Антифриз

 

Изобретение относится к химической технологии и может быть применено в производстве низкозамерзающих охлаждающих жидкостей (антифризов), предназначенных для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также используемых в качестве рабочих жидкостей в теплообменных аппаратах, эксплуатируемых при низких и умеренных температурах. Предлагаемый состав антифриза включает, мас. %: этилкарбитол 10,0-45,0; этиленгликоль 15,0-64,0; тетраборат натрия 0,3-1,8; фосфат щелочного металла 0,2-1,2; соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазол 0,005-0,02; силикат щелочного металла 0,005-0,5; гидроксид щелочного металла 0,08-0,25; пеногаситель кремнийорганический 0,0005-0,015; краситель 0,001-0,002; вода остальное. Предлагаемый интервал концентраций компонентов состава антифриза обеспечивает возможность экономического и эффективного охлаждения двигателей внутреннего сгорания и других систем. 4 табл.

Изобретение относится к химической технологии и может быть применено в производстве низкозамерзающих охлаждающих жидкостей (антифризов), предназначенных для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также используемых в качестве рабочих жидкостей в теплообменных аппаратах, эксплуатируемых при низких и умеренных температурах.

Известен антифриз для охлаждения двигателей внутреннего сгорания на основе азеотропной фракции этиленгликоль-этилкарбитол, содержащий, мас.%: азеотропная фракция 60,0-90,0; тетраборат натрия 1,0-1,5; силикат натрия 0,001-0,0005; вода остальное.

Состав азеотропной фракции, мас.%: этилкарбитол 50,0-85,0; этиленгликоль 50,0-15,0 [1].

Недостатком известного антифриза является нестабильность состава и выпадение осадка в заявленном интервале концентраций присадок, высокое пенообразование, кроме того, не обеспечивается стабильная защита от коррозии припоя, алюминия, стали и чугуна.

Известна также охлаждающая жидкость, содержащая, мас.%: гексаметафосфат щелочного металла 0,05-1,0; нитрит щелочного металла 0,08-0,10; тетраборат натрия 0,35-0,45; соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола 0,005-0,01; гидроксид щелочного металла 0,075-0,085; декстрин 0,04-0,05; кремнийорганический пеногаситель 0,010-0,012; краситель 0,001-0,0012; этиленгликоль 40,0-48,0; вода остальное и другие добавки (SU, патент N 1838362, кл. С 09 К 5/00, 1993).

Данная охлаждающая жидкость имеет следующие недостатки: ее состав не является экологически безвредным из-за наличия в нем весьма токсичного компонента - нитрита натрия; состав не имеет достаточной стабильности из-за присутствия декстрина, который выпадает в осадок при хранении антифриза более 1 года.

Наиболее близким по технической сущности и получаемому результату является антифриз, содержащий, мас.%: силикат щелочного металла 0,1; фосфат щелочного металла 1,6-2,2; тетраборат натрия 0,15-0,5; нитрат натрия 0,1-0,4; Na-меркаптобензтиазол 0,15-0,5; гидроксид щелочного металла 0,13; вода 0,12-0,13; пеногаситель, краситель (при необходимости; этиленгликоль остальное [2].

Данный антифриз обладает недостаточной эффективностью из-за следующих недостатков. При выкипании воды (при полном испарении) в данном антифризе, имеющем основу в виде этиленгликоля, повышается температура замерзания состава до температуры замерзания самого этиленгликоля до -13^oС, что в зимних условиях делает антифриз неработоспособным; из-за наличия в его составе нитрата натрия он оказывает неблагоприятное воздействие на организм человека вследствие своей токсичности; кроме того, присутствие нитрата натрия в составе данного антифриза не позволяет использовать его совместно с другими антифризами в системах охлаждения автомобилей, содержащими, в частности, амины, так как при смешении нитрата натрия с аминами образуются высокотоксичные соединения - N-нитрозамины, обладающие канцерогенными свойствами.

Изобретение решает задачу экологического и эффективного охлаждения систем двигателей внутреннего сгорания и других систем.

