Концентрат охлаждающей жидкости
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к низкозамерзающим охлаждающим жидкостям, и может быть использовано в качестве теплоносителя в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также в оборудовании бытового и промышленного назначения. Концентрат охлаждающей жидкости содержит, масс.%: 1,75-2,00 себациновой кислоты, 0,75-1,05 бензойной кислоты, 1,25-1,50 янтарной кислоты, 0,02-0,065 бензотриазола и/или толилтриазола и/или гуаназола, 1,85-2,15 гидроксида щелочного металла, 87,75-91,0 этиленгликоля и/или пропиленгликоля и/или глицерина, 0,002-0,004 красителя и воду. Изобретение обеспечивает получение концентрата охлаждающей жидкости, обладающего кроме набора стандартных характеристик высокими антикоррозионными свойствами по отношению к каждому элементу конструкций. 3 табл., 15 пр.
Изобретение относится к области химической технологии, в частности к низкозамерзающим охлаждающим жидкостям, и может быть использовано в качестве теплоносителя в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также в оборудовании бытового и промышленного назначения.
Известны из области техники концентраты антифризов (см. Патенты РФ №2263131, МКИ C09K 5/20, публ. 2005 г., №2290425, МКИ C09K 5/08, публ. 2006 г, ЕР №0739965, МКИ C09K 3/00, публ. 1996 г, ЕР №1170348, МКИ C09K 5/08, публ. 2001 г.), охлаждающей жидкости (см. Патент РФ №2315797, МКИ C09K 5/10, публ. 2005 г, ЕР №1707609, МКИ C09K 5/08, публ. 2006 г) на основе гликолевых растворов моно- и дикарбоновых кислот и содержащие традиционные неорганические ингибирующие присадки. Расход таких присадок в жестких условиях эксплуатации увеличивается на порядок, они теряют свои защитные свойства и выпадают в осадок, что затрудняет работу механизма и наносит вред окружающей среде.
Известна охлаждающая жидкость, содержащая, масс.%: 1,28-3,40 бензойной кислоты, 0,56-1,60 гидроксида натрия, 0,03-0,18 нитрита натрия, 0,05-0,45 метасиликата натрия 9-водного, 0,45-1,35 тетрабората натрия гидрат (бура), 0,05-0,27 бензотриазола или толилтриазола, 0,001-0,004 красителя, 1,5-45,0 воды и остальное этиленгликоль и/или водно-гликолевый раствор производства этиленгликоля (см. Патент РФ №2253663, МКИ C09K 5/00, публ. 2005 г.).
Известная композиция недостаточно эффективна, так как содержит в своем составе неорганические присадки, такие как тетраборат натрия, наличие которого может ухудшать защиту алюминия и его сплавов при эксплуатации в условиях высоких температур, а также метасиликат натрия 9-водный, который в условиях эксплуатации выпадает в осадок, ухудшая теплообмен.
Известен ингибитор коррозии для низкозамерзающей жидкости, содержащий, масс.%: 5,5-6,5 себациновой кислоты, 4,5-5,5 янтарной кислоты, 2,0-3,0 бензойной кислоты, 6,5-7,5 гидроокиси натрия, 30,0-45,0 воды, 1,5-2,0 продукта взаимодействия о-фенилдиамина с нитритом натрия и бензойной кислоты в этиленгликоле, 20,0-30,0 глицерина, остальное этиленгликоль (см. Патент РФ №2299272, МКИ C23F 11/14, публ. 2007 г.). Из состава ингибитора коррозии готовят образцы охлаждающих жидкостей путем разбавления 54-56 об.% водным раствором смеси этиленгликоля и глицерина (этиленгликоль:глицерин = 1:1) в соотношении 1:5-1:6 соответственно.
Данный ингибитор коррозии содержит продукт присоединения о-фенилдиамина с нитритом натрия и бензойной кислоты в этиленгликоле, который обладает канцерогенными свойствами и отрицательно сказывается на здоровье человека и загрязняет окружающую среду.
