NO343997B1

NO343997B1 - Isfjerning/antiising-fluider

Info

Publication number: NO343997B1
Application number: NO20065492A
Authority: NO
Inventors: Kevin L Simmons; John G Frye; Todd A Werpy; William D Samuels; Nicholas H Conkle; Sara F Kuczek; Bruce E Monzyk; Satya P Chauhan
Original assignee: Battelle Memorial Institute
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2006-11-28
Publication date: 2019-08-12
Also published as: CA2563638A1; WO2005105945A2; EP1743009B1; EP2261295A1; NO20065492L; CA2563638C; US20050087720A1; US7105105B2; EP1743009A2; EP2261295B1; WO2005105945A3

Description

Denne oppfinnelsen vedrører generelt sammensetninger for å fjerne is, snø og/eller frost ("frossen nedbør") fra overflater og/eller å forhindre at is dannes på overflater, og i særdeleshet isfjerning-/antiisingfluider.

Isfjerning/antiisingfluider benyttes på mange forskjellige overflater der frossen nedbør er et problem. Isfjerning omfatter påføring av et isfjerningsfluid på frossen nedbør som allerede er dannet for å fjerne den fra en overflate. Isfjerningsmidlet smelter den frosne nedbøren ved å senke dets frysepunkt. Antiising omfatter påføring av et antiisingfluid på overflaten før is er til stede, for derved å senke frysepunktet på all nedbør som kontakter overflaten og forhindrer den fra å bli til is. Noen fluider er nyttige for både isfjerning og antiising, mens andre er spesielt nyttige for det ene eller det andre.

Med en spesiell applikasjon benyttes isfjerning/antiisingfluider i luftfartsindustrien. Flyisingfluider (ADF) er formulert for å fjerne is, snø og frost fra de ytre overflatene på fly. Det er også formulert for å flyte lett fra flyoverflatene under avgang og å minimalisere effekter på aerodynamiske ytelser ved lave temperaturer. Rullebaneisfjerningsfluider (RDF) er formulert for å avise og antiise flyplassrullebaner og taksebaner. De penetrerer og bryter bindingen mellom pakket snø og is og rullebane/-taksebaneoverflaten, for således å lette fjerningen av den frosne akkumuleringen ved mekaniske midler. De reduserer også potensiale for isdannelse på rullebanen/-taksebanen.

Flyisfjerningsfluider er vanligvis sammensatt av vann, et frysepunktsenkende middel, og en tilsetningsstoffpakke. Det frysepunktsenkende midlet er typisk etylenglykol, dietylenglykol eller propylenglykol. Glykolbaserte fluider er effektive isfjerningsmidler, men de ansees ofte som å være miljøskadelige, spesielt dersom de påføres i store volumer. Som en konsekvens av dette er et behov for miljøvennlige isfjerning/-antiisingfluider som yter sammenlignbart med de glykolbaserte fluidene.

Tilsetningsstoffpakkene i flyisfjerningsfluider inkluderer vanligvis fuktemidler, pH-buffere, antioksidanter, antifellemidler, fargestoffer, skumdempende midler, og ved mange tilfeller korrosjonskontroll- og branninhibitorer. Fuktemidlene som velges for flyisfjerningsmidler er nonylfenoletoksylater slik som oktylfenoletoksylater og alkoholetoksylater. Nonylfenoletoksylatene er billigere, ikke-ioniske fuktemidler som reduserer overflatespenningen og som er karakterisert ved lavt skumpotensiale. En av deres nedbrytningsprodukter, nonylfenol, er imidlertid et kjent endokrinsprengmiddel og kunne utgjøre en fare for å motta vann fra et fly som er opptatt i flyisfjerningsoperasjoner. (Corsi, Steven R., et al., "Nonylphenol Ethoxylates and Other Additives in Aircraft Deicers, Antiicers, and Waters Receiving Airport Runoff," Environmental Science and Technology, Vol.37, nr.18, 2003, s 4031-4037.) Derfor ville det være fordelaktig å tilveiebringe forbedrete fuktemidler for isfjerning/antiisingfluider.

Flere patenter beskriver flyisfjerning/antiisingfluider som inneholder sorbitol og/eller glyserol som et frysepunktsenkende middel i stedet for et glykol. US patent nr.

6.129.857 til Sapienza beskriver for eksempel flyisfjerning/antiisingfluider som inneholder sorbitol, vann og andre ingredienser. US patentnr.5.993.684 til Back m.fl. beskriver flyisfjerningsfluider som inneholder glyserol, sorbitol og vann, og eventuelt materialer slik som fortykningsmidler, antioksidanter, pH-regulerende midler, stabilisatorer, biocider eller korrosjonsinhibitorer. Internasjonalt patentsøknadsnr. WO 01/29146 A1 til Westmark m.fl. beskriver flyisfjerningsfluider som inneholder glyserol, ikke-ionisk overflateaktivt stoff, polysakkaridfortykningsmiddel og vann. Det er fremdeles et behov for forbedrete isfjerning/antiisingfluider.

