生物完全降解型除冰雪溶液的研究

□□ 李 銘 (天津市住總集團有限公司，天津 300300)

引言

在冬季，除冰雪是城市道路、機場、高速公路以及市政建筑等領域經常需要采取的措施，尤其在我國的北方地區應用更為普遍。我國目前經常使用的除冰雪劑主要分為三大類:氯鹽類(NaCl、CaCl2、MgCl2等)和非氯鹽類(有機鹽或無機鹽、胺、醇等)以及混合型氯鹽類。氯鹽類除冰雪劑除冰效果較好，但對環境污染較大，尤其對橋梁、混凝土路面以及瀝青道面的腐蝕較嚴重；非氯鹽類除冰雪劑雖對環境污染較小，但其融雪除冰效果較差且價格較高。不論哪一種融雪劑使用過后產生的廢液體均會流入到道面附近的土壤之中，使土壤酸堿性失衡，造成植物吸收水分困難，最終植被因生理干旱而亡[1]。同時除冰液的殘留水濺到汽車輪胎和金屬上，都會造成一定的腐蝕現象。

本文采用生物質多糖類物質作為除冰劑(以下簡稱“生物基”)，該物質來源于植物和糧食加工的副產物，是一種不含任何有害化學成分的粘稠溶液，其冰點低(-30～-40 ℃)，無味無毒，完全生物降解，對環境無污染，但該物質生產成本高，單獨使用的話，性價比不高；而醋酸鉀(CH3COOK)是有機酸鹽，與水溶解性能好，其溶液具有成本低，降冰點效果好，對周圍環境影響小等優點，將其用于改性生物基溶液，制成除冰液，減少對土壤、道路路面、鋼鐵金屬的腐蝕性，降低對土壤植物環境的危害，實現了在降低成本的同時，提高了其環保性。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器與試劑

1.1.1 試驗儀器

SWC-Ⅱ型數字貝克曼溫度計(南京桑力電子設備廠)、pH211酸堿度離子測定儀(上海精密科學儀器有限公司)、DSY-021 A冰點測試儀(大連石油儀器有限公司)、摩阻系數測試車(Mμ)。

1.1.2 試劑

蒸餾水：自制。

醋酸鉀(CH3COOK)：干燥品，純度為99.0%～100.5%，工業優級，市售。

生物基多糖溶液：蘇州綠朗有限公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 配比

分別配制溶液濃度為10%、15%、20%、25%的醋酸鉀溶液，將其與生物基純溶液按照表1的比例混合配制16種除冰液，配方見表1。

表1 配方及編號

1.2.2 表征方法

分別測試16個配方溶液的pH值、溶解速率和冰點值，選出最佳配方，并對最佳配方溶液的金屬腐蝕性和摩擦系數及生物降解性進行測試。

pH值和溶解速率試驗是制備同等質量的冰塊，在相同條件下觀察測試。金屬腐蝕試驗根據民航適航標準ASTMF 483—2009《飛機化學維護全浸腐蝕試驗常規標準》進行全浸腐蝕試驗，24 h后，試件的平均質量變化不應超過適航要求。冰點采用DSY-021 A測試儀進行測試，摩擦系數使用機場摩阻系數測試車(Mμ)在規定的100 m進行測試，生物降解試驗委托國家塑料制品質量監督檢測中心檢測。

2 結果與討論

2.1 溶解速率

為了更準確模擬自然凍冰條件，選擇室外溫度條件為-10 ℃左右的環境下進行。制備相同體積質量的冰塊放入250 mL的玻璃燒杯內，分別倒入同等體積的16種除冰液，觀察其溶解速度，直至全部溶解為止，以秒計時(目測)，測試結果見表2。試驗觀察到冰塊在初期融化較快，隨著時間延長，融冰能力慢慢減小。溶解速率最佳的除冰劑為13號，其次為7、11、10號，此處產生誤差的原因主要是由于其在容器內進行，冰塊溶解到一定時間時會浮于液面之上，造成除冰液和冰塊表面不能充分接觸，降低了除冰的速率。

表2 各個配比的溶解速率

2.2 pH測定

上述試驗結束后，對融冰前和融冰后16種配方的融冰液做pH值測試，結果見表3，從中發現，融冰前后溶液的pH值均在8～9范圍，符合我國道路除冰融雪劑標準GB/T 23851—2009《道路除冰融雪劑》中融雪劑的pH在6～10的要求[2]。

表3 不同配比除冰液在融冰前后的pH變化

2.3 冰點值

除冰液冰點越低，可以確保其在較低的溫度環境下除冰雪而不結冰。各配方除冰液的冰點見表4。從表4的試驗數據看，醋酸鉀溶液濃度增加，生物基溶液的質量比例增加，除冰液冰點降低，可見這兩個因素對冰點的影響均是顯著的。從表4中看出，冰點最低的是13號，其次為7、11、10號。為了更好地保護環境，適量控制醋酸鉀溶液的比例，在控制成本的前提下盡可能提高生物基溶液的含量，可達到成本低、除冰雪效果好的雙重效果。

表4 各個配方的冰點溫度

2.4 腐蝕性

選取最佳配方13號，采用以下試件分別進行試驗，測試其腐蝕性。

所用試件：a為AMS 4037鋁合金，按照AMS2470陽極化處理(2024-T3無包覆層鋁合金，并按MIL-A-8625I型進行陽極化處理)；b為AMS 4911或MAM4911鈦合金(6AI-4 V鈦合金)；c為AMS 47376鎂合金，按AMS2475重鉻酸鹽處理(AZ31B無包覆層鎂合金)；d為符合MIL-S-18729的4130鋼；e為AMS 4049鋁合金(7075-T6有包覆層鋁合金)。

試驗結果見表5，從表中數據來看，其結果均符合民用航空的適航標準。

表5 金屬腐蝕失重

2.5 摩擦系數

選取最佳配方13號，利用機場的摩阻系數測試車(Mμ)在規定的100 m進行測試，測得摩擦系數值(Mμ)為0.89，高于機場跑道對摩擦系數0.54的要求。

2.6 生物降解性能

選取最佳配方13號，委托國家塑料制品質量監督檢測中心檢測，受堆肥條件下材料最終需氧生物分解和崩解能力的測定。依據標準：GB/T 19276.1—2003《水性培養液中材料最終需氧生物分解能力的測定采用測定密閉呼吸計中需氧量的方法》。參比樣品材料性質是纖維素，采用堆肥狀態的腐熟方法，其結果見表6。

表6 生物降解性能

3 結論

3.1 生物質多糖類物質與醋酸鉀具有很好的相容性，能夠達到降低冰點的效果，其pH值、摩擦系數值符合除冰融雪劑國家標準，除冰雪效果好，且生物完全降解，從環保角度來看，有較好的前景。

3.2 根據各類不同行業與場所要求指標，配制不同比例的融冰劑，既達到除冰雪的要求又可以使產品的價格控制在可接受范圍內，便于推廣應用。