Концентрат для охлаждающей жидкости и его использование в качестве средства для снижения температуры начала кристаллизации охлаждающей жидкости
Владельцы патента RU 2457235:
Закрытое акционерное общество Промышленная группа "Спектр-Авто" (RU)
Изобретение относится к химической технологии, в частности к концентрату для снижения температуры кристаллизации охлаждающих жидкостей. Концентрат содержит, мас.%: одноатомный спирт ряда C1-C3 - 52,5-80,0, двухатомный спирт ряда гликолей в качестве водорастворимого депрессанта - 8,0-20,0, глицерин - 8,0-27,0 и пакет ингибирующих присадок - не более 5,0. Указанный концентрат обеспечивает эффективное снижение температуры охлаждающих жидкостей при использовании в соотношении к охлаждающей жидкости, равном 1:6-16. Технический результат: улучшение температурных характеристик при сохранении всех других параметров охлаждающих жидкостей за счет снижения температуры кристаллизации. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к составам для снижения температуры кристаллизации охлаждающих жидкостей, и предназначено для добавления в охлаждающие жидкости (ОЖ) при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.
Известно, что главными эксплуатационными свойствами охлаждающих жидкостей (равнозначный термин антифриз) являются:
- высокая теплопроводность;
- низкая температура застывания;
- высокая температура кипения;
- оптимальная химическая стабильность;
- отсутствие коррозионного воздействия на конструкционные материалы радиатора и двигателя;
- защита деталей системы охлаждения от кавитационного разрушения;
- инертность к резинотехническим изделиям;
- отсутствие пенообразования при повышенных температурах.
Для улучшения указанных эксплуатационных свойств ОЖ известно достаточно много средств. Это различного рода составы ОЖ, концентраты, ингибиторы: RU 2046815 C1, C09K 5/00, 1995; RU 2050397 C1, C09K 5/00, 1995; RU 2095388 C1, C09K 5/00, 1997; RU 2170752 С2, C09K 5/20, C23F 11/12, 2001; RU 2196797 C1, C09K 5/00, 2001; RU 2241784 C1, C23F 11/08, 2004; RU 2302479 C1, C09K 5/20, C23F 11/10, 2007; RU 2362792 C1, C09K 5/00, C23F 11/12, 2009; RU 2393271 C1, C23F 11/14, 2010; RU 2263131 С, C09K 5/20, 2005; RU 2315797 С2, C09K 5/10, 2008 и т.д.
Составы ОЖ, концентраты и антифризы характеризуются наличием депрессанта - основа, это спирты (полиолы) или смесь спиртов и пакета ингибирующих присадок. Из спиртов используют, как правило, двухатомные спирты: моноэтиленгликоль, пропиленгликоль. Пакет присадок более разнообразен. При этом концентраты разбавляют водой до получения ОЖ требуемого состава с необходимыми эксплуатационными характеристиками.
Заявителем не выявлена информация, которая касалась бы концентратов, добавляемых в эксплуатационные ОЖ для улучшения температурных характеристик, например, при изменении температуры окружающей среды, при смене климатических зон.
Проблема улучшения температурных характеристик существует как при эксплуатации двигателей внутреннего сгорания, так и при эксплуатации теплоносителя в теплообменных аппаратах. Поэтому решение существующей проблемы является актуальной задачей.
Известен ингибитор коррозии для низкозамерзающих охлаждающих жидкостей, который содержит, мас.%: 3-4 себациновой кислоты, 8-9 адипиновой кислоты, 6,5-7,5 гидроокиси натрия, 3,5-4,0 бензойной кислоты, 30-40 воды, 0,25-0,50 бензотриазола, 1-2 бикарбоната натрия, остальное - этиленгликоль (RU 2302479 C1, C23F 11/10, C09K 5/20, 10.07.2007). Из состава ингибитора коррозии готовят образцы охлаждающих жидкостей путем разбавления его водным раствором этиленгликоля (54-56 об.%) в соотношении 1:9.
Известен ингибитор коррозии для низкозамерзающих охлаждающих жидкостей, который содержит, мас.%: 5,5-6,5 себациновой кислоты, 3,0-4,0 адипиновой кислоты, 6,0-7,0 гидроксида натрия, 2,0-3,0 бензойной кислоты, 35-40 воды, 0,25-0,50 бензотриазола, 2,5-3,5 янтарной кислоты, 0,02-0,04 N-фенил-2-нафтиламина, остальное - этиленгликоль (RU 2393271 С1, C23F 11/14, 27.06.2010). Из состава ингибитора коррозии готовят образцы охлаждающих жидкостей путем разбавления его водным раствором этиленгликоля (54-56 об.%) в соотношении 1:9.
