CN1678709A - 防冰和除冰组合物和它们的应用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包括甘蔗糖蜜固体和除冰组分的除冰/防冰组合物，该除冰组分优选是氯化物盐。可以将该组合物施加到表面以从其上除去冰或雪，或抑制在其上冰和雪的累积。当将盐从移动交通工具施加到道路表面时，可以将甘蔗糖蜜固体喷淋到盐上。或者，可以将甘蔗糖蜜固体施加到盐主体上以抑制在盐主体表面或靠近盐主体表面形成冰。

Description

防冰和除冰组合物和它们的应用方法
                     技术领域
本发明一般性地涉及一种组合物，和防止表面或物体上雪或冰累积的相关方法和/或在其上已经累积雪或冰的表面或物体的除冰相关方法。
                     发明背景
许多化合物已知有助于从表面，如道路或沙子、砂砾和煤的聚集体储堆上除去雪和冰，或防止冰和雪在这样的表面上形成。最通常使用的化合物包括氯化物盐，如氯化钙、氯化镁或氯化钠。这些盐，特别是氯化钠对于除冰和防冰目的是有效和便宜的。然而，氯化物盐受到许多公认的限制。具有特别重要性的一种限制是氯化物盐的腐蚀性。已知氯化物盐会降解道路表面如沥青、焦油和混凝土，和也降解金属结构构件如在桥梁、涵洞等上发现的那些。
现有技术提供解决这些问题的许多尝试。1987年6月30日发布的U.S.专利4,676,918描述了蒸馏副产物在防冰和除冰应用中作为氯化物盐替代物的用途。U.S.专利Nos.5,709,813；5,709,812；和5,636,101提出湿玉米研磨、葡萄酒和干酪制备工艺的废副产物作为防冰和除冰剂的用途。更近来，本发明的发明人Bloomer的U.S.专利No.6,080,330和6,416,684公开了脱糖的甜菜和甘蔗糖蜜在防冰和除冰应用中的用途。已经发现一些上述除冰和防冰组合物是令人满意的。
本发明的一般目的是在一个实施方案中，提供除冰/防冰组合物，该组合物对道路表面的腐蚀性小于氯化物盐。在其它实施方案中，一般目的是提供防冰和除冰的方法。
                        发明
已发现甘蔗糖蜜固体可用于抑制某些除冰组分，特别是氯化物盐的腐蚀性能。根据本发明的一个实施方案，提供适用于防冰和除冰的组合物。该组合物包括水、除冰组分和甘蔗糖蜜固体。相对于在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物，除冰组分在组合物中的存在数量有效降低组合物的凝固点至少2℃。与在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物相比，除冰组分一般使组合物相对更具有腐蚀性。根据本发明的此实施方案，与在没有甘蔗糖蜜固体的情况下制备的另外相同组合物相比，甘蔗糖蜜固体在组合物中的存在数量有效抑制组合物的腐蚀性。除冰和防冰的方法也属于本发明的范围。一般情况下，这些方法包括向表面，特别是向道路表面施加以上所述的组合物。本发明也包括处理聚集体主体，如盐主体的方法，方法包括如下步骤：施加甘蔗糖蜜固体到主体表面或靠近主体表面施加甘蔗糖蜜固体以防止在主体表面或靠近主体表面形成冰。
                  优选实施方案的描述
本发明设想甘蔗糖蜜固体在除冰和防冰应用中的用途。甘蔗糖蜜表示蔗糖糖浆，或更通常地，在一次或多次蔗糖结晶之后，在从蔗糖糖浆中脱除蔗糖之后留下的溶液。一般情况下，糖蜜可以从甘蔗通过任何合适的技术获得。根据一种已知的方法，将收获的甘蔗采用重辊筒破碎和碾碎以得到甘蔗汁(可以加入水以协助液体的形成)。采用石灰调节汁液的pH，和将混合物加热到约100℃几小时。使得悬浮的材料如蛋白质和脂肪沉淀，和除去其它杂质以留下澄清的液体。通过结晶提取蔗糖，剩余的液体就称为糖蜜。不同等级的甘蔗糖蜜是已知的，且术语″糖蜜″有时用于表示已澄清的甘蔗汁(全汁糖蜜)。其它商业糖蜜等级包括第一糖蜜、第二糖蜜、第三糖蜜和最终糖蜜(赤糖糊)，第一糖蜜是在第一次蔗糖结晶之后剩余的液体，第二和第三糖蜜是在随后结晶之后剩余的液体，和赤糖糊是由其不可能经济地实施进一步结晶的液体。这些糖蜜产物都包含约79.5％固体，和具有约53％-74％的最终糖含量，其中约4％-19％是转化糖。
