一种延长环保融雪剂发挥融雪作用时间的方法

摘要

本发明公开了一种延长环保融雪剂发挥融雪作用时间的方法，是将环保融雪剂和固态聚二甲基硅氧烷置于同一密闭的空间，且保证两者不接触互融，然后加热密封空间内的温度，使聚二甲基硅氧烷蒸发覆着于环保融雪剂表面，从而形成包覆有聚二甲基硅氧烷镀膜的环保融雪剂。发明在环保融雪剂上蒸镀聚二甲基硅氧烷镀膜，避免了环保融雪剂与地面的直接接触，从而能够大幅降低其对金属和混凝土的腐蚀以及对周边植被和土壤的危害；并且由于聚二甲基硅氧烷（PDMS）的疏水性，可以减缓水透过PDMS层与被包覆的环保融雪剂的接触速度，PDMS层吸收水分缓慢，使得被包覆的环保融雪剂融解缓慢，从而延长环保融雪剂的作用时间。

说明书

技术领域

    本发明涉及交通环境安全领域，具体是一种延长环保融雪剂发挥融雪作用时间的方法。

背景技术

冬季的降雪和结冰往往给城市和交通运输带来了不便，并易引发交通事故，尤其是在高速公路上，很有可能因积雪或结冰而使高速公路被迫封闭停运，造成极大的经济损失。目前除冰融雪的方式主要有人工除雪、机械除雪、撒融雪剂除雪这三种，其中撒融雪剂由于方法简单、易于操作、融雪速度快等优点而被广泛使用。

以氯化钠为主的传统氯盐型融雪剂的原料廉价易得、融雪效果好，但其对金属、混凝土腐蚀严重，对植被和土壤也具有危害性。从而极大地破坏了公路基础设施和公路周边生态环境，对环境造成污染。

由于氯盐型融雪剂的负面影响和所造成的巨大经济损失，国内外的研究人员开发了多种多样的非氯盐型融雪剂产品，目前以醋酸钙镁（CMA）为主的有机融雪剂成为研究的热点，如专利US4444672，US4913831，CN 102899004 A均公布了醋酸钙镁融雪剂的制备方法。但由于此类融雪剂的原料昂贵，对积雪的融化能力不如氯化钠，并且在撒布时易形成粉尘与刺鼻的酸味等缺点，其使用受阻。所以目前国内外仍多使用氯盐型融雪剂，如美国目前使用量最大的融雪材料仍然是氯化钠和氯化镁。因此，通过使用不同添加剂合成高效环保氯盐类融雪剂产品仍具有重要的意义及应用前景，但为了解决其固有的腐蚀性问题，我们应该考虑如下问题：如何减少该类融雪剂的用量（技术核心为：提高融雪剂的融雪效率、延长融雪剂发挥融雪作用的时间）、如何杜绝融雪剂的腐蚀问题（技术核心为：避免融雪剂与地面物体的直接接触、开发新型缓蚀剂），本专利内容也主要针对这些问题展开。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种延长环保融雪剂发挥融雪作用时间的方法，解决现有的融雪剂对金属和混凝土腐蚀性大，融雪时间短的问题。

本发明的技术方案为：

一种延长环保融雪剂发挥融雪作用时间的方法，将环保融雪剂和固态聚二甲基硅氧烷置于同一密闭的空间，且保证两者不接触互融，然后加热密封空间内的温度，使聚二甲基硅氧烷蒸发覆着于环保融雪剂表面，加热结束后，冷却至室温形成包覆有聚二甲基硅氧烷镀膜的环保融雪剂，其中，加热温度控制在200-240℃，加热时间为1-6小时。

所述的包覆有聚二甲基硅氧烷镀膜的环保融雪剂是由以下组分按重量份比制备而成：氯化钠65-75份，可溶性钙盐18-22份，缓蚀剂4-6份，pH值调节剂4-6份，固态聚二甲基硅氧烷的重量份通过蒸镀时间1-6小时来控制。

所述的包覆有聚二甲基硅氧烷镀膜的环保融雪剂为颗粒状，粒径为1-6mm，pH值为6-8。

所述的缓蚀剂是由以下组分按重量份比制备而成：硅酸钠33-37份，磷酸氢二钠28-32份，酒石酸钠8-12份，硫脲23-27份；所述的缓蚀剂可以与融雪剂混合造粒，也可以单独造粒，单独造粒后蒸镀固态聚二甲基硅氧烷可得到包覆有聚二甲基硅氧烷镀膜的缓蚀剂，其中，所述的固态聚二甲基硅氧烷的重量份通过蒸镀时间1-6小时来控制。

