环保型融雪剂的制备研究

尚晓敏，刘 琼，张 京，闫 俊

(吉林工程技术师范学院，吉林 长春 130052)

冬季北方大量的降雪使人们生活不便，也引起了大小的交通事故。为清除冬季道路积雪，我国从20世纪70年代开始使用氯盐融雪剂。融雪剂是指可以降低冰雪融化温度，减少道路积雪，便于道路疏通，播撒效果明显。现代化生活节奏的加速使融雪剂在生活上得到广泛应用，但大多以氯化钠为主的融雪剂给道路和环境带来严重危害。近年，新型环保型融雪剂的研制成为科研人员的研究热点。

1 实验部分

1.1 材料和仪器

丙二醇、醋酸钾、尿素、烷基酚聚氧乙烯醚、柿单宁吸水树脂、乙醇、二甲基亚砜；电子天平、恒温冰箱、恒温磁力搅拌器、水银温度计、集热式恒温加热磁力搅拌器、数显电动搅拌器。

1.2 融雪剂醇组分的选择

乙二醇与丙二醇的防冻性能实验如图1。乙二醇与丙二醇作为汽车冷却液的主要组成成分，具有很好的防冻性能。图1是乙二醇和丙二醇随体积浓度变化引起冰点变化的比较图。

图1 乙二醇与丙二醇的冰点变化

由图1分析对比得知:丙二醇与乙二醇的防冻效果在体积分数小于60%时是大致相同的，但从融雪剂的性能出发还要考虑融雪剂的环保性和毒性，丙二醇几乎无毒，乙二醇有毒，对人体动物都有危害。从生物降解分析[1]，丙二醇与乙二醇在废水厂处理后，丙二醇更易生物降解。从生物学和毒性方面综合考虑，丙二醇明显优于乙二醇。丙二醇作为融雪剂的主要成分，具有良好的溶雪性能，低冰点。含量为40%时，冰点为-21℃；含量为60%时，冰点为-46℃；含量为80%，冰点为-59℃。由于稳定性好，腐蚀性小，成分是有机小分子，自然界很易降解，对土壤水体污染小，丙二醇作为融雪剂的主要成分。

1.3 融雪剂其他组分选择

醋酸钾是一种有机冰点降解剂，绿色环保，融雪剂的主要成分是醋酸钾。加入吸水树脂作为减水剂，降低结冰因素，达到防冻效果。吸水树脂的加入存在不结冰水，可作为防冻材料使用，可与肥料通过物理、化学的方式结合一体化材料使用，具有双重效应，防止养分过多摄入达到富营养化，给植物输送养分，使植物更好的生长。根据吸水树脂的性能，加入少量的尿素成分，其氮元素对土壤起到施肥的效果。整体的防冻性能加强，稳定性强化。

2 结果与讨论

2.1 正交实验方法判定组分防冻效果的优先顺序

实验将冰点降低体系、高效减水体系、表面活性剂等组合形成一种复杂融雪剂。达到降低冰点时，各组分起协同作用，使融雪剂达到最佳融雪效果。本实验的主要融雪组分是水、表面活性剂、丙二醇、醋酸钾、吸水树脂、乙醇、二甲基亚枫、尿素。假设二甲基亚枫和尿素、乙醇、吸水树脂是固定参数。考虑剩余4种的防冻效果的影响进行试验。即四因素，采用四因素四水平正交表格进行试验。

表1 4因素4水平正交表

表1(续)

表2为四因素所采用的水平。

表2 四因素的水平

表3为用配方含量进行实验。

表3 正交结果

实验条件是各组实验放置在-20℃的恒温低温冰箱中放置l5min，取出称量未结冰的量(%)，通过实验结果可得四因素在融雪剂中起重要的作用的顺序：水>丙二醇>醋酸钾>吸水树脂。因此，融雪剂配方根据不同成分配比对融雪效果及其价格来进行实验配制。

2.2 融雪组分含量的确定

本实验中融雪剂配方以丙二醇为主要组分，因其价格比较高，根据前人的研究基础在保证低成本及融雪效果前提下[2-4]，将丙二醇的量设定为15%以下；本实验是对一种复杂融雪剂的探究性实验，醋酸钾可作为另一种冰点降低剂，根据醋酸钾的高防冻效果以及其价格特点，将其含量定为最高8%；高效柿单宁吸水树脂，根据其吸水倍率来决定其用量的多少，它的用量即为达到饱和溶液时的量。本实验采用的是柿单宁吸水树脂；尿素虽然价格比较便宜，但冰雪融化效率低，且过量使用会对金属产生强的腐蚀性，同时易造成水体富营养化，毒害河流中的生物，因此将其含量限制在13%以下；乙醇，由于其自身的低冰点，易挥发、易燃等特性，将其用量设定为6%以下；二甲基亚砜，当浓为100%时，冰点为18.45℃，含水40%的二甲基亚砜可以保持在-60℃不结冰，而且二甲基亚砜与水、雪混合时放热。但对人体皮肤有渗透性，对眼有刺激作用。因此限制其用量在2%左右。

3 结论

本文通过正交试验方法制备了一种环保型融雪剂，方法简单，本融雪剂具有一定的新颖性，在融冰化雪的能力上优于传统的氯盐融雪剂，不含氯离子，大大降低了其对混凝土的腐蚀，和对植物的危害将融雪剂的危害降到了极低程度。开发出一种新型环保型融雪剂，即不含氯离子，又价格合理这样一种环保融雪剂是迫在眉睫的大问题。而本文恰恰符合了该要求，相信本文的研究成果会有相当大的应用和推广性。