АНТИФРИЗ Российский патент 2003 года по МПК C09K5/08 

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

Известны охлаждающие жидкости на основе этиленгликоля, содержащие в своей основе фосфаты щелочных металлов, меркаптобензтиазол, тетраборат натрия, бензтриазол (RU патент 2050397, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1995; US патент 5387360, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1995; RU патент 2105024, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1998; RU патент 2125074, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1999; RU патент 2143500, МПК 7 С 23 F 11/08, опубл. 1999). Основным недостатком указанных охлаждающих жидкостей является повышенная коррозионная активность по отношению к алюминию.

Известны охлаждающие жидкости на основе гликолей, содержащие триэтаноламин, диэтаноламин, нитриты и нитраты щелочных металлов, бензотриазол, меркаптобензтиазол, бораты, молибдаты, дифосфонаты (JP патент 3197583, МПК 7 С 09 К 5/00, С 08 L 11/02, опубл. 1991; US патент 5230819, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1993; US патент 5352408, МПК 7 С 29 F 11/167, опубл. 1994; US патент 5387360, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1995; RU патент 2115685, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 1998; RU патент 2164929, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 2001). Однако эти охлаждающие жидкости оказывают вредное влияние на организм человека, ввиду наличия в их составе нитратов, нитритов и молибдатов.

Указанные антифризы, кроме того, отличаются сравнительно низкими смазывающими свойствами. "Современные импортные помпы предъявляют повышенные требования к смазывающим свойствам охлаждающих жидкостей. Если их не выполнить, помпа быстро потечет, ввиду выхода из строя уплотнения. Причем касается это не только машин иностранного производства, но и вазовских машин" (За рулем, 2001, 12, стр.96-98).

Наиболее близким по составу и свойствам к предлагаемому является антифриз на основе гликоля, содержащий щелочной агент, ортофосфорную кислоту, натриевую соль 2-меркаптобензтиазола, карбонат натрия, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, оксиэтилидендифосфоновую кислоту, пеногаситель, краситель и воду (RU патент 2156787, МПК 7 С 09 К 5/00, опубл. 2000).

Основными недостатками прототипа являются недостаточная антикоррозионная защита по отношению к алюминию и низкие смазывающие свойства.

Целью данного изобретения является повышение антикоррозионных свойств антифриза по отношению к алюминию и улучшение смазывающих свойств при сохранении низкой токсичности.

Поставленная цель достигается тем, что антифриз на основе гликоля, содержащий щелочной агент, ортофосфорную кислоту, натриевую соль 2-меркаптобензтиазола, карбонат натрия, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, оксиэтилидендифосфоновую кислоту, пеногаситель, краситель и воду, дополнительно содержит капролактам и смесь поливинилового спирта и олеата натрия в соотношении 1:1-1:4, а в качестве щелочного агента - гидроокись щелочного металла или гидроксиэтиламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота, 74%-ная - 0,3-1,5
Гидроокись щелочного металла - 0,03-1,7
или
Гидроксиэтиламин - 3,0-3,5
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0,008-0,020
Карбонат натрия - 0,10-0,15
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты - 0,02-0,05
Оксиэтилидендифосфоновая кислота - 0,01-0,03
Капролактам - 0,01-0,02
Смесь поливинилового спирта и олеата натрия в соотношении 1:1-1:4 - 0,15-0,30
Пеногаситель - 0,002-0,004
Краситель - 0,002-0,003
Вода - 2,0-2,5
Этиленгликоль или пропиленгликоль - Остальное
Смесь поливинилового спирта и олеата натрия является смазывающим агентом и введена в состав антифриза впервые. При этом олеат натрия в данном составе выполняет также функцию антикоррозионной присадки для алюминия.

В качестве щелочного агента используют гидроокись щелочного металла: гидроокись калия (ГОСТ 9285-78), или гидроокись натрия (ГОСТ 2263-79), или гидроксиэтиламин, например диэтаноламин (ТУ 6-09-2652-77) или триэтаноламин (ТУ 6-02-916-79).

В качестве пеногасителя используют любой органический пеногаситель, например пеногаситель на кремнийорганической основе (продукт 139-282 по ТУ 6-02-1-529-86).

В качестве красителя используют любой спиртоводорастворимый краситель, например краситель кислотный ярко-голубой З (ТУ 6-14-391-76) или флуоресцеиннатрий (уранин) (ТУ 6-09-2281-82).

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что данный состав антифриза отличается от известного введением в него смеси поливинилового спирта и олеата натрия как компонентов смазывающего агента и щелочного агента. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию новизна.

Применение в данном составе также других новых компонентов в сочетании с известными и найденное оптимальное соотношение всех ингредиентов обеспечивает такие свойства, которые проявляются только в указанном техническом решении, а именно высокие антикоррозионные свойства антифриза относительно конструкционных материалов (сталь, чугун, медь, латунь, припой, алюминий), высокие смазывающие свойства и низкую 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.

Антифриз готовят раздельным растворением щелочного агента и 2-меркаптобензтиазола в гликоле при 45-55^oС и остальных компонентов в водогликолевом растворе при 40-50^oС путем их растворения в любой последовательности при перемешивании. Оба раствора объединяют и перемешивают при комнатной температуре в течение 1 ч.

