MITTEL ZUM FROSTSCHUTZ SOWIE ZUM ENTFERNEN VON SCHNEE
UND EIS
Die Brfindung betrifft ein Mittel zum Frostschütz und zum Entfernen von Schnee und Eis. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Anwendung des Mittels zum Entfernen von Schnee und Bis und zum Frost schütz.
Bs ist bekannt, daß mit der Entwicklung des Verkehrs auf den öffentlichen Straßen die Entwicklung des Straßennetzes im allgemeinen nicht Schritt halten konnte, und die Durchlaßfähigkeit der Straßen im Winter weiter sinkt, was in der Hauptverkehrszeit Staue und erhöhte Unfallgefahr zur Folge hat. Demzufolge verlangt die Straßenreinigungspraxis im Winter neben mechanischer Schneebeseitigung auch eine chemische Beseitigung des Bises. Die zu diesem Zweck verwendeten Stoffe sind zum größten Teil Chloridsalze, in erster Linie Xatrium-, Magnesium- und Kalziumchlorid, welche in fester Form oder als Lösung an sich Verwendung finden oder mit Sand oder anderen körnigen Stoffen vermischt werden. Diese Stoffe haben eine sehr starke umweltschädliche Wirkung, so verursachen sie unter anderem - eine Schädigung des Bodens, eine Verschlechterung seiner physikalischen Eigenschaften und seine Alkalisierungj - eine Schädigung der Oberflächenwasser infolge der Erhöhung der Salzkonzentration; - eine Schädigung der Pflanzenwelt, was hauptsächlich auf die auf die Pflanzen gelangenden bzw. durch die Wurzeln aufgenommenen Salze zurückzuführen ist und zum völligen Aussterben von Gräsern und Bäumen führen kann, Die zum Zwecke des Entfernens von Schnee und Eis auf die Straßen gestreuten Salze verursachen
auf der ganzen Welt durch ihre auf die Fahrzeuge, die Betonschicht, die Bisenbetonobjekte und die in der Erde befindlichen Metallobjekte (z. B. Gasleitungen) ausgeübte Korrosionswirkung riesige Schäden. Die Fragen der Entfernung von Schnee und Bis werden in der Literatur ausführlich behandelt, wobei sich ein Teil mit den maschinellen Lösungen der mechanischen Schneebeseitigung und der Beseitigung des Eises beschäftigt, sich darauf beziehende Einrichtungen beschreibt. Zum Ersetzen des zu diesem Zweck bisher verwendeten Kalziumchlorida, Magnesiumchlorids und Natriumchlorids wird die Verwendung von Ammoniumsulfat, Ammoniumnitrat, Ammoniumchlorid und Karbamid vorgeschlagen. Unter ihnen ist jedoch nur das Karbamid nicht umweit schädigend, aber ein sehr teurer Stoff. Auch wurde die Verwendung von Alkoholen und Glykolen als allgemein bekannte, den Gefrierpunkt senkende Mittel vorgeschlagen. Diese haben keine Korrosionswirkung, sind jedoch sehr teuer, feuergefährlich und bei ihrem Gelangen ins Abwasser geht ihr Abbau mit einem hohen Sauerstoffverbrauch einher.
Die englische Patentschrift Nr. 1 463 401 empfiehlt ein Frostschutzmittel mit vier Komponenten, welche (1) Alkalimetall-, Alkalierdmetall- oder Ammoniumnitrate oder -Chloride, (2) Natriumbenzoat, -bichromat, -tripolyphosphat, -hexametaphqsphat, -hidrogenphosphat oder -ferrocyanid oder Zinksulfat, (3) Glycin und (4) Alkalimetallnitrit enthält.
Die ÜS Patentschrift Nr. 4 153 473 schlägt Kalziumnitrit zur Entfernung der Schnee- -nd Eisdecke von Straßen und Brücken vor.
Die deutsche Offenlegungsschrift Nr. 2 364 491 empfiehlt als ein bis zu -25 ºC sprühbares Gemisch ein Mittel gegen Vereisen und Haften, die aus einer filmbildenden Komponente, so z. B. aus einem bei
der Destillation von natürlichen Fettsäuren zurückbleibenden Stoff, und aus einer hydrophoben Lösungsmittelkomponente besteht.
