FI100335B

FI100335B - Use of a coating as icing protection material

Info

Publication number: FI100335B
Application number: FI923184A
Authority: FI
Inventors: Sture Persson; Lars-Olof Andersson
Original assignee: Skega Ab
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1992-07-10
Publication date: 1997-11-14
Also published as: CA2069951A1; SE9003655D0; NO922755D0; JPH05503734A; RU2086601C1; NO300379B1; FI923184A0; WO1992008767A1; SE467411B; FI923184A; SE9003655L; NO922755L

Description

100335 5 Päällysteen käyttö jäätä estävänä pinnoitemateriaalina Användning av en beläggning som nedisningsskyddande material Tämän keksinnön kohteena on välineen, joka on päällysteen muodossa, käyttö jäätymistä/jäätä estävänä materiaalina. Väline applisoidaan sille pinnalle tai niille pinnoille, jotka suojataan jään muodostumiselta, joka sanottu päällyste käsittää yhden tai useamman polymeerisen 10 materiaalin, jotka koostuvat polyolefiineistä, polydieeneistä, eli h i i1ive tykumimateriaalista.The present invention relates to the use of a device in the form of a coating as an antifreeze / icing material. The device is applied to the surface or surfaces to be protected from the formation of ice, said coating comprising one or more polymeric materials consisting of polyolefins, polydienes, i.e. a solid material.

Jäätyminen on ongelma, jota ei ole tähän mennessä ratkaistu menestyksellisesti tyydyttävällä tavalla yhdeltä tai kaikilta puolilta huoli-15 matta suuresta määrästä materiaaleja, joiden on viime vuosien aikana sanottu omaavan erittäin alhaisen kiinnittyvyyden jäähän, lumeen ja muihin jäätyneen veden kiteisiin muotoihin. Kun kaikkia näitä materiaaleja on käytetty tietyn ajanjakson ajan ja ne ovat olleet alttiina ulkoilman ympäristölle, niiden kiinnittyvyyden jäähän on havaittu li-20 sääntyvän, mikä vähentää tällaisten materiaalien tehokkuutta jäätymistä '1' estävinä välineinä.Freezing is a problem that has so far not been successfully resolved satisfactorily on one or all sides despite the large number of materials that have been said in recent years to have very low adhesion to ice, snow and other crystalline forms of frozen water. After all of these materials have been used for a period of time and have been exposed to the outdoor environment, their adhesion to ice has been found to be regulated by li-20, which reduces the effectiveness of such materials as anti-freeze means.

·;· On toisin sanoen tunnettua, että tietyt materiaalit pystyvät saamaan aikaan suhteellisen hyvän suojauksen jäätymistä vastaan suhteellisen : 25 lyhyen ajanjakson aikana, mutta että nämä materiaalit eivät saa aikaan ... kestävää suojausta, joka pystyy estämään jäätä, lunta ja muita jääty- • · · neen veden muotoja sijoittumasta ja jäätymästä suojatulle pinnalle useiden vuosien aikana. On siis aina epävarmaa, kuinka tehokas vallit- • · • 1' seva, jäätymisen estävän välineen suojaus on tiettynä hetkenä, ts. on • » · *.1 1 30 epävarmaa, onko suojaavan päällystyksen teho jäätymisen estämiseksi j"j kadonnut täysin vai riittääkö tämä suojaus käytettäväksi yhden tai • · · « .1··. kahden vuoden ajan. Tähän epävarmuuteen liittyy myös vakava tunnettujen • · · • materiaalien ja materiaaliyhdistelmien haittapuoli, joita on tähän t 1 '·' mennessä käytetty ja joita käytetään yhä jäätymistä estävinä välineinä.·; · In other words, it is known that certain materials can provide relatively good protection against freezing in a relatively short period of time, but that these materials do not provide ... durable protection that can prevent ice, snow and other freezing • conditions. · · Forms of water from settling and freezing on a protected surface over several years. It is therefore always uncertain how effective the protection of the prevailing antifreeze at a given moment is, i.e. it is uncertain whether the effectiveness of the protective coating to prevent freezing has completely disappeared or is sufficient. this protection is to be used for one or • · · «.1 ··. two years This uncertainty is also accompanied by a serious disadvantage of known • · · • materials and combinations of materials which have hitherto been used t 1 '·' and which are still used as anti-freeze .