根据本发明，糖蜜固体可包括按糖蜜固体干燥固体重量的至少10％蔗糖，优选至少20％蔗糖。认为所有上述糖蜜等级合适作为蔗糖糖蜜固体的来源。糖蜜一般包括一些果糖聚合物，氨基酸蛋白质聚合物，其它碳水化合物和聚合物，一些氯化钠和氯化钾，氧化钙，和其它灰组分。一种商业糖蜜组合物包括80-84％固体，其中有48-50％糖。在这些糖中，35％通常是蔗糖，6％葡萄糖，8％果糖，和大约2％其它低分子量糖类，如果糖(所有都在原样的基础上表达)。粗蛋白质含量是4-5％和总含氮化合物含量是3-6％。有机酸的存在数量是1-4％，具有2-8％无机阳离子(主要是钾)和3％无机阳离子。这些数量在原样的基础上给出。
用于本发明的甘蔗糖蜜固体可以采用任何合适的方式获得。最优选，以市售糖蜜自身的形式供应糖蜜固体，它包括糖蜜固体的水溶液。当商业购买糖蜜固体时，由于经济原因通常优选以糖蜜的形式简单地供应固体，而没有另外的加工。如需要，可以将糖蜜浓缩，稀释，再浓缩，或进一步或另外加工。考虑可以从糖蜜完全除去水分，留下100％糖蜜固体的残余物(商业干燥糖蜜固体的固体含量为约96％)。在其它实施方案中，可以在含有更低百分比的糖蜜固体的溶液或混合物中提供糖蜜固体。可以提供具有如下固体含量的糖蜜固体水溶液：5％，10％，15％，20％，25％，30％，35％，40％，45％，50％，55％，60％，65％，70％，75％，80％，85％，90％，或95％固体，或任何其它所需固体含量。更一般情况下，考虑可以采用任何合适的形式提供糖蜜固体。
在此提供的组合物包含糖蜜固体和除冰组分，和优选这些成分在水溶液中存在。除冰组分是任何水溶性或与水可混溶的化合物或组合物，它们的依数性能或其它性能可有效降低化合物水溶液的凝固点。化合物可包括氯化物盐，如一种或多种如下物质：氯化钾、氯化钠、氯化镁或氯化钙。进一步考虑除冰组分可以是有机化合物，如甲酸钠、乙酸钙或乙酸镁、乙酸钾、乙二醇、二甘醇或另一种有机化合物。除冰组分在溶液中的存在数量应当有效降低组合物的凝固点至少2℃。优选，除冰组分以更大的数量存在。尽管更高的浓度是可能的，但使用的除冰组分的最大重量百分比一般如下：
甲酸钠 55％
乙酸钙/镁 50％
乙酸钾 50％
乙二醇 70％
二甘醇 70％
氯化钠 35％
氯化钙 45％
氯化镁 40％
氯化钾 42％
根据本发明，甘蔗糖蜜固体在组合物中的存在数量有效抑制组合物的腐蚀性能，相对于在甘蔗糖蜜固体不存在下制备的另外相同组合物来测量该抑制。尽管不完全明白作用机理，但发现甘蔗糖蜜抑制许多已知除冰组分，特别是氯化物盐的腐蚀性能。腐蚀抑制可以由任何合适的方法进行测量或确定。用于腐蚀抑制的一种测试是腐蚀速率测试方法NACE标准TM-01-69(1976 rev.)，该方法由Pacific NorthwestSnowfighters修正和在附录A中公开为测试方法B，″英属哥伦比亚、爱达荷、蒙特利尔、俄勒冈和华盛顿Pacific NorthwestSnowfighters的PNS联合的雪和冰控制化学产品、规格和测试方案，1999)(″PNS测试″)。根据此测试，将金属洗涤器或″试样金属″周期性浸入除冰组合物的稀溶液和从除冰组合物的稀溶液中取出，和通过测量金属试样的重量损失评价金属试样的腐蚀。蒸馏水溶液按照PNS测试定义为具有0％的腐蚀，和3％氯化钠溶液定义为具有100％的腐蚀。为评价固体除冰材料或组合物，将3g除冰组合物溶于97g水。为评价液体材料(甚至溶液)，将3ml材料溶于97ml流体。金属试样的重量损失表达为百分比，规格化到由测试标准定义的0-100％等级。涉及此腐蚀测试的其它详细情况和参数可以在上述PNS测试标准中找到。由根据本发明的甘蔗糖蜜固体对组合物的腐蚀抑制可以是根据PNS测试可测量的任何数量的腐蚀抑制。优选地，甘蔗糖蜜固体的存在数量有效降低PNS测试的百分比结果至少50％，更优选至少70％(这些是相对百分比)。在绝对等级上，使除冰溶液优选具有如下的腐蚀抑制：90％或更小；更优选80％或更小，更优选70％或更小，更优选60％或更小，更优选50％或更小，更优选40％或更小，更优选30％或更小，和更优选25％或更小，基于PNS等级。