Рецептура автомобильной охлаждающей жидкости, совместимой с другими охлаждающими жидкостями Российский патент 2021 года по МПК C09K5/00 

Изобретение относится к антифризам - низкозамерзающим охлаждающим жидкостям и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.

Автомобильная охлаждающая жидкость Universal содержит водный раствор моногликолей и/или полигликолей и/или многоатомных спиртов различного состава, антивспениватель, в качестве которого используют полидиметилсилоксаны с различной вязкостью и/или полиэфир, получаемые полимеризацией оксида этилена в присутствии моно- и/или дипропиленгликолей, пропандиолов, бутандиолов, индикатор рН - из ряда флуороновых красителей и/или цемактивов Т, в качестве антикоррозионных присадок - смесь органических двухосновных и/или односоновных кислот, и/или молибденсодержащие соли щелочных металлов, и/или гидроксиды щелочных металлов, и динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, и бензотриазол и/или его производные и полициклический амин и их производные, азотнокислые щелочные металлы, метасиликаты щелочных металлов, буру водную, при следующем соотношении компонентов при следующем соотношении компонентов, мас.%: этиленгликоль или смесь этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с глицерином 46,608-94,418; антивспениватель (полидиметисилоксан с вязкостью от 50 до 500 мм²/с) 0,002-0,005; индикатор рН из ряда флуороновых красителей 0,0004-0,001; в качестве антикоррозионных присадок: двухосновная органическая кислота из ряда бутандиовая, пентандиовая, гександиовая, гептандиовая, октандиовая, нонандиовая, декандиовая и/или их смесь и/или одноосновная органическая кислота из ряда пентановая, гексановая, гептановая, 2-этилгексановая, октановая и/или бензойная кислота или смесь этих кислот 0,863-2,440; молибденсодержащие соли щелочных металлов из ряда молибдат натрия, молибдат лития, молибдат калия и/или молибдат аммония или их смесь 0,055-0,136; гидроксиды щелочных металлов из ряда гидроксид натрия, гидроксид лития, гидроксид калия или их смесь 0,411-0,839; трилон Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) 0,0017-0,0034; бензотриазол и/или его производные 0,132-0,292; полициклические амины из ряда уротропина и его производных 0,195-0,406; метасиликаты щелочных металлов, например, из ряда, метасиликат натрия пятиводный, метасиликат калия пятиводный 0,03-0,087; нитраты щелочных металлов из ряда нитрат натрия, нитрат калия, нитрат лития 0,101-0,244; бура пятиводная 0,38-0,878; вода 2,5866-52,060. За счет указанного состава компонентов достигается улучшение антикоррозионных свойств охлаждающей жидкости и увеличение резерва щелочности, что позволяет обеспечивать высокий срок службы охлаждающей жидкости без замены, равный 400-450 тыс. км пробега.

Технический результат - автомобильная охлаждающая жидкость обладает более низкой коррозионной активностью, большим запасом щелочности, и, как следствие, более длительным сроком эксплуатации. Технический результат достигается за счет строгого соблюдения качественного и количественного состава охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к антифризам - низкозамерзающим охлаждающим жидкостям и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.

На данный момент состав наиболее распространенных автомобильных охлаждающих жидкостей представляет из себя смесь компонентов различного назначения.

Известен антифриз (SU 1806162 A3, 30.03.1993, см. описание к патенту РФ 1806162, М. кл. 5 С09К 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.

Известен антифриз (RU патент 1075725, МПК С09К 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 стабильность смеси. Кроме того, антифриз обладает невысокими антикоррозионными свойствами.

