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Gegenstand dieser Erfindung ist eine schnell wirkende,
umwelt- und belagschonende glykolfreie Flüssigkeit, die
die Rutschgefahr auf öffentlichen Straßen, Rollbahnen
von Flughäfen sowie das Verklumpen von Eisenbahnweichen
u. ä. verringern und gleichzeitig verhindern soll, daß
sie aufgrund von Schnee- und Eiskrusten geschlossen
werden müssen. Dazu bringt man Verbindungen auf, die
flüssigen Stickstoffdünger enthalten.
Hintergrundtechnik
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Eine der wichtigsten Voraussetzungen für
Verkehrssicherheit im Winter ist die Beseitigung der Rutschgefahr
für Fußgänger und Fahrzeuge. Eine weitere Voraussetzung
ist die Befreiung von Eisenbahnweichen von Schnee und
Eis, da ein Versagen solcher Weichen unmittelbare
Lebensgefahr bedeuten kann.
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Der größte Teil der Niederschläge wird üblicherweise
auf mechanischem Weg von der Oberfläche entfernt
(Schaufeln, Wegbringen, Kehren). Jedoch wird dadurch
die Rutschgefahr nicht ausreichend beseitigt, weil
diese in erste Linie auf den an der Oberfläche haftenden
Eisfilm zurückzuführen ist. Deshalb werden mechanische
Maßnahmen im allgemeinen mit Wärmeübertragung oder dem
Streuen von Chemikalien kombiniert.
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Die Wärmeübertragung kann unter anderem durch einen
Dampfstrahler erfolgen, d. h. dadurch, daß man heißen
Dampf auf die Oberfläche, z. B. eine Flughafenrollbahn,
bläst. Abgesehen davon, daß dieses Verfahren
kostspielig ist, besteht die Gefahr von Unfällen und der
Hitzeschock beschädigt den Betonbelag. Außerdem bildet sich
der Eisfilm bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt von
neuem, sobald die Wärmeübertragung beendet wird, und
ist dann oft noch gefährlicher als vorher. Deshalb kann
durch dieses Verfahren keine andauernde und sichere
Wirkung garantiert werden.
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Die am häufigsten gegen Rutschgefahr eingesetzte
Chemikalie ist Steinsalz, weil es billig ist. Wegen seiner
mäßigen Wasserlöslichkeit (etwas über 300 g/l) wird es ·
üblicherweise im festen Zustand - manchmal mit Sand
vermischt - auf die Oberfläche gestreut. Die
vermeintliche Kosteneinsparung, die zu verbreiteter Akzeptanz
dieser Praxis geführt hat, ist jedoch ein Irrtum, da
eine komplexe wirtschaftliche Bewertung zum umgekehrten
Ergebnis führt. Die Cl&supmin;-Ionen des Steinsalzes (und die
der ebenfalls verwendeten Erdalkalkimetallchloride)
wirken, wie allgemein bekannt ist, als Aktivatoren des
Lochfraßes, wodurch Eisen- und Stahlelemente von
Brücken und Überführungen stark beschädigt werden und ihre
Lebensdauer verringert wird. Zusätzlich zu den direkt
darauf zurückzuführenden Schäden (d. h. die Kosten der
Wiederherstellung) gibt es auch erhebliche indirekte
Schäden, z. B. durch Behinderung des Verkehrs. Das
gleiche gilt für das Rosten von Gas- und Wasserleitungen.
Die durch die Cl&supmin;-Ionen ausgelöste Korrosion schreitet
noch schneller fort, wenn die im Boden eingebetteten
Metallelemente zufälliger Spannung in der Nachbarschaft
von Gleichstrom ausgesetzt werden. Die zu Lochfraß
führende korrodierende Wirkung der Cl&supmin;-Ionen ist vor allem
auch deshalb schädlich, weil sich dieser Prozeß
aufgrund der kontinuierlichen Anhäufung von Cl&supmin;-Ionen an
den Korrosionsstellen, d. h. in den Löchern,
autokatalytisch beschleunigt. Darüber hinaus sind die Cl&supmin;-Ionen
so stabil, daß sie durch keine chemisch-biologischen
Vorgänge zersetzt werden können. Das heißt, sie
verbleiben auf der Metalloberfläche, bis diese vollständig
zerstört ist.