Целью изобретения является снижение токсичности антифриза, повышение его стабильности, обеспечение высокой коррозионной стойкости по отношению к алюминию, чугуну, стали, меди, латуни и припою, снижение пенообразования, обеспечение совместимости с другими антифризами на основе гликолей и улучшение экологических и эксплуатационных свойств.

Поставленная цель достигается тем, что антифриз на основе этиленгликоля, содержащий тетраборат натрия, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, силикат щелочного металла, гидроксид щелочного металла, фосфат щелочного металла, этиленгликоль, кремнийорганический пеногаситель, воду и краситель, дополнительно содержит этилкарбитол при следующем соотношении компонентов, мас. %: этилкарбитол 10,0-45,0; этиленгликоль 15,0-64,0; тетраборат натрия 0,3-1,8; фосфат щелочного металла 0,2-1,2; соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола 0,005-0,02; силикат щелочного металла 0,005-0,5; гидроксид щелочного металла 0,08-0,25; пеногаситель кремнийорганический 0,0005-0,015; краситель 0,001-0,002; вода остальное.

Применение при производстве антифриза этилкарбитола приводит к улучшению эксплуатационных свойств. Этилкарбитол имеет низкую температуру застывания и добавление его к этиленгликолю приводит к снижению температуры замерзания смеси на основе этиленгликоль-этилкарбитол.

При выкипании воды в антифризе он остается работоспособным до температуры -47^oС при определенном содержании этилкарбитола. Кроме того, его вязкость значительно ниже, а температура кипения выше, чем у этиленгликоля, что является положительным фактором смеси. Низкая кислотность этилкарбитола приводит к снижению коррозионной активности антифриза при добавлении этилкарбитола и позволяет обеспечить стабильный резерв его щелочности.

Жидкость предлагаемого состава готовят следующим образом. В нагретую до 35-80^oС смесь воды с этиленгликолем в определенной последовательности загружают при перемешивании до полного растворения антикоррозионные и антипенную присадки: тетраборат натрия, предварительно приготовленные щелочные растворы соли 2-меркаптобензтиазола, силиката щелочного металла, фосфат щелочного металла. В полученный раствор антифриза вводят кремнийорганический пеногаситель, растворенный в бутиловом спирте, и водный раствор красителя. Все перемешивается до получения однородной жидкости и затем фильтруется.

Далее изобретение поясняется таблицами. В табл. 1 представлены сравнительные температуры замерзания (кристаллизации) этиленгликоля, этилкарбитола и их смесей, из которых явствует, что температура замерзания зависит от концентрации (содержания) этилкарбитола.

Для экспериментальной проверки предлагаемого состава были приготовлены смеси различного состава (см. табл.2). В качестве фосфатов щелочных металлов могут быть использованы фосфаты щелочных металлов по ГОСТ 245-66, ГОСТ 9337-70. Образцы антифризов, представленных в табл.2, подвергались коррозионным испытаниям по методике ГОСТ 28084 (ASTM D 1384) в течение 336 ч при 88±2^oС с аэрацией воздухом.

Результаты коррозионных испытаний представлены в табл.3.

В составах, указанных в примерах 1-8, кроме величины коррозии металлов (табл. 3), были также определены величины рН, щелочности, температуры начала кристаллизации, пенообразование, стабильность состава и набухание резин. Измерения указанных показателей были выполнены по методикам ГОСТ 28084. Результаты испытаний представлены в табл. 4. По всем физикохимическим и эксплуатационным характеристикам заявляемый состав антифриза удовлетворяет требованиям ГОСТ 24084 "Жидкости охлаждающие низкозамерзающие".

Как видно из табл. 2 и 3, составы антифризов 1-8 обладают высокими антикоррозионными свойствами и соответствуют требованиям ГОСТ 28084, в том числе и по показателю набухания резин, и существенно превосходят по показателю коррозионное воздействие на металлы - припой, сталь, чугун и алюминий в известном составе.

Изменение компонентного состава, выходящего за рамки предлагаемого, приводит к повышению коррозионного воздействия на металлы, ухудшению показателя по температуре кристаллизации, уменьшению резерва щелочности, появлению нестабильности жидкости с выпадением осадка.