Denne oppfinnelsen vedrører et rullebaneisfjerning/antiisingfluid som omfatter:

fra omtrent 10 vekt-% til omtrent 90 vekt-% glyserol;

et fuktemiddel;

en antioksidant;

en buffer, slik at fluidet inneholder fra omtrent 0,02 vekt-% til 2 vekt-% monobasisk natriumfosfat og/eller kaliumfosfat og fra omtrent 0,02 vekt-% til 2 vekt-% dibasisk natriumfosfat og/eller kaliumfosfat;

fra omtrent 5 vekt-% til omtrent 70 vekt-% vann; og

et isfjerningssalt valgt fra kaliumacetat, natriumformat, natriumacetat, natriumklorid, kalsiumklorid og blandinger derav.

Forskjellige fordeler ved denne oppfinnelsen vil bli tydelige for en fagmann på området ut i fra den etterfølgende detaljerte beskrivelsen av de foretrukne utførelsesformene.

Denne beskrivelsen vedrører et ikke-toksisk isfjerning/antiisingfluid som definert i krav 1. Det er funnet at et fluid med ønskelige ytelsesegenskaper og fysikalske karakteristiske trekk kan frembringes ved å benytte et frysepunktsenkende middel i kombinasjon med en strømlinjet lavtoksisk tilsetningsstoffpakke. Fluidet trenger ikke alle tilsetningsstoffene som typisk benyttes i slike fluider for å oppnå den ønskede ytelsen.

Det ikke-toksiske isfjerning/antiisingfluidet passerer vanligvis isfjerningskravene for kommersiell og militær bruk. Fluidet imøtekommer vanligvis kravene til de følgende spesifikasjonene: AMS 1435B "Fluid, Generic, Deicing/Anti-Icing Runaways and Taxiways", publiserte i august 1999, og Boeing D6-17487 rev. P-test revidert 25. april 2003, eller en versjon av denne spesifikasjonen som kan bli oppdatert i fremtiden.

Isfjerning/antiisingfluidet er eksponentielt mindre toksisk enn tradisjonelle propylenglykol- og etylenglykolisfjerningsmidler. Fluidet har en LD50for tykkhodete småfisk som er større enn omtrent 10.000 mg/l, fortrinnsvis større enn omtrent 15.000 mg/l, mer foretrukket større enn omtrent 30.000 mg/l, og mest foretrukket større enn omtrent 50.000 mg/l. Den akvatiske toksisiteten bestemmes ved å benytte en tykkhodet småfisk 96-timers LD50som målt i henhold til OECD metodene 202 og 203 eller ekvivalenter. LD50er den høyeste konsentrasjonen hvorved 50% av fisken ikke overlever testperioden.

Det frysepunktsenkende midlet som benyttes i isfjerning/antiisingfluidet er glyserol eller blandinger av glyserol og en annen polyol valgt fra gruppen av kortkjedete polyoler med 3-5 karbonatomer, eller en blanding av slike polyoler. Disse inkluderer alle reduserte 3-5 karbonaldose- og ketosesukkeret. C4-polyolene er typisk erytritol og treitol, og C5-polyolene er typisk xylitol, ribitol, arabitol og pentaerytritol.

Ved noen utførelsesformer inkluderer fluidet en blanding av polyolene. Blandingen inkluderer fortrinnsvis glyserol i kombinasjon med en eller flere av de andre opplistede polyolene, slik som xylitol og pentaerytritol. Glyserolen frembringer den hovedsakelige frysepunktsenkende effekten, mens den andre polyolen frembringer primært en fortykningseffekt som hever ytelsen til sammensetningen når den anvendes som et fluid. Andre høyere molekylvektspolyoler, slik som sorbitol, kan også benyttes som fortykningsmidler, men for mye sorbitol kan være uønskelig når det gjelder å fremstille konsentrerte produkter. Noen fluider ifølge oppfinnelsen ekskluderer sorbitol.

Polyolene kan enten være biobaserte eller syntetiske. Biobaserte polyoler frembringes fra fornybare kilder slik som mais og maisbearbeidingsbiprodukter eller fra andre landbrukskilder. Syntetiske polyoler kan frembringes fra petroleumsraffinering og andre kjemiske prosesser. Polyolene er økonomisk og lett tilgjengelige i kommersielle mengder. Det er forventet at de polyolbaserte isfjerning/antiisingfluidene kan fremstilles billigere enn glykolbaserte isfjerningsmidler.

Polyolmengden som benyttes i fluidet er balansen etter addering av prosentene av fuktemiddel, antioksidant/konserveringsmiddel, vann, og enhver valgfri ingrediens. Isfjerning/ antiisingfluider inneholder fra omtrent 10 vekt-% til omtrent 90 vekt-% glyserol, og mer foretrukket fortrinnsvis fra omtrent 50% til omtrent 88%. Når fluidet inneholder glyserol i kombinasjon med en eller flere av de andre polyolene, inneholder fluidet fortrinnsvis fra omtrent 10% til omtrent 88% glyserol og fra omtrent 1% til omtrent 30% andre polyoler. Noen foretrukne fluider inkluderer glyserol som den eneste polymeren som inneholder fra omtrent 70 vekt-% til omtrent 90 vekt-% glyserol, og typisk fra omtrent 80% til omtrent 90%.

