КОНЦЕНТРАТ ОХЛАЖДАЮЩЕЙ ЖИДКОСТИ
COOLING LIQUID CONCENTRATE

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.
1
2
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 (C-C) 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/см<sup>3</sup>
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, см<sup>3</sup>, 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.
3
3
Определение щелочности заключается в определении объема титрованного раствора соляной кислоты концентрации 0,1 моль/дм, израсходованного на потенциометрическое титрование 10 см охлаждающей жидкости до рН=5,5.
3
3
3
3
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/дм, натрия сернокислого - 148 мг/дм, натрия хлористого - 165 мг/дм, натрия двууглекислого - 138 мг/дм.
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.