ОХЛАЖДАЮЩАЯ ЖИДКОСТЬ
COOLING LIQUID

Изобретение относится к низкозамерзающим охлаждающим жидкостям и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.
Как известно, к жидкостям, используемым в системе охлаждения ДВС автомобильной техники, предъявляются жесткие требования по коррозионному и химическому воздействию на металлические и резиновые детали двигателей.
Известна охлаждающая жидкость, содержащая, мас.%: этиленгликоль - 93,0-93,5, бензоат щелочного металла - 2,90-3,10, салицилат щелочного металла - 0,08-0,12, гидроксид щелочного металла - 0,20-0,30, тетраборат натрия (безводный) - 0,65-0,75, циклогексанон -0,28-0,32, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола - 0,01-0,02, бензотриазол - 0,27-0,28, N-бензилиденциклогексиламин - 0,28-0,32, нитрит щелочного металла - 0,15-0,20, кремнийорганический пеногаситель - 0,02-0,03, краситель - 0,0015-0,035 и воду - остальное (RU 2050396 C1, кл. C09K 5/10, C23F 11/12, 11/14, 20.12.1995).
Недостатком известной охлаждающей жидкости является многокомпонентность состава, включающего 9 антикоррозионных присадок при их суммарном содержании от 4,82 до 5,41 мас.%, что значительно усложняет технологию его приготовления.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является охлаждающая жидкость, включающая, мас. %: нитрит натрия - 0,1-0,2, нитрат натрия - 0,2-0,3, бензотриазол - 1,0-2,0, борат этаноламина - 2,0-3,0, этиленгликоль - 50,0-60,0, вода - до 100 (RU 2370512 С1, кл. С09К 5/10, С23F 11/14, 20.10.2009).
Недостатком данной охлаждающей жидкости является нежелательное присутствие в ее составе нитрата и нитрита натрия, которые оказывают вредное воздействие на организм человека и окружающую среду. Кроме того, она вызывает относительно высокое набухание резиновых деталей ДВС.
Техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств охлаждающей жидкости по отношению к резине, черным и цветным металлам, а также повышение ее экологической безопасности.
Данный результат достигается тем, что охлаждающая жидкость, включающая боразотсодержащее соединение, азол, этиленгликоль и воду, дополнительно содержит триэтилфосфат и этилцеллозольв, в качестве боразотсодержащего соединения содержит продукт конденсации борной кислоты, диэтаноламина, этилцеллозольва и олеиновой кислоты при мольном соотношении реагентов 1:2:(0,5-0,7):0,3 соответственно с аминным числом не менее 42 мг HCl/г, а в качестве азола содержит имидазол при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Продукт конденсации борной кислоты,
диэтаноламина, этилцеллозольва и
олеиновой кислоты
0,5-2,5
Триэтилфосфат
0,3-0,5
Имидазол
0,5-0,7
Этилцеллозольв
30,0-40,0
Этиленгликоль
30,0-40,0
Вода
до 100
Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что при введении в состав триэтилфосфата (ТЭФ), этилцеллозольва, имидазола и продукта конденсации борной кислоты, диэтаноламина (ДЭА), этилцеллозольва и олеиновой кислоты при мольном соотношении реагентов 1:2:(0,5-0,7):0,3 при заявленном соотношении компонентов возникает синергический эффект повышения защитных свойств охлаждающей жидкости по отношению к резине, черным и цветным металлам.
Использование продукта конденсации при иных соотношениях реагентов, кроме заявленных, а также введение его, ТЭФ, этилцеллозольва и имидазола при иных массовых соотношениях не позволяет получить охлаждающую жидкость с высокими защитными свойствами.
Этилцеллозольв технический (ГОСТ 8313-88) получают при реакции этилового спирта с этиленоксидом при температуре 150-200°C и давлении 2-4 МПа в присутствии катализаторов (кислот, щелочей, цеолитов, силикагелей, алюмосиликатов).
2
5
2
4
3
Этилцеллозольв (CHOCHOH) - моноэтиловый эфир этиленгликоля - бесцветная прозрачная жидкость плотностью 0,928-0,930 г/см. Растворяется в воде, спиртах, диэтиловом эфире, ацетоне, хлороформе, гликолях и в других органических растворителях.
2
5
3
3
Триэтилфосфат (триэтиловый эфир ортофосфорной кислоты) (CHO)PO является сложным эфиром этанола и фосфорной кислоты, представляет собой бесцветную, хорошо растворимую в воде жидкость с Т.кип. = 216°C и относительной плотностью 1,073 г/см.
3
4
2
3
Имидазол CHN (ТУ 6-09-37-1127-91) получают конденсацией глиоксаля с аммиаком в присутствии формальдегида. Он представляет собой бесцветные или бледно-желтые кристаллические хлопья со слабым запахом амина с температурой плавления 88,3-89,9°C и относительной плотностью 1,111 г/см. Он хорошо растворим в воде, спирте, бензоле, плохо - в углеводородах.
Олеиновую кислоту используют согласно ГОСТ 7580-91, борную кислоту - по ГОСТ 18704-78, ДЭА - по ТУ 6-09-2652-91.
Технология получения продукта конденсации заключается в следующем.