Isfjerning/antiisingfluidet inkluderer en eller flere fuktemidler. Når fluidet er ment for anvendelse på en metalloverflate er fuktemidlet fortrinnsvis en organofosforforbindelse. Vi har funnet at det foretrukne fuktemidlet for en slik overflate har uvanlige egenskaper: evnen til å frembringe en organisk fuktbar overflate, og ikke den konvensjonelle vannfuktbare overflaten ifølge teknikkens stand. De mest foretrukne organofosforforbindelsene er ikke-toksiske og bionedbrytbare organofosfater og organofosforsyrer med de generelle molekylstrukturene RR'R"P=O eller R'''R""P(=O)O-M+ og spesielt M+ saltene av syrene, der M+ kan være K+, NA+, H+, eller vannløselige ammoniumforbindelser, NHxR""y<+>, der x+y=4, og x eller y kan strekke seg fra 0-4. Disse forbindelsene er kollektivt kjent som organofosfater, og spesielt som fosfatestere, organofosforsyresalter, fosfonater, fosfinsyreestere og salter etc. Det skal bemerkes at saltet kan tilsettes som et salt eller dannes in situ ved tilsetning av morsyren og en egnet base. For disse strukturene er alle "R"-gruppene (dvs.

R,R',R",R''' og R"") alkyl, lineær eller forgrenet, og fortrinnsvis fri for alle aromatiske grupper, da medlemmer av slike grupper kan danne endokrinsprengningsforbindelser og kan være langsomt bionedbrytbare. Foretrukket er forbindelser som inneholder kombinasjoner av R,R',R'',R''' og R'''' alkylgrupper med totalt karbontall pr. molekyl på en til 30 karbonatomer og der hver R-gruppe kan inneholde fra null til 18 karbonatomer. Rettkjedete lengder av C10-C18 er minst foretrukket på grunn av at de er tilbøyelige til å skumme. Forbindelser av slik lengde benyttes best i fortynnede mengder, spesielt under deres kritiske micelle konsentrasjon (CMC), kombinert med andre organofosforforbindelser med forskjellig struktur, og/eller kombinert med forgrenede alkylgrupper i det samme molekylet. Også inkludert er forbindelse der alkylgruppen er bundet til P-atomet enten direkte (C-P binding), eller via et oksygenatom (dvs. C-O-P-bindinger). Disse alkyl "R"-gruppene behøver ikke å være like men er ofte det for enkelhet ved fremstilling. Eksempelforbindelser er tilveiebrakt nedenfor. Blandinger av slike forbindelser er like effektive og kan gi en ønsket blanding av egenskaper mens kostnadene minimaliseres. Polyfosfater, slik som metafosfatestere, og estere av "fosforaktig glass" er andre organofosforbindelser som er egnet for bruk som fuktemiddel.

Selv om de ikke ønsker å være bundet av noen teori, ser den fornemmede virkningsmåten til organofosforbindelsene ut til å gjøre bruk av tilbøyeligheten til disse forbindelsene mot P-O-M bindingsdannelse, der O-M står for et metaloverflateoksid, for eksempel P-O-A1 (III) eller P-O-Zn (II) eller P-O-Fe (III). Slike bindinger er tilstrekkelig svake til kun å opptas på metaloksidoverflater. Bindingene etser ikke metalloverflater og er ikke permanente, slik at overflatene lett kan vaskes for forbindelsene ved normal vasking. Det er viktig at organofosforforbindelsene holder seg tett nok fast til metalloverflaten til å fortrenge bundet vann, for derved å forhindre nukleinering av vedheftede iskrystaller, og således erstatte den hydrofile overflaten med en hydrofoboverflate på grunn av de utstående "R" gruppene som er bundet til fosforet, dvs.,

Aluminiummetall (AlO)-aluminiumoksyhydroksid (AlOOH) lag-H2O film-IS

R'''R''''P(=O)O-M<+>i glyserol

Aluminiummetall (AlO)-aluminiumoksyhydroksid (AlOOP(=O)R'''R'''')-glyserol

der AlO fremstiller en hovedaluminiumlegeringsoverflate (normalt aluminiumkobberlegeringer), og AlOOH fremstiller den oksiderte aluminiumsfilmen som er til stede på alle aluminiumsoverflater. Streken, det vil si "-" illustrerer to tilstøtende bundede lag. Lignende ligninger kunne vært skrevet for andre metaller slik som kobber, jern og sink. Den ovennevnte ligningen illustrerer hvordan en isdannende vannfilm fortrenges av organofosforbindelsen, hvilket gjør overflaten hydrofobisk og derfor fortrinnsvis fuktbar med glyserolen, eller en annen vannløselig frysepunktsenkende alkohol slik som etylenglykol, propylenglykol eller sorbitol. Disse forbindelsene er kjent for å vise noe hydrofobisk karakter. Følgelig er anvendelsen av organofosforforbindelsen som fuktemiddel anvendelig for en hvilken som helst isfjerning/antiisingfluid som inneholder et frysepunktsenkende middel, slik som en alkohol, med minst noe hydrofobisk karakter.

Egnede eksempler på fosfororganiske forbindelser som er egnet for anvendelse som fuktemiddel er beskrevet nedenfor. Slike forbindelser kan benyttes som det eneste fuktemidlet i formuleringen, eller de kan kombineres i blandinger med andre organofosforforbindelser eller andre typer fuktemidler.

(1) Fosfonsyrer og deres salter, slik som 2-etylheksyl 2-etylheksylfosfonsyre (Daihachi Chemical produkt PC-88A), også henvist til som dietylheksylfosfonsyre eller DEHPA på kort form, dvs.,

der n-Bu angir den normale (rettkjedete) butylalkylgruppen, og Et angir en etylgruppe. M ble definert tidligere.

