ИНГИБИТОР КОРРОЗИИ ДЛЯ АНТИФРИЗОВ Российский патент 1999 года по МПК C09K5/00 C23F11/14 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть использовано в производстве охлаждающих жидкостей, применяемых для охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.

Известны ингибиторы коррозии для антифризов, которые не предотвращают коррозию черных металлов /CS патент N 226394, МПК C 23 F 11/10, опубл. 1985; JP патент N 59-157167, МПК C 09 K 3/00, опубл. 1984/. Антифриз, изготовленный на основе ингибитора черных металлов /CS патент N 213154, МПК C 23 F 11/IO, опубл. 1984/, агрессивен по отношению к латуни.

Известен ингибитор коррозии для антифризов на основе гликолей /FR Заявка N 2489355, МПК C 09 K 15/04, опубл. 1982/. Хотя он и предотвращает коррозию черных и цветных металлов, но антифриз, полученный на его основе, неустойчив по отношению к жесткой воде.

Наиболее близким по составу, свойствам и назначению к предлагаемому является ингибитор коррозии для антифризов /RU Заявка N 93028417, МПК 6 C 09 K 5/00, опубл. 27.12.96, прототип/, содержащий этиленгликоль, фосфат триэтаноламина, или метилдиэтаноламина, или их смесь, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, тетраборат натрия, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, соль моноалкилфосфорной кислоты и воду.

Несмотря на высокие антикоррозионные свойства антифриза, изготовленного на основе ингибитора коррозии согласно прототипу, из-за наличия в его составе амина и тетрабората натрия он оказывает неблагоприятное воздействие на человеческий организм и не соответствует современным требованиям к антифризам.

Целью изобретения является повышение антикоррозионных свойств антифризов и увеличение резерва щелочности.

Поставленная цель достигается тем, что ингибитор коррозии для антифризов, содержащий гликоль, воду и динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты в качестве гликоля содержит этиленгликоль или полигликоли и дополнительно содержит ортофосфорную кислоту 88%-ную, гидроксид калия, карбонат натрия, ингибитор, коррозии цветных металлов, пеногаситель и краситель при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Ортофосфорная кислота, 88%-ная - 2,0-25,0
Гидроксид калия - 2,0-25,0
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводная - 0,1-1,0
Карбонат натрия - 0,1-2,0
Пеногаситель - 0,1-1,0
Краситель - 0,01-0,5
Вода - 10,0-30,0
Ингибитор коррозии цветных металлов - 0,1-44,0
Этиленгликоль или полигликоли - Остальное
В качестве ингибитора коррозии цветных металлов данный ингибитор содержит, мас. %: 0,2-2,0 метафосфата натрия и/или 0,1-2,0 капролактама, и/или 0,5-5:0 карбамида, и/или 0,5-5,0 бензотриазола, и/или 0,1-5,0 ингибитора атмосферной коррозии ВНХЛ-49, и/или 0,5-25,0 бензойнокислого натрия.

При этом в качестве метафосфата натрия он содержит гексаметафосфат или полифосфат натрия общей формулы (NaPO₃)_nH₂O (ГОСТ 20291-80).

Ингибитор атмосферной коррозии ВНХЛ-49 (ТУ 6-00-5808009-186-90) представляет собой прозрачную жидкость от светло-желтого до светло-коричневого цвета, с температурой кипения 135^oC при 0,0016 МПа. Основным компонентом (до 96,0 мас.%) данного ингредиента являются Шиффовы основания (азометины) общей формулы RR'C= NR'', где R,R' водород, алкил, -арил-радикалы; R''-алкил, -арил-радикалы.

В качестве пеногасителя используют любой органический пеногаситель, например пеногаситель на кремнийорганической 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.

Полигликоли являются побочным продуктом производства этиленгликоля и представляет собой водный раствор смеси гликолей с массовой долей 75-90%, в котором содержится 60-80 мас.% этиленгликоля, 5-20 мас.% диэтиленгликоля, до 5 мас.% триэтиленгликоля.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что данный состав ингибитора коррозии отличается от известного введением трех новых компонентов: пеногасителя, красителя и нового ингибитора коррозии цветных металлов, содержащего от одного до шести компонентов в любом их сочетании и любом соотношении, а в качестве основы (гликоля) может быть использован этиленгликоль или полигликоли. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию новизны.

Применение в данном составе новых компонентов в сочетании с известными и найденное соотношение всех ингредиентов обеспечивает такие свойства, которые проявляются только в указанном техническом решении, а именно: высокие антикоррозионные свойства антифриза, полученного на его основе относительно конструкционных материалов (медь, латунь, припой, сталь, чугун, алюминий), значительный резерв щелочности, низкая токсичность.

При изучении других технических решений в данной области технологии признаки, отличающие заявленное изобретение от прототипа, не были выявлены, что обеспечивает соответствие данного технического решения критерию существенные отличия.

