Охлаждающая жидкость

 

Изобретение относится к составам охлаждающих жидкостей, получаемых на основе моноэтиленгликоля в качестве основного сырья и предназначенных для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах. Описывается охлаждающая жидкость, которая, наряду с моноэтиленгликолем, бензоатом щелочного металла, тетраборатом натрия, нитритом натрия, натриевой солью 2-меркаптобенатиазола, пеногасителем на основе полисилоксановой жидкости и красителем, дополнительно содержит силикат щелочного металла и полиалкиленгликоль с мол. м. 100 - 400 при следующем соотношении компонентов, мас.%: полиалкиленгликоль с мол. м. 100 - 400 0,1 -20,0; бензоат щелочного металла 1,6 - 3,5; тетраборат натрия 0,3 - 1,0; нитрит натрия 0,06 - 0,2; натриевая соль 2-меркаптобензтиазола 0,005 - 0,02; силикат щелочного металла 0,005 - 0,06; пеногаситель 0,002 - 0,02; краситель 0,001 - 0,005; вода 3,0 - 45,0; моноэтиленгликоль - остальное. Технический результат - улучшение антикоррозионных свойств и повышение устойчивости к жесткой воде. 3 табл.

Изобретение относится к составам охлаждающих жидкостей, получаемых на основе водных растворов моноэтиленгликоля, предназначенных для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.

В настоящее время во всем мире основное количество охлаждающих жидкостей для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания и теплоносителей для теплообменных аппаратов производится на основе водного раствора моноэтиленгликоля, что позволяет обеспечить низкую температуру замерзания жидкости и эксплуатировать их в разных климатических условиях. Кроме моноэтиленгликоля и воды, указанные жидкости для обеспечения высокой коррозионной защиты ряда композиционных металлов в своем составе содержат целый ряд антикоррозионных добавок, пеногасителей различного типа и краситель. На территории Российской Федерации среди целого ряда известных составов охлаждающих жидкостей наиболее широко используемым является антифриз типа "Тосол" [Антифриз "Тосол-АМ" и автожидкости охлаждающие "Тосол-А40М", "Тосол-А65М", ТУ 6-57-95-96] . Композиция данной охлаждающей жидкости обычно в своем составе содержит следующие компоненты, мас. %: бензоат щелочного металла 1,5-4,0 (обычно его получают при приготовлении жидкости взаимодействием бензойной кислоты и гидроксида натрия или калия), нитрит натрия 0.05-0.2, натриевая соль 2-меркаптобензтиазола 0.001-0.015, декстрин 0.05-0.2, тетраборат натрия гидрат 0.6-1.5, краситель 0.002-0.005, пеногаситель на основе водной эмульсии полисиликоновой жидкости, приготовленный с использованием калиевого мыла канифоли 0.005-0.015, остальное - моноэтиленгликоль и вода [Патент N 1816284 СССР, C 09 K 5/00, опубл. 14.05.93 г]. Данная композиция в зависимости от соотношения моноэтиленгликоля и воды может быть приготовлена в виде концентрата жидкости или же в виде готовой к применению охлаждающей жидкости с температурой замерзания на уровне минус 40^oC или минус 65^oC в зависимости от климатических условий. В соответствии с условиями приготовления процесс получения готовой к применению водосодержащей охлаждающей жидкости проводится путем предварительного получения водного раствора присадок с последующим смешением их с водным раствором моноэтиленгликоля: для чего в воде сначала в избытке гидроксида щелочного металла растворяют бензойную кислоту (стадия синтеза бензоата щелочного металла), затем в полученный раствор последовательно вводят нитрит натрия и меркаптобензтиазол (избыток гидроксида щелочного металла на этой стадии используется для синтеза щелочной соли меркаптобензтиазола), отдельно готовят водные растворы буры, красителя и эмульсии полисилоксановых жидкостей в качестве пеногасителя, полученные таким образом водные растворы присадок затем смешивают с водным раствором моноэтиленгликоля. Особенностью же процесса приготовления концентрата охлаждающей жидкости является необходимость проведения процесса синтеза бензоата щелочного металла путем взаимодействия бензойной кислоты и гидроксида щелочного металла в среде моноэтиленгликоля с последующим смешением этого раствора с водными растворами других присадок в силу ограничения содержания воды в концентрате охлаждающей жидкости 5.0 мас.% [Жидкости охлаждающие низкозамерзающие, ГОСТ 28084-89].

недостатками данной композиции охлаждающей жидкости являются повышенная коррозионная активность ее по отношению к таким материалам, как алюминий и припой, и слабая устойчивость жидкости к жесткой воде, что ограничивает возможность широкого производства концентрата охлаждающей жидкости и получения водосодержащей охлаждающей жидкости на месте ее применения.

Задачей данного изобретения является получение состава охлаждающей жидкости, обладающей высокой коррозионной защитой цветных металлов и повышенной устойчивостью к влиянию жесткой воды, обычно используемой на практике в процессе приготовления жидкости из ее концентрата и как средство дозаправки эксплуатируемых систем с охлаждающей жидкостью при возникновении проблем испарения воды.

