RU2206592C1 - Antifreeze - Google Patents

Abstract

FIELD: low-freezing fluids. SUBSTANCE: antifreeze is composed of, wt %: potassium carbonate 0.50-2.00, 75% orthophosphoric acid 0.20-1.00, 2- mercaptobenzthiazole sodium salt (Captax) 0.005-0.100, ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt dihydrate 0.01-0.10, caprolactam 0.01-1.00, liquid glass with silica modulus 2.8, 0.80-1.00, foam suppressor 0.001-0.003, butyl alcohol 0.01-0.03, dye 0.002-0.003, ethylene glycol or polyglycols 54.00-65.00, and water - the balance. EFFECT: improved performance characteristics. 3 tbl, 3 ex

Description

Изобретение относится к области химической технологии и может быть применено в производстве охлаждающих жидкостей, предназначенных для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания автомобилей, сельскохозяйственных машин, специальной техники, а также в качестве теплоносителя в теплообменных аппаратах, эксплуатируемых при низких и умеренных температурах. The invention relates to the field of chemical technology and can be used in the manufacture of coolants for cooling systems of internal combustion engines of automobiles, agricultural machinery, special equipment, and also as a coolant in heat exchangers operating at low and moderate temperatures.

Известна охлаждающая жидкость, содержащая этиленгликоль, воду, гидроксид натрия, буру, бензоат натрия, нитрит, нитрат и силикат щелочного металла, пеногаситель и краситель (SU заявка 1806162, Кл. С 09 K 5/00, опубл. 1993). Известен антифриз на основе гликолей, содержащий фосфаты щелочного металла, борат щелочного металла, меркаптобензтиазол, соли цинка и/или магния (GB патент 1203161, МПК 6, С 09 К 5/00, опубл. 1970). Известна охлаждающая жидкость на основе гликолей, содержащая триэтаноламины, динатрийфосфат и бензоат натрия (PL патент 139153, МПК 6, C 23 F 14/00, опубл. 1985). Известен антифриз на основе гликолей и их производных, содержащий ортофосфорную кислоту, фосфат и гидроксид щелочного металла (US патент 4684474, МПК 6, С 09 K 5/00, опубл. 1987). Однако этот антифриз неустойчив по отношению к жесткой воде и имеет низкий резерв щелочности, что приводит к сокращению срока службы антифриза. Известен антифриз, содержащий гликоли, ортофосфорную кислоту, гидроксид щелочного металла, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, карбонат натрия, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты (RU патент 2103310, МПК 6, С 09 К 5/00, опубл. 1998). Основным недостатком этого антифриза является достаточно высокая агрессивность по отношению к меди, латуни и припою и, кроме того, низкий резерв щелочности. Known coolant containing ethylene glycol, water, sodium hydroxide, borax, sodium benzoate, nitrite, nitrate and alkali metal silicate, antifoam and dye (SU application 1806162, CL. 09 K 5/00, publ. 1993). Known glycine-based antifreeze containing alkali metal phosphates, alkali metal borate, mercaptobenzthiazole, zinc and / or magnesium salts (GB patent 1203161, IPC 6, 09 K 5/00, publ. 1970). A known glycol-based coolant containing triethanolamines, disodium phosphate and sodium benzoate (PL patent 139153, IPC 6, C 23 F 14/00, publ. 1985). Known antifreeze based on glycols and their derivatives, containing phosphoric acid, phosphate and alkali metal hydroxide (US patent 4684474, IPC 6, 09 K 5/00, publ. 1987). However, this antifreeze is unstable with respect to hard water and has a low alkalinity reserve, which leads to a reduction in antifreeze life. Known antifreeze containing glycols, phosphoric acid, alkali metal hydroxide, alkali metal salt of 2-mercaptobenzthiazole, sodium carbonate, disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid (RU patent 2103310, IPC 6, 09 K 5/00, publ. 1998). The main disadvantage of this antifreeze is a rather high aggressiveness with respect to copper, brass and solder, and, in addition, a low alkalinity reserve.