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Auch die Elektrolyten, und zwar hauptsächlich deren
Anionen, wirken - wenn auch in unterschiedlichem Ausmaß
- korrodierend und erodierend auf Beton. Unter den
zementbildenden Mineralien ist es das Tricalciumaluminat,
das dazu neigt, in Gegenwart von Wasser quaternäre
Hydrate und verschiedene Anione der allgemeinen Formel
3CaO·Al&sub2;O&sub3;·3CaX·32H&sub2;O zu bilden, in der X entweder ein
zweiwertiges Anion oder zwei einwertige Anionen
bedeutet. Das Molvolumen dieser später entstehenden
quaternären Hydrate ist viel größer als das des
ursprünglichen Hydrats, so daß es im Laufe der Kristallisation
zu starken Spannungen und damit zum Platzen und
Zerbröckeln des Betons kommt.
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Zusätzlich zu den korrodierend-erodierenden Wirkungen
ist auch die Anreicherung des Bodens mit Natrium
aufgrund der Na&spplus;-Ionen von Nachteil, weil dadurch Pflanzen
direkt und als Folge Menschen und Tiere indirekt
geschädigt werden. Wie bekannt ist, schließt diese
schädigende Wirkung neben der bereits genannten
Korrosion/Erosion die Verwendung von Meerwasser zu
Bewässerungszwecken aus. Daher dient ein Enteisen mit
Steinsalz zwar einerseits der Verkehrssicherheit und schützt
Menschenleben, stellt andererseits jedoch eine
indirekte Gefährdung dar.
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Vom technischen Standpunkt liegt ein weiterer Nachteil
des Aufbringens von Steinsalz darin, daß die Wirkung
nicht so schnell eintritt wie erforderlich, z. B. beim
Enteisen von Eisenbahnweichen. Wie Chemikalien im
allgemeinen entfaltet das Steinsalz seinen "Taueffekt"
(der tatsächlich auf die Beschleunigung der
Wärmeübertragung aus der Umgebung zurückzuführen ist) dadurch,
daß es den Gefrierpunkt der Lösung selbst unter
Umgebungstemperatur senkt, wenn es in Wasser aufgelöst
wird. Dadurch kühlt die entstandene Flüssigkeit als
Folge des Wärmebedarfs beim Tauen zusammen mit der
Wär
meübertragung aus der weniger kalten Umgebung ab, indem
sie durch ihre Antriebskraft Δt sicherstellt. Dieser
Mechanismus ist jedoch langsamer als bei Verwendung
flüssiger zum Tauen eingesetzter Chemikalien (aufgrund
der die Geschwindigkeit bestimmenden Rolle der
Flüssigkeitsbildung), da die Auflösungsgeschwindigkeit des
Steinsalzes mit sinkender Temperatur erheblich abnimmt,
obwohl seine Löslichkeit (d. h. der Sättigungspunkt)
praktisch unabhängig davon ist. Die langsame Wirkung
würde das Enteisen von Weichen und anderen Gegenständen
auch dann stören, wenn die Kontaktzeit aus
Konstruktionsgründen kurz ist. Wenn man festes Steinsalz streut,
ist die gleichmäßige Portionierung und Verteilung
wesentlich zufälliger als beim Sprühen einer Flüssigkeit.
Obwohl Maschinen, die eine gleichmäßige und von der
Fahrerkabine aus steuerbare Salzstreuung ermöglichen,
bekannt sind und zur Verfügung stehen, stellen ihre
außergewöhnlich hohen Kosten die angeblich so billige
Technik des Salzstreuens in Frage. Dies gilt um so mehr
als die im Sommer eingesetzten Wassertransportfahrzeuge
auch zum Sprühen der Tauflüssigkeit im Winter
eingesetzt werden können.
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Die Entwicklung der für die behandelte Fläche
geeigneten Flüssigkeit wurde dadurch angeregt, daß man
dringend eine Lösung für die vorstehend aufgeführten
Probleme finden mußte. Wichtig waren dabei vor allem in
großen Mengen zur Verfügung stehende Rohmaterialien.
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Im Stand der Technik sind Patente bekannt, die die
Korrosionsschäden durch Einsatz von Inhibitoren
verringern. Durch Chemikalien, die keine Na&spplus;-Ionen enthalten,
soll die Anreicherung des Bodens mit Natrium verhindert
werden. Um die Wirkung zu beschleunigen, werden die
Mittel im flüssigen Zustand verteilt. Die für dieses
Verfahren durch die bekannten Patente vorgeschlagenen
Flüssigkeiten waren hauptsächlich die gleichen, die
be
reits in anderen Vorrichtungen Anwendung gefunden
haben, z. B. in Kühlsystemen von Verbrennungsmotoren oder
Vorrichtungen, die in der Praxis zufällig im
Zusammenhang damit eingeführt wurden. Flüssigkeiten dieser Art
sind die Ethylenglykol enthaltenden Produkte bzw. deren
Lösungen, die unter verschiedenen Handelsnamen
verwendet werden.
