Антифриз

Антифриз

Реферат

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 1Примеры композиций антифризов
Компоненты	Количество, мас.%
Пример 1	Пример 2	Пример 3	Пример 4	Пример 5	Пример 6
дистиллированная вода	35,0	45,0	50,0	60,0	45,0	45,0
бура	0,18	0,20	0,22	0,38	0,20	0,22
борная кислота	0,25	0,20	0,22	0,38	0,25	0,20
метасиликат натрия	0,05	0,05	0,07	0,10	0,025	0,05
нитрит натрия	0,03	0,03	0,06	0,06	0,05	0,08
гидроокись натрия	0,18	0,15	0,10	0,28	0,13	0,13
натрий углекислый безводный	0,05	0,20	0,15	0,10	0,05	0,20
полиметилсилоксан	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01	0,01
краситель	0,002	0,002	0,002	0,002	0,002	0,002
этиленгликоль	Остальное	Остальное	Остальное	Остальное	Остальное	Остальное

Таблица 2Основные физико-химические свойства
Показатели	Норма по ГОСТ 28084-89	Антифриз заявленного состава
Плотность при 20°С, г/см 3	1,065-1,100	1,073-1,085
Водородный показатель (рН)	7,50-11,00	7,85-9,75
Температура начала кристаллизации, °С	От минус 35 до минус 65	От минус 35 до минус 65
Резерв щелочности, см3	Не менее 10	10-25

Таблица 3Результаты коррозионных испытаний антифризов по ГОСТ 28084-89
Композиции антифризов	Материал
медь	латунь	припой	чугун	сталь	алюминий
потеря массы, г/м2·сут
Пример 1	0,0350	00062	0,0377	+0,0034	Отс.	0,0051
Пример 2	0,0254	0,0034	0,0371	+0,0025	Отс.	0,0031
Пример 3	0,0342	0,0079	0,0339	+0,0028	Отс.	0,0059
Пример 4	0,0377	0,0057	0,0342	+0,0039	Отс.	0,0071
Пример 5	0,0965	0,0057	0,1297	+0,0039	Отс.	0,0071
Пример 6	0,0377	0,0057	0,0699	+0,0039	Отс.	0,0811
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
Прототип	Нет данных на соответствие ГОСТ 28084-89

Таблица 4Результаты стабильности смеси при разбавлении антифриза водой
Состав	Водородный показатель (pH)	Щелочность, см3
Пример 1	8,67	11,52
Пример 2	8,90	12,00
Пример 3	9,02	12,32
Пример 4	9,00	23,60
Пример 5	7,85	10,12
Пример 6	9,75	14,2
Прототип	7,60-8,00	10,60-14,60
Требования ГОСТ 28084-89	7,5-11,0	Не менее 10

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.%:

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