Наиболее близким по составу и свойствам к предлагаемому является антифриз на основе гликоля, имеющий следующий состав, мас.% (RU патент 217024, МПК 6, С 09 К 5/00, опубл. 1998):
Ортофосфорная кислота, 87%-ная - 1,30 - 1,40
Гидроксид натрия - 0,80 - 1,00
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола - 0,01 - 0,05
Карбонат натрия - 0,10 - 0,15
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, двуводная - 0,03 - 0,07
Пеногаситель - 0,02 - 0,03
Краситель - 0,002 - 0,003
Вода - 0,85 - 1,5
Ингибитор коррозии цветных металлов - 0,02 - 1,1
Этиленгликоль или полигликоли - Остальное
В качестве ингибитора коррозии цветных металлов антифриз содержит, мас. %: от 0,05 до 0,10 метафосфата натрия, или от 0,02 до 0,10 капролактама, или от 0,10 до 0,30 карбамида, или от 0,20 до 0,30 бензтриазола, или от 0,02 до 0,30 ингибитора атмосферной коррозии ВНХЛ-49, или их смесь в любом сочетании и в любом соотношении. Основным недостатком антифриза согласно прототипу является высаливание кристаллов ортофосфатов натрия, образующихся при взаимодействии ортофосфорной кислоты и гидроксида натрия, имеющих низкую растворимость в водно-гликолевом растворе во время хранения при низких температурах.The closest in composition and properties to the proposed is glycol-based antifreeze having the following composition, wt.% (RU patent 217024, IPC 6, 09 K 5/00, publ. 1998):
Phosphoric acid, 87% - 1.30 - 1.40
Sodium hydroxide - 0.80 - 1.00
2-mercaptobenzthiazole sodium salt - 0.01 - 0.05
Sodium carbonate - 0.10 - 0.15
Disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, two-water - 0.03 - 0.07
Antifoam - 0.02 - 0.03
Dye - 0.002 - 0.003
Water - 0.85 - 1.5
Non-ferrous metal corrosion inhibitor - 0.02 - 1.1
Ethylene Glycol or Polyglycols - Else
As an inhibitor of corrosion of non-ferrous metals, antifreeze contains, by weight. %: from 0.05 to 0.10 sodium metaphosphate, or from 0.02 to 0.10 caprolactam, or from 0.10 to 0.30 urea, or from 0.20 to 0.30 benzotriazole, or from 0, 02 to 0.30 atmospheric corrosion inhibitor VNHL-49, or a mixture thereof in any combination and in any ratio. The main disadvantage of antifreeze according to the prototype is the salting out of crystals of sodium orthophosphates formed during the interaction of phosphoric acid and sodium hydroxide having a low solubility in a water-glycol solution during storage at low temperatures.

