ANTICORROSIVE AND ANTI-CAVITATION COOLING FLUID

Abstract: 1. A corrosion-inhibiting and cavitation-inhibiting cooling liquid, consisting essentially of A) at least one polyhydric alcohol selected from the group comprising glycerol, alkylene glycols having from 2 to 6 carbon atoms and oxyalkylene glycols of oxyethylene and/or oxypropylene, having a total of 4 to 12 carbon atoms, as the main constituent, B) an effective amount of at least one corrosion inhibitor selected from the group comprising alkali metal borates, alkali metal benzoates, alkali metal nitrites, alkali metal nitrates, alkali metal silicates, alkali metal phosphates, benzotriazoles, and alkanolamines and salts thereof, and C) 0.01 to 3. percent by weight, relative to the weight of the liquid, of at least one compound of the formula I see diagramm : EP0048430,P6,F2 in which R is an alkyl, alkenyl, alkanoyl, or alkenoyl radical having 4 to 25 carbon atoms, R1 is hydrogen or an alkyl radical having 1 to 4 carbon atoms, M is hydrogen or an alkali metal and x is an integer from 1 to 5.

Description: Korrosions- und kavitationshemmende Xühlflüssigkeit Die Erfindung betrifft eine korrosions- und kavitationshemmende Xühlflüssigkeit, insbesondere für Verbrennungsmotoren. Zum Kühlen von technischen Einrichtungen wie Wärmekraftmaschinen, Pumpen und dergleichen werden im allgemeinen Wasser, und im Falle von Frostgefahr mehrwertige Alkohole wie Ethylenglykol, Propylenglykol und Glycerin oder Mischungen von Wasser und mehzwertigen Alkoholen eingesetzt. Zur Erreichung einer optimalen Funktion werden verschiedene Hilfsmittel in wirksamer Menge, vorzugsweise korrosions- und kavitationshenmende Verbindungen, gegebenenfalls auch pH-Wert-StabilisaLoren und Antischaummittel, zugesetzt. Die xühlflüssigkeiten sollen nämlich einerseits eine gute Kühlwirkung liefern und andererseits keine Schädigung an dem in der Regel aus metallischen Werkstoffen bestehenden Kühlsystem herorrufen, insbesondere keine Schädigung durch Korrosion und Kavitation. Während die Schädigung des Werkstcffes durch Korrcsion auf einem rein chemischen Angriff des Werkstoffes beruht, spielen bei der Kavitation auch physikalische Erscheinungen eine wesentliche Rolle. Die avitations= schadigung zeigt sich im allgemeinen in Form von Aushöhlung oder Hohiraunbildung, wobei die Oberfläche des Werkstoffes aufgerauht und schwamartig zerstört wird. In der deutschen Offenlegungsschrift 14 92 524 wird ein korrosionshemmendes und lsunststofse, vorzugsweise Elastomere, nicht angreifendes Frostschutzmittel auf der Basis von Glykolen und/oder Glycerin beschrieben. Die inhibitorische Wirkung wird durch einen Zusatz von Alkalitetraborat, Merkaptanen, sulfurierten Ethern und/ oder Alkalisilikaten erreicht. Um die Scnaumbildung während des Umlaufes der Kühlflüssigkeit im Kühlkreislauf zu vermeiden, werden geringe Mengen an aliphatischen höheren Alkoholen und Celluloseethern zugesetzt. Der pH-Wert des Frostschutzmittels wird mit Hilfe einer entsprechenden Menge an Alkalihydroxid oder Alkalicarbonat reguliert. Diese bekannte Kühlflüssigkeit ist wohl antikorrosiv ausgerüstet, sie weist jedoch eine relativ geringe kavi tationshemmende Wirkung auf. Aus den deutschen Patentschriften 12 39 137, 12 39 138 und 12 63 398 sind Xühlflüssigkeiten für Verbrennungsmotoren bekannt, die im wesentlichen aus a) Wasser und/ oder Alkylenglykolen (Frostschutzmittel) als Hauptbestandteil, b) einer wirksamen Menge von üblichen Antikorrosionsmitteln und c) einer wirksamen Menge von kavitationshemmenden Verbindungen bestehen. Als kavitationshemmende Verbindungen werden höhere Alko nole, vorzugsweise einwertige und zweiwertige Alkohole mit 6 bis 20 Kohlenstoffatomen, Polyvinylpyrrolidon mit einem