Примеры 4,5. Состав с суммарным содержанием этиленгликоля и этилкарбитола 34-35 мас.% имеет температуру начала кристаллизации (-22)-(-23)^oС. Антифриз с температурой начала кристаллизации (-22)-(-23)^oС пригоден к эксплуатации в южных регионах нашей страны.

Дальнейшее повышение температуры начала кристаллизации путем уменьшения содержания этиленгликоля и этилкарбитола нецелесообразно, так как это при ведет к ухудшению эксплуатационных свойств и непригодности антифриза к эксплуатации.

Рабочей температурой для районов Крайнего Севера, установленной ГОСТом 28084 для охлаждающих жидкостей марок "ОЖ-65", является температура не выше минус 65^oС. Примерами 1,3 и 8 показано, что такая температура обеспечивается суммарным содержанием этиленгликоля и этилкарбитола 63,0-64,0 мас.%.

В примере 7 показана возможность получения антифриза с температурой начала кристаллизации (-75)-(-76)^oС. Эта особенность предлагаемой системы этиленгликоль-этилкарбитол позволяет при одинаковых условиях эксплуатации (при очень низкой температуре атмосферного воздуха, например при -50^oС) иметь больший запас вязкости антифриза в сравнении с антифризами, имеющими температуру начала кристаллизации -65^oС (такую температуру кристаллизации дают антифризы с основой в виде этиленгликоля).

В примере 3 показано, что нижним пределом, обеспечивающим показатель щелочности не менее 10, является содержание тетрабората натрия 0,3 мас.% и 0,2 мас. % фосфата щелочного металла при содержании гидроксида щелочного металла 0,25 мас.%.

Примерами 6 и 7 показано, что при содержании тетрабората натрия 1,8 мас. %, а фосфата щелочного металла 1,2 мас.% и гидроксида щелочного металла в пределах 0,1-0,25 мас.% составы являются устойчивыми и работоспособными.

Повышение тетрабората натрия, фосфата щелочного металла и гидроксида щелочного металла выше предложенног экономически нецелесообразно.

В примерах 1-8 показано, что в комплексе с другими присадками содержание соли щелочного металла 2-меркаптобензтиазола в пределах 0,005-0,02 мас.% и силиката щелочного металла в пределах 0,005-0,5 мас.% обеспечивает хорошую защиту цветных металлов (меди, латуни, алюминия, припоя), а также стали и чугуна от коррозии.

В примерах 1-8 показано, что в заявленном интервале концентраций кремнийорганического пеногасителя 0,0005-0,015 мас.% обеспечивается низкое пенообразование при барботировании воздухом.

Применение в предложенном составе антифриза наряду с известными и найденными соотношениями всех компонентов обеспечивает такие свойства, которые проявляются только в указанном техническом решении, а именно: высокую коррозионную стабильность композиции относительно конструкционных материалов: медь, латунь, припой, сталь, чугун, алюминий; низкое пенообразование при барботировании воздухом при эксплуатации; стабильность состава, отсутствие осадка; снижение токсичности; совместимость со стандартными резинотехническими изделиями в системе охлаждения двигателя внутреннего сгорания и другими антифризами; улучшение экологических свойств антифриза.

Таким образом, предлагаемый состав антифриза обеспечивает повышение стабильности, коррозионной стойкости по отношению к алюминию, чугуну, стали, меди, припою, снижение пенообразования, совместимость с другими антифризами на основе гликолей, снижение токсичности.

Формула изобретения

Антифриз для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания и теплообменных аппаратов, работающих при низких и умеренных температурах, на основе этиленгликоля, содержащий тетраборат натрия, фосфат щелочного металла, щелочную соль меркаптобензтиазола, силикат щелочного металла, гидроксид щелочного металла, пеногаситель, краситель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит этилкарбитол при следующем соотношении компонентов, мас.

Этилкарбитол 10,0 45,0 Этиленгликоль 15,0 64,0 Тетраборат натрия 10-водный 0,3 1,8 Фосфат щелочного металла 0,2 1,2 Соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола 0,005 0,02 Силикат щелочного металла 0,005 0,5 Гидроксид щелочного металла 0,08 0,25 Пеногаситель кремнийорганический 0,0005 0,015 Краситель 0,001 0,002
Вода Остальноем

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4