JP5579390B2 - 除雪剤及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、除雪剤及びその製造方法に関するものであり、より詳しくは、効率的に除雪できる環境に優しい低腐食性除雪剤及びその製造方法に関するものである。
除雪剤は、直接雪を溶かす融雪(融氷)剤と、雪を溶かすことはできないものの、圧雪または結氷路面で一時的に摩擦力を高める摩擦剤に区分することができる。
通常、摩擦剤としては砂を使っているが、散布してからしばらくは一時的に摩擦力の改善効果があるものの、粒子が氷層の深部に次第に沈降し、次の降雪の際には、積雪の中心部に埋もれ、大きな効果を期待することが難しく、配水管及び集水井の詰まり、微細な砂による空気汚染、砂に含まれている異物による車両の破損などにより、多大な作業人力と費用が追加で必要になり、上り坂の区間、陰地、常時結氷地域、地熱のない橋梁区間など、摩擦力の必要な地域に限り、制限的に使わざるを得ないという問題がある。
一方、融雪剤は、塩化物と非塩化物に大別することができるが、非塩化物に比べ、塩化物の除雪効果が速いため、主に塩化物が使われる。
また、このような塩化物除雪剤としては、主に塩化カルシウムが多く用いられているが、その理由としては、塩化カルシウムを雪や氷の上に散布すると、塩化カルシウムの強い吸水性や発熱性により、雪や氷が溶けるためである。
その際、溶解に必要な熱量(80cal/氷；1g当たり)は、塩化カルシウムの溶解熱(175cal/g)により供給される。
しかし、塩化カルシウムは、金属腐食性がかなり強く、車両や金属具などを腐食させ、土壌に吸収されると、植物が黄変したり、ひどい場合には枯れてしまうという問題が発生する。
また、塩化カルシウムは、高い溶解熱を発散するため、道路の表面に亀裂ができる主な原因となる。また、保管の面では、吸湿性が高いため、保存が難しく、特に長期保管の際には固まる問題が生じる。
また、塩化カルシウムが、河川や川に流れると、魚介類が斃死するという問題が発生する。
また、車の通行の少ない外郭道路や橋梁では、塩化カルシウムの散布後、路面が湿めってくるため、再凍結する問題が発生し、塩化カルシウムを再散布したり、排水路の凍結により、排水に支障をもたらす問題が頻繁に発生する。
国際公開ＷＯ２００４−０１３２５０
国際公開ＷＯ９８−４７９７８
米国特許ＵＳ４６７６９１８
本発明は、上記の問題を解決するために考案されたもので、鉄構造物、自動車などといった金属に対する腐食被害を抑えることができ、長期保管に安全で、再凍結せず、植物の黄変及び枯れる現状を著しく低減させ、植物の成長にも有効な環境に優しい除雪剤及びその製造方法を提供することをその目的とする。
本発明は、塩化マグネシウム、岩塩、尿素、トリポリリン酸ナトリウム及びメタケイ酸ナトリウムからなる融雪除雪剤を提供する。
本発明による除雪剤及びその製造方法は、以下のような効果をもたらす。
第一、除雪剤の散布後、再凍結しないので、除雪剤の再散布によるコスト削減ができ、事故の危険を予防することができる。
第二、長期間の保管にも除雪剤が固まらず、除雪剤の散布時、除雪剤を破砕しなくてもよい。
第三、植物や魚介類に有害な影響を与えないため、環境に優しい。
第四、鉄構造物、自動車などといった金属の腐食被害を抑えることができる。
第五、高い溶解熱による亀裂発生を防ぐことができる。
本発明の一側面によると、除雪剤組成物が塩化マグネシウム、岩塩、尿素、トリポリリン酸ナトリウム及びメタケイ酸ナトリウムを含む。
ここで、上記の除雪剤の組成物は、塩化マグネシウム20〜40wt%、岩塩45〜75wt%、尿素0.1〜20wt%、トリポリリン酸ナトリウム0.1〜20wt%、メタケイ酸ナトリウム0.1〜30wt%の成分比であることが望まれる。
また、本発明の他の側面による除雪剤の製造方法は、破砕機に岩塩を投入し粉砕する破砕段階と、粉砕された岩塩を熟成させる熟成の段階と、前記熟成段階を経た岩塩及び塩化マグネシウムを撹拌機に投入し撹拌する第1混合段階と、前記第1混合段階を経た混合物にトリポリリン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及び尿素を投入し撹拌する第2混合段階とを含む。