所述的氯化钠为工业废盐；所述的可溶性钙盐选用氯化钙或二水氯化钙；所述的pH值调节剂包括有尿酸和碳酸氢钠，两者的重量份比为：尿素60份，碳酸氢钠40份。

所述的包覆有聚二甲基硅氧烷镀膜的环保融雪剂的制备方法，具体包括有以下步骤：

（1）、将氯化钠和可溶钙盐按重量份比进行搅拌混合得氯盐混合物；将硅酸钠、磷酸氢二钠、酒石酸钠、硫脲按重量份比进行搅拌混合得缓蚀剂；将尿素和碳酸氢钠按重量份比进行搅拌混合得pH值调节剂；

（2）、将步骤（1）制得的氯盐混合物、缓蚀剂和pH值调节剂按重量份比搅拌混合，得到融雪剂粗品；

（3）、将混合均匀的融雪剂粗品过筛，得到颗粒状的环保融雪剂。

（4）、将环保融雪剂和固态聚二甲基硅氧烷置于同一密闭的空间，且保证两者不接触互融，然后加热密封空间内的温度至200-240 ⁰C，使聚二甲基硅氧烷蒸发覆着于环保融雪剂表面；注意每隔0.2-1小时要对环保融雪剂进行搅拌分散，使得PDMS镀层均匀。

（5）、冷却后继续粗品过筛，得到颗粒状的包覆有聚二甲基硅氧烷镀膜的环保融雪剂。

本发明聚二甲基硅氧烷镀膜的厚度由加热时间决定，加热时间越长，厚度越厚。

本发明的优点：

（1）、本发明在环保融雪剂上蒸镀聚二甲基硅氧烷（PDMS）镀膜，避免了环保融雪剂与地面的直接接触，从而能够大幅降低其对金属和混凝土的腐蚀以及对周边植被和土壤的危害；并且由于PDMS的疏水性，可以减缓水透过PDMS层与被包覆的环保融雪剂的接触速度，PDMS层吸收水分缓慢，使得被包覆的环保融雪剂融解缓慢，从而延长环保融雪剂的作用时间，最长可达20天之久。

（2）、本发明的PDMS镀膜层也避免了环保融雪剂在储存和运输中出现受潮、板结等问题；在使用过程中，PDMS镀膜层并不会被水融解，并且由于镀膜厚度很薄，用量不高，也并不会造成对环境的污染。

（3）、本发明采用的固态硅胶状的PDMS，成本不高，具有无毒、疏水和防水的特性，其属于惰性物质，且为非易燃性、透明弹性体，其透光性良好、生物相容性佳，对环境无害，是一种环保的疏水性材料。

（4）、本发明的环保融雪剂在制备过程中加入了缓蚀剂，根据硅酸钠、磷酸二氢钠、酒石酸钠和硫脲的协同作用，达到理想的缓蚀效果；其中，磷酸二氢钠能显著提高金属的阴、阳极化度，抑制金属电极的阴、阳极化过程，减缓金属腐蚀；硅酸钠和酒石酸钠与金属作用，在金属表面形成钝化膜，进而保护金属免受腐蚀；硫脲电子给予体的极性基和金属表层配位络和，形成化学吸附层，使金属表层形成双电层结构，而其非极性基则作定向排列，形成疏水层，从而使腐蚀反应受到抑制。

（5）、本发明的前期环保融雪剂颗粒的制备方法简单，在常温常压下进行的，其条件温和；后期包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂在制备过程中的覆膜厚度是通过控制加热时间实现的，操作简单，易于实现工业生产。

具体实施方式

以下将以具体实施例对本发明进行详细的说明，但是这些实施例不是对本发明保护范围的限制。

实施例1

（1）、将70份氯化钠和20份氯化钙进行搅拌混合得氯盐混合物；将35份硅酸钠、30份磷酸二氢钠、10份酒石酸钠和25份硫脲进行混合得缓蚀剂；将60份尿素和40份碳酸氢钠按配比混合得pH值调节剂；

