CZ20014020A3

CZ20014020A3 - Kapalina pro přenos energie, zejména tepla a tlaku a použití alkalických solí derivátů borolanu a borinanu ke stabilizaci hodnoty pH této kapaliny

Info

Publication number: CZ20014020A3
Application number: CZ20014020A
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Rndr. Panoch; Vladimír Novák
Original assignee: Elektrochemické Detektory, Spol. S R.O.
Priority date: 2001-11-08
Filing date: 2001-11-08
Publication date: 2003-11-12
Also published as: WO2003040254A1; CZ293199B6

Description

Kapalina pro přenos energie, zejména tepla a tlaku a použití alkalických solí derivátů borolanu a borinanu ke stabilizaci hodnoty pH této kapaliny

Oblast techniky

Vynález se týká tlumení hodnoty pH kapalin pro přenos tepelné energie, například chladicích kapalin pro odvod balastního tepla kompresorů nebo spalovacích motorů, průmyslových výměníků tepla, chladírenských systémů, systémů pro vytápění, solárních výměníků tepla, hydraulických kapalin a dalších aplikací.

Dosavadní stav techniky

Úkolem kapalin pro přenos tepla je na jednom místě systému tepelnou energii účinně převzít a na jiném místě předat, hydraulických kapalin potom přenášet mechanickou energii v podobě tlakové, a to beze ztráty výhodných vlastností kapalin během provozu. Mnohdy je požadováno, vzhledem ke klimatickým podmínkám a prostředí, v němž se kapalina nachází, v provozních nebo klidových podmínkách, aby měla kapalina co nejširší rozmezí mezi teplotou tuhnutí a teplotou varu. Vzhledem k životnímu prostředí je požadována nezávadnost kapaliny, například při jejím náhodném nebo havarijním úniku. Další důležitou vlastností kapaliny je její co nejmenší korozní agresivnost vůči materiálům, z níž je výměníková nebo hydraulická soustava konstruována. Ta je dána systémem korozních inhibitorů a důležitým parametrem korozního působení kapaliny je její hodnota pH. Pro nejčastěji používané materiály jako je měď a její slitiny, měkká pájka, železné kovy, jako ocel a litina a hliník a jeho slitiny je pro kapalinu nejvhodnější pH 7,0 až 9,0. Tato hodnota musí být dodržena pro novou náplň kapaliny v různém poměru ředění deionizovanou, změkčenou, užitkovou, pitnou nebo tvrdou vodou a při dlouhodobém průběhu používání. Toho se docílí použitím materiálů schopných v tomto rozmezí pH tlumit. Používají se například alkalické soli organických alkylkarboxylových nebo arylkarboxylových kyselin, které tvoří zároveň účinné inhibitory koroze, mají ale malou pufrační kapacitu. Fosforečnany alkalických kovů, amonia či aminů, podobně jako křemičitany nejsou vhodné pro použití vody s obsahem vápenatých a hořečnatých solí, které fosforečnany či křemičitany vysráží. Aminy, například alkanolaminy nebo imidazol a jejich soli nejsou vhodné z hlediska potencionální tvorby velmi toxických a kancerogenních nitrosaminů v přítomnosti dusitanů, borax někteří výrobci nepřipouští. Podle WO 9709332 může být triethanolamintriborát součástí teplopřenášející nebo hydraulické kapaliny, tvoří však vzhledem ke svým fyzikálně chemickým vlastnostem její podstatnou část a není tedy aditivem, které má stabilizovat hodnotu pH.

