композиция вещества и способ для плавления льда и предотвращения скользкости и применение бетаина для плавления льда и предотвращения скользкости

Формула изобретения

1. Композиция веществ для плавления льда и/или предотвращения скользкости, отличающаяся тем, что содержит комбинацию бетаина и другого противогололедного агента, выбранного из группы, состоящей из ацетатов, формиатов, мочевины и их смесей.

2. Композиция по п.1, где бетаин находится в виде раствора, и указанный по меньшей мере один другой противогололедный агент находится в виде твердого вещества.

3. Композиция по п.2, где комбинация содержит раствор бетаина и твердый формиат натрия.

4. Композиция по п.2, где комбинация содержит раствор бетаина и твердый ацетат натрия.

5. Композиция по п.1, где бетаин и указанный другой противогололедный агент независимо друг от друга находятся в твердой форме или в виде раствора.

6. Композиция по п.1, где бетаин и указанный другой противогололедный агент присутствуют в комбинации, подходящей для обеспечения комбинированного эффекта, либо в виде смеси, либо раздельно.

7. Композиция по п.1, где комбинация также содержит хлорид.

8. Композиция по п.1, где комбинация, по существу, не содержит ингибиторы коррозии, или такое количество ингибиторов коррозии в комбинации существенно меньше, чем в соответствующей комбинации, которая обеспечивает похожий противогололедный эффект, но не содержит бетаин.

9. Композиция по п.1, где количество бетаина в комбинации составляет 30-95%, предпочтительно 40-90%, наиболее предпочтительно 50-80%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ.

10. Композиция по п.1, где количество указанного другого противогололедного агента в комбинации составляет 5-70%, предпочтительно 10-60%, наиболее предпочтительно 20-50%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ.

11. Композиция по п.1, где количество бетаина в комбинации составляет 30-60%, предпочтительно 40-50%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ, и где количество формиата натрия в комбинации составляет 40-70%, предпочтительно 50-60%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ.

12. Композиция по п.1, где количество по меньшей мере одного другого противогололедного агента в комбинации является достаточным для улучшения противогололедного и/или предотвращающего скользкость эффекта, полученного с использованием бетаина.

13. Композиция по п.12, где количество указанного другого противогололедного агента является достаточным для обеспечения вместе с бетаином синергического эффекта в отношении плавления льда и предотвращения скользкости.

14. Способ плавления льда и/или предотвращения скользкости, отличающийся тем, что композицию веществ, содержащую комбинацию бетаина и другого противогололедного агента, выбранного из группы, состоящей из ацетатов, формиатов, мочевины и их смесей, наносят на скользкую поверхность или на поверхность, которая предрасположена к тому, чтобы стать скользкой, в количестве, которое составляет 5-200 г/м².

15. Способ по п.14, где композицию веществ наносят на объект для применения, включая аэропорты, дороги, мосты, лестницы, дворы, пешеходные переходы, дорожные покрытия и пандусы, а также некоторые специальные участки дороги, которые требуют предотвращения скользкости.

16. Способ по п.14, где бетаин наносят в виде раствора, и указанный по меньшей мере один другой противогололедный агент наносят в виде твердого вещества.

17. Способ по п.14, где бетаин и указанный другой противогололедный агент независимо друг от друга наносят в твердой форме или в виде раствора.

18. Способ по п.14, где количество бетаина в композиции составляет 30-95%, предпочтительно 40-90%, более предпочтительно 50-80%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ, и количество другого противогололедного агента в композиции составляет 5-70%, предпочтительно 10-60%, наиболее предпочтительно 20-50%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ.

19. Способ по п.14, где количество бетаина в композиции составляет 30-60%, предпочтительно 40-50%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ, и количество формиата натрия в композиции составляет 40-70%, предпочтительно 50-60%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ.

20. Способ по п.14, где температура применения бетаина составляет от -20°С до 100°С, предпочтительно от 20°С до 60°С.

21. Способ по п.14, где количество указанного по меньшей мере одного другого противогололедного агента является достаточным для улучшения противогололедного и/или предотвращающего скользкость эффекта, полученного с бетаином.

22. Способ по п.14, где бетаин и указанный по меньшей мере один другой противогололедный агент смешивают в процессе нанесения или перед нанесением.

23. Способ по любому из пп.14-22, где бетаин и указанный по меньшей мере один другой противогололедный агент наносят на поверхность одновременно или раздельно, обеспечивая получение синергического эффекта.

24. Способ по п.14, где указанную композицию веществ наносят на скользкую поверхность в количестве, которое составляет 10-50 г/м².

25. Применение бетаина для плавления льда и/или предотвращения скользкости, где бетаин используют в композиции веществ в противогололедной и/или предотвращающей скользкость комбинации с другим противогололедным агентом, выбранным из группы, состоящей из ацетатов, формиатов, мочевины и их смесей.

