CN117720880A - 一种除冰剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及除冰剂领域，具体公开了一种除冰剂及其制备方法。一种除冰剂包括如下重量份原料：1,2‑丙二醇18‑20份、乙二醇54‑60份、月桂酸聚氧乙烯醚2‑5份、三乙醇胺1‑3份、烷基壬酚1‑3份、缓蚀剂0.15‑8份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.01‑3份、改性聚丙烯酸0.8‑2.5份、防冰剂1‑3份、防腐剂0.3‑0.5份，所述改性聚丙烯酸为疏水改性聚丙烯酸。本申请的组合物可用于除去固体表面冰层，具有能够延长除冰剂防护时间的优点。

Description

一种除冰剂及其制备方法

技术领域

本申请涉及除冰剂领域，更具体地说，它涉及一种除冰剂及其制备方法。

背景技术

冰是水的固体形态，其形成和存在会严重影响许多行业的正常运行。例如，在航空领域飞机在高空飞行以及冬季较低温度停放在机场时，外表面会凝结冰、霜等，当凝结在机翼表面时，会使机翼外形发生变化，阻力增加，影响飞机的空气动力和操纵性能，同时在飞机启动时，发动机高速转动，其周围脱落的冰块易被吸入发动机内部，造成机械故障，严重时会影响飞机飞行姿态，给飞行安全造成严重威胁。

当前传统的化学除冰剂主要包括两类，一类是以氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾中的一种或几种物质为主要成分，并添加防腐或防蚀等添加剂的含氯除冰剂；另一类为以醋酸钙、醋酸镁等为主要成分的除冰剂。第一类除冰剂含有氯离子，具有严重的腐蚀性，不仅对机身表面产生腐蚀还会对机场周边植被造成破坏；第二类除冰剂冰点高，除冰效果不好，不能有效的防止材料再次结冰。

因此，需要一种除冰剂，不仅具有良好的除冰效果，并且能够延缓材料表面冰的二次冻结。

发明内容

为了提高除冰剂的除冰效果，延缓冰的二次冻结，本申请提供一种除冰剂及其制备方法。

第一方面，本申请提供一种除冰剂，采用如下的技术方案：

一种除冰剂，包括如下重量份原料：

1，2-丙二醇18-20份、乙二醇54-60份、月桂酸聚氧乙烯醚2-5份、三乙醇胺1-3份、烷基壬酚1-3份、缓蚀剂0.15-8份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.01-3份、改性聚丙烯酸0.8-2.5份、防冰剂1-3份、防腐剂0.3-0.5份，所述改性聚丙烯酸为疏水改性聚丙烯酸。

通过采用上述技术方案，丙二醇与乙二醇为除冰剂的主要成分，与月桂酸聚氧乙烯醚、三乙醇胺以及烷基壬酚共同作用，能够降低冰点。其中烷基壬酚与脂肪醇聚氧乙烯醚发生反应，降低了除冰剂的表面张力，使除冰剂能更好的湿润和渗透冰层，提高除冰效果，同时加入聚氧乙烯醚做抑制剂干扰水分子形成冰晶的过程，阻碍冰层的形成，防止除冰后的表面重新快速冻结，延长除冰剂除冰后防止再次结冰的保持时间。

通过加入疏水改性的聚丙烯酸提高除冰液的稠度，使其在应用时更具有粘附性，能更好的附着在需要除冰的表面，其上的极性基团能够与金属表面相互作用，形成氢键，提高除冰剂在材料表面的附着力，粘附在材料表面，形成一层保护膜。通过对聚丙烯酸超疏水改性，提高除冰剂成膜后在材料表面的超疏水性，形成超疏水薄膜。超疏水薄膜的液滴接触角较大，接触面积较小，可以有效减少水的附着，防止水分和冰晶的渗透和结冰，进一步延长除冰剂除冰后防止再次结冰的保持时间。

所述缓蚀剂使用磷酸氢二钾、甲基苯并三唑、氢氧化钾中的任意一种，所述防腐剂使用甲酸钠、甲酸钾中的任意一种。

可选的，所述改性聚丙烯酸由以下步骤制备得到：

取聚丙烯酸加入碳化二亚胺与脂肪酸甲酯磺酸钠的混合液中加热震荡处理，加入氟烷基硅烷继续震荡反应2-3h，得到所述改性聚丙烯酸。

通过采用上述技术方案，将聚丙烯酸放入由碳化二亚胺与脂肪酸甲酯磺酸钠制得的活化液中活化聚丙烯酸上的基团后，加入氟烷基硅烷，其中含有的氟原子、硅原子以及烷基基团具有憎水性，可以有效交联并均匀的分布在除冰剂中，提高除冰剂成膜后表面的疏水能力，进而提高除冰剂除冰后防止再次结冰的保持时间。