ここで、上記の第1混合段階は、撹拌と同時に45℃〜55℃の温度で、熱風乾燥させることが望ましい。
また、上記の熟成の段階は、24時間〜48時間熟成させることが望ましい。
また、上記の破砕の段階は、岩塩を7mm〜20mmの大きさに破砕することが望ましい。
本明細書及び請求範囲に使われている用語や単語は、通常の辞書的な意味に限定して解釈してはならず、発明者は、本人の発明を最も良い方法で説明するため、用語の概念を適切に定義することができるという原則に即し、本発明の技術的考え方にふさわしい意味や概念で解釈すべきである。
よって、本明細書に記載した実施例や図面に図示された構成は、本発明の最も望ましい１つの実施例に過ぎず、本発明の技術的考え方を全て説明するものではないため、本出願時点において、これらに代わる多様な均等物や変形例があり得るということを理解しておかなければならない。
まず、本発明の一実施例による除雪剤は、組成物に塩化マグネシウム、岩塩、尿素、トリポリリン酸ナトリウム及びメタケイ酸ナトリウムを含む。
本発明の組成物の中、上記の塩化マグネシウム(MgCl2)は従来の除雪剤の主な原料として使われている塩化カルシウム(CaCl2)が持っている問題を解決するために用いられる。
塩化マグネシウムは、初期に解氷効果のある塩化カルシウムより溶解熱は低いものの、塩化カルシウムは高い溶解熱を発散するため、道路の表面に亀裂ができる問題が発生し得る。
また、塩化カルシウムは、金属に対する腐食性が高く、長期保管の際、固くなりやすい上、植物及び魚介類など、環境に優しいとは言えないという問題を持つ。一方、塩化マグネシウムを後述する岩塩と一定成分比で混ぜ、熱風乾燥させると、そのような問題を解決することができる。
一方、本発明の組成物として、塩化マグネシウムは、塩化マグネシウム6水和物(MgCl2.6H2O)が使われることが望まれる。
岩塩(NaCl)は、塩化マグネシウムと一定の配合比で混合して使い、主に鉱石から採取される。岩塩は、天塩とは違い、重金属の含量が少ないため、除雪剤として使われた後の植物や魚介類などへの影響が少なく、環境にやさしいというメリットがある。
また、岩塩は、溶解スピードが多少遅く、散布後も一定時間粒状で存在するが、そのような理由により、岩塩を塩化マグネシウムに混ぜると、岩塩が溶けるまでの一定時間は、岩塩によるすべり防止の効果が期待できる。
一方、本発明の除雪剤の主原料である塩化マグネシウムと岩塩は、組成物に対する組成比がそれぞれ、塩化マグネシウムは20〜40wt%、岩塩は45〜75wt%であることが望まれる。
塩化マグネシウムの成分比が20wt%に未満であるか、岩塩が75wt%を超える場合は、除雪剤としての性能が一定のままでなく、再結氷する問題が発生し得る。
また、除雪剤の用途としての使用後も、道路や橋梁などに多く残るため、汚なくなることがあり、クリーニングする費用がかさむという問題が発生する。
また、組成物に対する塩化マグネシウムの成分比が40wt%を超えたり、岩塩が45wt%未満である場合には、塩化マグネシウムの配合比の増加により、金属に対する腐食性が高くなる上、除雪剤を長期保管する際、固まるスピードが速くなるという問題が発生する。
また、塩化マグネシウムの一例としての塩化マグネシウム6水和物は、後述する除雪剤の製造方法の熱風乾燥工程により、水分が除去され、よって除雪剤が固まることを防ぐことができる。
尿素(Urea)は、通常-5℃以下では解氷の役割を果たすことができないが、塩化マグネシウムが植物に及ぼす影響を最低限に抑えるため投入される。
本発明の組成物に対する尿素の成分比は、0.1〜20wt%であることが望まれる。尿素の成分比が0.1wt% 未満になると、植物に栄養素をほとんど供給することができず、20wt%を超すと過多栄養素供給により、植物に悪影響を及ぼすことがある。
よって、0.1〜20wt%の尿素は、植物に適切な栄養を供給するため、植物の黄変及び枯死を著しく減らすことができ、植物の成長にも有益であるため、環境の側面からすると望ましいものとされる。