Analytical laboratories，Inc.of Boise，ID和Levelton Analytical Services of Richmond，B.C.(加拿大)是在其中目前可以商业进行PNS测试的商业机构。糖蜜固体可以采用对于此目的有效的任何数量存在。优选地，糖蜜固体的存在数量为组合物的至少50wt％，在一些实施方案中为10-25wt％。尽管考虑到这样的盐可有助于溶液凝固点的下降，但在糖蜜固体中固有地存在的任何氯化物盐应当认为是糖蜜固体的一部分而不是除冰组分的一部分。
组合物可包括其它成分。例如，如需要，可以将防滑材料与组合物混合以改进路面牵引力。这样防滑材料的例子包括沙子、砂砾、炉渣、石灰石聚集体、飞灰、河岩等。
本发明也设想了一种组合物，优选固体组合物，该组合物包含甘蔗糖蜜固体和除冰组分。糖蜜固体的存在数量为组合物的至少2wt％；更优选2-4wt％。尽管可以采用其它组分(如防滑剂)，但组合物的余量优选由除冰组分组成。可以将组合物施加到表面，如道路表面。例如，可以从在道路表面上行驶的移动交通工具施加组合物。
可以采用任何合适的数量，优选采用10-40加仑/通道英里的数量，将组合物施加到表面，特别是道路表面。在一些优选的实施方案中，采用20-40加仑/通道英里的数量施加组合物。
在本发明的一个优选实施方案中，原位形成包含除冰组分和糖蜜固体的组合物。优选地，当从移动交通工具施加除冰组分到道路表面时，将糖蜜固体的溶液喷淋到盐或其它除冰组分上。在此实施方案中，除冰组分优选是盐，优选将它作为固体盐产物施加到表面，优选采用尽可能少的水分，和糖蜜固体包含在水溶液(如糖蜜自身)中。采用5-10加仑/吨盐的数量将糖蜜固体喷淋到盐或其它除冰组分上，它在优选的实施方案中相应于0.003-0.015kg糖蜜固体/kg盐。虽然″喷淋″是将液体通过喷嘴而进行的优选考虑的液体施加方式，但该术语包括任何其它合适的施加形式。设想糖蜜固体对盐的原位施加可以除了在道路表面上之外进行；例如，可以将糖蜜固体手动施加到已经由氯化物盐处理的人行道或其它表面。除冰/防冰组合物对表面的″施加″因此设想了盐和糖蜜固体的分别施加，其中在表面上形成的组合物，以及预形成的组合物(包括原位形成的组合物)的施加。
本发明也设想甘蔗糖蜜固体对聚集体主体特别是氯化钠盐主体的施加。公认的是冰可以在盐堆表面上或靠近盐堆表面形成，特别是当盐堆曝露于冬季环境时。根据本发明的此实施方案，将甘蔗糖蜜固体的溶液，优选糖蜜自身施加到盐主体。可以采用任何合适的数量，优选采用按干燥固体重量至少0.5％的数量，将糖蜜固体施加到盐主体。对于液体糖蜜，依赖于糖蜜的粘度和所需的施用量，施用量可以是2加仑/吨盐-6加仑/吨盐或任何其它合适的数量。聚集体主体也可以是任何其它固体物质颗粒的任何聚集体，如沙子、岩石等。
可以将除冰/防冰组合物施加到许多表面，和在优选的实施方案中表面是如下的表面：如道路、人行道、桥梁、涵洞等。特别地当除冰组分不是氯化物盐时，设想可以将除冰组合物施加到机械如拖拉机、飞机、飞机机翼等。氯化物盐通常不适于机械如飞机的施加，和优选地选择除冰组分如二醇用于这样的施加。本发明不限于上述表面的除冰和防冰，而是相反地可以将组合物施加到选择用于除冰或防冰的任何表面。应当认为术语″除冰″的使用表示组合物用于除去已经在表面上累积的冰(″冰″也包括雪)。″防冰″设想为抑制雪或冰在表面上的形成或累积。例如，在严酷气侯之前，可以施加组合物以防止雪或水在路面上凝固。即使在道路上沉积大量雪或冰，糖蜜可防止冰覆盖或防止雪堆集，它有利地使得路政人员能够除去积聚物。
提供如下实施例以说明本发明，但这些实施例不应当解释为限制本发明的范围。
                        实施例1
在此实施例中，使用具有如下性能的甘蔗糖蜜。相信蔗糖含量在原样的基础上为23-24％。
烘箱固体 55.2％
灰分 10.5％
粘度(Shell杯) 在25％下为124cp，在45％下为820cp
乳酸盐 2.2％(表示为酸形式)
甲酸盐 0.1％(表示为酸形式)
乙酸盐 0.3％(表示为酸形式)