Ингибитор данного свойства готовят последовательным смешиванием компонентов.

Пример 1. В емкость с мешалкой помещают 10,0 г воды, 2,0 г ортофосфорной кислоты, 88%-ной, 2,0 г гидроксида калия, 0,1 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,1 г карбоната натрия, 0,2 г гексаметафосфата натрия, 0,1 г пеногасителя и 0,01 г красителя, 85,49 г этиленгликоля. Смесь перемешивают при температуре окружающей среды в течение 1 ч до полного растворения компонентов.

Пример 6. B емкость с мешалкой помещают 22,0 г воды, 8,0 г ортофосфорной кислоты, 88%-ной, 7,9 г гидроксида калия, 0,2 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,6 г карбоната натрия, 0,1 г полифосфата натрия, 0,1 г пеногасителя, 0,01 г красителя, 71,09 г этиленгликоля. Смесь перемешивают при температуре окружающей среды в течение 1 ч до полного растворения всех компонентов.

Пример 11. В емкость с мешалкой помещают 3,0 г воды, 8,1 г ортофосфорной кислоты, 88%-ной, 8,0 г гидроксида калия, 0,3 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,6 г карбоната натрия, 0,1 г капролактама, 0,1 г пеногасителя, 0,01 г красителя, 52,79 г этиленгликоля. Смесь перемешивают при температуре окружающей среды в течение 1 ч до полного растворения всех компонентов.

Пример 16. В емкость с мешалкой помещают 14,0 г воды, 3,0 г ортофосфорной кислоты, 88%-ной, 3,0 г гидроксида калия, 0,5 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,5 г карбоната натрия, 0,5 г карбамида, 0,1 г пеногасителя, 0,01 г красителя, 78,39 г этиленгликоля. Смесь перемешивают как указано в примере 1.

Пример 21. В емкость с мешалкой помещают 14,0 г воды, 8,1 г ортофосфорной кислоты, 88%-ной, 7,9 г гидроксида калия, 0,5 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,5 г карбоната натрия, 0,5 г бензотриазола, 0,15 г пеногасителя, 0,01 г красителя, 68,34 г этиленгликоля. Смесь перемешивают как указано в примере 1.

Пример 26. В емкость с мешалкой помещают 24,0 г воды, 18,0 г ортофосфорной кислоты, 88%-ной, 17,9 г гидроксида калия, 0,3 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,5 г карбоната натрия, 0,1 г ингибитора атмосферной коррозии ВНХЛ-49, 0,12 г пеногасителя, 0,03 г красителя, 39,03 г этиленгликоля. Смесь перемешивают как указано в примере 1.

Пример 31. В емкость с мешалкой помещают 22,0 г воды, 8,0 г ортофосфорной кислоты, 88%-ной, 7,9 г гидроксида калия, 0,3 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,5 г карбоната натрия, 0,5 г бензойнокислого натрия, 0,12 г пеногасителя, 0,03 г красителя, 60,65 г этиленгликоля. Смесь перемешивают как указано в примере 1.

Примеры 60-74. Ингибитор готовят аналогично описанному в вышеприведенных примерах, но в качестве основы используют полигликоли.

Составы ингибитора коррозии по примерам 1 -74 и прототипу приведены в табл. 1.

Из составов ингибитора коррозии, указанных в табл. 1, готовят образцы антифризов для испытаний на коррозионное воздействие на металлы путем его разбавления этиленгликолем или полигликолями в соотношении 1:6.

Образцы антифризов подвергают коррозионным испытаниям в виде их 50%-ных растворов по методике ASTMD-1384 в течение 336 ч при (88±1)^oC с аэрацией воздухом.

Сравнительные результаты коррозионных испытаний представлены в табл. 2.

Основные физико-химические свойства ингибитора коррозии и антифриза, полученного на его основе, представлены в табл. 3.

Кроме того, приготовленные на основе ингибитора коррозии образцы антифриза испытывают на стойкость в жесткой воде по ГОСТ 28084-89. Критерием устойчивости антифриза к жесткой воде является отсутствие осадка и расслоения жидкой фазы.

Определение резерва щелочности проводят по методике ASTMD-1121.

Водородный показатель pH измеряют в 50%-ных растворах образцов ингибитора коррозии по методике ASTMD-1287.

Как видно из табл. 1 и 2, составы 1-3, 6-8, 11-13, 16-18, 21-23, 26-28, 31- 33, 36-74 обладают высокими антикоррозионными свойствами.

Уменьшение концентрации гексаметафосфата натрия или полифосфата натрия ниже 0,2 мас.% вызывает усиление коррозии цветных металлов (примеры 4 и 9, соответственно), а увеличение ее выше 2,0 мас.% не приводит к повышению положительного эффекта (примеры 5 и 10, соответственно).

Уменьшение концентрации капролактама ниже 0,1 мас.% приводит к снижению коррозионной стойкости цветных металлов ( пример 14). Увеличение его содержания выше 2,0 мас.% резко усиливает коррозию всех металлов (пример 15).

