除冰组合物及其使用方法 发明领域：
本发明涉及一种环境上可接受并且几乎无腐蚀性的除冰和抗结冰的组合物，它含有生产乳酪时的副产物。本发明也涉及除冰和抗结冰组合物在抑制道路、桥梁、飞机跑道、车道和其它室外表面上堆积雪和冰中的应用。
发明领域：
众所周知，在路面和桥上的冰和雪会明显减缓交通并增加对公众的危险性。机械除雪通常能减少一些交通问题。人们还知道，诸如氯化物盐的化学化合物，不论固体形式或溶液形式或与砂和其它物质的混合物形式，通常用来处理路面，使雪和冰熔化。但大多数除冰化合物对环境有害，因此市政管理部门在可用来控制雪和冰堆积的物质用量和类型方面，往往受到限制。
大多数用来处理道路的化学品由于下列理由是有害的：由于盐类使土壤碱化并会吸收到植物的根部系统，所以会破坏土壤并对周围的植物有害；它们会污染新鲜水流、河流和湖泊，常常被吸收到地下水系统中；盐类由于其腐蚀效应，对道路附近的交通工具及水泥和金属结构含有明显地损害作用。众所周知，许多盐会导致水泥结构散裂，就明显降低了这类结构的强度和寿命。在市政设施区域里，盐类也会导致危险的情况。据信经过入孔盖渗漏下去的盐水会使入孔下的电缆腐蚀，最后引起短路，它会发出火花并点燃积累的甲醇或其它气体，导致严重和甚至致命的爆炸。由于前述理由，许多州都禁止使用盐类，而其它州则对盐类的使用进行严格的限制。
现已知道需要用非腐蚀性的物质，如醇类和多元醇类来代替腐蚀性的盐，但由于它们易燃、有毒和成本高，这些物质目前尚未有效和经济地加以利用。
发明综述：
本发明涉及一种环境上可接受的抗结冰和除冰的组合物，其活性(起除冰和抗结冰作用)成分是生产乳酪时的一种副产物。具体地说，该活性成分是乳浆。在乳酪的制备过程中，不溶性糖、碳水化合物、蛋白质、脂肪和矿物质从奶中凝结分离出来。凝结过程后剩下的液体称为乳浆。乳浆可从各种奶，包括牛奶、山羊奶、水牛奶和绵羊奶中制得。有时将乳浆进一步处理，凝结出更多可溶的组成物制造其它乳酪，如意大利干酪。即使当乳浆经过进一步处理时，剩余的液体仍称为乳浆。一般将乳浆蒸发到含有大约50％可溶物，然后这种经蒸发的乳浆用作动物饲料的添加剂。这种浓缩的组合物可溶于水，几乎无腐蚀性、价格低廉，其量很多，容易获得。本发明也涉及用所述的除冰组合物来抑制冰和雪在道路、桥梁、飞机跑道、车道和其它室外表面上的堆积。
用于除冰的物质一般必须有下列特性：合适的水溶解度；在溶液中凝固温度低；工业规模上制备时成本低；无腐蚀性；环境上可以接受；而且能通过一般公知和能得到的装置进行使用。
根据前述，本发明的一个主要目的是提供适合用来抑制雪和冰积聚的抗结冰和除冰组合物，该组合物是水溶性的，凝固温度较低，在世界范围里能便宜、容易、大工业量地得到，它基本无腐蚀性，对环境无害，能由现有的作业人员用目前的设备进行使用。
本发明一个相关的目的是提供环境上无害、基本上无腐蚀、且成本上具有竞争力的除冰组合物。
本发明的再一个目的是提供能与砂子、河砾石、煤渣、锯屑和/或其它有防滑性能的人造砂砾混合，然后施加在道路、桥梁、飞机跑道、车道上和其它需要在所述表面上抑制雪和冰积聚的其它表面上，对环境无害、基本上无腐蚀的除冰组合物。
本发明的另一个目的是提供能在雪和冰积聚前用来预处理道路、桥梁和其它表面，以防止雪和冰粘附在所述表面上，对环境无害的除冰组合物。
本发明的另一个目的是提供对环境无害、其腐蚀性可略的除冰组合物，它能用于与其它化学除冰剂(如氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和/或尿素)和/或防滑化学物质混合，然后施加在道路、桥梁、飞机跑道、车道和其它需要抑制雪和冰在所述表面积聚的其它表面上。