Известен ингибитор коррозии для низкозамерзающих охлаждающих жидкостей, содержащий, масс.%: 5,5-6,5 себациновой кислоты, 3,0-4,0 адипиновой кислоты, 2,5-3,5 янтарной кислоты, 2,0-3,0 бензойной кислоты, 6,0-7,0 гидроксида натрия, 0,25-0,50 бензотриазола, 35,0-40,0 воды, 0,02-0,04 N-фенил-2-нафтиламина, остальное-этиленгликоль (см. Патент РФ №2393271, МКИ C23F 11/14, публ. 2010 г.). Образцы охлаждающей жидкостей готовят путем разбавления известного ингибитора коррозии водным раствором этиленгликоля (54-56 об.%) в соотношении 1:9.
Известный ингибитор коррозии недостаточно эффективен из-за проявления нестабильности в воде и низкой антикоррозионной активности.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является охлаждающая жидкость, содержащая масс.%: 50,0-97,2 этиленгликоля или смеси этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с моноалкиловыми эфирами (C1-C2) полиоксиалкиленгликолей средней молекулярной массой 90-120, 0,5-8,0 тетрабората натрия десятиводного, 0,02-2,5 бензотриазола и/или его производных, и/или натриевой или калиевой соли 2-меркаптобензтиазола, 0,05-4,5 гидроксида и/или карбоната щелочного металла, 0,1-7,0 борной, или адипиновой, или себациновой, или бензойной, или триазинотриилтрииминополигексановой, или 2-этилгексановой, или сорбиновой, или 2-меркаптобензотиазоилянтарной кислот, или смеси этих кислот и 2,0-49,0 воды, 0,001-0,02 красителя (см. Патент РФ 2213119, МКИ C09K 5/00, публ. 2003 г).
Данная охлаждающая жидкость проявляет низкие антикоррозионные свойства по отношению практически ко всем металлам и сплавам. Введение в состав традиционного пакета ингибирующих присадок - фосфатов, силикатов, боратов, поведение которых в условиях работы современных высоконагруженных двигателей является нестабильным, так как при повышенных температурах происходит истощение ингибиторов или выпадение их в осадок, является неэффективным. Введение в состав трилона Б для достижения устойчивости в жесткой воде ухудшает коррозионные показатели для цветных металлов.
Целью предлагаемого изобретения является разработка концентрата охлаждающей жидкости на основе синергической композиции моно- и дикарбоновых алифатических и ароматических кислот, обладающего кроме набора стандартных характеристик, высокими антикоррозионными свойствами по отношению к каждому конструкционному материалу системы.
Поставленная цель достигается путем создания концентрата охлаждающей жидкости, содержащего себациновую кислоту, бензойную кислоту, бензотриазол и/или его производные, гидроксид щелочного металла, краситель, жидкий спирт и воду, причем он дополнительно содержит янтарную кислоту, в качестве производных бензотриазола - толилтриазол и гуаназол, а в качестве жидкого спирта - этиленгликоль и/или пропиленгликоль и/или глицерин, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| себациновая кислота | - 1,75-2,00 |
| бензойная кислота | - 0,75-1,05 |
| янтарная кислота | - 1,25-1,50 |
бензотриазол и/или толилтриазол и/или
| гуаназол | - 0,02-0,065 |
| гидроксид щелочного металла | - 1,85-2,15 |
этиленгликоль и/или пропиленгликоль и/или
| глицерин | - 87,75-91,00 |
| краситель | - 0,002-0,004 |
| вода | - остальное. |
Для приготовления концентрата охлаждающей жидкости используют себациновую кислоту по ГОСТ 15582-84, бензойную кислоту по ГОСТ 6413-77, янтарную кислоту по ГОСТ 6341-75, бензотриазол по ТУ 6-09-1291-81, гидроксид натрия по ГОСТ 2263-79, этиленгликоль по ГОСТ 19710-83, пропиленгликоль по ТУ 2422-069-05766801-97, глицерин по ГОСТ 6824-96, толилтриазол, гуаназол (Производство Китая). В качестве красителя используют флуоресцеин натрия (уранин) - производство Китая.
