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 С09К 5/20, публ. 2005 г., №2290425, МКИ С09К 5/08, публ. 2006 г., ЕР №0739965, МКИ С09К 3/00, публ. 1996 г., ЕР №1170348, МКИ С09К 5/08, публ. 2001 г.), охлаждающей жидкости (см. патент РФ №2315797, МКИ С09К 5/10, публ. 2005 г., ЕР №1707609, МКИ С09К 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, мас.%: 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 С09К 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 низкозамерзающих охлаждающих жидкостей, содержащий, мас.%: 3-4 себациновой кислоты, 8-9 адипиновой кислоты, 6,5-7,5 гидроокиси натрия, 3,5-4,0 бензойной кислоты, 30,0-40,0 воды, 0,25-0,50 бензотриазола, 1-2 бикарбоната натрия, остальное - этиленгликоль (см. патент РФ №2302479, МКИ C23F 11/10, С09К 5/20, публ. 2007 г.). Из данного ингибитора коррозии готовят образцы охлаждающих жидкостей путем разбавления водным раствором этиленгликоля (54:56 об.%) в соотношении 1:9.
Существенным недостатком данного ингибитора является его нестабильность в условиях эксплуатации.
Известен ингибитор коррозии для низкозамерзающей жидкости, содержащий, мас.%: 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.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является ингибитор коррозии для низкозамерзающих охлаждающих жидкостей, содержащий, мас.%: 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 гидрооксида 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 жидкости 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.
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, янтарную кислоту, аминосодержащий реагент, жидкий спирт и воду, причем он дополнительно содержит карбамид и краситель, а в качестве аминосодержащего реагента используют диэтаноламин, и/или триэтаноламин, и/или диоксиэтилэтилендиамин, в качестве жидкого спирта - этиленгликоль, и/или пропиленгликоль, и/или глицерин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
себациновая кислота
1,44-1,69
бензойная кислота
0,15-0,39
янтарная кислота
1,12-1,35
диэтаноламин, и/или триэтаноламин,
и/или диоксиэтилэтилендиамин
4,89-5,26
карбамид
0,31-0,51
этиленгликоль, и/или пропиленгликоль, и/или
глицерин
89,92-90,80
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, диэтаноламин по ТУ 2423-054-05807977-2000, триэтаноламин по ТУ 6-02-916-79, диоксиэтилэтилендиамин (ДОЭЭДА) по ТУ 2413-081-00151638-2010, карбамид по ГОСТ 2081-92, этиленгликоль по ГОСТ 19710-83, пропиленгликоль по ТУ 2422-069-05766801, глицерин по ГОСТ 6824-96. В качестве красителя используют флуоресцеин натрия (уранин) производства Китая.
Введение в состав в качестве аминосодержащих реагентов диэтаноламина, или триэтаноамина, или ДОЭЭДА позволяет значительно повысить противокоррозионные свойства охлаждающей жидкости по отношению к черным металлам, а также к алюминию. Эти соединения способны воздействовать с металлом, образуя плотную защитную поверхностную пленку, защищающую металл от коррозии. Причиной образования пленки может быть комплексообразование на поверхности металла в связи с тем, что указанные аминосодержащие реагенты имеют в молекулах атомы азота со свободными электронными парами, что создает условия для комплексообразования. Добавление карбамида в концентрат, содержащий аминосодержащие реагенты, приводит к заметному улучшению противокоррозионных свойств концентрата по отношению к цветным и черным металлам. Карбамид является ингибитором акцепторного действия и, принимая электроны металла, образует хемосорбционный слой на поверхности металла.
Заявляемый концентрат готовят путем последовательного смешения компонентов в заявляемых количествах.
Приводим примеры приготовления концентрата охлаждающей жидкости.
Пример 1 (заявляемый)
В емкость помещают 1,44 г себациновой кислоты, 0,15 г бензойной кислоты, 1,12 г янтарной кислоты, 4,89 г диэтаноламина, 0,4 г карбамида, 1,96 г воды, 0,05 г красителя и 90,0 г этиленгликоля (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 35,03 г воды, 44,0 г этиленгликоля, 5,5 г себациновой кислоты, 3,0 г адипиновой кислоты, 2,5 г бензойной кислоты, 3,0 г янтарной кислоты, 6,7 г едкого натра, 0,25 г бензотриазола и 0, 02 г N-фенил-2-нафтиламина. Смесь перемешивают в течение 1 ч до полного растворения компонентов (см. таблицу 1, пример 15).