トリポリリン酸ナトリウム(Sodium Tripoly Phosphate;Na5P3O10)は、塩化マグネシウムによって発生し得る金属の腐食防止のために含まれ、アルカリ性で、比較的肌を刺激せず優れた洗浄効果を示す。
メタケイ酸ナトリウムは、トリポリリン酸ナトリウムと同様、金属の腐食防止のため添加される付加物であり、除雪剤が固形化し、固まることを防ぐ。
本発明の除雪剤の主原料である塩化マグネシウムと岩塩は、除雪の際に溶け、金属イオンと塩化物イオンに分解され、この際に発生する塩化物イオンが金属と結合し、金属の塩化物を形成することにより、金属が腐食する。
しかし、トリポリリン酸ナトリウムとメタケイ酸ナトリウムを添加すると、こうしたアルカリ性化合物が塩化物イオンを酸化させ、塩化物イオンと金属が反応することを妨げる。
更に、トリポリリン酸ナトリウム及びメタケイ酸ナトリウムは、水に溶け、洗浄効果を持つため、除雪された状態の溶液の濁度が低く、別途の洗浄作業をしなくても、道路や橋梁をきれいな状態に保つことができる。
一方、本発明の組成物中におけるトリポリリン酸ナトリウムとメタケイ酸ナトリウムの配合比は、いずれも0.1〜30wt%であることが望まれる。
トリポリリン酸ナトリウム及びメタケイ酸ナトリウムのそれぞれの成分比が0.1 wt%未満になると、金属の腐食性や洗浄効果が現われにくい。
また、トリポリリン酸ナトリウム及びメタケイ酸ナトリウムが、除雪剤の組成物としてそれぞれ30wt%以上混合されると、主原料である塩化マグネシウムと岩塩の成分比が減り、除雪効果が落ちる恐れがある。また、解氷された水に飽和される量を超えた過飽和状態になり、濁度が高くなる恐れがある。
したがって、解氷された溶液が濁り、道路や除雪場所が汚れるという問題が発生する。
以下には、本発明の実施形態による除雪剤の製造方法について示す。
図1は、本発明の実施形態による除雪剤の製造方法を示すフローチャートである。
まず、図1を参照すると、破砕機に岩塩を投入し、粉砕する(S1)。
岩塩は、本発明により製造された除雪剤の主原料であり、粉砕された岩塩のサイズは7〜20mmが望まれる。
破砕機により破砕された岩塩の大きさが7mm未満になると、除雪車や除雪装置により散布する際、粒子のサイズ小さいがゆえに、飛散し、除雪が均一にならないことがある。
また、破砕された岩塩のサイズが20mmを超えると、除雪の際に残存物が多量生成され、除雪の効率が落ち、道路や除雪される場所が汚なくなることがある。
引き続き、一定のサイズに粉砕された岩塩を常温で熟成させる(S2)。
その際、岩塩の熟成期間は、24時間〜48時間であることが望まれる。
岩塩を熟成させる理由は、除雪剤に含まれる水分の含量を調節するためであり、水分の含量が多い場合には除雪剤の保管の際、外部条件によっては、水分が抜け除雪剤が固くなる恐れがある。また、水分の含量が少ないと、解氷に長時間を要し、微細ダストの発生可能性が高くなる。
よって、岩塩の熟成期間を常温で24時間以上維持し、除雪剤が固まることを防ぎ、48時間以下に維持することで、除雪剤の反応性が低下することを防ぐことができる。
次に、熟成段階を経た岩塩と塩化マグネシウムを撹拌機に投入し、1次撹拌する(S3)。
熟成を経た岩塩と塩化マグネシウムを、一定成分比で投入し、均一に1次混合できるよう撹拌する。
この際、1次混合による撹拌と同時に45℃ないし55℃の温度で熱風乾燥させることが望まれる。
本発明の主原料として使われる塩化マグネシウムは、塩化マグネシウム６水和物が使われており、塩化マグネシウム６水和物に含まれた水分を調節することは、岩塩の熟成の段階で述べたように、除雪剤が固まってしまうことや、除雪剤の反応性に重大な影響を及ぼす。
熱風乾燥の温度が45℃未満になると、塩化マグネシウム６水和物に含まれている水の分子の除去がほとんどできず、除雪剤の保管の際、固まるスピードが速くなる。また、熱風乾燥の温度が55℃を超すと、塩化マグネシウム６水和物の融解が起こり得る。
最後に、岩塩と塩化マグネシウムとの1次混合後、トリポリリン酸塩、メタ珪酸ソーダ及び尿素を投入し、撹拌を行うことで2次混合する(S4)。
主原料である岩塩及び塩化マグネシウムに、トリポリリン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及び尿素を混合することで、金属に対する腐食防止、洗浄効果及び植物の黄変防止を実現できる。
