СПОСОБ ОЧИСТКИ ТВЕРДОЙ ПОВЕРХНОСТИ И МОЮЩИЙ СОСТАВ, ПРЕДНАЗНАЧЕННЫЙ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СПОСОБЕ
METHOD OF PURIFYING SOLID SURFACE AND DETERGENT INTENDED FOR APPLICATION IN METHOD

Область техники, к которой относится группа изобретений
Изобретение относится к технологии очистки твердых поверхностей, в частности, предназначено для отмыва от загрязнений в виде дисперсных углеродных продуктов неполного сгорания или термического разложения углеводородов инженерных конструкций, наземных и подземных емкостей, а также загрязненных территорий.
Уровень техники
Известен способ обработки, включающий предварительную отмывку поверхности высокоскоростной водовоздушной струей, содержащей железосинеродистый калий и поливиниловый спирт, и последующую чистку высокоскоростной струей суспензии с содержанием частиц глинистого сырья и кислого углекислого кальция, а также сушку поверхности (патент RU №2313407 C1, В08В 3/02, 27.12.2007 г., Бюл. №36).
Описанный способ является технологически сложным и трудозатратным, поскольку требует организации дополнительных технических операций и специального оборудования.
Применяемые вещества являются малодоступными и дорогостоящими, к тому же железосинеродистый калий, входящий в чистящий состав, является сильным окислителем, что ограничивает применение состава для обработки металлических поверхностей из-за агрессивного коррозионного воздействия.
Имеется потребность в новых эффективных способах и средствах, которые обеспечат:
1) высокую эффективность при использовании малого количества недорогих общедоступных компонентов;
2) одновременно значительно снизить трудозатраты;
3) упростить технологию;
4) добиться экологической безопасности при использовании состава на объектах;
5) снизить энергозатраты;
6) снизить стоимость технологического процесса.
Предпосылки создания предлагаемого изобретения, решающего указанную выше задачу (состав и способ), были частично решены в патенте RU №2155104 C1, В08В 3/02. Указанное техническое решение является наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому и выбрано за прототип.
5
7
Способ заключается в нагнетании жидкости под давлением через сопло-кавитатор. При этом осуществляют физико-химическую модификацию рабочей жидкости путем добавления в нее взвешенных частиц и/или хорошо растворимых в ней высокомолекулярных полимеров. Модификация рабочей жидкости достигается за счет добавки полиоксиэтилена с молекулярной массой 10-10.
5
7
-6
-4
В известном способе используемая рабочая жидкость с добавкой полиоксиэтилена с молекулярной массой 10-10 и с концентрацией 10-10 мас. % недостаточно эффективна для отделения плотных отложений от очищаемой поверхности, в частности отложений нагара на лакокрасочном покрытии.
К недостаткам следует отнести следующее:
1) требуется сложное струеформирующее оборудование;
2) необходимо дополнительное оборудование для подачи полимера в рабочую струю;
3) неоднородность концентрации полимера по длине сопла при высоких скоростях потока;
4) неравномерная плотность рабочей жидкости вдоль потока;
5) высокий расход полимера.
Техническим результатом, достигаемым группой изобретений, является создание экономичного способа очистки поверхности, обеспечивающего высокую эффективность при минимальном расходе моющего состава, а именно:
1) упрощение технологии очистки за счет исключения дополнительного специального оборудования;
2) повышение гидродинамических параметров чистящей струи за счет физико-химической модификации рабочей жидкости.
Раскрытие сущности группы изобретений
5
7
Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений в отношении способа достигается тем, что в известном способе очистки твердых поверхностей от загрязнений, заключающемся в нагнетании жидкости под давлением через сопло, при этом в качестве жидкости используют воду с физико-химически модифицированными свойствами, обеспечиваемыми путем добавления в нее высокомолекулярного линейного полимера, осуществляют дополнительную модификацию жидкости путем добавления в нее субмикронных частиц модифицированной бентонитовой глины с концентрацией 0,6-1,0 мас. % и кальцинированной соды с концентрацией 0,5-1,0 мас. %, при этом в качестве высокомолекулярного линейного полимера используют полиоксиэтилен с молекулярной массой 10-10, с концентрацией 0,001-0,005 мас. %
При этом концентрация и плотность состава моющей жидкости являются неизменными, как при подаче к моечному агрегату, так и при его нагнетании через струеформирующее сопло, что обеспечивает высокие гидродинамические параметры процесса. Предложенный способ по сравнению с прототипом позволяет существенно упростить технологический процесс за счет исключения дополнительного оборудования (отдельной емкости для полимера, устройств подачи полимера в струйное сопло).