本发明的另一个目的是提供一种抑制雪和冰在道路、桥梁、飞机跑道、车道和其它室外表面上积聚的方法，该方法是将本发明的除冰组合物本身或它与化学除冰添加剂和其它减少打滑的添加剂混合后在结冰或下雪前施加在这类道路的表面上。
一个较佳技术方案的阐述：本发明除冰组合物是从各种奶制造乳酪时的副产品，乳酪的制造方法由下列步骤构成：向各种奶中加入有凝结作用的组份，或让奶自然凝结，然后除去所有已凝结的物质供进一步加工。凝结和过滤过程后剩下的液体在乳酪工业上通常称为“乳浆”。本发明的活性组份是在制造乳酪的凝结和过滤后剩下的乳状液体。底部液体有时被浓缩到含有50％可溶物，这种混合物回收后一般用作家畜饲料的营养添加剂。
制造奶酪工艺的副产品被用作本发明组合物中的活性物质。因此，本发明除冰组合物是含有14-80重量％乳浆与20-86重量％水的混合物，该组合物还可进一步与任选的添加物混合。作为任选的添加物，可以使用下列物质：砂子、河砾石、煤渣、锯屑和/或其它防滑的人造砂砾及其它化学除冰物质(如氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和/或尿素)。本发明的组合物适合用作抑制雪和冰在道路、桥梁和其它表面上积聚的抗结冰剂和除冰剂。最佳的做法是，将本发明的除冰组合物在雪和冰积聚以前施加在道路表面，这就有利于防止雪和冰粘附在道路表面上。然后在雪和冰积聚后，再施加本发明的除冰组合物，但此时是施加在已积聚的雪和冰上。这样两步施加后便于用犁和其它机械方法除去积聚的雪和冰。
假定许多市政管理部门采购了大量氯化盐和其它化学抗-结冰剂，可以预见，本发明组合物可与氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和/或尿素混合(但加入的氯化物盐视其浓度如何会破坏本发明的低腐蚀性和环境无害性)。一旦购买了大量其它化学物质，大多数市政管理部门将倾向于使用这类化学物质，即使它们必须只与少量更有效更可接受的本发明组合物混合，但很清楚的是，这样的混合使用从环境观点来说并不是最佳的。
本发明的除冰组合物与腐蚀性盐混合时也可作为腐蚀抑制剂。试验显示，本发明组合物与5重量％氯化盐的混合物，其腐蚀作用明显小于例如95重量％水和5重量％盐的混合物的腐蚀作用。这样，本发明组合物可有效地与少量盐混合，而对组合物的其它特性并无明显的影响。
根据本发明的再一个方面，本发明提供一种用来抑制雪和冰在道路表面上积聚的方法，所述方法包括在冰和雪积聚前，将本发明组合物施加在道路表面上。该组合物较好地是从运载车辆上以20-60加仑/单行道英里(GPLM)，即200-600磅/单行道英里，也等于0.45-1.36盎司/平方码的量将组合物施加在道路表面上。也可在雪和冰已积聚后施加组合物用以熔化所述的雪和冰。
处理、贮存或使用乳浆对人体、动物或环境并没有已知或被认定的危害。乳浆目前是用作低级动物饲料添加剂的。
本发明组合物也可有效地用于飞机场，用以防止雪和冰在飞机跑道和车道上的积聚。许多飞机场当今对飞机翅膀上进行除冰是采用二元醇和稳定剂，为此飞机场必须为流下来的污水支付处理费用。这类费用可高达3.00美元/加仑被二元醇污染的水。进一步试验显示，为达到此目的本发明组合物可用来代替使用二元醇。消除二元醇对环境更为有利，并避免了对污染有二元醇的水进行处理，此贡处理工艺在质量控制技术方面是要求很高的。
本发明的乳浆具有如下的典型组合物，当然实际上采用的组合物会因地区、奶的种类和用来生产乳酪的其它组份而改变：
项目 干燥基础(无水分) 经浓缩(48％固体/52％水分)
蛋白质 12.80％ 6.2％
粗脂肪 0.2％ 0.1％
碳水化合物 74.13％ 37.07％
钙 4.20％ 2.10％
铁 1.10％ 0.55％
镁 1.30％ 0.65％
磷 2.115 1.06％