В реактор, снабженный мешалкой, насадкой Дина-Старка, обратным холодильником и термометром, при температуре 90-100°C и постоянном перемешивании загружают 210 г (2 моля) диэтаноламина, 61 г (1 моль) борной кислоты и 60-84 г (0,5-0,7 моля) этилцеллозольва. Реакционную массу нагревают до 180-200°C и проводят реакцию конденсации в течение 45-60 мин. Затем в реактор вводят 84 г (0,3 моля) олеиновой кислоты и продолжают реакцию конденсации в течение 30-40 мин при температуре 200-210°C.
Полученные продукты имеют цвет от желтого до медового, хорошо растворимы в воде, не пенятся, не образуют осадки в жесткой воде и имеют следующие характеристики:
кинематическая вязкость при 100°C, сСт - не более 55,0,
аминное число, мг HCl/г - не менее 42,
зольность, % - отсутствует,
температура вспышки в открытом тигле, °C - не ниже 200.
Технология приготовления охлаждающей жидкости заключается в следующем.
В емкость с мешалкой последовательно загружают расчетные количества воды (умягченной), продукта конденсации, полученного, как описано выше, ТЭФ, имидазола и этилцеллозольва. После перемешивания в течение 15-20 мин к полученному водному раствору добавляют этиленгликоль и процесс перемешивания продолжают еще 30-40 мин. При необходимости в состав охлаждающей жидкости могут быть добавлены любые нейтральные красители, в частности Na-флюоресцеин для получения светло-зеленой окраски.
Составы образцов предложенной охлаждающей жидкости представлены в табл.1. Примеры 4 и 5 являются контрольными.
Испытания жидкостей на коррозионное воздействие на металлы при 88±2°C в течение 336 ч проводили по методикам, приведенным в ГОСТ 28084-89, которые находятся в полном соответствии с методиками ASTM.
Результаты коррозионных испытаний составов предложенной охлаждающей жидкости в сравнении с составом по прототипу представлены в табл.2.
Испытания резины на набухание в предложенной жидкости проводили по ГОСТ 9.030-74 при температуре 100°C в течение 70 ч. Результаты испытания приведены в табл.3.
Основные физико-химические свойства предлагаемой охлаждающей жидкости приведены в табл.4.
Использование предложенной охлаждающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания автомобильной, сельскохозяйственной и специальной техники позволит надежно защитить узлы и детали ДВС, выполненные из черных и цветных металлов, от коррозионного поражения, а резиновые детали - от набухания и старения.
Таблица 1
Составы предложенной охлаждающей жидкости
Компоненты
Содержание компонентов по примерам, мас.%
1
2
3
4
5
Продукт конденсации борной кислоты, ДЭА, этилцеллозольва и олеиновой кислоты при мольном соотношении 1:2:0,5:0,3 соответственно
0,5
0,4
Продукт конденсации борной кислоты, ДЭА, этилцеллозольва и олеиновой кислоты при мольном соотношении 1:2:0,6:0,3 соответственно
1,5
Продукт конденсации борной кислоты, ДЭА, этилцеллозольва и олеиновой кислоты при мольном соотношении 1:2:0,7:0,3 соответственно
2,5
2,7
Триэтилфосфат
0,3
0,4
0,5
0,2
0,7
Имидазол
0,5
0,6
0,7
0,4
0,8
Этилцеллозольв
30,0
35,0
40,0
27,0
42,0
Этиленгликоль
30,0
35,0
40,0
27,0
42,0
Вода
38,7
27,5
16,3
45,0
11,8
Таблица 2
Результаты коррозионных испытаний охлаждающих жидкостей
Составы охлаждающих жидкостей
Материал
медь
латунь
припой
чугун сталь
алюминий
потеря массы, г/м<sup>2</sup>/сут
Пример 1
0,005
0,004
0,004
0,003
0,003
0,004
Пример 2
0,004
0,003
0,003
0,002
0,002
0,003
Пример 3
0,003
0,003
0,003
0,002
0,002
0,002
Пример 4
0,01
0,02
0,03
0,01
0,009
0,02
Пример 5
0,003
0,003
0,003
0,002
0,002
0,002
Прототип
0,02
0,03
0,04
0,02
0,01
0,04
Требования ГОСТ 28084-89
не более 0,1
не более 0,1
не более 0,2
не более 0,1
не более 0,1
не боле 0,1
Таблица 3
Результаты испытаний резины на набухание в охлаждающих жидкостях
Показатели
Значение показателя по примерам
Прототип
Норма по ГОСТ 9.030-74
1
2
3
4
5
Набухание резины, %: стандартные образцы резины марки 57-5006
0,8
0,7
0,6
1,0
0,6
1,2-1,4
не более 5
стандартные образцы резины марки 57-7011
0,5
0,4
0,3
0,7
0,4
0,7-0,9
не более 5
Таблица 4
Основные физико-химические свойства предложенной охлаждающей жидкости
Показатель
Охлаждающая жидкость по примеру 1
Охлаждающая жидкость по примеру 2
Охлаждающая жидкость по примеру 3
Плотность при 20°С, г/см <sup>3</sup>
1,072
1,090
1,100
Температура кипения при давлении 110,3 кПа (760 мм рт.ст.), °C
110,5
114,0
117,5
Водородный показатель (pH) при температуре 20°C
10,0
9,5
9,0
Резерв щелочности, см<sup>3</sup>
25,3
24,7
23,8
Температура начала кристаллизации, °C
-42
-44
-46