35 Jäätymisen aiheuttamat ongelmat ovat hyvin tuttuja ihmisille, jotka elävät arktisilla ja subarktisilla alueilla, joita ongelmia voidaan luonnehtia vakavina ongelmina tai lievinä ärsytyksinä, joita ovat esi- 2 100335 merkiksi yksityisautojen, kuorma-autojen ja muiden ajoneuvojen jäätyneet tuulilasinpyyhkimet ja ovitiivisteet, tai hengenvaarallisina olosuhteina, joita ovat esimerkiksi jään kerääntyminen lentokoneiden siipiin, helikopterin lapoihin, vesiajoneuvoihin, radiomastoihin, muun 5 tyyppisiin mastoihin, voimakaapeleihin ja vastaaviin.35 The problems caused by freezing are very familiar to people living in the Arctic and subarctic, which can be described as serious problems or mild irritations, such as frozen windscreen wipers and door seals for private cars, trucks and other vehicles, or life-threatening conditions. such as ice accumulation on airplane wings, helicopter blades, watercraft, radio masts, other 5 types of masts, power cables and the like.

Toinen esimerkki, jossa jään kerääntyminen voi johtaa suuriin kustannuksiin ja vakaviin tuhoutumisriskeihin, on jään kerääntyminen vesivoimalaitosten portteihin, joissa jään kerääntyminen voi saada nopeasti 10 aikaan voimalaitoksen täydellisen sulkemisen, mistä seuraa sähkövoiman katoaminen. Lisäesimerkkinä mainittakoon jään kerääntyminen vedenalaisiin kaapeleihin ja lämpöpumppujen putkiin, joita käytetään järvissä ja vesiväylissä lämmönkerääjinä. Viimeksimainituissa tapauksissa jääker-rokset voivat saada kaapelit tai letkut kellumaan vedenpintaan, mikä 15 aiheuttaa ilmeisen riskin alueen vesikulkuneuvoliikenteelle.Another example where ice accumulation can lead to high costs and serious risks of destruction is ice accumulation at the gates of hydropower plants, where ice accumulation can quickly lead to a complete closure of the power plant, resulting in the loss of electrical power. A further example is the accumulation of ice in submarine cables and heat pump pipes used as heat collectors in lakes and waterways. In the latter cases, ice layers can cause cables or hoses to float on the water surface, posing an obvious risk to waterborne traffic in the area.

Tutkimukset ovat osoittaneet, että jään ja alirakenteen välinen kiinnittyminen tai jään sitoutuminen riippuu olennaisesti materiaalista, ja on myös havaittu, että ko. materiaalin pintaenergialla on merkittävä 20 osa tällaisen kiinnittymisen yhteydessä. Esimerkiksi polymeerimateriaaleilla on tyypistä riippumatta paljon alhaisempi kiinnittyvyys jäähän kuin metalleilla. On myös todettu, että pintaenergialtaan alhaisilla materiaaleilla voi olla alhaisempi kiinnittyvyys jäähän kuin materiaaleilla, joilla on suuri pintaenergia. Tästä huolimatta materiaalien : . 25 sisäinen (bulkki-) lujuus kytkeytyy suoraan pintaenergiaan, ja pinta- • e :t'·; energian voidaan tarkemmin sanottuna olevan seurausta ko. materiaalin • · · J : : sisäisistä sitoutumisvoimista ja lujuudesta ja sitä myötä niistä riip puvaisen. Mekaanisesti lujalla materiaalilla on näin ollen suurempi pintaenergia kuin mekaanisesti heikolla materiaalilla, ja kun nämä 30 seikat on opittu tuntemaan, on myös sanottu, että materiaalit, joilla #·# · on alhainen pintaenergia, olisivat parempia kuin materiaalit, joilla on suuret pintaenergiat, kun niitä käytetään jäätymistä estävänä välineenä ‘. , ja kun niillä on samanlaiset pintapäällysteet.Studies have shown that the adhesion or binding of ice between the ice and the substructure depends essentially on the material, and it has also been found that the the surface energy of the material has a significant 20 parts in connection with such attachment. For example, polymeric materials, regardless of type, have much lower adhesion to ice than metals. It has also been found that materials with low surface energy may have lower adhesion to ice than materials with high surface energy. Nevertheless, the materials:. 25 internal (bulk) strength is directly connected to the surface energy, and the surface • e: t '·; more specifically, the energy can be the result of the • · · J:: of the internal binding forces and strength of the material and thus dependent on them. Thus, a mechanically strong material has a higher surface energy than a mechanically weak material, and once these facts have been learned, it has also been said that materials with a low surface energy # · # · would be better than materials with a high surface energy when used as an anti-freeze device '. , and when they have similar surface coatings.

