ITPI20060046A1 - Composizione antigelo - Google Patents

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ITPI20060046A1
ITPI20060046A1 IT000046A ITPI20060046A ITPI20060046A1 IT PI20060046 A1 ITPI20060046 A1 IT PI20060046A1 IT 000046 A IT000046 A IT 000046A IT PI20060046 A ITPI20060046 A IT PI20060046A IT PI20060046 A1 ITPI20060046 A1 IT PI20060046A1
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antifreeze composition
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Fernando Horacio Garcia
Maria Fernanda Garcia
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    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • C09K3/00Materials not provided for elsewhere
    • C09K3/18Materials not provided for elsewhere for application to surfaces to minimize adherence of ice, mist or water thereto; Thawing or antifreeze materials for application to surfaces

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  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Materials Applied To Surfaces To Minimize Adherence Of Mist Or Water (AREA)
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Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo: "COMPOSIZIONE ANTIGELO",
DESCRIZIONE
Ambito dell'invenzione
La presente invenzione riguarda una composizione antigelo per prevenire, o rimuovere, la formazione di ghiaccio da superfici di diverso tipo, quali asfalti stradali, marciapiedi, piste di aeroporti, vetri di veicoli, cerniere di congelatori e surgelatori, macchinari industriali, ecc.
Descrizione della tecnica nota
Come è noto, il metodo tradizionalmente impiegato per prevenire, o rimuovere, la formazione di ghiaccio dall'asfalto stradale, marciapiedi, piste di aeroporti, ecc. prevede l'impiego di sale solido, solitamente cloruro di sodio, cloruro di calcio o cloruro di magnesio.
In particolare, l'uso del cloruro di sodio viene privilegiato rispetto all'uso di cloruro di calcio per il basso costo e la facile reperibilità. L'impiego del cloruro di calcio viene, inoltre, limitato per sciogliere il ghiaccio già formato, in quanto sull'asfalto asciutto tende a formare una patina scivolosa.
Il processo attraverso il quale il sale provoca l'abbassamento del punto di congelamento dell'acqu prevede, in sintesi, la dissociazione delle molecol di sale in ioni ed il loro legame elettrostatico alle molecole d'acqua. Quando la temperatura scende al di sotto dello zero, l'acqua comincia a formare i primi cristalli di ghiaccio, i quali però non hanno la possibilità di crescere per la presenza degli ioni.
Tuttavia, i sali sopra citati presentano diversi inconvenienti. In primo luogo, i sali sopra citati svolgono un'efficace azione antigelo solo al di sopra di una temperatura di circa -5 °C, mentre perdono di efficacia per temperature inferiori.
Inoltre, tali sostanze hanno un notevole impatto ambientale, in quanto una volta disciolte vengono assorbite dal terreno e possono quindi giungere in prossimità delle radici delle piante compromettendone l'assorbimento dell'acqua.
Un altro inconveniente dei suddetti sali è il loro elevato grado di corrosività dovuto principalmente alla loro acidità. Ciò può provocare fenomeni di corrosione, ad esempio per i veicoli che transitano sulle strade sulle quali i sali sono stati sparsi.
Altre sostanze comunemente impiegate come agenti anticongelanti sono cloruro di magnesio, acetato di potassio, acetato di sodio, fosfato di ammonio, nitrato di ammonio, alcoli a basso peso molecolare e urea.
Tuttavia, anche queste sostanze presentano un notevole impatto ambientale. In particolare, alcoli a basso peso molecolare volatilizza facilmente e inquinano quindi l'atmosfera circostante Sintesi dell'invenzione
È quindi scopo dell'invenzione fornire una composizione antigelo in grado di svolgere un'azione efficace anche in condizioni di temperature estremamente rigide.
È un altro scopo dell'invenzione fornire una composizione antigelo a basso impatto ambientale.
È un ulteriore scopo dell'invenzione fornire una composizione antigelo che consenta di superare gli svantaggi delle composizioni antigelo di tecnica nota.
