本發(fā)明屬于物體表面除冰防冰領(lǐng)域，具體涉及一種除冰防冰液及其制備方法。

背景技術(shù)：

在零下溫度且濕潤(rùn)的環(huán)境下，物體表面(比如道路、電纜、飛機(jī)外表面)極易結(jié)冰，嚴(yán)重影響人們生活，并且會(huì)造成極大的安全隱患。除冰、防冰是保證極端環(huán)境下安全的重要措施，而使用除冰防冰液是最有效的除冰、防冰方法。除冰防冰液不僅可以融化物體表面的結(jié)冰，還能夠在一定時(shí)間內(nèi)防止結(jié)冰，因而能夠保證安全。

目前使用的除冰防冰液成分大多非常復(fù)雜，主要包括增稠劑、表面活性劑、緩蝕劑、穩(wěn)定劑、冰點(diǎn)降低劑、pH緩沖劑以及水等。增稠劑是其中的關(guān)鍵成分，主要用于調(diào)節(jié)除冰防冰液的流變性能，使其具有高粘度和剪切變稀特性?，F(xiàn)有增稠劑以聚合物為主，包括人工合成聚合物如聚丙烯酸類、聚乙烯醇類、聚丙烯酰胺類等，天然聚合物如瓜爾膠、黃原膠等。

聚合物增稠劑是目前大多數(shù)除冰防冰液必不可少的組分，然而大多數(shù)聚合物增稠劑制備工藝復(fù)雜，成本高，而且由于其特殊的結(jié)構(gòu)和功能基團(tuán)往往需要加入穩(wěn)定劑、pH緩沖劑以及緩蝕劑等以保證其安全使用，進(jìn)一步使除冰防冰液的成分和制備工藝復(fù)雜化。另一方面，除冰防冰液在使用過(guò)程中通常需要經(jīng)歷高剪切速率的噴涂作業(yè)，此類除冰防冰液會(huì)產(chǎn)生聚合物分子鏈機(jī)械降解，進(jìn)而對(duì)除冰防冰液流變性能(如表觀黏度、剪切稀釋特性等)造成不可逆的影響。此外，聚合物型除冰防冰液在物體表面干燥后會(huì)形成凝膠狀物質(zhì)，帶來(lái)安全問(wèn)題。如附著在飛機(jī)升降舵表面上的聚合物除冰防冰液形成凝膠后會(huì)嚴(yán)重影響飛行安全。

公開號(hào)為CN105199671A的專利申請(qǐng)公開了“一種通過(guò)低聚陽(yáng)離子表面活性劑增稠的防冰液及其制備方法”，得到一種基于低聚陽(yáng)離子表面活性劑的防冰液，但其使用的陽(yáng)離子表面活性劑需要在高濃度條件下外加陰離子化合物的作用下才能起到增黏作用，外加劑的使用這不僅增加了對(duì)物體表面腐蝕的隱患，而且容易造成防冰液體系的不穩(wěn)定，進(jìn)而影響使用的安全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑的非牛頓流體型除冰防冰液及其制備方法，以便不使用聚合物增稠劑，在簡(jiǎn)化除冰防冰液成分和制備工藝的同時(shí)，保證除冰防冰液的性能和使用安全性。

本發(fā)明所述基于超長(zhǎng)鏈表面活性劑的非牛頓流體型除冰防冰液，其組分及各組分的質(zhì)量百分含量如下：去離子水35％～94％，醇5％～64％，超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑0.5％～15％。

上述基于超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑的非牛頓型除冰防冰液，所述超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑為碳原子數(shù)18～24的飽和、不飽和烷烴表面活性劑中的至少一種。如飽和烷烴表面活性劑油酸鈉、花生酸鈉、二十烷基二甲基甜菜堿、二十二烷基二甲基氧化胺等；不飽和烷烴表面活性劑N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿、N-(順-十八碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿、芥酸鈉等。

上述基于超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑的非牛頓流體型除冰防冰液，所述不飽和烷烴表面活性劑優(yōu)選為N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿和/或N-(順-十八碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿。

上述基于超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑的非牛頓流體型除冰防冰液，所述醇為碳原子數(shù)2～5的一元、二元、多元烷基醇中的至少一種。所述一元烷基醇優(yōu)選為乙醇，二元烷基醇優(yōu)選為乙二醇，三元烷基醇優(yōu)選為丙三醇。

本發(fā)明提供的上述基于超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑的非牛頓流體型除冰防冰液的制備方法，將去離子水、醇混合均勻，再與超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑混合并攪拌至超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑完全溶解并混合均勻。

本發(fā)明中，所述超長(zhǎng)鏈表面活性劑均為現(xiàn)有產(chǎn)品，可通過(guò)市場(chǎng)購(gòu)買或自制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明為物體表面除冰、防冰操作提供了一種新的除冰防冰液。

