Охлаждающая жидкость
Владельцы патента RU 2370512:
Федеральное государственное учреждение "21 Научно-исследовательский испытательный институт Министерства обороны Российской Федерации" (RU)
Изобретение относится к охлаждающей жидкости, которая содержит, мас.%: нитрит натрия 0,1-0,2, нитрат натрия 0,2-0,3, бензотриазол 1,0-2,0, борат этаноламина 2,0-3,0, этиленгликоль 50,0-60,0 и воду остальное. Техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств жидкости по отношению к стали, чугуну и алюминию. 4 табл.
Изобретение относится к низкозамерзающим охлаждающим жидкостям и может быть использовано для охлаждения двигателей внутреннего сгорания (ДВС) автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах.
К жидкостям, используемым в системе охлаждения ДВС автомобильной техники, предъявляются жесткие требования по нижнему пределу температуры эксплуатации, а также по коррозионному и химическому воздействию на металлические и резиновые детали двигателей.
Известна охлаждающая жидкость, включающая, мас.%: этиленгликоль 93,0-93,5, бензоат щелочного металла 2,90-3,10, салицилат щелочного металла 0,08-0,12, гидроксид щелочного металла 0,20-0,30, тетраборат натрия (безводный) 0,65-0,75, циклогексанон 0,28-0,32, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола 0,01-0,02, бензотриазол 0,27-0,28, N-бензилиденциклогексиламин 0,28-0,32, нитрит щелочного металла 0,15-0,20, кремнийорганический пеногаситель 0,02-0,03, краситель 0,0015-0,035 и воду остальное (RU 2050396 С1, кл. С09К 5/10, С23F 11/12, 11/14, 20.12.1995).
Недостатком данной охлаждающей жидкости является многокомпонентный сложный состав, включающий 9 антикоррозионных присадок при их суммарном содержании от 4,82 до 5,41 мас.%, что значительно усложняет технологию получения охлаждающей жидкости.
Наиболее близким аналогом предложенного технического решения является охлаждающая жидкость, включающая, мас.%: нитрит натрия 0,1-0,2, нитрат натрия 0,1-0,2, бензоат натрия 0,5-5,0, тетраборат натрия 0,1-0,5, фосфат гексаметилендиамина 0,1-5,0, бензотриазол 0,20 или натриевую соль 2-меркаптобензтиазола (каптакс) 0,80-0,95, этиленгликоль 79,8-98,1 и воду остальное. При необходимости в состав охлаждающей жидкости вводят пеногаситель и краситель. (Заявка Великобритании №1397792, кл. С09К 5/00, 18.06.1975).
Недостатком данного состава является то, что он довольно агрессивен по отношению к черным металлам и алюминию.
Техническим результатом изобретения является повышение защитных свойств жидкости по отношению к стали, чугуну и алюминию.
Данный результат достигается тем, что охлаждающая жидкость, включающая нитрит натрия, нитрат натрия, бензотриазол, этиленгликоль и воду, дополнительно содержит борат этаноламина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрит натрия | 0,1-0,2 |
Нитрат натрия | 0,2-0,3 |
Бензотриазол | 1,0-2,0 |
Борат этаноламина | 2,0-3,0 |
Этиленгликоль | 50,0-60,0 |
Вода | остальное |
Отличительной особенностью предложенного технического решения является то, что введение в состав бората этаноламина при заявленном соотношении компонентов позволяет получить охлаждающую жидкость, обладающую высокими защитными свойствами по отношению к черным и цветным металлам.
Бораты атаноламинов (БЭА) представляют собой продукты взаимодействия борной кислоты с моно-, ди- или триэтаноламином. Борат моноэтаноламина (БМЭА) получают по следующей схеме:
H2NCH2CH2OH+Н3ВО3→Н2NСН2СН2OВ(ОН)2
Борат диэтаноламина (БДЭА) получают по схеме:
HN(CH2CH2OH)2+Н3ВО3→НN(СН2СН2O)2ВОН
Борат триэтаноламина (БТЭА) получают по схеме:
N(СН2СН2OН)3+Н3ВО3→N(CH2CH2O)3В
Введение БЭА в состав охлаждающей жидкости в количестве менее 2,0 мас.% не позволяет значительно повысить противокоррозионные свойства жидкости по отношению к черным металлам. Введение БЭА в количестве более 3,0 мас.% нецелесообразно, так как дальнейшего повышения защитных свойств не происходит.
Технология получения БЭА заключается в следующем:
В колбу, снабженную механической мешалкой, термометром и насадкой Дина-Старка, загружают 2 моля ЭА (121 г МЭА, 210 г ДЭА или 298 г ТЭА). После нагревания ЭА до 100-110°С в колбу вводят 62 г (1 моль) борной кислоты и проводят реакцию конденсации при температуре 160-180°С до прекращения выделения воды. После охлаждения до 70-80°С в полученный продукт добавляют 132 г воды. Бораты этаноламинов представляют собой прозрачные светло-желтые растворы с рН 10-11 и аминным числом 185-195 мг НСl/г.
