PT1994113E

PT1994113E - Dispositivo de degelo/antigelo em aeronáutica

Info

Publication number: PT1994113E
Application number: PT07712912T
Authority: PT
Inventors: Foster Ross
Original assignee: Kilfrost Ltd
Priority date: 2006-03-15
Filing date: 2007-03-15
Publication date: 2012-02-14
Also published as: US20090085004A1; CY1112592T1; CA2645659A1; PL1994113T3; EP1994113B1; WO2007104996A1; SI1994113T1; ES2377013T3; GB0605235D0; NO20083943L; US7875202B2; CA2645659C; EP1994113A1; RU2008136682A; ATE532840T1; CN101443430A; DK1994113T3; RU2495071C2

Description

ΡΕ1994113 1 DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO DE DEGELO/ANTIGELO EM AERONÁUTICA"

Esta invenção refere-se a um dispositivo de degelo/antigelo em aeronáutica e, particularmente, a um dispositivo de degelo/antigelo em aeronáutica para uso a baixas temperaturas.

Dispositivo de degelo/antigelo pretende significar uma formulação que remove água congelada e/ou evita a formação de água congelada. Métodos para a remoção de água congelada (gelo, neve, geada e afins) das superfícies, e para a prevenção da sua formação sobre uma aeronave são bem conhecidos na técnica. Em geral as composições químicas, designadas por dispositivos de degelo e antigelo, conseguem-no ao diminuir o ponto de congelação da água. Dispositivos simples de degelo e antigelo incluem sais de cloreto tais como sódio, cálcio ou potássio.

Um uso muito importante de dispositivos de degelo e antigelo encontra-se na indústria da aeronáutica, porque a formação de gelo ou neve sobre um avião pode ser catastrófica. Como resultado, as exigências quanto a dispositivos de degelo e antigelo para a aviação são particularmente severas. 0 dispositivo de degelo/antigelo deve remover o gelo das superfícies da aeronave 2 ΡΕ1994113 eficientemente e evitar a sua reformação durante tanto tempo quanto possível e também fluir eficientemente da aeronave durante a descolagem, de maneira a não prejudicar as propriedades aerodinâmicas da aeronave. 0 uso de sais inorgânicos e orgânicos tais como cloretos de metal alcalino e acetatos, respectivamente, para este fim é inaceitável porque estes corroem as superfícies metálicas. Consequentemente, soluções aquosas de glicóis, particularmente etilenoglicol e 1,2-propilenoglicol têm sido extensivamente utilizados.

Os dispositivos de degelo e antigelo são definidos em termos do "tipo" de fluido. Os dispositivos de degelo e antigelo de Tipo I compreendem, tipicamente, quer etilenoglicol quer 1,2-propilenoglicol, água, inibidores de corrosão, surfactantes e reguladores de pH e usualmente evitam agentes espessantes. A aspersão de dispositivos de degelo e antigelo de tipo I sobre as superfícies da aeronave a temperaturas que rondam 65-80°C antes da descolagem remove o gelo eficazmente (Chemical and Engineering News, 1 de Janeiro, 2001, Volume 79, Número 1, p. 30) . Contudo, o período em que estes dispositivos de degelo e antigelo evitam que o gelo volte a formar-se (o tempo de espera de degelo) é curto - testes pela AEA (Association of European Airlines) recomendam tempos de espera de apenas 3 minutos para dispositivos de degelo e antigelo de tipo I em condições de chuva de congelação, e 20 minutos em condições de formação de geada (EP 0 646 3 ΡΕ1994113 634) .

Se for necessário um tempo de espera de degelo mais longo, um processo de degelo de dois passos é frequentemente utilizado, envolvendo a aplicação inicial de um dispositivo de degelo/antigelo de tipo I como atrás referido e a subsequente aplicação de um dispositivo de degelo/antigelo de tipo II (ou III ou IV) . Um dispositivo de degelo/antigelo de tipo II (ou III ou IV) contém, além de glicol, água, surfactante, regulador do pH e inibidor de corrosão, um agente espessante. Este agente espessante melhora o tempo de espera de degelo dos testes do dispositivo de degelo/antigelo pela AEA (Association of European Airlines) que recomenda tempos de espera de 30 minutos para dispositivos de degelo e antigelo de tipo II em condições de chuva de congelação, e de 240 minutos em condições de formação de geada (EP 0 646 634) .