Известен [Ингибитор коррозии металлов и солеотложения WO 2015119528 A1, заявка RU 2014104331, заявл. 2014-02-06 Опубл. 2015-08-13] реагент для ингибирования коррозии металлов и солеотложения ингибиторов коррозии и отложения минеральных солей в газо-нефтепромысловом оборудовании, а также для повышения дебита скважин за счет вымывания солеотложений и декольматации продуктивных пластов. Изобретение может найти применение также в качестве ингибитора в системах горячего водоснабжения, в водооборотных системах охлаждения промышленных предприятий и тепловых электростанций, для отмывки солеотложений на промышленных объектах. Предлагается ингибитор, состоящей: из фосфоновой кислоты, в качестве которой композиция содержит хотя бы одну кислоту из группы, в которую входят фосфонобутантрикарбоксильная кислота, нитрилотриметиленфосфоновая кислота и оксиэтилендифосфоновая кислота; гликоля, в качестве которого композиция содержит хотя бы одно вещество из группы, в которую входят полиэтиленгликоль, полигликоль и этиленгликоль; стабилизатора, в качестве которого композиция содержит хотя бы одно вещество из группы, в которую входят гидролизованный полималеиновый ангидрид, полиакриловая кислота и полиэпоксиянтарная кислота при следующем соотношении ингредиентов (мас.%): фосфоновая кислота - 20-40%; гликоль - 1-50%; стабилизатор - остальное. Полученные результаты показали, что ингибиторы заявляемого состава позволяют одновременно решить вопросы защиты оборудования и материалов от коррозии и солеотложения, а также проявляют биоцидные свойства, превосходя по своей эффективности известные аналоги.

В настоящее время известно большое количество различных добавок и композиций, используемых как для предотвращения коррозии, так и для предотвращения солеотложения, отличающихся по составу и области применения. В частности, в качестве ингибиторов коррозии (ИК) используют различные смеси органических и минеральных веществ [SU 1610871, 1995; В. Кузнецов, Л. Вержбицкая. Защита металла от коррозии в пресной воде. Пермь. ПКИ, 1980. С. 64-65; А.Г. Дорофеев. Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности. 1980, выпЛО, с. 17; Б.Л. Рейзин. Защита систем горячего водоснабжения от коррозии. М.: Стройиздат, 1986, с. 79-83]. В частности, известны ингибиторы коррозии, представляющие собой 73,0-77,5% продукта взаимодействия ортофосфорной кислоты с диметиламинометилфенолом и 22,5-27,5% воды (SU 1801278, 1994), смеси гексаметафосфата натрия, сернокислого цинка, бихромата калия и оксиэтилидендифосфоновой кислоты [SU 1834915, 1993].

Известен способ ингибирования солевых отложений в промышленных системах водоснабжения, отопления с использованием реагента ИОМС [Сравнительная оценка эффективности отечественных и импортных ингибиторов солеотложений / Б.Н. Дрикер, А.Л. Ваньков // «Энергосбережение и водоподготовка», Nel, 2000-, 55-59]. Однако этот способ неэффективен для ингибирования коррозии конструкционных сталей, а также при использовании одновременно с окисляющимися биоцидами, типа гипохлорита натрия, в присутствии которых происходит частичное разрушение органофосфонатов, входящих в состав ИОМС, и, как следствие, потеря эффективности.

В изобретении [Охлаждающая жидкость: Пат. 2182585 РФ, N 2001123306 А, МКИ С09К 5/00, заявл. 15.05.2000, опубл. 20.05.2002] предлагается охлаждающая жидкость, включающая этиленгликоль, воду дистиллированную, бензоат и нитрит натрия, пеногаситель ПМС-200 А, краситель - флуоресценнатрия, а также динатрий фосфат при следующем содержании компонентов, мас.%: этиленгликоль 50,00-53,00, бензоат натрия 4,00-6,00, динатрий фосфат 1,00-1,18, нитрит натрия 0,10-0,13, ПМС-200 А 0,001-0,010, флуоресценнатрия 0,005-0,010, дистиллированная вода остальное. Достигается повышение потребительско-эксплуатационных показателей, а именно повышение эффекта люминесценции раствора и расширение цветового диапазона оттенков окраски, обеспечивающих эксплуатационную комфортность потребителю, работающему в вечернее и ночное время суток, а также повышение антикоррозионных свойств охлаждающей жидкости.

