Жидкость против обледенения для самолетов и взлетно- посадочных полос

 

Изобретение касается экологически безвредной жидкости для предотвращения обледенения самолетов и взлетно-посадочных полос, причем указанная жидкость особенно подходит для различного распылительного оборудования. Жидкость содержит 10-60 вес.% триметилглицина и 40-90 вес.% воды. Давление паров указанной жидкости составляет менее 5 Па, а кратковременный токсический эффект при пероральном применении на крысах LD₅₀ составляет более 10000 мг/кг. Технический результат - создание нетоксичной и безопасной жидкости против обледенения. 8 з.п. ф-лы, 6 табл.

Изобретение касается безвредной для окружающей среды жидкости для предотвращения обледенения самолетов и взлетно-посадочных полос, причем указанная жидкость является особенно подходящей для различного оборудования, предназначенного для распыления.

Предотвращение образования льда на самолетах и взлетно-посадочных полосах, а также удаление льда обычно осуществляется с помощью некоторых химических веществ, понижающих температуру замерзания, чтобы обеспечить безопасный взлет, посадку и полет, особенно в зимнее время. Эти антифризы обычно представляют собой распыляемые растворы или пены на основе этилен- или пропиленгликоля, которые, если необходимо, смешаны с загустителями для увеличения вязкости, с водой, поверхностно-активными веществами (ПАВ) и ингибиторами коррозии. Такие средства против обледенения на основе этилен- или пропиленгликоля являются токсичными и загрязняют окружающую среду, когда они попадают в землю. Кроме того, они испускают неприятный запах, который попадает в воздух и разносится воздушными потоками. Такие средства против обледенения могут также вызвать проблемы, связанные с коррозией. Средства против обледенения, обычно распыляемые на самолеты, как правило, содержат по крайней мере 60% гликоля, обычно этиленгликоля, или смесь других гликолей.

Функция антифриза состоит в удалении с поверхности самолета снега, льда и инея, которые образуются, когда самолет стоит в аэропорту. Снег, лед и иней, намерзшие на самолет, оказывают значительное влияние на аэродинамические свойства и эксплуатационные качества его двигателей, приводя в итоге к опасным ситуациям, например, во время взлета самолета. По этой причине самолеты всегда проверяют перед вылетом, чтобы быть уверенными, что на них нет льда, снега и инея.

Предотвращение обледенения взлетно-посадочных полос и удаление с них льда включает в себя использование химических веществ, понижающих температуру замерзания. Основная функция этих веществ состоит в том, что они диффундируют через уже образовавшиеся снег и лед, ослабляя в них силы сцепления, что дает возможность значительно облегчить удаление снега и льда механическими способами. Кроме того, химические вещества, понижающие температуру замерзания, используют в условиях, когда вода и снег могут намерзать на взлетно-посадочной полосе.

В патенте СССР 1664808 описана композиция, используемая для предотвращения смерзания и для оттаивания порошкообразных или гранулированных материалов типа муки, песка или любого другого материала. Эта композиция содержит хлорид магния или кальция, аммиак, углеводы, глицерин, молочную кислоту, летучие кислоты, бетаин, аминокислоты, алифатические соединения, а также воду. Задача этой композиции состоит в предотвращении смерзания порошкообразного материала, особенно во время его транспортировки, на стенках и дне контейнера, и его агрегации, а также в оттаивании уже замерзшего материала.

В патенте США 5079036 описана размораживающая композиция для предотвращения смерзания и агрегации твердого гранулированного материала, подобного каменному углю или руде, во время его погрузки - выгрузки и транспортировки при температуре ниже 0^oС. Эта композиция образует пену на твердых частицах. Она содержит раствор, пригодный в качестве размораживающего средства, такой как раствор солей, подобных хлориду натрия, хлориду калия, хлориду магния, хлориду кальция, или раствор полигидроксильных соединений или моноалкиловых простых эфиров или диалкиловых простых эфиров, таких как этилен- и пропиленгликоли, глицерин, сахар и их смеси. Далее в качестве подходящих размораживающих веществ упомянуты производные целлюлозы, например натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы и этилгидроксиэтилцеллюлоза. Кроме этого размораживающего вещества композиция включает в себя анионное или амфотерное ПАВ, которое дает возможность образования стабильной пены. Подходящими для этой цели являются, среди других, такие анионные ПАВ, как сульфонаты, и такие амфотерные ПАВ, как производные бетаина. Кроме того, композиция содержит воду.

В европейском патенте 743305 описана размораживающая композиция, особенно для предотвращения обледенения самолетов и их крыльев. В этом патенте представлено новое ПАВ, а именно полиамидоэфир, которое можно использовать в сочетании с веществами, понижающими температуру замерзания, на основе алкиленгликолей, используя полиакриловые кислоты в качестве загустителей. Кроме того, указанные композиции обычно содержат ингибитор коррозии, необязательно амин, гидроксид калия или гидроксид щелочного металла и воду.