Um dispositivo de degelo/antigelo contendo etilenoglicol pode ser usado a temperaturas tão baixas como -40°C, pois ainda flui eficazmente da aeronave a estas temperaturas. Contudo, como é prejudicial para os mamíferos (Sigma-Aldrich, Handbook of Chemicals and Laboratory Equipment), o uso de etilenoglicol é desencorajado.

Em consequência, o essencialmente inofensivo 1,2-propilenoglicol é favorecido como um dispositivo de degelo/antigelo em aeronáutica. Contudo, o 1,2-propilenoglicol só pode ser usado como um dispositivo de 4 ΡΕ1994113 degelo/antigelo numa aeronave até temperaturas de -32°C, porque a sua viscosidade a esta temperatura passa a ser tão grande que já não flui eficazmente da aeronave durante a descolagem. Portanto, o 1,2-propilenoglicol não pode ser usado como um dispositivo de degelo/antigelo em aeronáutica em áreas sujeitas a temperaturas extremamente frias, isto é, inferiores a -32°C. Como resultado, em regiões com temperaturas inferiores a -32°C, praticamente não há alternativa senão usar dispositivos de degelo e antigelo contendo o tóxico etilenoglicol. 0 pedido US 2004/0211937 AI divulga um agente descongelante ou anticongelante que é à base de água ou glicol, contendo pelo menos 0,01- 1 % em peso de pelo menos um sal de metal alquilico dos ácidos poliaspártico ou poliglutâmico, ou uma mistura dos mesmos tendo o peso molecular total de 5.000 até 50.000 g/mole.

Como resultado, mantém-se a necessidade de fluidos de degelo não tóxicos que possam ser usados a temperaturas muito baixas.

Em conformidade, a presente invenção fornece o uso de uma composição que compreende 1,3-propilenoglicol, um ou mais surfactantes, um ou mais inibidores de corrosão, um ou mais reguladores de pH e água para remover água congelada das superfícies da aeronave e/ou evitar a formação de água congelada sobre a mesma, a uma temperatura inferior a -32°C, onde a composição é um dispositivo de 5 ΡΕ1994113 degelo/antigelo de tipo I.

Surpreendentemente, descobriu-se que o 1,3-propilenoglicol branco (também referido como 1,3-propanodiol ou PDO) tem propriedades toxicológicas benignas similares às do 1,2-propilenoglicol (também referido como 1,2-propanodiol, monopropilenoglicol ou MPG) . 0 1,3-propilenoglicol pode ser usado como um dispositivo de degelo/antigelo em aeronáutica a baixas temperaturas, à maneira do etilenoglicol. A presente invenção será agora descrita em referência aos desenhos em anexo, nos quais as figuras 1, 2 e 3 mostram leituras de teste da deslocação relativa da espessura da camada limite para fluidos de degelo/antigelo de tipo I (figuras 1 e 2) e de tipo II (figura 3) de 1,3-propilenoglicol e 1,2-propilenoglicol, respectivamente. 0 1,3-propilenoglicol é produzido quer por processos microbianos quer petroquímicos e está disponível no comércio, por exemplo, bio-PDO da DuPont e Tate & Lyle, e Chargill, e petro-PDO da Shell. 0 1,3-propilenoglicol pode ser o glicol puro presente ou pode ser combinado com outros glicóis, tipicamente, 1,2-propilenoglicol. 0 1,3-propilenoglicol também pode ser combinado com etilenoglicol e/ou dietilenoglicol mas este é preferivelmente evitado devido à toxicidade do etilenoglicol e dietilenoglicol. Preferivelmente, o 1,3-propilenoglicol está presente em pelo menos 20%, mais preferivelmente em pelo menos 40%, 6 ΡΕ1994113 mais preferivelmente em pelo menos 60%, ainda mais preferivelmente em pelo menos 80% e, o mais preferivelmente, em 100%, baseado na quantidade total de gi icol presente.

