尚曉敏，劉 瓊，張 京，閆 俊

(吉林工程技術(shù)師范學(xué)院，吉林 長(zhǎng)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(guó)從20世紀(jì)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(xiàn)代化生活節(jié)奏的加速使融雪劑在生活上得到廣泛應(yīng)用，但大多以氯化鈉為主的融雪劑給道路和環(huán)境帶來嚴(yán)重危害。近年，新型環(huán)保型融雪劑的研制成為科研人員的研究熱點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)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(jì)、集熱式恒溫加熱磁力攪拌器、數(shù)顯電動(dòng)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(shí)驗(yàn)如圖1。乙二醇與丙二醇作為汽車?yán)鋮s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(diǎn)變化的比較圖。

圖1 乙二醇與丙二醇的冰點(diǎn)變化

由圖1分析對(duì)比得知:丙二醇與乙二醇的防凍效果在體積分?jǐn)?shù)小于60%時(shí)是大致相同的，但從融雪劑的性能出發(fā)還要考慮融雪劑的環(huán)保性和毒性，丙二醇幾乎無(wú)毒，乙二醇有毒，對(duì)人體動(dòng)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(xué)和毒性方面綜合考慮，丙二醇明顯優(yōu)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(diǎn)。含量為40%時(shí)，冰點(diǎn)為-21℃；含量為60%時(shí)，冰點(diǎn)為-46℃；含量為80%，冰點(diǎn)為-59℃。由于穩(wěn)定性好，腐蝕性小，成分是有機(jī)小分子，自然界很易降解，對(duì)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(jī)冰點(diǎn)降解劑，綠色環(huán)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(jié)冰因素，達(dá)到防凍效果。吸水樹脂的加入存在不結(jié)冰水，可作為防凍材料使用，可與肥料通過物理、化學(xué)的方式結(jié)合一體化材料使用，具有雙重效應(yīng)，防止養(yǎng)分過多攝入達(dá)到富營(yíng)養(yǎng)化，給植物輸送養(yǎng)分，使植物更好的生長(zhǎng)。根據(jù)吸水樹脂的性能，加入少量的尿素成分，其氮元素對(duì)土壤起到施肥的效果。整體的防凍性能加強(qiáng)，穩(wěn)定性強(qiáng)化。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)方法判定組分防凍效果的優(yōu)先順序

實(shí)驗(yàn)將冰點(diǎn)降低體系、高效減水體系、表面活性劑等組合形成一種復(fù)雜融雪劑。達(dá)到降低冰點(diǎn)時(shí)，各組分起協(xié)同作用，使融雪劑達(dá)到最佳融雪效果。本實(shí)驗(yàn)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(shè)二甲基亞楓和尿素、乙醇、吸水樹脂是固定參數(shù)?？紤]剩余4種的防凍效果的影響進(jìn)行試驗(yàn)。即四因素，采用四因素四水平正交表格進(jìn)行試驗(yàn)。

表1 4因素4水平正交表

表1(續(xù))

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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

表3 正交結(jié)果

實(shí)驗(yàn)條件是各組實(shí)驗(yàn)放置在-20℃的恒溫低溫冰箱中放置l5min，取出稱量未結(jié)冰的量(%)，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)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(jù)不同成分配比對(duì)融雪效果及其價(jià)格來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)配制。

2.2 融雪組分含量的確定

本實(shí)驗(yàn)中融雪劑配方以丙二醇為主要組分，因其價(jià)格比較高，根據(jù)前人的研究基礎(chǔ)在保證低成本及融雪效果前提下[2-4]，將丙二醇的量設(shè)定為15%以下；本實(shí)驗(yàn)是對(duì)一種復(fù)雜融雪劑的探究性實(shí)驗(yàn)，醋酸鉀可作為另一種冰點(diǎn)降低劑，根據(jù)醋酸鉀的高防凍效果以及其價(jià)格特點(diǎn)，將其含量定為最高8%；高效柿單寧吸水樹脂，根據(jù)其吸水倍率來決定其用量的多少，它的用量即為達(dá)到飽和溶液時(shí)的量。本實(shí)驗(yàn)采用的是柿單寧吸水樹脂；尿素雖然價(jià)格比較便宜，但冰雪融化效率低，且過量使用會(huì)對(duì)金屬產(chǎn)生強(qiáng)的腐蝕性，同時(shí)易造成水體富營(yíng)養(yǎng)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(diǎn)，易揮發(fā)、易燃等特性，將其用量設(shè)定為6%以下；二甲基亞砜，當(dāng)濃為100%時(shí)，冰點(diǎn)為18.45℃，含水40%的二甲基亞砜可以保持在-60℃不結(jié)冰，而且二甲基亞砜與水、雪混合時(shí)放熱。但對(duì)人體皮膚有滲透性，對(duì)眼有刺激作用。因此限制其用量在2%左右。

3 結(jié)論

本文通過正交試驗(yàn)方法制備了一種環(huán)保型融雪劑，方法簡(jiǎn)單，本融雪劑具有一定的新穎性，在融冰化雪的能力上優(yōu)于傳統(tǒng)的氯鹽融雪劑，不含氯離子，大大降低了其對(duì)混凝土的腐蝕，和對(duì)植物的危害將融雪劑的危害降到了極低程度。開發(fā)出一種新型環(huán)保型融雪劑，即不含氯離子，又價(jià)格合理這樣一種環(huán)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(huì)有相當(dāng)大的應(yīng)用和推廣性。