CN106590555A - 一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液及制备方法,以丙二醇为基础液体,通过对木质素进行物理改性和化学修饰,增加其表面的羟基数量、分散性能和吸附性能,从而将纳米粒子吸附在改性木质素的微纳结构中,增强了纳米粒子的悬浮稳定性,赋予了纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液极佳的导热性能和分散均匀的效果,易于长久稳定地使用。另外,由于本发明的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液不含水,彻底消除了现有技术中含水冷却液的沸腾和蒸发造成的气蚀、结垢、生锈等问题,可以有效提升发动机功率,节省燃油。
Description
技术领域
本发明涉及防冻液技术领域,具体而言,涉及一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液及制备方法。
背景技术
汽车发动机防冻液是发动机正常运转不可缺少的散热介质,其性能好坏直接影响着汽车发动机的使用寿命。汽车发动机防冻液由基础液和添加剂组成,基础液由水和乙二醇或丙二醇组成,添加剂包括缓蚀剂、消泡剂、除垢剂、着色剂及酸碱平衡剂等,合格的汽车发动机防冻液不仅要有较低的冰点和较高的沸点,还应具有较好的金属防腐性、防气蚀性、防结垢性,且有较长的使用寿命等多方面的综合性能。
目前常用的汽车发动机防冻液是乙二醇型防冻液,通过控制其与水的混合比例来降低冰点,但由于乙二醇型防冻液中存在的水会使散热***中的金属产生腐蚀,同时也容易形成水垢沉积在冷却***内壁上降低散热效果,此外乙二醇的毒性大且难以生物降解,随着汽车保有量的增大所带来的生态环境问题也日益严重。丙二醇是乙二醇的替代品,其毒性很小,无水丙二醇型防冻液具有优异的抗冻、抗沸性能,其冰点可达-68℃,沸点高达187℃,同时在防腐蚀性能和抗气蚀能力方面有着乙二醇无法比拟的优势。但目前的无水丙二醇型防冻液的导热性能较差,这将使发动机承受较高的热流负荷,导致冷却***部件和橡胶密封件不适应高温而损坏。
在防冻液基液中添加纳米颗粒可以形成纳米流体,它是一种高导热性能的导热介质,目前已有学者开展纳米流体在发动机冷却***应用的研究,主要基液为水、乙二醇,纳米颗粒多为A1203,Cu等,而以丙二醇为基液的纳米流体研究报道较少,所以研究以丙二醇为基液的纳米流体非常必要。
纳米流体的制备是应用纳米技术增强传统介质导热性能的第一步,适当的制备方法会增强纳米流体的悬浮稳定性。目前常见的纳米流体的制备方法有单步法和两步法两类,单步法是指在制备固体纳米粒子的同时,将粒子分散到承载的基液中,一次性制备成纳米流体,两步法是通过超声、搅拌或添加分散剂将己有纳米粒子分散到基液中,制备成所需求的纳米流体。与单步法的制备相比,两步法较为简单方便,易于操作,且更有利于降低制备成本、实现工业化生产,但该法最大的不足之处是制备的纳米流体存在分散不稳定、易团聚和沉淀的现象,需要采用一定的分散技术才能形成分散性好、稳定持久的纳米流体。
鉴于此,采用两步法并配合一定的分散技术,制备一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,使其能够长时间的维持稳定状态,且在保证其低冰点的前提下,大幅度提高防冻液的导热系数,将对汽车发动机防冻液技术的提升具有巨大的推动作用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种兼具高导热系数和良好悬浮稳定性的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液及制备方法,具体原理为:以具有优异抗冻、抗沸性能的丙二醇为基础液体,通过对木质素进行物理改性和化学修饰,增加其表面的羟基数量、分散性能和吸附性能,从而将纳米粒子吸附在改性木质素的微纳结构中,以达到分散纳米粒子的目的,增强纳米粒子的悬浮稳定性,本发明还在纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液中添加适量的止沸剂、消泡剂和着色剂,以使其兼具冷却、防冻、高导热和高稳定的性能。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明提供了一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其组成中各组分按重量份计为:木质素3-5份,二氧六环5-10份,丙二醇65-80份,氨丙基三乙氧基硅烷1-1.5份,纳米粒子4-6份,止沸剂0.3-0.5份,消泡剂0.5-1份,着色剂0.5-1份。
作为优选,本发明所述的止沸剂为磷酸二氢铵。
作为优选,本发明所述的消泡剂为硅酮、磷酸三丁酯、失水甘油醚、蓖麻油中的至少一种。
作为优选,本发明所述的着色剂为荧光黄、溴百里酚兰、四唑兰、甲基红中的一种。
作为优选,本发明所述的纳米粒子为纳米铜粉、纳米铝粉、纳米氧化铜、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氮化铝中的至少一种。
作为优选,本发明所述的纳米粒子的粒径小于50纳米。
本发明还提供了一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法,其特征在于包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在150-200rpm下搅拌10-20分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用5-10MeV,10-50kGy的高能电子束辐照15-30分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在150-200rpm下搅拌30-40分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米粒子加入改性的木质素溶液中,在16-20kr/min的转速下高速分散5-10min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加止沸剂、消泡剂和着色剂,超声波震荡1-2h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
与现有技术相比,本发明的有益效果为:
(1)本发明以具有优异抗冻、抗沸性能的丙二醇为基础液体,通过对木质素进行物理改性和化学修饰,增加其表面的羟基数量、分散性能和吸附性能,从而将纳米粒子吸附在改性木质素的微纳结构中,以达到分散纳米粒子的目的,增强纳米粒子的悬浮稳定性,赋予了防冻液极佳的导热性能和分散均匀的效果,易于长久稳定地使用。
(2)本发明的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液由于不含水,彻底消除了现有技术中含水冷却液的沸腾和蒸发造成的气蚀、结垢、生锈等问题,可以有效提升发动机功率,节省燃油。
