АНТИФРИЗ Российский патент 1998 года по МПК C09K5/00 

Изобретение относится к химической технологии, в частности к антифризам в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах.

Известен антифриз на основе гликолей, содержащий фосфаты щелочного металла, борат щелочного металла, меркаптобензтиазол, соли цинка и/или магния [1].

Известен антифриз на основе этиленгликоля, содержащий аминофосфаты, нитрит, нитрат, тетраборат и бензоат щелочного металла, натриевую соль меркаптобензола и гексаметилендиамин [2].

Однако наряду с довольно высокими защитными свойствами по отношению к конструкционным материалам двигателей внутреннего сгорания эти антифризы из-за наличия в их составе аминов, нитритов, нитратов, боратов оказывают неблагоприятное влияние на человеческий организм и не соответствуют современным требованиям, предъявляемым к антифризам.

Известен антифриз на основе спиртов, гликолей и их производных, содержащий ортофосфорную кислоту, органический фосфат и гидроксид щелочного металла [3].

Данный антифриз не устойчив по отношению к жесткой воде и имеет низкий резерв щелочности, что приводит к сокращению срока службы как самого антифриза, так и двигателя в целом.

Известен антифриз, содержащий этиленгликоль, тетраборат щелочного металла, гидроксид натрия, силан, алкилированные нафтеновые кислоты, натрийтолилтриазол, краситель и воду [4], в котором используют защитные агенты для силикатов, играющих роль стабилизаторов устойчивости антифриза к жесткой воде.

Однако указанный состав не улучшает антикоррозионных свойств известных антифризов и также не является экологически безвредным.

Наиболее близким по составу и свойствам к предлагаемому является антифриз [5], имеющий следующий состав, мас.%:
Фосфат алканоламина - 9,5 - 10,5
Тетраборат натрия десятиводный - 1,25 - 1,35
Соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола - 0,02 - 0,03
Динатриевая соль этилендиамидиметилтетрауксусной кислоты - 0,07 - 0,08
Соль моноалкилфосфорной кислоты общей формулы

где R=H, C₁₆H₃₃-C₁₈H₃₇;
M=Na, R, NH(CH₂CH₂OH)₃;
n=9 - 115
Вода - 0,0005 - 0,033
Пеногаситель - 0,83 - 0,93
Краситель - 0,015 - 0,035
Этиленгликоль - Остальное
Однако присутствие в составе антифриза согласно прототипа фосфата алкиламина не допускает его совместного использования в системе охлаждения автомобиля с другими охлаждающими жидкостями, содержащими нитрит-нитратные присадки, поскольку смешивание с ними приводит к образованию высокотоксичных соединений. В частности, N-нитрозамины, образующиеся в водной среде при взаимодействии вторичных аминов с нитритом натрия, обладают канцерогенным действием.

Целью изобретения является повышение защитных свойств жидкости по отношению к черным и цветным металлам, увеличение резерва щелочности при сохранении ее устойчивости к жесткой воде, обеспечение полной совместимости с другими охлаждающими жидкостями на основе гликолей и улучшение экологических свойств жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что антифриз на основе этиленгликоля, включающий соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, пеногаситель, краситель и воду, дополнительно содержит 87%-ную ортофосфорную кислоту, гидроксид щелочного металла и карбонат щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота, 87%-ная - 1,30 - 1,40
Гидроксид щелочного металла - 1,30 - 1,50
Соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола - 0,03 - 0,10
Карбонат щелочного металла - 0,10 - 0,15
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводная - 0,05 - 0,07
Пеногаситель - 0,02 - 0,03
Краситель - 0,002 - 0,003
Вода - 0,50 - 1,50
Этиленгликоль - Остальное
В качестве пеногасителя используют любой органический пеногаситель, например, на кремнеорганической основе (ЭАП-40 по ТУ 6-02-892-79).

В качестве красителя используют любой спиртоводорастворимый краситель, например краситель кислотный ярко-голубой "3" по ТУ 6-14-391-76.

Применение в данном составе антифриза новых ингибиторов в сочетании с известными ингибиторами обеспечивает свойства, которые проявляются только в указанном техническом решении: низкая токсичность, значительный резерв щелочности, высокая коррозийная стабильность антифриза относительно конструкционных материалов (медь, латунь, припой, сталь, чугун, алюминий) при сохранении устойчивости к жесткой воде.

Антифриз данного состава готовят последовательным растворением компонентов в этиленгликоле при перемешивании.