5
7
Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений в отношении вещества достигается тем, что в известном моющем составе на основе физико-химически модифицированной жидкости, путем добавления в нее высокомолекулярного полимера, содержит полиоксиэтилен с молекулярной массой 10-10, субмикронные частицы модифицированной бентонитовой глины и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полиоксиэтилен
0,001-0,005
Субмикронные частицы модифицированной бентонитовой глины
0,6-1,0
Кальцинированная сода
0,5-1,0
Вода
Остальное
Полиоксиэтилен (полиэтиленоксид) - это водорастворимый неионогенный полимер. Высокомолекулярный полиоксиэтилен синтезируют полимеризацией этиленоксида в суспензии в среде осадителей полимера (катионы Al, Ca или Mg-органические соединения с добавками хелатообразующих соединений). Добавки малых концентраций высокомолекулярного водорастворимого полиоксиэтилена приводят к значительному (до 80%) снижению турбулентного фрикционного сопротивления жидкости, в которой они растворены. Полиоксиэтилен снижает внутреннее и внешнее трение состава, в который он включен. Свойство снижения сопротивления дает возможность использования в качестве добавки, способствующей перекачиванию смеси насосом, повышению скорости перекачки и снижению рабочего давления, что дает экономию времени и энергии. Также полимер отличается очень низкой токсичностью, так как за счет высокой молекулярной массы слабо абсорбируется в желудочно-кишечном тракте и поэтому быстро и полностью выводится из организма.
Помимо этого, в предлагаемом составе использован модифицированный бентонит с высоким содержанием основного действующего компонента - минерала монтмориллонита (более 80%). В водном растворе модифицированного бентонита преобладает размер глинистых частиц, равный 100-600 нм, что обусловливает хорошую набухаемость и легкость растворения, повышенную седиментационную устойчивость (агрегативная устойчивость без образования осадков), сокращение времени на приготовление растворов.
Модифицированный бентонит - это Na-бентонитовая глина, получаемая из природных высококачественных бентонитов после их обогащения и доведения содержания монтмориллонита до уровня более 80%. Модифицированный бентонит легко и быстро диспергируется в воде с образованием суспензии с частицами субмикронного размера.
2
3
Также дополнительно в составе присутствует добавка кальцинированной соды (кальцинированная сода - бикарбонат натрия NaCO), причем ее массовое содержание составляет от 0,5-1,0%, что обеспечивает водосмягчающее, моющее и жироудаляющее действие. Кальцинированная сода - регулятор кислотности; окислитель. Имеется в составе чистящих жидкостей. В пищевой промышленности бикарбонат натрия зарегистрирован в качестве пищевой добавки E500, регулятора кислотности.
Применение в составе кальцинированной соды обусловлено проявлением щелочных свойств pH порядка 10-12, что обеспечивает высокую агрегативную устойчивость моющей композиции.
Использование полимера - полиоксиэтилена с высокой молекулярной массой дает возможность существенно уменьшить требуемое количество (концентрацию) как самого полимера, так и остальных компонентов. Снижение концентрации компонентов становится возможным также за счет одновременного использования кальцинированной соды и модифицированного бентонита, где в объеме основного действующего вещества (монтмориллонита) преобладает доля частиц субмикронных размеров.
Удается достигнуть оптимального соотношения между компонентами, обеспечивающего высокие структурно-механические свойства (модификацию) в едином объеме моющего состава.
Предложенный моющий состав обладает высокими механохимическими свойствами, его можно готовить в концентрированном виде в едином объеме и разбавлять водой до требуемой концентрации непосредственно перед применением, а в эксплуатации не требуется дополнительных устройств для подачи состава в чистящую струю. Кроме того, использование высокомолекулярного водорастворимого полимера в малой концентрации улучшает гидродинамические характеристики рабочего состава, что облегчает его нагнетание в сопло при использовании насосов высокого давления. При этом малые концентрации предлагаемого полимера и его биоразлагаемость обеспечивают экологическую безопасность производства, и использования материала в полевых условиях без организации дополнительных мер безопасности.
Процесс приготовления моющего состава может быть организован непосредственно на рабочем объекте, например при очистке загрязненной поверхности, или с помощью передвижной установки с получением единого технического результата:
- использование общедоступных недорогих и нетоксичных компонентов;
- упрощение технологии (способа) обработки, не требующего специального оборудования;
- возможность организации производства моющего состава на рабочей площадке обрабатываемого объекта.