2.本發(fā)明所述除冰防冰液不含有聚合物增稠劑，成分和制備工藝均簡(jiǎn)單，干燥后不會(huì)在物體表面形成水凝膠，避免帶來(lái)安全隱患。

3.本發(fā)明所述除冰防冰液使用時(shí)不需要添加任何外加劑，使用方便，且不含無(wú)機(jī)鹽，對(duì)物體表面的腐蝕小，環(huán)境友好，因此具有良好的穩(wěn)定性和使用安全性，可大規(guī)模生產(chǎn)和使用。

4.本發(fā)明所述除冰防冰液中的黏彈性表面活性劑通過(guò)自組裝形成蠕蟲狀膠束后水溶液會(huì)表現(xiàn)出類似于聚合物溶液的黏彈性，在經(jīng)過(guò)機(jī)械剪切后其黏度和黏彈性能夠快速可逆回復(fù)，因此本發(fā)明所述除冰防冰液可以維持較高的黏度和剪切變稀特性，而且由于其非牛頓流體特性，有利于在物體表面的粘附，具有低表面張力、高剪切變稀特性，滿足作為除冰防冰液的要求。

5.本發(fā)明所述除冰防冰液具有耐低溫的特點(diǎn)，其冰點(diǎn)能低于-40℃，在-40～20℃均可使用。

6.本發(fā)明所述除冰防冰液的配方中，可通過(guò)改變醇的種類、含量以及表面活性劑的濃度等，實(shí)現(xiàn)對(duì)防冰液流變性能的調(diào)節(jié)。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1中1.34wt％的N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿與水/乙二醇混合溶劑組成的除冰防冰液在不同溫度下的黏度—剪切速率關(guān)系圖。

圖2是實(shí)施例2中1.34wt％的N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿在與不同含量的水/乙二醇混合溶劑組成的四種除冰防冰液在20℃下的黏度—剪切速率關(guān)系圖。

圖3是實(shí)施例3中3.57wt％的N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿與水/乙醇混合溶劑組成的除冰防冰液在-20℃時(shí)黏度—剪切速率關(guān)系圖。

圖4是實(shí)施例4中1.25wt％的N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿與水/丙三醇混合溶劑組成的除冰防冰液在-20℃時(shí)的黏度—剪切速率關(guān)系圖。

圖5是實(shí)施例5中7.40wt％的N-(順-十八碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿與水/丙三醇混合溶劑組成的除冰防冰液在不同溫度下的黏度—剪切速率關(guān)系圖。

圖6是實(shí)施例7中2.22wt％的N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿與水/乙二醇組成的除冰防冰液在鋁片表面上的防結(jié)冰效果圖。

具體實(shí)施方式

下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述基于超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑的非牛頓流體型除冰防冰液及其制備方法做進(jìn)一步說(shuō)明。

以下實(shí)施例中，所用超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑為實(shí)驗(yàn)室自制，制備方法參見(jiàn)Chu Z,Feng Y(2009)A facile route towards preparation of ultra-long-chain amidosulfobetaine surfactants.Synlett 20:2655–2658，所述醇均為市場(chǎng)試劑公司購(gòu)買。

以下實(shí)施例中除冰防冰液表觀黏度與剪切速率的關(guān)系通過(guò)旋轉(zhuǎn)流變儀(Anto Paar，MCR301)測(cè)試。

以下實(shí)施例中，除冰防冰液制備過(guò)程中的加熱(50℃)，其目的是為了加快超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑的溶解，對(duì)除冰防冰液的性能無(wú)影響，也可不加熱直接攪拌至超長(zhǎng)鏈黏彈性表面活性劑溶解并混合均勻。

實(shí)施例1

本實(shí)施例中，所述除冰防冰液的配方如下表：

制備：在室溫下將配方量的乙二醇加入到去離子水中混合均勻，再加入N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿，并升溫至50℃攪拌至N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿完全溶解(時(shí)間1小時(shí))并混合均勻得到除冰防冰液。

分別在-20℃、-10℃、0℃、10℃、20℃下測(cè)定除冰防冰液表觀黏度與剪切速率的關(guān)系，結(jié)果如圖1所示。由圖1可知，在低剪切速率下，該除冰防冰液上述溫度時(shí)均表現(xiàn)出較高的表觀黏度，而隨著剪切速率增加，黏度明顯下降，即表現(xiàn)出明顯的剪切變稀特性，符合非牛頓流體型除冰防冰液的流變性能要求。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中制備了四種除冰防冰液，各除冰防冰液的配方如下表。

每種除冰防冰液的制備：在室溫下將配方量的乙二醇加入到去離子水中混合均勻，再加入N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿，并升溫至50℃攪拌至N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿完全溶解(時(shí)間1小時(shí))并混合均勻得到除冰防冰液。

