Суперконцентрат для получения антифризов и теплоносителей

 

Изобретение относится к суперконцентратам антифризов, применяемым в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания и в качестве теплоносителей в теплообменных аппаратах. Суперконцентрат содержит, мас.%: 2,0-20,0 75%-ной ортофосфорной кислоты; 10,0-60,0 триэтаноламина или 2, 2', 2" нитрилотриэтаноламина; 0,1-1,2 натриевой или калиевой соли 2-меркаптобензтиазола (каптакса); 0,5-1,5 динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводной; 0,1-3,0 капролактама; 0,01-3,0 1,4-дигидроксибензола или бисалкофена; 0,001-0,005 фосфита П-24 или фенил-α-нафтиламина; 0,02-0,03 пеногасителя; 0,05-0,06 красителя; 0,2-0,3 спирта бутилового нормального; 10,0-35,0 воды, остальное этиленгликоль, или пропиленгликоль, или полигликоли. Достигается повышение защитных свойств при снижении токсичности. 3 табл.

Изобретение относится к области химической технологии, в частности к суперконцентратам ингибиторов коррозии для изготовления бытовых антифризов (теплоносителей), предназначенных для использования в системах отопления зданий, а также для изготовления антифризов, применяемых в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей.

Известны композиции ингибиторов коррозии для антифризов (CS патент 226394, МПК⁶, C 23 F 11/10, опубл. 1985, YP патент 59157167, МПК⁶ С 09 К 3/00, опубл. 1984), которые не предотвращают коррозию черных металлов. Антифриз, изготовленный на основе ингибитора черных металлов (CS патент 213154, МПК⁶ C 23 F 11/10, опубл. 1984), агрессивен по отношению к латуни.

Известен ингибитор коррозии для антифризов на основе гликолей (FR заявка 2489355, МПК⁶ С 09 К 15/04, опубл. 1982). Хотя он и предотвращает коррозию черных и цветных металлов, однако антифриз, полученный на его основе, неустойчив по отношению к жесткой воде.

Наиболее близким по составу, свойствам и назначению является ингибитор коррозии (RU патент 2095388, МПК⁶ С 09 К 5/00, опубл. 1997) следующего состава, мас.%: Этиленгликоль - 12,0-30,0 Фосфат триэтаноламина или β,βʹ-дигидрокси-N-метилдиэтаноламина - 60,0-75,0 Соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола - 0,15-0,30 Тетраборат натрия, десятиводный - 7,5-9,0 Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводная - 0,350-0,525 Соль моноалкилфосфорной кислоты - 0,0125-0,1400 Вода - 2,00-3,00 Однако антифриз, полученный на основе данного ингибитора коррозии, несмотря на высокие антикоррозионные свойства, из-за наличия в его составе тетрабората натрия оказывает неблагоприятное воздействие на человеческий организм, имеет недостаточно высокий резерв щелочности, поэтому не соответствует современным требованиям, предъявляемым к антифризам.

Целью данного изобретения является получение суперконцентрата с высокими защитными свойствами, не содержащего нитрит-нитратных и боратных компонентов.

