生物完全降解型除冰雪溶液的研究

□□ 李 铭 (天津市住总集团有限公司，天津 300300)

引言

在冬季，除冰雪是城市道路、机场、高速公路以及市政建筑等领域经常需要采取的措施，尤其在我国的北方地区应用更为普遍。我国目前经常使用的除冰雪剂主要分为三大类:氯盐类(NaCl、CaCl2、MgCl2等)和非氯盐类(有机盐或无机盐、胺、醇等)以及混合型氯盐类。氯盐类除冰雪剂除冰效果较好，但对环境污染较大，尤其对桥梁、混凝土路面以及沥青道面的腐蚀较严重；非氯盐类除冰雪剂虽对环境污染较小，但其融雪除冰效果较差且价格较高。不论哪一种融雪剂使用过后产生的废液体均会流入到道面附近的土壤之中，使土壤酸碱性失衡，造成植物吸收水分困难，最终植被因生理干旱而亡[1]。同时除冰液的残留水溅到汽车轮胎和金属上，都会造成一定的腐蚀现象。

本文采用生物质多糖类物质作为除冰剂(以下简称“生物基”)，该物质来源于植物和粮食加工的副产物，是一种不含任何有害化学成分的粘稠溶液，其冰点低(-30～-40 ℃)，无味无毒，完全生物降解，对环境无污染，但该物质生产成本高，单独使用的话，性价比不高；而醋酸钾(CH3COOK)是有机酸盐，与水溶解性能好，其溶液具有成本低，降冰点效果好，对周围环境影响小等优点，将其用于改性生物基溶液，制成除冰液，减少对土壤、道路路面、钢铁金属的腐蚀性，降低对土壤植物环境的危害，实现了在降低成本的同时，提高了其环保性。

1 试验部分

1.1 试验仪器与试剂

1.1.1 试验仪器

SWC-Ⅱ型数字贝克曼温度计(南京桑力电子设备厂)、pH211酸碱度离子测定仪(上海精密科学仪器有限公司)、DSY-021 A冰点测试仪(大连石油仪器有限公司)、摩阻系数测试车(Mμ)。

1.1.2 试剂

蒸馏水：自制。

醋酸钾(CH3COOK)：干燥品，纯度为99.0%～100.5%，工业优级，市售。

生物基多糖溶液：苏州绿朗有限公司提供。

1.2 试验方法

1.2.1 配比

分别配制溶液浓度为10%、15%、20%、25%的醋酸钾溶液，将其与生物基纯溶液按照表1的比例混合配制16种除冰液，配方见表1。

表1 配方及编号

1.2.2 表征方法

分别测试16个配方溶液的pH值、溶解速率和冰点值，选出最佳配方，并对最佳配方溶液的金属腐蚀性和摩擦系数及生物降解性进行测试。

pH值和溶解速率试验是制备同等质量的冰块，在相同条件下观察测试。金属腐蚀试验根据民航适航标准ASTMF 483—2009《飞机化学维护全浸腐蚀试验常规标准》进行全浸腐蚀试验，24 h后，试件的平均质量变化不应超过适航要求。冰点采用DSY-021 A测试仪进行测试，摩擦系数使用机场摩阻系数测试车(Mμ)在规定的100 m进行测试，生物降解试验委托国家塑料制品质量监督检测中心检测。

2 结果与讨论

2.1 溶解速率

为了更准确模拟自然冻冰条件，选择室外温度条件为-10 ℃左右的环境下进行。制备相同体积质量的冰块放入250 mL的玻璃烧杯内，分别倒入同等体积的16种除冰液，观察其溶解速度，直至全部溶解为止，以秒计时(目测)，测试结果见表2。试验观察到冰块在初期融化较快，随着时间延长，融冰能力慢慢减小。溶解速率最佳的除冰剂为13号，其次为7、11、10号，此处产生误差的原因主要是由于其在容器内进行，冰块溶解到一定时间时会浮于液面之上，造成除冰液和冰块表面不能充分接触，降低了除冰的速率。

表2 各个配比的溶解速率

2.2 pH测定

上述试验结束后，对融冰前和融冰后16种配方的融冰液做pH值测试，结果见表3，从中发现，融冰前后溶液的pH值均在8～9范围，符合我国道路除冰融雪剂标准GB/T 23851—2009《道路除冰融雪剂》中融雪剂的pH在6～10的要求[2]。

表3 不同配比除冰液在融冰前后的pH变化

2.3 冰点值

除冰液冰点越低，可以确保其在较低的温度环境下除冰雪而不结冰。各配方除冰液的冰点见表4。从表4的试验数据看，醋酸钾溶液浓度增加，生物基溶液的质量比例增加，除冰液冰点降低，可见这两个因素对冰点的影响均是显著的。从表4中看出，冰点最低的是13号，其次为7、11、10号。为了更好地保护环境，适量控制醋酸钾溶液的比例，在控制成本的前提下尽可能提高生物基溶液的含量，可达到成本低、除冰雪效果好的双重效果。

表4 各个配方的冰点温度

2.4 腐蚀性

选取最佳配方13号，采用以下试件分别进行试验，测试其腐蚀性。

所用试件：a为AMS 4037铝合金，按照AMS2470阳极化处理(2024-T3无包覆层铝合金，并按MIL-A-8625I型进行阳极化处理)；b为AMS 4911或MAM4911钛合金(6AI-4 V钛合金)；c为AMS 47376镁合金，按AMS2475重铬酸盐处理(AZ31B无包覆层镁合金)；d为符合MIL-S-18729的4130钢；e为AMS 4049铝合金(7075-T6有包覆层铝合金)。

试验结果见表5，从表中数据来看，其结果均符合民用航空的适航标准。

表5 金属腐蚀失重

2.5 摩擦系数

选取最佳配方13号，利用机场的摩阻系数测试车(Mμ)在规定的100 m进行测试，测得摩擦系数值(Mμ)为0.89，高于机场跑道对摩擦系数0.54的要求。

2.6 生物降解性能

选取最佳配方13号，委托国家塑料制品质量监督检测中心检测，受堆肥条件下材料最终需氧生物分解和崩解能力的测定。依据标准：GB/T 19276.1—2003《水性培养液中材料最终需氧生物分解能力的测定采用测定密闭呼吸计中需氧量的方法》。参比样品材料性质是纤维素，采用堆肥状态的腐熟方法，其结果见表6。

表6 生物降解性能

3 结论

3.1 生物质多糖类物质与醋酸钾具有很好的相容性，能够达到降低冰点的效果，其pH值、摩擦系数值符合除冰融雪剂国家标准，除冰雪效果好，且生物完全降解，从环保角度来看，有较好的前景。

3.2 根据各类不同行业与场所要求指标，配制不同比例的融冰剂，既达到除冰雪的要求又可以使产品的价格控制在可接受范围内，便于推广应用。