В изобретении [Антифриз: Пат. 2540545 С2 РФ, №2013130708/05, МКИ С09К 5/20, заявл. 05.07.2013, опубл. 10.01.2015] антифриз содержит, мас.%: продукт конденсации борной кислоты, диэтаноламина, этилкарбитола и олеиновой кислоты при мольном соотношении 1:3:(0,5-0,7):0,4 с аминным числом не менее 42 мг HCI/г 0,5-2,5, триэтилфосфат 0,3-0,5, имидазол 0,5-0,7, продукт взаимодействия метилтриэтоксисилана с 1,2-пропиленгликолем в мольном соотношении 1:8 0,02-0,04, 1,2-пропиленгликоль 60,0-70,0, вода до 100. Предлагаемое изобретение обеспечивает повышение защитных свойств антифриза по отношению к резине, черным и цветным металлам, а также повышение его экологической безопасности.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является рецептура охлаждающей жидкости, описанная в [Охлаждающая жидкость: Пат. 2213119 С2 РФ, N 2001123306А, МКИ С09К 5/00, заявл. 20.08.2001, опубл. 20.06.2003]. Охлаждающая жидкость содержит в качестве поли(алкилен)гликолевой основы этиленгликоль или смесь этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с моноалкиловыми эфирами (С1-С2) полиоксиалкилен-гликолей средней молекулярной массы 90-210 ед., а в качестве антикоррозионных присадок -тетраборат натрия десятиводный, бензотриазол и/или его производные, и/или натриевую или калиевую соль 2-меркаптобензтиазола, и/или гидроксид, и/или карбонат щелочного металла, и/или борную, или адипиновую, или себациновую, или бензойную, или триазинотриилтрииминополигексановую кислоту, или 2-этилгексановую, или сорбиновую, или 2-этилгексановую, или 2-меркаптобензотиазоилянтарную кислоты или смесь этих кислот при следующем соотношении компонентов, мас.%: этиленгликоль или смесь этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с моноалкиловыми эфирами (С1-С2) полиоксиалкиленгликолей средней молекулярной массы 90-210 ед. общей формулы (I) 50,0-97,2, в качестве присадок: тетраборат натрия десятиводный 0,5-8,0; бензотриазол и/или его производные, и/или натриевая или калиевая соль 2-меркаптобензтиазола 0,02-2,5; гидроксид и/или карбонат щелочного металла 0,05-4,5; борная, или адипиновая, или себациновая, или бензойная, или триазинотриилтрииминополигексановая, или 2-этилгексановая, или сорбиновая, или 2-этилгексановая, или 2-меркаптобензотиазоилянтарная кислоты, или смесь этих кислот 0,1-7,0; вода 2,0-49,0. Кроме того, охлаждающая жидкость может дополнительно содержать в качестве антикоррозионных присадок фосфат щелочного металла 0,1-6,0 мас.%, и/или высокомодульное жидкое стекло, и/или трилон Б 0,01-0,5 мас.%, и/или декстрин 0,04-0,8 мас.%, а также краситель в количестве 0,001-0,02 мас.%, и/или кремнийорганический пеногаситель в количестве не более 0,005 мас.%.

Технической задачей изобретения является создание охлаждающей жидкости, обладающей более низкой коррозионной активностью, относительно более высоким резервом щелочности, с сохранением низкой температурой начала кристаллизации.

Предлагаемая охлаждающая жидкость включает при следующем соотношении компонентов, мас.%: этиленгликоль или смесь этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с глицерином 46,608-94,418; антивспениватель (полидиметисилоксан с вязкостью от 50 до 500 мм²/с) 0,002-0,005; индикатор рН из ряда флуороновых красителей 0,0004-0,001; в качестве антикоррозионных присадок: двухосновная органическая кислота из ряда бутандиовая, пентандиовая, гександиовая, гептандиовая, октандиовая, нонандиовая, декандиовая и/или их смесь и/или одноосновная органическая кислота из ряда пентановая, гексановая, гептановая, 2-этилгексановая, октановая и/или бензойная кислота или смесь этих кислот 0,863-2,440; молибденсодержащие соли щелочных металлов из ряда молибдат натрия, молибдат лития, молибдат калия и/или молибдат аммония или их смесь 0,055-0,136; гидроксиды щелочных металлов из ряда гидроксид натрия, гидроксид лития, гидроксид калия или их смесь 0,411-0,839; трилон Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) 0,0017-0,0034; бензотриазол и/или его производные 0,132-0,292; полициклические амины из ряда уротропина и его производных 0,195-0,406; метасиликаты щелочных металлов, например, из ряда, метасиликат натрия пятиводный, метасиликат калия пятивдный 0,03-0,087; нитраты щелочных металлов из ряда нитрат натрия, нитрат калия, нитрат лития 0,101-0,244; бура пятиводная 0,38-0,878; вода 2,5866-52,060. За счет указанного состава компонентов достигается улучшение антикоррозионных свойств охлаждающей жидкости и увеличение резерва щелочности, что позволяет обеспечивать высокий срок службы охлаждающей жидкости без замены, равный 400-450 тыс. км пробега.