可选的，所述聚丙烯酸为C13-30的聚丙烯酸。

通过采用上述技术方案，聚丙烯酸通过与水分子形成氢键，络合水分，从而增加粘度使除冰剂能够长时间附着在材料表面，在除冰后在材料表面成膜延长再次结冰的时间。聚丙烯酸的链段过短导致难以实现增稠、成膜的目的，而链段过长交联度过大会导致分子难以展开，也会使除冰剂粘度下降，链段过长或过短均会导致成膜后与金属的粘附性不好。因此选择主链上碳原子数目在13-30之间的聚丙烯酸，其具有良好的成膜性，能够很好的附着在金属材料上，在对其进行改性加入除冰剂后，涂覆在金属材料表面成膜，提高膜面的疏水性。

可选的，所述聚丙烯酸、碳化二亚胺、脂肪酸甲酯磺酸钠以及氟烷基硅烷的加入重量之比为1:0.5:0.3：(0.6-1)。

通过采用上述技术方案，控制聚丙烯酸改性过程中各原料的加入量，使其表面接枝足够的疏水基团，同时不影响除冰剂的正常除冰效果。

可选的，所述脂肪醇聚氧乙烯醚为C16-18的直链醇聚氧乙烯醚。

通过采用上述技术方案，所述直链C16-18醇聚氧乙烯醚是指含有碳原子数为16-18的直链脂肪醇聚氧乙烯醚，聚氧乙烯醚具有优良的乳化性能和去污能力，直链醇聚氧乙烯醚分子链排列整齐，有利于提高除冰剂的渗透性能，降低冰与固体表面的相互作用，使冰更容易从固体表面脱落，加速除冰速度。

可选的，所述防冰剂为乙二醇甲醚或二乙二醇甲醚中的任意一种。

通过采用上述技术方案，乙二醇甲醚或二乙二醇甲醚不仅可以降低冰点，避免水分在低温下形成结晶，还可以抑制除冰剂中微生物的繁殖，提高除冰剂的储存稳定性。

可选的，所述原料中还包括1-3份的肉豆蔻酸。

通过采用上述技术方案，肉豆蔻酸中的羧基基团能够增强除冰剂的润湿性能，具有较强疏水性的长碳链和烷基基团在膜表面形成致密的分子层，进一步改性降低除冰剂成膜后的表面能，提高除冰剂成膜后表面的疏水能力，提高除冰剂防止再次结冰的作业时间。

第二方面，本申请提供一种除冰剂的制备方法，具体制备步骤如下：

称取乙二醇、1,2-丙二醇、缓蚀剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、改性聚丙烯酸、防腐剂以及防冰剂，将上述原料加热充分搅拌混合，使各原料均匀分散；随后加入月桂酸聚氧乙烯醚、三乙醇胺以及烷基壬酚再次充分搅拌，得到所述除冰剂。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请中采用乙二醇与丙二醇作为除冰剂的主要成分，配合使用聚氧乙烯醚、三乙醇胺等原料，使除冰剂能更好的润湿和渗透进冰层中，削弱冰与固体表面的相互作用，使冰更容易从固体表面脱落，提高除冰剂的除冰效果。

2、本申请优选采用经过疏水改性的聚丙烯酸，帮助除冰剂能很好的附着在固体材料表面，形成一层超疏水薄膜，一定时间内能够阻止水分附着，阻碍冰层的形成，防止除冰后表面再次快速冻结。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

直链C16-18醇聚氧乙烯醚，n为2-3；异构十三醇聚氧乙烯醚，购自山东辰宇化工有限公司，n为3。

原料和/或中间体的制备例

制备例1

一种改性聚丙烯酸，制备包括如下步骤：

取1kg聚丙烯酸加入0.5kg碳化二亚胺与0.3kg脂肪酸甲酯磺酸钠的混合液中加热至45℃、60rpm的条件下处理20min后，加入0.6kg甲基三氟丙基二甲氧基硅烷继续震荡反应2h，得到改性聚丙烯酸，所述聚丙烯酸为链段长度为C13的聚丙烯酸。

制备例2

一种改性聚丙烯酸，制备包括如下步骤：

取1kg聚丙烯酸加入0.5kg碳化二亚胺与0.3kg脂肪酸甲酯磺酸钠的混合液中加热至45℃，60rpm的条件下处理20min后，加入1.0kg甲基三氟丙基二甲氧基硅烷继续震荡反应2h，得到改性聚丙烯酸，所述聚丙烯酸为链段长度为C13的聚丙烯酸。

制备例3

一种改性聚丙烯酸，制备包括如下步骤：

取1kg聚丙烯酸加入0.5kg碳化二亚胺与0.3kg脂肪酸甲酯磺酸钠的混合液中加热至45℃，60rpm的条件下处理20min后，加入0.6kg甲基三氟丙基二甲氧基硅烷继续震荡反应2h，得到改性聚丙烯酸，所述聚丙烯酸为链段长度为C30的聚丙烯酸。