丙酸盐 1.0％(表示为酸形式)
钠 0.7％
钾 3.6％
镁 4.3％
钙 2.2％
氯化物 2.5％
蛋白质 5.6％
凝固点 ＜-40℃
在原样的基础上表达这些数值。
制备如下组合物，和测量组合物的凝固点。
组合物 凝固点
糖蜜∶水 1∶1 -30℃
糖蜜∶30％MgCl2 1∶1 ＜-40℃
糖蜜∶23％NaCl 1∶1 -24℃
                        实施例2
评价根据实施例1制备的糖蜜：NaCl溶液的腐蚀性能，发现该溶液具有由PNS测试要求的23％的腐蚀。在糖蜜固体不存在下制备的组合物具有大约80％的腐蚀。23％NaCl溶液具有约90％的腐蚀。
                        实施例3
制备如下组合物。通过稀释用于实施例1的组合物的糖蜜到50％固体来制备稀糖蜜溶液。
稀糖蜜∶23％NaCl溶液1∶1
稀糖蜜∶30％MgCl2溶液1∶1
稀糖蜜∶32％CaCl2溶液1∶1
稀糖蜜∶32％CaCl2溶液1∶9
因此，看出已经满足上述一般目的。在本发明的优选实施方案中，提供除冰/防冰组合物。
所附权利要求的范围不应当认为由以上所述的优选实施方案限制。应当认为在本申请说明书或任何优先权申请中没有语言限制了任何所附权利要求的表达范围。除非另外清楚地说明，在此表达的所有重量百分比是在干燥固体基础上。在本文中引用的所有参考文献和优先权申请全文被引入本文中以作为参考。

Claims (36)

1.一种组合物，包含：
水；
除冰组分，相对于在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物，该除冰组分的存在数量有效降低该组合物的凝固点至少2℃，该除冰组分使该组合物比在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物相对更具有腐蚀性；和
甘蔗糖蜜固体，该甘蔗糖蜜固体在该组合物中的存在数量有效降低该组合物的腐蚀性，该甘蔗糖蜜固体包括至少10％按干燥固体重量计的蔗糖。
2.根据权利要求1的组合物，该除冰组合物包括选自如下的氯化物盐：氯化钠、氯化钙、氯化镁和氯化钾。
3.根据权利要求2的组合物，该除冰组分包括氯化钠。
4.根据权利要求1的组合物，该除冰组分选自甲酸钠、乙酸钙镁、乙酸钾、乙二醇、二甘醇及其混合物。
5.根据权利要求1的组合物，该除冰组分的存在数量为该组合物的至少3wt％。
6.根据权利要求1的组合物，该甘蔗糖蜜固体的存在数量为该组合物的至少约2wt％。
7.一种表面除冰的方法，该表面已被选择用于除冰，该表面含有沉积于其上的冰，该方法包括以有效降低该表面上冰的含量的数量向该表面施加除冰组合物，该除冰组合物包含：
水；
除冰组分，相对于在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物，该除冰组分的存在数量有效降低该组合物的凝固点至少2℃，该除冰组分使该组合物比在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物相对更具有腐蚀性；和
甘蔗糖蜜固体，该甘蔗糖蜜固体在该组合物中的存在数量有效降低该组合物的腐蚀性，该甘蔗糖蜜固体包括至少10％按干燥固体重量计的蔗糖。
8.根据权利要求7的方法，该除冰组合物包括选自如下的氯化物盐：氯化钠、氯化钙、氯化镁和氯化钾。
9.根据权利要求8的方法，该除冰组分包括氯化钠。
10.根据权利要求7的方法，该除冰组分选自甲酸钠、乙酸钙镁、乙酸钾、乙二醇、二甘醇及其混合物。
11.根据权利要求7的方法，该除冰组分的存在数量为该组合物的至少3wt％。
12.根据权利要求7的方法，该甘蔗糖蜜固体的存在数量为该组合物的至少约2wt％。
13.根据权利要求6的方法，该表面包括道路表面。
14.一种使表面耐冰形成的方法，该表面已被选择用于使得更耐冰形成，该方法包括以有效使该表面相对更耐冰形成的数量向该表面施加防冰组合物，该防冰组合物包含：
水；