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Im französischen Patent Nr. 838 638 (1938) wird zur
Senkung des Gefrierpunkts eine Lösung von Harnstoff in
verschiedenen Konzentrationen, manchmal in Kombination
mit Steinsalz oder Natriumhydrocarbonat vorgeschlagen.
Nach den Daten in der Beschreibung stellt der Harnstoff
selbst einen Gefrierpunkt von -10ºC und in Kombination
mit den Elektrolyten von -20ºC sicher. Ein
offensichtlicher Vorteil dieses Produkts besteht im Vergleich zu
dem gestreuten festen Harnstoff darin, daß es im
flüssigen Zustand vorliegt (diese Lösung kommt zur Zeit
auch in der Praxis vor). Allerdings hat es den
Nachteil, daß reiner Harnstoff höchstens bis -8ºC verwendet
werden kann und selbst im gelösten Zustand nur langsam
wirkt. Da er nicht in wäßrigen Lösungen dissoziiert (er
ist kein Elektrolyt), ist außerdem zur Auflösung der
gleichen Menge Eis im Vergleich zur dem dissoziierenden
Steinsalz der nahezu gleichen molekularen Masse die
doppelte Menge in identischer prozentualer
Konzentration nötig. Selbst wenn man diese Nachteile dadurch
abschwächt, daß man das Produkt mit den vorgeschlagenen
Elektrolyten kombiniert, geht der Vorteil des Verzichts
auf Na&spplus;-Ionen verloren. Außerdem werden bei der
Behandlung mit Steinsalz die Nachteile der Behandlung mit Cl&supmin;
-Ionen ebenfalls nicht vermieden.
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Die Beschreibung von US-A-2,233,185 (1938) schlägt als
frostfeste Flüssigkeit eine Lösung vor, die aus
Formiat, Acetat, Propionat und Butyratsalzen von
Alkalimetallen bzw. einer Kombination daraus in einem pH-
Bereich von 8 bis 9 besteht und durch Alkaliborat- und
Phosphatpuffersalzadditive stabilisiert wird. Als
Inhibitoren und Schaumbremser werden in dieser
Patentschrift verschiedene emulgierende Mineralölderivate
vorgeschlagen. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit der
benötigten Chemikalien hat diese Lösung im Laufe der
letzten mehr als 50 Jahre keine verbreitete Akzeptanz
gefunden, obwohl sie verschiedene wichtige technische
Vorteile hat, die die vorstehenden Anforderungen
erfüllen könnten.
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Nach dem britischen Patent Nr. 561 253 (1944) wird eine
wäßrige Lösung von Natriumacetat in Kombination mit
einem Natriumchromatinhibitor verwendet. Dadurch wird der
Nachteil der Na&spplus;-Ionen offensichtlich nicht beseitigt.
Außerdem ist dieses Verfahren wegen der
gesundheitsgefährdenden Wirkung der Chromationen nicht
genehmigungsfähig. Auch die technische Wirkung ist nicht
zufriedenstellend, da die Autoren nur für einen
Temperaturbereich bis -8ºC eine Garantie abgeben.
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Als frostfeste Enteisungsflüssigkeit ist eine wäßrige
Lösung aus Harnstoff und Ammoniumchlorid, manchmal mit
Formamid als zusätzliche Komponente, im britischen
Patent Nr. 1 387 810 (1975), beschrieben. Mit dieser
Kombination reichte die Wirkung bis -16 und -18ºC. Neben
den offensichtlichen Vorteilen der Lösung bleibt jedoch
nach wie vor das Problem der Cl&supmin;-Ionen bestehen.
