CN115418202A - 一种低电导率冷却液及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低电导率冷却液及其制备方法，本发明借助复合金属氧化物的结构记忆效应，利用其转化为水滑石前驱体过程中可以同时捕获阳离子和阴离子的特性，有效降低冷却液中游离阳离子和阴离子的浓度，从而降低冷却液的电导率，提升其工作安全性。该冷却液的质量百分含量组成为乙二醇20～79％，去离子水20～79％，离子捕获剂1～5％。该冷却液具有电导率低、使用寿命长、制备方法简单、成本低廉、易于工业化生产等优点，克服了添加有机缓蚀剂型冷却液稳定性差、使用寿命短、成本高的问题。

Description

一种低电导率冷却液及其制备方法

技术领域

本发明涉及冷却液技术领域，具体涉及一种低电导率冷却液及其制备方法。

背景技术

冷却液是冷却***不可缺少的冷却散热介质，具有冷却、防腐、防垢、防冻等作用，由水、防冻剂和各种添加剂(以缓蚀剂为主，缓冲剂、防垢剂、消泡剂和着色剂为辅)组成。对冷却液的研究，诞生于30年代，于70年代进入国内，研究至今已有80年的历史。常用的冷却液主要有水、醇类(乙二醇水溶液、丙二醇水溶液)、聚α烯烃(PAO)、硅酸盐类、矿物油类和氟碳类，其中，水作为最常见也是非常高效的冷却介质，在工业和生活领域中应用非常广泛，但是由于其腐蚀性和冰点等因素，无法满足军用雷达的环境适应性要求。而PAO属于油脂，不溶于水，且遇明火能燃烧，安全性较差。乙二醇水溶液由于冰点低、腐蚀性低、比热容较高以及流动性良好，是应用范围最广的冷却液，但由于其导电特性，如果长期运行发生冷却液泄漏的情况下，易发生电路短路、腐蚀等现象发生，造成安全隐患，因此降低冷却液的电导率对提升冷却液的可靠性和安全性十分重要。

为降低冷却液的腐蚀性能，冷却液中通常需要加入杂环类含氮化合物缓蚀剂，文献CN108102616A公布了一种以8-羟基喹啉、脲嘧啶、4-乙酰氨基酚、苯丙三氮唑十八胺、N-溴代丁二酰亚胺、肌苷为主要添加剂的低电导冷却液制备方法，电导率可达到0.08μS/cm；文献CN102174313B公布了一种以天然生物碱、杂环烷烃、唑类化合物为主要添加剂的低电导冷却液的制备方法，电导率可达到5μS/cm。添加的有机含氮化合物可在金属表面形成螯合物，防止金属进一步腐蚀，以降低冷却液电导率。文献CN109065912A报道了一种添加新型非离子型缓蚀剂的冷却液，该非离子型缓蚀剂能够降低冷却液的电导率，并对铁及铝基金属有很好的缓蚀能力，且具有很好的降温效果。但这些有机缓蚀剂存在制备条件复杂、价格昂贵、稳定性差等缺陷，导致添加有机缓蚀剂型冷却液稳定性差、使用寿命短、成本高的等问题，限制了其在冷却液中的应用。因此，亟需开发新型的高稳定性、低成本的冷却液制备技术。

近年来，水滑石一类具有层状结构的阴离子层状功能无机材料，具有可调变的化学组成及独特的结构和性能，受到广泛关注。其煅烧产物，层状双金属氧化物，即LDO，具有比水滑石前驱体LDH更高的比表面积以及独特的“结构记忆效应”。将样品加入到含有某种阴离子的溶液介质中，其结构可以部分恢复到具有有序层状结构的水滑石结构。在恢复过程中，其对离子有极强的主动争夺能力，从中可以捕获阳离子到层板，阴离子到层间，从而形成一个捕获离子的捕获器，有效降低冷却液的电导率。因此基于该研究制备一种低电导率冷却液具有十分重要的意义。

发明内容

本发明目的在于提供一种低电导率冷却液及其制备方法，该冷却液的电导率较低，即使意外泄漏后，仍具备长期绝缘性能，不会影响设备的正常运行。

一方面，本发明提供一种低电导率冷却液，按质量百分比由以下组分构成：乙二醇20～79％，去离子水20～79％，离子捕获剂1～5％；

离子捕获剂化学通式为：

M²⁺ _1-xM³⁺ _xO_1+x/2·nEG

其中EG为乙二醇，0.2≤x≤0.33，0.5≤n≤2；M²⁺为Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺或Cu²⁺中的任意一种或两种；M³⁺为Al³⁺、Co³⁺、Ti³⁺、Fe³⁺或Cr³⁺中的任意一种。