Поставленная задача решается тем, что в композицию охлаждающей жидкости на основе водного раствора моноэтиленгликоля, бензоата щелочного металла, нитрита натрия, тетрабората натрия, натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, пеногасителя на основе водной эмульсии полисилоксановой жидкости и красителя дополнительно вводят полиалкиленгликоль с молекулярной массой 100-400 и силикат щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%: Полиалкиленгликоль с молекулярной массой 100-400 - 0.1-20.0 Бензоат щелочного металла - 1.6-3.5 Тетраборат натрия - 0.3-1.0 Нитрит натрия - 0.06-0.2 Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0.005-0.02 Силикат щелочного металла - 0.005-0.06 Пеногаситель - 0.002-0.02 Краситель - 0.001-0.005 Вода - 3.0-45.0
Моноэтиленгликоль - остальное
В указанной композиции охлаждающей жидкости возможный интервал изменения содержания воды и соответственно моноэтиленгликоля позволяет получать охлаждающие жидкости в виде концентрата при минимальном содержании воды и готового к использованию жидкости с температурой замерзания не более минус 40^oC при концентрации воды на уровне 45 мас.% Указанный интервал изменения концентрации таких присадок, как бензоат щелочного металла, нитрит натрия, натриевая соль 2-меркаптобензтиазола, тетраборат натрия, пеногаситель, краситель, является общеизвестным и позволяет получать охлаждающие жидкости требуемого качества. Использование в предлагаемой композиции охлаждающей жидкости дополнительно силиката щелочного металла и полиалкиленгликоля с молекулярной массой 100-400 позволяет улучшить коррозионную защиту цветных металлов, причем наилучшие результаты по снижению коррозионной активности жидкости по отношению к алюминию и припою достигается при применении силиката натрия или калия в интервале концентрации 0.005-0.06 мас.% и при концентрации полиалкиленгликоля 0.1-20.0 мас.% Введение в состав охлаждающей жидкости дополнительно полиалкиленгликоля с молекулярной массой 100-400 обусловлено необходимостью повышения устойчивости жидкости к жесткой воде. Для решения этой проблемы наиболее предпочтительно использовать производные пропиленгликолей (дипропиленгликоль, трипропиленгликоль и более высокомолекулярные полипропиленгликоли), а также некоторые представители полиэтиленгликолей. Верхние пределы концентрации используемого полиалкиленгликоля 20.0 мас. % и его максимальная молекулярная масса значением 400 ограничены тем, что дальнейшее их увеличение приводит к возникновению проблемы роста вязкости жидкости при отрицательных температурах, хотя при этом высокая устойчивость жидкости к жесткой воде сохраняется. Свойства использованных при приготовлении композиции охлаждающей жидкости полиалкиленгликолей представлены в таблице 1. При получении композиций охлаждающей жидкости в качестве пеногасителя использовались водные эмульсии полиметил- и полиэтилсилоксановых жидкостей ПМС-1000, ПМС-100, ПЭС-5, приготовленных с использованием калиевого мыла канифоли или олеатов щелочных металлов в качестве эмульгаторов. В качестве же красителя использовался органический краситель антрахиноновый кислотный ярко-голубой "3" по ТУ 6-14-590-95.

Для оценки эффективности предлагаемой композиции приготовление охлаждающей жидкости проводилось двумя способами: а) Приготовление концентрата охлаждающей жидкости проводилось путем растворения в смеси моноэтиленгликоля и полиалкиленгликоля бензоата щелочного металла, тетрабората натрия при температуре 40-60^oC с последующим введением в полученный раствор предварительно приготовленного водного раствора нитрита натрия, натриевой соли 2-меркаптобензтиазола и силиката щелочного металла, водной эмульсии полисилоксановых жидкостей и красителя; б) в случае же получения водосодержащей охлаждающей жидкости с температурой замерзания минус 40^oC или минус 65^oC в предварительно приготовленный водный раствор моноэтиленгликоля и полиалкиленгликоля при температуре 40-60^oC вводился отдельно водный раствор бензоата щелочного металла, тетрабората натрия и нитрита натрия, затем раствор натриевой соли 2-меркаптобензтиазола натрия и силиката щелочного металла, эмульсия пеногасителя и краситель.

Определение физико-химических свойств композиции охлаждающей жидкости проводят по методикам ГОСТ 28084 (Жидкости охлаждающие низкозамерзающие) и ТУ 6-57-95-96 (Антифриз "Тосол" и автожидкости и охлаждающие "Тосол-А40М", "Тосол-А65М").