: 35 Jään kiinnittyvyys tai sen kyky jäätyä kiinteäksi pinnoille ei ole ... kuitenkaan kääntäen verrannollinen materiaalin pintaenergiaan muutoin • · · 3 100335 kuin tiettyyn alimpaan tasoon asti. On havaittu, että tämän tason alapuolella voima, jolla jää kiinnittyy, on käytännöllisesti katsoen vakio pintaenergia-arvoilla, jotka ovat tämän alimman tason alapuolella. Vastaavia havaintoja on tehty myös liimautumisen yhteydessä - polyetee-5 nin pintaenergiaa lisäävä käsittely on osoittanut, että tämä liimaantuminen lisääntyy voimakkaasti tietyn tason yläpuolella. Tämä seikka, että jään kyky jäätyä tai kiinnittyä lujasti pintaan ei ole kääntäen verrannollinen materiaalin pintaenergiaan kaikilla pintaenergiatasoil-la, on esitetty myös yhdeksi syyksi sille, miksi tunnetuilla pintapääl-10 lysteillä, jotka koostuvat materiaalista, jolla on alhainen pintaener-gia, on ei-hyväksyttävän lyhyet käyttöiät niiden toimintaan nähden jäätymistä estävinä välineinä.: 35 The adhesion of ice or its ability to freeze solid on surfaces is not ... however, inversely proportional to the surface energy of the material otherwise • · · 3 100335 than up to a certain lowest level. It has been found that below this level the force with which the ice adheres is practically constant at surface energy values below this lowest level. Similar observations have been made in connection with gluing - the surface energy-increasing treatment of polyethylene-5 has shown that this gluing increases strongly above a certain level. The fact that the ability of ice to freeze or adhere firmly to a surface is not inversely proportional to the surface energy of the material at all surface energy levels has also been suggested as one reason why known surface coatings consisting of low surface energy material do not acceptable short service life in relation to their function as anti-freeze devices.

Tämän keksinnön tavoitteena on siis saada aikaan jäätymistä estävä 15 väline, joka on päällysteen muodossa, joka voidaan applisoida pinnoille ja jolla on pitkä käyttöikä ja pidempi tehokkuus jäätymistä estävänä välineenä, ja jolla on siis alhainen kiinnittyvyys jäähän, lumeen tai muihin jäätyneen veden muotoihin samanaikaisesti, kun se on ympäristöä kestävä ja sillä on optimaalinen lujuus ainakin raapiutumiseen kestä-...! 20 vyyteen nähden ja sen kestävyyteen liimautumista ja kulumishäviötä, ·,' iskuja ja vastaavia vastaan sekä sen käyttö jäätä estävänä pinnoite- materiaalina.It is therefore an object of the present invention to provide an antifreeze device in the form of a coating which can be applied to surfaces and which has a long service life and a longer effectiveness as an antifreeze device, and thus has low adhesion to ice, snow or other forms of frozen water. it is environmentally resistant and has optimal strength at least scratch resistant -...! 20 and its durability against gluing and wear loss, ·, 'impact and the like, and its use as an anti-icing coating material.

Tämän keksinnön tavoitteen saavuttamiseksi, eli jotta voidaan saada .V. 25 aikaan jäätymistä estävä väline, joka pysyy tehokkaana pitkien ajanjak- sojen ajan, keksinnön mukainen jäätymistä estävä päällyste käsittää .. hiilivetykumimateriaalin tai kahden tai useamman tällaisen materiaalin seoksen, jossa itse materiaali tai materiaaliseos on optimaalinen sille • · • · · *, asetettuihin vaatimuksiin nähden, jotka liittyvät alhaiseen kiinnitty- • · ·,· ; 30 vyyteen jäähän, lumeen tai muihin jäätyneen veden muotoihin sekä suu- X reen kulumiskestävyyteen ja sitä myötä pitkään käyttöikään nähden.In order to achieve the object of the present invention, i.e. to obtain .V. An anti-freeze device that remains effective for long periods of time, the anti-freeze coating of the invention comprises a hydrocarbon rubber material or a mixture of two or more such materials, wherein the material or material mixture itself is optimal for the requirements. associated with low attachment • · ·, ·; 30 forms of ice, snow or other forms of frozen water, as well as high wear resistance and thus long service life.