Pelo menos um de um ou mais surfactantes pode ser um surfactante aniónico, por exemplo um sulfonato alquilarilico de metal alcalino, preferivelmente um sulfonato alquilaurí lico Ci_30 com um ou mais grupos sulfonato, particularmente preferivelmente um sulfonato alquilaurilico C15-25 com um ou mais grupos sulfonato.

Alternativamente, pelo menos um do um ou mais surfactantes pode ser um surfactante não iónico, preferivelmente o polimero formado por reacção de um álcool gordo Cg-is com 1-15 equivalentes de óxido de etileno e/ou óxido de propileno.

Pelo menos um do um ou mais inibidores de corrosão pode ser um fosfato de metal alcalino, um fosfato de alquilo inferior, um triazole, um silicato de metal alcalino, um silicato de alquilo ou um sal de metal alcalino de um aromático de baixo peso molecular ou ácido alquilcarboxilico.

Pelo menos um do um ou mais reguladores de pH pode ser um hidróxido de metal alcalino, tal como NaOH e KOH; uma alquilamina, tal como etilamina, propilamina, butilamina; uma amina alcanólica, tal como mono-, di- e 7 ΡΕ1994113 trietanolamina; ou uma mistura de bases inorgânicas e orgânicas. Preferivelmente, o regulador de pH é um hidróxido de metal alcalino. A água também está presente. Preferivelmente, a água é água dessalinada. 0 dispositivo de degelo/antigelo usado na presente invenção pode ser preparado misturando os componentes individuais em conjunto, em qualquer ordem. A mistura é preferivelmente efectuada num vaso equipado com um agitador.

Tal como atrás explicámos, um dispositivo de degelo/antigelo pode ser um fluido de tipo I ou tipo II (ou de tipo III ou IV) dependendo das exigências da aplicação. Os fluidos de tipo I são usados para o degelo inicial da aeronave e são tipicamente aplicados sobre as superfícies da aeronave a temperaturas que rondam 65-80° antes da descolagem. Contudo, o tempo de espera de degelo dos fluidos de tipo I é curto. Em conformidade, usa-se o tipo II (ou o tipo III ou IV) quando são necessários tempos de espera mais longos. A desvantagem desses fluidos é a de que são difíceis de remover e afectam as propriedades aerodinâmicas da aeronave. Os fluidos de tipo I tendem, portanto, a não conter agentes espessantes, embora alguns fluidos de tipo I possam conter agentes espessantes desde que as propriedades de degelo e as propriedades de remoção não sejam adversamente afectadas. Os fluidos de tipo II, ΡΕ1994113 III e IV conterão agentes espessantes. A composição da presente invenção é um dispositivo de degelo/antigelo de tipo I. 0 termo fluido de "tipo I" é conhecido na técnica, ver, por exemplo, a Especificação de Material Aeronáutico 1424G (AMS 1424G) da SAE.

Tipicamente, um fluido de tipo I terá um tempo de espera de degelo não inferior a três minutos (180 s) de acordo com o procedimento do teste de resistência à aspersão de água (WSET) como determinado no documento Standards da SAVE número AS5901 intitulado "Water Spray and High Humidity Endurance Test Methods for SAE AMS 1424 e SAE AMS 1428 Aircraft Deicing/Anti-Icing Fluids)". O limite superior do tempo de espera de degelo é simplesmente o limite do particular fluido usado. O tempo de espera de degelo é idealmente tão longo quanto possível mas, tipicamente, o tempo de espera para um fluido de tipo I medido sob as condições atrás referidas não será superior a 15 minutos, mais tipicamente não mais do que 10 minutos e usualmente não mais do que 5 minutos (300 segundos).