mittleren Molekulargewicht von 300 000 bis 1 000 000 und Umsetzungsprodukte von aktive Wasserstoffatome tragenden organischen Verbindungen mit einem Alkylenoxid, vorzugsweise Oxalkylenglykole eingesetzt. Diese Kühlflüssigkeiten weisen eine zufriedenstellende Korrosionsinhibierung auf. Die verwendeten Korrosionsinhibitoren sind mit der Hauptkomponente verträglich und sie geben auch einen relativ guten Korrosionsschutz. Dagegen lässt aber das Verhalten und die Wirkung der kavitationshemmenden Verbindungen zu wünschen übrig. Kavitationshemmende Substanzen sollen vor allem einen sehr guten Schutz gegen Kavitation liefern, und zwar unabhängig von der Art des metallischen Werkstoffes. In neuerer Zeit werden insbesondere die Automobilmotoren zunehmend aus Leichtmetallen, vorzugsweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen, hergestellt. Leicbtmetalle sind aber weit mehr kavitationsgefährdet als Schwermetalle, beispielsweise Grauguss. Kavitationshemmende Substanzen müssen daher insbesondere auch gegenüber Leichtmetallen wirksam sein. Darüberhinaus sollten sie auch noch eine Reihe weiterer Forderungen erfüllen. Darunter sind insbesondere zu nennen: genügende Löslichkeit in Wasser und in ein- und mehrwertigen Alkohole, vorzugsweise Glycerin, Alkylenglykolen und Oxalkylenglykolen; Verträglichkeit mit den verwendeten Korrosionsinhibitoren; keine oder keine nennenswerte Entmischungsneigung sowohl bei tiefen als auch bei höheren Temperaturen; keine oder keine nennenswerte Neigung zur Schaumbildung; und Inertheit gegenüber Kunststoffen, vorzugsweise gegenüber Elastomeren. Aufgabe der Erfindung ist es also, kavitationshemmende Substanzen mit den obengenannten Eigenschaften für Kühlflüssigkeiten auf der Basis von Wasser und/oder mehrwertigen Alkoholen zur Verfügung zu stellen und eine Kühlflüssigkeit, insbesondere für Verbrennungsmotoren zu schaffen, die den heutigen Forderungen gerecht wird. Die neue Kühlflüssigkeit soll nicht nur einen hervorragenden Korrosions- und Kavitationsschutz auch gegenüber Leichtmetallen, vorzugsweise Aluminium und Aluminiumlegierungen aufweisen, sondern insbesondere auch stabil sein, das heisst eine homogene Flüssigkeit darstellen, sowohl bei tiefen als auch bei hohen Temperaturen, nicht nennenswert schäumen und leicht zu handhaben sein. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine korrosionshemmende und kavitatiorishemmende Kühlflüssigkeit bestehend im wesentlichen aus A) mindestens einem mehrwertigen Alkohol aus der Gruppe von Glycerin, Alkylenglykolen mit 2 bis 6 C-Atomen und Oxalkylenglykolen des Oxethylens und/oder Opro pylens mit insgesamt 4 bis 12 C-Atomen als Hauptbe standteil, B) einerwirksamenMenge von mindestens einem Korrosions inhibitor und C) 0,01 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit, von mindestens einer Verbindung der Formel I EMI4.1 worin bedeuten: R einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkanoyl- oder Alkenoyl rest mit 4 bis 25 C-Atomen, R1 Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen, M Wasserstoff oder ein Alkalimetall, und x eine ganze Zahl von 1 bis 5. R bedeutet vorzugsweise einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkanoyloder Alkenoylrest mit 8 bis 18 C-Atomen, insbesondere mit 12 bis 18 C-Atomen. R1 bedeutet vorzugsweise Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen, insbesondere Wasserstoff oder den Methylrest. M bedeutet vorzugsweise Wasserstoff, Natrium oder Kalium. x bedeutet vorzugsweise eine ganze Zahl von 1 bis 3, insbesondere 1. Die Reste R und R1 können geradkettig oder verzweigt sein, sie sind vorzugsweise geradkettig. Von den Alkenyl- und Alkenoylresten sind diejenigen mit 1 bis 2 Doppelbindungen in der Kohlensaasserstoff-Xette