Для оптимальной защиты всех конструкционных металлов и сплавов в составе концентрата должны присутствовать как длинноцепочные, короткоцепочные алифатические, так и ароматические составляющие. Введение в состав янтарной кислоты еще более усиливает антикоррозионное воздействие на металлы и сплавы. Заявляемый концентрат охлаждающей жидкости при использовании образует более тонкую защитную пленку на поверхностях материалов систем охлаждения. Расходование ингибиторов происходит только в случае возникновения очагов коррозии, поэтому предлагаемая охлаждающая жидкость выдерживает длительные сроки эксплуатации, в течение которых обеспечивают более высокую эффективность защиты всех материалов системы охлаждения, чем традиционные. Кроме того, тонкие защитные пленки на поверхностях материалов делают более эффективным теплообмен между двигателем и системой охлаждения.
Заявляемый концентрат готовят путем последовательного смешения компонентов в заявляемых количествах.
Приводим примеры приготовления концентрата охлаждающей жидкости.
Пример 1 (заявляемый).
В емкость помещают 1,75 г себациновой кислоты, 0,75 г бензойной кислоты, 1,25 г янтарной кислоты, 0,045 г бензотриазола, 1,85 г гидроксида натрия, 0,003 г красителя, 87,75 г этиленгликоля и 6,602 г воды (см. табл.1, пример 1).
Пример 2-14 готовят аналогичным образом, изменяя виды компонентов и их содержание в концентрате в заявляемых количествах.
Пример 15 (прототип).
В емкость помещают 92,348 г этиленгликоля и постепенно растворяют в нем 1,3 г тетрабората натрия десятиводного, 0,7 г 35%-ного раствора гидроксида натрия, 1,0 г триазинотриилтрииминополигексановой кислоты, 0,7 г себациновой и 0,5 г бензойной кислот, 0,05 г натриевой соли 2 - меркаптобензотриазола и 0,002 г красителя, 0,1 г высокомодульного жидкого стекла с силикатным модулем 2,9 в 3,3 г дистиллированной воды. Смесь перемешивают при температуре 50-60°С в течение 1,5 часов до полного растворения всех компонентов.
В таблице 1 представлены образцы концентрата охлаждающей жидкости.
Для приготовления охлаждающих жидкостей концентрат разбавляют водой при соотношении 1:1.
В таблице 2 приведены физико-химические показатели заявляемого концентрата охлаждающей жидкости: внешний вид, плотность, температура начала перегонки, температура начала кристаллизации, показатель активности водородных ионов, щелочность, устойчивость в жесткой воде. Плотность определяют по ГОСТ 18995.1, разд.1, температуру начала перегонки определяют по ГОСТ 18995,7-73.