Die Ersetzung der bisher zur chemischen Beseitigung von Glätte verwendeten Stoffe durch vom
Standpunkt des Umweltschutzes aus befriedigende Stoffe ist gegenwärtig noch nicht gelöst. Das ist vor allem darauf zurückzuführen, daß die Anforderungen, denen diese Stoffe gerecht werden müssen, sehr weitreichend sind. Solche Voraussetzungen sind unter anderem die Löslichkeit in Wasser, die Möglichkeit der Beschaffung in groß er Menge und billig, die vom Ges icht spunkt der Korrosion und des Umweltschutzes a.ts möglichst geringe schädliche Nebenwirkung, die Möglichkeit des Auftragens bzw. Streuens mittels der vorhandenen Einrichtungen. Im Gegensatz dazu ist ein gemeinsames Merkmal aller bekannten Lösungen, daß sie Komponenten enthalten, die umweitschädlich sind, sogar in vielen Fällen krebserregend wirken und so den zeitgemäßen Umweltschutzbestimmungen nicht gerecht werden; deshalb kamen sie auf öffentlichen Straßen auch nicht zum Einsatz.
Ziel der Erfindung war, durch Ausschalten der Nachteile der bekannten Lösungen eine Mittel zum Frostschutz und zum Beseitigen von Schnee und Eis zu gewährleisten, welches die obigen Forderungen restlos erfüllt, d.h. wasserlöslich, in großer Menge und billig zu beschaffen ist und keine Korrosions- und umweltschädigende Wirkung hat, Die Grundlage der Erfindung ist die Erkenntnis, daß das durch die Destillation des bei der von kohlenhydrathaltigen Rohstoffen ausgehenden großindustriellen Alkoholherstellung als Abfallprodukt in großer Menge entstehenden Destillationsrückstandes, der sogenannten Schlempe, erhaltene sogenannte Ab-
fallkonzentrat ein sehr gutes gefrierpunktsenkendes Mittel ist. Es ist völlig neutral, außerdem korrosionshemmend, es verringert sogar die Korrosionswirkung von gegebenenfalls mit ihm zusammen verwendetem festem Salz oder festen Salz- und Sandgemischen und übt wegen seines Biweißgehaltes auch noch eine das Rutschen vermindernde und das Haften erhöhende Wirkung aus.
Demzufolge betrifft die Brfindung ein Mittel zum Frostschutz und zur Beseitigung von Schnee und Bis, das 20 - 90 Masse% Abfallkonzentrat der Alkoholindustrie mit einem Trockensubstanzgehalt von 200 - 750 g/kg und 10 - 80 Masse% Wasser, weiterhin gegebenenfalls Zusatzstoffe enthält. Bine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Mittels enthält bei der auf Melasse basierenden Alkoholherstellung entstehendes Konzentrat der Alkoholindustrie.
Als Zusatzstoffe können vorteilhaft Natriumchlorid, Kalziumchlorid, Kaliumchlorid, Magnesiumchlorid, Karbamid, Sand, Flußschotter, Schlacke und/oder Sägespäne, weiterhin oberflächenaktive Stoffe mit einem HLB-Wert (HLB = hydrophilic-lipophilic balance) von 6-12, vorteilhaft von 8-10, verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Mittel können sehr erfolgreich zum Entfernen von Schnee und Eis sowie zum Frostschutz angewendet werden. Das Beseitigen des Eises und Schnees von Straßenoberflächen wird durchgeführt, indem die erfindungegemäße Komposition von einem mobilen Fahrzeug in einer Menge von 0,05 - - 0,4 Liter/m2 auf die Straßenoberfläche gebracht wird.