(3)本发明的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液以丙二醇作为防冻剂,丙二醇安全低毒,易于降解,其被吸收后的代谢产物为乳酸和丙酮酸,对人体没有危害。
(4)木发明的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法简单易行,操作成本低。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的上述内容作进一步详细说明,但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例。在不脱离本发明上述技术思想情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包括在本发明的范围内。
实施例1
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其组成中各组分按重量份计为:木质素3份,二氧六环5份,丙二醇65份,氨丙基三乙氧基硅烷1份,纳米铜粉4份,磷酸二氢铵0.3份,硅酮0.5份,荧光黄0.5份。
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在150rpm下搅拌10分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用5MeV,10kGy的高能电子束辐照15分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在150rpm下搅拌30分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米铜粉加入改性的木质素溶液中,在16kr/min的转速下高速分散5min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加磷酸二氢铵、硅酮和荧光黄,超声波震荡1h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
测试结果显示,本实施例纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液冰点为-42℃,沸点为151℃,导热系数为2.39w/mK,静置1200h无沉积现象发生,与现有技术相比,降低了冰点,提高了沸点,具有更好的导热和稳定性能,易于长久使用。
实施例2
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其组成中各组分按重量份计为:木质素5份,二氧六环10份,丙二醇80份,氨丙基三乙氧基硅烷1.5份,纳米氧化锌6份,磷酸二氢铵0.5份,磷酸三丁酯1份,溴百里酚兰1份。
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在200rpm下搅拌20分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用10MeV,50kGy的高能电子束辐照30分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在200rpm下搅拌40分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米粒子加入改性的木质素溶液中,在20kr/min的转速下高速分散10min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加止沸剂、消泡剂和着色剂,超声波震荡2h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
测试结果显示,本实施例纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液冰点为-52℃,沸点为171℃,导热系数为2.69w/mK,静置1200h无沉积现象发生,与现有技术相比,降低了冰点,提高了沸点,具有更好的导热和稳定性能,易于长久使用。
实施例3
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其组成中各组分按重量份计为:木质素3份,二氧六环10份,丙二醇65份,氨丙基三乙氧基硅烷1.5份,纳米二氧化钛4份,磷酸二氢铵0.5份,失水甘油醚0.5份,四唑兰1份。
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在150rpm下搅拌20分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用5MeV,50kGy的高能电子束辐照15分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在200rpm下搅拌30分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米粒子加入改性的木质素溶液中,在20kr/min的转速下高速分散5-10min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加止沸剂、消泡剂和着色剂,超声波震荡1h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
测试结果显示,本实施例纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液冰点为-45℃,沸点为161℃,导热系数为2.45w/mK,静置1200h无沉积现象发生,与现有技术相比,降低了冰点,提高了沸点,具有更好的导热和稳定性能,易于长久使用。
实施例4
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其组成中各组分按重量份计为:木质素5份,二氧六环5份,丙二醇80份,氨丙基三乙氧基硅烷1份,纳米氮化铝6份,磷酸二氢铵0.3份,蓖麻油1份,甲基红0.5份。
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在200rpm下搅拌10分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用10MeV,10kGy的高能电子束辐照30分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在150rpm下搅拌40分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米粒子加入改性的木质素溶液中,在16kr/min的转速下高速分散5-10min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加止沸剂、消泡剂和着色剂,超声波震荡2h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