（2）、将步骤（1）制得的90份氯盐混合物、5份缓蚀剂和5份pH值调节剂搅拌混合，得到融雪剂粗品；

（3）、将混合均匀的融雪剂粗品进行搅拌、粉碎和造粒，过孔径为6mm的标准筛，即得到颗粒状的环保融雪剂；

（4）、将固体的PDMS置于密闭加热炉的下层，步骤（3）制备的颗粒状环保融雪剂置于加热炉的上层，两者不接触互融即可，然后加热至210 ⁰C ，加热时间1小时；注意每隔20分钟要对环保融雪剂进行搅拌分散，使得的PDMS镀层均匀；

（6）、加热结束后，冷却至室温后冷却至室温形成包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂，继续过孔径为6mm的标准筛，即得颗粒状包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂。

实施例2

（1）、将70份氯化钠和20份氯化钙进行搅拌混合得氯盐混合物；将35份硅酸钠、30份磷酸二氢钠、10份酒石酸钠和25份硫脲进行混合得缓蚀剂；将60份尿素和40份碳酸氢钠按配比混合得pH值调节剂；

（2）、将步骤（1）制得的90份氯盐混合物、5份缓蚀剂和5份pH值调节剂搅拌混合，得到融雪剂粗品；

（3）、将混合均匀的融雪剂粗品进行搅拌、粉碎和造粒，过孔径为6mm的标准筛，即得到颗粒状的环保融雪剂；

（4）、将固体的PDMS置于密闭加热炉的下层，步骤（3）制备的颗粒状环保融雪剂置于加热炉的上层，两者不接触互融即可，然后加热至210 ⁰C ，加热时间3小时；注意每隔30分钟要对环保融雪剂进行搅拌分散，使得的PDMS镀层均匀；

（6）、加热结束后，冷却至室温后冷却至室温形成包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂，继续过孔径为6mm的标准筛，即得颗粒状包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂。

实施例3

（1）、将70份氯化钠和20份氯化钙进行搅拌混合得氯盐混合物；将35份硅酸钠、30份磷酸二氢钠、10份酒石酸钠和25份硫脲进行混合得缓蚀剂；将60份尿素和40份碳酸氢钠按配比混合得pH值调节剂；

（2）、将步骤（1）制得的90份氯盐混合物、5份缓蚀剂和5份pH值调节剂搅拌混合，得到融雪剂粗品；

（3）、将混合均匀的融雪剂粗品进行搅拌、粉碎和造粒，过孔径为6mm的标准筛，即得到颗粒状的环保融雪剂；

（4）、将固体的PDMS置于密闭加热炉的下层，步骤（3）制备的颗粒状环保融雪剂置于加热炉的上层，两者不接触互融即可，然后加热至210 ⁰C ，加热时间6小时；注意每隔1小时要对环保融雪剂进行搅拌分散，使得的PDMS镀层均匀；

（6）、加热结束后，冷却至室温后冷却至室温形成包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂，继续过孔径为6mm的标准筛，即得颗粒状包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂。

应用效果试验：

实施例4

（1）、融冰速度检测试验 ：

按照道路除冰融雪剂国家标准GB 23851-2009，对包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂进行融雪能力测定试验。

试验方法：在若干个150 mL烧杯中加入100 mL水，置于-10^oC的低温恒温箱中至结冰，称量烧杯和冰块的质量，备用；再将上述实施例1制备的覆膜环保融雪剂配制成200 g/L的水溶液，取25mL倒入前面的烧杯内冰块中，30 min后取出烧杯，倾倒其液体，并迅速称量剩余冰块和烧杯的质量，记录两次质量差。

在同等条件下做实施例2和3中覆膜环保融雪剂和氯化钠融雪剂对比试验，分别记录质量变化量。试验结果见表1。

表 1 不同融雪剂融冰能力比较

序号种类质量变化量（g）与氯化钠融雪能力比（%）1实施例121.11042实施例220.51013实施例319.8984氯化钠20.3/

从上表可以看出，本发明制备的覆膜环保融雪剂的融雪速度和氯化钠融雪剂的融雪速度相当，其中，实施例1制得的覆膜环保融雪剂的融雪速率高于实施例2和3；说明随着加热时间的延长，PDMS层厚度的增加，导致融雪速率有些微的变慢。

