ПРОТИВОГОЛОЛЕДНАЯ КОМПОЗИЦИЯ
ANTI-ICING COMPOSITION

Изобретение относится к области разработки противогололедных реагентов и может быть использовано для борьбы с гололедом на дорожных и аэродромных покрытиях.
Наиболее распространенными противогололедными реагентами являются хлорид натрия [Инструкция по охране природной среды при строительстве, ремонте и содержании автомобильных дорог ВСН 8-89, М.: Минавтодор, 1989, с.14] и хлорид кальция [Гранулированный противогололедный реагент ХКМ, ТУ 2149-005-81277120-2009], а также их композиции.
Однако хлориды металлов отличаются высокой коррозионной активностью по отношению к металлам, оказывают неблагоприятное воздействие на растения и вызывают шелушение цементобетонных покрытий, в связи с последним обстоятельством они не применяются на аэродромах.
Известна противогололедная композиция, содержащая нитраты кальция, магния, карбамид и ПАВ [RU 2112740]. Эта композиция может быть эффективно использована в качестве мягкого антигололедного реагента и в то же время совместима с растениями и обладает свойствами удобрений замедленного действия.
К недостаткам указанной композиции можно отнести коррозионную активность по отношению к металлам и оказание вредного воздействия на цементобетонные покрытия, что препятствует ее применению для борьбы с гололедом на аэродромах.
К другим недостаткам указанной композиции можно отнести ограниченный температурный интервал ее применения (ниже температур минус 15 - минус 17°C эта композиция малоэффективна), а также ее невысокую плавящую способность по отношению ко льду, что связано с высоким содержанием карбамида в композиции.
Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является композиция [RU 2173329], включающая нитраты кальция и магния, карбамид, ПАВ и ингибитор коррозии металлов (прототип), известная как «Противогололедный реагент НКММ авиационный» (ТУ 2149-051-25761643-98). Данная композиция характеризуется малой коррозионной активностью по отношению к металлам, повышенной плавящей способностью по отношению ко льду и расширенным температурным интервалом ее плавящего действия.
3
2
3
2
2
2
Недостатки этой композиции связаны с тем, что содержание карбамида в ее составе, вводимого с целью уменьшения ее гигроскопичности при хранении, согласно изобретению, может изменяться в широких пределах, от 2 до 55%, при этом по результатам наших исследований при увеличении содержания карбамида в ее составе ухудшаются ее противогололедные свойства - снижается плавящая способность по отношению ко льду и повышается температура эвтектики композиции со льдом, что приводит к резкому снижению ее эффективности при температурах ниже минус 15 - минус 17°C. Следует также отметить, что согласно результатам наших исследований, взаимодействие композиции по прототипу, содержащей карбамид, со льдом или с водой происходит с поглощением тепла, что отрицательно сказывается на эффективности плавления льда при применении этой противогололедной композиции. Так, при смешивании композиции состава НКММ (21 г Ca(NO) + 21 г Mg(NO) + 55 г CO(NH) температура смеси понижается с 24 до 16°C.
Кроме того, наличие карбамида в составе композиции по прототипу усложняет технологический процесс ее получения, поскольку необходимо строгое соблюдение температурного режима на стадиях сушки и гранулирования во избежание разложения карбамида при превышении допустимой температуры.
Следует также отметить, что водные растворы этой композиции характеризуются кислой реакцией (pH<7, см. Таблицу), поэтому образующиеся при плавлении льда под действием композиции растворы оказывают разрушающее действие на цементобетонные покрытия аэродромов.
В затвердевшем бетоне величина pH поровой жидкости составляет 12.0÷12.5. Снижение pH с последующей коррозией бетона, т.е. его разрушением или шелушением, может произойти либо вследствие выщелачивания (вымывания) поровой жидкости омывающей его водой, фильтрующейся через бетон, либо в результате нейтрализации кислыми жидкостями и газами. [Баженов Ю.М. «Технология бетона», изд-во «Высшая школа». 1979].
Предлагаемое изобретение направлено на изыскание противогололедной композиции, сохраняющей высокую плавящую способность по отношению ко льду при изменении соотношения компонентов в ее составе в широком диапазоне, не оказывающей разрушающего воздействия на цементобетонные покрытия, эффективной при низких температурах, обеспечивающей относительно высокую эффективность плавления льда.
3
2
3
2
Технический результат достигается тем, что предложена противогололедная композиция, состоящая из реагента на основе нитрата металла, силиката натрия и поверхностно активного вещества, при этом в качестве реагента на основе нитрата металла композиция содержит либо гранулированный обезвоженный нитрат кальция, либо гранулированный обезвоженный нитрат магния, либо их смесь Ca(NO):Mg(NO)=3÷1:1÷3 вес.ч., при следующих соотношениях компонентов, мас.%:
Реагент на основе нитрата металла
95.0÷98.0
Силикат натрия
1.0÷3.0
ПАВ
1.0÷2.0
Целесообразно, что композиция, содержит дополнительный ингибитор коррозии металлов в количестве 0.1÷1.0 мас.%, который выбирают из ряда: уротропин, смесь солей жирных и сульфаминовых кислот, смесь алкиламидзамещенных производных талловых кислот.