bevorzugt. Vorteilhafte Vertreter von R sind beispielsweise: Decyl, Undecyl, Dodecyl, Tridecyl, Tetradecyl, Pentadecyl, Hexadecyl, Heptadecyl, Stearyl, Oleyl, Cocosalkyl, Talgalkyl und Palmkernalkyl, und die entsprechenden Acylreste (Decanoyl, Undecanoyl, Dodecanoyl usw.). Cocosalkyl entspricht der folgenden typischen Kettenverteilung in Gewichtsprozent: Gesättigt: C6 0,5 %, Cs 8 %, 010 7 %, C1 2 48 %, C14 17 %, C16 9 % und C18 2%; ungesättigt: C16 (mit einer Doppelbindung) 0,2 %, C18 (mit einer Doppelbindung) 7 g und Cis (mit 2 Doppelbindungen) 1,3 %. Talgalkyl entspricht der folgenden typischen Kettenverteilung in Gewichtsprozent: Gesättigt: C12 0,5 %, C14 3 %, C15 1 %, C16 25 %, 017 2 %, Cia 19 e und 020 1 %; ungesättigt: C1 4 (mit einer Doppelbindung) 0,5 %, C16 (mit einer Doppelbindung) 3 %, Cta (mit einer Doppelbindung) 40 %, Cis (mit zwei Doppelbindungen) 4 % und 018 ( mit drei Doppelbindungen) 1 %. Palmkernalkyl entspricht der folgenden typischen Retten- verteilung in Gewichtsprozent: Gesättigt: C6 0,5 %, C8 4 %, Cio 5 %, C12 50 l, C1 4 15 %, C16 7 % und Cia 2 t; ungesättigt: C16 (mit einer Doppelbindung) 0,5 %, 018 (mit einer Doppelbindung) 15 % und C18 (mit zwei Doppelbindungen) 1 %. Die Komponente A der erfindungsgemässen Kühlflüssigkeit ist vorzugsweise Glycerin, ein Alkylenglykol mit 2 bis 4 C-Atomen und/oder ein Oxalkylenglykol aus der Gruppe von Diethylenglykol, Triethylenglykol, Dipropylenglykol und Tripropylenglykol. Besonders bevorzugt als Komponente A ist Monoethylenglykol, Diethylenglykol, Monopropylenglykol und/oder Dipropylenglykol. Die Komponente A bildet den Hauptbestandteil der neuen Kühlflüssigkeit. Die Menge beträgt im allgemeinen 87 bis 98 Gew.-t, vorzugsweise 92 bis 97 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit (Gesamtgewicht). Die Kolnponente B sind Korrosionsinhibitoren, die in Flüssigkeiten auf der Basis von Alkylenglykolen üblicherweise eingesetzt werden. Bevorzugte Verbindungen sind solche aus der Gruppe der Alkaliborate, Alkalibenzoate, Alkalinitrite, Alkalinitrate, Alkalisilicate, Alkaliphosphate, Benztriazole und Alkanolamine und deren Salze. Da diese Verbindungen im allgemeinen auch.pH-Wert-stabilisierend wirken, sind eigene Puffersubstanzen nicht mehr erforderlich. In der Regel wird eine Mischung aus den genannten Korrosionsinhibitoren verwendet. Ein bevorzugter Korrosionsinhibitor besteht im wesentlichen aus Alkalitetraborat in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, Alkalibenzoat in einer Menge von 0,5 bis 5 Gew.-%, Alkalinitrit in einer Menge von 0,1 bis 0,6 Gew.-t, Alkalinitrat in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Gew.-%, Alkalisilicat in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Gew.-% und Benztriazol in einer Menge von 0,01 bis 0,5 Gew.-%, Gewichtsprozent,jeweils bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit. Die Menge an Korrosionsinhibitor in der erfindungsge mäusen Kühlflüssigkeit beträgt im allgemeinen 2 bis 10 Gew.-t, vorzugsweise 3 bis 7 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit. Die Menge an der Komponente C in der erfindungsgemässen Kühlflüssigkeit beträgt vorzugsweise 0,05 bis 1 Gew.-t, insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit. Die erfindungsgemässe Kühlflüssigkeit kann zusätzlich zu den Komponenten A, B, und C auch noch zweckmässige Additive, beispielsweise Antischaummittel, in wirksamen Mengen enthalten. Als Antischaummittel kommen beispielsweise höhere aliphatische Alkohole, vorzugsweise einwertige Alkohole mit 8 bis 20 0-Atomen, beispielsweise iso-Octylalkohol, iso-Decylalkohol und iso-Tridecylalkohol, in Betracht. Die wirksame Menge liegt bei 0,01 bis 1 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit. Um die Löslichkeit der Komponenten und der Additive zu erleichtern, können geringe Mengen Wasser zugesetzt werden. Die Menge an Wasser beträgt im allgemeinen 0,1 bis 1 Gew.