Questi ed altri scopi sono raggiunti dalla composizione antigelo, secondo l'invenzione, comprendente :
- almeno un cloruro di un metallo;
la cui caratteristica principale è di prevedere inoltre:
- una soluzione acquosa a pH alcalino nella quale è disciolto almeno uno dei seguenti ioni:
In particolare, la soluzione acquosa può avere un pH compreso tra 7.2 e 10.5.
Vantaggiosamente, la soluzione acquosa presenta un pH compreso tra 7.3 e 9.5.
Preferibilmente, la soluzione acquosa presenta pH compreso tra 7.5 e 8.5.
Vantaggiosamente, il o ciascuno ione della soluzione acquosa a pH alcalino ha la seguente concentrazione:
- ioni Bromo (Br): compresi tra 10 mg/1 e 500 mg/1;
- ioni Bicarbonato (HCO<3->): compresi tra 0.1 mg/1 e 500 mg/1.
- ioni Borato (B03<3->): compresi tra 10 mg/1 e 200 mg/1;
- ioni Silicato (SiO<3->): compresi tra 0,01 mg/1 e 5 mg/1;
- ioni Fluoro (F-): compresi tra 0,01 mg/1 e 5 mg/1;
- ioni Iodio (I-): compresi tra 0,01 mg/1 e 5 mg/1.
Inoltre, la soluzione acquosa a pH alcalino può comprendere il o ciascuno dei seguenti ioni nelle concentrazioni indicate:
- ioni C1: compresi tra 15000 mg/1 e 30000 mg/1; - ioni Na<+>: compresi tra 5000 mg/1 e 20000 mg/1; - ioni SO4<2->: compresi tra 1000 mg/1 e 5000 mg/1; - ioni Mg<2+>: compresi tra 500 mg/1 e 3000 mg/1; - ioni Ca<2+>: compresi tra 100 mg/1 e 1000 mg/1; - ioni K<+>: compresi tra 100 mg/1 e 1000 mg/1.
Vantaggiosamente, la soluzione acquosa è acqua di mare.
In particolare, il o ciascun cloruro può essere un cloruro di un metallo alcalino o un cloruro di un metallo alcalino terroso.
Vantaggiosamente, il o ciascun cloruro è scelto tra:
- cloruro di calcio;
- cloruro di magnesio;
- cloruro di sodio;
- cloruro di potassio;
- cloruro di litio;
- una loro combinazione.
Preferibilmente, il cloruro è una combinazione di cloruro di calcio e cloruro di magnesio.
In particolare, la composizione antigelo può prevedere:
- cloruro di calcio: in una quantità compresa tra il 5% ed il 50% in peso;
- cloruro di magnesio: in una quantità compresa tra il 5% ed il 50% in peso;
- soluzione acquosa a pH alcalino: in una quantità compresa tra il 50% ed il 95% in peso. Vantaggiosamente, la composizione antigelo prevede:
- cloruro di calcio: in quantità compresa tra il 10% ed il 40% in peso;
- cloruro di magnesio: in quantità compresa il 5% ed il 40% in peso;
- soluzione acquosa a pH alcalino: in quantità compresa tra il 50% e l'80% in peso.
Preferibilmente, la composizione antigelo prevede: - cloruro di calcio: in quantità compresa tra il 25% ed il 35% in peso;
- cloruro di magnesio: in quantità compresa tra il 5% ed il 15% in peso;
- soluzione acquosa a pH alcalino: in quantità compresa tra il 55% ed il 65% in peso.
In particolare, i cloruri metallici citati, quali ad esempio il cloruro di calcio ed il cloruro di magnesio, sono elettroliti forti. Di conseguenza in soluzione acquosa si dissociano completamente in ioni metallici, ad esempio Ca 2 CI Mg2+ c1 -ispettivamente. Questi ioni nella soluzione acquosa vengono circondati dagli elettroliti deboli di carica opposta ivi presenti, quali ioni bromuro e ioni bicarbonato, ecc. che danno così luogo all'effetto "schermo" previsto dalla teoria di Debye-Huckel. L'effetto "schermo" realizzato dagli elettroliti deboli aumenta, in particolare, la distanza tra gli ioni calcio (Ca<2+>) e gli ioni cloro (C1-) da un lato, e tra gli ioni magnesio (Mg<2+>) e gli ioni cloro (C1-) dall'altro. Di conseguenza, in accordo con la legge di Coulomb, la forza elettrostatica tra gli ioni viene ridotta e quindi gli ioni stessi rimangono in soluzione anche per temperature rigide invece di cristallizzare.
