Антифриз
Владельцы патента RU 2297433:
Общество с ограниченной ответственностью "Развитие" (RU)
Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в производстве охлаждающих жидкостей, применяемых для охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах. Антифриз содержит 30,0-70,0% воды, 0,15-0,38% буры, 0,03-0,08% нитрита натрия, 0,008-0,015% полиметилсилоксана, 0,15-0,38% борной кислоты, гидроокись натрия 0,05-0,30% гидроокиси натрия, 0,05-0,10% метасиликата натрия, 0,05-0,20% натрия углекислого безводного, 0,002-0,004% красителя, остальное - этиленгликоль. Обеспечивается высокая коррозионная защита антифриза по отношению к конструкционным материалам (меди, латуни, припою, стали, чугуну, алюминию), стабильность смеси, высокий резерв щелочности, а также его экологическая безопасность. Кроме того, все компоненты антифриза отличаются дешевизной и доступностью. 4 табл.
Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в производстве охлаждающих жидкостей, применяемых для охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.
Известны антифризы на основе гликолей, содержащие триэтаноламин, диэтаноламин, нитриты и нитраты щелочных металлов, бензотриазол, меркаптобензтиазол, бораты, молибдаты, дифосфонаты (JP патент 3197583, МПК 7 С 09 К 5/00, С 08 L 11/02, опубл. 1991; US патент 5230819, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1993; US патент 5352408, МПК 7 С 29 F 11/167, опубл. 1994; US патент 5387360, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1995; RU патент 2115685, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1998; RU патент 2164929, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 2001). Однако эти антифризы оказывают вредное влияние на организм человека, ввиду наличия в их составе нитратов, аминов и молибдатов.
Известен антифриз (SU 1806162 A3, 30.03.1993, см. описание к патенту РФ 1806162, М.кл. 5 С 09 К 5/00, заявл. 18.02.91 г. «Способ получения охлаждающей жидкости»). Данный антифриз содержит воду, этиленгликоль, гидрооксид натрия, бензойную кислоту, буру, нитрит натрия, нитрат калия, уранин, пеногаситель, метасиликат натрия. Недостаток данного антифриза заключается в невысоких антикоррозионных свойствах состава, снижающих эксплуатационные показатели.
Наиболее близким по составу и свойствам к предлагаемому является антифриз (RU патент 1075725, МПК С 09 К 5/00, опубл. 1996) на основе этиленгликоля, буры, бензотриазола, нитрита натрия, триэтаноламина, пеногасителя, красителя и воды, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Этиленгликоль 25,75-92,55
Бура 0,44-1,55
Бензотриазол 0,01-0,03
Нитрит натрия 0,06-0,25
Триэтаноламин 0,13-0,47
Полиметилсилоксан 0,01-0,25
Вода - до 100.
Состав антифриза, выбранный в качестве прототипа, имеет ряд недостатков. Одним из недостатков является образование в водной среде при взаимодействии вторичных аминов с нитритом натрия N-нитрозоаминов, обладающих канцерогенными свойствами. Другой недостаток - недостаточная стабильности смеси. Кроме того, антифриз обладает невысокими антикоррозионными свойствами.
Технической задачей данного изобретения является повышение антикоррозионных свойств антифриза по отношению к черным и цветным металлам (чугуну, стали, алюминию, меди, латуни, припою), повышение стабильности смеси при разбавлении антифриза водой, улучшение экологических свойств антифриза, а также доступность и дешевизна антифриза.
Поставленная задача достигается тем, что антифриз, включающий этиленгликоль, воду, буру и нитрит натрия, согласно изобретению дополнительно содержит метасиликат натрия, натрий углекислый безводный, борную кислоту и гидроокись натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Вода - 30,0-70,0
Бура - 0,15-0,38
Нитрит натрия - 0,03-0,08
Полиметилсилоксан - 0,008-0,015
Борная кислота - 0,15-0,38
Гидроокись натрия - 0,05-0,30
Метасиликат натрия - 0,05-0,10
Натрий углекислый безводный - 0,05-0,20
Краситель - 0,002-0,004
Этиленгликоль - остальное.
Отличие заявляемого антифриза заключается в дополнительном включении в состав метасиликата натрия, натрия углекислого безводного, борной кислоты, гидроокиси натрия, а также в выборе количества буры, борной кислоты, натрия углекислого безводного.
