АНТИФРИЗ Российский патент 2007 года по МПК C09K5/00 

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 антифризы 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 антифризы оказывают вредное влияние на организм человека, ввиду наличия в их составе нитратов, аминов и молибдатов.

Известен антифриз (SU 1806162 A3, 30.03.1993, см. описание к патенту РФ 1806162, М.кл. 5 С 09 К 5/00, заявл. 18.02.91 г. «Способ получения охлаждающей жидкости»). Данный антифриз содержит воду, этиленгликоль, гидрооксид натрия, бензойную кислоту, буру, нитрит натрия, нитрат калия, уранин, пеногаситель, метасиликат натрия. Недостаток данного антифриза заключается в невысоких антикоррозионных свойствах состава, снижающих эксплуатационные показатели.

Наиболее близким по составу и свойствам к предлагаемому является антифриз (RU патент 1075725, МПК С 09 К 5/00, опубл. 1996) на основе этиленгликоля, буры, бензотриазола, нитрита натрия, триэтаноламина, пеногасителя, красителя и воды, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Этиленгликоль 25,75-92,55

Бура 0,44-1,55

Бензотриазол 0,01-0,03

Нитрит натрия 0,06-0,25

Триэтаноламин 0,13-0,47

Полиметилсилоксан 0,01-0,25

Вода - до 100.

Состав антифриза, выбранный в качестве прототипа, имеет ряд недостатков. Одним из недостатков является образование в водной среде при взаимодействии вторичных аминов с нитритом натрия N-нитрозоаминов, обладающих канцерогенными свойствами. Другой недостаток - недостаточная стабильности смеси. Кроме того, антифриз обладает невысокими антикоррозионными свойствами.

Технической задачей данного изобретения является повышение антикоррозионных свойств антифриза по отношению к черным и цветным металлам (чугуну, стали, алюминию, меди, латуни, припою), повышение стабильности смеси при разбавлении антифриза водой, улучшение экологических свойств антифриза, а также доступность и дешевизна антифриза.

Поставленная задача достигается тем, что антифриз, включающий этиленгликоль, воду, буру и нитрит натрия, согласно изобретению дополнительно содержит метасиликат натрия, натрий углекислый безводный, борную кислоту и гидроокись натрия, при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вода - 30,0-70,0

Бура - 0,15-0,38

Нитрит натрия - 0,03-0,08

Полиметилсилоксан - 0,008-0,015

Борная кислота - 0,15-0,38

Гидроокись натрия - 0,05-0,30

Метасиликат натрия - 0,05-0,10

Натрий углекислый безводный - 0,05-0,20

Краситель - 0,002-0,004

Этиленгликоль - остальное.

Отличие заявляемого антифриза заключается в дополнительном включении в состав метасиликата натрия, натрия углекислого безводного, борной кислоты, гидроокиси натрия, а также в выборе количества буры, борной кислоты, натрия углекислого безводного.

Количество буры, равное 0,15-0,38%, количество борной кислоты, равное 0,15-0,38%, количество натрия углекислого безводного, равное 0,05-0,20%, от общей массы получаемого антифриза обеспечивает стабильность смеси, за счет образования буферной смеси.

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).

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

Заявляемый антифриз не содержит бензотриазол, который является дорогостоящим и труднодоступным реактивом.

Состав и количество остальных компонентов выбраны из условия соответствия заявляемого антифриза требованиям и нормам ГОСТ 28084-89 «Жидкости охлаждающие низкозамерзающие. Общие технические условия».

Антифриз готовят следующим образом: в дистиллированной воде последовательно растворяют буру, борную кислоту, метасиликат натрия, нитрит натрия, гидроокись натрия, натрий углекислый безводный, полиметилсилоксан, краситель и перемешивают в течение часа до полного растворения компонентов, затем смешивают с этиленгликолем. Смесь тщательно размешивается и отстаивается.

Примеры композиций антифризов приведены в таблице 1.

Основные физико-химические свойства предлагаемого антифриза предложенного состава приведены в таблице 2.

Коррозионное воздействие на металлы определяют потерей веса (г/м²·сут) металлических пластин установленного размера в среде антифриза с аэрацией воздухом в течение 336 ч при температуре 88±2°С согласно пункту 4.5 ГОСТ 28084-89. Резерв щелочности определяют потенциометрическим титрованием 20 см³ антифриза с рН-метром по расходу, (см³) 0,1 н. раствора соляной кислоты до рН 5,5 согласно пункту 4.9 ГОСТ 28084-89. Водородный показатель рН определяют потенциометрическим методом по ГОСТ 22567.5-93 с использованием стеклянного и хлорсеребряного электродов согласно пункту 4.8 ГОСТ 28084-89.

Результаты коррозионных испытаний композиций антифризов из примеров 1-6 приведены в таблице 3. Уменьшение количества метасиликата натрия ниже 0,03% от общей массы получаемого антифриза вызывает усиление коррозии припоя меди (пример №5), а увеличение количества нитрита натрия выше 0,08% от общей массы получаемого антифриза вызывает коррозию алюминия и припоя (пример №6). Композиции антифризов из примеров 1-6 обладают достаточно высокими антикоррозионными свойствами. Подобранное соотношение смеси метасиликата натрия и нитрита натрия обуславливает отсутствие коррозии на стали и снижение коррозии на чугуне, а смесь буры и метасиликата натрия обеспечивает улучшение антикоррозийных свойств антифриза по отношению к цветным металлам, в отличие от прототипа. При значении рН ниже 8 антикоррозионные свойства нитрита натрия ослабевают по отношению к цветным металлам (медь, припой).