本发明制备的包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂由于具有PDMS镀层，在融雪过程中，并不会全部融解，只会出现部分融解；这是因为在合成过程中，并不能保证每个环保融雪剂颗粒都能被PDMS镀膜包覆的很均匀；也正因如此，更保证了该融雪剂的融雪作用时间，经过观察检测，实施例1在5天后基本融解完全，实施例2在11天后基本融解完全，实施例3在20天后基本融解完全，意味着对应的融雪剂分别在5天、11天、20天内发挥效用。说明，PDMS镀膜的加入，既能保证融雪效果，又能延长融雪作用时间。

（2）、对碳钢的腐蚀速率试验：

按照国标GB 10124-1988，对包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂进行金属碳钢腐蚀试验，试验步骤如下：

a） 、将A3钢标准试片按照国家规定的方法清洗除油，放入干燥器迅速干燥后移入室温环境下测其面积、重量并逐一编号；

b）、在12只2000 mL烧杯中分别加入1000 mL蒸馏水，每3只分为一组，在第一组的3只烧杯中均加入200 g实施例1制得的覆膜环保融雪剂，在第二组的3只烧杯中均加入200 g实施例2制得的覆膜环保融雪剂，第三组的3只烧杯中均加入200 g实施例3制得的覆膜环保融雪剂，第四组的3只烧杯中均加入200 g氯化钠；

c）、将步骤 a）处理的钢片分别用尼龙绳垂钓在配好的12个溶液中，使钢片处于溶液中间偏下的部位；

d）、将钢片在溶液中连续浸泡 48 小时，取出后用刷子刷掉钢片表面铁锈，然后用酒精、 丙酮冲洗，放入干燥器快速干燥后，逐一进行称重后测算质量差。四组融雪剂对碳钢的腐蚀试验结果如表 2 所示。

表2 融雪剂对碳钢的腐蚀试验结果

从表2可以看出，本发明制备的包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂的腐蚀速率远远低于氯化钠对碳钢的腐蚀速率。其中，实施例3制得的融雪剂对碳钢的腐蚀速率低于实施例1和2，说明随着加热时间的延长，PDMS层厚度的增加，隔离效果体现的更明显，其疏水性更强，从而大幅降低其对碳钢的腐蚀速率。

（3）、混凝土腐蚀性试验

参考美国ASTM designation C672-84方法，对包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂进行混凝土腐蚀性试验。

试验方法为：将静养好的混凝土块（100×100×100mm）浸渍在3%浓度的融雪剂溶液中，-20℃的环境下冷冻16h，冷冻后在室温下持续8h，反复进行50天，融雪剂溶液每周更换一次，并且称量混凝土块的重量。根据质量损失计算出实施例1-3制备的覆膜环保融雪剂对混凝土的腐蚀率，再与氯化钠对比试验组对比计算出腐蚀比率，试验结果见表3。

表3 混凝土腐蚀性试验结果

序号种类混凝土腐蚀率（%）腐蚀比率（%）1实施例10.619.922实施例20.528.463实施例30.335.374氯化钠6.15/

从表3可以看出，本发明制备的包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂对混凝土的腐蚀率远远低于氯化钠对混凝土的腐蚀率。其中，实施例3制得的融雪剂对碳钢的腐蚀速率低于实施例1和2，说明随着加热时间的延长，PDMS层厚度的增加，隔离效果体现的更明显，其疏水性更强，从而大幅降低其对混凝土的腐蚀率。

（4）、植物耐寒试验

按照道路除冰融雪剂国家标准GB 23851-2009，对包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂进行植物耐盐试验。

试验方法为：使用普通草坪作为评价草本植物，划出2 m²×5，每次剂量10 g/m²，每周一次，直至出现受害现象前的累积喷洒量为耐盐量，以g/m²表示，试验结果见表4。

表4 植物耐盐试验结果

序号种类耐盐量（g/m²）1实施例12602实施例22353实施例31924氯化钠60

从表4可以看出，本发明制备的包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂对对植物和土壤的性质危害比氯化钠要小得多。其中，实施例3制得的融雪剂对植物和土壤的性质的破坏性质最小。

综合上述各项指标可以看出，本发明的包覆有PDMS镀膜的环保融雪剂融雪能力强，对金属和混凝土的腐蚀性以及对周边植物和土壤的危害很小，是一种高效的环保融雪剂。更重要的是，该类融雪剂由于具有PDMS镀层，其疏水性可以减缓水透过PDMS层与被包覆的环保融雪剂的接触速度，表面的PDMS镀膜吸收水分缓慢，使得被包覆的环保融雪剂融解缓慢，从而延长环保融雪剂的作用时间，延长的作用时间最高可达到20天。