26. Применение по п.25, где композицию веществ наносят на объект для применения, включая аэропорты, дороги, мосты, лестницы, дворы, пешеходные переходы, дорожные покрытия и пандусы, а также некоторые специальные участки дороги, которые требуют предотвращения скользкости.

27. Применение по п.25, где бетаин наносят в виде раствора, а противогололедный агент наносят в твердой форме.

28. Применение по п.27, где твердое вещество представляет собой формиат натрия.

29. Применение по п.25, где бетаин и указанный другой противогололедный агент независимо друг от друга наносят в твердой форме или в виде раствора.

30. Применение по п.25, где количество бетаина в композиции составляет 30-95%, предпочтительно 40-90%, более предпочтительно 50-80%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ, и количество другого противогололедного агента в композиции составляет 5-70%, предпочтительно 10-60%, наиболее предпочтительно 20-50%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ.

31. Применение по п.25, где температура композиции бетаина составляет от -20°С до 100°С, предпочтительно от 20°С до 60°С.

32. Применение по любому из пп.25-29, где бетаин используют в количестве, которое является достаточным для обеспечения вместе с другим противогололедным агентом синергического эффекта в отношении плавления льда и/или предотвращения скользкости.

33. Применение по любому из пп.25-29, где бетаин используют для уменьшения коррозионного эффекта во время плавления льда.

34. Применение по любому из пп.25-29, где бетаин используют для уменьшения отрицательного эффекта противогололедного агента на износоустойчивость обработанного объекта.

35. Применение по любому из пп.25-29, где бетаин используют для уменьшения вредных эффектов противогололедных агентов на окружающую среду.

36. Применение по любому из пп.25-29, где бетаин используют для уменьшения эффекта противогололедных агентов на изнашивание используемых в самолетах компонентов тормозов из углерод-углеродных волокнистых композиционных материалов.

37. Применение по любому из пп.25-29, где бетаин используют для уменьшения загрязнения подземных вод, вызываемого противогололедными агентами.

38. Применение по любому из пп.25-29, где бетаин используют для уменьшения миграции полициклических ароматических углеводородных соединений в окружающую среду, вызываемой противогололедными агентами.

Описание изобретения к патенту

Область изобретения

Настоящее изобретение относится к композиции веществ, содержащей бетаин, для плавления льда и/или предотвращения скользкости, или, другими словами, для предотвращения обледенения и противоскользящей обработки. Изобретение также относится к способу плавления льда и/или предотвращения скользкости путем использования данной композиции веществ, а также к применению бетаина для тех же целей.

Предшествующий уровень техники

Предотвращение образования льда и скользкости является чрезвычайно важным в аэропортах для поддержания безопасных условий для взлета и посадки, а также для общей авиационной безопасности. Наиболее важным требованием к противоскользящей обработке в аэропортах является обеспечение авиационной безопасности путем поддержания достаточного трения на асфальтовой поверхности взлетно-посадочной полосы. Существует определенное требование к трению для покрытия взлетно-посадочной полосы, и оно должно удовлетворяться всякий раз, когда в аэропорту осуществляется движение воздушного транспорта. Коэффициент трения представляет собой постоянную величину, которая описывает поверхность раздела между двумя твердыми веществами, и он выражает величину силы трения, присутствующей при скольжении тел относительно друг друга. Коэффициент трения всегда больше нуля и на практике всегда меньше единицы. Что касается требования к трению в аэропортах, то эта величина обычно должна составлять по меньшей мере 0,3, предпочтительно 0,4.

Для противоскользящей обработки на взлетно-посадочных полосах используют главным образом механические способы. Химические противогололедные агенты необходимы для удаления инея и льда, образовавшихся на поверхности взлетно-посадочной полосы, а также для предварительной противоскользящей обработки. Вообще, для противоскользящей обработки используют противогололедные агенты, возможно с добавленными загустителями с целью увеличения вязкости, а также воду, поверхностно-активные вещества и ингибиторы коррозии. Цель противогололедных агентов и противоскользящих агентов состоит в том, чтобы разрушить и ослабить сцепление льда с поверхностью дорожного покрытия, после чего поверхность легче можно будет очистить механически.