Das den Wirkstoff des erfindungsgemäßen Mittels darstellende Abfallkonzentrat der Alkoholin
dustrie ist Nebenprodukt der auf Melasse basierenden Alkoholherstellung. Während der Alkoholherstellung bildet die zum kohlenhydrathaltigen Grundstoff gegebene Hefe ( Saccharomyces cerevisiae) den im Grundstoff enthaltenen Zucker im Gärungsvorgang zu Alkohol um, Ergebnis der Gärung ist die 8 - 10 Masse% Alkohol, 1,1 - 1,3 Masse%. Hefe und 0,1 - 0,3 Masse% Restzucker enthaltende Maische, Aus der Maische wird die Hefe abgetrennt, dann wird die von Hefe befreite Maische destilliert, und der so erhaltene Rohalkohol wird raffiniert. Der nach der Destillation zurückbleibende Stoff ist Melassenschlempe mit einem Trockensubstanzgehalt von 8 - 11 Masse%, die mit Ausnahme des Zuckers die auch ursprünglich in der Melasse enthaltenen Nährstoffe enthält, weiterhin sind in ihr auch. während der Gärung neben dem Alkohol entstehende andere organische Stoffe zu finden. Beim Bindicken der dünnen Melassenschlempe im Vakuum wird eine dicke Schlempe gewonnen, die unter dem Namen VINASZ in den Handel kommt. Die Zusammensetzung des eingedickten Stoffes ist- aus den folgenden Werten ersichtlich:
Trockensubstanz 400 - 700 g/kg organische Stoffe 400 - 600 g/kg Roheiweiß 100 - 250 g/kg
Asche 100 - 250 g/kg
Ca 8 - 15 g/kg
Na 15 - 30 g/kg
K 60 - 80 g/kg Mg 1 - 3 g/kg
Cu, P, S, Fe, Mn, Zn unter 5 gAg
Die Hauptvorteile des erfindungsgemäßen
Mittels sind die folgenden: a) Es hat keine umweitschädigende Wirkung. b) Mit einem gleichen Volumen Wasser vermischt
ist es bei -24 ºC von flüssiger Konsistenz und so kann es auf die zu behandelnde Fläche gesprüht werden. c) Auf die Straßendecke gebracht befestigt es die vor dem Gefrieren ausgestreuten Stoffe auf der Streßendecke, und so können diese nicht durch Wind oder Fahrzeugverkehr davongetragen oder fortgerissen werden. Demzufolge sinkt die Menge der pro StraßenOberflächeneinheit aufzutragenden festen
Stoffe. d) Bs ist unter allen Witterungsbedingungen anwendbar und ohne Schwierigkeiten genau zu dosieren, e) Es gehährleistet auf den bestreuten Flächen eine gleichmäßige Verteilung, f) Von der Oberfläche nach innen dringend taut es kontinuierlich Schnee und Eis auf, so kühlt sich die Oberfläche gleichmäßig ab, und die Temperaturunterschiede sind in horizontaler und vertikaler Richtung überhaupt geringer als im Falle der bekannten, von Eis befreienden Kompositionen. Infolgedessen findet keine plötzliche Abkühlung des in den feinen Rissen der nicht gefrorenen Schicht des Betons befindlichen Wassers statt, und dadurch "blättert" die Straßenoberfläche nicht "ab", sie geht nicht kaputt, was hingegen bei der Anwendüng der bekannten Kompositionen infolge des rückweisen Wärmeentzuges sehr häufig vorkommt, g) Bs hat keine korrosive Wirkung, im Gegensatz zu den zu«, diesem Zweck bisher benutzten KomPositionen, die sowohl auf den Metallplat
ten der Fahrzeuge als auch auf der Straßenoberfläche große Schäden verursachen, h) Infolge der Anwendung in Lösung kann das Sprühfahrzeug bei einer wesentlich größeren Geschwindigkeit als bisher (diese kann sogar 5° km/h betragen) in einer Fahrt eine größere Fläche, d.h. einen größeren Straß enabschnitt, behandeln, i) Bs ist in jedem Gefäß lagerbar. Das erfindungsgemäße Mittel und dessen Anwendung werden in den folgenden Ausführungsbeiepielen ausführlich erläutert.