*. Keksinnön mukainen päällyste sisältää vettä kestävän materiaalin tai !!! kulumista kestävän materiaaliyhdistelmän, jota eivät heikennä auringon- « · valo, ultraviolettisäteily, jne., ja joka kestää tuulen kuljettamien 35 jäähiukkasten, hiekan ja vastaavien aiheuttamaa eroosiota. Materiaali tai materiaaliseos ei ole myöskään herkkä alhaisille pienille pH-ar- 100335 4 voille, joita esiintyy usein, kun happoja laskeutuu alueille, joilla jäätyminen on todellinen ongelma.*. The coating according to the invention contains a water-resistant material or !!! a wear-resistant material combination that is not attenuated by sunlight, ultraviolet radiation, etc., and that is resistant to wind-induced erosion by ice particles, sand, and the like. The material or mixture of materials is also not sensitive to low low pH values, which often occur when acids settle in areas where freezing is a real problem.

Tämän keksinnön yhteydessä pääasiassa kyseessä olevat materiaalit ovat 5 sen tyyppisiä hiilivetyjä, joilla ei ole polaarisia ryhmiä. Esimerkkejä tällaisista hiilivetykumimateriaaleista ovat: 1) luonnonkautsu (NR), synteettinen luonnonkautsu, esim. isopreenikumi (IR), eteenipropeeniku-mi (EPT, EPM, EPDM), butadieenikumi (BR) ja butyylikumi (IIR).In the context of the present invention, the materials at issue in the main proceedings are those types of hydrocarbons which do not have polar groups. Examples of such hydrocarbon rubber materials are: 1) natural rubber (NR), synthetic natural rubber, e.g. isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPT, EPM, EPDM), butadiene rubber (BR) and butyl rubber (IIR).

10 Jotta voidaan saada aikaan tehokas ehkäisevä aine jäätä, lunta ja muita jäätyneen veden muotoja vastaan, jotka kiinnittyvät mistä tahansa materiaalista koostuvaan alustaan, tämän keksinnön mukaisesti esitetään, että alusta varustetaan pintapäällysteellä, joka koostuu materiaalista tai materiaaliseoksesta, joka sisältää sen tyyppisiä polymeerisiä hii-15 livetyjä, joilla ei ole lainkaan polaarisia ryhmiä ja jotka on polyme-roitu kumimateriaalin muodostamiseksi, joka sisältää yhden tai useamman seuraavista joustavista materiaaleista: luonnonkautsu (NR), synteettinen kumi (SR), eteenipropeenikumi (EPT, EPM, EPDM), butadieenikumi (BR) ja butyylikumi (IIR), isobuteeni-isopreenikumi. Tämä kumimateriaali tai 20 tämä kumimateriaalien seos vulkanoidaan vulkanoimisjärjestelmän tai vulkanoimisaineen avulla, joka on peroksidien, rikin, rikin johdannaisen tai metallioksidien tai rikin ja rikin johdannaisen muodossa.In order to provide an effective preventive agent against ice, snow and other forms of frozen water adhering to a substrate of any material, it is provided in accordance with the present invention to provide the substrate with a surface coating consisting of a material or material mixture containing polymeric carbons of that type. hydrocarbons having no polar groups and polymerized to form a rubber material containing one or more of the following flexible materials: natural rubber (NR), synthetic rubber (SR), ethylene propylene rubber (EPT, EPM, EPDM), butadiene rubber (BR) and butyl rubber (IIR), isobutylene isoprene rubber. This rubber material or this mixture of rubber materials is vulcanized by means of a vulcanization system or a vulcanizing agent in the form of peroxides, sulfur, sulfur derivative or metal oxides or sulfur and sulfur derivative.

Kumimateriaali voi sisältää keksinnön mukaisesti ei-vahvistavan tyyp-25 pistä hiilimustaa määrissä, jotka vaihtelevat alueella 1-100 phr (osia • · ·,*·; per sadasosia kumia). Tämä hiilimusta voidaan korvata täysin tai osaksi ί.ί piidioksidilla.According to the invention, the rubber material may contain non-reinforcing type-25 carbon black in amounts ranging from 1 to 100 phr (parts • · ·, * ·; per hundred parts of rubber). This carbon black can be completely or partially replaced by ί.ί silica.

Keksinnön mukainen päällyste voi sisältää myös aineen, joka alentaa 30 jäätymispistettä, kuten glyserolin tai glykolin.The coating of the invention may also contain a substance which lowers the freezing point, such as glycerol or glycol.