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Eine Flüssigkeit, die zur Wärmeübertragung und zum
isopiestischen Trocknen dient, ist in US-A-4,689,165
(1985) beschrieben. Dort arbeitet man mit einer
wäßrigen Ammoniumnitratlösung in einem weiten
Konzentrationsbereich und mischt gelegentlich Harnstoff und/oder
Formamid und/oder Dimethylformamid sowie Ethylenglykol
dazu. Als Korrosionshemmer werden Thiocarbamid,
Alkylpolyglykolester, Hexamethylentetramin bzw. eine
Mi
schung davon verwendet. Diese Flüssigkeit kann als
Enteiser für öffentliche Flächen nicht empfohlen
werden, weil einige ihrer Komponenten gesundheitsschädlich
sind. Andererseits gibt das Patent auch keine Hinweise
für das Mengenverhältnis von Ammoniumnitrat zu
Harnstoff oder für ihre Gesamtkonzentration, die die
Vorteile der erfindungsgemäßen technischen Lösung
sicherstellen könnten.
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Seit langem ist bekannt, zum Enteisen Nebenprodukte aus
der chemischen Industrie (z. B. aus der
Zuckerherstellung oder aus der Pharmazie einzusetzen, die für
andere Zwecke praktisch nicht verwendet werden können.
Allerdings unterliegen diese Ansätze strengen
Hygienevorschriften. Ein weiterer Nachteil ist die unzureichende
Reproduzierbarkeit der Nebenprodukte und ihr sowohl in
bezug auf Platz als auch Zeit fluktuierender Nachschub.
Obwohl die CaCl&sub2;-Lösung, die durch Neutralisierung der
als Abfall bei der Chlorierung in der organischen
chemischen Industrie anfallenden Salzsäure mit Kalkstein
und/oder gelöschtem Kalk entsteht, Eis sehr gut taut
und die Ca&spplus;&spplus;-Kationen keine Komponenten sind, die den
Boden mit Natrium anreichern, ist durch die Verwendung
von CaCl&sub2; das Problem der Cl&supmin;-Ionen nach wie vor nicht
gelöst. Außerdem ist durch die schwer kontrollierbare
Herkunft der als Abfall anfallenden Salzsäure das
Risiko der Umweltverschmutzung gegeben.
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Hauptsächlich zum Enteisen von Flughafenrollbahnen und
ebenen Flächen werden zahlreiche Ethylenglykol
enthaltende Flüssigkeiten verwendet, überwiegend in wäßrigen
Lösungen, die gelegentlich mit Harnstoff und meistens
mit verschiedenen Inhibitoren vermischt sind. Die
Toxizität des Glykols und die Gefahr, daß es in Süßwasser
und damit ins Trinkwasser gelangt, tritt mit zunehmend
stengeren Hygiene- und Umweltschutzvorschriften immer
stärker in den Vordergrund. Aus diesem Grund besteht
große Nachfrage nach rutschhemmenden Maßnahmen ohne
Einsatz von Glykol.
Offenbarung der Erfindung
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Die Grundlage für die Erfindung bildet die Erkenntnis,
daß zur Beseitigung der Rutschgefahr eine Kombination
aus umweltfreundlichen und darüberhinaus wirksamen
Düngemitteln vorteilhaft ist. Wenn sie ihren Zweck,
nämlich die Auflösung von Eis, erfüllt haben, sickern sie
im Laufe des autotrophischen Assimilationsprozesses
(biologischer Abbau) als zellbildender Nährstoff in
pflanzliche Organismen ein. Daher wirken die
Chemikalien zwar nachhaltig gegen die Rutschgefahr, jedoch nur
vorübergehend auf die Umwelt. Folglich konnte das
vorstehend beschriebene Problem der Akkumulierung der
Elektrolytionen (vor allem Cl) gelöst werden. Da der
Harnstoff und das Ammoniumnitrat, die auch in den
beschriebenen Zusammensetzungen verwendet wurden, bei
Vermischen mit Wasser in einem festgelegten Verhältnis
ein bekanntes ternäres System ergeben, in dem sowohl
das Verhältnis von Harnstoff zu Wasser als auch von
Ammoniumnitrat zu Wasser das Verhältnis übersteigt, das
der Löslichkeit dieser Verbindungen entspricht, gründet
sich die Erfindung außerdem auf das Konzept, daß die
Vorteile des flüssigen Zustands ausgenutzt werden
können, ohne Verringerung der Eisauflösung, d. h. die
gelöste Substanz verfügt aufgrund der Anwesenheit von
Wasser in der ursprünglichen Flüssigkeit über die
Fähigkeit der Wasserabsorption (ein grundlegender
Unterschied im Vergleich zu der gesättigten NaCl-Lösung).