Das in den Beispielen verwendete Abfallkonzentrat der Alkoholindustrie hatte die folgende Zusammensetzung:
Trockensubstanz 700 g/kg organische Stoffe 600 g/kg
Asche 100 g/kg
Ca 10 g/kg Na 20 g/kg
K 80 g/kg
S 3 g/kg
Fe 300 mg/kg
P 1 g/kg Mn 30 mg/kg
Zn 20 mg/kg
Beispiel 1
Im Interesse des Ersetzens des bisher zu diesem Zweck verwendeten Kalziumchlorids wurden 1,5 Tonnen (34 Masse%) auf einem Sieb von 5 mm vorgesiebtes Steinsalz, 1,5 Tonnen (34 Masse%) vorgesiebter Fluß schotter, 1 Tonne (23 Masse%) Konzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 70 Masse% und 0,5 m3 (9 Masse%) Wasser in den Streubehälter der Grund
maschine des Unicar 2/2 westdeutschen Fabrikats, der mit einem feuchten Salzstreuer des Typs UN 15 ausgestattet war, gefüllt, und das Beseitigen des Eises wurde in einer Streubreite von 8 m mit einer Dosierung des Gemisches von 10 g/m2 durchgeführt. Die völlig gleichmäßig bedeckte Straßenoberfläche wurde durch die hellbraune Farbe des Konzentrats gut sichtbar.
Das erfindungsgemäße Mittel eignete sich zum Ersetzen des Kalziumchlorids hervorragend und gewährleistete vom Gesichtspunkt sowohl des Umweltschutzes als auch des Korrosionsschutzes viel günstigere Ergebnisse,
Beispiel 2
An einer Streu- und Gießmaschine des Typs NIDO (holländisches Fabrikat) wurden Versuche durchgeführt, um die Reifbildung auf der Straßenoberfläche zu verhindern. Bs wurde ein Gemisch aus. unverdünntem Abfallkonzentrat der Alkoholindustrie mit einem
Trockensubstanzgehalt von 70 Masse% und Steinsalz im Masseverhältnis 1 : 2 auf die Straßenoberfläche gebracht. Nach dem Ausstreuen zeigte die ursprüngliche schwarze Farbe der Straßendecke, daß das erfindungsgemäße Mittel tadellos geeignet zum Ersetzen des bisher verwendeten Kalziumsalzes ist.
Beispiel 3
Die das völlige Ausschalten der Verwendung von Natriumchlorid bezweckenden folgenden Versuche wurden mit Abfallknnzentraten der Alkoholindustrie von verschiedener Verdünnung durchgeführt.
Auf eine 9 cm dick gefallene Schneeschicht wurde bei einer Außentemperatur von -10 ºC das Konzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 70 Masse%
auf einen Trockensubstanzgehalt von 60 Masse%, bzw. 50 Masse% verdünnt, ohne Zusatzstoff aufgetragen. Die untersuchte Straßenoberfläche war in jedem Fall 20,4 m2 groß. Die erreichte Tauwirkung wurde mit der der bisher zu diesem Zweck verwendeten industriellen
Salz-Sand-Gemische verglichen. Es wurde festgestellt, daß das Mittel mit einem Trockensubstanzgehalt von 50
Masse% zeitlich und in ihrer Aktivität die gleiche
Tauwirkung hat wie die industriellen Salz-Sand-Gemische, die Tauwirkung des Konzentrats mit einem Trokkensubstanzgehalt von 60 Masse% trat hingegen 1,5 Stunden früher auf als die der industriellen Salz-Sand-Gemische. Außerdem zeigt das Konzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 60 Masse% im Gegensatz zu den industriellen Salz-Sand-Gemischen, deren Tauwirkung sich bereits bei -7 ºC stark verlangsamt, auch noch bei -13,6 ºC eine Tauwirkung. Auf Grund der Kostenanalyse der Messungen konnte festgestellt werden, daß der Kostenaufwand bei der Verwendung des erfindungsgemäßen Mittels halb so groß ist wie der der industriellen Salz-Sand-Gemische.
Beispiel 4
In einer Klimakammer wurde bei -5 ºC das Auftauen von auf die Bitumenoberfläche gefrorenem Wasser mittels des Gemisches der folgenden Zusammensetzung untersucht:
50 Masse% Konzentrat mit einem
Trockensubstanzgehalt von 70 Masse%.