5
7
Предлагаемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом, т.е. единая задача, на решение которой направлена заявленная группа изобретений, заключается в использовании общедоступных компонентов: водорастворимого полимера - полиоксиэтилена с молекулярной массой 10-10, кальцинированной соды и модифицированного бентонита, где в объеме основного действующего вещества (монтмориллонита) преобладает доля частиц субмикронных размеров. Также обеспечивается возможность упрощения технологии (способа) очистки, не требующего дополнительного специального оборудования.
Осуществление изобретения:
способ очистки твердых поверхностей
5
7
Способ очистки твердых поверхностей от загрязнений заключается в том, что жидкость нагнетают под давлением через сопло, при этом в качестве жидкости используют воду с физико-химически модифицированными свойствами, обеспечиваемыми путем добавления в нее высокомолекулярного линейного полимера, согласно изобретению осуществляют дополнительную модификацию жидкости путем добавления в нее субмикронных частиц бентонитовой глины с концентрацией 0,6-1,0 мас. % и кальцинированной соды с концентрацией 0,5-1,0 мас. %, при этом в качестве высокомолекулярного линейного полимера используют полиоксиэтилен с молекулярной массой 10-10 с концентрацией 0,001-0,005 мас. %.
В результате механохимического взаимодействия компонентов моющего состава с твердой поверхностью, происходит отделение загрязнений, в том числе продуктов неполного сгорания или термического разложения углеводородов (наслоений частично обгоревшего лакокрасочного покрытия).
Применяемый моющий состав (модифицированная жидкость) находится в пределах заявленной концентрации. А сам способ по сравнению с прототипом обладает рядом преимуществ:
- упрощает обработку загрязненной поверхности за счет исключения дополнительных технологических операций и специального оборудования;
- сокращает расход компонентов моющего состава при повышении эффективности обработки за счет высоких гидродинамических параметров;
- обеспечивает возможность приготовления моющего состава с последующим разбавлением его водой до требуемой концентрации непосредственно перед применением (временной промежуток от смешения основных компонентов до разбавления концентрированной композиции водой может составлять до нескольких месяцев).
Осуществление изобретения:
моющий состав
5
7
Моющий состав, предназначенный для использования в способе, на основе физико-химически модифицированной жидкости путем добавления в нее высокомолекулярного полимера, согласно изобретению содержит полиоксиэтилен с молекулярной массой 10-10, субмикронные частицы модифицированной бентонитовой глины и кальцинированную соду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Полиоксиэтилен
0,001-0,005
Субмикронные частицы модифицированной бентонитовой глины
0,6-1,0
Кальцинированная сода
0,5-1,0
Вода
Остальное
Присутствие в растворе полимера - полиоксиэтилена с высокой степенью полимеризации и модифицированной бентонитовой глины с высоким содержанием монтмориллонита обеспечивают высокие структурно-механические свойства полученного состава (механически устойчивая коллоидная система с субмикронными частицами) с необходимой степенью модификации. Наличие кальцинированной соды обусловлено поддержанием стабильных щелочных свойств (pH 10-12), обеспечивающих необходимые реологические свойства и протекание реакций взаимодействия моющего состава с загрязнениями при условии образования легко удаляемых межслойных соединений углеродных продуктов неполного сгорания или термического разложения углеводородов.
В указанном диапазоне pH длинные и полярные молекулы использованного полимера в растворе выпрямляются (при меньших значениях происходит флокуляция, то есть молекулы сворачиваются в клубок, более высокие значения допустимы, но не желательны из-за гигиенических и экологических требований), легко и прочно адсорбируются на полярной поверхности субмикронных частиц монтмориллонита и надежно обеспечивают агрегативную устойчивость получаемой коллоидной дисперсии. В указанном диапазоне концентраций также обеспечивается требуемый уровень реологических свойств: псевдопластичность при малых скоростях сдвига и ньютоновское течение в условиях высокоскоростного динамического воздействия. Благодаря большой длине молекулы используемого полимера (превышает размер частиц бентонита), самого полимера требуется значительно меньше, а качество модификации повышается. Кроме того, присутствие высокомолекулярного полимера улучшает гидродинамические характеристики потока жидкости (ламинарность потока при больших скоростях течения) и одновременно улучшает процесс нагнетания с помощью насосов высокого давления.