Сущность заявляемого изобретения поясняется табличными данными, приведенными ниже, и заключается в том, что в состав композиции вводят силикат натрия, что приводит к уменьшению вредного воздействия композиции на цементобетонное покрытие, поскольку благодаря присутствию в ее составе щелочного силиката натрия при ее взаимодействии со льдом образуется раствор, характеризующийся щелочной реакцией (pH выше 8.0). Такой раствор не вызывает разрушения (шелушения) цементобетонного покрытия.
Выведение карбамида из состава композиции позволяет упростить технологический процесс ее получения по сравнению с прототипом, поскольку исключается необходимость строгого соблюдения температурного режима сушки и гранулирования во избежание разложения карбамида при превышении допустимой температуры.
Композиция на основе нитратов металлов, не содержащая карбамид, сохраняет высокую плавящую способность по отношению ко льду во всем диапазоне соотношений компонентов, нитратов кальция и магния, и при низких температурах, вплоть до температур минус 23 - минус 25°C.
Следует подчеркнуть, что в состав композиции входят обезвоженные нитраты металлов, которые взаимодействуют со льдом или с водой не с поглощением, а с выделением тепла, т.е. процесс взаимодействия является экзотермическим. Например, при смешивании композиции состава 9.5 г обезвоженного нитрата кальция, 0.3 г силиката кальция, 0.1 г уротропина и 0.1 г ПАВ (неонол) температура смеси повышается с 24 до 32°C. Благодаря выделению тепла эффективность плавления льда увеличивается по сравнению с прототипом.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется следующими примерами.
Пример 1. 135 г нитрата кальция тетрагидрата смешивали с 3 г силиката натрия, 2 г ПАВ (неонол) и 1.0 г ингибитора коррозии (уротропина). Полученную композицию обезвоживали путем высушивания при нагревании и одновременно гранулировали на лабораторной установке, получили 100 г обезвоженного гранулированного реагента (с диаметром гранул 3.0 мм). При испытании противогололедных свойств получили следующие характеристики: температура эвтектики со льдом - минус 31°C, плавящая способность по отношению ко льду при температуре минус 5°C - 5.7 г/г. Величина pH раствора, образовавшегося при плавлении льда под действием композиции - 9.1. Данные о свойствах композиции приведены в Таблице.
Пример 2. 83 г нитрата магния гексагидрата смешивали с 69 г нитрата кальция тетрагидрата, с 2.0 г силиката натрия, 2.0 г ПАВ и 0.4 г уротропина, полученную смесь высушивали и гранулировали. Получили 100 г обезвоженного реагента с соотношением нитрата магния: нитрат кальция = 1:1. Данные о свойствах композиции приведены в Таблице.
Примеры 3-7. Противогололедные композиции с другим соотношением компонентов получены аналогично примерам 1 и 2 и представлены в Таблице.
Таблица.
Характеристики образцов противогололедной композиции различного состава
Композиция
Количества компонентов композиции
Отношение Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>/Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, вес.ч.
Температура эвтектики, ºС
Плавящая способность ко льду, при -5°C, г/г
РН 5%-ного раствора
Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> 4H<sub>2</sub>O/обезвоженного Ca(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> г
Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> 6H<sub>2</sub>O/обезвоженного Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> г
Na<sub>2</sub>SiO<sub>3</sub>, г
ПАВ, г
Ингибитор коррозии, г
Пример 1
137/95
-
3.0
1.0
1.0
-
-31
5.7
9.1
Пример 2
69/47.8
83/47.8
2.0
2.0
0.4
1:1
-41
6.7
8.9
Пример 3
91/63
55/32
2.5
1.5
1.0
2:1
-31
5.7
9.0
Пример 4
102.5/71.2
41.5/24
3.0
1.0
0.8
3:1
-31
5.7
9.1
Пример 5
46/32
111/64
1.0
2.0
1.0
1:2
-34,5
6.7
8.8
Пример 6
34.5/24
124/71.5
2.0
2.0
0.5
1:3
-32,5
7.3
8.9
Пример 7
-
165/95.4
3.0
1.0
0.6
-
-32
7.3
9.1
21 г Са(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> +
-
2,0
1,0
1:1
-26
4,5
3,7
Прототип
21 г Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> +
55 г CO(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>
ТУ 2149-051-25761643-98
28 г Са(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> +
-
2,0
1,0
2:1
-23
4,5
3,4
14 г Mg(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> +
55 г CO(NH<sub>2</sub>)<sub>2</sub>
Таким образом, предлагаемое изобретение дает возможность получить противогололедную композицию, сохраняющую высокую плавящую способность по отношению ко льду при изменении соотношения компонентов в ее составе в широком диапазоне, не оказывающую разрушающего воздействия на цементобетонные покрытия, эффективную при низких температурах, обеспечивающую более высокую эффективность плавления льда по сравнению с прототипом.