Использование приготовленных ОЖ на основе известных концентратов позволяет повысить коррозионную стойкость всех конструкционных материалов системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания и предотвратить опасность питтинговой коррозии на поверхности стали и чугуна, однако в патентах отсутствуют сведения о возможности снижения температуры начала кристаллизации ОЖ.
Известна композиция концентрата охлаждающей жидкости топливного элемента, содержащая водорастворимый депрессант точки замерзания на основе жидкого спирта и карбоновой кислоты C5-C18 или смеси карбоновых кислот C5-C18 или их солей в количестве от 0,1 до 10 мас.% (RU 2315797 C2, C09K 5/10, H01M 8/04, 27.01.2008).
Как пример, в качестве карбоновой кислоты используют себациновую кислоту; в качестве депрессанта используют моноэтиленгликоль, диэтиленгликоль, пропиленгликоль, дипропиленгликоль, метиловый, этиловый, пропиловый и бутиловый простые эфиры этиленгликоля, диэтиленгликоля, пропиленгликоля и дипропиленгликоля, преимущественно моноэтиленгликоль; гидроксид натрия от 0,1 до 5,0 мас.% из расчета на общую массу композиции концентрата. В композицию добавляют также пакет ингибирующих присадок, например триазол и/или тиазол, или другие ингибиторы коррозии, известные в данной области до концентрации 1,0 мас.% из расчета на общую массу композиции концентрата.
Далее для получения ОЖ известную композицию разбавляют водой, добавляя 10-90 об.%, предпочтительно 30-70% воды.
Таким образом, известный концентрат разбавляют водой и далее используют как ОЖ.
В патенте нет сведений об использовании композиции концентрата для улучшения температурных характеристик путем добавления концентрата в эксплуатируемые ОЖ.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение температурных характеристик эксплуатируемых охлаждающих жидкостей за счет снижения температуры кристаллизации, при сохранении высоких значений других параметров ОЖ.
Технический результат достигается тем, что концентрат для улучшения температурных характеристик охлаждающей жидкости содержит одноатомный спирт из ряда C1-C3, двухатомный спирт из ряда гликолей в качестве водорастворимого депрессанта, глицерин в качестве трехатомного спирта и пакет ингибирующих присадок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| Одноатомный спирт | 52,5-80,0 |
| Двухатомный спирт | 8,0-20,0 |
| Трехатомный спирт | 8,0-27,0 |
| Пакет ингибирующих присадок | не более 5,0, |
при этом смесь спиртов берут в соотношении одноатомный, двухатомный, трехатомный равным 3,0÷10,0:1,0:1,0÷1,5 соответственно; в качестве одноатомного спирта используют, по крайней мере, один, выбранный из ряда: метиловый, этиловый, изопропиловый в любом соотношении; в качестве двухатомного спирта используют, по крайней мере, один, выбранный из ряда: этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль в любом соотношении; пакет ингибирующих присадок в виде водной композиции содержит: октановую кислоту, толилтриазол, нонановую кислоту, буру, себациновую кислоту, гидроксид натрия и воду при сбалансированном соотношении указанных компонентов, с плотностью композиции при 20°C в пределах 1,30-1,40 г/см3 и водородном показателе (pH) в пределах 9,0-11,0.
Использование концентрата в качестве средства для снижения температуры начала кристаллизации охлаждающей жидкости, при этом эффективность снижения температуры при его использовании достигает до 20°C при соотношении средства к охлаждающей жидкости, равным 1:6÷16. Применение в данном составе концентрата новых компонентов в сочетании с известными и найденное оптимальное их соотношение привело к неожиданному результату, а именно новому использованию концентрата в качестве средства для снижения температуры начала кристаллизации эксплуатационных охлаждающих жидкостей, что улучшает температурные характеристики ОЖ.