Для предотвращения скользкости на дорогах в качестве противогололедных агентов и противоскользящих агентов в основном использовали хлориды. Вещества, которые используются для содержания дорог, такие как хлорид натрия, не могут использоваться в аэропортах, поскольку они приводят к быстрому ржавлению и разъеданию металлических частей самолетов, а также оборудования аэропорта. Кроме того, хлориды оказывают вредное воздействие на качество подземных вод, почву, растительность и микрофауну почвы. Традиционно для плавления льда в аэропортах использовали водорастворимые органические соединения, такие как мочевина. Однако от применения мочевины в значительной степени отказались, поскольку обнаружили, что она наносит значительный ущерб окружающей среде, особенно благодаря эвтрофицирующему эффекту азота. Вследствие применения мочевины в подземных водах может наблюдаться истощение кислорода, увеличивающее скорость растворения тяжелых металлов. В настоящее время в аэропортах используют ацетаты, жидкий ацетат калия и твердый ацетат натрия, а также формиаты, формиат калия и формиат натрия. По сравнению с хлоридами и мочевиной ацетаты и формиаты являются менее вредными для окружающей среды. Ацетаты и формиаты эффективны для плавления льда, но их недостаток состоит в сильной коррозии металлов и электрооборудования. После внедрения противогололедных агентов на основе ацетата и формиата появились проблемы с асфальтовыми дорожными покрытиями в аэропортах. Также существенным в отношении настоящего изобретения является тот факт, что противогололедные агенты на основе ацетата и формиата, как обнаружили, вызывают сильную коррозию материалов самолетов, включая тормоза из углеродного волокна, металлические поверхности и сопряженные металлометаллические поверхности. Все эти проблемы, вызванные номинальными противогололедными агентами, увеличивают риск авиационных происшествий.

При предварительном предотвращении скользкости обнаружили, что жидкий противогололедный агент является наиболее пригодной формой противогололедного агента, поскольку твердый и, как правило, гранулированный противогололедный агент легко удаляется с предполагаемой поверхности под действием воздушных потоков. Кроме того, эффект гранулированного агента на плавление льда является очень локальным, и поэтому действие начинается довольно медленно, и нанесенное количество является по существу более высоким, чем при использовании жидкого или увлажненного вещества. Жидкий противогололедный агент легче распределяется по всей поверхности, таким образом покрывая значительно большую часть поверхности дорожного покрытия, чем твердое вещество. Раньше для удаления инея и тонкого льда обычно использовали жидкие вещества, содержащие примерно 50% воды. Для удаления более толстого льда необходимы гранулированные вещества, которые расплавляют лед на поверхности взлетно-посадочной полосы, после чего поверхность при необходимости очищают от снега плугом или щеткой. В настоящее время жидкие вещества в аэропортах используют в основном (приблизительно 80% всех используемых веществ) для противоскользящей обработки, поскольку обычно не допускают образования толстого слоя льда на взлетно-посадочной полосе.

В результате лучшего понимания соображения, связанные с загрязнением окружающей среды, и особенно накопление химикатов и их влияние на окружающую среду, приобрели возросшее значение. Особенно в свете экологических факторов, касающихся упомянутых выше противогололедных агентов, существует большая потребность в создании новых противогололедных агентов, которые обладают эффективностью, необходимой для предотвращения скользкости.

В ЕР 1034231 раскрыта композиция для противоскользящей обработки, в которой водный раствор, содержащий 10-60% бетаина или его производных, используют в качестве антифризного агента для взлетно-посадочных полос и в качестве противоскользящего агента для взлетно-посадочных полос.

В US 6596189 раскрыта жидкая антифризная композиция для взлетно-посадочных полос аэропорта, демонстрирующая минимальный каталитический окислительный эффект на тормоза из углерод-углеродного волокнистого композиционного материала. Эта композиция содержит смеси карбоксилатов щелочных и щелочноземельных металлов и спиртов, в которые добавлены дополнительные ингибиторы коррозии.

Краткое описание сущности изобретения

Изобретение относится к композиции веществ для плавления льда и/или предотвращения скользкости, содержащей комбинацию бетаина и другого противогололедного агента, выбранного из группы, состоящей из ацетатов, формиатов, мочевины и их смесей. Комбинация по изобретению представляет собой эффективную противогололедную и/или противоскользящую комбинацию бетаина и указанного другого противогололедного агента.

В одном воплощении изобретения бетаин присутствует в виде раствора, и по меньшей мере один другой противогололедный агент присутствует в твердой форме. Комбинированное применение твердого вещества и жидкого противогололедного агента основано на том, что твердый противогололедный агент проникает сквозь лед, достигая поверхности дорожного покрытия, и это делает возможным прохождение жидкого противогололедного агента через образовавшееся отверстие и проникание между льдом и поверхностью дорожного покрытия, отделение льда от поверхности дорожного покрытия. Композиция наиболее предпочтительно содержит комбинацию раствора бетаина с твердым формиатом натрия и/или ацетатом натрия.

Изобретение также относится к способу плавления льда и/или предотвращения скользкости, где композицию, содержащую комбинацию бетаина и другого противогололедного агента, выбранного из группы, состоящей из ацетатов, формиатов, мочевины и их смесей, наносят на поверхность, которая является скользкой или которая предрасположена к тому, чтобы стать скользкой. Указанноая комбинация эффективна для противогололедной и/или противоскользящей обработки поверхности.