Целью данного изобретения является улучшение эксплуатационных свойств антифриза. Поставленная цель достигается тем, что антифриз на основе гликоля, содержащий ортофосфорную кислоту, соль щелочного металла 2-меркаптобензтиазола, динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты, пеногаситель, капролактам, краситель, воду, этиленгликоль или полигликоли, дополнительно содержит калий углекислый (поташ), высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8, бутиловый спирт при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота, 75%-ная - 0,20 - 1,00
Калий углекислый (поташ) полутораводный технический - 0,50 - 2,00
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола (каптакс) - 0,005 - 0,100
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводная - 0,01 - 0,100
Капролактам - 0,01 - 1,00
Высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8 - 0,80 - 1,00
Этиленгликоль или полигликоли - 54,0 - 65,0
Бутиловый спирт - 0,01 - 0,03
Пеногаситель - 0,001 - 0,003
Краситель - 0,002 - 0,003
Вода - Остальное
При этом в качестве пеногасителя используют продукт 139-282, представляющий собой самоэмульгирующийся продукт на основе кремнийорганического пеногасителя (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. Спирт бутиловый нормальный (ГОСТ 5208-81) используют в качестве растворителя для пеногасителя. Капролактам представляет собой лактам ε-аминокапроновой кислоты (ГОСТ 7850-86). Высокомодульное жидкое стекло представляет собой водный раствор смеси силикатов калия и натрия, имеющей переменный состав, выражаемый общей формулой R₂O•n SiO, где R означает калий или натрий. 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 антифриза отличается от известного введением новых компонентов: калия углекислого (поташа), высокомодульного жидкого стекла с силикатным модулем 2,8 и бутилового спирта. Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию новизна.The aim of this invention is to improve the operational properties of antifreeze. This goal is achieved in that the glycol-based antifreeze containing orthophosphoric acid, an alkali metal salt of 2-mercaptobenzthiazole, disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, antifoam, caprolactam, dye, water, ethylene glycol or polyglycols, additionally contains potassium carbonate (soda) glass with a silicate module of 2.8, butyl alcohol in the following ratio of ingredients, wt.%:
Phosphoric acid, 75% - 0.20 - 1.00
Potassium carbonate (potash) sesquioxide technical - 0.50 - 2.00
2-mercaptobenzthiazole sodium salt (captax) - 0.005 - 0.100
Ethylenediaminetetraacetic acid disodium salt, two-water - 0.01 - 0.100
Caprolactam - 0.01 - 1.00
High modulus silicate glass 2.8 - 0.80 - 1.00
Ethylene glycol or polyglycols - 54.0 - 65.0
Butyl alcohol - 0.01 - 0.03
Defoamer - 0.001 - 0.003
Dye - 0.002 - 0.003
Water - Else
In this case, the product 139-282, which is a self-emulsifying product based on an organosilicon antifoam (TU 6-02-1-529-86), is used as an antifoam. As the dye, any alcohol-soluble dye is used, for example, bright blue acid dye "Z" according to TU 6-14-391-76. Normal butyl alcohol (GOST 5208-81) is used as a solvent for antifoam. Caprolactam is ε-aminocaproic acid lactam (GOST 7850-86). High-modulus liquid glass is an aqueous solution of a mixture of potassium and sodium silicates having a variable composition expressed by the general formula R ₂ O • n SiO, where R is potassium or sodium. Purified polyglycols (TU 6-15-1761-94) are a by-product of the production of ethylene glycol and are an aqueous solution of a mixture of glycols with a mass fraction of 75-90%, which contains 60-80 wt.% Ethylene glycol, 5-20 wt.% Diethylene glycol up to 5 wt.% triethylene glycol. A comparable analysis with the prototype shows that this antifreeze composition differs from the known one by the introduction of new components: potassium carbonate (potash), high-modulus liquid glass with a silicate module of 2.8 and butyl alcohol. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of novelty.

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: использование новой сырьевой базы для ингибиторной композиции позволяет снизить стоимость и дефицитность антифриза. Снижение суммарного содержания противокоррозионных присадок (ингибиторов) в общей массе охлаждающей жидкости увеличивает тем самым долю водно-гликолевой основы, что позволяет улучшить ее теплофизические свойства. Более того, использование новых антикоррозионных присадок в сочетании с известными предотвращает высаливание ортофосфатов во время хранения антифриза при низких температурах и позволяет в процессе производства охлаждающей жидкости использовать жесткую воду. При этом сохраняются высокие антикоррозионные свойства антифриза относительно конструкционных материалов (медь, латунь, припой, сталь, чугун, алюминий), значительный резерв щелочности, низкая токсичность. The use of new components in this composition in combination with the known and the found ratio of all ingredients provides properties that are manifested only in the specified technical solution, namely: the use of a new raw material base for the inhibitory composition can reduce the cost and scarcity of antifreeze. The decrease in the total content of anticorrosion additives (inhibitors) in the total mass of the coolant increases the proportion of the water-glycol base, thereby improving its thermophysical properties. Moreover, the use of new anticorrosive additives in combination with the known ones prevents the salting out of orthophosphates during storage of antifreeze at low temperatures and allows the use of hard water in the production of coolant. At the same time, high anticorrosion properties of antifreeze with respect to structural materials (copper, brass, solder, steel, cast iron, aluminum), a significant alkalinity reserve, and low toxicity are retained.

При изучении других технических решений в данной области технологии признаки, отличающие антифриз согласно изобретению от прототипа, не выявлены, что обеспечивает соответствие данного технического решения критерию существенные отличия. When studying other technical solutions in this field of technology, signs that distinguish the antifreeze according to the invention from the prototype are not identified, which ensures that this technical solution meets the criterion of significant differences.

