛顿型流体。牛顿型流体，其冰点较低，除冰能力较强，但只具有较短的防冰保持时间，通常低于4小时。而含有流变改性剂，属于非牛顿型流体，粘度较高、防冰保持时间较长，同时具有良好空气动力学性能，能保证叶片正常运转。非牛顿力学除冰防冰液在使用喷洒过程中经过喷嘴剪切后，附着在叶片表面的除冰防冰液的黏度会影响防冰时间。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对风机叶片溶液除冰防冰存在的问题，提供一种非牛顿力学的专用风机叶片的除冰防冰液及其制备方法，通过提高除冰防冰液初始融冰速率，达到快速融化积冰的目的，同时抑制叶片表面冰粘附性能，延长防冰保持时间。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种非牛顿型叶片除冰防冰液，所述除冰剂由以下原料按重量百分数组成:45～60%的冰点降低剂、0.5～1.5%的触流变改性剂、0.2～3%的抑冰剂、1～2%助溶剂、0.01～3%的PH调节剂、0.2～0.4%的渗透剂及40～55%去离子水。
优选的，所述冰点降低剂为乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇或二甘醇中的一种或多种混合物。
优选的，所述触流变改性剂可以为羟甲基纤维素、羟乙基纤维素、非缔合型碱溶胀增稠剂、丙烯酸中的一种或几种混合物。
优选的，所述抑冰剂由聚丙烯羧酸衍生物及烯基与羧酸的共聚体组成。
优选的，所述助溶剂为脂肪醇聚氧乙烯、聚氧丙烯醚、聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物的一种或多种混合物。
优选的，所述PH调节剂为三乙胺、三乙醇胺中的一种或多种混合物。
优选的，所述的渗透剂由脂肪醇聚氧乙烯醚类组成。
优选的，所述非牛顿型风机叶片除冰防冰液使用，其表面张力在25～40dynes/cm范围内；其PH值为6.5～7.0，20℃时的剪切变稀指数STI大于30，在5～-5℃区间STI大于25，在-10～-20℃区间STI大于20。
一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液制备方法，a）将触流变改性剂加入去离子水中，在 40～90℃搅拌分散 0.5～2小时；b）加入冰点降低剂，搅拌0.1～2小时；c）加入抑冰剂，搅拌0.5～1小时；d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌0.5～3小时至均匀；e)加入 PH 调节剂，搅拌0.5～2小时。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明专利通过添加渗透剂、助溶剂等助剂组合，将冰点降低剂快速渗透到冰层下面，大幅提高融冰速度，在温度5℃下，其融冰初期的融冰速率可达到83.0mL/min，远远大于氯化钙型融冰剂融冰初期的24.5mL/min的融冰速率，大幅提高了现有除冰剂的除冰速度。
2、本发明专利是专门针对风机叶片低温使用环境和特点，通过添加抑冰剂、渗透剂等助剂组合，制备的除冰防冰液不但融冰速度快，而且融冰的同时还在叶片表面附着一层薄膜，在5～-20℃区间具有突出的抑制冰黏附能力，防冰保持时间长，风机因风机叶片再次结冰而停机时间最长可延长到72小时。
3、本发明除冰防冰液不含盐类、不含卤素，PH值为中性，对设备无腐蚀性，而且水溶性好，易于稀释，对风机叶片进行喷洒，由于其自然属性高，易于降解，避免对周围环境的污染，不会对周围土地造成盐碱化，符合国家相关标准以及环保要求，环境友好。
4、本发明中除冰防冰液主体和辅助溶剂均具有较好的水溶性，且冰共溶点较低，易于混合，分散均匀，制备简单。
具体实施方式
以下是本发明内容的具体实施例，用于阐述本申请文件中所要解决技术问题的技术方案，有助于本领域技术人员理解本发明内容，但本发明技术方案的实现并不限于这些实施例。
实施例1
一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，包括下列质量百分数的成分和去离子水：40%的冰点降低剂；0.5%的触流变改性剂；0.2%的抑冰剂；1%的助溶剂；0.01%的PH调节剂；0.2%的渗透剂；其余为去离子水。冰点降低剂按质量份包括20%乙二醇80%和80%1,2-丙二醇；触流变改性剂为羟甲基纤维素；抑冰剂为70%聚羧酸衍生物和30%聚丙烯酸衍生物组成；助溶剂为40%聚氧丙烯醚、聚氧乙烯嵌段聚合物和60%聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物；PH调节剂为三乙胺；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
