一种融雪剂的制备方法及制得的融雪剂

1.本发明涉及融雪剂技术领域，具体涉及一种融雪剂的制备方法及制得的融雪剂。


背景技术：

2.我国北方冬季深受积雪的毒害，目前的除雪方式：一是机械除雪，二是通过融雪剂除雪。而融雪剂又分三类:氯盐型、非氯盐型融雪剂及环保复合型融雪剂。早期常用氯盐类融雪剂进行除雪，成本低，效果好，速度快。如公开号为cn109321205a的专利申请公开一种环保融雪剂及其制备方法，其为氯盐复合融雪剂，以氯盐为主。针对于能够延长氯化钠、氯化钙、氯化镁等常用氯盐融雪剂融雪化冰的持续时间，使其在低温下长时间保持良好的融雪效果，不发生二次结冰，且溶解后的溶液能够起到缓蚀作用，大幅降低氯盐对水泥道路及钢构的腐蚀性。
3.但是氯盐类融雪剂是一把“双刃剑”，氯盐类融雪剂在融化冰雪的同时，它的大量使用对道路、建筑物及其周边环境带来了较大的危害。而这些危害主要体现在氯盐类融雪剂成分中含有较强的腐蚀性，在融化冰雪的同时会对道路，钢筋水泥，土壤植被等造成一定的威胁。
4.非氯盐型融雪剂以醋酸盐、尿素、二元醇等不含氯的物质为主。其冰点高、价格昂贵、融雪效果较差，对环境危害小。但同样效果下需用量和成本是氯盐类的几倍以上，因此应用场所有限。
5.目前环保融雪剂分环保复合型融雪剂和以cma为代表的环保有机融雪剂两大类。如公开号为cn108395878a的专利公开一种机场专用的高效绿色融雪剂，该专利为甲酸盐复合融雪剂，其绿色环保，融雪效果好，冰点低(
‑
35℃)。但是对于北方机场寒冷度，零下35℃冰点略有不足，而且主要成分都要经过重结晶提纯，增加了操作难度，同时配方组分过多，会增加成本。公开号为cn109054749a的专利申请公开一种环保融雪剂的制备方法，针对现有的融雪剂容易对路边植被造成危害的问题。其冰点低，融雪效率高，又要对金属、混凝土及沥青路面几乎无腐蚀，对植物危害也要小。但是其实验原料的来源和成本过大，其中白云石的煅烧温度过高，操作不当容易发生危险，其冷却速度慢，收取时会造成粉末飞扬，对人的身体有危害。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于现有技术中的氯盐类融雪剂不环保，现有技术中的融雪剂制备方法复杂、成本较高。
7.本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：
8.一种融雪剂的制备方法，包括以下步骤：
9.(1)制备丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物：将水、丙烯酸、丙烯磺酸钠混合，搅拌溶解，加热至60℃～70℃，加入引发剂，恒温反应3h～4h，得到无色或浅黄色透明粘稠液体；
10.(2)将甲酸钠、醋酸钾、磷酸钾、氧化钙、丙二醇和水混合搅拌，得到初级混合物；
11.(3)向步骤(2)的初级混合物中加入步骤(1)中的丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物，并搅拌；
12.(4)将步骤(3)中的混合物进行造粒成型，即制得融雪剂。
13.有益效果：本发明制备方法简单，可操作性强，通过对各组分搅拌混合，调和粘度后经由造粒机固化成型，即可制得本发明中的融雪剂。
14.本发明采用一种基于丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚体系，以甲酸盐、醋酸盐、磷酸盐、丙二醇配以氧化钙制备而成的不含氯融雪剂。
15.丙烯酸结构式为ch2＝ch
‑
cooh，它是一种非常重要的水溶性单体。其一，从丙烯酸结构式可以看出，它具有高度反应的双键，所以能发生聚合反应，可以与很多单体共聚生成多种多样的共聚物。另一方面，其分子结构中含有一羧基，所以具备良好的阻垢抑制性能。由于易引发和控制，在进行聚合反应时，所需反应温度也比较低。丙烯磺酸钠结构式为ch2＝ch
‑
ch2‑
so3na，它极易溶于水，可用作分散剂，增加水溶性。也用于土壤改良，和丙烯酸钠、苯丙乳液、聚乙烯醇等聚合增加赤红壤保肥性，对铵离子、硝酸根离子吸附性很强。
16.丙烯酸与丙烯磺酸钠的共聚物，由于该共聚物高分子量和所带的基团羧酸基
‑
cooh和磺酸基
‑
hso3，可以用作缓蚀剂、增稠剂，也可以用作水质稳定剂，除去其中的氯、氨、铜离子等有毒物质。其中增稠有利于后期的制粒。因此它的加入既提高了融雪剂的水溶性又增加了其粘度，融雪后随水流入土壤，可以对土壤起到保护性和增肥性；流入水源的话，能稳定水质，可以除去一些有害物质对周围环境十分友好。这是完全区别于其他环保型融雪剂的特点，它的加入更有利于周围环境，无毒无害，还起到良好的保护性，更加体现了本发明所要针对问题的解决。