制备例4

一种改性聚丙烯酸，制备包括如下步骤：

取1kg聚丙烯酸加入0.5kg碳化二亚胺与0.3kg脂肪酸甲酯磺酸钠的混合液中加热至45℃，60rpm条件下震荡处理20min后，加入0.6kg甲基三氟丙基二甲氧基硅烷继续震荡反应2h，得到改性聚丙烯酸，所述聚丙烯酸为链段长度为C21的聚丙烯酸。

制备例5

一种改性聚丙烯酸，与制备例1的不同之处在于，本制备例中使用的聚丙烯酸为C10的聚丙烯酸。

制备例6

一种改性聚丙烯酸，与制备例1的不同之处在于，本制备例中使用的聚丙烯酸为C32的聚丙烯酸。

实施例

实施例1

一种除冰剂，制备包括以下步骤：

称取5.4kg乙二醇、1.8kg1,2-丙二醇、0.015kg磷酸二氢钾(缓蚀剂)、0.001kg直链醇聚氧乙烯醚、0.25kg改性聚丙烯酸、0.04kg甲酸钠(防腐剂)以及0.1kg二甲醇甲醚(防冰剂)，将上述原料投入搅拌机中30℃，2500r/min下充分搅拌10min混合，使各原料均匀分散；随后加入0.2kg月桂酸聚氧乙烯醚、0.2kg三乙醇胺以及0.1kg十二烷基酚(烷基壬酚)再次充分搅拌，最终得到除冰剂。本实施例中使用制备例1制备得到的改性聚丙烯酸，所述直链醇聚氧乙烯醚为碳链长度为16的直链醇聚氧乙烯醚。

实施例2

一种除冰剂，制备包括以下步骤：

称取5.7kg乙二醇、1.9kg1,2-丙二醇、0.8kg磷酸二氢钾(缓蚀剂)、0.2kg直链醇聚氧乙烯醚、0.165kg改性聚丙烯酸、0.03kg甲酸钠(防腐剂)以及0.2kg二甲醇甲醚(防冰剂)，将上述原料投入搅拌机中30℃，2500r/min下充分搅拌10min混合，使各原料均匀分散；随后加入0.35kg月桂酸聚氧乙烯醚、0.1kg三乙醇胺以及0.2kg十二烷基酚(烷基壬酚)再次充分搅拌，最终得到除冰剂。本实施例中使用制备例1制备得到的改性聚丙烯酸，所述直链醇聚氧乙烯醚为碳链长度为17的直链醇聚氧乙烯醚。

实施例3

一种除冰剂，制备包括以下步骤：

称取6kg乙二醇、2kg1,2-丙二醇、0.39kg磷酸二氢钾(缓蚀剂)、0.3kg直链醇聚氧乙烯醚、0.08kg改性聚丙烯酸、0.05kg甲酸钠(防腐剂)，以及0.3kg二甲醇甲醚(防冰剂)，将上述原料投入搅拌机中30℃，2500r/min下充分搅拌10min混合，使各原料均匀分散；随后加入0.5kg月桂酸聚氧乙烯醚、0.3kg三乙醇胺以及0.3kg十二烷基酚(烷基壬酚)再次充分搅拌，最终得到除冰剂。本实施例中使用制备例1制备得到的改性聚丙烯酸，所述直链醇聚氧乙烯醚为碳链长度为18的直链醇聚氧乙烯醚。

实施例4

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用的改性聚丙烯酸为制备例2中制备得到的。

实施例5

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用的改性聚丙烯酸为制备例3中制备得到的。

实施例6

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用的改性聚丙烯酸为制备例4中制备得到的。

实施例7

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用的改性聚丙烯酸为制备例5中制备得到的。

实施例8

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用的改性聚丙烯酸为制备例6中制备得到的。

实施例9

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用的脂肪醇聚氧乙烯醚为异构十三醇聚氧乙烯醚。

实施例10

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中还包括0.2kg的肉豆蔻酸，制备包括以下步骤：

称取5.4kg乙二醇、1.8kg1,2-丙二醇、0.015kg磷酸二氢钾(缓蚀剂)、0.001kg直链醇聚氧乙烯醚、0.25kg改性聚丙烯酸、0.04kg甲酸钠(防腐剂)以及0.1kg二甲醇甲醚(防冰剂)，将上述原料投入搅拌机中30℃，2500r/min下充分搅拌10min混合，使各原料均匀分散；随后加入0.2kg月桂酸聚氧乙烯醚、0.2kg三乙醇胺、0.2kg肉豆蔻酸以及0.1kg十二烷基酚(烷基壬酚)再次充分搅拌，最终得到除冰剂。本实施例中使用制备例1制备得到的改性聚丙烯酸，所述直链醇聚氧乙烯醚为碳链长度为16的直链醇聚氧乙烯醚。