Антифриз готовят последовательным растворением компонентов в водно-гликолевом растворе. Antifreeze is prepared by sequential dissolution of the components in a water-glycol solution.

Пример 1. В емкость с мешалкой помещают 43,86 г воды, 0,5 г поташа, 0,2 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,01 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,01 г капролактама, 54,6 г этиленгликоля, 0,005 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, 0,8 г жидкого стекла, 0,002 г красителя. Отдельно готовят раствор 0,001 г пеногасителя в 0,01 г бутилового спирта. Затем полученные растворы помещают в одну емкость и перемешивают при комнатной температуре в течение 1 часа. Example 1. In a container with a stirrer placed 43.86 g of water, 0.5 g of potash, 0.2 g of 75% phosphoric acid, 0.01 g of disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, 0.01 g of caprolactam, 54.6 g ethylene glycol, 0.005 g of sodium salt of 2-mercaptobenzthiazole, 0.8 g of water glass, 0.002 g of dye. Separately, a solution of 0.001 g of antifoam in 0.01 g of butyl alcohol is prepared. Then, the resulting solutions are placed in one container and stirred at room temperature for 1 hour.

Пример 2. Антифриз готовят так же, как и в примере 1, но водно-гликолевый раствор содержит 42,87 г воды, 1,0 г поташа, 0,45 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,05 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 0,02 г капролактама, 54,6 г этиленгликоля, 0,008 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, 0,9 г жидкого стекла, 0,002 г красителя, 0,002 г пеногасителя в 0,02 г бутилового спирта. Example 2. Antifreeze is prepared in the same way as in example 1, but the water-glycol solution contains 42.87 g of water, 1.0 g of potash, 0.45 g of 75% phosphoric acid, 0.05 g of ethylenediaminetetraacetic disodium salt acid, 0.02 g of caprolactam, 54.6 g of ethylene glycol, 0.008 g of sodium salt of 2-mercaptobenzthiazole, 0.9 g of water glass, 0.002 g of dye, 0.002 g of antifoam in 0.02 g of butyl alcohol.

Пример 3. Антифриз готовят так же, как и в примере 1, но водно-гликолевый раствор содержит 29,76 г воды, 2,0 г поташа, 1,0 г 75%-ной ортофосфорной кислоты, 0,1 г динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, 1,0 г капролактама, 65,0 г этиленгликоля, 0,1 г натриевой соли 2-меркаптобензтиазола, 1,0 г жидкого стекла, 0,003 г красителя, 0,003 г пеногасителя в 0,03 г бутилового спирта. Example 3. Antifreeze is prepared in the same way as in example 1, but the water-glycol solution contains 29.76 g of water, 2.0 g of potash, 1.0 g of 75% phosphoric acid, 0.1 g of ethylenediaminetetraacetic disodium salt acid, 1.0 g of caprolactam, 65.0 g of ethylene glycol, 0.1 g of sodium salt of 2-mercaptobenzthiazole, 1.0 g of water glass, 0.003 g of dye, 0.003 g of antifoam in 0.03 g of butyl alcohol.