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.
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.
Таблица 1
№
Наименование компонентов
Содержание компонентов в образцах концентрата охлаждающей жидкости, мас.%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Прототип
1
Себациновая кислота
1,44
1,5
1,6
1,69
1,44
1,69
1,5
1,44
1,69
1,6
1,6
1,5
1,69
1,44
5,5
2
Бензойная кислота
0,15
0,2
0,3
0,39
0,15
0,39
0,3
0,15
0,39
0,2
0,39
0,2
0,3
0,39
2,5
3
Янтарная кислота
1,2
1,12
1,3
1,35
1,12
1,35
1,2
1,12
1,35
1,3
1,3
1,2
1,12
1,35
3,0
4
Диэтаноламин
4,89
-
-
4,8
-
-
1,3
-
-
5,24
-
-
4,89
-
-
5
Триэтаноламин
1,44
5,0
-
-
2,60
-
3,0
5,2
-
5,0.
-
-
4,89
-
6
Диоксиэтилэтиленди амин
-
-
5,1
-
2,66
5,2
0,8
-
4,89
-
-
5,26
-
-
-
7
Карбамид
0,4
0,31
0,51
0,31
0,51
0,4
0,31
0,42
0,51
0,4
0,51
0,4
0,31
0,51
-
8
Этиленгликоль
45,0
-
46,2
-
90,80
89,92
90,0
-
57,12
90,5
-
90,2
89,92
-
44,0
9
Пропиленгликоль
45,0
90,5
-
55,12
-
-
-
90,80
-
-
90,7
-
-
57,3
-
10
Глицерин
-
-
44,0
34,8
-
-
-
-
32,8
-
-
-
-
33,5
-
11
Вода
0,477
1,366
0,988
1,537
0,717
1,048
1,587
0,867
1,246
0,757
0,498
1,237
1,767
0,618
35,03
12
Адипиновая кислота
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
3,0
13
Гидроксид натрия
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
6,7
14
И-фенил-2-нафтиламин
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,02
15
Краситель
0,003
0,004
0,002
0,003
0,003
0,002
0,003
0,003
0,004
0,003
0,002
0,003
0,003
0,002
-
16
Бензотриазол
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
0,25
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
1,126
3. Температура начала кристаллизации, °С, не выше
Минус 35 при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1
-40,22
4. Температура начала перегонки, °С, не ниже
100
+171,81
5. Водородный показатель (рН)
7,5-11,0 при разбавлении дистиллированной водой в объемном соотношении 1:1
8,75
6. Щелочность, cм<sup>3</sup>, не менее
10
15,22
7. Устойчивость в жесткой воде
Расслоение и выпадение осадка не допускаются
Удовлетворяет
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 этом растворе в течение определенного времени при заданной температуре.
Как видно из данных таблицы 2, по всем показателям заявляемые образцы соответствуют требованиям ГОСТ 28084-89.
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
0,7
1,1
0,9
0,6
1,2
1,0
2
1,6
1,2
0,8
0,5
1,1
1,2
3
1,1
0,8
1,3
0,9
1,6
1,3
4
0,8
0,6
0,6
0,8
1,0
1,5
5
0,4
0,7
1,2
0,8
0,9
1,6
6
0,9
1,0
0,9
0,8
1,1
1,0
7
0,6
0,7
0,5
0,6
1,0
1,3
8
1,6
1,5
1,2
1,0
1,9
2,0
9
0,7
0,5
0,8
0,6
1,9
2,4
10
0,9
0,7
0,7
0,4
0,9
1,1
11
1,1
0,7
0,6
0,6
1,1
1,2
12
1,5
1,3
1,1
1,5
2,0
1,9
13
0,8
0,6
0,6
0,4
0,9
1,1
14
0.6
0,4
0,8
0,6
1,8
1,6
Прототип
1,3
1,0
1,0
0,6
1,7
1,5
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 составе концентрата 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.