Preferivelmente, a composição da presente invenção está substancialmente isenta de um agente espessante. Substancialmente isenta de agente espessante significa que qualquer agente espessante está presente na composição apenas em quantidades vestigiais. 9 ΡΕ1994113

Um fluido de tipo I terá tipicamente uma viscosidade substancialmente Newtoniana. Um fluido com uma viscosidade substancialmente Newtoniana tem uma viscosidade que depende da temperatura e pressão mas não está substancialmente dependente das forças que actuam sobre o fluido.

Um dispositivo de degelo/antigelo de tipo I usado na presente invenção compreende, preferivelmente, 1,3-propilenoglicol, um ou mais surfactantes, um ou mais inibidores de corrosão, um ou mais reguladores de pH e água. Um fluido de tipo II, III ou IV contém, adicionalmente, um ou mais espessantes.

Num modelo de realização da invenção dirigido para um fluido de tipo I, a composição compreende, baseada no peso total do dispositivo de degelo/antigelo: 50-97% em peso de 1,3-propilenoglicol; 0,01-1,0% em peso de um ou mais surfactantes; 0,01-1,0% em peso de um ou mais inibidores de corrosão; um ou mais reguladores de pH em quantidades tais que o pH da composição é de 6,5-11; e água; mais preferivelmente: 80-95% em peso de 1,3- propilenoglicol; 0,1-0,5% em peso de um ou mais surfactantes não iónicos e/ou aniónicos; 0,1-0,5 % em peso de um ou mais inibidores de corrosão; um ou mais reguladores de pH em quantidades tais que o pH da composição é de 7,5-10; e água. A composição é, preferivelmente, substancialmente isenta de agente espessante. 10 ΡΕ1994113

Num modelo de realização não de acordo com a invenção, a composição é um dispositivo de degelo/antigelo de tipo II, III ou IV e compreende, baseado no peso total do dispositivo de degelo/antigelo: 30-70% em peso de 1,3-propilenoglicol; 0,1-1,5% em peso de um ou mais espessantes; 0,01-1,0% em peso de um ou mais surfactantes não iónicos e/ou aniónicos; 0,01-1,0% em peso de um ou mais inibidores de corrosão; um ou mais reguladores de pH em quantidades tais que o pH da composição seja de 6-10; e água; mais preferivelmente: 45-55% em peso de 1,3-propilenoglicol; 0,2-0,6% em peso de um ou mais espessantes; 0,1-0,5% em peso de um ou mais surfactantes não iónicos e/ou aniónicos; 0,1-0,5 % em peso de um ou mais inibidores de corrosão; um ou mais reguladores de pH em quantidades tais que o pH da composição seja 7-8; e água.

Pelo menos um do um ou mais espessantes pode absorver água ou ser solúvel em água, tal como carboxipolimetileno, ácido poliacrilico, polissacarídeos tal como amidos modificados, goma xantana e éter de celulose; preferivelmente carboxipolimetileno ou ácido poliacrilico.

Adicionalmente, a presente invenção proporciona o uso de uma composição compreendendo uma mistura de 1,2-propilenoglicol com 1,3-propilenoglicol.

Além disto, a presente invenção proporciona o uso de uma composição compreendendo uma mistura de 11 ΡΕ1994113 etilenoglicol e/ou dietilenoglicol com 1,3-propilenoglicol. A título de exemplo, pode preparar-se um dispositivo de degelo/antigelo misturando os componentes da seguinte formulação: 80% em peso de 1,3-propilenoglicol 0,25% em peso de surfactante 0,25% em peso de inibidor de corrosão regulador de pH em quantidades que façam com que o pH da composição seja 9, resto água.

Um dispositivo de degelo/antigelo de tipo II, não de acordo com a invenção, pode ser preparado misturando os componentes da seguinte formulação: 50% em peso de 1,3-propilenoglicol 0,3% em peso de espessante 0,25% em peso de surfactante 0,25% em peso de inibidor de corrosão regulador de pH em quantidades que façam com que o pH da composição seja de 7, resto água.