-t, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit. Die Herstellung der erfindungsgemässen Kühlflüssigkeit erfolgt einfach durch Zusammenmischen der einzelnen Komponenten. Dies kann beispielsweise in einem mit Rührer ausgestatteten Behälter vorgenommen werden. Die erfindungsgemässe Kühlflüssigkeit zeichnet sich durch eine überraschend hohe kavitationshemmende und korrosionshemmende Wirkung aus. Da die einzelnen Komponenten der Flüssigkeit miteinander verträglich sind, ist sie stabil auch bei relativ hohen und tiefen Temperaturen. Sie zeigt, insbesondere bei Verwendung bekannter Antischaummittel, geringe Schaumbildung. Das erfindungsgemässe Kühlmittel ist vielseitig einsetz bar. Es wird vorzugsweise im Kühlkreislauf von Wärme kraftmaschinen und Pumpen, insbesondere von Verbrennungs motoren, eingesetzt. Dabei wird es zweckmässigerweise mit Wasser verdünnt, so dass es in einer Konzentration von 20 bis 45 Volumenprozent vorliegt. Die Erfindung wird nun durch die folgenden Beispiele noch näher erläutert. Beispiel 1 Es wurde eine erfindungsgemässe Kühlflüssigkeit hergestellt durch Mischen der folgenden Komponenten: 94,93 Gew.-t Monoethylenglykol 1,5 Gew.-% Natriumtetraborat (mit 10 H2O) 3,0 Gew.-% Natriumbenzoat 0,02 Gew.-% Natriumsilicat 0,4 Gew.-% Natriumnitrit 0,05 Gew.-t Benztriazol 0,1 Gew.-% EMI8.1 (N-Oleoylsarkosin) Beispiel 2 Es wurde eine erfindungsgemässe Kühlflüssigkeit hergestellt durch Mischen der folgenden Komponenten: 93,2 Gew.-% Monopropylenglykol-(1 r2) 3,0 Ge.-8 Natriumtetraborat (mit 10 H2O) 2,0 Gew -% Natriumbenzoat 0,5 Gew.-2 Natriumnitrit 0,3 Gew.-% Natriumnitrat 1,0 Gew.-% EMI8.2 (Kalwumsalz des N-Oleoylsarkosins) Beispiel 3 Es wurde eine erfindungsgemässe Kühlflüssigkeit hergestellt durch Mischen der folgenden Komponenten: 98,44 Gew.-% Diethylenglykol 1,0 Gew.-t Natriumtetraborat (mit 10 H2O) 0,06 Gew.-% Benztriazol 0,5 Gew.-% EMI8.3 (Natriumsalz des N-Dodecanoylsarkosins oder Lauroylsarkosins) Beispiele 4 bis 6 Die Beispiele 4 bis 6 zeigen weitere erfindungsgemäBe Kühlflüssigkeiten; die einzelnen Komponenten und ihre Anteile in Gewichtsprozent sind nachstehend zusammengefasst: 1 Beispiele EMI9.1 <tb> Xomponenten <SEP> 4 <SEP> 5 <SEP> 6 <tb> Monoethylenglykol <SEP> 93,92 <SEP> - <tb> Monopropylenglykol <SEP> -- <SEP> 94,7 <SEP> - <tb> Diethylenglykol <SEP> -- <SEP> -- <SEP> 96,0 <tb> Korrosionsinhibitor <SEP> 6,0 <SEP> 5,0 <SEP> 3,0 <tb> Komponente <SEP> C <SEP> 0,08 <SEP> 0,3 <SEP> 1,0 <tb> <SEP> von <SEP> der <SEP> von <SEP> der <SEP> von <SEP> der <tb> <SEP> Verb. <SEP> 4 <SEP> Verb <SEP> 5 <SEP> Verb. <SEP> 6 <tb> Die Verbindung 4 ist: EMI9.2 Die Verbindung 5 ist: EMI9.3 Die Verbindung 6 ist: EMI9.4 (N-Oleylsarkosin). Beispiel 7 = Veryleichsheispiel Diese Kühlflüssigkeit besteht aus den Komponenten des Beispiels 1, jedoch ohne den erfindungsgemssen Zusatz von N-Oleoylsarkosin: 95,03 Gew.-8 Monoethylenglykol 1,5 Gew.-% Natriumtetraborat (mit 10 H2O) 3,0 Gew.-% Natriumbenzoat 0,02 Gew.-t Natriumsilikat 0,4 Gew.-t Natriumnitrit 0,05 Gew.