Применение этилового спирта в качестве стабилизатора стекломоющей низкозамерзающей жидкости на основе водного раствора изопропилового спирта
USE OF ETHYL ALCOHOL AS STABILIZER OF GLASS-WASHING LOW-FREEZING LIQUID BASED ON AQUEOUS SOLUTION OF ISOPROPYL ALCOHOL

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к получению стекломоющих низкозамерзающих жидкостей на основе водного раствора изопропилового спирта, в том числе стекломоющих низкозамерзающих жидкостей для автомобилей.
Стекломоющие жидкости с низкой температурой замерзания представляют собой водно-спиртовые растворы с функциональными добавками.
Структура водно-спиртовых растворов, а, следовательно, и их свойства существенно зависят от концентрации спирта, его природы, температуры, добавок электролитов и не электролитов и других факторов.
Структуру водно-спиртовых растворов можно характеризовать тремя областями: структура воды, смешанные структуры водно-спиртовые и структура спирта.
В области высоких концентраций воды преобладает структура воды с включенными в нее молекулами спирта (связи между молекулами воды практически не нарушаются). С повышением концентрации спирта, в области средних концентраций, происходит формирование структур, обусловленных более тесным взаимодействием между молекулами воды и спирта (молекулы воды и спирта связаны между собой водородными связями, которые прочнее по сравнению с водородными связями между молекулами воды или молекулами спирта). В области высоких концентраций спирта преобладает структура спирта с включенными в нее молекулами воды.
Границы раздела между структурными областями зависят от природы спиртов, температуры и других факторов и могут быть визуально заметными или незаметными.
Известно, что метанол и этанол совместимы с водой во всем диапазоне концентраций. Известно, что бутанолы и изобутанолы не смешиваются с водой, и их растворы имеют четкие границы раздела жидких фаз.
Известна низкотемпературная стекломоющая жидкость на основе водного раствора изопропилового спирта, содержащая, мас. %: изопропиловый спирт 10-30, этилкарбитол 2,0-10,0, НПАВ 0,01-0,10, многоатомный спирт 0,02-0,10, воду до 100, (RU 2430964 C1, C11D 1/66, C11D 3/20, 10.10.2011), которая за счет существенного уменьшения содержания в составе НПАВ и многоатомного спирта имеет расширенные возможности применения.
Наиболее близким аналогом изобретения является стекломоющая низкозамерзающая жидкость на основе водных растворов одноатомных спиртов алифатического ряда, содержащая, мас. %: изопропиловый спирт 15,0, этиловый спирт 15,0, ПАВ 0,35, формиат аммония 25, бензоат натрия 2,5, мочевину 1,5, краситель 0,02, отдушку 0,03, воду до 100, (RU 2558765 C1, C11D 1/66, C11D 3/20, 10.08.2015), которая имеет сниженную токсичность при сохранение эксплуатационных характеристик жидкостей.
Из известного уровня техники, считалось, что пропанол-1 (пропиловый спирт или пропанол) и пропанол-2 (изопропиловый спирт или изопропанол) также совместимы с водой, как и метанол и этанол. Вместе с тем, нами установлено, что водные растворы пропанола-1 и пропанола-2, хотя и не имеют видимых границ раздела (как у водных растворов бутанолов и изобутанолов), также представляют собой растворы, в которых отсутствует прочная связь между молекулами воды и спирта, в определенном диапазоне концентраций вода и спирт в этих системах ведут себя как несмешивающиеся жидкости.
Подтверждением этого являются результаты исследования зависимости температуры кипения водно-спиртовых растворов, представленные на фиг. 1. Для водных растворов пропилового, изопропилового, бутилового и изобутилового спиртов зависимость температуры кипения в определенном диапазоне концентраций имеет плоскую форму минимума, свидетельствующую о тенденции к расслоению системы.
Как следует из данных, представленных на фиг. 1, область «не смешиваемости» (расслоения) начинается при коцентрации изопропанола (пропанола-2) практически с 10 мас. % до 80 мас. %.
С понижением температуры область расслоения (не смешиваемости) будет распространяться на еще больший диапазон концентраций. Этим объясняется нестабильность свойств водных растворов изопропанола, в частности, невоспроизводимость результатов определения температуры замерзания стекломоющих автомобильных жидкостей на основе водных растворов изопропанола.
Технической проблемой, решаемой предложенным изобретением является стабилизация свойств стекломоющей низкозамерзающей жидкости на основе водного раствора изопропилового спирта при температуре в пределах от минус 10°С до минус 30°С.
Техническим результатом является обеспечение фазовой стабильности стекломоющих низкозамерзающих жидкостей на основе водных растворов изопропилового спирта при температуре в пределах от минус 10°С до минус 30°С и обеспечение стабилизации температуры замерзания.
Указанный технический результат достигается за счет применения этилового спирта в количестве 5-10 масс. % в качестве стабилизатора стекломоющей низкозамерзающей жидкости на основе водного раствора изопропилового спирта при температуре в пределах от минус 10°С до минус 30°С.
Для пояснения сущности изобретения представлены следующие чертежи.
Фиг. 1 - зависимость температуры кипения водно-спиртовых растворов от концентрации.
Фиг. 2 - зависимость температуры кипения водных растворов изопропилового спирта и изопропилового спирта с добавкой 7,2 масс. % этилового спирта от концентрации.
Сущность изобретения состоит в введении в стекломоющую низкозамерзающую жидкость на основе водного раствора изопропилового спирта стабилизирующего сорастворителя, хорошо совместимого как с водой, так и с изопропиловым спиртом, в качестве которого используют этиловый спирт.
На фиг. 2 представлены данные по определению температуры кипения водных растворов изопропилового спирта с добавлением этилового спирта.