(2) Di(n-butyl) n-butylfosfonatester (Daihachi Chemical produkt PC-44), C4H9P(O) (OC4H9)2og dets første og andre hydrolyseprodukter alkylfosfonatestere.

(3) Tri(n-butyl) fosfat (TBP): (n-C4H9O)3P=O.

(4) Di(isodecyl)fosfonsyre (Daihachi Chemical produkt DP-10R)

(b-C10H21O)2P (O) O-M<+>

der "b" angir forgrenet alkylstruktur.

(5) Bis(2,4,4-trimetylpentyl)fosfinsyre (Cytec Company product Cyanex® 272): (CH3C(CH3)2CH2CH CH3CH2)2P (=O) O-M<+>.

(6) Tri(n-butyl) fosfinoksid (Cyanex 923): (n-C4H9)3P=O.

(7) En blanding av 4-trialkylfosfinoksider, dvs.,

R3P (O)

R2R'P (O)

RR'2P (O)

R'3P (O)

der R = [CH3(CH2)7] normaloktyl og R' = [CH3(CH2)5] normalheksyl.

(10) Trioktylfosfinoksid (TOPO, Cyanex 921): R3P (O), der R = [CH3(CH2)7].

(11) Di- og monoalkylfosfater av fosforsyre og deres salter. Mest foretrukket i denne gruppen er di(2-etylheksyl)fosforsyre og dets salter, dvs.,

[n-BuC(Et)HCH2O]2P(=O)O-M<+>

der n-Bu angir den normale (rettkjedete) butylalkylgruppen, og Et angir en etylgruppe. M er definert tidligere.

Organofosforforbindelsene har uventede fuktemiddelegenskaper uten bivirkninger vedrørende skumming for de fleste fuktemidler. Organofosforforbindelsene er enten ikke-skummende eller lavt skummende (der bobler kollapser hurtig).

Organofosforforbindelser slik som DEHPA er ikke tidligere kjent for bruk som fuktemidler; DEHPA benyttes typisk som et løsningsmiddel i produkter slik som hydrauliske fluider og metallekstraktanter.

Andre fuktemidler som er egnet for bruk i isfjerning/antiisingfluidet inkluderer i praksis et hvilket som helst av de ikke ioniske, anioniske, kationiske og amfotære (zwitterioniske) fuktemidlene som er kjent innenfor fagområdet. De ikke-ioniske fuktemidlene er foretrukne. Noen ikke-begrensende eksempler på egnede ikke-ioniske fuktemidler er: fett- eller oksoalkoholpolyetylenglykoletere (C16eller lavere, C6eller lavere foretrukket); etylenoksidpropylenoksidpolymerer (C80eller lavere, C2eller lavere foretrukket); fettalkoholpolyglykoletere (C18eller lavere, C8eller lavere foretrukket); polyetoksylater slik som polyoksyetylenetere; polypropyloksylater slik som polyoksypropylenetere; sukkerbaserte fuktemidler slik alkylglykosider (f. eks. alkylbenzen og terbutoksyetanol); etere av C1til C8polyetylenoksid gjentakende enheter med 2 til 50 polyetylenoksidenheter (lavkarbonalkylgruppe og noe høyere karbonetoksylatgruppe foretrukket); polyvinylalkoholer med MW 1000-10.000; og polyvinylpyrrolidoner. Fortrinnsvis inneholder isfjerning/antiisingfluidet ikke noen alkylfenoletoksylater (C12eller lavere), slik som nonylfenoletoksylatene som er endokrinsprengmidler.

Ved en spesiell utførelsesform inkluderer isfjerning/antiisingfluidet et frysepunktsenkende middel som beskrevet over, en antioksidant, og en eller flere ikke-ioniske fuktemidler valgt fra polyoksyalkyleneterne. Noen egnede polyoksyalkylenetere er etere med C12til C18alkoholer med polyetylenoksid gjentagende enheter på 2 til 100 polyetylenoksidenheter. Slike fuktemidler inkluderer for eksempel Brij<TM>seriene for fuktemidler som fremstilles av ICI (f. eks. Brij 30, 35, 52, 56, 58, 72, 76, 78, 92, 97, 98 og 700). Brij 35 er polyoksyetylenlauryleter, 718 midlere molekylvekt, med den kjemiske formelen: CH3(CH2)11(CH2CH2O)xH, der x i gjennomsnitt er 23. Når polyoksyalkylenetrene benyttes, kan det være ønskelig å inkludere et antiskummingsmiddel i fluidet for å redusere nivået av og oppholdstiden av skum som genereres under spraypåføring. Ved noen påføringer hvorved enhver skumming er uønsket av estetiske eller andre grunner, er det vanligvis foretrukket å ekskludere anvendelsen av polyoksyalkylenetrene.

Fluidet kan inneholde en hvilken som helst egnet mengde av fuktemiddel. Fortrinnsvis inneholder fluidet fra omtrent 0,01 vekt-% til omtrent 0,5 vekt-% fuktemiddel, og mer foretrukket fra omtrent 0,05% til omtrent 0,2%.