测试结果显示,本实施例纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液冰点为-49℃,沸点为158℃,导热系数为2.55w/mK,静置1200h无沉积现象发生,与现有技术相比,降低了冰点,提高了沸点,具有更好的导热和稳定性能,易于长久使用。
实施例5
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其组成中各组分按重量份计为:木质素4份,二氧六环7份,丙二醇70份,氨丙基三乙氧基硅烷1.2份,纳米铝粉2份,纳米氧化铜3份,磷酸二氢铵0.4份,硅酮0.7份,荧光黄0.8份。
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在170rpm下搅拌15分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用7MeV,30kGy的高能电子束辐照15-30分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在170rpm下搅拌35分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米粒子加入改性的木质素溶液中,在18kr/min的转速下高速分散7min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加止沸剂、消泡剂和着色剂,超声波震荡1.5h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
测试结果显示,本实施例纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液冰点为-46℃,沸点为161℃,导热系数为2.31w/mK,静置1200h无沉积现象发生,与现有技术相比,降低了冰点,提高了沸点,具有更好的导热和稳定性能,易于长久使用。
实施例6
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其组成中各组分按重量份计为:木质素4份,二氧六环8份,丙二醇70份,氨丙基三乙氧基硅烷1.5份,纳米氧化铝3份,纳米氧化镁2份,磷酸二氢铵0.4份,磷酸三丁酯0.5份,溴百里酚兰1份。
本实施例的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在180rpm下搅拌15分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用10MeV,30kGy的高能电子束辐照20分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在180rpm下搅拌35分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米粒子加入改性的木质素溶液中,在20kr/min的转速下高速分散5-10min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加止沸剂、消泡剂和着色剂,超声波震荡1.5h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
测试结果显示,本实施例纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液冰点为-52℃,沸点为171℃,导热系数为2.59w/mK,静置1200h无沉积现象发生,与现有技术相比,降低了冰点,提高了沸点,具有更好的导热和稳定性能,易于长久使用。
Claims (7)
1.一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其特征在于,该纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液组成中各组分按重量份计为:木质素3-5份,二氧六环5-10份,丙二醇65-80份,氨丙基三乙氧基硅烷1-1.5份,纳米粒子4-6份,止沸剂0.3-0.5份,消泡剂0.5-1份,着色剂0.5-1份。
2.根据权利要求1所述的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其特征在于:所述的止沸剂为磷酸二氢铵。
3.根据权利要求1所述的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其特征在于:所述的消泡剂为硅酮、磷酸三丁酯、失水甘油醚、蓖麻油中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其特征在于:所述的着色剂为荧光黄、溴百里酚兰、四唑兰、甲基红中的一种。
5.根据权利要求1所述的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其特征在于:所述的纳米粒子为纳米铜粉、纳米铝粉、纳米氧化铜、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米氧化镁、纳米二氧化钛、纳米二氧化硅、纳米氮化铝中的至少一种。
6.根据权利要求1或5所述的纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液,其特征在于:所述的纳米粒子的粒径小于50纳米。
7.一种纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将300-500目的木质素用二氧六环超声溶解,然后将含木质素的二氧六环溶液加入到盛有丙二醇的U型搅拌器中,在150-200rpm下搅拌10-20分钟,搅拌形成悬浮液;
(2)将步骤(1)的悬浮液用5-10MeV,10-50kGy的高能电子束辐照15-30分钟,得辐照后的悬浮液;
(3)往步骤(2)得到的辐照后的悬浮液中加入氨丙基三乙氧基硅烷,温度控制在50-60℃之间,在150-200rpm下搅拌30-40分钟,得到改性的木质素溶液;
(4)将步骤(3)得到的改性的木质素溶液转入高速分散机中,然后将纳米粒子加入改性的木质素溶液中,在16-20kr/min的转速下高速分散5-10min,得到纳米悬浮液;
(5)将步骤(4)得到的纳米悬浮液转移至超声波震荡仪中,添加止沸剂、消泡剂和着色剂,超声波震荡1-2h,得到纳米无水丙二醇型汽车发动机防冻液。
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