Deshalb erreicht man im flüssigen Zustand mit der
ternären Verbindung die gleiche Eisauflösungskapazität wie
mit Chemikalien ohne Wasser, wobei die Wirkung aufgrund
des flüssigen Zustands natürlich viel rascher eintritt.
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Experimentell wurde festgestellt, daß die
vorteilhaf
teste Zusammensetzung des Produkts (unter dem im
folgenden erörterten Gesichtspunkt) bei einem
Massenverhältnis von Wasser zu Harnstoff zu Ammoniumnitrat von
5 : 4 : 7 erreicht wird, bei dem der thermodynamische
Gefrierpunkt des Gemischs -18ºC beträgt. Bei dieser
Temperatur beginnt jedoch nicht die Abtrennung des
Wassers, sondern die der Chemikalien. Dadurch wird die
Flüssigkeit verdünnt, und ihr Gefrierpunkt sinkt auf
-28ºC, der durch das Massenverhälthis von 8 : 4 : 7
erreicht wird. Gleichzeitig deutet dies darauf hin, daß
der Gefrierpunkt im Laufe der Eisauflösung diametral
entgegengesetzt zu anderen vorstehend erörterten
Enteisungszusammensetzungen sinkt und damit die
Antriebskraft und die Geschwindigkeit des weiteren
Eisauflösungsprozesses steigt. Die Flüssigkeit, die bei -28ºC
ihre eutektische Zusammensetzung erreicht, wird
aufgrund der weiteren Eisauflösung zusätzlich verdünnt und
erreicht den ursprünglichen Gefrierpunkt von -18ºC bei
einem Verhältnis von 16,5 : 4 : 7. Folglich kann die
Flüssigkeit mit einem Wassergehalt von 31% bei einem
Verhältnis von 5 : 4 : 7 bis zu einem Wassergehalt von
60% verdünnt werden, ohne daß der ursprüngliche
Gefrierpunkt steigt, d. h. ohne daß ihre
Frostbeständigkeit abnimmt. (Vielmehr steigt diese innerhalb der
genannten Grenzen an.) All dies zieht die überraschende
Tatsache nach sich, daß die Geschwindigkeit der
Eisauflösung nicht nur deshalb hoch ist, weil man eine
flüssige Zusammensetzung verwendet, sondern auch weil die
Wirkung bei Verdünnung im genannten Bereich eines
Wassergehalts von 30 bis 60% noch intensiviert wird.
Dieser Vorteil, den man bisher nicht erreichte, kann auf
die folgenden drei Hauptgründe zurückgeführt werden.
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1. Bei Verdünnung kommt es zu einem raschen Anstieg
der Frostbeständigkeit, wenn das eutektische
Verhältnis von 8 : 4 : 7, das mit -28ºC
zusammenhängt, erreicht wird. Das heißt, der Gefrierpunkt
sinkt von ursprünglich 18 auf -28ºC. Der
ursprüngliche Gefrierpunkt kann wieder erreicht werden,
wenn man erneut auf einen Wassergehalt von 60%
verdünnt. Wenn die Differenz zwischen der
Umgebungstemperatur und dem Gefrierpunkt größer wird,
nehmen die Antriebskraft und die Geschwindigkeit
der Wärmeabsorption (Wärmetransport) aus der
Umgebung zu.
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2. Je stärker Δt mit einer allmählich kleiner
werdenden Dichte und Viskosität zusammenhängt, d. h. je
stärker die Fluidität aufgrund des gestiegenen
Wassergehaltes zunimmt, desto größer wird auch der
konvektive Wärmetransport. Daher steigt aus
kinetischen Gründen auch die Geschwindigkeit der
Eisauflösung.
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2. Die Bildung der erfindungsgemäßen ternären
Flüssigkeit mit einem Verhältnis von 5 : 4 : 7 ist
stark endotherm und führt damit zu einem starken
Wärmeentzug aus der Umgebung. In Zahlen
ausgedrückt: Wenn man 1 kg Chemikaliengemisch in einem
Massenverhältnis von 4 : 7 mit den
vorgeschriebenen 0,455 kg Wasser mischt, führt dies zu einer
Wärmeabsorption, d. h. Wärmeakkumulation, von 163
kJ. Folglich braucht diese bei der
Flüssigkeitsbildung entstehende Wärme im Gegensatz zu den
herkömmlichen Verfahren mit Chemikalien nicht mehr
aus der Umgebung entfernt zu werden, um Eis
aufzulösen. Daher wird in der ersten Analyse die Wärme,
die zuvor aus der Umgebung absorbiert und
akkumuliert wurde (z. B. bei der Herstellung der
Flüssigkeit), zum Enteisen verwendet, wodurch die
Intensität der Eisauflösung steigt.