Fluidet kan inneholde en eller flere antifellemidler dersom fremstilling eller fortynning av fluidet utføres med hardt vann. Anvendelsen av destillert/avionisert vann eliminerer behovet for et antifellemiddel. Noen eksempler på egnete antifellemidler inkluderer natriumtripolyfosfat, EDTA (etylendiamintetraeddiksyre), og andre organiske polyacetater som er i stand til å danne komplekser av pluss to-metallkationer (M<2+>) som finnes i hardt vann.

Isfjerning/antiisingfluidet inkluderer også et eller flere materialer som virker som antioksidanter, som også kan virke som konserveringsmidler. Noen ikke begrensende eksempler på egnete antioksidanter er salter av umettede karboksylsyrer med 4 til 18 karbonatomer. Ved en foretrukken utførelsesform inkluderer fluidet et frysepunktsenkende middel som beskrevet over, et fuktemiddel, og et materiale av næringsmiddelkvalitet som virker som en antioksidant og/eller et konserveringsmiddel. Det var ikke åpenbart på forhånd å benytte et materiale av næringsmiddelkvalitet i en ikkenæringsmiddel applikasjon (isfjerning/antiisingfluidene). Det var også nødvendig å bestemme hvilke materialer med næringsmiddelkvalitet som ville gå i oppløsning og gi de ønskede antioksidant- og/eller konserveringsmiddelfordelene.

Et hvilket som helst egnet materiale av næringsmiddelkvalitet med de ønskede løselighets og antioksidant- og/eller konserveringsmiddelegenskaper kan benyttes, slik som natriumsorbat, kaliumsorbat eller et umettet triglyserid slik som maisolje, bomullsfrøolje, linfrøolje eller treolje. Tokoferoler kan også benyttes; disse er naturlige produkter som er til stede i soyaolje og andre naturlige produktoljer. Kaliumsorbat og natriumsorbat gir svært effektivt antioksidasjonsbeskyttelse. Om ønskelig kan natriumsorbat fremskaffes ved å tilsette en ekvimolar blanding av sorbinsyre og natriumbikarbonat som reagerer for å danne en natriumsorbat. Benzoidsyre og dets salter (f. eks. alkalimetallsalter) er nyttige som konserveringsmidler i isfjerning/-antiisingfluidene. Noen materialer av næringsmiddelkvalitet slik som askorbinsyre, sitronsyre og BHT ble funnet å være utilstrekkelige i deres antioksidanteffekt og/eller løselighet.

Fluidet kan inneholde en hvilken som helst egnet mengde av materiale som virker som en antioksidant og/eller konserveringsmiddel. Fluidet inneholder fortrinnsvis fra omtrent 0,01 vekt-% til og omtrent 1 vekt-% av materialet, og mer foretrukket fra omtrent 0,05% til omtrent 0,2%.

Isfjerning/antiisingfluidet inkluderer en eller flere buffere for pH-kontroll. Fluidet kan ha enhver egnet pH, vanligvis fra omtrent 3,5 til omtrent 9, og typisk fra omtrent 6 til omtrent 9. Noen ikke begrensende eksempler på egnete buffere inkluderer: fosfatsalter, pyrofosfater, metafosfater, karbonsyre og dets salter, adipinsyre og dets salter, maleinsyre og dets salter, og askorbinsyre og dets salter, der saltene typisk er Na<+>, K<+>eller NH4<+>.

Ved en utførelsesform inkluderer fluidet et frysepunktsenkende middel som beskrevet over, et materiale som virker både som en buffer og et frysepunktsenkende middel, og vann. Materialet forbedrer fortrinnsvis også den termiske stabiliteten til fluidet. Et hvert egnet materiale med disse egenskapene kan benyttes, f. eks. visse av fosfatsaltene, et særskilt eksempel er en blanding av monobasisk natriumfosfat og dibasisk natriumfosfat, slik som monohydrat, monobasiske og heptahydrat dibasiske natriumfosfater.

Fluidet kan inneholde enhver egnet mengde av bufferen eller buffer/frysepunktsenkende middel. Fluidet inneholder fra omtrent 0,02 vekt-% til omtrent 2 vekt-% monobasisk natriumfosfat og/eller kaliumfosfat og fra omtrent 0,02 vekt-% til omtrent 2 vekt-% dibasisk natriumfosfat og/eller kaliumfosfat, mer foretrukket fra omtrent 0,3 vekt-% til omtrent 1,5 vekt-% monobasisk natrium-/kaliumfosfat og fra omtrent 0,3 vekt-% til omtrent 1,5 vekt-% dibasisk natrium-/kaliumfosfat.

Isfjerning/antiisingfluidet kan eventuelt inkludere en eller flere antimikrobielle midler. Noen ikke begrensende eksempler på egnete antimikrobielle midler inkluderer: natriumazid; kvarternære ammoniumforbindelser (f. eks.2-metyl-4,5-trimetylen-4-isotizolin-3-on;n-alkyldimetylbenzylammonium X<->[der alkylkarbontallet er C12-18]; nalkyltrimetylammonoium X<->[der alkylkarbontallet er C12-18]; dialkyldimetylammonium X<->[der alkylkarbontallet er C12-18]; oktyldesyldimetylammonium X<->[der X<->er Cl-, Br-, I3-, HCO3-, CO3<2->, fosfater, fosfonater, OH, karboksylater, polykarboksylater]); M<+>-benzoater (der M<+>er Na<+>, K<+>, NH4<+>); alkyldimetylbenzylammoniumklorider; og alkyldimetylbenzyl/etylbenzylammoniumklorider.

