航空機用除氷液

航空機の地上除氷では、航空機除氷液（ADF）、航空機除氷・防氷液（ADAF）、航空機防氷液（AAF）が、商業航空と一般航空の両方で一般的に使用されています。^{[1] [2]環境上の懸念としては、除氷液が土壌に排出された場合の}地下水の塩分濃度の上昇や、人間や他の哺乳類への毒性などがあります。^{[3] [4]}

除氷液にはさまざまな種類があり、通常はエチレングリコール(EG) またはプロピレングリコール(PG) と、増粘剤、界面活性剤(湿潤剤)、腐食防止剤、着色剤、紫外線感受性染料などの他の成分で構成されています。プロピレングリコールベースの液はエチレングリコールよりも 毒性が低いため、より一般的です。

SAE International (旧称: Society of Automotive Engineers) は、4 種類の異なる航空用除氷液に関する規格 (SAE AMS 1428 および AMS 1424) を発行しています。

1. タイプ I の液体は粘度が低く、「非濃縮」とみなされます。使用後は表面からすぐに流れ落ちるため、保護効果は短期間のみです。雪、氷、霜を除去するために、通常は高圧で高温 (130～180 °F、55～80 °C) で噴霧されます。通常、識別と塗布を容易にするためにオレンジ色に着色されています。
2. タイプ II の液体は擬塑性で、ポリマー増粘剤を含んでいるため、航空機の表面からすぐに流れ落ちることはありません。タイプ II は、エプロンから離陸まで、雪、氷、霜による汚染が航空機に付着するのを防ぎます。通常、液体の膜は、航空機が 100 ノット (190 km/h) 程度に達するまでその場に留まり、その時点でせん断応力により粘度が低下します。粘度の低下には高速が必要であるため、このタイプの液体は大型航空機にのみ有効です。タイプ II の液体の使用は、タイプ IV に取って代わられつつあります。タイプ II の液体は、一般に透明です。
3. タイプ III 液体は、タイプ I 液体とタイプ II 液体の中間のものとみなすことができます。回転速度が 100 ノット未満の低速航空機での使用を目的としています。タイプ III 液体は、一般的に明るい黄色です。
4. タイプ IV はタイプ II の液体と同じ目的で、同じ AMS 基準を満たしていますが、ホールドオーバー時間が長くなります。液体の均一な層を塗布できるように、通常は緑色に着色されています。

国際標準化機構は、同じ 4 つのタイプを定義する同等の標準 (ISO 11075 および ISO 11078) を発行しています。

増粘剤を含む除氷液 (タイプ II、III、および IV) は、主にタイプ I 液による最初の除氷後に再び氷結するのを防ぐために使用されるため、防氷液とも呼ばれます。

TKS液はタイプI液に似ており、飛行中のTKS防氷システムで使用されます。^[5] 地上での除氷にも使用できます。タイプI液とは異なる規格、すなわちDTD 406B、AL-5、およびNATO S-745に準拠しています。

除氷液の主成分は、凝固点降下剤(FPD) で、通常はプロピレングリコールまたはエチレングリコールです。その他の成分は製造元によって異なりますが、特定のブランドの除氷液の正確な成分は、通常、機密情報として保持されます。

エチレングリコール（EG）液はプロピレングリコール（PG）よりも使用温度（LOUT）が低いため、世界の一部の地域では航空機の除氷剤として今でも使用されています。しかし、エチレングリコールよりも毒性が低いため、PGの方が一般的です。 ^{[6] : 2–29  [2]}

航空分野以外では、除氷剤には通常、塩化カルシウム(CaCl ₂ )などの塩化物塩が含まれています。これらは腐食性があるため、航空機の除氷液に使用することは禁止されています。

米国環境保護庁は化学分析に基づき、製造業者の間で広く使用されている添加剤を主に 5 つのクラスに分類しました。

1. ベンゾトリアゾールとメチル置換ベンゾトリアゾールは腐食防止剤として使用されます。^[7]
2. アルキルフェノールおよびアルキルフェノールエトキシレートは、表面張力を低下させるために使用される非イオン性界面活性剤です。
3. トリエタノールアミン。pH緩衝剤として使用されます。
4. 粘弾性を高めるために使用される高分子量の非線形ポリマー。
5. 識別を助けるために使用される染料。^{[8] : 46}

TKS 液 (TKS 機内除氷システムで使用) には、85% のエチレングリコール、5% のイソプロピルアルコール、および 10% の水が含まれています。

航空機の除氷に必要な液体の量は、さまざまな要因によって異なります。大型商用航空機の除氷には通常、500 米ガロン (1,900 L) から 1,000 米ガロン (3,800 L) の希釈液体が消費されます。

液体のコストは市場の状況によって大きく異なります。除氷サービス会社がエンドユーザーに請求する金額は、一般的に希釈ガロンあたり 8 ～ 12 米ドル (1 リットルあたり 2.10 ～ 3.20 米ドル) の範囲です。

米国における除氷液の年間総使用量は約2500万米ガロン（95,000,000L）と推定されており、その内訳は以下のとおりです（2008年の数字で、希釈されていない液の合計を示すように調整されています）。^{[8] : 43}