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In dieser Beschreibung wurden die Begriffe "Auflösung
von Chemikalien" sowie "Lösung von Chemikalien" bewußt
vermieden, weil bei einem Verhältnis von 5. 4. 7 die
Struktur der Flüssigkeit vom wissenschaftlichen
Standpunkt näher an Schmelzen als an traditionellen Lösungen
steht. Die Gesetze für letztere (z. B. das Raoult'sche
Gesetz) gelten auch nicht annähernd dafür, und die
Struktur der herkömmlich empfundenen Lösungen, in denen
das Wasser die Rolle des Lösungsmittels spielt, wird
nur allmählich durch die Verdünnung aufgrund der
Eisauflösung erreicht. Wenn man diese endotherme
Flüssigkeitsbildung berücksichtigt, ist die erfindungsgemäße
Flüssigkeit tatsächlich eine theoretische "Eislösung".
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Das bereits erwähnte Massenverhältnis des
erfindungsgemäßen ternären Systems von 5 : 4 : 7 ist dem
Molverhältnis von 25 : 6 : 8 nahe (ungeachtet der
Dissoziierung des Ammoniumnitrats, die jedoch auf extreme
Bedingungen beschränkt ist). Daher erinnern die
angesprochenen besonderen Effekte an das Gesetz des
multiplen Gewichtsverhältnisses, das aus der klassischen
Chemie bekannt ist. Nach diesem Gesetz definieren die
Molverhältnisse, die in relativ kleinen ganzen Zahlen
ausgedrückt werden können, chemische Bindungen oder
Verbindungen, was zu abrupten Veränderungen in den
Eigenschaften führt. Diese Annahme wird auch durch die
Beobachtung gestützt, daß ein erhebliches Abweichen von
dem vorgegebenen Verhältnis (z. B. ein Abweichen vom
Massenverhältnis der Komponenten um ± 10) erhebliche
und, unter dem Gesichtspunkt des Zwecks der Erfindung,
zu nachteiligen Veränderungen in den Eigenschaften
führen würde. Wenn z. B. das Verhältnis von Harnstoff zu
Ammoniumnitrat aus diesem Bereich fällt, nimmt die
Wärme bei der Flüssigkeitsbildung (erforderliche
Mischwärme) erheblich ab und damit auch die Wärmeakkumulation
und die Wirkungsgeschwindigkeit. Es ist aber eine
wichtige Voraussetzung vor allem für Weichen an Bahngleisen
und andere Gegenstände, daß die Flüssigkeit rasch von
der Oberfläche rinnt, die enteist werden soll. Wenn der
Wassergehalt der Flüssigkeit über diese Toleranzgrenze
steigt, d. h. sie verdünnt wird, nimmt die spezifische
Fähigkeit zur Eisauflösung ab, ohne daß es zu einer
merklichen Steigerung der Wärmeabsorption aus der
Umgebung, d. h. Wärmeakkumulation, kommt. Wenn andererseits
die Wasserkonzentration der Flüssigkeit abnimmt, d. h.
sie konzentriert wird, ist ihre Frostbeständigkeit und
dadurch ihre Transportfähigkeit und Anwendbarkeit
zugunsten einer leichten Steigerung der
Eisauflösungskapazität und spezifischen Wärmeakkumulation
eingeschränkt. Wenn man dies berücksichtigt, ist es sowohl
vom theoretischen als auch vom technischen Standpunkt
angemessen, daß die Flüssigkeit durch ein
Massenverhältnis von Wasser zu Harnstoff zu Ammoniumnitrat im
Bereich von (4,5-5,5) : (3,6-4,4) : (6,3-7,7)
gekennzeichnet ist.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Flüssigkeit
liegt darin, daß eine rasche Wirkung mit einem starken
und langanhaltenden eisauflösenden und rutschhemmenden
Effekt kombiniert ist. Die Behandlung mit Chemikalien
wird aus technischen und wirtschaftlichen Gründen immer
erst nach der Entfernung der Schneeschicht begonnen und
selbst dann nicht bis zur vollständigen Auflösung des
Eisfilms bzw. der Eisschicht an der Oberfläche
fortgesetzt, sondern nur so lange, bis diese gelockert und
dann auf mechanische Weise entfernt werden kann. Der
Einsatz von Steinsalz ist wegen der bereits
angesprochenen Nachteile auch deshalb problematisch, weil das
auf die Oberfläche gestreute Salz von den tauenden
Eispartikeln "geschluckt" wird und deshalb nicht direkt
auf dem Beton oder Asphalt haftet, wo die größte
Rutschgefahr besteht. Im Gegensatz dazu dringt die
erfindungsgemäße Flüssigkeit sofort durch die Risse der
Eisschicht auf den haftenden Film und löst ihn auf.
