АНТИФРИЗ Российский патент 2003 года по МПК C09K5/00 

Изобретение относится к области химической технологии и может быть применено в производстве охлаждающих жидкостей, предназначенных для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах, эксплуатируемых при низких и умеренных температурах.

Известна охлаждающая жидкость, содержащая этиленгликоль, воду, гидроксид натрия, буру, бензоат натрия, нитрит, нитрат и силикат щелочного металла, пеногаситель и краситель (SU заявка 1806162, Кл. С 09 K 5/00, опубл. 1993). Известен антифриз на основе гликолей, содержащий фосфаты щелочного металла, борат щелочного металла, меркаптобензтиазол, соли цинка и/или магния (GB патент 1203161, МПК 6, С 09 К 5/00, опубл. 1970). Известна охлаждающая жидкость на основе гликолей, содержащая триэтаноламины, динатрийфосфат и бензоат натрия (PL патент 139153, МПК 6, C 23 F 14/00, опубл. 1985). Известен антифриз на основе гликолей и их производных, содержащий ортофосфорную кислоту, фосфат и гидроксид щелочного металла (US патент 4684474, МПК 6, С 09 K 5/00, опубл. 1987). Однако этот антифриз неустойчив по отношению к жесткой воде и имеет низкий резерв щелочности, что приводит к сокращению срока службы антифриза. Известен антифриз, содержащий гликоли, ортофосфорную кислоту, гидроксид щелочного металла, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, карбонат натрия, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (RU патент 2103310, МПК 6, С 09 К 5/00, опубл. 1998). Основным недостатком этого антифриза является достаточно высокая агрессивность по отношению к меди, латуни и припою и, кроме того, низкий резерв щелочности.

Наиболее близким по составу и свойствам к предлагаемому является антифриз на основе гликоля, имеющий следующий состав, мас.% (RU патент 217024, МПК 6, С 09 К 5/00, опубл. 1998):
Ортофосфорная кислота, 87%-ная - 1,30 - 1,40
Гидроксид натрия - 0,80 - 1,00
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0,01 - 0,05
Карбонат натрия - 0,10 - 0,15
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводная - 0,03 - 0,07
Пеногаситель - 0,02 - 0,03
Краситель - 0,002 - 0,003
Вода - 0,85 - 1,5
Ингибитор коррозии цветных металлов - 0,02 - 1,1
Этиленгликоль или полигликоли - Остальное
В качестве ингибитора коррозии цветных металлов антифриз содержит, мас. %: от 0,05 до 0,10 метафосфата натрия, или от 0,02 до 0,10 капролактама, или от 0,10 до 0,30 карбамида, или от 0,20 до 0,30 бензтриазола, или от 0,02 до 0,30 ингибитора атмосферной коррозии ВНХЛ-49, или их смесь в любом сочетании и в любом соотношении. Основным недостатком антифриза согласно прототипу является высаливание кристаллов ортофосфатов натрия, образующихся при взаимодействии ортофосфорной кислоты и гидроксида натрия, имеющих низкую растворимость в водно-гликолевом растворе во время хранения при низких температурах.

Целью данного изобретения является улучшение эксплуатационных свойств антифриза. Поставленная цель достигается тем, что антифриз на основе гликоля, содержащий ортофосфорную кислоту, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, пеногаситель, капролактам, краситель, воду, этиленгликоль или полигликоли, дополнительно содержит калий углекислый (поташ), высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8, бутиловый спирт при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота, 75%-ная - 0,20 - 1,00
Калий углекислый (поташ) полутораводный технический - 0,50 - 2,00
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола (каптакс) - 0,005 - 0,100
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводная - 0,01 - 0,100
Капролактам - 0,01 - 1,00
Высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8 - 0,80 - 1,00
Этиленгликоль или полигликоли - 54,0 - 65,0
Бутиловый спирт - 0,01 - 0,03
Пеногаситель - 0,001 - 0,003
Краситель - 0,002 - 0,003
Вода - Остальное
При этом в качестве пеногасителя используют продукт 139-282, представляющий собой самоэмульгирующийся продукт на основе кремнийорганического пеногасителя (ТУ 6-02-1-529-86). В качестве красителя используют любой спиртоводорастворимый краситель, например краситель кислотный ярко-голубой "З" по ТУ 6-14-391-76. Спирт бутиловый нормальный (ГОСТ 5208-81) используют в качестве растворителя для пеногасителя. Капролактам представляет собой лактам ε-аминокапроновой кислоты (ГОСТ 7850-86). Высокомодульное жидкое стекло представляет собой водный раствор смеси силикатов калия и натрия, имеющей переменный состав, выражаемый общей формулой R₂O•n SiO, где R означает калий или натрий. Полигликоли очищенные (ТУ 6-15-1761-94) являются побочным продуктом производства этиленгликоля и представляют 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. Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что данный состав антифриза отличается от известного введением новых компонентов: калия углекислого (поташа), высокомодульного жидкого стекла с силикатным модулем 2,8 и бутилового спирта. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию новизна.