Составы антифриза по примерам 1-10 и прототипу приведены в таблице 1. Образцы антифризов, составы которых представлены в таблице 1, подвергают коррозионным испытаниям по методике ASTM-1384 в течение 336 ч при температуре 88±1^oС с аэрацией воздухом. Сравнительные результаты коррозионных испытаний представлены в таблице 2. Определение резерва щелочности проводят по методике ASTM D1121. Водородный показатель рН измеряют по методике ASTM D1287. Уменьшение концентрации поташа ниже 0,5 мас.% вызывает усиление коррозии стали и чугуна, кроме того, снижает резерв щелочности охлаждающей жидкости (пример 4), а увеличение ее выше 2,0 мас.% не приводит к повышению положительного эффекта (пример 5). Уменьшение концентрации капролактама ниже 0,01 мас.% приводит к снижению коррозионной стойкости цветных металлов (пример 6). Увеличение его содержания выше 1,0 мас.% резко усиливает коррозию всех металлов (пример 7). Снижение концентрации высокомодульного жидкого стекла ниже 0,8 мас. % не обеспечивает достаточную защиту от коррозии алюминия и припоя (пример 8), увеличение его концентрации выше 1,0 мас.% вызывает образование геля, что недопустимо (пример 9).The antifreeze compositions of examples 1-10 and the prototype are shown in table 1. Samples of antifreeze, the compositions of which are presented in table 1, are subjected to corrosion tests according to ASTM-1384 for 336 hours at a temperature of 88 ± 1 ^o With aeration with air. Comparative results of corrosion tests are presented in table 2. The determination of the alkalinity reserve is carried out according to ASTM D1121. The pH is measured according to ASTM D1287. The decrease in the concentration of potash below 0.5 wt.% Causes increased corrosion of steel and cast iron, in addition, reduces the alkalinity reserve of the coolant (example 4), and its increase above 2.0 wt.% Does not increase the positive effect (example 5) . A decrease in the concentration of caprolactam below 0.01 wt.% Leads to a decrease in the corrosion resistance of non-ferrous metals (example 6). The increase in its content above 1.0 wt.% Sharply enhances the corrosion of all metals (example 7). The decrease in the concentration of high-modulus liquid glass below 0.8 wt. % does not provide sufficient protection against corrosion of aluminum and solder (example 8), an increase in its concentration above 1.0 wt.% causes the formation of a gel, which is unacceptable (example 9).

Основные физико-химические свойства полученного антифриза представлены в таблице 3. The main physico-chemical properties of the obtained antifreeze are presented in table 3.

Таким образом, применение в составе антифриза согласно изобретению новых компонентов в сочетании с известными и найденное соотношение всех ингредиентов обеспечивает высокую коррозионную защиту жидкости по отношению к конструкционным материалам (меди, латуни, припою, стали, чугуну, алюминию), достаточно высокий резерв щелочности, устойчивость к жесткой воде и экологическую безопасность. Thus, the use of new components in combination with the known components in the antifreeze according to the invention and the found ratio of all ingredients provides high corrosion protection of the liquid in relation to structural materials (copper, brass, solder, steel, cast iron, aluminum), a fairly high alkalinity reserve, stability hard water and environmental safety.

Claims (1)

Антифриз на основе этиленгликоля или полигликолей, содержащий 75%-ную ортофосфорную кислоту, натриевую соль 2-меркаптобензтиазола (каптакса), динатриевую соль этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводную, пеногаситель, капролактам, краситель и воду, отличающийся тем, что он дополнительно содержит калий углекислый (поташ), высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8, бутиловый спирт при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Ортофосфорная кислота 75%-ная - 0,20-1,00
Калий углекислый (поташ) полутороводный, технический - 0,50-2,00
Натриевая соль 2-меркаптобензтиазола (каптакс) - 0,005-0,100
Динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты двуводная - 0,01-0,100
Капролактам - 0,01-1,00
Высокомодульное жидкое стекло с силикатным модулем 2,8 - 0,80-1,00
Этиленгликоль или полигликоли - 54,0-65,0
Бутиловый спирт - 0,01-0,03
Пеногаситель - 0,001-0,003
Краситель - 0,002-0,003
Вода - ОстальноенAntifreeze based on ethylene glycol or polyglycols containing 75% orthophosphoric acid, sodium salt of 2-mercaptobenzthiazole (captax), disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, two-water, antifoam, caprolactam, dye and water, which is different in that it contains , high-modulus liquid glass with a silicate module of 2.8, butyl alcohol in the following ratio of components, wt.%:
Phosphoric acid 75% - 0.20-1.00
Potassium carbonate (potash) one and a half water, technical - 0.50-2.00
2-mercaptobenzthiazole sodium salt (captax) - 0.005-0.100
Disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, two-water - 0.01-0.100
Caprolactam - 0.01-1.00
High-modulus silicate glass 2.8 - 0.80-1.00
Ethylene glycol or polyglycols - 54.0-65.0
Butyl alcohol - 0.01-0.03
Defoamer - 0.001-0.003
Dye - 0.002-0.003
Water - Rest

Images