Dadurch wird es möglich, das Eis zu trennen und von der
Fläche zu entfernen. Dank diesem Mechanismus braucht
man je nach der Temperatur und der Dicke der Eiskruste
nur etwa 50 bis 100 g Chemikalien pro Quadratmeter.
Wenn man diese flüssige Menge versprüht, läßt sich die
Eiskruste leicht entfernen. Andererseits kann man, wie
beobachtet, auf die Kombination der Flüssigkeit mit
Sand verzichten. Dies ist sowohl vom wirtschaftlichen
als auch vom betrieblichen Standpunkt nicht nur beim
Streuen vorteilhaft, sondern auch bei der
anschließenden Reinigung der Straße, da man sich das Entfernen des
Sandes sparen kann. Der langhaltende Schutz, der selbst
ohne Sandstreuung mehrere Stunden anhält, kann auf die
hygroskopischen und haftenden Eigenschaften des
Gemischs zurückgeführt werden, das dafür sorgt, daß die
Oberfläche der Wege und Straßen über mehrere Stunden
feucht bleibt, und einen sicheren Schutz vor allem bei
neuerlichem Schneefall oder Eisregen bietet. Wie
bekannt ist, steigt bei Eisregen die Unfallgefahr auf den
Straßen stark an, weil das Eis kaum sichtbar ist.
Dagegen bietet Sandstreuung einen zwar sichtbaren, aber
nicht zufriedenstellenden Schutz.
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Die Zersetzung der Chemikalien (biologischer Abbau),
die je nach Umgebungstemperatur mindestens 2 Wochen und
höchstens 4 Wochen dauert, ist vom technischen und
ökologischen Standpunkt gleichermaßen vorteilhaft, weil
keine schädlichen Rückstände auf Metalloberflächen
akumulieren, sondern im Gegensatz zu den Cl&supmin;-Ionen
allmählich verdünnt werden und schließlich ganz verschwinden.
Dies ist eines der wichtigsten Merkmale der Erfindung.
Auch in bezug auf den Grad der Umweltgefährdung durch
Korrosion ist dies ein wichtiges Ergebnis.
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Durch systematische vergleichende Standardtests wurde
festgestellt, daß die erfindungsgemäße Flüssigkeit die
gängigen Metallelemente (hauptsächlich Eisen und Stahl)
weniger schädigt als die nach dem Stand der Technik
bekannten anderen Flüssigkeiten, wenn man auch die im
folgenden beschriebenen Inhibitoradditive verwendet.
Die Einzelheiten dieser Tests können weggelassen
werden, weil die Korrosionsstandards ein Eintauchverfahren
vorschreiben, das für die erfindungsgemäße praktische
Anwendung, die einen biologischen Abbau ermöglicht,
nicht zutrifft. Daher sind die vergleichenden
Eintauchtests von beispielsweise 6 bis 8 Monaten (die sonst auf
die Vorteile der Flüssigkeit sogar unter dem
Gesichtspunkt der Korrosion hinweisen) nicht maßgeblich, weil
ein Kontakt von mehr als einem Monat zwischen den
Komponenten der Flüssigkeit und den in die Erde
eingebetteten Metallelementen nicht zustande kommt.
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Trotzdem wurde experimentell festgestellt, daß man
selbst bei einer vorübergehenden Kontaktzeit einen
wirksamen Schutz der Metallelemente erreichen kann,
wenn man dem ternären Gemisch als Korrosionshemmer 1,5
bis 2,0 Massenprozent Benzoesäure und 0,10 bis 0,25
Massenprozent Benzoe- oder Tolyltriazol beimischt.
Obwohl schon die vorstehenden Ausführungen Fachleuten
das notwendige Wissen vermitteln, die erfindungsgemäße
Flüssigkeit anzuwenden, kann ihr näheres Studium durch
folgende Beispiele erleichtert werden.