以下にて、実施例を通じ、本発明により製造された除雪剤について、より詳しく説明する。
<実施例1>
8mmの大きさに粉砕した岩塩を24時間熟成させてから、塩化マグネシウム・6水和物37wt%と岩塩60wt%を撹拌機に投入し、30分間撹拌した。
8mmの大きさに粉砕した岩塩を24時間熟成させてから、塩化マグネシウム・6水和物37wt%と岩塩60wt%を撹拌機に投入し、30分間撹拌した。
この際、撹拌の際に55℃の温度で熱風乾燥して、塩化マグネシウム・6水和物に含まれている水を除去し、混合した主原料に尿素1wt%とトリポリリン酸ナトリウム1wt% 及びメタケイ酸ナトリウム1wt%を撹拌機に投入し、10分間撹拌することで、除雪剤を製造した。
一方、本発明の製造方法で製造された除雪剤と、塩化カルシウムより製造された除雪剤（比較例；ドンヤン化学の塩化カルシウム(100wt%)）を水に溶かし、それぞれ濃度が0.5wt%の水溶液を作り、この水溶液をそれぞれ植木鉢に20mlずつ投与した。
経時による百日紅の変化状態を観察した結果、本発明の製造方法により製造された除雪剤では百日紅の葉のうち、少数の葉の端部のみが黄変する程度に止まり、比較例では百日紅の葉の大半が黄変し、枯れることが観察された。
<実施例2>
500mlの容器に水250mlを入れ、上記の実施例1と同じ組成の除雪剤を20g投入した。ここに金魚をそれぞれ1匹ずつ入れ、金魚の状態変化を観察した。
500mlの容器に水250mlを入れ、上記の実施例1と同じ組成の除雪剤を20g投入した。ここに金魚をそれぞれ1匹ずつ入れ、金魚の状態変化を観察した。
比較例として、塩化カルシウムで製造された除雪剤が投入された容器の金魚は、24時間以内に斃死し、腐敗し始めたが、本発明の製造方法により製造された除雪剤は、7日以上金魚が死なず生存していることを観察することができた。
よって、本発明の製造方法により製造された除雪剤は、植物や魚介類に被害を与えず、環境に貢献できることが分かった。
本発明は、たとえ限定された実施例と図面により説明しているものの、本発明はそのような例に限定されず、本発明が属する技術分野において、通常の知識を持つ者によって本発明の技術的考え方や以下に記される特許の請求範囲の均等範囲内において、さまざまな修正及び変形ができるということは勿論のことである。
Claims (7)
- 塩化マグネシウム20〜40wt%、粉砕した状態の岩塩45〜75wt%、尿素0.1〜20wt%、トリポリリン酸ナトリウム0.1〜30wt%及びメタケイ酸ナトリウム0.1〜30wt%からなることを特徴とする除雪剤。
- 塩化マグネシウム粉末20〜40wt%、岩塩粉末45〜75wt%、尿素粉末0.1〜20wt%、トリポリ リン酸ナトリウム粉末0.1〜30wt%及びメタケイ酸ナトリウム粉末0.1〜30wt%からなる混合 粉末であることを特徴とする除雪剤。
- 岩塩が7〜20mmの大きさに破砕したものであることを特徴とする請求項１または２に記 載の除雪剤。
- 尿素、トリポリリン酸ナトリウム及びメタケイ酸ナトリウムの含量の合計が3wt%であり 、塩化マグネシウム及び岩塩の含量の合計が97wt%であることを特徴とする請求項１〜３ のいずれかに記載の除雪剤。
- 破砕機に岩塩を投入し、粉砕する破砕の段階と、
粉砕された岩塩を熟成させる熟成の段階と、
前記熟成段階を経た岩塩及び塩化マグネシウムを撹拌機に投入して撹拌する第1混合段階と、
前記第1混合段階を経た混合物に、トリポリリン酸ナトリウム、メタケイ酸ナトリウム及び尿素を投入し、撹拌する第2混合段階とを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の除雪剤の製造方法。 - 前記第1混合段階にて、撹拌と同時に45℃〜55℃の温度で、熱風乾燥させることを特徴とする請求項５に記載の除雪剤の製造方法。
- 前記熟成段階は、24〜48時間熟成させるものであることを特徴とする請求項５または６に記載の除雪剤の製造方法。
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