Средство сохраняет текучесть при температуре ниже минус 75°C; имеет кинематическую вязкость при минус 40°C при использовании спирта алифатического ряда C1 6,0 мм2/с, 54 мм2/с для C2 и 101,1 мм2/с для C3. Для приготовления концентрата используют компоненты, выпускаемые как отечественными, так и зарубежными производителями. Например, себациновая кислота согласно ГОСТ 15582-84, гидроксид натрия по ГОСТ 2263-79, бензотриазол по ТУ 6-09-805-63, этиленгликоль - ГОСТ 19710-83, октановая кислота - импорт, нонановая кислота - импорт, бура - импорт.
Содержание компонентов в пакете ингибирующих присадок в пересчете на их содержание в средстве составляет в общей сумме не более 5,0 мас.%, при этом октановая кислота - 0,16-0,3; толилтриазол - 0,07-0,14; нонановая кислота - 0,05-0,11; бура - 0,6-0,9; себациновая кислота - 0,09-1,0; гидроксид натрия - 0,18-0,35 и вода 1,85-2,2.
Приготовление концентрата осуществляют последовательным смешением компонентов при температуре не выше 40-45°C.
Температуру начала кристаллизации концентрата и ОЖ определяют по методике ГОСТ 28084.
Сущность изобретения подкрепляется примером.
Пример 1.
В емкость с мешалкой помещают 97 мас.% смеси жидких спиртов в соотношении одноатомный - метиловый: двухатомный - (моно)этиленгликоль : трехатомный - глицерин в соотношении 3:1:1,5, при этом одноатомный спирт составляет 52,5%, двухатомный 17,5%, глицерин 27%, добавляют пакет ингибирующих присадок, 3 мас.%, который включает следующие компоненты: октановую кислоту - 0,16; толилтриазол - 0,07; нонановую кислоту - 0,05; буру - 0,60; себациновую кислоту - 0,09; гидроксид натрия - 0,18 и воду - 1,85. Количество компонентов присадок соответствует их содержанию в средстве. Плотность пакета присадок 1,35 г/см3 и водородный показатель pH 10,5.
Смесь перемешивают при температуре 40°C в течение 4 ч до полного растворения компонентов. Полученный концентрат, он же средство, добавляют к исследуемой ОЖ с температурой начала кристаллизации минус 30°C в соотношении 1:6, 1:8 и 1:16 ОЖ, после добавления средства температура понизилась на 5-20°C.
В таблице 1 показано влияние соотношения средство для снижения температуры кристаллизации (ССТК): исследуемая ОЖ на физико-химические показатели, которые практически не меняются. В таблице 2 показано влияние исходной температуры начала кристаллизации исследуемой ОЖ на эффективность ССТК при соотношении ССТК:ОЖ=1:8.
Пример 2.
В емкость с мешалкой помещают 96 мас.% смеси жидких спиртов в соотношении одноатомный - изопропиловый: двухатомный - диэтиленгликоль: трехатомный - глицерин в соотношении 10,0:1,0:1,0, при этом одноатомный спирт составляет 80%, двухатомный 8%, глицерин 8%, добавляют пакет ингибирующих присадок, 4 мас.%: октановая кислота - 0,20; толилтриазол - 0,08; нонановая кислота - 0,07; бура - 0,80; себациновая кислота - 0,10; гидроксид натрия - 0,25 и вода 2,50. Количество компонентов присадок соответствует их содержанию в средстве. Плотность пакета присадок 1,30 г/см3 и водородный показатель pH 11,0.
Смесь перемешивают при температуре 45°C в течение 4 ч до полного растворения компонентов. Полученное средство добавляют к исследуемой ОЖ с температурой начала кристаллизации минус 30°C в соотношении 1:6, температура начала кристаллизации при этом снижается на 17 градусов, т.е. становится равной минус 47°C.
Пример 3.
В емкость с мешалкой помещают 95 мас.% смеси жидких спиртов в соотношении одноатомный - этиловый: двухатомный - пропиленгликоль: трехатомный - глицерин, равном 3,0:1,0:1,0, при этом одноатомный спирт составляет 57%, двухатомный 19%, глицерин 19%, добавляют пакет ингибирующих присадок, 5 мас.%: октановая кислота - 0,30; толилтриазол - 0,14; нонановая кислота - 0,11; бура - 0,90; себациновая кислота - 1,0; гидроксид натрия - 0,35 и вода 2,20.
Полученное средство добавляют к исследуемой ОЖ с температурой начала кристаллизации минус 20°C в соотношении 1:16 и 1:8, температура начала кристаллизации при этом снижается на 7 и 17 градусов соответственно, т.е. становится равной минус 27°C и минус 37°C.
