Противообледенительная псевдопластичная жидкость

 

Изобретение относится к созданию противообледенительной жидкости (ПОЖ) для удаления ледяных отложений и предотвращения обледенения поверхности, используется для защиты самолетов или других видов техники от обледенения во время их стоянки на земле. Противообледенительная жидкость содержит алкиленполиоль, ингибитор коррозии, неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), водонерастворимую добавку, загуститель, гидроокись щелочного металла и/или аммония и воду. В качестве водонерастворимой добавки содержит олеиновую кислоту. В качестве загустителя - сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты, содержащий от 70 до 80% метакриловой кислоты, со средней молекулярной массой от 500000 до 700000. Противообледенительная жидкость по изобретению является эффективной и сохраняет свойства жидкости после воздействия температур 70 и 95°С в течение 30 суток. 12 з. п. ф-лы, 3 табл.

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к авиационной технике и, в частности, касается неньютоновской псевдопластичной противообледенительной жидкости (ПОЖ) для удаления ледяных отложений (иней, изморозь, снег, лед) и предотвращения обледенения поверхности даже в условиях переохлажденного дождя не менее 30 минут. ПОЖ могут быть использованы для защиты самолетов или других видов техники от обледенения во время их стоянки на земле.

Уровень техники

При наземном обледенении самолетов ледяные отложения обычно образуются на фюзеляже, хвостовом оперении и на большей части поверхности крыла. Явление обледенения приводит к увеличению веса самолета, к искажению его профиля, увеличению лобового сопротивления и резкому снижению аэродинамических характеристик. Все это может привести к тяжелым летным происшествиям с человеческими жертвами.

В эксплуатации удаление ледяных отложений с поверхности самолета проводится разбрызгиванием с помощью специальных форсунок подогретой до 70-80°С разбавленной водой ПОЖ в зависимости от метеоусловий в соотношении 75:25 или 50:50 по объему. В случае ожидающегося обледенения проводится профилактическая обработка поверхности самолета ПОЖ без ее разбавления и без подогрева.

В соответствии с международным стандартом ISO 11078, который охарактеризован в таблице 1, испытания по определению эффективности ПОЖ в условиях искусственного обледенения (переохлажденный дождь) проводятся после ее механического перемешивания со скоростью 3500 об/мин в течение 5 минут и выдержки не менее 20 минут в состоянии покоя.

Известна ПОЖ для самолетов (патент РФ 2100398), содержащая мас.%:

Алкиленполиоль 30-95

Ингибитор коррозии 0,5-1,5

Водонерастворимая добавка 0,1-1,2

ПАВ 0,5-1,0

Вода До 100

В указанной ПОЖ в качестве ингибитора коррозии используется двузамещенный фосфат щелочного металла, в качестве ПАВ - бензолсульфонат метилдиэтиламинометильных производных диэтиленгликолевых эфиров жирных спиртов, и в качестве водонерастворимой добавки - стеариновая кислота.

По международному стандарту ISO 11078 ПОЖ должна удовлетворять основным эксплуатационным требованиям, в частности сохранение свойств концентрированной ПОЖ после прогрева при температуре 70°С в течение 30 суток и разбавленной водой в соотношении 50:50 по объему ПОЖ при температуре 95°С в течение 30 суток без значительных изменений физико-химических и эксплуатационных свойств, а также сохранение высокой эффективности в условиях выпадения переохлажденного дождя не менее 30 минут после перемешивания со скоростью 3500 об/мин в течение 5 минут. Известная ПОЖ не удовлетворяет этим требованиям. При прогреве особенно при 95°С происходит выделение указанного ПАВ. Вязкость этой ПОЖ после перемешивания со скоростью 3500 об/мин падает от 50-100 мм²/с до 14-25 мм²/с, а ее эффективность в условиях переохлажденного дождя снижается до 5-15 минут.

Наиболее близким аналогом является ПОЖ для самолетов (заявка ЕР 0769541 B1), имеющая следующий состав, мас.%:

Алкиленполиоль 35-70

Ингибитор коррозии 0,03-1,0

ПАВ 0,02-1,5

Загуститель 0,05-1,5

Вода До 100

Эффективность этой ПОЖ в условиях искусственного обледенения замерзающего дождя составляет 43-55 минут.

В указанной ПОЖ в качестве ингибитора коррозии используются водорастворимые соли щелочных металлов неорганических кислот (борной, фосфорной, серной, азотной, уксусной), имидазолы или триазолы (бензтриазол, толилтриазол), в качестве ПАВ - неионогенное ПАВ, представляющее собой оксиэтилированный высший жирный спирт формулы С₆-С₂₂O(С₂Н₄O)]_1-10Н, и в качестве загустителя - полимер, представляющий собой водорастворимую сшитую полиакриловую или полиметакриловую кислоту или их смесь. Средняя молекулярная масса полимера составляет 750000-1250000 и вязкость 0,5 мас.% водного раствора (рН 7,0) при температуре 20°С и при скорости сдвига 5,6 с^-1 составляет 1000-13000 мПа·с.