优选地，M²⁺为Mg²⁺、Zn²⁺或Ca²⁺中的任意一种或两种，M³⁺为Al³⁺。

另一方面，本发明提供一种如上所述的低电导率冷却液的制备方法，具体步骤如下：

A.将M²⁺、M³⁺的可溶性盐和尿素溶于混合溶剂中配制成混合溶液，其中M³⁺的摩尔浓度为0.02～0.5mol/L，M²⁺与M³⁺的摩尔比为2～4，尿素与M³⁺的摩尔比为6～12，然后置于反应釜中，加热至90～150℃，反应2～12h，反应结束后将沉淀过滤、洗涤至中性，将得到的湿滤饼在80～120℃下干燥6～12h，得到水滑石前驱体；

B.将步骤A制备的水滑石前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下以2～10℃/min的升温速率加热至450～600℃，保温2～6h，得到复合金属氧化物M²⁺ _1-xM³⁺ _xO_1+x/2，其中0.2≤x≤0.33；

C.将步骤B获得的复合金属氧化物加入到乙二醇中，用胶体磨研磨5～20min得到固含量为15～30％的浆液，然后将浆液加热至90～150℃，反应2～6h，得到含乙二醇改性复合金属氧化物M²⁺ _1-xM³⁺ _xO_1+x/2·nEG(其中0.5≤n≤2)的浆液；将去离子水和乙二醇加入浆液中，并用胶体磨研磨5～20min得到乙二醇/水型冷却液，其中冷去液中乙二醇改性复合金属氧化物质量百分含量为1～5％，乙二醇质量百分含量为20～79％，去离子水质量百分含量为20～79％。

优选地，M²⁺的可溶性盐为Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺的硝酸盐、硫酸盐或氯化物；M³⁺的可溶性盐为Al³⁺、Co³⁺、Ti³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺的硝酸盐、硫酸盐或氯化物。

优选地，M²⁺的可溶性盐为Mg²⁺、Zn²⁺或Ca²⁺中的任意一种或两种；M³⁺的可溶性盐为Al³⁺硝酸盐、硫酸盐或氯化物。

优选地，混合溶剂为去离子水与乙醇、乙二醇或甘油的混合物。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明以乙二醇改性的复合金属氧化物M²⁺ _1-xM³⁺ _xO_1+x/2·nEG为离子捕获剂，借助其结构记忆效应，在恢复成水滑石前驱体层状结构过程中可实现冷却液中阴离子和阳离子的同时高效捕获，大幅度降低了冷却液中游离的阴离子和阳离子，从而显著降低冷却液的电导率，冷却液电导率为0.1～1μS/cm。乙二醇改性的复合金属氧化物具有吸附容量大、稳定性高、合成方便等特点，因此，所制备的冷却液展现出电导率低、使用寿命长、制备方法简单、成本低廉、易于工业化生产等优势，克服了添加有机缓蚀剂型冷却液稳定性差、使用寿命短、成本高的问题。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合具体实施例对本发明技术方案进行清楚、完整的描述。

实施例1

本实施例中低电导率冷却液离子捕获剂的制备方法，按如下步骤进行：

A.将59.5g Zn(NO₃)₂·6H₂O，37.5g Al(NO₃)₃·9H₂O，42.0g尿素溶解在600mL去离子水与乙二醇体积比为1:1的混合溶剂中，得到混合溶液；将溶液转入反应釜中，加热至90℃并恒温反应8h，反应结束后，将获得的沉淀过滤、洗涤至中性，然后将滤饼置于90℃烘箱中干燥8h，得到ZnAl水滑石前驱体；

B.将得到的ZnAl水滑石前驱体置于马弗炉中，以5℃/min的升温速率加热至500℃，保温3h，冷却后得到ZnAl复合金属氧化物；

C.称取5g ZnAl复合金属氧化物加入到20g乙二醇中，用胶体磨研磨8min得到浆液，将浆液加热至100℃，反应4h，得到含乙二醇改性ZnAl复合金属氧化物的浆液，然后加入75g乙二醇和100g去离子水，并再次用胶体磨研磨5min得到含有ZnAl复合金属氧化物的乙二醇/水型冷却液，该冷却液的电导率为0.81μS/cm，其中ZnAl复合金属氧化物的质量百分含量为2.5％。

该冷却液具有优异的抗腐蚀性能，将黄铜、紫铜、铝合金片、不锈钢片浸没于本冷却液中，在80℃下浸泡7天后，测量其重量变化情况，结果见表1。

实施例2

A.将76.9g Mg(NO₃)₂·6H₂O，37.5g Al(NO₃)₃·9H₂O，45.0g尿素溶解在600mL去离子水与乙二醇体积比为2:1的混合溶剂中，得到混合溶液；将溶液转入反应釜中，加热至120℃并恒温反应6h，反应结束后，将获得的沉淀过滤、洗涤至中性，然后将滤饼置于100℃烘箱中干燥8h，得到MgAl水滑石前驱体；