实施例11

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用的防冰剂为二乙二醇甲醚。

对比例

对比例1

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于，本对比例中未加入改性聚丙烯酸。

对比例2

一种除冰剂，与实施例1的不同之处在于，本对比例中加入未经改性的聚丙烯酸。

性能检测试验

检测方法/试验方法冰点：按照标准ASTMD 1177的要求测试实施例1-11与对比例1-2制备的除冰剂的冰点；防冻性能：依照SAE标准AS 5901飞机除冰/防冰液的喷水和高湿度耐久性试验方法检测在-10～-20℃、-40～-50℃时除冰剂在测试区域内防止结冰沉淀物形成的时间；

表1试验检测结果

结合实施例1-3和对比例1-2并结合表1可以看出，实施例1-3的各项数据均优于对比例1-2说明经过疏水改性的聚丙烯酸与除冰剂中其他成分能很好的配合，使除冰剂具有更好的除冰、防止再次冻结的优点；当加入未经改性的聚丙烯酸，无法在被保护的固体表面形成疏水薄膜，导致其除冰剂性能有所降低；当未加入改性聚丙烯酸时，除冰剂难以在固体表面成膜，导致对材料的保护时间大大减少。

结合实施例1-4并结合表1可以看出，使用氟烷基硅烷改性聚丙烯酸时控制各原料的加入量，能够获得较好改性的聚丙烯酸，保证除冰剂的除冰性能。

结合实施例1与实施例5-8并结合表1可以看出，实施例1、实施例5-6的各项实验数据均优于实施例7-8，说明使用碳链长度在13-30的聚丙烯酸，赋予除冰剂适合的粘度，保证除冰剂成膜后与金属的粘附性，提高除冰剂的除冰效果。

结合实施例1-3与实施例9并结合表1可以看出，实施例1-3的各项实验数据均优于实施例9，说明当选择直链醇聚氧乙烯醚做原料时与其他原料间有更好的配合，降低除冰剂冰点，能更好的渗透进冰层，降低冰与固体表面的相互作用以除去冰层。

结合实施例1与实施例10并结合表1可以看出，实施例8的各项实验数据均优于实施例1，说明加入肉豆蔻酸能够增强除冰剂的润湿性能，在固体表面形成疏水的致密分子层保护固体表面短时间内不会被再次冻结。

结合实施例1与实施例11并结合表1可以看出，选择乙二醇甲醚或二乙二醇甲醚中任意一种做除冰剂都可以降低冰点，避免水分在低温下结晶，具有好的延缓材料表面二次结冰的作用。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种除冰剂，其特征在于，包括如下重量份原料：

1,2-丙二醇18-20份、乙二醇54-60份、月桂酸聚氧乙烯醚2-5份、三乙醇胺1-3份、烷基壬酚1-3份、缓蚀剂0.15-8份、脂肪醇聚氧乙烯醚0.01-3份、改性聚丙烯酸0.8-2.5份、防冰剂1-3份、防腐剂0.3-0.5份，所述改性聚丙烯酸为疏水改性聚丙烯酸。

2.根据权利要求1所述的一种除冰剂，其特征在于：所述改性聚丙烯酸由以下步骤制备得到：

取聚丙烯酸加入到碳化二亚胺与脂肪酸甲酯磺酸钠的混合液中加热震荡处理，加入氟烷基硅烷继续震荡反应2-3h，得到所述改性聚丙烯酸。

3.根据权利要求2所述的一种除冰剂，其特征在于：所述聚丙烯酸为C13-30的聚丙烯酸。

4.根据权利要求2所述的一种除冰剂，其特征在于：所述聚丙烯酸、碳化二亚胺、脂肪酸甲酯磺酸钠以及氟烷基硅烷的加入重量之比为1:0.5:0.3：（0.6-1）。

5.根据权利要求1所述的一种除冰剂，其特征在于：所述脂肪醇聚氧乙烯醚为C16-18的直链醇聚氧乙烯醚。

6.根据权利要求1所述的一种除冰剂，其特征在于：所述防冰剂为乙二醇甲醚或二乙二醇甲醚中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的一种除冰剂，其特征在于：所述原料中还包括1-3份的肉豆蔻酸。

8.一种如权利要求1-7中任意一项所述的除冰剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

称取乙二醇、1,2-丙二醇、缓蚀剂、脂肪醇聚氧乙烯醚、改性聚丙烯酸、防腐剂以及防冰剂，将上述原料加热充分搅拌混合，使各原料均匀分散；随后加入月桂酸聚氧乙烯醚、三乙醇胺以及烷基壬酚再次充分搅拌，得到所述除冰剂。