Известная ПОЖ не удовлетворяет требованиям по разбрызгиванию ее на поверхность через форсунку, т.к. при использовании в качестве загустителя полимера с молекулярной массой более 700 тысяч ПОЖ уже при температуре 20°С и ниже проявляется свойство “выпрядания”. Термин “выпрядание” характеризует процесс получения искусственных волокон при пропускании через фильеру растворов высокомолекулярных полимеров. Аналогично при перекачке ПОЖ через форсунку оборудования облива самолетов происходит образование полимерных нитей, что недопустимо, т.к. ПОЖ теряет свойство текучести. Кроме того, она не удовлетворяет требованию по аэродинамической пригодности из-за недостаточного удаления с поверхности самолета потоком воздуха.

Сущность изобретения

Сущность изобретения заключается в создании ПОЖ с повышенной эффективностью удаления льда или предотвращения наземного обледенения поверхности самолета в условиях переохлажденного дождя, удовлетворяющей требованиям международного стандарта ISO 11078.

Предлагаемая ПОЖ включает алкиленполиоль, ингибитор коррозии, ПАВ, водонерастворимую добавку, загуститель, гидроокись щелочного металла и/или аммония и воду. В качестве водонерастворимой добавки ПОЖ по изобретению содержит олеиновую кислоту и в качестве загустителя содержит сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты.

Сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты содержит от 70 до 80 % метакриловой кислоты и имеет среднюю молекулярную массу от 500000 до 700000.

Алкиленполиоль может представлять собой этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и/или их смеси.

В качестве ПАВ ПОЖ по изобретению содержит неионогенное ПАВ.

В частности, в качестве неионогенного ПАВ ПОЖ по изобретению может содержать моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов формулы C_nH_2n+1O(C₂H₄O)_mH, где n=10-18, m=8-10.

В качестве ингибитора коррозии ПОЖ содержит соли фосфорной и/или азотной кислоты, в частности соли щелочных металлов и/или аммония.

ПОЖ по изобретению содержит, маc.%:

Алкиленполиоль 25-95

Вода 5-75

Ингибитор коррозии 0,5-2,0

Водонерастворимая добавка 0,02-1,0

Загуститель 0,5-5,0

ПАВ 0,05-1,0

Гидроокись щелочного

металла или аммония 0,15-2,0

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Примеры 1-12

Сравнительные примеры 1-6

В реактор с мешалкой, рубашкой и обратным холодильником загружают 350 кг воды и 10 кг динатрийфосфата. Включают мешалку и обогрев. Растворение динатрийфосфата проводят в течение 15 минут при работающей мешалке и температуре 60°С. Затем загружают 650 кг этиленгликоля, 25 кг сополимера метилметакрилата и метакриловой кислоты и 5 кг гидроокиси натрия. Их растворение проводят в течение 2 часов. По истечении этого времени загружают 5 кг синтанола АЛМ-10 (смесь полиоксиэтиленгликолевых эфиров синтетических первичных жирных спиртов) и 5 кг олеиновой кислоты. В течение 15 минут проводят их растворение.

В таблице 2 приведен состав ПОЖ по изобретению (П1-П12) и сравнительных примеров (прототип - C1, C2 и ПОЖ по изобретению с запредельным количеством - С3, С4, С5, С6).

ПОЖ по изобретению (П1-П12) содержит в качестве загустителя водонерастворимый сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты, который в процессе получения ПОЖ вступает в реакцию с гидроокисью щелочного металла и/или аммония, образуя водорастворимую соль, и в качестве водонерастворимой добавки олеиновую кислоту.

В таблице 3 приведены основные физико-химические и эксплуатационные свойства ПОЖ по изобретению, прототипа и ПОЖ по изобретению с запредельным количеством компонентов.

Как следует из приведенных в таблице 3 данных, повышенная эффективность в условиях переохлажденного дождя ПОЖ по изобретению (П1-П12) после перемешивания со скоростью 3500 об/мин в течение 5 минут по сравнению с прототипом (сравнительные примеры С1 и С2) обеспечивается введением в состав ПОЖ загустителя, представляющего собой сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты, и водонерастворимой добавки, представляющей собой олеиновую кислоту. При содержании алкиленполиоля 25 мас.% вводится максимальное содержание добавок ингибитора коррозии, загустителя, гидроокиси щелочных металлов, гидроокиси аммония и наименьшее содержание водонерастворимой добавки и ПАВ, а при содержании алкиленполиоля 95 мас.% - минимальное содержание добавки ингибитора коррозии, загустителя, гидроокиси щелочного металла или аммония и максимальное содержание водонерастворимой добавки и ПАВ. При этом ПОЖ по изобретению (П1-П12) легко сдувается с поверхности самолета потоком воздуха (аэродинамическая пригодность).