B.将得到的MgAl水滑石前驱体置于马弗炉中，以10℃/min的升温速率加热至550℃，保温4h，冷却后得到MgAl复合金属氧化物；

C.称取10g MgAl复合金属氧化物加入到30g乙二醇中，用胶体磨研磨10min得到浆液，将浆液加热至120℃，反应3h，得到含乙二醇改性MgAl复合金属氧化物的浆液，然后加入170g乙二醇和290g去离子水，并再次用胶体磨研磨6min得到含有MgAl复合金属氧化物的乙二醇/水型冷却液，该冷却液的电导率为0.79μS/cm，其中MgAl复合金属氧化物的质量百分含量为2％。

该冷却液具有优异的抗腐蚀性能，将黄铜、紫铜、铝合金片、不锈钢片浸没于本冷却液中，在80℃下浸泡7天后，测量其重量变化情况，结果见表1。

对比实施例：

以市售乙二醇/水型冷却液为对比样，进行金属的腐蚀性实验。将黄铜、紫铜、铝合金片、不锈钢片浸没于市售冷却液中，在80℃浸泡7天后，测量其重量变化情况，结果见表1。

表1实施例1、2和对比实施例冷却液实验结果

从表1可以得出，本发明实施实例所提供的冷却液，其电导率约为0.8μS/cm，远小于5μS/cm，可以用于对电导率要求比较高的液冷***。本发明的冷却液可以有效缓解金属腐蚀情况，延长冷却液使用时间，并保证机器安全工作。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种低电导率冷却液，其特征在于，所述冷却液按质量百分比由以下组分构成：乙二醇20～79％，去离子水20～79％，离子捕获剂1～5％；

所述离子捕获剂化学通式为：

M²⁺ _1-xM³⁺ _xO_1+x/2·nEG

其中EG为乙二醇，0.2≤x≤0.33，0.5≤n≤2；M²⁺为Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺或Cu²⁺中的任意一种或两种；M³⁺为Al³⁺、Co³⁺、Ti³⁺、Fe³⁺或Cr³⁺中的任意一种。

2.根据权利要求1所述的低电导率冷却液，其特征在于，M²⁺为Mg²⁺、Zn²⁺或Ca²⁺中的任意一种或两种，M³⁺为Al³⁺。

3.一种如权利要求1或2所述的低电导率冷却液的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

A.将M²⁺、M³⁺的可溶性盐和尿素溶于混合溶剂中配制成混合溶液，其中M³⁺的摩尔浓度为0.02～0.5mol/L，M²⁺与M³⁺的摩尔比为2～4，尿素与M³⁺的摩尔比为6～12，然后置于反应釜中，加热至90～150℃，反应2～12h，反应结束后将沉淀过滤、洗涤至中性，将得到的湿滤饼在80～120℃下干燥6～12h，得到水滑石前驱体；

B.将步骤A制备的水滑石前驱体置于马弗炉中，在空气气氛下以2～10℃/min的升温速率加热至450～600℃，保温2～6h，得到复合金属氧化物M²⁺ _1-xM³⁺ _xO_1+x/2，其中0.2≤x≤0.33；

C.将步骤B获得的复合金属氧化物加入到乙二醇中，用胶体磨研磨5～20min得到固含量为15～30％的浆液，然后将浆液加热至90～150℃，反应2～6h，得到含乙二醇改性复合金属氧化物M²⁺ _1-xM³⁺ _xO_1+x/2·nEG(其中0.5≤n≤2)的浆液；将去离子水和乙二醇加入浆液中，并用胶体磨研磨5～20min得到乙二醇/水型冷却液，其中冷却液中乙二醇改性复合金属氧化物质量百分含量为1～5％，乙二醇质量百分含量为20～79％，去离子水质量百分含量为20～79％。

4.根据权利要求3所述的低电导率冷却液的制备方法，其特征在于，所述M²⁺的可溶性盐为Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺的硝酸盐、硫酸盐或氯化物；所述M³⁺的可溶性盐为Al³⁺、Co^{3 +}、Ti³⁺、Fe³⁺、Cr³⁺的硝酸盐、硫酸盐或氯化物。

5.根据权利要求4所述的低电导率冷却液的制备方法，其特征在于，所述M²⁺的可溶性盐为Mg²⁺、Zn²⁺或Ca²⁺中的任意一种或两种；所述M³⁺的可溶性盐为Al³⁺硝酸盐、硫酸盐和氯化物。

6.根据权利要求3所述的低电导率冷却液的制备方法，其特征在于，所述混合溶剂为去离子水与乙醇、乙二醇或甘油的混合物。