Podstata vynálezu

Vynález řeší složení kapalin pro přenos energie, zejména přenos tepla a přenos mechanické energie tlakem, na bázi vody nebo vodných roztoků oxaalkanolů, alkandiolů, alkantriolů, oxaalkandiolů a jejich derivátů, u nichž jsou pro stabilizaci hodnoty pH v rozmezí 7,0 až 9,0 použity alkalické soli 1,3,2dioxaborolan-2-olu a/nebo alkalické soli 1,3,2-dioxaborinan-2-olu a/nebo jejich derivátů a/nebo jejich směsí. Kapaliny mohou být dále zušlechtěny přísadami pro • · ·· • 9 9 9 · ·· • 9 9 9

9 9 9

99

9 9 9 ·

• ·

9

999 999

9

9 snížení pěnivosti, barevnými indikačními látkami pro vizuální rozlišení a chuťově výraznými látkami pro zamezení záměny při nechtěném požití. Kapaliny mohou být pro použití dle potřeby ředěny, a to v závislosti na požadované teplotě tuhnutí, tepelné kapacitě, viskozitě, mazací schopnosti atd. Uvedené koncentrované kapaliny i jejich zředěné roztoky jsou neomezeně mísitelné s chladicími a hydraulickými kapalinami na bázi ethylenglykolu, propylenglykolu a polyglykolů, které se obecně používají, beze ztráty užitných vlastností.

Z hlediska ochrany životního prostředí je dále významná skutečnost, že alkalické solí 1,3,2-dioxaborolan-2-olu, 1,3,2-dioxaborinan-2-olu a jejich derivátů podléhají biodegradačním pochodům za vzniku neškodných anorganických sloučenin boru, převážně solí kyseliny borité, oxidu uhličitého a vody. To potvrzuje test biologické rozložitelnosti vzorku chladicí kapaliny podle vynálezu, provedený v Ústavu technologie vody a prostředí VŠCHT Praha podle metodického pokynu Ministerstva životního prostředí, částka 2/1994 z 15.4.1994. Tento test prokázal, že jde o biologicky velmi dobře rozložitelný materiál. V tomto směru jsou zvláště výhodné ty soli, jejichž aniont je v borolanovém, popřípadě borinanovém kruhu substituován alespoň jednou hydroxylovou skupinou.

Příklady provedení

Příklad 1:

Byla připravena směs:

Ethylenglykol 85,32 % hmot.

Voda 10,73

Sodná sůl 1,3,2-dioxaborolan-2-olu 3,04

Sodná sůl kyseliny 2-ethylhexanové 0,51

Dvojsodná sůl kyseliny sebakové 0,38

Benztriazol 0,02

Alkalická rezerva směsi byla stanovena jako spotřeba HCl, c = 0,1 mol/l pro titraci roztoku 10 ml směsi + 90 ml demineralizované vody do hodnoty pH 5,50. Typická titrační křivka v rozsahu pH 9,0 až 5,5 je uvedena na obr. 1. Křivka demonstruje pufrační kapacitu směsi v rozmezí pH 7,0 až 9,0 jež je požadováno pro zajištění výhodných antikorozních vlastností. Se směsí byly prováděny korozní zkoušky ve skleněné aparatuře, dle ASTM 1384-80 se šesti kovovými vzorky, mědí, měkkou pájkou, mosazí, ocelí, litinou a hliníkovou slitinou siluminem. Kovové vzorky byly exponovány směsi 1 objemový díl směsi + 2 objemové díly korozivní vody, obsahující síranový, chloridový a hydrogenuhličitanový ion po 100 mg/lt., při teplotě 88 °C, za probublávání vzduchem objemem 100 ml/min. nepřetržitě 336 hodin. Po mechanickém očištění a chemickém odmoření byly korozní úbytky kovů, vyjádřené jako úbytek v g/m² povrchu kovového vzorku, měď pod 1, pájka pod 2, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 3, hliníková slitina pod 2.

9 99 • 9 9 9

9 9 9

9 9

9

Příklad 2:

Byla připravena směs:

1,2 propylenglykol 84,29 % hmot.

Voda 11,33

Sodná sůl 4-methyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu 3,61

Dvojsodná sůl kyseliny azelainové 0,75

Benztriazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 3, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 1, hliníková slitina pod 2.

Příklad 3:

Byla připravena směs:

1,2 propylenglykol 83,81% hmot.

Voda 11,28

Sodná sůl 4-ethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu 4,00

Sodná sůl kyseliny hexanové 0,89

Benztriazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako vpř. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 3, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 3, hliníková slitina pod 2.