Quanto sopra descritto è schematicamente illustrato nelle figure 1 e 2 allegate.
In figura 1 viene schematicamente illustrata la situazione che si instaura tra gli ioni di segno opposto presenti in una soluzione acquosa di un cloruro di un metallo bivalente. In particolare, la distanza tra gli ioni di segno opposto, ossia tra uno ione metallico 10, quale uno ione Calcio Ca<2+>, o uno ione magnesio Mg<2+>, e lo ione cloruro (C1-) 20 corrisponde alla distanza di equilibrio alla quale la forza elettrostatica di attrazione è uguale alla forza repulsiva. Più in dettaglio, la forza di attrazione fra anioni e cationi è direttamente proporzionale al prodotto delle cariche elettriche degli ioni in gioco ed è inversamente proporzionale al quadrato della loro distanza come espresso dalla nota relazione:
Sotto l'azione di questa forza gli ioni si avvicinano, ma l'avvicinamento non potrà procedere oltre una certa distanza perché i gusci elettronici dei due ioni essendo di carica uguale, ovvero negativa, si respingono.
In figura 2 viene, invece, mostrata la situazione che si realizza per l'interazione tra uno metallico bivalente 10, quale Ca<2+>, o Mg<2+>, ed uno ione cloruro (CI<">) 20 in una composizione antigelo, secondo l'invenzione. Come mostrato in figura 2, la distanza "R" tra lo ione metallico bivalente 10 e lo ione cloruro (CI-) 20 è maggiore della distanza "r" tra i due ioni della soluzione acquosa di figura 1. Questo si realizza per la presenza di almeno uno ione debole 15, ad esempio ione Bicarbonato (HCO<3->), Borato (Β03<3_>), Iodio (I-), Fluoro (F-), ecc. che intergisce con gli ioni del metallo bivalente e del cloro.
Di conseguanza, la composizione antigelo secondo l'invenzione rimane allo stato liquido anche per temperature molto basse, circa -80°C consentendo di realizzare i vantaggi sopra detti.
L'invenzione verrà ora descritta in modo non limitativo, attraverso i seguenti esempi.
Esempio 1
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 40% in peso di Cloruro di Magnesio (MgCl2) ed il 60% in peso di acqua di mare a pH = 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -60
Oc.
Esempio 2
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 4% in peso di Cloruro di Calcio (CaCl2), il 36% in peso di Cloruro di Magnesio (MgCl2) ed il 60% in peso di acqua di mare a pH — 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -60 °C.
Esempio 3
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 16% in peso di Cloruro di Calcio (CaCl2), il 24% in peso di Cloruro di Magnesio (MgCl2) ed il 60% in peso di acqua di mare a pH = 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -60 °C.
Esempio 4
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 20% in peso di Cloruro di Calcio (CaCl2), il 20% in peso di Cloruro di Magnesio (MgCl2) ed il 60% in peso di acqua di mare a pH = 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -70 °C.
Esempio 5
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 24% in peso di Cloruro di Calcio (CaCl2), il 16% in peso di Cloruro di Magnesio (MgCl2) ed il 60% in peso di acqua di mare a pH = 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -80 °C.
Esempio 6
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 28% in peso di Cloruro di Calcio (CaCl2), il 12% in peso di Cloruro di Magnesio (MgCl2) ed il 60% in peso di acqua di mare a pH = 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -90 °C.
Esempio 7
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 36% in peso di Cloruro di Calcio (CaCl2), il 4% in peso di Cloruro di Magnesio (MgCl2) ed il 60% in peso di acqua di mare a pH = 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -80 °C.
Esempio 8
Viene preparata una composizione antigelo comprendente il 40% in peso di Cloruro di Calcio (CaCl2), ed il 60% in peso di acqua di mare a pH = 8. La composizione rimane allo stato liquido fino a -80
Oc.
Nella tabella 1 che segue vengono riportati, infine, i risultati sperimentali relativi ad alcune composizioni antigelo, secondo l'invenzione.