除冰组分，相对于在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物，该除冰组分的存在数量有效降低该组合物的凝固点至少2℃，该除冰组分使该组合物比在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物相对更具有腐蚀性；和
甘蔗糖蜜固体，该甘蔗糖蜜固体在该组合物中的存在数量有效降低该组合物的腐蚀性，该甘蔗糖蜜固体包括至少10％按干燥固体重量计的蔗糖。
15.根据权利要求14的方法，该除冰组合物包括选自如下的氯化物盐：氯化钠、氯化钙、氯化镁和氯化钾。
16.根据权利要求15的方法，该除冰组分包括氯化钠。
17.根据权利要求14的方法，该除冰组分选自甲酸钠、乙酸钙镁、乙酸钾、乙二醇、二甘醇及其混合物。
18.根据权利要求14的方法，该除冰剂的存在数量为该组合物的至少3wt％。
19.根据权利要求14的方法，该甘蔗糖蜜固体的存在数量为该组合物的至少约2wt％。
20.根据权利要求14的方法，该表面包括道路表面。
21.一种表面除冰的方法，该表面已被选择用于除冰，该方法包括：
提供包含甘蔗糖蜜固体的溶液；该甘蔗糖蜜固体包含至少10％按干燥固体重量计的蔗糖；
混合该溶液与除冰组分以形成除冰组合物，相对于在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物，该除冰组分在该除冰组合物中的存在数量有效降低该组合物的凝固点至少2℃，该除冰组分使该组合物比在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物相对更具有腐蚀性，该甘蔗糖蜜固体在该组合物中的存在数量有效降低该组合物的腐蚀性；和
向该表面施加该组合物。
22.根据权利要求21的方法，该除冰组合物包括选自如下的氯化物盐：氯化钠、氯化钙、氯化镁和氯化钾。
23.根据权利要求22的方法，该除冰组分包括氯化钠。
24.根据权利要求21的方法，该除冰组分选自甲酸钠、乙酸钙镁、乙酸钾、乙二醇、二甘醇及其混合物。
25.根据权利要求21的方法，该表面包括道路表面。
26.根据权利要求25的方法，该除冰组分选自氯化钠、氯化钾、氯化镁和氯化钙，该方法包括从在该道路表面上行驶的交通工具释放该除冰组分，和当释放该除冰组分时喷淋该溶液到该除冰组分上。
27.一种使表面耐冰形成的方法，该表面已被选择用于使得更耐冰形成，该方法包括：
提供包含甘蔗糖蜜固体的溶液；该甘蔗糖蜜固体包含至少10％按干燥固体重量计的蔗糖；
混合该溶液与除冰组分以形成除冰组合物，相对于在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物，该除冰组分在该除冰组合物中的存在数量有效降低该组合物的凝固点至少2℃，该除冰组分使该组合物比在该除冰组分不存在下制备的另外相同组合物相对更具有腐蚀性，该甘蔗糖蜜固体在该组合物中的存在数量有效降低该组合物的腐蚀性；和
向该表面施加该组合物。
28.根据权利要求27的方法，该除冰组合物包括选自如下的氯化物盐：氯化钠、氯化钙、氯化镁和氯化钾。
29.根据权利要求28的方法，该除冰组分包括氯化钠。
30.根据权利要求27的方法，该除冰组分选自甲酸钠、乙酸钙镁、乙酸钾、乙二醇、二甘醇及其混合物。
31.根据权利要求27的方法，该表面包括道路表面。
32.根据权利要求27的方法，该除冰组分选自氯化钠、氯化钾、氯化镁和氯化钙，该方法包括从在该道路表面上行驶的交通工具释放该除冰组分，和当释放该除冰组分时喷淋该溶液到该除冰组分上。
33.一种处理聚集体主体的方法，包括向该主体施加可有效抑制在该主体表面上或靠近该主体表面形成冰的数量的甘蔗糖蜜固体，该甘蔗糖蜜固体包含至少10％按干燥重量计的蔗糖。
34.根据权利要求33的方法，该聚集体包括氯化钠盐的主体。
35.根据权利要求34的方法，该甘蔗糖蜜固体向该盐主体的施加数量为按干燥固体重量计的该盐干燥重量的至少0.5％。
36.一种组合物，包含数量为至少2％的甘蔗糖蜜固体；和选自如下的除冰组分：氯化钠、氯化钙、氯化镁、氯化钾、甲酸钠、乙酸钙镁、乙酸钾、乙二醇、二甘醇及其混合物。
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