Технический результат - автомобильная охлаждающая жидкость обладает более низкой коррозионной активностью, большим запасом щелочности, и, как следствие, более длительным сроком эксплуатации. Технический результат достигается за счет строгого соблюдения качественного и количественного состава охлаждающей жидкости.

Заявляемая охлаждающая жидкость отличается от прототипа введением новых компонентов и новым соотношением компонентов. Применение в предлагаемом составе охлаждающей жидкости новых компонентов и найденное соотношение всех ингредиентов обеспечивает такие свойства, которые проявляются только в указанном техническом решении, а именно более низкой коррозионной активностью, относительно более высоким резервом щелочности, с сохранением низкой температурой начала кристаллизации.

Для увеличения срока эксплуатации охлаждающей жидкости важно, чтобы, запас щелочности составлял величину более 10 см³. Из полученных данных следует, что разработанная охлаждающая жидкость имеет более высокий запас щелочности (27,8 см³) по сравнению с прототипом, запас щелочности которого составляет 8,7-20,8 см³. Одной из ключевых характеристик любой охлаждающей жидкости является температура начала кристаллизации, поскольку этот параметр определяет температурный предел применения жидкости. Чем ниже температура кристаллизации охлаждающей жидкости - тем более универсальной она является, поскольку позволяет применять ее в более широком температурном интервале. Полученные экспериментальные данные указывают на то, что для разработанной жидкости характерны аналогичные прототипу низкие значения температуры начала кристаллизации. Что касается коррозионной активности разрабатывамой охлаждающей жидкости, то по сравнению с прототипом наблюдается значительное уменьшение коррозионного воздействия на сталь, чугун и медь при равных условиях проведения коррозионных испытаний.

Таким образом, сравнительный анализ показал, что по ключевым первичным характеристикам, разработанная охлаждающая жидкость превосходит прототип. По сравнению с прототипом, коррозионные потери на сталь, чугун и медь в поверхностях составляют величину 0,5, 0,4 и 1,1 мг соответственно.

Технология приготовления предлагаемой охлаждающей жидкости заключается в растворении в воде при температуре 20-80°С антикоррозионных присадок, антивспенивателя, индикатора рН, с последующим смешением раствора присадок с этиленгликолем или смесью этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с глицерином. Полученную смесь фильтруют и получают готовый продукт. Компоненты, входящие в рецептуру предлагаемой охлаждающей жидкости не дефицитны и производятся промышленным способом.

Определение резерва щелочности проводят по методике ASTM-1121. Водородный показатель рН измеряют в 50%-ных растворах образцов антифризов по методике ASTM-1287.

Коррозионные испытания проводят на 50%-ных растворах по методике ASTM D-1384 в течение 336 ч при 88±1оС с аэрацией воздухом.

Определение температуры начала кристаллизации проводят в соответствии с методикой ASTM D 1177.

В таблице 1 приведены составы образцов заявляемой охлаждающей жидкости, а в таблице 2 их свойства по сравнению с прототипом. Из данных таблицы 2 видно, что предлагаемая охлаждающая жидкость имеет более низкую коррозионную активностью, относительно более высокий резерв щелочности, чем прототип, с сохранением низкой температурой начала кристаллизации.

Пример 1.

В емкость помещают 48,6579 г воды и постепенно растворяют в нем 0,005 г полидиметилсилоксана-200, 0,004 г Краситель прямой желтый СВ-К, 0,878 ш тетрабората натрия пятиводного, 0,195 г уротропина, 2,44 г бензойной кислоты, 0,055 г молибдата натрия и 0,839 г гидроксида натрия, 0,101 г нитрата натрия, 0,0017 г трилона Б, и 0,132 г бензотриазола. Перемешивают в течение 1,0 часа при температуре 20-40°С и затем добавляют 46,608 г этиленгликоля. Далее смесь перемешивают при температуре 20-80°С в течение 1,0 ч до полного растворения всех компонентов.