17.若利用其他无机与有机物，无法起到更加环保的作用，因此丙烯酸与丙烯磺酸钠的共聚物的加入必不可少，符合本发明所针对的环保问题。
18.本发明中的融雪剂不含氯元素，不会道路和轮胎进行腐蚀。对一些建筑设施中的金属具有保护作用，本融雪剂中的磷酸盐其防腐蚀作用在于其本身是水合物，具有形成碱式络合物的能力，它与金属表面和fe
2+
形成附着牢固的络合物沉淀层而抑制阳极反应，所以对金属表面的腐蚀可以忽略不计。本融雪剂溶雪形成的溶液，对土壤具有良好的保护性和增肥性，可以为植物提供所需的营养元素，而且对周围的水体无危害，可以除去水中的一些有毒物质，这是由该共聚物的基团
‑
cooh和
‑
so3h起到作用的。
19.甲酸盐的加入降低了融雪剂的冰点，而且它的腐蚀性低，制备工艺简单，价格低廉；醋酸盐的加入增加了融雪效率，而且它的溶解度高、腐蚀性低。两者的相互配合大大提高了本融雪剂的效果。
20.优选地，所述步骤(1)中水、丙烯酸、丙烯磺酸钠的质量比为2:2:1。
21.优选地，所述步骤(1)中的引发剂为过硫酸钾。
22.优选地，所述过硫酸钾的加入量为丙烯酸和丙烯磺酸钠总量的2
‑
5％。
23.优选地，所述过硫酸钾的加入量为单体总量的3％。
24.优选地，将30
‑
40份甲酸钠、10
‑
20份醋酸钾、7
‑
10份磷酸钾、5
‑
10份氧化钙、10
‑
15份丙二醇、8
‑
10份水混合搅拌，得到初级混合物，然后加入10份丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物。
25.有益效果：本发明制得的融雪剂冰点低，可以在零下40℃
‑
50℃之间使用，在这样
的低温下，可以保证水溶液不结冰，不会产生雪融水结为成冰的副作用，因此本发明可以在北方更严寒的地域使用。
26.本发明制得的融雪效果好，融雪速度快。融雪剂可溶性好，溶于水后，水中离子浓度上升，使水的液相蒸气压下降，但冰的固态蒸汽压不变。为达到冰水混和物固液蒸汽压相等的状态，冰便溶化了。
27.优选地，所述步骤(2)中将30份甲酸钠、20份醋酸钾、9份磷酸钾、9份氧化钙、12份丙二醇、10份水混合搅拌，得到初级混合物。
28.优选地，所述步骤(2)中将35份甲酸钠、15份醋酸钾、10份磷酸钾、8份氧化钙、13份丙二醇、8份水混合搅拌，得到初级混合物。
29.优选地，所述步骤(2)中将40份甲酸钠、10份醋酸钾、8份磷酸钾、10份氧化钙、13份丙二醇、9份水混合搅拌，得到初级混合物。
30.优选地，将所述步骤(3)中的混合物采用造粒机造粒形成球形颗粒。
31.优选地，所述球形颗粒的直径为3
‑
5mm。
32.本发明还提供由上述制备方法制得的融雪剂。
33.有益效果：本发明制得的融雪剂不含氯元素，不会道路和轮胎进行腐蚀。对一些建筑设施中的金属具有保护作用，本融雪剂中的磷酸盐其防腐蚀作用在于其本身是水合物，具有形成碱式络合物的能力，它与金属表面和fe
2+
形成附着牢固的络合物沉淀层而抑制阳极反应，所以对金属表面的腐蚀可以忽略不计。本融雪剂溶雪形成的溶液，对土壤具有良好的保护性和增肥性，可以为植物提供所需的营养元素，而且对周围的水体无危害，可以除去水中的氯、氨、铜离子等有毒物质，这是由该共聚物的基团
‑
cooh和
‑
so3h起到作用的。
34.本发明的优点在于：本发明制备方法简单，可操作性强，通过对各组分搅拌混合，通过丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物调和粘度后经由造粒机固化成型，成本低。
35.本发明制得的融雪剂与现有技术相比冰点更低，可以在零下40℃
‑
50℃之间使用，在这样的低温下，可以保证水溶液不结冰，不会产生雪融水结为成冰的副作用，因此本发明可以在北方更严寒的地域使用。
36.本发明制得的融雪剂不含氯元素，不会道路和轮胎进行腐蚀。对一些建筑设施中的金属具有保护作用，本融雪剂中的磷酸盐其防腐蚀作用在于其本身是水合物，具有形成碱式络合物的能力，它与金属表面和fe
2+
形成附着牢固的络合物沉淀层而抑制阳极反应，所以对金属表面的腐蚀可以忽略不计。本融雪剂溶雪形成的溶液，对土壤具有良好的保护性和增肥性，可以为植物提供所需的营养元素，而且对周围的水体无危害，可以除去水中的氯、氨、铜离子等有毒物质，这是由该共聚物的基团
‑
cooh和
‑
so3h起到作用的。本发明制得的融雪效果好，融雪速度快。融雪剂可溶性好，溶于水后，水中离子浓度上升，使水的液相蒸气压下降，但冰的固态蒸汽压不变。为达到冰水混和物固液蒸汽压相等的状态，冰便溶化了。
附图说明
37.图1为本发明实施例中融雪剂的制备流程图。
具体实施方式
38.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.下述实施例中所用的试验材料和试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