Ved en annen utførelsesform ifølge oppfinnelsen inkluderer isfjerning/antiisingfluidet et frysepunktsenkende middel som beskrevet over, i kombinasjon med en vinylpyrrolidonpolymer med en molekylvekt på mellom omtrent 10.000 og omtrent 700.000, og vann. Med "vinylpyrrolidonpolymer" menes en homopolymer eller en kopolymer av vinylpyrrolidon, eller et derivat derav. Egnede derivater av vinylpyrrolidonpolymer kan inkludere alkylpolyvinylpyrrolidoner, 2-metyl. Fortrinnsvis er vinylpyrrolidonpolymeren polyvinylpyrrolidon.

Vinylpyrrolidonpolymeren har en molekylvekt på mellom omtrent 10.000 og omtrent 700.000, og fortrinnsvis ikke mer enn omtrent 360.000. Det antas at høyere molekylvektsvinylpyrrolidonpolymerer kan frembringe isfjerning/antiisingfluider med mindre ønskelig egenskaper, i særdeleshet for rullebaneisfjerning.

Isfjerning/antiisingfluidet kan inneholde en hvilken som helst egnet mengde av polyvinylpyrrolidonpolymeren. Fluidet inneholder typisk omtrent 5% eller mindre vinylpyrrolidonpolymer, og vanligvis mellom omtrent 0,01% og omtrent 3%.

Vinylpyrrolidonpolymeren virker fordelaktig ofte som både et fortykningsmiddel og et fuktemiddel i fluidet. Som en konsekvens av dette kan et fluid med ønskelige egenskaper fremstilles ved å benytte et minimalt antall ingredienser. Eventuelt kan fluidet imidlertid også inneholde andre ingredienser slik som en antioksidant/ konserveringsmiddel og/eller et andre fuktemiddel.

Isfjerning/antiisingfluidet inkluderer også vann. Med "vann" menes en hvilken som helst type vandige løsningsmiddel. Fluidet kan formuleres som et klar-til-bruk (RTU) fluid som ikke krever fortynning før bruk, eller det kan formuleres som et konsentrert fluid som vil fortynnes av brukeren ved tilsetning av vann. Klar-til-bruk fluider inkluderer vanligvis vann i en mengde på fra omtrent 15 vekt-% til omtrent 70 vekt-%, og typisk fra omtrent 15% til omtrent 50%. Det bør bemerkes at prosentene av andre materialer hitover er basert på et klar-til-bruk fluid. Konsentrerte fluider inkluderer vanligvis vann i en mengde på fra omtrent 5 vekt-% til omtrent 40 vekt-% og typisk fra omtrent 10% til omtrent 30%. Prosentene av andre materialer i fluidet øker når prosenten av vann reduseres.

Ved en annen utførelsesform vedrører oppfinnelsen et konsentrert isfjerning/ antiisingfluid som inkluderer et frysepunktsenkende middel som beskrevet over, vann, og en vinylpyrrolidonpolymer med en molekylvekt på mellom omtrent 10.000 og omtrent 700.000. Anvendelsen av vinylpyrrolidonpolymeren i fluidet muliggjør et effektivt, høykonsentrert fluid. Vinylpyrrolidonpolymeren kan være løselig med svært lite vann, og den kan således benyttes i stedet for ingredienser som krever en stor mengde vann for å oppløses, slik som sorbitol eller xylitol. Det konsentrerte fluidet inneholder vanligvis omtrent 5% til omtrent 20% vann, og typisk fra omtrent 10% til omtrent 20%. Ved noen foretrukne utførelsesformer inneholder det konsentrerte fluidet fra omtrent 80% til omtrent 88% glyserol, fra omtrent 0,5 %, til omtrent 3% vinylpyrrolidonpolymer, og fra omtrent 10% til omtrent 20% vann. Det konsentrerte fluidet inneholder også en antioksidant og et fuktemiddel.

Isfjerning/antiisingfluidet kan benyttes i en hvilken som helst applikasjon som krever isfjerning og/eller antiising. Ved noen utførelsesformer benyttes fluidet for fjerning av, og/eller tidsbegrenset beskyttelse mot, frostavsetninger, is og/eller snø på kjørebane/-rullebaneoverflater. Fluidet påføres vanligvis via et kommersielt isfjerning/antiisingformidlersystem på overflaten ved et trykk og strømningshastighet som er normal for den tiltenkte bruk.

I tillegg kan fluidet også benyttes for andre antiising/isfjerningsapplikasjoner. Vanlige applikasjoner ville inkludere overflater på for eksempel flyplassfortau, kjørebaner, broer, innganger, elektriske tårnstrukturer og deres komponenter, elektrisitetsoverføringslinjer, kanaler, lokk, beholdere, nautiske komponenter, jernbanesporvekslere, og motorkjøretøyer. I tillegg kan fluidet benyttes i applikasjoner slik som fuglebad, utendørsfontener, dekorative dammer og andre utendørsarealer der vannfrysing ville være estetisk eller funksjonelt uakseptabelt. I disse applikasjonene kan fluidet forhindre at vann fryser i løpet av vinteren i kalde klimaer med redusert biologisk risiko for dyreliv eller husdyr. Isfjerning/antiisingfluidet kan også være nyttig ved noen innendørsapplikasjoner for å fjerne is eller forhindre dannelse derav.