С уменьшением содержания карбамида ниже 0,5 мас.% значительно снижает резерв щелочности (пример 19), а при содержании его выше 5,0 мас.% усиливается коррозия черных металлов (пример 20).

При содержании бензотриазола ниже 0,5 мас.% значительно усиливается коррозия меди и припоя (пример 24), а увеличение ее выше 5,0 мас.% не улучшает защитных свойств ингибитора коррозии по отношению к цветным металлам (пример 25).

Уменьшение содержания ингибитора атмосферной коррозии ВНХЛ-49 ниже нижнего предела приводит к усилению коррозии цветных металлов (пример 29), а при его концентрации выше верхнего предела антикоррозионные свойства ингибитора коррозии не улучшается (пример 30).

Уменьшение содержания бензойнокислого натрия ниже 0,5 мас.% значительно усиливает коррозию цветных металлов (пример 34), увеличение его содержания выше 25,0 мас.% не приводит к повышению положительного эффекта (пример 35).

Уменьшение суммарной концентрации смеси гексаметафосфата натрия, капролактама, карбамида, бензотриазола, ингибитора атмосферной коррозии BНХЛ-49, бензойнокислого натрия ниже нижнего предела вызывает усиление коррозии меди, латуни и припоя (пример 75). Увеличение суммарной концентрации смеси этих компонентов выше верхнего предела усиливает коррозию всех металлов (пример 76).

Разбавление ингибитора коррозии этиленгликолем или водно-гликолевой смесью позволяет получить антифриз и охлаждающие жидкости с заданной температурой замерзания от минус 20^oC до минус 65^oC (табл. 4).

Таким образом, применение в составе ингибитора коррозии, согласно изобретению, новых компонентов в сочетании с известными и найденное соотношение всех ингредиентов позволяет получать антифризы, обеспечивающие высокую коррозионную защиту по отношению к конструкционным материалам двигателя внутреннего сгорания (меди, латуни, припоя, стали, чугуну и алюминию), достаточно высокий резерв щелочности, устойчивость к жесткой воде и экологическую безопасность.

Использование: в химической технологии, относится к ингибиторам коррозии антифризов, применяемых в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах. Сущность изобретения: ингибитор коррозии содержит, мас.%: 2,0 - 25,0 88%-ной ортофосфорной кислоты, 2,0 - 25,0 гидроксида калия, 0,1 - 1,0 динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводной, 0,1 - 2,0 карбоната натрия, 0,01 - 1,0 пеногасителя, 0,01 - 0,5 красителя, 10,0 - 30,0 воды, 0,1 - 44,0 ингибитора коррозии цветных металлов, остальное - этиленгликоль или полигликоли. Ингибитор коррозии цветных металлов содержит, в пересчете на весь ингибитор, мас.%: 0,2 - 2,0 метафосфата натрия, или 0,1 - 2,0 капролактама, или 0,5 - 5,0 карбамида, или 0,5 - 5,0 бензотриазола, или 0,1 - 5,0 ингибитора атмосферной коррозии ВНХЛ-49, или 0,5 - 25,0 бензойнокислого натрия, или их смесь в любом сочетании. При этом в качестве метафосфата натрия он содержит гексаметафосфат или полифосфат натрия. Предложенный ингибитор коррозии отличается повышенной активностью и увеличивает резерв щелочности. 2 з. п.ф-лы, 4 табл.

1. Ингибитор коррозии для антифризов, содержащий гликоль, воду и динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, отличающийся тем, что в качестве гликоля содержит этиленгликоль или полигликоли и дополнительно содержит ортофосфорную кислоту 88%-ную, гидроксид калия, карбонат натрия, ингибитор коррозии цветных металлов, пеногаситель и краситель при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота 88%-ная - 2,0 - 25,0
Гидроксид калия - 2,0 - 25,0
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводная - 0,1 - 1,0
Карбонат натрия - 0,1 - 2,0
Пеногаситель - 0,1 - 1,0
Краситель - 0,01 - 0,5
Вода - 10,0 - 30,0
Ингибитор коррозии цветных металлов - 0,1 - 44,0
Этиленгликоль или полигликоли - Остальное
2. Ингибитор по п.1, отличающийся тем, что в качестве ингибитора коррозии цветных металлов содержит, мас.%: 0,2 - 2,0 метафосфата натрия, и/или 0,1 - 2,0 капролактама, и/или 0,5 - 5,0 карбамида, и/или 0,5 - 5,0 бензотриазола, и/или 0,1 - 5,0 ингибитора атмосферной коррозии ВНХЛ-49, и/или 0,5 - 25,0 бензойнокислого натрия. 3. Ингибитор по п.2, отличающийся тем, что в качестве метафосфата натрия он содержит гексаметафосфат или полифосфат натрия общей формулы (NaPO₃)_nH₂O.