40.实施例中未注明具体技术或条件者，均可以按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。
41.图1为以下实施例中融雪剂的制备流程图。
42.实施例1
43.本实施例提供一种融雪剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
44.步骤一，丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物的合成：按照质量比2:2:1，先加入8g水、8g丙烯酸、4g丙烯磺酸钠，搅拌溶解，加热至70℃，将0.6g的过硫酸钾引发剂水溶液滴加到瓶内，恒温反应4h，得到无色或浅黄色透明粘稠液体；
45.步骤二，将以下质量百分比的原料加入搅拌机混合搅拌：30％甲酸钠、20％醋酸钾、9％磷酸钾、9％氧化钙、12％丙二醇和10％水，得到初级混合物；
46.步骤三，向初级混合物中继续加入质量百分比为10％的丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物，搅拌均匀；
47.步骤四，将步骤三中的混合物经由造粒机固化成型，使其形成直径为3mm
‑
5mm的球形颗粒。
48.实施例2
49.本实施例提供一种融雪剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
50.步骤一，丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物的合成：按照质量比2:2:1，先加入8g水、8g丙烯酸、4g丙烯磺酸钠，搅拌溶解，加热至70℃，将0.6g的过硫酸钾引发剂水溶液滴加到瓶内，恒温反应4h，得到无色或浅黄色透明粘稠液体；
51.步骤二，将以下质量百分比的原料加入搅拌机混合搅拌：35％甲酸钠、15％醋酸钾、10％磷酸钾、8％氧化钙、13％丙二醇和8％水，得到初级混合物；
52.步骤三，向初级混合物中继续加入质量百分比为10％的丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物，搅拌均匀；
53.步骤四，将步骤三中的混合物经由造粒机固化成型，使其形成直径为3mm
‑
5mm的球形颗粒。
54.实施例3
55.本实施例提供一种融雪剂的制备方法，具体按照以下步骤实施：
56.步骤一，丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚物的合成：按照质量比2:2:1，先加入8g水、8g丙烯酸、4g丙烯磺酸钠，搅拌溶解，加热至70℃，将0.6g的过硫酸钾引发剂水溶液滴加到瓶内，恒温反应4h，得到无色或浅黄色透明粘稠液体；
57.步骤二，将以下质量百分比的原料加入搅拌机混合搅拌：40％甲酸钠、10％醋酸钾、8％磷酸钾、10％氧化钙、13％丙二醇和9％水，得到初级混合物；
58.步骤三，向初级混合物中继续加入质量百分比为10％的丙烯酸与丙烯磺酸钠共聚
物，搅拌均匀；
59.步骤四，将步骤三中的混合物经由造粒机固化成型，使其形成直径为3mm
‑
5mm的球形颗粒。
60.对实施例1
‑
实施例3中制得的融雪剂、对比例cacl2·
2h2o融雪剂进行检测，具体检测步骤如下：
61.冰点测试：将实例和对比例分别配成浓度为29％的溶液，按中华人民共和国石油化工行业标准《发动机冷却液的冰点测定》(sh/t 0090一91)进行冰点的检测。
62.融雪化冰能力的测定：取8个100ml的烧杯，四个内置等量15ml水，四个内置等量25ml 29％融雪剂水溶液，在25℃冰箱中冷冻3h后，将不同配比的融雪剂水溶液洒于冰上，用倾倒法测0.5h后的融冰量。按中华人民共和国国家标准《融雪剂》(gb/t 23851
‑
2017)进行融雪化冰能力的检测。
63.酸碱性的测定：我国地面水环境质量标准(ghzbi一1999)中规定ph应在6.0
‑
9.0范围内。
64.具体检测结果如表1所示。
65.表1为实施例1
‑
实施例3、cacl2·
2h2o水溶液的性能表征对比表
66.检测项目实施例1实施例2实施例3对比例冰点
‑
45℃
‑
43℃
‑
40℃
‑
32℃融雪化冰能力213％209％204％100％ph7.897.827.758.2
67.从表1可以看出，本发明制得的融雪剂冰点低，融冰效果好，融冰速率快，具有较好的融学化冰能力，ph值均在7.5
‑
8.5之间，达到了环保要求。
68.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。