Поставленная цель достигается тем, что суперконцентрат на основе гликоля, включающий соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты и воду, дополнительно содержит ортофосфорную кислоту, триэтаноламин или 2, 2', 2'' нитрилотриэтаноламин, капролактам, 1,4-дигидроксибензол или бисалкофен, фосфит П-24 или фенил-α-нафтиламин, пеногаситель, спирт бутиловый и краситель, а в качестве соли щелочного металла - натриевую или калиевую соль 2-меркаптобензтиазола, а в качестве гликоля - этиленгликоль или полигликоли при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ортофосфорная кислота, 75%-ная - 2,0-20,0
Триэтаноламин или 2, 2', 2'' нитрилотриэтаноламин - 10,0-60,0
Натриевая или калиевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0,1-1,2
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводная - 0,5-1,5
Капролактам - 0,1-3,0
1,4-Дигидроксибензол или бисалкофен - 0,001-3,0
Фосфит П-24 или фенил-α-нафтиламин - 0,001-0,005
Пеногаситель - 0,02-0,03
Краситель - 0,05-0,06
Спирт бутиловый нормальный - 0,2-0,3
Вода - 10,0-35,0
Этиленгликоль или полигликоли - Остальное
При этом в качестве антиокислительных добавок используют 1,4-дигидроксибензол (гидрохинон, ГОСТ 2549-60) или бисалкофен (2,2'-метилен-бис 4-метил-6-трет-бутилфенол). В качестве термостабилизатора разложения этиленгликоля при высоких температурах используют фосфит П-24, представляющий смесь моно-, ди-, трифенилфосфитов в соотношении 1: 2: 1 соответственно или фенил-α-нафтиламин. В качестве пеногасителя используют продукт 139-282 или ПМС-200 А, представляющие собой жидкие кремнийсодержащие полимеры различной вязкости (ТУ 6-02-1-529-86). В качестве красителя используют любой спиртоводорастворимый краситель, например краситель кислотный ярко-голубой "З" по ТУ 6-14-391-76 или краситель "Бордо С" по ТУ 6-14-759-88. Спирт бутиловый нормальный (ГОСТ 5208-81) используют в качестве растворителя для пеногасителя. Капролактам представляет собой лактам ε-аминокапро новой кислоты (ГОСТ 7850-86). Полигликоли очищенные (ТУ 6-15-1761-94) являются побочным продуктом производства этиленгликоля и представляют 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.

Сопоставимый анализ с прототипом показывает, что данный состав суперконцентрата отличается от известного введением новых компонентов: ортофосфорной кислоты, триэтаноламина или 2,2',2''-нитрилотриэтаноламина, капролактама, 1,4-дигидроксибензола или бисалкофена, фосфита П-24 или фенил-α-нафтиламина, пеногасителя, спирта бутилового, красителя, в качестве соли щелочного металла 2-меркаптобензтиазола - натриевую или калиевую соль 2-меркаптобензтиазола, а в качестве основы (гликоля) может быть использован этиленгликоль или пропиленгликоль 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 или теплоносителя, полученных на его основе, относительно конструкционных материалов (медь, латунь, припой, сталь, чугун, алюминий),
- высокий уровень резерва щелочности, наличие антиокислителя и термостабилизатора позволяют предотвращать термическое разложение антифриза в системах охлаждения двигателей внутреннего сгорания или теплоносителя в теплообменных аппаратах в процессе их эксплуатации при высоких температурах.

Предлагаемая композиция предотвращает минеральные отложения в закрытых водных системах, устойчива в жесткой воде, стабильна при нагревании, предотвращает окисление этиленгликоля.

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.

Суперконцентрат данного состава готовят последовательным смешиванием компонентов.

Пример 1. В емкость с мешалкой помещают 77,02 г этиленгликоля, 10,0 г триэтаноламина, 2,0 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,1 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, перемешивают при комнатной температуре до полного растворения. Отдельно готовят водный раствор остальных компонентов. Для этого в 10,0 г воды при 40-50^oС и постоянном перемешивании до полного растворения каждого компонента последовательно добавляют 0,5 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводной, 0,1 г капролактама, 0,01 г 1,4-дигидроксибензола, 00,1 г фенил-α-нафтиламина, 0,02 г пеногасителя, предварительно растворенного в 0,2 г бутилового спирта, 0,05 г красителя. Затем полученные растворы объединяют в одной емкости и перемешивают в течение 1 ч.

Пример 3. В емкость с мешалкой помещают 4,01 г этиленгликоля, 60,0 г триэтаноламина, 20,0 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 1,2 г калиевой соли 2-меркаптобензтиазола, перемешивают при комнатной температуре до полного растворения. Водный раствор остальных компонентов готовят так же, как и в примере 1, но содержание динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводной, увеличивают до 1,5 г и вводят 3,0 г бисалкофена и 0,003 г фенил-α-нафтиламина.

Составы суперконцентрата по примерам 1-11 и прототипу приведены в таблице 1. Из составов суперконцентрата, указанных в таблице 1, готовят образцы антифризов для испытаний коррозионного воздействия на металлы путем его разбавления 50%-ным водно-гликолевым раствором в соотношении 1:20. Для приготовления теплоносителей с температурой замерзания минус 65^oС и минус 30^oС суперконцентрат разбавляют 62%-ным или 50%-ным водно-гликолевым раствором в соотношении 1:18 или 1:20 соответственно.