Чаще всего жидкости, понижающие температуру замерзания, на основе воды в типичном случае являются водными смесями, состоящими из этилен- и пропиленгликолей и воды. В частности, этиленгликоль используется в различных случаях применения в автомобильной промышленности. Однако недостатками этиленгликоля являются его токсичность и загрязняющие свойства. В соответствии с этим вместо этиленгликоля часто используют пропиленгликоль в тех случаях, где требуется пониженная токсичность. Хотя пропиленгликоль относительно нетоксичен, он, однако, также является сомнительным с точки зрения экологии. Другим недостатком пропиленгликоля является то, что его вязкость значительно возрастает при низких температурах, что вызывает необходимость в большей мощности насосов для его перекачки.

Более низкая токсичность этанола по сравнению с этиленгликолем делает его использование более желательным. Однако применение этанола ограничивается его высокой летучестью и, как следствие, склонностью к воспламенению, а также значительным возрастанием вязкости при низких температурах, однако это возрастание вязкости менее значительно, чем в случае пропиленгликолей. По этой причине этанол широко применяется в качестве охлаждающей жидкости в лабораториях и в тех ситуациях, когда требуется нетоксичность.

Коррозия, особенно при использовании гликолей, делает совершенно необходимым поиск недорогих и эффективных ингибиторов коррозии. Составы и концентрации ингибиторов коррозии с трудом поддаются регулированию. Как правило, в результате применения эффективного ингибитора жидкость с очень низкой токсичностью становится токсичной. Обычно сложные растворы делают получаемую в результате жидкость более дорогостоящей.

Задачей настоящего изобретения является создание жидкости, понижающей температуру замерзания, в особенности применимой для предотвращения обледенения самолетов и взлетно-посадочных полос, и оборудования для ее использования, посредством чего можно решить проблемы, связанные с существующим состоянием техники, и устранить существующие недостатки.

Кроме того, задачей настоящего изобретения является создание жидкости, понижающей температуру замерзания, пригодной для самолетов и взлетно-посадочных полос, применение которой безопасно для окружающей среды и экономично, а также не создает никакого риска для здоровья.

Жидкость против обледенения для самолетов и взлетно-посадочных полос, предложенная в этом изобретении, характеризуется в прилагаемой формуле изобретения.

Согласно этому изобретению предпочтительным соединением, используемым в качестве компонента указанной жидкости против обледенения для самолетов и взлетно-посадочных полос, является триметилглицин или соли гидрата триметилглицина. Триметилглицин или бетаин является особенно предпочтительным. Бетаин, например, может быть получен путем экстракции из природных продуктов, таких как сахарная свекла, или путем биохимического процесса таким образом, чтобы дать возможность получения биологической жидкости против обледенения с благоприятным сроком службы.

Жидкость, используемая для предотвращения обледенения самолетов и взлетно-посадочных полос, в соответствии с этим изобретением содержит 10-60% триметилглицина или его производного и 40-90% воды; предпочтительно 40-55% триметилглицина или его производного и 45-60% воды, причем все проценты являются весовыми.

Среди преимуществ этой жидкости против обледенения ее нетоксичность и безопасность, а также отсутствие запаха. Некоторые из ее физических свойств являются такими же, как у растворов гликолей, и она может использоваться при температурах между -50 и +100^oС. Она предпочтительно используется при температурах в пределах от -40 до +80^oС. Характерным свойством размораживающих веществ является то, что они понижают температуру замерзания. Эта температура замерзания должна быть не выше -20^oС, а в случае бетаина даже может быть достигнута температура замерзания вплоть до -50^oС.

Если это необходимо или желательно, жидкость против обледенения этого изобретения может быть смешана с обычными ингибиторами коррозии, стабилизаторами и маркирующими добавками, загустителями, ПАВ, другими размораживающими веществами, подобными гликолям или солям, а также с соединениями, регулирующими кислотность; все эти вещества хорошо известны в технике.

Жидкость против обледенения согласно настоящему изобретению менее токсична и меньше загрязняет окружающую среду, чем жидкости против обледенения, уже известные в технике. Указанная жидкость не классифицируется как опасные отходы, и ее можно легко удалять, что снижает затраты. Отходы этой жидкости можно обрабатывать, не принимая никаких специальных мер безопасности, и они могут поглощаться почвой или спускаться в канализацию, тогда как этилен- и пропиленгликоли, а также этанол, обычно используемые в технике в настоящее время, необходимо удалять специальными способами, как опасные отходы.

Жидкость против обледенения согласно настоящему изобретению пригодна для использования в различных областях для предотвращения обледенения или для удаления льда с самолетов, взлетно-посадочных полос и т.п., особенно при низких температурах и в ситуациях, когда жидкость должна быть безвредной для окружающей среды и нетоксичной.

Оценка токсичности соединений основана на величинах LD₅₀, взятых из литературы. Использованные величины LD₅₀ были получены при испытаниях на крысах при пероральном введении испытываемых соединений. Результаты показаны в таблице 1.

В таблице 2 сравнивается кинематическая вязкость жидкостей при концентрации 50%.

