專利名稱：飛機(jī)和跑道用的防凍液的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于飛機(jī)和跑道防凍用的環(huán)境安全液體，所說的液體特別適合于各種噴射設(shè)備。
防止飛機(jī)和跑道上形成冰、以及除冰通常要用防凍化學(xué)品來完成，以確保安全起飛、降落和飛行，特別是是在冬季。這些防凍劑通常是乙二醇或丙二醇基的可噴溶液或泡沫，如果需要，與增加粘度的增稠劑、水、表面活性劑和防腐蝕劑混合。這些乙二醇或丙二醇基的防凍劑是有毒的，當(dāng)其被沖入土中污染環(huán)境。另外，從中釋放出不愉快的氣味并由空氣流攜帶。這種防凍劑還會(huì)造成腐蝕問題。普通噴到飛機(jī)上的防凍劑通常含有至少60％二醇，正常為乙二醇，或其它二醇的混合物。
防凍劑的作用是除去飛機(jī)場(chǎng)上停留的飛機(jī)上形成的雪、冰和白霜。在飛機(jī)上結(jié)凍的雪、冰和霜將嚴(yán)重影響空氣動(dòng)力性能，及其發(fā)動(dòng)機(jī)性能，最終導(dǎo)致危險(xiǎn)情況，例如在機(jī)器起飛過程中。出于此原因，在前出發(fā)要經(jīng)常檢查飛機(jī)確保它們不含冰、雪和霜。
跑道防凍和除冰包括使用防凍化學(xué)品。這些化學(xué)品的主要作用是通過形成的雪和冰擴(kuò)散，以消弱其中的結(jié)合，允許通過機(jī)械方式將它們較輕易地除去。此外，防凍化學(xué)品在水和雪將在跑道上結(jié)凍的情況下使用。
SU專利1664808公開了一種組合物，適合用于防凍、和解凍粉狀或粒裝原料，如面粉、沙或任何類型。該組合物包含氯化鎂或氯化鈣、氨水、碳水化合物、甘油、乳酸、揮發(fā)酸、甜菜堿、氨基酸、脂肪化合物和水。該組合物的目的是粉狀粉狀原料特別是其運(yùn)輸過程中在容器的壁上或底部結(jié)凍、和聚集，并且解凍已結(jié)凍的原料。
US專利5079036描述了一種防凍組合物，用于防止類似礦物煤或礦石的固體顆粒在低于0℃處理過程和運(yùn)輸過程時(shí)結(jié)凍和聚集。該組合物在固體顆粒上形成泡沫。它包含適合作用防凍劑的溶液，如類似氯化鈉、氯化鉀、氯化鎂、氯化鈣的鹽，和多羥基化合物或一烷基醚或二烷基醚，如乙二醇、丙二醇、甘油、糖及其混合物。此外，還提及了纖維素衍生物，例如羧甲基纖維素鈉和乙基羥乙基纖維素可適合作為防凍劑。除防凍劑外，組合物還含有允許形成穩(wěn)定泡沫的陰離子或兩性表面活性劑。為此目的，適宜的化合物是陰離子表面活性劑如磺酸鹽，和諸如甜菜堿衍生物的兩性表面活性劑。除此，組合物還含水。
EP專利743305公開一種防凍組合物，特別是防止飛機(jī)及其機(jī)翼的結(jié)凍。該申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N新表面活性劑，稱為聚醚酰胺，可以和亞烷基二醇基的防凍劑結(jié)合使用，使用聚丙烯酸作為增稠劑。另外，所說的組合物典型包含防腐蝕劑，可選成分胺、氫氧化鉀或堿金屬氫氧化鹽、以及水。
一般來說，大部分常見的水基防凍液體是乙二醇和丙二醇的含水混合物。特別是，在各種汽車工業(yè)應(yīng)用中使用乙二醇。然而，乙二醇的缺點(diǎn)在于其毒性和其污染性。因而，在需要非毒性的應(yīng)用中經(jīng)常使用丙二醇來取代乙二醇。但是，盡管丙二醇是相對(duì)無毒的，但也是環(huán)境不可靠的。丙二醇的另一個(gè)缺點(diǎn)是其粘度在低溫下明顯增加，造成必須使用較高的泵抽功率。
相比乙二醇，乙醇的毒性較低，使其較具吸引力使用。然而，乙醇的利用受到其高揮發(fā)性的限制，揮發(fā)性高的結(jié)果是容易燃火，其缺點(diǎn)還在于低溫下粘度有大的增加，盡管粘度增加比丙二醇較不明顯。出于此原因，乙醇被廣泛用于實(shí)驗(yàn)室和不要求毒性的應(yīng)用中的冷卻劑。
腐蝕，特別是當(dāng)使用二醇時(shí)，使得研究昂貴和有效防腐蝕劑成為必須。防腐蝕劑的組成和濃度難以控制。通常來說，非常低毒性的液體作為有效抑制劑的結(jié)果變成毒性。復(fù)合溶液使得最終液體更昂貴是正常的。