Кроме того, изобретение относится к применению бетаина для плавления льда и/или предотвращения скользкости, где бетаин используют в комбинации с по меньшей мере одним другим противогололедным агентом, выбранным из группы, состоящей из ацетатов, формиатов, мочевины и их смесей. Комбинация бетаина и указанного другого агента обеспечивает противогололедный и/или противоскользящий эффект.

Композицию согласно изобретению наносят на желаемый объект для применения, включая аэропорты, дороги, мосты, лестницы, дворы, дорожные покрытия и пандусы, а также некоторые специальные участки дороги, которые нуждаются в противоскользящей обработке. Бетаин используют в количестве, которое является достаточным для обеспечения, вместе с другим противогололедным агентом, полезного эффекта в отношении плавления льда и предотвращения скользкости. В предпочтительном воплощении изобретения бетаин обеспечивает синергический эффект с указанным другим противогололедным агентом. Бетаин также используют для уменьшения коррозионного эффекта при плавлении льда, для уменьшения отрицательных эффектов противогололедных агентов на износоустойчивость обработанного объекта, для уменьшения вредных эффектов противогололедных агентов на окружающую среду, для уменьшения эффекта противогололедных агентов на изнашивание используемых в самолетах компонентов тормозов из углерод-углеродных волокнистых композиционных материалов, для уменьшения загрязнения подземных вод, вызываемого противогололедными агентами, и для уменьшения вызываемой противогололедными агентами миграции полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) соединений в окружающую среду.

Подробное описание изобретения

Обнаружили, что улучшенный эффект, полученный с помощью комбинации бетаина с ацетатом, формиатом или мочевиной, обеспечивает уже с незначительным количеством другого противогололедного агента эффективный противогололедный агент или противоскользящий агент, также обеспечивая альтернативу, которая является как менее коррозионной, так и более безвредной для окружающей среды, чем ранее используемые противогололедные агенты, упомянутые выше. Также более низкая токсичность комбинации делает ее прекрасной альтернативой для применения в противоскользящей обработке.

Как использовано в данном описании, термин "композиция" относится к одному или более веществам, которые могут находиться в смеси или раздельно, независимо друг от друга, в твердой форме или в виде растворов. Типичная композиция состоит по существу из комбинации двух активных противогололедных агентов и/или противоскользящих агентов. Термин "композиция" включает в себя нанесение указанных веществ на обрабатываемую поверхность одновременно или раздельно, однако таким образом, что вещества подходят для обеспечения одного противогололедного и/или противоскользящего действия. Наилучшее действие обеспечивается благодаря синергическому эффекту указанных веществ. Согласно изобретению вещества, которые образуют композицию, бетаин и указанный другой противогололедный агент в растворе и/или в виде твердых веществ, могут быть смешаны либо в процессе нанесения, либо перед нанесением.

Как использовано в данном описании, термин "бетаин" относится к триметилглицину, моногидрату триметилглицина или их активным производным. Активные производные относятся к органическим солям триметилглицина, таким как цитраты, ацетаты и формиаты, которые образуют бетаин в водных растворах. Бетаин обычно получают из природных источников, например экстрагируют из сахарной свеклы или получают с помощью биохимических процессов. Известно, что бетаин вызывает не больше коррозии, чем обычная вода. Адгезивность бетаина на металлических поверхностях является слабой, и он не вызывает окисления тормозов из углеродного волокна.

Как использовано в данном описании, термин "противогололедный агент" относится к противогололедному веществу, назначением которого является предотвращение образования льда, т.е. действие в качестве вспомогательного средства в предварительной противоскользящей обработке и/или расплавление и отделение уже образовавшихся льда или инея, которые затем могут быть удалены с поверхности механическими способами, например с помощью уборки снега щетками или плугом. Другой противогололедный агент согласно данному изобретению представляет собой мочевину, ацетаты, формиаты и/или их смеси.

Как использовано в данном описании, термины "предотвращение скользкости" или "противоскользящая обработка" относятся к мероприятиям, целью которых является предотвращение скользкости поверхности и образования льда. Предотвращение скользкости или противоскользящая обработка может также относиться к плавлению уже образовавшегося льда и его удалению химическими или механическими средствами.

Как использовано в данном описании, термин "общее количество твердых веществ" относится к общему количеству активных ингредиентов, представленных в комбинации в твердой форме. В настоящем изобретении количества веществ сравнивали с общим количеством в виде процента от массы.

Как использовано в данном описании, термин "температура применения" относится к такой первоначальной температуре комбинации противогололедных веществ, при которой комбинацию веществ наносят на поверхность, предрасположенную к тому, чтобы стать скользкой.