在20℃下測(cè)定各除冰防冰液的表觀黏度與剪切速率的關(guān)系，結(jié)果見(jiàn)圖2。由圖2可知：(1)在低剪切速率下，四種除冰防冰液在20℃均表現(xiàn)出較大的表觀黏度，而隨著剪切速率增加，黏度明顯下降，即表現(xiàn)出明顯的剪切變稀特性。(2)隨著乙二醇含量增加，除冰防冰液表觀黏度逐漸降低，但依然具有明顯的剪切變稀特性，滿足非牛頓流體型除冰防冰液的流變性能要求。

實(shí)施例3

本實(shí)施例中，所述除冰防冰液的配方如下表：

制備：在室溫下將配方量的乙醇加入到去離子水中并混合均勻，再加入N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿，并升溫至50℃攪拌至N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿完全溶解(時(shí)間1小時(shí))并混合均勻得到除冰防冰液。

在-20℃下測(cè)定剪切速率與表觀黏度的關(guān)系，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在低剪切速率下，該除冰防冰液表現(xiàn)出較高的表觀黏度，而隨著剪切速率增加，表觀黏度明顯下降，即表現(xiàn)出明顯的剪切變稀特性,，符合非牛頓流體型除冰防冰液的流變性能要求。

實(shí)施例4

本實(shí)施例中，所述除冰防冰液的配方如下表：

制備：在室溫下將配方量的丙三醇加入到去離子水中并混合均勻，再加入N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿，并升溫至50℃攪拌至N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿完全溶解(時(shí)間1小時(shí))并混合均勻得到除冰防冰液。

在-20℃下測(cè)定表觀黏度與剪切速率的關(guān)系，結(jié)果如圖4所示。由圖4可知，在低剪切速率下，該除冰防冰液表現(xiàn)出較高的表觀黏度，而隨著剪切速率增加，黏度明顯下降，即表現(xiàn)出明顯的剪切變稀特性，符合非牛頓流體型除冰防冰液的流變性能要求。

實(shí)施例5

本實(shí)施例中，所述除冰防冰液的配方如下表：

制備：在室溫下將配方量的丙三醇加入到去離子水中并混合均勻，再加入N-(順-十八碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿，并升溫至50℃攪拌至N-(順-十八碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿完全溶解(時(shí)間1小時(shí))并混合均勻得到除冰防冰液。

分別在0℃和-7.5℃下測(cè)定表觀黏度與剪切速率的關(guān)系，結(jié)果如圖5所示。由圖5可知，上述溫度時(shí)，在低剪切速率下該除冰防冰液表現(xiàn)出穩(wěn)定的剪切平臺(tái)，且表觀黏度較大，而隨著剪切速率增加，黏度明顯下降，即表現(xiàn)出明顯的剪切變稀特性，符合非牛頓流體型除冰防冰液的流變性能要求。

實(shí)施例6

本實(shí)施例中包含五種除冰防冰液，各除冰防冰液的配方如下表。

每種除冰防冰液的制備：在室溫下將配方量的乙二醇加入到去離子水中并混合均勻，再加入N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿，并升溫至50℃攪拌至N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿完全溶解(時(shí)間1小時(shí))并混合均勻得到除冰防冰液。

根據(jù)中華人民共和國(guó)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0090-91測(cè)定五種除冰防冰液的冰點(diǎn)，五種除冰防冰液的冰點(diǎn)分別為-43.3℃、-41.5℃、-44.6℃、-45.4℃、-44.8℃，說(shuō)明本發(fā)明所述除冰防冰液具有較低的冰點(diǎn)，能在極寒環(huán)境下使用。

實(shí)施例7

本實(shí)施例中，所述除冰防冰液的配方如下表：

制備：在室溫下將配方量的乙二醇加入到去離子水中并混合均勻，再加入N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿，并升溫至50℃攪拌至N-(順-二十二碳-9-烯酸酰胺基丙基)-N,N-二甲基羧酸甜菜堿完全溶解(時(shí)間1小時(shí))并混合均勻得到除冰防冰液。

將一個(gè)寬1.5厘米、長(zhǎng)8厘米的鋁片下半部分浸入上述除冰防冰液中，使鋁片下半部分表面粘附上除冰防冰液。再將該鋁片放置在溫度為-20℃、相對(duì)濕度為40％的環(huán)境下。放置3個(gè)小時(shí)后發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有粘附除冰防冰液的鋁片的上半部表面幾乎全部結(jié)冰，而粘附了除冰防冰液的鋁片下半部表面幾乎沒(méi)有變化，表現(xiàn)出較好的防結(jié)冰性能，如圖6所示。