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: использование новой сырьевой базы для ингибиторной композиции позволяет снизить стоимость и дефицитность антифриза. Снижение суммарного содержания противокоррозионных присадок (ингибиторов) в общей массе охлаждающей жидкости увеличивает тем самым долю водно-гликолевой основы, что позволяет улучшить ее теплофизические свойства. Более того, использование новых антикоррозионных присадок в сочетании с известными предотвращает высаливание ортофосфатов во время хранения антифриза при низких температурах и позволяет в процессе производства охлаждающей жидкости использовать жесткую воду. При этом сохраняются высокие антикоррозионные свойства антифриза 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 антифриз согласно изобретению от прототипа, не выявлены, что обеспечивает соответствие данного технического решения критерию существенные отличия.

Антифриз готовят последовательным растворением компонентов в водно-гликолевом растворе.

Пример 1. В емкость с мешалкой помещают 43,86 г воды, 0,5 г поташа, 0,2 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,01 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,01 г капролактама, 54,6 г этиленгликоля, 0,005 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, 0,8 г жидкого стекла, 0,002 г красителя. Отдельно готовят раствор 0,001 г пеногасителя в 0,01 г бутилового спирта. Затем полученные растворы помещают в одну емкость и перемешивают при комнатной температуре в течение 1 часа.

Пример 2. Антифриз готовят так же, как и в примере 1, но водно-гликолевый раствор содержит 42,87 г воды, 1,0 г поташа, 0,45 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,05 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,02 г капролактама, 54,6 г этиленгликоля, 0,008 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, 0,9 г жидкого стекла, 0,002 г красителя, 0,002 г пеногасителя в 0,02 г бутилового спирта.

Пример 3. Антифриз готовят так же, как и в примере 1, но водно-гликолевый раствор содержит 29,76 г воды, 2,0 г поташа, 1,0 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,1 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 1,0 г капролактама, 65,0 г этиленгликоля, 0,1 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, 1,0 г жидкого стекла, 0,003 г красителя, 0,003 г пеногасителя в 0,03 г бутилового спирта.

Составы антифриза по примерам 1-10 и прототипу приведены в таблице 1. Образцы антифризов, составы которых представлены в таблице 1, подвергают коррозионным испытаниям по методике ASTM-1384 в течение 336 ч при температуре 88±1^oС с аэрацией воздухом. Сравнительные результаты коррозионных испытаний представлены в таблице 2. Определение резерва щелочности проводят по методике ASTM D1121. Водородный показатель рН измеряют по методике ASTM D1287. Уменьшение концентрации поташа ниже 0,5 мас.% вызывает усиление коррозии стали и чугуна, кроме того, снижает резерв щелочности охлаждающей жидкости (пример 4), а увеличение ее выше 2,0 мас.% не приводит к повышению положительного эффекта (пример 5). Уменьшение концентрации капролактама ниже 0,01 мас.% приводит к снижению коррозионной стойкости цветных металлов (пример 6). Увеличение его содержания выше 1,0 мас.% резко усиливает коррозию всех металлов (пример 7). Снижение концентрации высокомодульного жидкого стекла ниже 0,8 мас. % не обеспечивает достаточную защиту от коррозии алюминия и припоя (пример 8), увеличение его концентрации выше 1,0 мас.% вызывает образование геля, что недопустимо (пример 9).

Основные физико-химические свойства полученного антифриза представлены в таблице 3.

Таким образом, применение в составе антифриза согласно изобретению новых компонентов в сочетании с известными и найденное соотношение всех ингредиентов обеспечивает высокую коррозионную защиту жидкости по отношению к конструкционным материалам (меди, латуни, припою, стали, чугуну, алюминию), достаточно высокий резерв щелочности, устойчивость к жесткой воде и экологическую безопасность.

Использование: в химической технологии, в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах. Антифриз содержит, мас. %: 0,50-2,00 калия углекислого (поташа), 0,20-1,00 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,005-0,100 натриевой соли 2-меркаптобензтиазола (каптакса), 0,01-0,10 динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводной, 0,01-1,00 капролактама, 0,80-1,00 высокомодульного жидкого стекла с силикатным модулем 2,8, 0,001-0,003 пеногасителя, 0,01-0,03 спирта бутилового, 0,002-0,003 красителя, 54,00-65,00 этиленгликоля или полигликолей, остальное - вода. Технический результат - улучшение эксплуатационных свойств антифриза. 3 табл.

Антифриз на основе этиленгликоля или полигликолей, содержащий 75%-ную ортофосфорную кислоту, натриевую соль 2-меркаптобензтиазола (каптакса), динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводную, пеногаситель, капролактам, краситель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит калий углекислый (поташ), высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8, бутиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота 75%-ная - 0,20-1,00
Калий углекислый (поташ) полутороводный, технический - 0,50-2,00
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола (каптакс) - 0,005-0,100
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводная - 0,01-0,100
Капролактам - 0,01-1,00
Высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8 - 0,80-1,00
Этиленгликоль или полигликоли - 54,0-65,0
Бутиловый спирт - 0,01-0,03
Пеногаситель - 0,001-0,003
Краситель - 0,002-0,003
Вода - Остальноен