Количество буры, равное 0,15-0,38%, количество борной кислоты, равное 0,15-0,38%, количество натрия углекислого безводного, равное 0,05-0,20%, от общей массы получаемого антифриза обеспечивает стабильность смеси, за счет образования буферной смеси.
Применение в данном составе антифриза новых ингибиторов в сочетании с известными ингибиторами обеспечивает свойства, которые проявляются только в указанном техническом решении: низкая токсичность, значительный резерв щелочности, высокая коррозийная стабильность антифриза относительно конструкционных материалов (медь, латунь, припой, сталь, чугун, алюминий).
В качестве красителя используют любой спиртоводорастворимый краситель, например краситель кислотный ярко-голубой "З" (ТУ 6-14-391-76).
Заявляемый антифриз не содержит бензотриазол, который является дорогостоящим и труднодоступным реактивом.
Состав и количество остальных компонентов выбраны из условия соответствия заявляемого антифриза требованиям и нормам ГОСТ 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия».
Антифриз готовят следующим образом: в дистиллированной воде последовательно растворяют буру, борную кислоту, метасиликат натрия, нитрит натрия, гидроокись натрия, натрий углекислый безводный, полиметилсилоксан, краситель и перемешивают в течение часа до полного растворения компонентов, затем смешивают с этиленгликолем. Смесь тщательно размешивается и отстаивается.
Примеры композиций антифризов приведены в таблице 1.
Основные физико-химические свойства предлагаемого антифриза предложенного состава приведены в таблице 2.
Коррозионное воздействие на металлы определяют потерей веса (г/м2·сут) металлических пластин установленного размера в среде антифриза с аэрацией воздухом в течение 336 ч при температуре 88±2°С согласно пункту 4.5 ГОСТ 28084-89. Резерв щелочности определяют потенциометрическим титрованием 20 см3 антифриза с рН-метром по расходу, (см3) 0,1 н. раствора соляной кислоты до рН 5,5 согласно пункту 4.9 ГОСТ 28084-89. Водородный показатель рН определяют потенциометрическим методом по ГОСТ 22567.5-93 с использованием стеклянного и хлорсеребряного электродов согласно пункту 4.8 ГОСТ 28084-89.
Результаты коррозионных испытаний композиций антифризов из примеров 1-6 приведены в таблице 3. Уменьшение количества метасиликата натрия ниже 0,03% от общей массы получаемого антифриза вызывает усиление коррозии припоя меди (пример №5), а увеличение количества нитрита натрия выше 0,08% от общей массы получаемого антифриза вызывает коррозию алюминия и припоя (пример №6). Композиции антифризов из примеров 1-6 обладают достаточно высокими антикоррозионными свойствами. Подобранное соотношение смеси метасиликата натрия и нитрита натрия обуславливает отсутствие коррозии на стали и снижение коррозии на чугуне, а смесь буры и метасиликата натрия обеспечивает улучшение антикоррозийных свойств антифриза по отношению к цветным металлам, в отличие от прототипа. При значении рН ниже 8 антикоррозионные свойства нитрита натрия ослабевают по отношению к цветным металлам (медь, припой).
Результаты стабильности смеси при разбавлении водой антифризов из примеров 1-6 приведены в таблице 4. Составы 1-6, включающие в себя смесь буры и борной кислоты в подобранном количественном соотношении, позволили получить буферную смесь, при этом величина рН держалась стабильно. Буферное действие буры объясняется возникновением в процессе гидролиза кислот и оснований, обеспечивающих устойчивую щелочность. Что касается прототипа, то количество буры, равное 0,44-1,55 от общей массы антифриза, вследствие ее малой растворимости в воде, не обеспечивает стабильности смеси.