Beste Ausführungsform
Herstellung auf der Basis von Rohmaterial
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Um eine Tonne Produkt herzustellen, speist man 305,3 kg
Wasser in einen Mischreaktor. Anschließend werden 246
kg Harnstoff und 430,8 kg Ammoniumnitrat untergemischt.
Die beiden Düngerkomponenten müssen miteinander
vermischt werden, weil sonst das Ammoniumnitrat in Wasser
nicht flüssig würde. Unter Rühren werden der Mischung
16,0 kg Benzoesäure und 1,9 kg Tolyltriazol zugesetzt.
Wenn keine Abwärme zur Verfügung steht, um das Wasser
vorzuheizen oder das Gemisch z. B. in einem Duplikator
zu erwärmen, kühlt letzteres ab (unter 0ºC) und
erreicht erst nach längerer Zeit Umgebungstemperatur.
Dies ist abgesehen davon, daß es die Verflüssigung
verlangsamt, kein Nachteil.
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Der pH der auf diese Weise hergestellten Flüssigkeit
beträgt 7,0 bis 7,5. Um ihn einzustellen, ist die
Genauigkeit der dezimalen pH-Streifen (nach einem
vorausgehenden Test mit einer Glaselektrode) ausreichend. Bei
Bedarf kann eine Korrektur mit etwas Ammoniak oder
Salpetersäure vorgenommen werden. Die Dichte des auf diese
Weise hergestellten Gemischs beträgt 1,25 g/cm³, sein
thermodynamischer Gefrierpunkt (d. h. die Temperatur,
bei der es bei Kühlen zur Trübung kommt) -18ºC. Wenn im
Winter keine Abwärme zum Erwärmen zur Verfügung steht,
ist es sinnvoll, zuerst die Inhibitoren aufzulösen und
dann die Grundkomponenten miteinander zu vermischen.
Herstellung auf der Basis flüssigen Stickstoffdüngers
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Die Grundkomponenten der erfindungsgemäßen Flüssigkeit
sind identisch mit denen von flüssigem
Stickstoffdünger, haben wegen ihres unterschiedlichen
Verwendungszwecks jedoch eine andere Zusammensetzung. Da jedoch
die Herstellung der festen Rohmaterialien durch
Verdampfung und dann ihre erneute Auflösung (mit
erheblichem Wärmebedarf) kein sinnvoller Weg ist, auch wenn
man auf den Wassertransport verzichten kann, ist es
dann, wenn flüssiger Stickstoffdünger zur Verfügung
steht, praktisch, ihn als Zwischenprodukt zu verwenden
und die Produktion je nach ihrer Zusammensetzung zu
intensivieren.
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Einer der bekannten flüssigen Dünger enthält pro Tonne
300 kg Wasser, 300 kg Harnstoff und 400 kg
Ammoniumnitrat. Folglich wurden durch beide Düngerkomponenten je
140 und zusammen 280 kg Stickstoff eingemischt. Auf
ei
ne Tonne dieses Gemischs werden unter Rühren 125 kg
Ammoniumnitrat und 75 l Wasser eingespeist. Im Wasser
hatte man zuvor 19,5 kg Benzoesäure und 2,3 kg
Tolyltriazol aufgelöst. Auf diese Weise werden 1.221,8 kg
erfindungsgemäßes Produkt erzeugt, dessen Eigenschaften
mit denen des vorstehenden Beispiels identisch sind.
Die Steuerung und Einstellung des pH erfolgt wie
beschrieben.
Industrielle Anwendbarkeit
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Zusammenfassend läßt sich sagen, daß die Vorteile der
erfindungsgemäßen umweltfreundlichen Schnee und Eis
auftauenden Flüssigkeit im Gegensatz zu bisher
verwendeten Mitteln in ihrer raschen Wirkung beim Enteisen
von Oberflächen liegen. Dabei kann eine sehr kurze
Kontaktzeit garantiert werden, weil die Flüssigkeit rasch
herunterrinnt (z. B. bei Eisenbahnweichen). Gleichzeitig
bietet sie einen langanhaltenden Schutz gegen erneutes
Vereisen, reichert den Boden nicht mit Natrium an und
wirkt nur mäßig korrodierend. Selbst das endet nach
einigen Wochen, wenn die Wirkkomponenten der Flüssigkeit
in nützliche Pflanzennährstoffe umgewandelt werden.