钾 4.64％ 2.32％
钠 0.58％ 0.29％
锌 0.20％ 0.10％
氨基酸 1.01％ 0.51％
脂质体 0.24％ 0.12％
本发明的主要优点可综述如下：
1)本发明组合物既无不可接受的腐蚀性，对环境也无有害影响。与对车辆、道路和周围环境会产生有害作用的一些已知组合物相比它具有显著的优点。
2)本发明组合物的凝固点低于0°F。在至少低达-10°F的温度下它为液体并流运缓慢，在冬天的环境温度下可容易地喷雾施加到道路表面或积聚的冰或雪上。该组合物也可在施加以前加热，以便于泵出并增加除冰效果。
3)本发明组合物的施加量可以较少，因为一旦施加到路面上后，它就留在施加的地方，不易被风吹走，也不易在经过车辆的作用下带走，此组合物可防止雪和冰粘附在其施加的表面上。
4)本发明组合物可在普通温度下和/或在逼近的冰雪风暴来临以前施加。
5)本发明组合物可用易得的设备均匀地施加到路面上，对施加人员不需任何的特殊训练。
6)要本发明组合物可以溶液形式施加，所以可迅速施加，甚至可以35米/小时或更高的速度用车辆施加。
7)本发明组合物是低级低价的工业副产品，在许多位于风雪带的州中可大量得到。它在潜在的市场地区容易获得，有助于降低成本，因为其溶液邻近于存在问题的地区可以降低运输费用。
8)本发明组合物是可补充的农业副产品，其在商业上的使用会帮助和支持美国农民和农业的发展。
9)本发明组合物是生物可降解的，其生物需氧量(BOD)很低。物质的生物需氧量是一个无单位的数目，它代表每磅所述物质的氧的消耗量(单位lbs.)。BOD在效果上表示在富含有机物的物质中好氧微生物的代谢需求。大多数已知的除冰剂是非生物可降解的(因此BOD为0)一相反的是，它们会积聚起来污染环境。一种已知可生物降解的除冰剂是乙酸钙镁(CMA)，但本发明的BOD比CMA明显地低。
10)本发明组合物可用于机场防止雪和冰在飞机跑道和车道上积聚，而花费不大，因此消除或进一步减少了其它已知对环境有害的化学除冰剂需要量。
试验综述
在下列试验结果中可知道本发明的进一步详情，但这些试验不会使本发明的保护范围局限于这些特定混合物。试验时，是将普通的乳浆浓缩到约含50重量％干物质后，不用添加剂，在外部温度为14°F下将没有任何添加剂的干物质施加到20平方码3.5英寸厚的雪层上。作为对比，在附近向约20平方码3.5英寸厚的雪层上施加一种人们熟悉而又容易的工业盐和砂的混合物。发现，干物质含量为50重量％的组合物在发生熔化效应的时间和除雪作用方面都优于盐和砂的混合物。干物质含量为50重量％的本发明组合物的熔化效应比盐和砂混合物早一个半小时出现。此外，本发明的50％浓缩物甚至在至少低达0°F的温度下还是有除雪作用的，而盐和砂的混合物在约20°F时其熔化效应已经减慢或完全停止。
在30-60重量％干物质之间改变乳浆的浓度，并在各种环境温度下进行了试验。在结冰前进行抗结冰试验，又在结冰后进行除冰试验。在这两种情况下，乳浆产品都等于或优于其它目前使用的已知除冰剂。
又进行了另外的试验，评估本发明组合物在不同温度下的腐蚀性、生物氧量求除冰和效果。结果如下。
腐蚀性试验
将低碳钢螺钉浸在各种浓度的乳浆中。浸渍4个月后，螺钉实际上没有生锈和氧化的迹象。实验室腐蚀试验测得腐蚀作用为每年0.55密耳(MPY)，远远低于其它化学除冰剂，而且是纯水腐蚀很小的分数。除冰工程上MPY约为13是通常可接受的，而负值表示该产品与蒸馏水混合后能实际上降低蒸馏水的腐蚀性。
又用各种浓度的乳浆有规则地喷洒在低碳钢螺钉上。有规则地喷洒4个月后，螺钉实际上也没有生锈和氧化的迹象。相反的是，螺钉看起来被一层干的乳浆所包覆，这就起了保护而不是破坏作用。
下表综述了一些试验结果：
材料 腐蚀性(每年密耳-MPY)
低碳钢 0.55