本發(fā)明的目的是提一種特別適合防止飛機(jī)和跑道用的防凍液，其使用的設(shè)備，并且通過該手段可以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題并消除其缺陷。
此外，本發(fā)明的目的是通過一種適合飛機(jī)和跑道用的防凍液，其使用是環(huán)境安全的、經(jīng)濟(jì)的和對(duì)健康沒有任何危害的。
本發(fā)明飛機(jī)或跑道用的防凍液的特征見后面的權(quán)利要求書。
根據(jù)本發(fā)明，適用作所說飛機(jī)和跑道防凍液組分的優(yōu)選化合物是三甲基氨基乙酸或三甲基氨基乙酸水合物的鹽。特別優(yōu)選三甲基氨基乙酸或甜菜堿。甜菜堿例如可以通過從天然產(chǎn)品中如從甜菜中提取獲得，或者通過生物化學(xué)方法制備，來生產(chǎn)具有有利使用期的生物防凍液體。
本發(fā)明防止飛機(jī)和跑道結(jié)凍用的液體包含10-60％三甲基氨基乙酸或其衍生物，和40-90wt％的水；優(yōu)選40-55％三甲基氨基乙酸或其衍生物，和45-60wt％的水；所有百分?jǐn)?shù)均按重量計(jì)。
本發(fā)明防凍液的優(yōu)點(diǎn)是無毒和安全，并且無味。它的數(shù)種物理性能都與二醇溶液相同，并且可在-50至+100℃之間使用。優(yōu)選在-40至+80℃間使用。防凍液的特點(diǎn)在于它們降低了結(jié)凍溫度。該結(jié)凍溫度應(yīng)當(dāng)是不超過-20℃，使用甜菜堿，甚至可以達(dá)到-50℃的結(jié)凍溫度。
如果必需或需要，本發(fā)明的防凍液可以和常規(guī)的防腐蝕劑、穩(wěn)定劑和標(biāo)識(shí)劑、增稠劑、表面活性劑、其它防凍劑如二醇和鹽、以及控制酸度的化合物組合使用，所有添加劑均為本領(lǐng)域公知的。
本發(fā)明的防凍液比本領(lǐng)域已知的防凍液毒性小且污染性小。該液體不被歸類為危險(xiǎn)廢料，并且容易處理，因而降低了成本。廢料液體可以不用特殊措施來處理，它可以被吸入土中，或者排放到下水道中，而現(xiàn)有技術(shù)中使用的乙二醇、丙二醇和乙醇則必須要用特殊方式作為危險(xiǎn)廢料來處理掉。
本發(fā)明的防凍液適用于各種防止飛機(jī)、跑道等結(jié)凍、或除去冰的應(yīng)用，特別是在低溫和要求液體必須是環(huán)境安全和無毒的情形中。
化合物的毒性評(píng)價(jià)是根據(jù)文獻(xiàn)的LD50值。通過鼠口服測(cè)試LD50值。結(jié)果見下表I。表I
表II中，比較了液體在50％濃度下的運(yùn)動(dòng)粘度。表II
下表III顯示了不同化合物降低50％溶液的結(jié)凍點(diǎn)的情況。表III
下表IV顯示了三甲基氨基乙酸對(duì)含水溶液結(jié)凍點(diǎn)的影響表IV
下表V顯示了典型防凍液的表面張力。三甲基氨基乙酸的表面張力可比得上水的表面張力，并且高于二醇。表V
表VI顯示了數(shù)種熱交換液體在37.8℃下的蒸汽壓力。由于三甲基氨基乙酸溶液的蒸汽壓力低于其它溶液，所以不容易被空氣流蒸發(fā)/揮發(fā)。表VI
<p>本發(fā)明含10-60wt％三甲基氨基乙酸或其衍生物、和40-90wt％水的溶液可以用于飛機(jī)和跑道的防凍系統(tǒng)，特別是噴到所需的表面上。
本發(fā)明液體的蒸汽壓力為5Pa。LD50為大于10 000mg/kg(鼠口服)，并且其閃點(diǎn)大于100℃。另外，50％溶液的結(jié)凍點(diǎn)小于-38℃，表面張力大于55達(dá)因/cm。其標(biāo)準(zhǔn)條件下的儲(chǔ)藏期在室溫下為大于2年。粘度，防凍液的一個(gè)重要性能，可被穩(wěn)定調(diào)整到所需的范圍。
三甲基氨基乙酸是無毒無味、天然存在的原料，其在天然中的生物降解性為20天內(nèi)降解80％。生物降解性緩慢是與例如先前使用的丙二醇相關(guān)的問題。三甲基氨基乙酸降低了水的結(jié)凍點(diǎn)，具有杰出的熱交換性能，不從中釋放不愉快的氣味，并且它可以不與任何防腐蝕劑一起使用，因?yàn)樗鼉H有很弱的腐蝕性。例如，當(dāng)使用了本發(fā)明的液體，銅合金的腐蝕率明顯小于1μm/年。另外，它們不腐蝕聚碳酸酯、丙烯酸酯和油漆的表面。