Příklad 4:

Byla připravena směs:

1,4-butandiol 82,68 % hmot.

Voda 11,41

Draselná sůl 4,5-dimethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu 4,52 Draselná sůl kyseliny děkanové 1,37

Benzthiazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako vpř. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 2, mosaz pod 2, ocel pod 2, litina pod 2, hliníková slitina pod 2.

* ·

84,45 % hmot.

9,40

Příklad 5:

Byla připravena směs:

Glycerol

Voda

Směs sodných solí 4-(1,2,3-trihydroxypropyl)-5-hydroxymethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu a 4,5-di-( 1,2-dihydroxyethyl)-1,3,2-díoxaborolan-2-olu s konfigurací D-galakto- na C₆ uhlíkovém řetězci, v poměru 1 : 99 až 99 : 1

Dvojsodná sůl kyseliny korkové Benztriazol

5,55

0,58

0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 3, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 2, hliníková slitina pod 2.

Příklad 6:

Byla připravena směs:

Glycerol 84,45 % hmot.

Voda 9,36

Směs sodných solí 4-(1,2,3-trihydroxypropyl)-5-hydroxymethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu a 4,5-di-( 1,2-dihydroxyethyl)-1,3,2-dioxaborolan-2-olu s konfigurací D-manno- na C₆ uhlíkovém řetězci, v poměru 1 : 99 až 99 : 1 5,55

Dvojsodná sůl kyseliny azelainové 0,62

Benztriazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 2, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 2, hliníková slitina pod 2.

Příklad 7:

Byla připravena směs:

Glycerol 84,39 % hmot.

Voda 9,38

Směs sodných solí 4-(1,2,3-trihydroxypropyl)-5-hydroxymethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu a 4,5-di-(1,2-dihydroxyethyl)-1,3,2-dioxaboro!an~2-olu s konfigurací D-gluko- na C₆ uhlíkovém řetězci, v poměru 1 : 99 až 99 : 1 5,55

Dvojsodná sůl kyseliny sebakové 0,66

Benztriazol 0,02

	• 4	• 4	4	4	44		4
•	4	4 4	4 4	4 4	4	4	4 4
•	4	44	4	4	4	•	4
•
v	4 4 4	4 4 4 4	4 4 « 4	4 4 4 4	4 4 4	4	4 4 4 4

Příklad 8:

Byla připravena směs:

Voda 92,34 % hmot.

Směs sodných solí 4-(1,2,3-trihydroxypropyl)-5-hydroxymethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu a 4,5-di-(1,2-dihydroxyethyl)-1,3,2-dioxaborolan-2-olu s konfigurací D-manno- na Οβ uhlíkovém řetězci, v poměru 1 : 99 až 99 : 1 6,70

Sodná sůl kyseliny 2-ethylhexanové 0,54

Dvojsodná sůl kyseliny sebakové 0,40

Benztriazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 3, mosaz pod 2, ocel pod 2, litina pod 3, hliníková slitina pod 2.

Příklad 9:

Byla připravena směs:

Diethylenglykol 84,60 % hmot.

Voda 10,65

Směs sodných solí

5-hydroxy-1,3,2-dioxaborinan-2-olu a 4-hydroxymethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu, v poměru 1 : 99 až 99 : 1 3,84

Sodná sůl kyseliny 2-ethylhexanové 0,51

Dvojsodná sůl kyseliny sebakové 0,38

Benztriazol 0,02

Příklad 10:

Byla připravena směs:

Ďipropylenglykol, směs izomerů	83,22
Voda	11,40
Směs sodných solí 5-hydroxy-1,3,2-
-dioxaborinan-2-olu a 4-hydroxymethyl-
-1,3,2-dioxaborolan-2-olu,
v poměru 1 : 99 až 99 : 1	3,19
Sodná sůl kyseliny 2-ethylhexanové	2,17
Benztriazol	0,02

• · « · • · · · ·

9 99

9 9

9

9 9

9 9 · * · 9

999 99

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 2. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 2, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 2, hliníková slitina pod 2.