В таблице 3 показано, как различные соединения снижают температуру замерзания в 50%-ном растворе.

В таблице 4 показано влияние триметилглицина на температуру замерзания водных растворов.

Поверхностное натяжение типичных веществ, понижающих температуру замерзания, представлено в таблице 5. Поверхностное натяжение триметилглицина сравнимо с поверхностным натяжением воды и выше, чем у гликолей.

В таблице 6 показано давление пара при 37,8^oС для нескольких жидкостей, понижающих температуру замерзания. Так как давление пара раствора триметилглицина ниже, чем у других растворов, он не испаряется (не улетучивается) также легко под действием потока воздуха.

Жидкость согласно настоящему изобретению, содержащая 10-60% триметилглицина или его производных и 40-90% воды (по весу), применима в противообледенительных системах для самолетов и взлетно-посадочных полос, особенно для распыления на желаемую поверхность.

Давление пара жидкости этого изобретения ниже 5 Па. Величина LD₅₀ составляет более 10000 мг/кг (для крыс при пероральном введении), и температура вспышки этой жидкости выше 100^oС. Далее температура замерзания 50%-ного раствора составляет менее -38^oС, причем его поверхностное натяжение менее 55 дин/см. Срок годности этой жидкости при хранении в стандартных условиях, при комнатной температуре составляет свыше 2 лет. Вязкость, важную характеристику жидкости, понижающей температуру замерзания, можно стабильно удерживать в желаемом диапазоне.

Триметилглицин представляет собой нетоксичный и не имеющий запаха сырьевой материал природного происхождения, который биодеградирует в природных условиях на 80% за 20 суток. Медленная биодеградация - это проблема, связанная, например, с пропиленгликолями, которые применялись ранее. Триметилглицин снижает температуру замерзания воды, он обладает превосходными теплопередающими свойствами, из него не выделяются неприятные запахи и его можно использовать без добавления каких-либо ингибиторов коррозии, которые служат для предотвращения коррозии, так как он сам по себе обладает только слабым коррелирующим действием. Например, коррозия медных сплавов составляет менее 1 мкм/год, когда используются жидкости согласно этому изобретению. Кроме того, они не вызывают коррозию поликарбонатов, акриловых пластиков или окрашенных поверхностей.

Гликоли, применявшиеся ранее в качестве составов против обледенения, оказывают вредное воздействие на герметики, присутствующие в конструкциях самолетов, тогда как жидкости против обледенения на основе триметилглицина не дают таких отрицательных эффектов. Возврат жидкостей против обледенения, содержащих гликоли, из аэропортов для их удаления или повторного использования очень затруднен, причем полный возврат в любом случае невозможен. Растворы триметилглицина не нужно возвращать, так как они быстро разлагаются в природных условиях. Растворы триметилглицина безопасны в обращении вследствие низкого давления пара и соответственно низкой летучести этих растворов. В противоположность этому, например, для этиленгликоля по соображениям безопасности установлено предельное давление пара 50 ч/млн (отношение общего количества пара к жидкости) (TVL). Безопасность по отношению к окружающей среде уже упоминалась как одно из основных преимуществ использования раствора триметилглицина в качестве жидкости для предотвращения обледенения самолетов и взлетно-посадочных полос.

Это изобретение описано выше со ссылкой только на некоторые предпочтительные примеры его осуществления, детали которых, однако, не должны рассматриваться как ограничивающие это изобретение узкими рамками. Возможны многие модификации и видоизменения в пределах объема и сущности изобретения, определенных в прилагаемой формуле изобретения.

Формула изобретения

1. Жидкость против обледенения для самолетов и взлетно-посадочных полос, отличающаяся тем, что она содержит 10-60 вес.% триметилглицина и 40-90 вес. %.

2. Жидкость по п. 1, отличающаяся тем, что она содержит 40-55 вес.% триметилглицина и 45-60 вес.% воды.

3. Жидкость по п.1 или 2, отличающаяся тем, что давление паров указанной жидкости составляет менее 5 Па, а кратковременный токсический эффект при пероральном применении на крысах LD₅₀ составляет более 10000 мг/кг.

4. Жидкость по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что температура замерзания 50%-ной жидкости ниже -38^oС.

5. Жидкость по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что температура замерзания 35%-ной жидкости составляет -15^oС или ниже этой величины.

6. Жидкость по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что поверхностное натяжение 50%-ной жидкости составляет более 55 дин/см.

7. Жидкость по любому из пп.1-6, отличающаяся тем, что она содержит триметилглицин из биологического источника.

8. Жидкость по любому из пп.1-7, отличающаяся тем, что указанную жидкость против обледенения можно использовать при температуре, лежащей в пределах между -50^oС и +100^oС, предпочтительно между -40^oС и +80^oС.

9. Жидкость по любому из пп.1-8, отличающаяся тем, что она содержит в качестве добавок ингибиторы коррозии, стабилизаторы, маркирующие добавки, загустители, ПАВ, другие размораживающие вещества или соединения для регулирования кислотности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6