制备方法：a）将触流变改性剂加入去离子水中，在 40℃搅拌分散2.0小时；b）加入冰点降低剂，搅拌2.0小时；c）加入抑冰剂，搅拌2.0小时 d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌3.0小时至均匀；e) 加入PH调节剂，调节PH值为6.5，搅拌2.0小时。
实施例2
一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，包括下列质量百分数的成分和去离子水：50%的冰点降低剂；0.5%的触流变改性剂；1.0%的抑冰剂；1%助溶剂；0.03%的PH调节剂；0.2%的渗透剂；其余为去离子水。冰点降低剂按质量份包括40%的1,3-丙二醇、30%的二甘醇和30%的乙二醇；触流变改性剂为非缔合型碱溶胀增稠剂；抑冰剂50%聚羧酸衍生物和50%聚丙烯酸衍生物组成；助溶剂为40%聚氧丙烯醚、聚氧乙烯嵌段聚合物和60%聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物；PH调节剂为三乙胺；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
制备方法：a）将触流变改性剂加入去离子水中，在50℃搅拌分散1.0小时；b）加入冰点降低剂，搅拌0.5小时；c）加入抑冰剂,搅拌0.5小时；d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌1.0小时至均匀；e) 加入PH调节剂，调节PH值为6.8，搅拌1.0小时。
实施例3
一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，包括下列质量百分数的成分和去离子水：55%的冰点降低剂；1.0%的触流变改性剂；0.5%的抑冰剂；1.5%助溶剂；0.05%的PH调节剂；0.3%的渗透剂；其余为去离子水。冰点降低剂按质量份包括50%的乙二醇和50%的二甘醇；触流变改性剂为丙烯酸；抑冰剂80%聚羧酸衍生物和20%聚丙烯酸衍生物组成；助溶剂为聚氧丙烯醚、聚氧乙烯嵌段聚合物；PH调节剂为三乙胺；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
制备方法：a）将触流变改性剂加入去离子水中，在60℃搅拌分散2小时；b）加入冰点降低剂，搅拌2小时；c）加入抑冰剂，搅拌1小时；d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌2小时至均匀；e) 加入PH调节剂，调节PH值为6.6，搅拌1.5小时。
实施例4
一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，包括下列质量百分数的成分和去离子水：55%的冰点降低剂；1.0%的触流变改性剂；0.8%的抑冰剂；1.5%助溶剂；0.07%的PH调节剂；0.3%的渗透剂；其余为去离子水。冰点降低剂为50%的乙二醇和50%的1,2-丙二醇；触流变改性剂为羟乙基纤维素；抑冰剂70%聚羧酸衍生物和30%聚丙烯酸衍生物组成；助溶剂为40%聚氧丙烯醚、聚氧乙烯嵌段聚合物和60%聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物；PH调节剂为三乙醇胺；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
制备方法：a）将触流变改性剂加入去离子水中，在70℃搅拌分散1.0小时；b）加入冰点降低剂，搅拌1.0小时；c）加入抑冰剂，搅拌1.0小时；d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌1.0小时至均匀；e) 加入PH调节剂，调节PH值为7.0，搅拌1.0小时。
实施例5
一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，包括下列质量百分数的成分和去离子水：60%的冰点降低剂；1.0%的触流变改性剂；2.0%的抑冰剂；1.5%助溶剂；1.0%的PH调节剂；3.5%的渗透剂；其余为去离子水。冰点降低剂按质量份包括80%乙二醇和20%乙醇；触流变改性剂为丙烯酸；抑冰剂70%聚羧酸衍生物和30%聚丙烯酸衍生物组成；助溶剂为40%聚氧丙烯醚、聚氧乙烯嵌段聚合物和60%聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物；PH调节剂为三乙胺；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