不锈钢 测不出
铝 测不出
作为比较，低碳钢螺钉在上述相似的试验条件下，但用水和5％浓度各种氯化物盐的混合物进行试验，结果腐蚀、生锈和恶化都很严重。
环境试验
进行该试验是测量本发明组合物的各种混合物每磅的生物需氧量(单位磅)。BOD代表在有机物中好氧微生物的代谢需求。结果如下：
浓度(重量) BOD(每磅材料需要的O2磅数)
48％固体 0.23-0.24
本发明组合物目前用作一种低级的动物饲料添加剂。由于它为饲养工业广泛地接受，且尚未发现它对被饲养的动物上留下任何有害物质的迹象，所以，人们认为它对环境是完全安全的，对施加人员也是安全的。
凝固、除冰和抗结冰试验
下列结果表明了本发明的50％固体浓度混合物在效果上的一致性：
温度(°F) 性质 粘度(SSU)
+20 自由流动液体 600
+10 自由流动液体 940
-5 自由流动液体 1360
-20 缓慢流动液体 2480
下表综述了在典型的含约50％可溶物刚生产出来的乳浆溶液的凝固点，并提供了其它的数据：
溶液浓度 凝固温度 粘度(SSU) BOD pH(*Brix) (°F) (@20°F) (@70°F) 50 -4 590 272 0.23 4.0 52 -5 604 280 0.23 4.1“Brix”是用来表明物质在溶液中的相对重量百分数的测量标度。
氯化物盐的熔化效应是有限的(低于约20°F即无效)，与其相比本发明组合物的熔化效应如上表所示，即使在低达0°F下也是有作用的。
权利要求书
1．一种抑制雪和冰积聚的组合物，它包含乳浆。
2．根据权利要求1所述的组合物，它进一步包含选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和尿素的至少一种组份。
3．根据权利要求1所述的组合物，它进一步包含选自砂子、河砾石、煤渣、锯屑和人造砂砾等防滑集料。
4．一种用来抑制雪和冰在室外表面上积聚的抗结冰和除冰组合物，它包含14-80重量％乳浆和20-86重量％水。
5．根据权利要求4所述的组合物，它进一步包括选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和尿素的至少一种组份。
6．一种用来抑制所述冰和雪在道路上积聚的抗结冰和除冰组合物，它是(1)选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和尿素的至少一种组份与(2)14-80重量％乳浆和20-86重量％水混合物的组合物。
7．根据权利要求6所述的组合物，其中所述的至少一种组份是氯化钠。
8．根据权利要求6所述的组合物，其中所述的至少一种组份是乙酸钙镁。
9．一种抑制雪和冰在室外表面上积聚的方法，该方法包括：在室外表面上或在积聚其上的雪和冰的表面上施加含乳浆的组合物，所述的组合物以20-60加仑/单行道英里的速度施加。
10．根据权利要求9所述的方法，其中组合物进一步含选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和尿素的至少一种组份。
11．一种抑制雪和冰在室外表面上积聚的方法，该方法包括在室外表面上或积聚其上的雪和的表面上施加组合物，所述的组合物含14-80重量％乳浆和20-86重量％水，所述的组合物以20-60加仑/单行道英里的速度施加。
12．根据权利要求11所述的方法，其中所述组合物进一步含有选自氯化钠、氯化钙、氯化钾、氯化镁、乙酸钙镁和尿素的至少一种组份。
13．一种抑制腐蚀的组合物，它包含乳浆。
14．一种抑制腐蚀的组合物，它包含14-80重量％乳浆和20-86重量％水。
15．一种抑制氯化物盐腐蚀作用的腐蚀抑制组合物，它包含14-80重量％乳浆和20-86重量％水。