As propriedades físicas de 1,2- e 1,3-propilenoglicol foram investigadas. A Tabela I e a Tabela 2 mostram comparações dos dados do ponto de congelação para um fluido de tipo I contendo 1,3-propilenoglicol (PDO) e um fluido de tipo I contendo 1,2-propilenoglicol (MPG) obtido por dois processos experimentais separados. O ponto de 12 ΡΕ1994113 congelação é determinado de acordo com a ASTM D 1177 (ponto de congelação de refrigeradores de motor aquosos). As formulações não diluidas contêm 80% em peso do propilenoglicol tal como está identificado na tabela. As misturas de fluido diluido são efectuadas por volume com água Tipo IV da ASTM 1193.

Tabela 1

Fluido de tipo I % volume Dados do ponto de congelação (°C) PDO MPG 10 -2,5 -2, 6 20 -5, 8 -5,9 30 -9,6 -9, 75 40 -14,5 -14,75 50 -21 -21,5 60 -28 -30 70 -43 -45 80 Não congela Não congela 13 ΡΕ1994113

Tabela 2

Fluido de tipo I % volume Dados do ponto de congelação (°C) PDO MPG 10 -2,5 -2, 6 20 -5, 8 -5,9 30 -9,8 -9, 75 40 -14,8 -14,75 50 -21,5 -21,5 60 -30,1 -30 70 -45, 1 -45 80 Não congela Não congela A Tabela 3 mostra uma comparação dos valores de WSET para um fluido de tipo I contendo PDO e um fluido de tipo I contendo MPG. 0 teste de resistência à água pulverizada (WSET) está descrito em AS 5901, métodos de teste do tempo de resistência à água pulverizada e grande humidade, para os fluidos de degelo/antigelo em aeronaves no solo SAE AMS 1424 e SAE AMS 1428. As formulações contêm 80% em peso do propilenoglicol. As misturas de fluido diluído são efectuadas com água dura. A água dura é preparada como segue: dissolver 400 mg + dihidrato de acetato de cálcio 5 (Ca (C2H302) 22H20) ou 363 mg + monohidrato de acetato 5 (Ca (C2H3O2)2 · H2 0 e 280 mg + heptahidrato de sulfato de magnésio 5 (MgSCh. 7H2O) , ambos de reagente de qualidade analítica, em 1 litro de água, Tipo IV, da ASTMD 1193. ΡΕ1994113 14

Tabela 3

Fluido de tipo I % volume (d) Valores WSET (min) PDO MPG 100 5 5 69 51/2 6 50 6 6 A Tabela 4 mostra as viscosidades a temperaturas variáveis do dispositivo de degelo/antigelo de tipo I contendo 80% em peso de 1,3-propilenoglicol e 80% em peso de 1,2-propilenoglicol. As viscosidades são determinadas usando um viscómetro Brookfield LVTD, fieira LV2 a 30 rpm.

Tabela 4

Temperatura Viscosidade (mPas)

(°C) _PDO_MPG 0 60 100 -10 100 180 -20 180 490 -30 410 1480

As Tabelas 1, 2 e 3 mostram que os pontos de congelação e WSETs das composições que contêm várias quantidades de 1,2- e 1,3-propileno glicol são quase idênticas às destes dois propilenoglicóis. Contudo, a Tabela 4 mostra que têm marcadamente diferentes perfis de viscosidade. Mesmo a -30°C a viscosidade da composição que 15 ΡΕ1994113 contém 1,2-propilenoglicol (1480 mPas) é muito maior do que a que contém 1,3-propilenoglicol (410 mPas).