Как следует из результатов, представленных на фиг. 2, введение этилового спирта меняет характер кривой зависимости температуры кипения от концентрации: участок, характеризующий «расслоение» жидкостей исчезает.
При этом, достаточным для обеспечения смешиваемости воды с изопропиловым спиртом является введение этилового спирта в количестве от 5 масс. % до 10 масс. %.
Стабильность оценивали по разбросу значений температуры замерзания стекломоющей низкотемпературной жидкости без введения и с введением этилового спирта, который не должен превышать погрешности метода определения (±1,0). Результаты приведены в таблице 1.
Результаты приведены по среднеквадратичному значению из 8-и параллельных определений.
При содержании этилового спирта в стекломоющей жидкости на основе изопропилового спирта (пропанола-2) в количестве менее 5,0 мас. %, эффективность по стабилизации водных растворов изопропилового спирта снижается, разброс результатов определения температуры замерзания составляет более 1,0. При содержании этилового спирта 10 мас. %, разброс результатов остается ±0,6, то есть, увеличение содержания этилового спирта более 10,0 мас. % для обеспечения стабильности водных растворов изопропилового спирта нецелесообразно.
Таким образом, применение этилового спирта в количестве 5-10 мас. % в стекломоющей жидкости на основе водного раствора изопропилового спирта обеспечивает фазовую стабильность стекломоющей низкозамерзающей жидкостей при температуре в пределах от минус 10°С до минус 30°С и, как следствие, стабильную температуры замерзания.
Сущность изобретения подтверждается следующими примерами.
Приготовление стекломоющей низкотемпературной жидкости в представленных примерах проводят смешиванием компонентов при комнатной температуре. В емкость для смешивания загружают изопропиловый спирт, затем дозируют при перемешивании последовательно умягченную водопроводную воду без добавления этилового спирта (примеры 1, 3) и с добавлением этилового спирта (примеры 2, 4). После перемешивания в водный раствор спиртов загружают поочередно другие компоненты стекломоющей жидкости, не прекращая перемешивания.
Пример 1 (без добавления этилового спирта)
Для приготовления 1000 кг стекломоющей жидкости (с температурой замерзания минус 15°С) в емкость для смешивания дозируют изопропиловый спирт в количестве 180 кг (18 масс. %), затем при перемешивании добавляют воду в количестве 766 кг (л) (76,6 масс.), перемешивают в течение 15-25 мин, затем не прекращая перемешивания дозируют этиленгликоль в количестве 50 кг (5 масс.), НПАВ в количестве 1 кг (0,1 масс. %), сульфанол в количестве 1 кг (0,1 масс.), триэтаноламин в количестве 1 кг (0,1 масс. %), отдушку 1 кг (0,1 масс.), краситель. Температура замерзания раствора минус (15,0±1,8)°С.
Пример 2 (с добавлением этилового спирта)
Для приготовления 1000 кг стекломоющей жидкости (с температурой замерзания минус 15°С) в емкость для смешивания дозируют изопропиловый спирт в количестве 110 кг (11 масс. %), затем при перемешивании добавляют воду в количестве 761 кг (л) (76,1 масс. %), затем не прекращая перемешивания дозируют этиловый спирт в количестве 75 кг (7,5 масс. %) перемешивают в течение 15-25 мин, затем последовательно, не прекращая перемешивания, дозируют этиленгликоль в количестве 50 кг (5 масс. %), НПАВ в количестве 1 кг (0,1 масс. %), сульфанол в количестве 1 кг (0,1 масс. %), триэтаноламин в количестве 1 кг (0,1 масс. %), отдушку 1 кг (0,1 масс. %), краситель. Температура замерзания раствора минус (15,1±0,6)°С.
Пример 3 (без добавления этилового спирта)
Для приготовления 1000 кг стекломоющей жидкости (с температурой замерзания минус 30°С), в емкость для смешивания дозируют изопропиловый спирт в количестве 240 кг (24 масс. %), затем при перемешивании добавляют воду в количестве 666 кг (л) (66,6 масс. %), перемешивают в течение 15-25 мин, затем не прекращая перемешивания дозируют этиленгликоль в количестве 90 кг (9 масс. %), НПАВ в количестве 1 кг (0,1 масс. %), сульфанол в количестве 1 кг (0,1 масс. %), триэтаноламин в количестве 1 кг (0,1 масс. %), отдушку 1 кг (0,1 масс. %), краситель. Температура замерзания раствора минус (30,0±2,1)°С.
Пример 4 (с добавлением этилового спирта)
Для приготовления 1000 кг стекломоющей жидкости (с температурой замерзания минус 30°С) в емкость для смешивания дозируют изопропиловый спирт в количестве 170 кг (17 масс. %), затем при перемешивании добавляют воду в количестве 666 кг (л) (66,6 масс. %), затем не прекращая перемешивания дозируют этиловый спирт в количестве 70 кг (7 масс. %) перемешивают в течение 15-25 мин, затем последовательно, не прекращая перемешивания, дозируют этиленгликоль в количестве 90 кг (9%), НПАВ в количестве 1 кг (0,1 масс. %), сульфанол в количестве 1 кг (0,1 масс. %), триэтаноламин в количестве 1 кг (0,1 масс. %), отдушку 1 кг (0,1 мас. %), краситель. Температура замерзания раствора минус (30,5±0,6)°С.
Как видно из примеров, введение этилового спирта в количестве 5-10 масс. % в стекломоющие низкозамерзающие жидкости позволяет обеспечить фазовую стабильность растворов стекломоющей низкотемпературной жидкости на основе водного раствора изопропилового спирта, а также понизить содержание изопропилового спирта в стекломоющих жидкостях, что является положительным с точки зрения улучшения их органолептических свойств, при одновременном снижении ее себестоимости.