Заявленная совокупность существенных признаков, а именно качественный и количественный состав моющего вещества:
1) позволяет получить недорогое средство на основе общедоступных компонентов, причем их количественный состав и концентрации оптимизированы;
2) исходные компоненты нетоксичны и биоразлагаемы, что имеет огромное значение для экологических и санитарно-гигиенических критериев;
3) состав обладает целым рядом новых положительных качеств:
- его можно приготовить заранее в виде концентрата;
- обладает высокими гидродинамическими характеристиками;
- высокая технологичность.
Таким образом, готовый продукт с указанной совокупностью признаков обеспечивает получение технического результата.
Пример конкретного способа получения и применения моющего состава
Для обработки твердой поверхности инженерных конструкций, наземных и подземных емкостей, а также территорий, загрязненных дисперсными углеродными продуктами неполного сгорания или термического разложения углеводородов моющий состав готовят следующим образом.
6
В двух отдельных емкостях объемом 120 л и 60 л предварительно готовят концентрированные растворы исходных компонентов. В первую емкость объемом 120 литров загружают при перемешивании 0,03 кг полиоксиэтилена с молекулярной массой 4·10 (например, марки Polyox WSR-301), 7,0 кг кальцинированной соды (бикарбоната натрия) и 42,97 кг воды (получаем 50 кг 0,06% раствора полиоксиэтилена с 0,14% соды). Во вторую емкость объемом 60 литров при перемешивании загружают 6,0 кг модифицированной бентонитовой глины с содержанием монтмориллонита более 80% (например, марки «Бентокон» ТУ 5751-002-58156178-02) и 44 кг воды (получаем 50 кг 12% раствора модифицированного бентонита).
Затем содержимое емкости с бентонитом выливают при постоянном перемешивании в емкость с полиоксиэтиленом и кальцинированной содой, состав перемешивают до однородного состояния в течение 3-5 мин.
В результате получается 100 кг концентрированного раствора моющего состава, который может храниться в закрытом виде длительное время. Непосредственно перед применением полученный концентрат заливают в емкость объемом 1000 литров, добавляют 900 кг воды и перемешивают.
Таким образом, полученный состав находится в пределах заявленных концентраций (полиоксиэтилен 0,003% мас. %, модифицированный бентонит 0,6 мас. %, кальцинированная сода 0,7 мас. %).
Применение моющего состава осуществляется следующим образом.
Моющий состав на основе физико-химически модифицированной жидкости диспергируется через сопло на загрязненную поверхность с помощью насоса при давлении истечения 250 атм. В результате взаимодействия компонентов моющего состава с загрязненной твердой поверхностью происходит реакция с образованием легко удаляемых межслойных соединений углеродных продуктов неполного сгорания или термического разложения углеводородов.
Предварительные лабораторные и натурные испытания заявленного моющего состава и способа показали, что они обеспечивают высокоэффективную очистку твердой поверхности от загрязнений без повреждения самой поверхности (фотографии образцов до очистки и после очистки прилагаются).
6
6
Приведенный пример отражает наибольшую экономическую эффективность и технический результат при применении указанного соотношения компонентов состава. Применение полиоксиэтилена с молекулярной массой выше 4·10 и концентрацией более 0,003% мас. % также позволяет обеспечивать высокий технологический результат, но, как правило, приводит к удорожанию производственного процесса за счет более высокой стоимости компонентов состава. Применение полиоксиэтилена с молекулярной массой ниже 4·10 и концентрацией менее 0,003% мас. % также обеспечивает технический результат, но при более длительном воздействии струи чистящего состава на загрязненную поверхность, что тоже удорожит процесс за счет дополнительного расхода компонентов. Применение в примере субмикронных частиц модифицированной бентонитовой глины и кальцинированной соды в указанных концентрациях является оптимальным, одновременно увеличение концентраций данных компонентов приведет к удорожанию процесса, за счет дополнительного расхода компонентов.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании каждого из объектов заявленной группы изобретений следующей совокупности условий:
- для заявленного каждого изобретения в том виде, как оно охарактеризовано в соответствующей формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;
- заявленные технические решения способны обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленная группа изобретений соответствует требованию «промышленная применимость».
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации об аналогах заявленной группы изобретений как для объекта - вещество, так и для объекта - способ, позволяют утверждать, что заявляемые решения соответствуют требованию «новизна» и «изобретательский уровень».
Следует отметить, что преимущества предлагаемой группы изобретений обеспечиваются представленной совокупностью существенных признаков, каждый из которых выполняет свою функцию, а вместе, во взаимосвязи, они решают задачу создания эффективного моющего состава из недорогих и доступных компонентов.
Раскрытый предпочтительный пример осуществления изобретения приведен в качестве иллюстрации, а не ограничения.