As consequências desta maior viscosidade nas propriedades de eliminação do fluxo aerodinâmico estão apresentadas nas Figuras 1 e 2. A espessura de deslocação da camada limite (BLDT) de um dispositivo de degelo/antigelo é uma medida da sua aceitação aerodinâmica - quanto maior for a BLDT, tanto menor a aceitabilidade aerodinâmica. As figuras 1 e 2 mostram os valores BLDT relativos dos dispositivos de degelo/antigelo de tipo I contendo 1,3-propilenoglicol e 1,2-propilenoglicol. Descobriu-se que o valor para 1,3-propilenoglicol aumenta muito mais lentamente à medida que a temperatura diminui do que o valor para 1,3-propilenoglicol e, consequentemente, descobriu-se que o 1,3-propilenoglicol pode ser usado a temperaturas muito inferiores. A BLDT foi determinada de acordo com AS 5900, o método de teste Standard para a aceitação aerodinâmica de fluidos degelo/antigelo para aeronaves SAE AMS 1424 e SAE AMS 1428. A presente invenção proporciona o uso de uma composição como aqui definida a temperaturas inferiores a -32°C, preferivelmente inferiores a -35°C e, o mais preferivelmente, inferiores a -40°C. A temperatura minima é menos critica mas é preferível -45°C, mais preferivelmente -42°C ou acima. A temperatura Tile refere-se a temperatura ambiente quando a composição é aplicada. A temperatura mais baixa a que um dispositivo de degelo/antigelo pode ser 16 ΡΕ1994113 usada é determinada por uma combinação da capacidade de o dispositivo de degelo/antigelo baixar o ponto de congelação da água e da aceitabilidade aerodinâmica do dispositivo de degelo/antigelo (tal como está descrito em ARP 4737 Aircraft De-icing/Anti-icing Methods with Fluids) a esta temperatura. Devido ao melhor desempenho aerodinâmico do PDO, a composição de degelo/antigelo da presente invenção pode ser usada a temperaturas inferiores do que os dispositivos de degelo/antigelo em que só o glicol presente é MPG. Como atrás indicámos, as composições de acordo com a presente invenção podem ser usadas até uma temperatura mínima de -45°C, mais preferivelmente -42°C. As temperaturas de uso inferior são determinadas quando a BLDT contra o gráfico de temperatura cruza a linha do critério de aceitação, a cujo valor de BLDT é inaceitável (ver Figura 2). A figura 3 mostra os valores relativos de BLDT para dispositivos de degelo/antigelo de tipo II não de acordo com a invenção, contendo 1,3-propilenoglicol, 1,2-propilenoglicol e uma mistura 50/50 do 1,3-propilenoglicol e 1,2-propilenoglicol. Os valores de BLDT mais baixos foram encontrados para o 1,3-propilenoglicol, o próximo mais baixo para uma mistura de 50/50 de 1,3-propilenoglicol e 1,2-propilenoglicol, e os valores mais altos para o 1,2- 17 ΡΕ1994113 propilenoglicol em toda a gama de temperatura desde 0°C até -30 °C.

Lisboa, 6 de Fevereiro de 2012

Claims

ΡΕ1994113 1 REIVINDICAÇÕES 1. Uso de uma composição compreendendo 1,3-propilenoglicol, um ou mais surfactantes, um ou mais inibidores de corrosão, um ou mais reguladores do pH e água para remover água congelada das superfícies da aeronave e/ou para evitar a formação de água congelada sobre a mesma a uma temperatura abaixo de -32°C, onde a composição é um dispositivo de degelo/antigelo de tipo I.
2. Uso, como reivindicado na reivindicação 1, onde a temperatura está abaixo de -35°C.
3. Uso, como reivindicado na reivindicação 1 ou 2, onde a temperatura está abaixo de -42°C ou acima.
4. Uso, como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, onde a composição compreende: 50-97% em peso de 1,3-propilenoglicol; 0,01-1,0% em peso de um ou mais surfactantes; 0,01-1,0% em peso de um ou mais inibidores de corrosão; um ou mais regulador(es) de pH em quantidades que façam com que o pH da composição seja de 6,5-11; e água.
5. Uso, como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, onde a composição compreende uma 2 ΡΕ1994113 mistura de 1,2-propilenoglicol e 1,3-propilenoglicol.
6. Uso, como reivindicado em qualquer reivindicação anterior, onde a composição compreende uma mistura de etilenoglicol e/ou dietilenoglicol com 1,3-propilenoglicol. Lisboa, 6 de Fevereiro de 2012