Příklad 11:

Byla připravena směs:

Ethoxyethanol 82,39 % hmot.

Voda 12,38

Směs sodných solí 5-hydroxy-1,3,2-dioxaborinan-2-olu a 4-hydroxymethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu, v poměru 1 : 99 až 99 : 1 3,47

Dvojsodná sůl kyseliny sebakové 1,74

Benztriazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 4, mosaz pod 2, ocel pod 2, litina pod 4, hliníková slitina pod 3.

Příklad 12:

Byla připravena směs:

Glycerol

Voda

Směs sodných solí 5-hyd roxy-1,3,2-dioxaborinan-2-olu a 4-hydroxymethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-olu, v poměru 1 : 99 až 99 : 1

Benztriazol

86,18 % hmot. 9,58

4,22

0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 3. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 6, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 6, hliníková slitina pod 2.

Příklad 13:

Byla připravena směs:

Glycerol 86,54 % hmot.

Voda

Sodná sůl 1,3,2-dioxaborinanu-2-olu 3,07

Sodná sůl kyseliny hexanové 0,76

Sodná sůl merkaptobenzthiazolu 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly

1 · 1 11 11 11

9 19 9 9 19 lilii 9 · · 1 · • 111 1 1 11 ·· 11 lil 111 19 provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 3 mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 3, hliníková slitina pod 2.

Příklad 14:

Byla připravena směs:

Ethylenglykol 84,54 % hmot.

Voda 10,62

Sodná sůl 4-methyl-1,3,2-dioxaborinan-2-olu 3,81

Sodná sůl kyseliny 2-ethylhexanové 1,01

Benztriazol 0,02

Příklad 15:

Byla připravena směs:

Triethylenglykol 84,52 % hmot.

Voda 10,52

Sodná sůl 5,5-dimethyl-1,3,2-dioxaborinan-2-olu 4,11

Dvojsodná sůl kyseliny dodekandiové 0,83

Benztriazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 3, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 3, hliníková slitina pod 2.

Příklad 16:

Byla připravena směs:

Glycerol 85,48 % hmot.

Voda 9,50

Sodná sůl 4-propyl-5-ethyl-1,3,2-dioxaborinan-2-olu 3,66 Dvojsodná sůl kyseliny sebakové 1,34

Benztriazol 0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 2, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 1, pájka pod 2, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 1, hliníková slitina pod 2.

• · 4 ♦ 4 4 · » • · · 4

4» · 4 • ·

Příklad 17:

Byla připravena směs:

Glycerol

Voda

Sodná sůl 5-hydroxymethyl-5-methyl-1,3,2-dioxaborinan-2-olu Sodná sůl kyseliny 2-ethylhexanové Benztriazol

85,48 % hmot. 9,50

4,10

0,90

0,02

Stejně jako v příkladu 1. byla stanovena alkalická rezerva a pufrační kapacita směsi. Průběh titrace znázorňuje obr. 1, s diferencí pH +/- 0,05. Jako v př. 1 byly provedeny korozní zkoušky. Korozní úbytky kovů, v g/m2 povrchu kovového vzorku jsou měď pod 1, pájka pod 3, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 2, hliníková slitina pod 2.

Příklad 18:

Byla připravena směs:

Glycerol 85,19% hmot.

Voda 9,46

Sodná sůl

5-hydroxymethyl-5-ethyl-1,3,2-dioxaborinan-2-olu 4,43

Sodná sůl kyseliny n-oktanové 0,90

Benztriazol 0,02

Příklad 19:

Byly připraveny směsi podle bodů 1 až 18, k nimž byly přidány zušlechťující přísady, silikonový odpěňovací přípravek v množství 0,1 % hmotnostního, hořká chuťová látka, denatoniumbenzoát , pentaacetát glukosy a oktaacetát sacharosy v množství 0,01 % hmotnostního a barevná indikační látka, rhodamin B a fluorescein v množství 0,005 % hmotnostního. Pufrační kapacita i korozní úbytky hmotnosti byly beze změny.