Пример 1. В емкость помещают 961,3 г этиленгликоля, 14,0 г 87%-ной ортофосфорной кислоты, 13,0 г гидроксида калия, 0,5 г калиевой соли 2-меркаптобензтиазола, 1 г карбоната натрия, 0,5 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 8,5 г воды, 0,2 г пеногасителя ЭАП-40, 0,02 г красителя и перемешивают в течение 1 ч до полного растворения компонентов.

Составы антифриза указаны в примерах 1 - 19 (табл. 1). Водородный показатель pH измеряют в 50%-ных водных растворах антифриза по методике ASTM D 1287.

Определение резерва щелочности производят по методике ASTM D 1121. Метод заключается в определении объема титрованного раствора 0,1 N соляной кислоты, израсходанного на потенциометрическое титрование 10 мл антифриза, разбавленного водой до 100 мл.

Образцы антифризов подвергают коррозионным испытаниям в виде 50%-ных растворов по методике ASTM D 1384 в течение 336 при 88+1 ^oC с аэрацией воздухом. Сравнительные результаты коррозионных испытаний представлены в таб. 2.

Кроме того, приготовленные составы испытывают на стойкость к жесткой воде.

Испытуемый антифриз разбавляют в объемном соотношении 1:1 жесткой водой следующего состава, мг/л:
Хлорид кальция - 275
Сульфат натрия - 148
Хлорид натрия - 165
Карбонат натрия - 138,
нагревают до 88+2^oC и оставляют на 24 ч в темном месте. В качестве контрольного образца используют 50%-ный раствор антифриза в дистиллированной воде.

Критерием устойчивости антифриза к жесткой воде является отсутствие осадка и расслоения жидкой фазы.

Как видно из табл. 1 и 2 составы 1 - 8 обладают достаточно высокими антикоррозионными свойствами, значительным резервом щелочности и устойчивы к жесткой воде.

Уменьшение концентрации соли щелочного металла 2-меркаптобензтиазола ниже 0,03 мас. % вызывает усиление коррозии цветных металлов (пример 9), а увеличение ее выше 0,10 мас.% не приводит к повышению положительного эффекта (пример 10).

Увеличение содержания динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты выше 0,07 мас.% приводит к снижению коррозийной стойкости цветных металлов и припоя (пример 11). Снижение ее концентрации ниже 0,05 мас.% приводит к появлению осадка при смешивании с жесткой водой (пример 17).

При содержании карбоната щелочного металла ниже нижнего предела значительно снижается резерв щелочности (пример 12), а при его содержании выше 0,15 мас.% усиливается коррозия алюминия (пример 13).

Уменьшение содержания ортофосфорной кислоты или гидроксида калия ниже нижнего предела приводит к усилению коррозии черных металлов и уменьшению резерва щелочности ниже нормы (примеры 14 и 15), а увеличение их концентрации выше предлагаемых не улучшает защитных свойств данного состава (пример 16).

Нарушение соотношения ортофосфорной кислоты и гидроксида натрия приводит к образованию осадка (примеры 18 и 19).

Таким образом, данный антифриз обладает повышенными защитными свойствами по отношению к конструкционным материалам двигателей внутреннего сгорания, достаточно высоким резервом щелочности, устойчивостью к жесткой воде и экологически безопасен.

Использование: в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах. Сущность изобретения: антифриз содержит, мас.%: 87%-ная ортофосфорная кислота 1,3 - 1,4; гидроксид калия или натрия 1,3 - 1,5; соли щелочного металла 2-меркаптобензтиазола 0,03 - 0,10; карбонат щелочного металла 0,10 - 0,15; динатриевые соли этилендиаминтетрауксусной двуводной кислоты 0,05 - 0,07; пеногаситель 0,02 - 0,03; краситель 0,002 - 0,003; вода 0,5 - 1,5; этиленгликоль остальное. 2 табл.

Антифриз на основе этиленгликоля, включающий соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, пеногаситель, краситель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 87% -ную ортофосфорную кислоту, гидроксид калия или натрия и карбонат щелочного металла при следующем соотношении компонентов, мас.

Ортофосфорная кислота, 87%-ная 1,30 1,40
Гидроксид калия или натрия 1,30 1,50
Соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола 0,03 0,10
Карбонат щелочного металла 0,10 0,15
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводная 0,05 - 0,07
Пеногаситель 0,02 0,03
Краситель 0,002 0,003
Вода 0,50 1,50
Этиленгликоль Остальноев