Как использовано в данном описании, термин "аэропорт" в основном относится к взлетно-посадочным полосам и рулежным дорожкам, но он может также включать и другие зоны, расположенные за пределами аэропорта.

Бетаин и указанный другой противогололедный агент присутствуют в комбинации веществ либо в виде смеси, либо раздельно, однако их наносят на поверхность таким образом, что получают синергический эффект в отношении одной операции плавления. Бетаин и указанный другой противогололедный агент, независимо друг от друга, находятся в виде твердого вещества или раствора. Растворитель может содержать воду или некоторый другой подходящий растворитель, такой как этанол, или смесь растворителей. Количество бетаина в комбинации составляет 30-95%, предпочтительно 40-90%, наиболее предпочтительно 50-80%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ. Количество другого противогололедного агента в комбинации составляет 5-70%, предпочтительно 10-60%, наиболее предпочтительно 20-50%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ.

Наиболее предпочтительно изобретение относится к комбинации твердого формиата натрия с раствором бетаина. Количество бетаина в комбинации составляет 30-60%, предпочтительно 40-50%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ, а количество твердого формиата натрия составляет 40-70%, предпочтительно 50-60%, как вычислено на основании общего количества твердых веществ. Формиат натрия значительно увеличивает эффект бетаина на плавление, и поэтому комбинация обеспечивает синергический эффект в отношении плавления льда и предотвращения скользкости. Повышение температуры раствора бетаина во время стадии применения значительно увеличивает плавящую эффективность комбинации.

В дополнение к вышеупомянутым соединениям комбинация может содержать хлорид и/или другие вещества, общеизвестные в данной области. Все индивидуальные вещества по изобретению были испытаны на соответствие стандарту (AMS 1435) для аэрокосмических материалов (Aerospace Material Specification), принятому SAE (Общество инженеров автомобильной и авиационной промышленности), в отношении релевантных химических веществ.

Комбинация по изобретению по существу не содержит ингибиторов коррозии или количество ингибиторов коррозии в данной комбинации является существенно меньшим, чем в соответствующей комбинации, которая обеспечивает похожий противогололедный эффект, но не содержит бетаина. В соответствии с их названием, ингибиторы коррозии обычно добавляют к композициям антифризных агентов для замедления или для предотвращения коррозии, вызываемой веществами на поверхности. При коррозии материал повреждается под влиянием окружающей среды либо путем растворения, либо иным путем взаимодействия с окружающими веществами.

Температура композиции антифризных агентов в начале применения может представлять собой температуру окружающего воздуха, например от -20 до +10°С, но авторы изобретения обнаружили, что нагревание значительно улучшает плавящую способность. Поэтому согласно способу по изобретению температуру бетаина увеличивают до температуры, которая выше атмосферной температуры, например от +10 до +100°С, причем предпочтительная температура применения составляет от +20 до +60°С. Когда указанный другой противогололедный агент наносят в виде смеси с бетаином, температура применения комбинации соответствует вышеприведенному диапазону.

Согласно изобретению количество комбинации противогололедных агентов, нанесенной на взлетно-посадочную полосу, составляет 5-200 г/м², предпочтительно 10-50 г/м ². Поскольку количество вещества, необходимого для противоскользящей обработки в аэропортах, обычно составляет по меньшей мере 1-2 тонны, важно, чтобы используемый противогололедный агент был безвредным для окружающей среды и безопасным для персонала аэропорта. Нашли, что неблагоприятные эффекты, вызываемые комбинацией по изобретению, несомненно меньше, чем неблагоприятные эффекты, вызываемые другими, ранее используемыми веществами, которые обеспечивают аналогичный противогололедный эффект.

Оборудование, используемое для нанесения химических противогололедных веществ в аэропортах, включает почти такое же оборудование, которое используют для содержания дорог, т.е. разбрасыватели с дисками и разбрызгиватели. Единственное отличие состоит в размере устройств для нанесения, в аэропортах размер разбрасывателей в 3 раза больше, по сравнению с оборудованием для содержания дорог. С помощью разбрасывателей с дисками твердые вещества и растворы могут наноситься одновременно, тогда как разбрызгиватель можно использовать только для нанесения раствора.

Объекты для применения по изобретению включают в себя аэропорты, дороги, мосты, лестницы, дворы, пешеходные переходы, дорожные покрытия и пандусы, а также некоторые специальные участки дороги, которые требуют особого внимания при предотвращении скользкости. Наиболее важные места, которые рассматриваются для предотвращения скользкости, представляют собой места, где скользкость, вероятно, будет опасной. Противоскользящую обработку начинают сразу всякий раз, когда изменение погодных условий может привести к значительному увеличению скользкости.

Согласно изобретению бетаин и указанный другой противогололедный агент(ы), независимо друг от друга, наносят в твердой форме или в виде раствора. В предпочтительном воплощении бетаин наносят в виде раствора, и указанный другой противогололедный агент наносят в твердой форме. Предпочтительно, указанное твердое вещество представляет собой формиат натрия.

