環保型融雪劑的制備研究

尚曉敏，劉 瓊，張 京，閆 俊

(吉林工程技術師范學院，吉林 長春 130052)

冬季北方大量的降雪使人們生活不便，也引起了大小的交通事故。為清除冬季道路積雪，我國從20世紀70年代開始使用氯鹽融雪劑。融雪劑是指可以降低冰雪融化溫度，減少道路積雪，便于道路疏通，播撒效果明顯。現代化生活節奏的加速使融雪劑在生活上得到廣泛應用，但大多以氯化鈉為主的融雪劑給道路和環境帶來嚴重危害。近年，新型環保型融雪劑的研制成為科研人員的研究熱點。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

丙二醇、醋酸鉀、尿素、烷基酚聚氧乙烯醚、柿單寧吸水樹脂、乙醇、二甲基亞砜；電子天平、恒溫冰箱、恒溫磁力攪拌器、水銀溫度計、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、數顯電動攪拌器。

1.2 融雪劑醇組分的選擇

乙二醇與丙二醇的防凍性能實驗如圖1。乙二醇與丙二醇作為汽車冷卻液的主要組成成分，具有很好的防凍性能。圖1是乙二醇和丙二醇隨體積濃度變化引起冰點變化的比較圖。

圖1 乙二醇與丙二醇的冰點變化

由圖1分析對比得知:丙二醇與乙二醇的防凍效果在體積分數小于60%時是大致相同的，但從融雪劑的性能出發還要考慮融雪劑的環保性和毒性，丙二醇幾乎無毒，乙二醇有毒，對人體動物都有危害。從生物降解分析[1]，丙二醇與乙二醇在廢水廠處理后，丙二醇更易生物降解。從生物學和毒性方面綜合考慮，丙二醇明顯優于乙二醇。丙二醇作為融雪劑的主要成分，具有良好的溶雪性能，低冰點。含量為40%時，冰點為-21℃；含量為60%時，冰點為-46℃；含量為80%，冰點為-59℃。由于穩定性好，腐蝕性小，成分是有機小分子，自然界很易降解，對土壤水體污染小，丙二醇作為融雪劑的主要成分。

1.3 融雪劑其他組分選擇

醋酸鉀是一種有機冰點降解劑，綠色環保，融雪劑的主要成分是醋酸鉀。加入吸水樹脂作為減水劑，降低結冰因素，達到防凍效果。吸水樹脂的加入存在不結冰水，可作為防凍材料使用，可與肥料通過物理、化學的方式結合一體化材料使用，具有雙重效應，防止養分過多攝入達到富營養化，給植物輸送養分，使植物更好的生長。根據吸水樹脂的性能，加入少量的尿素成分，其氮元素對土壤起到施肥的效果。整體的防凍性能加強，穩定性強化。

2 結果與討論

2.1 正交實驗方法判定組分防凍效果的優先順序

實驗將冰點降低體系、高效減水體系、表面活性劑等組合形成一種復雜融雪劑。達到降低冰點時，各組分起協同作用，使融雪劑達到最佳融雪效果。本實驗的主要融雪組分是水、表面活性劑、丙二醇、醋酸鉀、吸水樹脂、乙醇、二甲基亞楓、尿素。假設二甲基亞楓和尿素、乙醇、吸水樹脂是固定參數。考慮剩余4種的防凍效果的影響進行試驗。即四因素，采用四因素四水平正交表格進行試驗。

表1 4因素4水平正交表

表1(續)

表2為四因素所采用的水平。

表2 四因素的水平

表3為用配方含量進行實驗。

表3 正交結果

實驗條件是各組實驗放置在-20℃的恒溫低溫冰箱中放置l5min，取出稱量未結冰的量(%)，通過實驗結果可得四因素在融雪劑中起重要的作用的順序：水>丙二醇>醋酸鉀>吸水樹脂。因此，融雪劑配方根據不同成分配比對融雪效果及其價格來進行實驗配制。

2.2 融雪組分含量的確定

本實驗中融雪劑配方以丙二醇為主要組分，因其價格比較高，根據前人的研究基礎在保證低成本及融雪效果前提下[2-4]，將丙二醇的量設定為15%以下；本實驗是對一種復雜融雪劑的探究性實驗，醋酸鉀可作為另一種冰點降低劑，根據醋酸鉀的高防凍效果以及其價格特點，將其含量定為最高8%；高效柿單寧吸水樹脂，根據其吸水倍率來決定其用量的多少，它的用量即為達到飽和溶液時的量。本實驗采用的是柿單寧吸水樹脂；尿素雖然價格比較便宜，但冰雪融化效率低，且過量使用會對金屬產生強的腐蝕性，同時易造成水體富營養化，毒害河流中的生物，因此將其含量限制在13%以下；乙醇，由于其自身的低冰點，易揮發、易燃等特性，將其用量設定為6%以下；二甲基亞砜，當濃為100%時，冰點為18.45℃，含水40%的二甲基亞砜可以保持在-60℃不結冰，而且二甲基亞砜與水、雪混合時放熱。但對人體皮膚有滲透性，對眼有刺激作用。因此限制其用量在2%左右。

3 結論

本文通過正交試驗方法制備了一種環保型融雪劑，方法簡單，本融雪劑具有一定的新穎性，在融冰化雪的能力上優于傳統的氯鹽融雪劑，不含氯離子，大大降低了其對混凝土的腐蝕，和對植物的危害將融雪劑的危害降到了極低程度。開發出一種新型環保型融雪劑，即不含氯離子，又價格合理這樣一種環保融雪劑是迫在眉睫的大問題。而本文恰恰符合了該要求，相信本文的研究成果會有相當大的應用和推廣性。