Подобные результаты получены также при использовании средства с другими соотношениями компонентов согласно заявленной совокупности признаков в формуле, при этом pH и щелочность ОЖ остаются практически неизменными.
На уровне аналогов и прототипа сохраняются все другие эксплуатационные характеристики средства, такие как ингибирующая способность, химическая стабильность, инертность к резинотехническим изделиям, способность предотвращать минеральные отложения в закрытых водных системах, предотвращать окисление всех спиртов, входящих в состав средства и ОЖ и т.д.
Таким образом, предлагаемое средство позволяет снизить температуру начала кристаллизации эксплуатационных ОЖ на 5-20 градусов, что расширяет возможности использования ОЖ, повысить ресурс ДВС и отопительных систем.
| Таблица 1 | |||||
| № | Показатель | Исходная исследуемая ОЖ | ОЖ после добавления ССТК в соотношении ССТК:ОЖ | ||
| 1:6 | 1:8 | 1:16 | |||
| 1 | Температура начала кристаллизации, °C | Минус 30 | Минус 50 (для C1)* Минус 45 (для С3)** | Минус 42 (для C1) Минус 40 (для С3) | Минус 36 (для C1) Минус 35 (для С3) |
| 2 | Показатель pH, ед. pH | 7,7 | 7,8 | 7,7 | 7,7 |
| 3 | Щелочность, см3 | 12,1 | 12,3 | 12,2 | 12,1 |
| *) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда С1. | |||||
| **) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда C3. |
| Таблица 2 | ||||
| № | Показатель | Исходная температура начала кристаллизации ОЖ | ||
| Минус 30 | Минус 35 | Минус 40 | ||
| 1 | Температура начала кристаллизации после добавления ССТК, °С | Минус 42 (для C1)* | Минус 49 (для C1) | Минус 60 (для C1) |
| Минус 40 (для C3)** | Минус 47 (для C3) | Минус 54 (для C3) | ||
| 2 | Снижение температуры начала кристаллизации, Δ (Δ=Ткр-Ткр, исх), °С | 12 (для C1) | 14 (для C1) | 18 (для C1) |
| 10 (для C3) | 12 (для C3) | 14 (для C3) | ||
| 3*** | Водородный показатель (pH) при 20°C | 7,7/7,7 | 7,8/7,8 | 8,5/8,5 |
| 4*** | Щелочность, см3 | 12,1/12,2 | 12,7/12,8 | 15,2/14,9 |
| *) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда C1. | ||||
| **) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда C3. | ||||
| ***) - через дробь приведены данные для исходной ОЖ и ОЖ после добавления ССТК. |
1. Концентрат для улучшения температурных характеристик охлаждающей жидкости, содержащий одноатомный спирт из ряда C1-C3, двухатомный спирт из ряда гликолей в качестве водорастворимого депрессанта, глицерин в качестве трехатомного спирта и пакет ингибирующих присадок при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| одноатомный спирт | 52,5-80,0 |
| двухатомный спирт | 8,0-20,0 |
| трехатомный спирт | 8,0-27,0 |
| пакет ингибирующих присадок | не более 5,0 |
2. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что он содержит смесь спиртов в соотношении: одноатомные, двухатомные, трехатомный, равном 3,0-10,0:1,0:1,0-1,5 соответственно.
3. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве одноатомного спирта используют, по крайней мере, один, выбранный из ряда: метиловый, этиловый, изопропиловый в любом соотношении.
4. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что в качестве двухатомного спирта используют, по крайней мере, один, выбранный из ряда: этиленгликоль, пропиленгликоль, диэтиленгликоль в любом соотношении.
5. Концентрат по п.1, отличающийся тем, что пакет ингибирующих присадок в виде водной композиции содержит: октановую кислоту, толилтриазол, нонановую кислоту, буру, себациновую кислоту, гидроксид натрия при сбалансированном соотношении указанных компонентов с плотностью композиции при 20°C в пределах 1,30-1,40 г/см3 и водородном показателе (pH) в пределах 9,0-11,0.
6. Использование концентрата по любому из пп.1-5 в качестве средства для снижения температуры начала кристаллизации охлаждающей жидкости.
7. Использование концентрата по п.6, отличающееся тем, что эффективность снижения температуры при использовании средства достигает до 20°C при соотношении средства к охлаждающей жидкости, равном 1:6-16.