Приложение 1
| № | Наименование компонентов | Содержание компонентов в образцах охлаждающей жидкости, масс.% | ||||||||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | Прототип | ||
| 1 | Себациновая кислота | 1,75 | 1,75 | 2,0 | 2,0 | 1,9 | 1,8 | 1,8 | 1,9 | 1,75 | 2,0 | 1,9 | 2,0 | 1,8 | 1,8 | 0,7 |
| 2 | Бензойная кислота | 0,75 | 0,75 | 1,05 | 1,05 | 1,0 | 0,8 | 1,0 | 1,05 | 1,05 | 0,75 | 1,0 | 1,05 | 0,75 | 0,9 | 0,5 |
| 3 | Янтарная кислота | 1,25 | 1,25 | 1,5 | 1,5 | 1,4 | 1,3 | 1,4 | 1,25 | 1,25 | 1,5 | 1,4 | 1,5 | 1,25 | 1,3 | - |
| 4 | Гидроксид натрия | 1,85 | 1,92 | 2,15 | 2,15 | 1,9 | 1,85 | 2,0 | 1,85 | 2,15 | 1,8 | 2,1 | 2,15 | 1,83 | 2,1 | 0,7 |
| 5 | Бензотриазол | 0,045 | 0,065 | 0,04 | 0,05 | 0,06 | 0,025 | - | 0,065 | 0,05 | - | 0,02 | 0,045 | - | 0,04 | - |
| 6 | Толилтриазол | - | - | 0,02 | -- | - | 0,010 | 0,035 | - | - | 0,02 | - | - | 0,05 | 0,04 | - |
| 7 | Гуаназол | - | - | 0,02 | 0,02 | - | - | - | - | - | 0,02 | 0,03 | - | - | - | - |
| 8 | Этиленгликоль | 87,75 | 91,0 | 45,0 | -- | 57,7 | 88,0 | - | - | 90,0 | - | 57,0 | 91,0 | - | - | 92,348 |
| 9 | Пропиленгликоль | - | - | 45,0 | 87,75 | - | - | 91,0 | 45,15 | - | 91,0 | - | - | 89,75 | 48,40 | - |
| 10 | Глицерин | - | - | - | - | 32,8 | - | 42,6 | - | - | 34,0 | - | - | 41,60 | - | |
| 11 | Вода | 6,602 | 3,263 | 3,217 | 5,476 | 3,237 | 6,213 | 2,763 | 6,131 | 3,747 | 2,906 | 2,546 | 2,252 | 4,568 | 3,817 | 3,3 |
| 12 | Краситель | 0,003 | 0,002 | 0,003 | 0,004 | 0,003 | 0,002 | 0,002 | 0,004 | 0,003 | 0,004 | 0,004 | 0,003 | 0,002 | 0,003 | 0,002 |
| 13 | Жидкое стекло | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,1 |
| 14 | Тетраборат натрия десятиводный | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,3 |
| 15 | Триазинотриилтриим инополигексановая кислота | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 1,0 |
| 16 | Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола маркапобензтиазола | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | - | 0,05 |
| Таблица 2 | ||
| Наименование показателя | Норма для ОЖК по ГОСТ 28084-89 | Физико-химические показатели концентрата охлаждающей жидкости |
| 1 | 2 | |
| 1. Внешний вид | Прозрачная однородная окрашенная жидкость без механических примесей | Соответствует |
| 2. Плотность, г/см3 | 1,100-1,150 | 1,125 |
| 3. Температура начала кристаллизации, °С, не выше | Минус 35 при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1 | -41,54 |
| 4. Температура начала перегонки,°С, не ниже | 100 | +182 |
| 5. Водородный показатель (рН) | 7,5-11,0 при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1 | 7,95 |
| 6. Щелочность, см3, не менее | 10 | 16,70 |
| 7. Устойчивость в жесткой воде | Расслоение и выпадение осадка не допускаются | Удовлетворяет |
Определение температуры начала кристаллизации заключается в том, что образец охлаждают и фиксируют температуру, при которой невооруженным глазом можно заметить помутнение как признак начала кристаллизации. Водородный показатель определяют потенциометрическим методом по ГОСТ 22567.5 с использованием стеклянного и хлорсеребряного электродов.
Определение щелочности заключается в определении объема титрованного раствора соляной кислоты концентрации 0,1 моль/дм3, израсходованного на потенциометрическое титрование 10 см3 охлаждающей жидкости до рН=5,5.
Определение устойчивости в жесткой воде заключается в наблюдении за состоянием образца охлаждающей жидкости в жесткой воде и визуальном установлении возможного расслоения или образования осадка в жесткой воде, содержащей: кальция хлористого - 275 мг/дм3, натрия сернокислого - 148 мг/дм3, натрия хлористого - 165 мг/дм3, натрия двууглекислого - 138 мг/дм3.
Как видно из данных таблицы 2, по всем показателям заявляемые образцы соответствуют требованиям ГОСТ 28084-89.