Таким образом, применение в составе антифриза согласно изобретению новых компонентов в сочетании с известными и заданное соотношение всех ингредиентов обеспечивает высокую коррозионную защиту жидкости по отношению к конструкционным материалам (меди, латуни, припою, стали, чугуну, алюминию), достаточную стабильность смеси, высокий резерв щелочности, экологическую безопасность. Кроме того, все компоненты заявляемого антифриза отличаются дешевизной и доступностью.
| Таблица 1 Примеры композиций антифризов | ||||||
| Компоненты | Количество, мас.% | |||||
| Пример 1 | Пример 2 | Пример 3 | Пример 4 | Пример 5 | Пример 6 | |
| дистиллированная вода | 35,0 | 45,0 | 50,0 | 60,0 | 45,0 | 45,0 |
| бура | 0,18 | 0,20 | 0,22 | 0,38 | 0,20 | 0,22 |
| борная кислота | 0,25 | 0,20 | 0,22 | 0,38 | 0,25 | 0,20 |
| метасиликат натрия | 0,05 | 0,05 | 0,07 | 0,10 | 0,025 | 0,05 |
| нитрит натрия | 0,03 | 0,03 | 0,06 | 0,06 | 0,05 | 0,08 |
| гидроокись натрия | 0,18 | 0,15 | 0,10 | 0,28 | 0,13 | 0,13 |
| натрий углекислый безводный | 0,05 | 0,20 | 0,15 | 0,10 | 0,05 | 0,20 |
| полиметилсилоксан | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 0,01 |
| краситель | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 | 0,002 |
| этиленгликоль | Остальное | Остальное | Остальное | Остальное | Остальное | Остальное |
| Таблица 2 Основные физико-химические свойства | ||
| Показатели | Норма по ГОСТ 28084-89 | Антифриз заявленного состава |
| Плотность при 20°С, г/см 3 | 1,065-1,100 | 1,073-1,085 |
| Водородный показатель (рН) | 7,50-11,00 | 7,85-9,75 |
| Температура начала кристаллизации, °С | От минус 35 до минус 65 | От минус 35 до минус 65 |
| Резерв щелочности, см3 | Не менее 10 | 10-25 |
| Таблица 3 Результаты коррозионных испытаний антифризов по ГОСТ 28084-89 | ||||||
| Композиции антифризов | Материал | |||||
| медь | латунь | припой | чугун | сталь | алюминий | |
| потеря массы, г/м2·сут | ||||||
| Пример 1 | 0,0350 | 00062 | 0,0377 | +0,0034 | Отс. | 0,0051 |
| Пример 2 | 0,0254 | 0,0034 | 0,0371 | +0,0025 | Отс. | 0,0031 |
| Пример 3 | 0,0342 | 0,0079 | 0,0339 | +0,0028 | Отс. | 0,0059 |
| Пример 4 | 0,0377 | 0,0057 | 0,0342 | +0,0039 | Отс. | 0,0071 |
| Пример 5 | 0,0965 | 0,0057 | 0,1297 | +0,0039 | Отс. | 0,0071 |
| Пример 6 | 0,0377 | 0,0057 | 0,0699 | +0,0039 | Отс. | 0,0811 |
| Требования ГОСТ 28084-89 | Не более 0,1 | Не более 0,1 | Не более 0,2 | Не более 0,1 | Не более 0,1 | Не более 0,1 |
| Прототип | Нет данных на соответствие ГОСТ 28084-89 |
| Таблица 4 Результаты стабильности смеси при разбавлении антифриза водой | ||
| Состав | Водородный показатель (pH) | Щелочность, см3 |
| Пример 1 | 8,67 | 11,52 |
| Пример 2 | 8,90 | 12,00 |
| Пример 3 | 9,02 | 12,32 |
| Пример 4 | 9,00 | 23,60 |
| Пример 5 | 7,85 | 10,12 |
| Пример 6 | 9,75 | 14,2 |
| Прототип | 7,60-8,00 | 10,60-14,60 |
| Требования ГОСТ 28084-89 | 7,5-11,0 | Не менее 10 |
Антифриз, содержащий этиленгликоль, воду, буру, нитрит натрия, полиметилсилоксан, пеногаситель и краситель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит борную кислоту, гидроокись натрия, натрий углекислый безводный и метасиликат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Вода | 30,0-70,0 |
| Бура | 0,15-0,38 |
| Нитрит натрия | 0,03-0,08 |
| Полиметилсилоксан | 0,008-0,015 |
| Борная кислота | 0,15-0,38 |
| Гидроокись натрия | 0,05-0,30 |
| Метасиликат натрия | 0,05-0,10 |
| Натрий углекислый безводный | 0,05-0,20 |
| Краситель | 0,002-0,004 |
| Этиленгликоль | Остальное |