20 Masse% Wasser
10 Masse% Holzmehl mit einer durchschnittlichen Körnchengröße von 1 mm 20 Masse% Sand mit einer durchschnittlichen Körnchengröße von 1 mm
In 20 Massen Wasser wurden 0,2 Masse% Laurylsäureester von Polyglykoläther (hydrophober Stoff mit einem HLB-Wert von 10,2) gelöst.
Infolge der Behandlung taute die auf der Bitumenoberflächθ entstandene Bisschicht sehr schnell auf.
Beispiel 5
Bs wurde auf die in Beispiel 4 beschriebene Weise vorgegangen , mit dem Unterschied , daß zu den Untersuchungen die Komposition der folgenden Zusammensetzung verwendet wurde :
40 Masse% Konzentrat mit einem Trec kensubstanzgehalt von 70 Massen 35 Masse% Wasser 20 Masse% Flußschot ter mit einer durchschnittlichen Körnchengrcie von 1 mm 5 Masse% Karbamid. Die Auftauversuche gaben ähnlich günstige Ergebnisse wie in Beispiel 4. Beispiel 6
Die Korrosionswirkung des erfindungsgemäßen Mit tels wurde an 100 x 200 x 5 mm großen Eisenplat t en untersucht , indem die Platten in eine Natriumchloridlösung von 20 Masse% bzw. in ein erfindungsgem äßen Konzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 50 Masse% getaucht wurden. Auf der Oberfläche der Bisenplatten entstand in der Natriumchloridlösung nach 3 Tagen eine starke Rost schicht , im Gegensatz dazu war auf der Oberfläche der in die erfindungsgemäße
Kompo sition getauchten Bisenplatten auch nach 14 Tagen keinerlei Veränderung festzustellen.
Auch wurden in einer Salzprühkammer quantitative Untersuchungen mit einer Salzlösung von 5 Masse% durchgeführt . Der Gewichtsverlust betrug in
nerhalb von 3 Tagen im Falle von Natriumchlorid 14
Masse%, bei der Verwendung von Kalziumchlorid 10
Masse%., im Falle des Konzentrats mit einem Trokkensubstanzgehalt von 50 Masse%- 0 Masse %. Die auf eine Oberflächeneinheit umgerechnete Rostmenge war im Falle von Natriumchloridlösung von 1 Masse%, 60 g/m2, im Falle von Magnesiumchloridlösung von 1 Masse%. 50 g/m2 und im Falle von Kalziuachloridlösung von 1 Masse%. 40 g/m2 , während sich im erfindungsgemäßen Abfallkonzentrat kein Rost bildete. Beispiel 7
Zum Beweis der Anwendbarkeit einer -kleineren Wirkstoffkonzentration wurden bei einer Außentemperatur von -4 ºC Versuche mit einem Abfallkonzentrat mit einem Trockensubstanzgehalt von 240 g/kg durchgeführt. Auf eine 5 cm dicke, frisch gefallene
Schneeschicht wurde das Mittel in einer Menge von 0,6 Liter/m2 auf die Straßenoberfläche gesprüht, auf der die Sehneeschicht innerhalb von 12 Minuten auftaute.
Beispiel 8
Mit dem erfindungsgemäßen Mittel Wurde in einer Klimakammer bei einer Temperatur von -5 ºC eine Versuchsreihe durchgeführt, um zu untersuchen, in welchem Maße das Mittel geeignet ist, das Zusammenkleben der Teile mit einer Körnchengroie von 5-10 mm eines Kohlenpulvers zu verhindern.
Die Wand des Behälters wurde mit einem auf 60 Masse% verdünnten Mittel besprüht, dem 10 Masse% Holzmehl einer Körnchengröße von 1 mm und 1 Hasse% hydrophobes Tensid mit einem HLB-Wert von 10,2 zugemischt, wurden. Danach wurden zum Kohlenpulver pro kg 3 g desselben Mittels gegeben, und so konnte das Zusammenkleben der Kohlenteile erfolgreich verhindert werden, ohne daß der Heizwert der Kohle gesunken wäre.