Ингибитор коррозии для антифризов

 

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.

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 (881)^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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15, Рисунок 16