Følgende er noen eksempler og referanseeksempler på isfjerning/antiisingfluider i henhold til oppfinnelsen. De eksemplifiserte fluidene er i særdeleshet egnet for bruk som flyisfjerningsfluider, men de kunne også anvendes for andre isfjernings-/ antiisingsapplikasjoner.

Konsentrerte flyisfjerningsfluider:

Første konsentrerte ADF (Referanseeksempel)

% område % foretrukket Kjemikalie

70 - 90% 82% Glyserol, 99%

0,01 – 1,0% 0,05% DEHPA

0,01 – 1,0% 0,077% Benzosyre

0,02 – 2,0% 0,90% KH2PO4monobasisk

0,02 – 2,0% 0,60% K2HPO4.7H2O dibasisk

10 – 20% 15,5% Vann

0,05 – 0,1% spor Næringsmiddelfarge

0,01 – 3,0% 0,96 Polyvinylpyrrolidon, molekylvekt 360.000 Dalton

Andre konsentrerte ADF (Referanseeksempel)

% område % foretrukket Kjemikalie

70 -90% 82% Glyserol, 99%

0,01 – 1,0% 0,096% Brij® 35

0,01 – 1,0% 0,077% Sorbinsyre

0,01 – 1,0% 0,058% KHCO3

0,02 – 2,0% 0,90% KH2PO4.H2O

0,02 – 2,0% 0,60% K2HPO4.7H2O

0,01 – 1,0% 0,05% Antiskummingsmiddel

10 – 20% 15,3% Vann

0,05 – 0,1% spor Næringsmiddelfarge

0,01 – 3,0% 0,96 Polyvinylpyrrolidon, molekylvekt 360.000 Dalton

Klare til bruk flyisfjerningsfluider

Første RTU ADF (Referanseeksempel)

% område % foretrukket Kjemikalie

10 – 80% 73,3% Glyserol, 99%

0,01 – 1,0% 0,096% Brij® 35

0,01 – 1,0% 0,077% Sorbinsyre

0,01 – 1,0% 0,058% NaHCO3

0,02 – 2,0% 0,48% NaH2PO4.H2O monobasisk

0,02 – 2,0% 0,98% Na2HPO4.7H2O dibasisk

0,01 – 1,0% 0,05% Ikke silikat antiskummingsmiddel

15 – 70% 24% Vann

0,05 – 0,1% spor Næringsmiddelfarge

0,01 – 3,0% 0,96 Polyvinylpyrrolidon, molekylvekt 360.000 Dalton Andre RTU ADF (Referanseeksempel)

% område % foretrukket Kjemikalie

10 – 70% 60,35% Glyserol, 99%

1 – 25% 6,04% Xylitol

0,01 – 1,0% 0,095% Brij® 35

0,01 – 1,0% 0,076% Sorbinsyre

0,01 – 1,0% 0,057% NaHCO3

0,02 – 2,0% 1,17% NaH2PO4.H2O monobasisk

0,02 – 2,0% 1,18% Na2HPO4.7H2O dibasisk

15 – 70% 31% Vann

0,05 – 0,1% spor Næringsmiddelfarge

Tredje RTU ADF (Referanseeksempel)

% område % foretrukket Kjemikalie

10 – 80% 50% Glyserol, 99%

2 – 9% 9% Sorbitol, 70%

0,01 – 1,0% 0,05% Brij® 35

0,01 – 1,0% 0,04% Sorbinsyre

0,01 – 1,0% 0,03% NaHCO3

0,02 – 2,0% 0,02% NaH2PO4.H2O monobasisk monohydrat

0,02 – 2,0% 0,02% Na2HPO4.7H2O dibasisk heptahydrat

0,01 – 1,0% 1% Ikke-silikat antiskummingsmiddel

15 – 70% 40% Vann

0,05 – 0,1% spor Næringsmiddelfarge

De ovennevnte fluidene er svært ikke-toksiske. I særdeleshet har det tredje fluidet en LD50(tykkhodet småfisk) på 58.000 mg/L. Isfjerning/antiisingfluider ifølge oppfinnelsen antas å være vesentlig mindre toksisk enn tidligere kjente isfjerningsmidler.

Den følgende tabellen lister opp noen forskjellige formuleringer av flyisfjerningsfluider, som er Referanseeksempler (mengdene som er vist er vektprosenter). De siste fire fluidene er konsentrerte mens de andre er klar-til-bruk.

De ovenfor opplistede formuleringene kan også inneholde et fargestoff i en hvilken som helst egnet mengde, vanligvis ekvivalent med omtrent 0,01 prosent.

Den følgende tabellen lister opp noen forskjellige klar-til-bruk flyisfjerningsfluidformuleringer, som er Referanseeksempler (mengdene som er vist er vektprosenter).