Количество по меньшей мере одного другого противогололедного агента в комбинации является достаточным для улучшения противогололедного и/или противоскользящего эффекта, полученного с бетаином. Более того, количество указанного другого противогололедного агента является предпочтительно достаточным для получения, в комбинации с бетаином, синергического эффекта в отношении плавления льда и предотвращения скользкости. В экспериментах неожиданно обнаружили, что даже очень незначительное количество другого противогололедного агента является достаточным для значительного улучшения способности раствора бетаина плавить лед и что комбинация дополнительно обеспечивает значительные улучшения в отношении коррозии и воздействий на окружающую среду.

В комбинации с другим противогололедным агентом бетаин обеспечивает некоторые преимущества по сравнению с другими комбинациями, которые дают похожий противогололедный эффект, но не содержат бетаин. Композиция оказывает меньший коррозионный эффект, она оказывает менее негативное влияние на износоустойчивость объекта для применения, в особенности уменьшает повреждения в покрытиях, оказывает меньший вредный эффект на окружающую среду, и ее эффект на изнашивание используемых в самолетах компонентов тормозов из углерод-углеродных волокнистых композиционных материалов меньше, по сравнению с другими комбинациями, которые дают похожий противогололедный эффект, но не содержат бетаина.

Эффект комбинации бетаина на уменьшение загрязнения подземных вод, вызываемого противогололедными агентами, является значительным. Противогололедные агенты являются обычно водорастворимыми, и поскольку они высвобождаются в природу, они попадают в подземные воды, в результате чего ранее используемые вредные вещества вызывают экологические проблемы. Загрязнение подземных вод хлоридами является значительной проблемой на оживленных дорогах. Поэтому предотвращение загрязнения подземных вод является чрезвычайно важной экологической задачей.

Противогололедные агенты, применяющиеся в настоящее время, могут вызывать миграции ПАУ соединений в окружающую среду путем экстрагирования их из битума, который используют в качестве связующего вещества в асфальте. ПАУ соединения представляют собой полициклические ароматические углеводороды, которые накапливаются в пищевой цепи. Их наиболее важная опасность для здоровья состоит в их способности вызывать рак. Комбинация бетаина сделала возможным уменьшение вызываемой противогололедными агентами миграции ПАУ соединений в окружающую среду.

Следующие примеры иллюстрируют изобретение и не предназначены для ограничения его объема каким-либо образом. Проценты в примерах вычисляют по массе, если не указано иное.

Пример 1

В данном испытании плавящая способность различных комбинаций противогололедных агентов и различных соотношений в смеси сравнивали друг с другом относительно времени. Исследованные комбинации состояли по существу из двух противогололедных агентов и воды. В данном испытании эффективность проникновения в лед относительно времени измеряли сначала путем добавления твердого вещества на поверхность. Через 30 минут измеряли глубину отверстия, которое выплавлялось во льду, после чего дополнительно добавляли жидкий противогололедный агент. Глубину отверстия измеряли через 10, 30 и 60 минут после добавления водного раствора. На протяжении всего испытания температура составляла -2°С. Эксперимент завершался через 90 минут, поскольку известно, что противогололедный агент разбавляется в расплавленном льду, таким образом, его эффективность логарифмически уменьшается в зависимости от времени.

Экспериментальные соотношения твердых и жидких веществ в смеси и соответствующие количества веществ представлены в таблице 1.

Таблица 1
Соотношения в смеси и количества веществ в различных сериях
		Твердое вещество	Жидкое вещество
Серия 1	Соотношение в смеси	14,2%	85,8%
	Количество вещества (мг, мкл)	21,45	130,05
Серия 2	Соотношение в смеси	33,3%	66,7%
	Количество вещества (мг, мкл)	49,95	99,9
Серия 3	Соотношение в смеси	60%	40%
	Количество вещества (мг, мкл)	90	60

В таблицах 2-4 представлены полученные результаты и ошибки (мм).

Плавящая способность твердого формиата натрия и водного бетаина меньше, чем плавящая способность одного формиата натрия, но комбинация, содержащая формиат натрия и бетаин, оказалась достаточно эффективной при всех соотношениях в смеси. Результаты показывают, что даже незначительное количество формиата натрия значительно влияет на плавящую способность бетаина. Плавящая способность, полученная при использовании комбинации формиата натрия с бетаином, примерно на 100% выше, чем плавящая способность смеси чистого бетаина при всех соотношениях в смеси.