Příklad 20:

Byly připraveny směsi kapalin dle bodů 1 až 11 a 13 až 18 s demineralizovanou, užitkovou a pitnou vodu v poměru 10 až 90 % objemových koncentrované kapaliny s 90 až 10 % objemovými vody. Korozní zkoušky byly prováděny jako v př. 1, bez dalšího ředění korozivní vodou. Korozní úbytky kovů jsou měď pod 3, pájka pod 4, mosaz pod 4, ocel pod 4, litina pod 4, hliníková slitina pod

3. Pro směs dle příkladu 12 jsou korozní úbytky měď pod 1, pájka pod 6, mosaz pod 1, ocel pod 1, litina pod 6, hliníková slitina pod 2.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Kapalina pro přenos energie, zejména tepla a tlaku na bázi vodných roztoků inhibitorů koroze a/nebo látek vybraných ze skupiny, zahrnující oxaalkanol, alkandiol, alkantriol, oxaalkandiol, polyoxaalkandiol a tyto dioly a trioly substituované jedním nebo několika alkyly s počtem uhlíků 1 až 4, případně s přídavkem zušlechťujících přísad, vyznačující se tím, že pro stabilizaci hodnoty pH obsahuje dále alkalickou sůl 1,3,2-dioxaborolan-2-olu, popřípadě substituovaného, a/nebo alkalickou sůl 1,3,2-dioxaborinan-2-olu, popřípadě substituovaného, v množství 0,01 až 10,0 % hmotn., vztaženo na celkovou hmotnost kapaliny.
2. Kapalina podle nároku 1 vyznačující se tím, že 1,3,2-dioxaborolan-2-ol je v poloze 4 a/nebo 5 borolanového kruhu substituován jedním nebo několika alkyly s počtem uhlíků 1 až 4, jedním nebo několika hydroxyalkyly s počtem uhlíků 1 až 4, případně jedním nebo několika polyhydroxyalkyly s počtem uhlíků 2 až 3.
3. Kapalina podle nároku 1 vyznačující se tím, že 1,3,2-dioxaborinan-2-ol je v poloze 5 borinanového kruhu substituován hydroxylem.
4. Kapalina podle nároku 1 vyznačující se tím, že 1,3,2-dioxaborinan-2-ol je v poloze 4 a/nebo 5 borinanového kruhu substituován jedním nebo několika alkyly s počtem uhlíků 1 až 4.
5. Kapalina podle nároku 1 vyznačující se tím, že 1,3,2-dioxaborinan-2-ol je v poloze 5 borinanového kruhu substituován alkylem a/nebo hydroxyalkylem s počtem uhlíků 1 až 4.
6. Kapalina podle nároku 1 až 5 vyznačující se tím, že alkalickou solí je sůl sodná a/nebo draselná.
7. Kapalina podle nároku 1 až 6 vyznačující se tím, že zušlechťující přísadou je silikonový odpěňovací přípravek v množství 0,001 až 1,0 % hmotn., hořká chuťová látka, denatoniumbenzoát, pentaacetát glukosy a oktaacetát sacharosy v množství 0,001 až 1,0 % hmotn., barevná indikační látka, rhodamin B, fluorescein a další v množství 0,0001 až 0,1 % hmotn.
8. Kapalina podle nároku 1 až 7 vyznačující se tím, že alkalická sůl 1,3,2dioxaborolan-2-olu a/nebo alkalická sůl 1,3,2-dioxaborinan-2-olu je biologicky odbouratelná.
9. Kapalina podle nároku 1 až 7 vyznačující se tím, že je dle potřeby zředěna demineralizovanou, užitkovou, pitnou nebo jinou vodou v poměru 1 až 99 objemových dílů kapaliny ku 99 až 1 objemovému dílu vody.
10. Použití alkalických solí 1,3,2-dioxaborolan-2-olu a jeho derivátů a alkalických solí 1,3,2-dioxaborinan-2-olu a jeho derivátů jako stabilizátoru hodnoty pH v hydraulických kapalinách nebo v kapalinách pro přenos tepla.