Isfjerning/antiisingfluidet er egnet for anvendelse som et rullebaneisfjerningsfluid (RDF), for isfjerning og antiising av flyplassrullebaner og taksebaner. Det kan imidlertid også anvendes for andre isfjernings-/antiisingsapplikasjoner, slik som for isfjerning av veier og bruer. En egnet RDF vil vanligvis imøtekomme både ytelse- og materialkompatibilitetskriteriene som er skissert i ASTM 1435A og Boeing-17487 rev. P. test, eller versjoner av disse spesifikasjonene som kan bli oppdatert i fremtiden. RDF imøtekommer vanligvis frysepunktspesifikasjonen som er definert i AMS 1435B "Fluid, Generic, Deicing/Anti-Icing Runways and Taxiways", publisert i august 1999, og kadmiumkorrosjonstesten definert i Boeing D6-17487 rev. P. test revidert 25. april 2003, eller versjoner av disse spesifikasjonene som kan oppdater i fremtiden.

RDF omfatter glyserol, en eller flere buffere, en eller flere antioksidanter og vann. RDF inkluderer også et isfjerningssalt og kan også inkludere en annen polyol frysepunktsenkende middel, for å erstatte en del av glyserolen. Polyolen kan være en 3-5 karbonpolyol som beskrevet over, eller den kan være en annen polyoltype slik som glykol. RDF kan også eventuelt inkludere fortykningsmiddel. RDF inkluderer også et fuktemiddel. RDF formuleres fordelaktig til å bli svært ikke-toksisk og ikke-korrosivt mens det samtidig imøtekommer de ovennevnte spesifikasjonene.

Ingrediensene kan være i en hvilken som helst mengde som er egnet for å oppnå de ønskede spesifikasjonen. RDF inneholder vanligvis fra omtrent 20 vekt-% til omtrent 90 vekt-% glyserol. En klare-til-bruk RDF inneholder typisk fra omtrent 20% til omtrent 60% glyserol, mens en konsentrert RDF typisk inneholder fra omtrent 70% til omtrent 90% glyserol.

RDF inneholder vanligvis ikke mer enn omtrent 35% av isfjerningssaltet og/eller annet polyolfrysepunktsenkende middel. Ved noen utførelsesformer inneholder det fra omtrent 15% til omtrent 35% av et isfjerningssalt. Isfjerningssaltet som benyttes er kaliumacetat, natriumformat, natriumacetat, natriumklorid, kalsiumklorid eller blandinger derav.

Bufferne for bruk i RDF er valgt for å oppnå den ønskede pH mens det fremdeles imøtekommer de ønskede spesifikasjonene; ikke en hvilken som helst buffer vil virke.

Antioksidantene for bruk i RDF er valgt for å oppnå de ønskede egenskapene mens det fremdeles imøtekommer de ønskede spesifikasjonene; ikke et hvilket som helst materiale vil virke. Antioksidanten er fortrinnsvis valgt fra gruppen av tidligere diskuterte AFD antioksidanter.

Om nødvendig kan et hvilket som helst egnet fortykningsmiddel benyttes i fluidet; men noen utførelsesformer er fortykningsmidlet valgt fra xylitol, polyvinylpyrrolidon, høyfruktosesirup eller blandinger derav. Fluidet inneholder typisk fra omtrent 0,05 vekt-% til omtrent 15 vekt-% fortykningsmiddel, dersom fortykningsmiddel er tilsatt.

Det eventuelle fuktemidlet kan være et hvilket som helst fra de som er beskrevet over, slik som DEHPA eller Brij-35, typisk i en mengde på fra omtrent 0,05 vekt-% til omtrent 15 vekt-% fortykningsmiddel.

En klar-til-bruk RDF inkluderer vanligvis fra omtrent 15 vekt-% til omtrent 70-vekt-% vann, og en konsentrert RDF inkluderer vanligvis fra omtrent 5% til omtrent 40% vann.

I de følgende er det noen Referanseeksempler, og eksempler på rullebaneisfjerningsfluider ifølge oppfinnelsen:

Rullebaneisfjerningsfluid (Referanseeksempel)

% område % foretrukket Kjemikalie

80 – 85% 82,0 % Glyserol, 99%

0,02 – 2,0% 0,85 % K2HPO4

0,02 – 2,0% 0,55% K3PO4

0,01 – 1,0% 0,05% Benzosyre

10 – 15% 24% Vann

I henhold til bestemmelsene i patentvedtektene har prinsippet og driftsmåten ifølge denne oppfinnelsen blitt beskrevet ved dens foretrukne utførelsesformer.

Claims

Patentkrav

1.

Rullebaneisfjernings-/antiisingfluid, k a r a k t e r i s e r t v e d at det omfatter: fra omtrent 10 vekt-% til omtrent 90 vekt-% glyserol;

et fuktemiddel;

en antioksidant;

fra omtrent 5 vekt-% til omtrent 70 vekt-% vann; og

2.

Rullebaneisfjerningsfluid ifølge krav 1, der isfjerningssaltet er til stede i rullebaneisfjernings/antiisingfluidet i en mengde på ikke mer enn omtrent 35 vekt-%.

3.

Rullebaneisfjerningsfluid ifølge krav 1, som omfatter fra omtrent 20 vekt-% til omtrent 60 vekt-% glyserol.

4.

Rullebaneisfjerningsfluid ifølge krav 1, der fuktemidlet omfatter en organofosforforbindelse.

5.

Rullebaneisfjerningsfluid ifølge krav 1, som i tillegg omfatter et fortykningsmiddel.

6.

Rullebaneisfjerningsfluid ifølge krav 5, der fortykningsmidlet er valgt fra xylitol, polyvinylpyrrolidon, høyfruktosesirup eller blandinger derav.