Пример 1. В емкость с мешалкой помещают 23,0 г этиленгликоля, 1,7 г гидроокиси натрия и 0,009 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола и перемешивают при 45-55^oС до полного растворения компонентов. Отдельно готовят раствор остальных компонентов. Для этого к 71,322 г этиленгликоля приливают 2,5 г воды, смесь нагревают до 40-50^oС и затем последовательно при перемешивании добавляют 0,12 г олеата натрия, 0,13 г карбоната натрия, 1,1 г 74%-ной ортофосфорной кислоты, 0,04 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,03 г оксиэтилидендифосфоновой кислоты, 0,03 г поливинилового спирта, 0,015 г капролактама, 0,002 г пеногасителя (продукта 139-282) и 0,002 г красителя (кислотный ярко-голубой З), Перемешивание раствора продолжают до полного растворения всех компонентов. Затем полученные растворы объединяют в одной емкости и перемешивают в течение 1 ч при комнатной температуре.

Аналогично готовят и другие составы заявленного антифриза, примеры которых представлены в таблице 1. Составы 2-6 в качестве щелочного агента содержат гидроокись калия, в примерах 1, 7-11 - гидроокись натрия, в составах 12, 13 и 14, 15 щелочным агентом соответственно являются диэтаноламин или триэтаноламин. Составы, представленные примерами 1-15, содержат различные соотношения поливинилового спирта и олеата натрия в заявленных пределах. Пример 16 представляет состав по прототипу.

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

Сравнительные результаты коррозионных испытаний приведены в таблице 2, из которой видно, что данный антифриз обладает высокими антикоррозионными свойствами по отношению к алюминию.

Экспериментально установлено, что уменьшение концентрации олеата натрия до ниже 0,1 мас.% приводит к усилению коррозии алюминия, а увеличение ее до выше 0,2 мас.% не повышает положительный эффект.

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

Образцы антифризов испытывают на смазывающие свойства по ГОСТ 9490-75.

Испытания проводят на четырехшариковой машине трения в течение 60±0,5 мин при нагрузке 20 кгс и частоте вращения 1460±70 об/мин. Критерием смазывающих свойств антифризов является значение диаметра пятна износа ниже 0,9 мм. Результаты представлены в таблице 4. Наибольший эффект при испытании на смазывающие свойства показали образцы антифризов с заявленным составом соотношения поливинилового спирта и олеата натрия.

В образцах антифризов, где концентрация смеси поливинилового спирта и олеата натрия ниже 0,15 мас.% наблюдается увеличение диаметра пятна износа до 1,0-1,2 мм. Увеличение концентрации этих компонентов выше 0,3 мас.% не приводит к повышению положительного эффекта. Увеличение соотношения компонентов в смеси выше 1:1 приводит к ухудшению антикоррозионных свойств по отношению к алюминию, а уменьшение его до ниже 1:4 не улучшает антикоррозионных и смазывающих свойств антифриза.

Определение резерва щелочности проводят по методике ASTMD-1121.

Водородный показатель рН измеряют в 50%-ных растворах образцов антифризов по методике ASTMD-1287.

Разбавление антифриза водой позволяет получить охлаждающие жидкости и теплоносители с температурой замерзания от минус 65 до минус 20^oС.

Таким образом, применение в составе антифриза согласно изобретению новых компонентов в сочетании с известными при найденном соотношении всех ингредиентов обеспечивает высокую антикоррозионную защиту антифриза по отношению к конструкционным материалам (меди, стали, чугуну, алюминию, припою, латуни) и высокие смазывающие свойства.

Использование: в производстве охлаждающих жидкостей, применяемых для охлаждения двигателей внутреннего сгорания, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах. Антифриз содержит, мас.%: 0,3-1,5 74%-ной ортофосфорной кислоты, 0,03-1,7 гидроокиси щелочного металла или 3,0-3,5 гидроксиэтиламина, 0,008-0,020 натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, 0,10-0,15 карбоната натрия, 0,02-0,05 динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,01-0,03 оксиэтилидендифосфоновой кислоты, 0,01-0,02 капролактама, 0,15-0,30 смеси поливинилового спирта и олеата натрия в соотношении 1:1-1:4, 0,002-0,004 пеногасителя, 0,002-0,003 красителя, 2,0-2,5 воды, остальное - этиленгликоль или пропиленгликоль. Технический результат - повышение антикоррозионных свойств и улучшение смазывающих свойств. 4 табл.

Антифриз на основе гликоля, содержащий щелочной агент, ортофосфорную кислоту, натриевую соль 2-меркаптобензтиазола, карбонат натрия, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, оксиэтилидендифосфоновую кислоту, пеногаситель, краситель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит капролактам и смесь поливинилового спирта и олеата натрия в соотношении 1:1-1:4, а в качестве щелочного агента - гидроокись щелочного металла или гидроксиэтиламин при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Ортофосфорная кислота, 74%-ная 0,3-1,5

Гидроокись щелочного металла 0,03-1,7

или

Гидроксиэтиламин 3,0-3,5

Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола 0,008-0,020

Карбонат натрия 0,10-0,15

Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 0,02-0,05

Оксиэтилидендифосфоновая кислота 0,01-0,03

Капролактам 0,01-0,02

Смесь поливинилового спирта и олеата натрия в соотношении 1:1-1:4 0,15-0,30

Пеногаситель 0,002-0,004

Краситель 0,002-0,003

Вода 2,0-2,5

Этиленгликоль или пропиленгликоль Остальное