以前作為防凍劑使用的二醇對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中存在的密封材料是有害的，而基于三甲基氨基乙酸的防凍液沒有這種負(fù)面影響。飛機(jī)場(chǎng)回收含二醇的防凍液進(jìn)行處理、或再使用是非常麻煩的，完全回收是無論如何不可能的。三甲基氨基乙酸溶液不需要回收，因?yàn)樗鼈冏匀唤到夂芸臁Ｓ捎谄涞驼羝麎?、和由此的低揮發(fā)性，三甲基氨基乙酸的處理是安全的。相反，例如乙二醇為安全原因，確定了其蒸汽壓為50ppm(TVL)的限制。對(duì)環(huán)境安全是使用三甲基氨基乙酸溶液作為飛機(jī)和跑道防凍液的一個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)。
以上通過參考某些優(yōu)選的實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但不應(yīng)當(dāng)認(rèn)為其的詳述限制了本發(fā)明。相反，在后面權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)范圍內(nèi)可以作出很多改進(jìn)和變化。
權(quán)利要求
1.一種飛機(jī)和跑道用的防凍液，其特征在于所說液體的蒸汽壓為小于5Pa，并且其急性口服毒性LD50在鼠中為大于10 000mg/kg。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的防凍液，其特征在于50％液體的結(jié)凍點(diǎn)為低于-38℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的防凍液，其特征在于35％液體的結(jié)凍點(diǎn)為-15℃或更低。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的防凍液，其特征在于50％液體的表面張力為大于55達(dá)因/厘米。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的防凍液，其特征在于它包含10-60wt％三甲基氨基乙酸或其衍生物，和40-90wt％水。
6.權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)的防凍液，其特征在于包含40-55wt％三甲基氨基乙酸或其衍生物，和45-60wt％水。
7.權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)的防凍液，其特征在于它包含來自生物源的三甲基氨基乙酸，或其衍生物。
8.權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)的防凍液，其特征在于所說的防凍液可以在-50至+100℃范圍內(nèi)使用，優(yōu)選-40至+80℃之間。
9.權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)的防凍液，其特征在于包含防腐蝕劑、穩(wěn)定劑、標(biāo)識(shí)劑、增稠劑、表面活性劑、其它防凍劑、或控制酸度的化合物。
10.一種防止飛機(jī)和跑道結(jié)凍的液體的用途，其特征在于液體包含10-60wt％三甲基氨基乙酸或其衍生物，和40-90wt％水。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于飛機(jī)和跑道防凍用的環(huán)境安全液體,所說的液體特別適合于各種噴射設(shè)備。所說液體的蒸汽壓為小于5Pa,并且其急性口服毒性LD
文檔編號(hào)C09K3/18GK1272129SQ98809613
公開日2000年11月1日 申請(qǐng)日期1998年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月29日
發(fā)明者A·伊爾維斯, H·瑞喬南, J－P·尼米南 申請(qǐng)人:福圖姆熱力有限公司