In particolare, le composizioni antigelo, indicate in tabella con i numeri romani dall'I all'XI, comprendono una soluzione di acqua di mare a pH=8, Cloruro di Calcio (CaCl2) e Cloruro di Magnesio (MgCl2) in proporzioni variabili. La concentrazione (%p/p) di ciascun componente è espressa in grammi di soluto su 100 grammi di composizione.
È stato quindi osservato in quale stato fisico si presenta ciascuna composizione alle differenti temperature di prova.

Claims (13)

  1. RIVENDICAZIONI Composizione antigelo comprendente: - almeno un cloruro di un metallo; caratterizzata dal fatto di comprendere, inoltre: - una soluzione acquosa a pH alcalino nella quale è disciolto almeno uno dei seguenti ioni: Bromo (Br-), Bicarbonato (HCO<3->), Borato (BO3<3->), Silicato (SiO<3->), Fluoro (F-), Iodio (I-).
  2. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detta soluzione acquosa ha un pH compreso tra 7.2 e 10.5.
  3. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detta soluzione acquosa ha un pH compreso tra 7.3 e 9.5.
  4. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detta soluzione acquosa ha un pH compreso tra 7.5 e 8.
  5. 5. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detto o ciascuno ione di detta soluzione acquosa a pH alcalino ha la seguente concentrazione: - ioni Bromo (Br-): compresi tra 10 mg/1 e 500 mg/1; - ioni Bicarbonato (HCO<3->): compresi tra 0.1 mg/1 e 500 mg/1; - ioni Borato (B03<3->): compresi tra 10 mg/1 e 200 mg/1; - ioni Silicato (SiO<3>): compresi tra 0,01 mg/1 e 5 mg/1; ioni Fluoro (F ): compresi tra 0,01 mg/1 e mg/1; - ioni Iodio (I<”>): compresi tra 0,01 mg/1 e mg/1.
  6. 6. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detta soluzione acquosa comprende, inoltre, almeno uno dei seguenti ioni nelle concentrazioni indicate: - ioni Cl<”>: compresi tra 15000 mg/1 e 30000 mg/1; - ioni Na<+>: compresi tra 5000 mg/1 e 20000 mg/1; - ioni S04<2->: compresi tra 1000 mg/1 e 5000 mg/1; - ioni Mg<2+>: compresi tra 500 mg/1 e 3000 mg/1; - ioni Ca<2+>: compresi tra 100 mg/1 e 1000 mg/1; - ioni K<+>: compresi tra 100 mg/1 e 1000 mg/1;
  7. 7. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detta soluzione acquosa è acqua di mare.
  8. 8. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detto o ciascun cloruro è scelto tra un cloruro di un metallo alcalino, un cloruro di un metallo alcalino terroso.
  9. 9. secondo la rivendicazione 1, in cui detto almeno un cloruro è scelto tra: cloruro dì calcio; - cloruro di magnesio; - cloruro di sodio; - cloruro di potassio; - cloruro di litio; - una loro combinazione.
  10. 10. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, in cui detto almeno un cloruro è una combinazione di cloruro di calcio e cloruro di magnesio.
  11. 11. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, comprendente: - cloruro di calcio: in una quantità compresa tra il 5% ed il 50% in peso; - cloruro di magnesio: in una quantità compresa tra il 5% ed il 50% in peso; - soluzione acquosa a pH alcalino: in una quantità compresa tra il 50% ed il 95% in peso.
  12. 12. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, comprendente: - cloruro di calcio: in quantità compresa tra il 10% ed il 40% in peso; - cloruro di magnesio: in quantità compresa tra il 5% ed il 40% in peso; - soluzione acquosa a pH alcalino: in quantità compresa tra il 50% e l'80% in peso.
  13. 13. Composizione antigelo, secondo la rivendicazione 1, comprendente : - cloruro di calcio: in quantità compresa tra il 25% ed il 35% in peso; - cloruro di magnesio: in quantità compresa tra il 5% ed il 15% in peso; - soluzione acquosa a pH alcalino: in quantità compresa tra il 55% ed il 65% in peso.
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