• · • · e • · · .·;· Koska pintapäällyste koostuu kumimateriaalista, sillä on hyvä jousta- . vuus niinkin alhaisissa lämpötiloissa kuin -40 - -90®C valittavasta i *· polymeeristä riippuen. Keksinnön mukainen pintapäällyste synnyttää myös 35 korkeita kitkavoimia, minkä vuoksi päällyste on erittäin sopiva käytet- • · · 5 100335 täväksi pinnoilla, jotka on tarkoitettu jalankulkuliikenteelle ilman kulkuneuvoja tai niiden yhteydessä.• · • · e • · ·. ·; · As the surface coating is made of rubber material, it has good elasticity. at temperatures as low as -40 to -90®C depending on the i * · polymer selected. The surface coating according to the invention also generates high frictional forces, which makes the coating very suitable for use on surfaces intended for pedestrian traffic without or in connection with vehicles.

Päällyste liitetään pintaan tai pinnoille, jotka suojataan jäätymisel-5 tä, liimaamalla, vulkanoimalla tai jollakin muulla kemiallisella tai mekaanisella tavalla.The coating is applied to a surface or surfaces that are protected from freezing, gluing, vulcanization, or some other chemical or mechanical means.

Koska tarkoituksena on vähentää määrää, jolla jää kiinnittyy esim. lentokoneiden siipien etureunoihin tai päätasoihin, potkureiden lapoi-10 hin, jne, keksinnön mukaiselle pintapäällysteelle suoritetut kokeet ovat osoittaneet kolminkertaisen parannuksen kaikissa näissä tapauksissa tunnettuihin pintapäällystemateriaaleihin nähden, joita on käytetty samaan tarkoitukseen.Since the aim is to reduce the amount of ice adhering to e.g. the front edges or main planes of aircraft wings, propeller blades, etc., tests on the surface coating according to the invention have shown a threefold improvement over known surface coating materials used for the same purpose.

15 Tavanomaisiin maaleihin ja jossakin määrin myös muihin pintapäällystei-siin verrattuna vulkanoitua kumimateriaalia voidaan applisoida paksumpina, joustavina kerroksina, jotka mahdollistavat sen, että murtuman alkaminen ja murtuman eteneminen on paremmin mahdollista hyvällä lujuudella varustetun päällysteen yhteydessä. Joustava materiaali pystyy 20 myös antamaan periksi hiukkasista tuleville iskuille ja vaimentamaan tällaisen iskun voiman, jolloin päällysteeseen kohdistuva mekaaninen kuluminen vähenee ja on suhteellisesti hyvin alhaista, mikä pidentää päällysteen käyttöikää.Compared to conventional paints and to some extent also to other surface coatings, vulcanized rubber material can be applied in thicker, flexible layers, which allows the onset and propagation of fracture to be better possible in the case of a coating with good strength. The resilient material is also able to succumb to impacts from the particles and dampen the force of such an impact, thereby reducing the mechanical wear on the coating and being relatively very low, which prolongs the life of the coating.

25 « « • · « • · · • 4 • ♦ · « * ' • β • I ♦ * « • ♦· • · * » »25 «« • · «• · · • 4 • ♦ ·« * '• β • I ♦ * «• ♦ · • · *» »

« I«I

. * · • I I | 4 t > 4 1 I | · ·«» It. * · • I I | 4 t> 4 1 I | · · «» It

Claims

100335

Use of a coating comprising at least one polymeric material consisting of polyolefins or polydienes, i.e. a hydrocarbon rubber material, as an anti-icing coating material, characterized in that the polymeric material consists of a polymeric hydrocarbon material or a mixture of polymeric hydrocarbon materials; and that each polymeric hydrocarbon material contained in the coating has no polar groups but is polymerized and vulcanized with a vulcanizing agent consisting of peroxides, sulfur, sulfur derivatives or metal oxides, or a combination of sulfur and sulfur derivatives.

Use of a coating according to claim 1, characterized by one or more of the following flexible materials: natural rubber (NR), synthetic rubber (SR), isoprene rubber (IR), ethylene propylene rubber (EPT, EPM, EPDM), butadiene rubber (BR), butyl rubber (HR).

Use of a coating according to claim 1 or 2, characterized in that the material contains carbon black. •; ·: Use of a coating according to claim 3, characterized in that the carbon black is of the non-reinforcing type. 25 • · ·

Use of a coating according to claim 3 or 4, characterized in that the amount of carbon black is in the range 0-100 phr • ♦ · "... (parts per hundred parts of rubber). •« · • ♦ ·: 30 ·· · · · ««:: «·« 100335