Таблица 2
Результаты и ошибки (мм) для смеси веществ, содержащей 14,2% твердого вещества и 85,8% жидкого раствора (50% концентрация)
Время (мин)	30	40	60	90
Твердое	Жидкое	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка
Бетаин	Бетаин	2,9	0,0	4,5	0,0	5,8	0,0	7,3	0,1
Формиат Na	Бетаин	6,4	0,1	9,1	1,3	11,1	0,8	13,4	0,5
Формиат Na	Формиат К	6,4	0,2	11,4	0,7	14,3	0,8	17,9	0,6
Бетаин	Ксилит	3,2	0,1	4,6	0,6	5,8	1,6	6,9	2,0
Ксилит	Бетаин	2,4	0,2	4,8	0,1	5,7	0,2	7,1	0,2

Таблица 3
Результаты и ошибки (мм) для смеси веществ, содержащей 33,3% твердого вещества и 66,7% водного раствора (50% концентрация)
Время (мин)	30	40	60	90
Твердое	Жидкое	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка
Бетаин	Бетаин	4,4	0,1	5,9	0,1	7,3	0,0	8,8	0,1
Формиат Na	Бетаин	7,4	0,8	9,3	0,7	11,7	0,1	13,0	0,2
Формиат Na	Формиат К	8,7	1,2	13,8	0,7	16,5	0,3	19,6	0,2
Бетаин	Ксилит	4,1	0,1	5,3	0,1	6,2	0,0	7,3	0,0
Ксилит	Бетаин	3,7	0,1	5,1	0,1	6,8	0,0	8,1	0,5

Таблица 4
Результаты и ошибки (мм) для смеси веществ, содержащей 60% твердого вещества и 40% водного раствора (50% концентрация)
Время (мин)	30	40	60	90
Твердое	Жидкое	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка	Результат	Ошибка
Бетаин	Бетаин	4,8	0,3	6,2	0,1	8,0	0,1	9,6	0,1
Формиат Na	Бетаин	9,7	1,9	13,7	2,2	16,8	4,0	20,4	4,4
Формиат Na	Формиат К	10,8	2,3	17,0	2,0	19,7	2,7	23,1	2,5
Бетаин	Ксилит	5,3	0,1	6,2	0,2	7,2	0,2	8,6	0,2
Ксилит	Бетаин	4,5	0,1	5,6	0,1	7,5	0,3	9,5	0,8

Пример 2

Обычно температура противогололедных агентов равна температуре наружного воздуха. В этом эксперименте исследовали эффект нагретого противогололедного агента на плавящую способность. Плавящие способности веществ исследовали при температурах от 20 до 60°С. На протяжении всего испытания температура составляла -2°С. В таблице 5 представлены результаты и ошибки (мм) для нагретых веществ. Нагревание в некоторой степени влияет на плавящую способность веществ. Дозы веществ, представленных в таблице, вычислены таким образом, чтобы лед расплавляло одинаковое количество твердого вещества.

Когда температура применения бетаина (50 и 65%) составляла 60°С, тогда плавящая способность вещества была приблизительно на 20-34% выше, чем плавящая способность при температуре применения 20°С. При температуре применения 20°С плавящая способность бетаина через 60 минут составляла 47% от плавящей способности формиата калия. При первоначальной температуре 60°С соответствующее процентное соотношение составляло 53%. Нагревание формиата калия не приводит к аналогичному дополнительному преимуществу в плавящей способности, как в случае бетаина.

Первоначальное нагревание веществ влияет на плавящую способность бетаина относительно выше, чем на плавящую способность формиата калия. Если первоначальное нагревание вещества используют в качестве вспомогательного средства в предотвращении скользкости, то в отношении плавящей способности вещества могут быть получены дополнительные преимущества.

Таблица 5
Результаты и ошибки (мм) для нагретых веществ. Раствор бетаина с 65%-ной концентрацией не изучали при температуре вещества 20°С
		Температура вещества 20°С	Температура вещества 60°С
	Время (мин)	10	30	60	10	30	60
	Доза (мкл)	Рез-т	Ошибка	Рез-т	Ошибка	Рез-т	Ошибка	Рез-т	Ошибка	Рез-т	Ошибка	Рез-т	Ошибка
Бетаин 50%	184	3,2	0,1	4,8	0,1	6,4	0,1	3,7	0,1	6,2	0,2	7,7	0,2
Бетаин 60%	151	2,8	0,1	5,2	0,1	6,1	0,1	3,8	0,0	5,9	0,1	8,2	0,1
Бетаин 65%	139	-	-	-	-	-	-	3,3	0,0	6,2	0,1	9,0	0,1
Формиат К 50%	150	5,6	0,2	10,1	0,5	13,5	0,8	5,8	0,1	10,2	0,4	14,5	0,1

Пример 3

Обычно температура противогололедных агентов равна наружной температуре. В этом эксперименте изучают эффект нагретых комбинаций противогололедных агентов на плавящую способность. Плавящие способности комбинаций веществ исследуют при температурах от 20 до 60°С. На протяжении всего испытания температура составляет -2°С. В таблице 6 представлены результаты (мм). Нагревание влияет на плавящую способность веществ в некоторой степени. Концентрации растворов чистого бетаина и формиата калия составляют 50 мас.%.