タイプ II およびタイプ III の流体は米国ではほとんど使用されないことに注意してください。

除氷液の性能は、主にホールドオーバー時間 (HOT) と最低動作使用温度 (LOUT) によって測定されます。

ホールドオーバー時間 (HOT) は、航空機が離陸前に処理された後に待機できる時間の長さです。ホールドオーバー時間は、液体の希釈、周囲温度、風、降水量、湿度、航空機の表皮の材質、航空機の表皮温度、およびその他の要因によって影響を受けます。ホールドオーバー時間を超過した場合、航空機は離陸前に再処理される必要があります。

最低動作使用温度 (LOUT) とは、除氷/防氷液が航空機の重要な表面から適切に流れ落ち、タイプ II、III、IV 液の場合は外気温 (OAT) より 7 °C (13 °F)、タイプ I 液の場合は 10 °C (18 °F) 低い必要な防氷凝固点バッファーを維持できる最低温度です。

米国では、連邦航空局（FAA）がすべての承認された除氷液の公式ホールドオーバー時間と最低運用使用温度表を発行し、毎年改訂しています。^[9]

タイプ I 液体の場合、FAA 表に記載されているホールドオーバー時間は、上記の状況要因に応じて 1 分から 22 分の範囲です。タイプ IV 液体の場合、ホールドオーバー時間は 9 分から 160 分の範囲です。

除氷液は水で薄めると最も効果を発揮します。例えば、希釈されていない Dow UCAR 除氷液^[10] (タイプ I エチレングリコール) の凝固点は -28 °C です。水は 0 °C で凍結します。しかし、除氷液 70% と水 30% の混合物は -55 °C 以下で凍結します。これは共晶濃度と呼ばれ、混合物の凝固点が最も低く、どちらの成分物質よりも低くなります。

メーカーによっては、除氷液が濃縮された状態で販売されている場合や、あらかじめ希釈された状態で販売されている場合があります。安全性を維持しながらコストを最小限に抑えるために、必要に応じて周囲の気象条件とメーカーの指示に従って希釈する必要があります。

特定の流体サンプルの希釈度（および凝固点）は、屈折計で屈折率を測定し、その結果を除氷液製造元の表で調べることで簡単に確認できます。

増粘剤（タイプ II、III、IV）は、防氷保護を提供するために、塗布後に表面に残るように設計されています。また、離陸滑走中に剥がれ落ちるように設計されているため、飛行性能に悪影響を及ぼしません。これらの目的を達成するには、適切な厚さで塗布する必要があります。

一般的なタイプ IV 流体の場合、1 mm ～ 3 mm の層厚が必要ですが、各メーカーが独自の要件を文書化します。

航空用除氷液の製造業者は、定められた高速ランプ試験、低速ランプ試験、および散水耐久試験を使用して、自社製品がAMS 1424および1428規格に準拠していることを証明する必要があります。^[11]

これらの規格の目的は、離陸時の加速および上昇中に航空機の揚力面および操縦面から流れ落ちる除氷液/防氷液の許容可能な空力特性を確保することです。

非グリコール系除氷液の開発に伴い、これらの規格は、腐食、発泡、増粘、残留物形成、滑りやすさ、カビ形成などの追加要因に対処するために進化しています。^[12]

タイプ II、タイプ III、またはタイプ IV の防氷液を繰り返し使用すると、空気力学的に静かな領域、空洞、隙間に残留物が溜まることがあります。これらの残留物は、一定の温度変化、高湿度、雨天などの条件下で再水和して凍結することがあります。さらに、重要な飛行制御システムをブロックしたり、妨害したりすることもあります。

これらのタイプの流体を使用する場合は、適切な検査および洗浄プログラムを確立する必要があります。^[13]

グリコール系除氷液を含む多くの除氷液は、人間や他の哺乳類に有毒であり、空港周辺など、除氷液が排出される地域の生態系にダメージを与えます。このような除氷液の使用は、近くの水生生物の生息地に変化を引き起こし、魚類やその他の野生生物に害を及ぼす可能性があります。^{[6] : 2–23  [14] [15]}

エチレングリコールとプロピレングリコールは、表層水中で分解される際に高レベルの生化学的酸素要求量（BOD）を発揮します。微生物群がプロピレングリコールを分解する際に、水柱内の大量の溶存酸素（DO）が消費されます。^{[6] ：2–23}このプロセスは、生存に必要な酸素を消費することで、魚類やその他の水生生物に悪影響を及ぼす可能性があります。

増粘剤には、通常、アルキルフェノールエトキシレート（APE）界面活性剤が使用されていますが、その生分解生成物は内分泌かく乱物質であることが示されており、そのため欧州では禁止されており、米国ではEPAの監視下にあります^[16]。多くの流体には、有毒で生分解性がなく、環境中に残留するベンゾトリアゾールまたはトリルトリアゾール腐食防止剤も使用されています^[17]。問題の少ない代替品を見つけるための研究が進行中です^[18]。これは、考慮すべき多くの性能および安全要因のために困難であることが判明しています^{[12] 。}

米国FAAが承認した除氷液（キルフロストDFサステイン）は、エチレングリコールやプロピレングリコールの代わりに、トウモロコシの発酵産物である1,3-プロパンジオールを凝固点降下剤として使用しています。 ^[19]

ベンゾトリアゾール（およびトリルトリアゾール）は毒性は高くないものの、分解されにくく、吸着傾向も限られているため、廃水処理場では部分的にしか除去されず、かなりの部分が河川や湖沼などの表層水に到達します。^[7]

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