Бензотриазол - 1,2,3 формулы С6Н5N3 (ТУ 6-09-1291-87) представляет собой белый кристаллический порошок с розовым, кремовым или желтоватым оттенком, температура плавления 96-99°С, массовая доля летучих веществ не более 0,15%.
Технология приготовления охлаждающей жидкости заключается в следующем.
В емкость с мешалкой последовательно загружают расчетные количества воды (умягченной), нитрита и нитрата натрия, БЭА, полученного как описано выше, и бензотриазола. После перемешивания в течение 10-15 мин к полученному водному раствору добавляют этиленгликоль, и процесс перемешивания продолжают еще 30-40 мин. При необходимости в состав охлаждающей жидкости могут быть добавлены любые нейтральные красители, в частности Na-флюоресцеин для светло-зеленой окраски и другие.
Составы образцов предложенной охлаждающей жидкости представлены в табл.1.
Испытания жидкостей на коррозионное воздействие на металлы при 88±2°С в течение 336 ч проводили по методикам, описанным в ГОСТ 28084-89, которые находятся в полном соответствии с методиками ASTM.
Результаты коррозионных испытаний составов предложенной охлаждающей жидкости в сравнении с составом по прототипу представлены в табл.2.
Испытания резины на набухание в предложенной жидкости проводили по ГОСТ 9.030 при температуре 100°С в течение 70 ч.
Результаты испытания резины на набухание в охлаждающих жидкостях приведены в табл.3.
Основные физико-химические свойства предлагаемой охлаждающей жидкости приведены в табл.4.
Использование предложенной охлаждающей жидкости в двигателях внутреннего сгорания автомобильной, сельскохозяйственной и специальной техники позволит защитить узлы и детали ДВС, выполненные из черных и цветных металлов, от коррозионного поражения.
Таблица 1 Составы предложенной охлаждающей жидкости |
|||||
Компоненты | Содержание компонентов по примерам, мас.% | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |
Нитрит натрия | 0,10 | 0,15 | 0,20 | 0,05 | 0,25 |
Нитрат натрия | 0,20 | 0,25 | 0,30 | 0,15 | 0,35 |
Бензотриазол | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 0,5 | 2,5 |
БМЭА | 3,0 | - | - | - | 3,5 |
БДЭА | - | 2,5 | - | 1,5 | - |
БТЭА | - | - | 2,0 | - | - |
Этиленгликоль | 60,0 | 55,0 | 50,0 | 45,0 | 65,0 |
Вода | 35,7 | 40,6 | 45,5 | 52,7 | 28,4 |
Таблица 2 Результаты коррозионных испытаний охлаждающих жидкостей |
||||||
Составы охлаждающих жидкостей | Материал | |||||
медь | латунь | припой | чугун | сталь | алюминий | |
потеря массы, г/м2. сут | ||||||
Пример 1 | 0.02 | 0,03 | 0,04 | 0,02 | 0,01 | 0,04 |
Пример 2 | 0,01 | 0,02 | 0,03 | 0,01 | 0,008 | 0,02 |
Пример 3 | 0,02 | 0,02 | 0,04 | 0,03 | 0,02 | 0,03 |
Пример 4 | 0,05 | 0,04 | 0,06 | 0,08 | 0,07 | 0,08 |
Пример 5 | 0,04 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,06 |
Прототип | 0,05 | 0,04 | 0,06 | 0,1 | 0,09 | 0,08 |
Требования ГОСТ 28084-89 | не более 0,1 | не более 0,1 | не более 0,2 | не более 0,1 | не более 0,1 | не более 0,1 |
Таблица 3 Результаты испытаний резины на набухание в охлаждающих жидкостях |
|||||||
Показатели | Значение показателя попримерам | Прототип | Норма по ГОСТ | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | |||
Набухание резины, %: стандартные образцы резины марки 57-5006 стандартные образцы резины марки 57-7011 |
|||||||
не более | |||||||
1,4 | 1,2 | 1,3 | 2,0 | 1,7 | 3,5 | 5 | |
не более | |||||||
0,9 | 0,7 | 0,8 | 1,5 | 1,2 | 2,7 | 5 |
Таблица 4 Основные физико-химические свойства предложенной охлаждающей жидкости |
|||
Показатель | Охлаждающая жидкость с БМЭА | Охлаждающая жидкость с БДЭА | Охлаждающая жидкость с БТЭА |
Плотность при 20°С, г/см3 | 1,068 | 1,070 | 1,074 |
Температура кипения при давлении 110,3 кПа (760 мм рт.ст.), °С | 108,5 | 110 | 112,5 |
Водородный показатель (рН) при температуре 20°С | 10,3 | 10,0 | 9,01 |
Резерв щелочности, см3 | 23,8 | 23,6 | 20,8 |
Температура начала кристаллизации, °С | -40 | -44 | -45 |
Охлаждающая жидкость, включающая нитрит натрия, нитрат натрия, бензотриазол, этиленгликоль и воду, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит борат этаноламина при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Нитрит натрия | 0,1-0,2 |
Нитрат натрия | 0,2-0,3 |
Бензотриазол | 1,0-2,0 |
Борат этаноламина | 2,0-3,0 |
Этиленгликоль | 50,0-60,0 |
Вода | остальное |