В таблице 1 (примеры 1-19), представлены составы предложенной охлаждающей жидкости, приготовленные в условиях, описанных в примере 1.

В таблице 2 приведено сравнение наиболее коррозионно безопасного прототипа с предлагаемой охлаждающей жидкостью.

Таким образом, сравнительный анализ показал, что по ключевым первичным характеристикам, разработанная охлаждающая жидкость Universal превосходит прототип.

Дальнейшее увеличение содержания противокоррозионных компонентов не приводит к значимому уменьшению коррозионного воздействия охлаждающей жидкости на металлы и сплавы, однако значительно снижает запас щелочности и увеличивает себестоимость продукта.

Увеличение содержания пеногасителя и антивспенивателя также экономически нецелесообразно и ухудшает эксплуатационные свойства охлаждающей жидкости.

Изобретение относится к антифризам - низкозамерзающим охлаждающим жидкостям и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания транспортных средств, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах. Описанная охлаждающая жидкость для автомобильной техники включает мас.%: этиленгликоль или смесь этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с глицерином 46,608-94,418; антивспениватель (полидиметисилоксан с вязкостью от 50 до 500 мм²/с) 0,002-0,005; индикатор рН из ряда флуороновых красителей 0,0004-0,001; в качестве антикоррозионных присадок: двухосновная органическая кислота из ряда бутандиовая, пентандиовая, гександиовая, гептандиовая, октандиовая, нонандиовая, декандиовая и/или их смесь и/или одноосновная органическая кислота из ряда пентановая, гексановая, гептановая, 2-этилгексановая, октановая и/или бензойная кислота или смесь этих кислот 0,863-2,440; молибденсодержащие соли щелочных металлов из ряда молибдат натрия, молибдат лития, молибдат калия и/или молибдат аммония или их смесь 0,055-0,136; гидроксиды щелочных металлов из ряда гидроксид натрия, гидроксид лития, гидроксид калия или их смесь 0,411-0,839; трилон Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) 0,0017-0,0034; бензотриазол и/или его производные 0,132-0,292; полициклические амины из ряда уротропина и его производных 0,195-0,406; метасиликаты щелочных металлов, например, из ряда метасиликат натрия пятиводный, метасиликат калия пятиводный 0,03-0,087; нитраты щелочных металлов из ряда нитрат натрия, нитрат калия, нитрат лития 0,101-0,244; бура пятиводная 0,38-0,878; вода 2,5866-52,060. Технический результат: улучшение антикоррозионных свойств охлаждающей жидкости и увеличение резерва щелочности, что позволяет обеспечивать высокий срок службы охлаждающей жидкости без замены. 2 табл., 19 пр.

Охлаждающая жидкость для автомобильной техники включает мас.%: этиленгликоль или смесь этиленгликоля с ди-, триэтиленгликолем и/или с глицерином 46,608-94,418; антивспениватель (полидиметисилоксан с вязкостью от 50 до 500 мм²/с) 0,002-0,005; индикатор рН из ряда флуороновых красителей 0,0004-0,001; в качестве антикоррозионных присадок: двухосновная органическая кислота из ряда бутандиовая, пентандиовая, гександиовая, гептандиовая, октандиовая, нонандиовая, декандиовая и/или их смесь и/или одноосновная органическая кислота из ряда пентановая, гексановая, гептановая, 2-этилгексановая, октановая и/или бензойная кислота или смесь этих кислот 0,863-2,440; молибденсодержащие соли щелочных металлов из ряда молибдат натрия, молибдат лития, молибдат калия и/или молибдат аммония или их смесь 0,055-0,136; гидроксиды щелочных металлов из ряда гидроксид натрия, гидроксид лития, гидроксид калия или их смесь 0,411-0,839; трилон Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) 0,0017-0,0034; бензотриазол и/или его производные 0,132-0,292; полициклические амины из ряда уротропина и его производных 0,195-0,406; метасиликаты щелочных металлов, например, из ряда, метасиликат натрия пятиводный, метасиликат калия пятиводный 0,03-0,087; нитраты щелочных металлов из ряда нитрат натрия, нитрат калия, нитрат лития 0,101-0,244; бура пятиводная 0,38-0,878; вода 2,5866-52,060.