КОНЦЕНТРАТ ДЛЯ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ И ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В КАЧЕСТВЕ СРЕДСТВА ДЛЯ СНИЖЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НАЧАЛА КРИСТАЛЛИЗАЦИИ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
CONCENTRATE FOR LIQUID COOLANT AND USE THEREOF AS AGENT FOR REDUCING CHILLING POINT OF LIQUID COOLANT

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.
5
18
5
18
Известна композиция концентрата охлаждающей жидкости топливного элемента, содержащая водорастворимый депрессант точки замерзания на основе жидкого спирта и карбоновой кислоты C-C или смеси карбоновых кислот C-C 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.
1
3
Технический результат достигается тем, что концентрат для улучшения температурных характеристик охлаждающей жидкости содержит одноатомный спирт из ряда C-C, 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,
3
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/см 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.
1
2
3
2
2
2
Средство сохраняет текучесть при температуре ниже минус 75°C; имеет кинематическую вязкость при минус 40°C при использовании спирта алифатического ряда C 6,0 мм/с, 54 мм/с для C и 101,1 мм/с для C. 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.
3
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/см 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.
3
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/см 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 C<sub>1</sub>)<sup>*</sup> Минус 45 (для С<sub>3</sub>)<sup>**</sup>
Минус 42 (для C<sub>1</sub>) Минус 40 (для С<sub>3</sub>)
Минус 36 (для C<sub>1</sub>) Минус 35 (для С<sub>3</sub>)
2
Показатель pH, ед. pH
7,7
7,8
7,7
7,7
3
Щелочность, см<sup>3</sup>
12,1
12,3
12,2
12,1
*) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда С<sub>1</sub>.
**) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда C<sub>3</sub>.
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 C<sub>1</sub>)<sup>*</sup>
Минус 49 (для C<sub>1</sub>)
Минус 60 (для C<sub>1</sub>)
Минус 40 (для C<sub>3</sub>)<sup>**</sup>
Минус 47 (для C<sub>3</sub>)
Минус 54 (для C<sub>3</sub>)
2
Снижение температуры начала кристаллизации, Δ (Δ=Ткр-Ткр, исх), °С
12 (для C<sub>1</sub>)
14 (для C<sub>1</sub>)
18 (для C<sub>1</sub>)
10 (для C<sub>3</sub>)
12 (для C<sub>3</sub>)
14 (для C<sub>3</sub>)
3<sup>***</sup>
Водородный показатель (pH) при 20°C
7,7/7,7
7,8/7,8
8,5/8,5
4<sup>***</sup>
Щелочность, см<sup>3</sup>
12,1/12,2
12,7/12,8
15,2/14,9
*) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда C<sub>1</sub>.
**) - данные приведены для применения одноатомного спирта алифатического ряда C<sub>3</sub>.
***) - через дробь приведены данные для исходной ОЖ и ОЖ после добавления ССТК.