При запредельном пониженном содержании компонентов (сравнительные примеры С3 и С5) срок хранения и эффективность ПОЖ в условиях обледенения уменьшается.

При запредельном повышенном содержании компонентов (примеры С4 и С6) композиции расслаиваются через 1-3 месяца, что делает невозможным ее промышленное использование, поскольку срок хранения ПОЖ должен быть не менее 2 лет. ПОЖ по изобретению обладает следующими физико-химическими и эксплуатационными свойствами:

Плотность при 20°С, г/см³ 1,050-1,100

Водородный показатель, рН 7,0-7,5

Кинематическая вязкость

при 20°С, мм²/с 230-350

Температура вспышки, °С 120-130

Температура начала

кристаллизации, °С, не выше

- концентрат 32

- при разбавлении водой 50:50 по объему 10

Сохранение свойств ПОЖ после ее прогрева при температуре 70°С в течение 30 суток.

Сохранение свойств разбавленной водой 50:50 по объему ПОЖ после ее прогрева при температуре 95°С в течение 30 суток.

Динамическая вязкость при температуре 20°С и скорости сдвига 5,6 с^-1, мПа·с, 4550-6300.

Изменение динамической вязкости после перемешивания со скоростью 3500 об/мин в течение 5 минут не более ±10%.

Эффективность при обледенении:

- высоковлажностные испытания, ч, не менее 4;

- в условиях выпадения переохлажденного дождя, мин, не менее 30.

Токсичность: смертельная доза при введении в желудок ЛД₅₀, мг/кг:

ПОЖ на основе этиленгликоля 10000

ПОЖ на основе пропиленгликоля 22000

Класс опасности по воздействию на организм человека 4.

ПОЖ по изобретению превосходит прототип по эффективности в условиях обледенения и сохранению свойств жидкости после воздействия температур 70 и 95°С в течение 30 суток.

ПОЖ по изобретению удовлетворяет всем предъявляемым требованиям международного стандарта ISO 11078.

При введении в ПОЖ по изобретению олеиновой кислоты в качестве водонерастворимой добавки и сополимера метилметакрилата и метакриловой кислоты в качестве загустителя получен неожиданный эффект снижения устойчивости пены, увеличения вязкости ПОЖ и эффективности ПОЖ в условиях обледенения.

Формула изобретения

1. Противообледенительная жидкость для удаления ледяных отложений и/или предотвращения наземного обледенения самолетов, включающая алкиленполиоль, ингибитор коррозии, неионогенное поверхностно-активное вещество (ПАВ), водонерастворимую добавку, загуститель, гидроокись щелочного металла и/или аммония и воду, отличающаяся тем, что в качестве водонерастворимой добавки содержит олеиновую кислоту, а в качестве загустителя - сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты, содержащий 70 - 80% метакриловой кислоты, со средней молекулярной массой от 500000 до 700000.

2. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой в качестве алкиленполиоля используют многоатомный спирт, содержащий 2 - 6 атомов углерода.

3. Противообледенительная жидкость по п.2, в которой алкиленполиоль представляет собой этиленгликоль, пропиленгликоль, глицерин, диэтиленгликоль, триэтиленгликоль и/или их смеси.

4. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой неионогенное ПАВ представляет собой моноалкиловые эфиры полиэтиленгликоля на основе первичных жирных спиртов формулы C_nH_2n+1O(C₂H₄О)_mH, где n=10-18, m=8-10.

5. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой в качестве ингибитора коррозии используют соли фосфорной и/или азотной кислоты.

6. Противообледенительная жидкость по п.5, в которой соли фосфорной и/или азотной кислот представляют собой соли щелочных металлов и/или аммония.

7. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой олеиновая кислота содержится в количестве 0,02-1,0 мас.%.

8. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой сополимер метилметакрилата и метакриловой кислоты содержится в количестве 0,5-5,0 мас.%.

9. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой алкиленполиоль содержится в количестве 25-95 мас.%.

10. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой ингибитор коррозии содержится в количестве 0,5-2,0 мас.%.

11. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой ПАВ содержится в количестве 0,05-1,0 мас.%.

12. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой гидроокись щелочного металла и/или аммония содержится в количестве 0,15-2,0 мас.%.

13. Противообледенительная жидкость по п.1, в которой вода содержится в количестве 5-75 мас.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4