Когда температура применения смеси бетаина и формиата калия составляет 60°С, тогда плавящая способность вещества несомненно выше, чем плавящая способность при температуре применения 20°С. Если первоначальное нагревание вещества используют в качестве вспомогательного средства в предотвращении скользкости, то в отношении плавящей способности вещества могут быть получены дополнительные преимущества.

Таблица 6
Результаты (мм) для нагретых веществ. Комбинацию 65%-ного раствора бетаина с 35% формиата К не исследовали при температуре вещества 20°С
	Температура вещества 20°С	Температура вещества 60°С
Время (мин)	10	30	60	10	30	60
Бетаин 50%+ формиат К 50%	4,4	7,5	10,0	4,8	8,2	11,1
Бетаин 60%+ формиат К 40%	3,9	7,2	9,1	4,6	7,6	10,7
Бетаин 65%+ формиат К 35%	-	-	-	4,2	7,6	10,9

Пример 4

В этом испытании плавящую способность различных комбинаций противогололедных агентов и различных соотношений в смеси сравнивали друг с другом относительно времени. В данном испытании эффективность проникновения в лед относительно времени измеряли путем добавления жидких смесей веществ на поверхность. Глубину отверстия измеряли через 10, 30 и 60 минут после добавления жидкого раствора. Во время испытания температура составляла либо -2°С, либо -10°С.

Концентрации растворов формиата калия и бетаина составляли 50 мас.%. Смесь хлорида натрия и бетаина содержала 23 мас.% NaCl и 50 мас.% бетаина, из-за точки замерзания раствор NaCl находится в наименьшей концентрации 23 мас.%, и ее широко используют в противогололедной обработке. В таблицах 7 и 8 приведено сухое содержание соединений, а также действительные вычисленные концентрации (% от массы).

Смеси бетаина и формиата калия были эффективными в плавлении льда. Однако бетаин не оказывает существенного эффекта на плавящую способность хлорида натрия.

Таблица 7
Плавящая способность (мм) различных комбинаций противогололедных агентов при -2°С
Смесь растворов	Концентрация (масс.%)	10 мин	30 мин	60 мин
Бетаин 10%/формиат К 90%	50	6,6	11,5	15,9
Бетаин 25%/формиат К 75%	50	5,3	8,9	12,3
Бетаин 33%/формиат К 66%	50	4,7	7,9	12,0
Бетаин 10%/NaCl 23% 90%	25,7	2,8	5,7	8,3
Бетаин 25%/NaCl 23% 75%	29,75	3,3	6,3	8,7
Бетаин 33%/NaCl 23% 66%	31,68	3,6	5,7	7,8

Таблица 8
Плавящая способность (мм) различных комбинаций противогололедных агентов при -10°С
Смесь растворов	Концентрация (масс.%)	10 мин	30 мин	60 мин
Бетаин 10%/формиат К 90%	50	3,3	4,8	5,6
Бетаин 25%/формиат К 75%	50	2,8	4,2	4,6
Бетаин 33%/формиат К 66%	50	2,6	4,3	4,8
Бетаин 10%/NaCl 23% 90%	25,7	1,7	2,2	2,5
Бетаин 25%/NaCl 23% 75%	29,75	1,3	2,1	2,4
Бетаин 33%/NaCl 23 мас.% 66%	31,68	1,2	2,1	2,3

Пример 5

В этом испытании плавящая способность различных комбинаций противогололедных агентов и различных соотношений в смеси сравнивали друг с другом относительно времени таким Же образом, как в примере 3. В данном испытании эффективность проникновения в лед относительно времени измеряли в миллиметрах (мм) путем добавления жидких смесей веществ на поверхность. Глубину отверстия измеряли через 10, 30 и 60 минут после добавления жидкого раствора. На протяжении всего испытания температура составляла -2°С.

Таблица 9
Плавящая способность (мм) различных комбинаций противогололедных агентов при -2°С
Смесь растворов	Концентрация	10 мин	30 мин	60 мин
	(мас.%)
Бетаин 77%/формиат Na 23%	50	3,9	6,5	9,1
Бетаин 85%/формиат Na 15%	50	3,6	5,9	8,4
Бетаин 95%/формиат Na 5%	50	3,4	5,5	7,6
Бетаин 77%/ацетат Na 23%	50	3,0	5,3	7,2
Бетаин 85%/ацетат Na 15%	50	3,1	5,2	6,8
Бетаин 100%	50	2,7	5,1	6,5