Для проведения испытаний на коррозионное воздействие готовят образцы охлаждающей жидкости путем разбавления концентрата водой в соотношении 1:1.
Оценку эффективности концентрата охлаждающей жидкости проверяют в лабораторных условиях по коррозионному воздействию на металлы: медь, латунь, сталь, чугун, припой и алюминий по ГОСТ 28084-89. Метод заключается в том, что в исследуемую жидкость помещают образцы металлов в установленном наборе и определенных размеров и выдерживают их в ней непрерывно указанное время при заданной температуре, затем по изменению массы образцов определяют коррозионное воздействие испытуемой жидкости. Результаты исследований приведены в таблице 3.
| Таблица 3. | ||||||
| Образцы из таблицы 1 | Материал, потеря массы., мг | |||||
| Медь | Латунь | Сталь | Чугун | Припой | Алюминий | |
| 1 | 0,5 | 0,8 | 1,2 | 0,4 | 2,2 | 0,8 |
| 2 | 1,9 | 1,5 | 0,9 | 0,8 | 2,4 | 0,9 |
| 3 | 0,3 | 0,6 | 1,2 | 0,2 | 1,8 | 0,4 |
| 4 | 0,3 | 0,5 | 1,0 | 0,3 | 1,9 | 0,7 |
| 5 | 0,6 | 0,9 | 0,7 | 0,2 | 2,2 | 0,5 |
| 6 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,6 | 1,3 | 0,5 |
| 7 | 2,4 | 1,6 | 1,3 | 0,4 | 2,4 | 0,7 |
| 8 | 0,1 | 0,4 | 1,1 | 1,1 | 2,2 | 0,5 |
| 9 | 0,2 | 0,8 | 1,2 | 1,3 | 0,9 | 0,9 |
| 10 | 1,8 | 0,6 | 0,9 | 0,6 | 2,1 | 0,5 |
| 11 | 0,8 | 0,8 | 0,7 | 0,5 | 0,9 | 0,3 |
| 12 | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 0,5 | 2,0 | 0,5 |
| 13 | 0,5 | 0,6 | 0,4 | 1,0 | 0,9 | 0,7 |
| 14 | 0,2 | 0,2 | 0,6 | 0,4 | 2,3 | 0,8 |
| Прототип | 1,9 | 1,7 | 1,1 | 0,6 | 2,4 | 0,7 |
| Норма по ГОСТ 28084-89, мг, не более | 3,6575 | 3,6575 | 3,6575 | 3,815 | 7,315 | 3,815 |
Как видно из данных таблицы 3, заявляемые образцы наиболее полно защищают конструкционные металлы и сплавы от коррозии.
Таким образом, использование в концентрате охлаждающей жидкости синергической композиции моно- и дикарбоновых алифатических и ароматических кислот в сочетании с известными при найденном соотношении компонентов позволяет получить охлаждающие жидкости, обеспечивающие высокую и долговременную коррозионную защиту конструкционных материалов - меди, латуни, стали, чугуна, припоя, алюминия.
Концентрат охлаждающей жидкости, содержащий себациновую кислоту, бензойную кислоту, бензотриазол и/или его производные, гидроксид щелочного металла, краситель, жидкий спирт и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит янтарную кислоту, в качестве производных бензотриазола - толилтриазол и гуаназол, а в качестве жидкого спирта - этиленгликоль и/или пропиленгликоль и/или глицерин, при следующем соотношении компонентов, масс.%:
| себациновая кислота | 1,75-2,00 |
| бензойная кислота | 0,75-1,05 |
| янтарная кислота | 1,25-1,50 |
| бензотриазол и/или толилтриазол и/или | |
| гуаназол | 0,02-0,065 |
| гидроксид щелочного металла | 1,85-2,15 |
| этиленгликоль и/или пропиленгликоль и/или | |
| глицерин | 87,75-91,00 |
| краситель | 0,002-0,004 |
| вода | остальное |