Результаты стабильности смеси при разбавлении водой антифризов из примеров 1-6 приведены в таблице 4. Составы 1-6, включающие в себя смесь буры и борной кислоты в подобранном количественном соотношении, позволили получить буферную смесь, при этом величина рН держалась стабильно. Буферное действие буры объясняется возникновением в процессе гидролиза кислот и оснований, обеспечивающих устойчивую щелочность. Что касается прототипа, то количество буры, равное 0,44-1,55 от общей массы антифриза, вследствие ее малой растворимости в воде, не обеспечивает стабильности смеси.

Таким образом, применение в составе антифриза согласно изобретению новых компонентов в сочетании с известными и заданное соотношение всех ингредиентов обеспечивает высокую коррозионную защиту жидкости по отношению к конструкционным материалам (меди, латуни, припою, стали, чугуну, алюминию), достаточную стабильность смеси, высокий резерв щелочности, экологическую безопасность. Кроме того, все компоненты заявляемого антифриза отличаются дешевизной и доступностью.

Таблица 1
Примеры композиций антифризовКомпонентыКоличество, мас.%Пример 1Пример 2Пример 3Пример 4Пример 5Пример 6дистиллированная вода35,045,050,060,045,045,0бура0,180,200,220,380,200,22борная кислота0,250,200,220,380,250,20метасиликат натрия0,050,050,070,100,0250,05нитрит натрия0,030,030,060,060,050,08гидроокись натрия0,180,150,100,280,130,13натрий углекислый безводный0,050,200,150,100,050,20полиметилсилоксан0,010,010,010,010,010,01краситель0,0020,0020,0020,0020,0020,002этиленгликольОстальноеОстальноеОстальноеОстальноеОстальноеОстальное

Таблица 2
Основные физико-химические свойстваПоказателиНорма по ГОСТ 28084-89Антифриз заявленного составаПлотность при 20°С, г/см ³1,065-1,1001,073-1,085Водородный показатель (рН)7,50-11,007,85-9,75Температура начала кристаллизации, °СОт минус 35 до минус 65От минус 35 до минус 65Резерв щелочности, см³Не менее 1010-25

Таблица 3
Результаты коррозионных испытаний антифризов по ГОСТ 28084-89Композиции антифризовМатериалмедьлатуньприпойчугунстальалюминийпотеря массы, г/м²·сутПример 10,0350000620,0377+0,0034Отс.0,0051Пример 20,02540,00340,0371+0,0025Отс.0,0031Пример 30,03420,00790,0339+0,0028Отс.0,0059Пример 40,03770,00570,0342+0,0039Отс.0,0071Пример 50,09650,00570,1297+0,0039Отс.0,0071Пример 60,03770,00570,0699+0,0039Отс.0,0811Требования ГОСТ 28084-89Не более 0,1Не более 0,1Не более 0,2Не более 0,1Не более 0,1Не более 0,1ПрототипНет данных на соответствие ГОСТ 28084-89

Таблица 4
Результаты стабильности смеси при разбавлении антифриза водойСоставВодородный показатель (pH)Щелочность, см³Пример 18,6711,52Пример 28,9012,00Пример 39,0212,32Пример 49,0023,60Пример 57,8510,12Пример 69,7514,2Прототип7,60-8,0010,60-14,60Требования ГОСТ 28084-897,5-11,0Не менее 10

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. Антифриз содержит 30,0-70,0% воды, 0,15-0,38% буры, 0,03-0,08% нитрита натрия, 0,008-0,015% полиметилсилоксана, 0,15-0,38% борной кислоты, гидроокись натрия 0,05-0,30% гидроокиси натрия, 0,05-0,10% метасиликата натрия, 0,05-0,20% натрия углекислого безводного, 0,002-0,004% красителя, остальное - этиленгликоль. Обеспечивается высокая коррозионная защита антифриза по отношению к конструкционным материалам (меди, латуни, припою, стали, чугуну, алюминию), стабильность смеси, высокий резерв щелочности, а также его экологическая безопасность. Кроме того, все компоненты антифриза отличаются дешевизной и доступностью. 4 табл.

Антифриз, содержащий этиленгликоль, воду, буру, нитрит натрия, полиметилсилоксан, пеногаситель и краситель, отличающийся тем, что он дополнительно содержит борную кислоту, гидроокись натрия, натрий углекислый безводный и метасиликат натрия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Вода30,0-70,0Бура0,15-0,38Нитрит натрия0,03-0,08Полиметилсилоксан0,008-0,015Борная кислота0,15-0,38Гидроокись натрия0,05-0,30Метасиликат натрия0,05-0,10Натрий углекислый безводный0,05-0,20Краситель0,002-0,004ЭтиленгликольОстальное