Сущность изобретения иллюстрируется следующими примерами:
Пример 1 (сравнительный). Композицию охлаждающей жидкости готовят в металлическом реакторе объемом 2.0 л, для чего в реактор загружают 1550 г моноэтиленгликоля, затем его при перемешивании подачей теплоносителя в терморубашку реактора подогревают до 55^oC. После этого в реактор вводят 51.0 г твердого бензоата натрия, после полного растворения бензоата натрия в реактор загружают 50.0 г водного раствора натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, нитрита натрия и декстрина, приготовление которого проводят растворением в 100 г дистиллированной воды 0.2 г твердого гидроксида натрия, добавлением в этот раствор при температуре 50^oC 0.58 г 2-меркаптобензтиазола, после полного растворения в течение 20 минут в полученный раствор последовательно вводят 5.4 г нитрита натрия и 2.3 г декстрина. В дальнейшем в реактор добавляют 22.4 г 10-водного тетрабората натрия, после его растворения последовательно вводят 4.8 г 2.0%-ной эмульсии пеногасителя на основе полиметилсилоксановой жидкости ПМС-1000, полученной путем смешения 98 г воды, 2.0 г полиметилсилоксановой жидкости ПМС-1000 и 0.3 г калиевого мыла канифоли, и 0.07 г органического красителя "антрахиноновый кислотный ярко-голубой". Полученная охлаждающая жидкость имеет следующий состав, мас.%:
Моноэтиленгликоль - 92.4
Бензоат натрия - 3.0
Тетраборат натрия безводный - 0.66
Нитрит натрия - 0.15
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0.019
Декстрин - 0.06
Пеногаситель в виде эмульсии полиметилсилоксановой жидкости ПМС-1000 - 0.006
Краситель - 0.005
Вода - 3.7
Оценку физико-химических характеристик полученной композиции охлаждающей жидкости проводили в соответствии с методиками ГОСТ 28084 (Жидкости охлаждающие низкозамерзающие) и ТУ 6-57-95-96 (Антифриз "Тосол-АМ" и автожидкости охлаждающие "Тосол-А40М", "Тосол-А65М") и полученные результаты представлены в таблице 3.

Пример 2. Условия приготовления композиции охлаждающей жидкости и ее испытания аналогичны примера 1. Для получения данной композиции в реактор загружают 1460 г моноэтиленгликоля, после нагрева до 50^oC в моноэтиленгликоле при перемешивании растворяют 50.4 г бензоата натрия, после этого в реактор загружают 50.0 г водного раствора натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, нитрита натрия и силиката натрия, приготовленного путем постепенного растворения при температуре 50^oC в 92 г воды сначала 0.15 г твердого гидроксида натрия, 2.35 г 9-водного силиката натрия, 0.53 г 2-меркаптобензтиазола и 5.04 г нитрита натрия. Затем в полученный раствор при перемешивании вводят 25.5 г 10-водного тетрабората натрия, после полного его растворения в раствор добавляют 84.0 г полипропиленгликоля с молекулярной массой 300, после тщательного перемешивания содержимого реактора последовательно вводят 8.4 г 2%-ной эмульсии полиметилсилоксановой жидкости ПМС-1000 (аналогично примера 1) и 0.084 г красителя "кислотный ярко-голубой". Полученная таким образом охлаждающая жидкость имеет следующий состав, мас.%:
Моноэтиленгликоль - 86.9
Полипропиленгликоль с молекулярной массой 300 - 5.0
Бензоат натрия - 3.0
Тетраборат натрия безводный - 0.79
Нитрит натрия - 0.15
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0.018
Силикат натрия - 0.03
Пеногаситель на основе ПМС-100 - 0.007
Краситель - 0.005
Вода - 4.1
Результаты испытаний данной композиции охлаждающей жидкости представлены в таблице 3.

Примеры 3-9. Композиции охлаждающих жидкостей готовят аналогично примерам 1 и 2. Конкретные составы жидкостей, условия их приготовления, испытания и полученные результаты представлены в таблицах 1-3.

Полученные результаты показывают (таблицы 2 и 3), что образцы охлаждающих жидкостей, приготовленные по предлагаемому изобретению и содержащие в своем составе такие известные компоненты, как моноэтиленгликоль, бензоат щелочного металла, тетраборат натрия, нитрит натрия, натриевую соль 2-меркаптобензтиазола, пеногаситель на основе полисилоксановой жидкости, краситель и дополнительно полиалкиленгликоль с молекулярной массой 100-400 и силикат щелочного металла при определенном соотношении компонентов, по сравнению с известными композициями охлаждающих жидкостей обладают более хорошей коррозионной защитой цветных металлов в виде алюминия и припоя и имеют высокую устойчивость к жесткой воде.

Формула изобретения

Охлаждающая жидкость для систем двигателей внутреннего сгорания и теплообменных аппаратов на основе водного раствора моноэтиленгликоля, содержащая бензоат щелочного металла, тетраборат натрия, натриевую соль 2-меркаптобензтиазола, нитрит натрия, пеногаситель, краситель и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит полиалкиленгликоль с мол.м. 100 - 400 и силикат щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Полиалкиленгликоль с мол.м. 100 - 400 - 0,1 - 20,0
Бензоат щелочного металла - 1,6 - 3,5
Тетраборат натрия - 0,3 - 1,0
Нитрит натрия - 0,06 - 0,2
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0,005 - 0,02
Силикат щелочного металла - 0,005 - 0,06
Пеногаситель - 0,002 - 0,02
Краситель - 0,001 - 0,005
Вода - 3,0 - 45,0
Моноэтиленгликоль - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6