Образцы антифризов подвергают коррозионным испытаниям по методике ASTMD-1384 или ГОСТ 28084-89 в течение 336 ч при температуре 88±1^oС с аэрацией воздухом. Сравнительные результаты коррозионных испытаний представлены в табл. 2.

Основные физико-химические свойства суперконцентрата и антифризов, полученных на его основе, представлены в табл. 3.

Кроме того, приготовленные на основе суперконцентрата образцы антифриза испытывают на стойкость в жесткой воде по ГОСТ 28084-89 "Жидкости охлаждающие низкозамерзающие". Критерием устойчивости антифриза (или теплоносителя) к жесткой воде является отсутствие осадка и расслоения жидкой фазы. Определение резерва щелочности проводят по методике ASTMD-1121. Водородный показатель рН измеряют в 50%-ных растворах суперконцентрата по методике ASTMD-1287.

Как видно из таблиц 1 и 2, составы 1, 2, 3, 9, 11 обладают высокими антикоррозионными свойствами. Уменьшение концентрации ортофосфорной кислоты и триэтаноламина ниже нижнего предела приводит к усилению коррозии черных металлов (пример 4), а увеличение их концентрации выше верхнего предела не приводит к положительному эффекту (пример 5). Увеличение содержания динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты выше верхнего предела приводит к снижению коррозионной стойкости алюминия (пример 6). Снижение ее концентрации ниже 0,5 мас. % приводит к выпадению осадка при смешивании с жесткой водой (пример 7). Уменьшение концентрации калролактама ниже 0,1 мас. % приводит к снижению коррозионной стойкости цветных металлов, а также к снижению величины резерва щелочности антифриза (пример 8). Увеличение его содержания выше 3,0 мас. % резко усиливает коррозию всех металлов (пример 10).

Разбавление суперконцентрата в водно-гликолевой смеси позволяет получать антифризы и охлаждающие жидкости (теплоносители) с заданной температурой замерзания от минус 10^oС до минус 65^oС.

Антифризы и теплоносители, полученные на основе данного суперконцентрата, обеспечивают высокую коррозионную защиту по отношению к конструкционным материалам двигателей внутреннего сгорания или теплообменников (меди, латуни, припою, стали, чугуну, алюминию), высокий резерв щелочности, устойчивость к жесткой воде, термостабильность при высоких температурах.

Формула изобретения

Суперконцентрат для получения антифризов и теплоносителей на основе гликоля, содержащий двуводную динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ортофосфорную кислоту, триэтаноламин или 2,2', 2'' нитрилотриэтаноламин, капролактам, 1,4-дигидроксибензол или 2,2'-метилен-бис-4-метил-6-трет-бутилфенол, фосфит П-24 или фенил-α-нафтиламин, пеногаситель - жидкие кремнийсодержащие полимеры, спирт н-бутиловый, спиртоводорастворимый краситель, в качестве соли щелочного металла 2-меркаптобензтиазола - натриевую или калиевую соль 2-меркаптобензтиазола, в качестве гликоля - этиленгликоль, или пропиленгликоль, или полигликоли при следующем соотношении компонентов, мас. %:
Ортофосфорная кислота 75%-ная - 2,0 - 20,0
Триэтаноламин или 2,2', 2'' нитрилотриэтаноламин - 10,0 - 60,0
Натриевая или калиевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0,1 - 1,2
Двуводная динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты - 0,5 - 1,5
Капролактам - 0,1 - 3,0
1,4-Дигидроксибензол или 2,2'-метилен-бис-4-метил-6-трет-бутилфенол - 0,001 - 3,0
Фосфит П-24 или фенил-α-нафтиламин - 0,001 - 0,005
Пеногаситель - жидкие кремнийсодержащие полимеры - 0,02 - 0,03
Спиртоводорастворимый краситель - 0,05 - 0,06
Спирт н-бутиловый - 0,2 - 0,3
Вода - 10,0 - 35,0
Этиленгликоль, или пропиленгликоль, или полигликоли - Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3