制备方法：a）将触流变改性剂加入去离子水中，在80℃搅拌分散1.0小时；b）加入冰点降低剂，搅拌0.8小时；c）加入抑冰剂，搅拌0.6小时；d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌1.0小时至均匀；e) 加入PH调节剂，调节PH值为6.6，搅拌1.0小时。
实施例6
一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，包括下列质量百分数的成分和去离子水：60%的冰点降低剂；1.5%的触流变改性剂；3.0%的抑冰剂；2.0%助溶剂；3.0%的PH调节剂；0.4%的渗透剂；其余为去离子水。冰点降低剂按质量份包括20%乙二醇和80%的1,2-丙二醇；触流变改性剂为非缔合型碱溶胀增稠剂；抑冰剂为聚丙烯酸衍生物；助溶剂为聚氧丙烯醚、聚氧乙烯嵌段聚合物；PH调节剂为三乙胺；渗透剂为脂肪醇聚氧乙烯醚。
制备方法：a）将触流变改性剂加入去离子水中，在90℃搅拌分散 0.5小时；b）加入冰点降低剂，搅拌0.1小时；c）加入抑冰剂，搅拌0.5小时；d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌0.5小时至均匀；e) 加入PH调节剂，调节PH值为6.8，搅拌0.1小时。
参照SAE AMS 1428-3（IV型飞机除冰防冰液）的要求对配方的性能进行检测，结果见下表：
注：抑冰时间是指风机叶片从无冰状态到叶片结冰量达到必须停机清理之间的时间。
测试结果表明，本发明提供的除冰防冰液比市面销售产品，融冰速率快，具有优异的空气动力学性能，抑制冰黏附性和去除性能优良，抑冰时间在48～72小时以上。
上述实施例仅仅是对本发明优选方案的说明，并不限制本发明。只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都应落入本申请的权利要求书请求保护的范围内。
Claims (9)
1.一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述除冰防冰液由以下原料按重量百分数组成:45～60%的冰点降低剂、0.5～1.5%的触流变改性剂、0.2～3%的抑冰剂、1～2%助溶剂、0.01～3%的PH调节剂、0.2～0.4%的渗透剂及40～55%去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述冰点降低剂为少量具有2～5个碳原子的二元或多元烷基醇的混合物。
3.根据权利要求1所述的一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述触流变改性剂可以为纤维素类或者非缔合合成类，纤维素类可为羧甲基纤维素、羟乙基纤维素；非缔合合成类可为非缔合型碱溶胀增稠剂、丙烯酸。
4.根据权利要求1所述的一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述抑冰剂由聚丙烯羧酸衍生物及烯基与羧酸的共聚体组成。
5.根据权利要求1所述的一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述助溶剂为脂肪醇聚氧乙烯、聚氧丙烯醚、聚氧乙烯、聚氧丙烯嵌段聚合物的一种或多种混合物。
6.根据权利要求1所述的一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述PH调节剂为烷基胺，烷基醇胺中的至少一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述的渗透剂由脂肪醇聚氧乙烯醚类组成。
8.根据权利要求1所述的一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液，其特征在于，所述非牛顿型风机叶片除冰防冰液使用，其表面张力在25～40 dynes/cm范围内；其PH值在6.5～7.0范围内，20℃时的剪切变稀指数STI大于30，在5～-5℃区间STI大于25，在-10～-20℃区间STI大于20。
9.一种非牛顿型风机叶片除冰防冰液制备方法，其特征在于，a）将触流变改性剂加入去离子水中，在40～90℃搅拌分散0.5～2小时；b）加入冰点降低剂，搅拌 0.1～2小时；c）加入抑冰剂，搅拌0.5～1小时；d）加入助溶剂和渗透剂，搅拌 0.5～3小时至均匀；e) 加入PH调节剂，搅拌0.5～2小时。
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