-% Benztriazol Die Prüfung der Kühlflüssigkeiten nach den Beispielen 1 bis 7 auf ihre antikavitative Wirkung erfolgte nach den Vorschriften der Forschungsvereinigung Verbrennungskraftmaschinen E. V. Frankfurt/Main, Bundesrepublik Deutschland. Diese Vorschriften sind in den Richtlinien zur "Prüfung der Eignung von Kühimittelzusätzen für die Kühlflüssigkeiten von Verbrennungsmotoren", Heft R 315, Jahr 1977, beschrieben. Entsprechend dieser Prüfmethode wurde die Gewichtsabnahme von Prüfkörpern aus der Aluminiumlegierung AlCuMg2 gemessen. Je ein Prüfkörper wurde in der zu testenden Flüssigkeit in einer Ultraschallapparatur der Schwingungskavti- tation ausgesetzt, wobei die Schwingungsfrequenz 20 kHz - 250 Hz und Amplitude der Schwingung am Prüfkörper 20 ssm beträgt, und die Temperat:ur der Kühlflüssigkeit bei 80 "C + 1 liegt. Entsprechend den genannten Vorschriften wurden jeweils 4000 ml Flüssigkeit; eingesetzt, die dadurch bereitet worden ist, dass die Kühlflüssigkeit gemäss den Beispielen 1 bis 7 mit Wasser 1 : 10 verdünnt wurde. Die Prüfkörper wurden achtmal hintereinander, nach jeweils 10 Minuten Behandlung in der genannten Ultraschallapparatur, gewogen. Die Auswertung der acht Wägungen pro Prüfkörper und pro Kühlflüssigkeit erfolgte ebenfalls nach den genannten Vorschriften: Danach werden die ersten vier Wägungen nicht berück sichtigt. Von den restlichen vier Werten wird der höchste und der niedrigste Wert ebenfalls nicht berücksichtigt. Aus den verbleibenden zwei Werten wird das arithmetische Mittel gebildet. Dieser Gewichtswert, ausgedrückt in Milligramm pro Stunde, stellt das Testergebnis, nämlich die Gewichtsabnahme des Prüfkörpers, dar. Nachstehend sind die Messergebnisse mit den Kühlflüssig- keiten gemäss den Beispielen 1 bis 7 zusammengefasst: Beispiel 1 2 3 4 5 6 7 Gewichtsabnahme des Prüfkörpers 9,3 7,2 7,8. 7,5 9,9 6,6 14,1 AlCuXg2 in mg/h

Claims: Patentan sprüche 1Korrosions- und kavitationshemmende Kühlflüssigkeit bestehend im wesentlichen aus A) mindestens einem mehrwertigen Alkohol aus der Gruppe von Glycerin, Alkylenglykolen mit 2 bis 6 C-Atomen und Oxalkylenglykolen des Oxethylens und/oder Oxpro pylens mit insgesamt 4 bis 12 C-Atomen als Hauptbe standteil, B) einer wirksamen Menge von mindestens einem Korrosions inhibitor und C) 0,01 bis 3,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit, von mindestens einer Verbindung der Formel I EMI12.1 worin bedeuten R einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkanoyl- oder Alkenoyl rest mit 4 bis 25 C-Atomen, R1 Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 4 C-Atomen M Wasserstoff oder ein Alkalimetall, und eine ganze Zahl von 1 bis 5. 2. Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass R einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkanoyl- oder Alkenoylrest mit 8 bis 18 C-Atomen, R1 Wasserstoff oder einen Alkylrest mit 1 bis 3 C-Atomen, M Wasser stoff, Natrium oder Kalium, und x eine ganze Zahl von 1 bis 3 bedeutet. 3. Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass R einen Alkyl-, Alkenyl-, Alkanoyl- oder Alkenoyl-Rest mit 12 bis 18 C-Atomen, R1 Wasserstoff oder den Methyl-Rest, M Wasserstoff, Natrium oder Kalium, und x i bedeutet 4. Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass sie die Komponente C in einer Menge von 0,05 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit, enthält. 5. Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass sie die Komponente C in einer Menge von 0,1 bis 0,5 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit, enthält. 6. Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass sie im wesentlichen besteht aus 87 bis 98 Gew.-t von der Komponente A, 2 bis 10 Gew von der Komponente B, und 0,01 bis 3 Gew.-% von der Komponente C, Gewichtsprozente jeweils bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit. 7. Kühlflüssigkeit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass sie im wesentlichen besteht aus 92 bis 97 Ge.- von der Komponente A, 3 bis 7 Gew.-% von der Komponente B, und 0,05 bis 1 Gew.-% von der Komponente C, Gewichtsprozente jeweils bezogen auf das Gewicht der Flüssigkeit.

Inventors: PETERS, HEINRICH, DR., SURMA, ERICH
Applicants: HOECHST AKTIENGESELLSCHAFT
Application year: 1981
Main classification: C09K5
IPC codes: C09K5