CN101602936A - 一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液，属于冷却液。它包括以下重量份数比的原料；涤纶级乙二醇36～52份、甘露醇1.0～1.5份、苯甲酸0.3～0.7份、己二酸0.7～0.9份、甲基苯并三氮唑0.1～0.2份、对－硝基苯甲酸0.05～0.1份、聚醚0.001～0.004份、磷酸钾0.3～0.7份、亚硝酸钠0.2～0.25份、硝酸钠0.25～0.3份、硼砂0.5～1.0份、硅酸钠0.007～0.02份、氢氧化钠0.45～0.68份、用蒸馏水定容至100份。本发明有利于改善发动机水套的换热冷却性能，更适应于铝质的水箱散热器，适应于轿车和轻型车，更适应于重型商用车。

Description

一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液

技术领域

本发明涉及一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液，应用于汽车发动机行业。

背景技术

汽车发动机燃油燃烧的总能量中，大约30％的比例被发动机冷却液带走。如果未来的国4或国5的标准中采用EGR作为技术手段，需要冷却液来冷却EGR的进气，这样冷却液的换热总量可能更大，冷却液的温度更高，面临更多的问题和技术挑战。

一种性能良好的发动机冷却液，要求对发动机水套进行有效的冷却，防止发动机过热而产生拉缸；要求提供低温下的防冻性能，避免发动机冻裂；要求能对发动机的水套、橡胶管路、水泵、密封件、水箱的材料以及机油冷却器材料具有良好的相容性，例如，对铸铁、钢、紫铜、黄铜、铝和焊锡具备良好的保护性能；此外，也要求冷却液不能产生细小的沉淀性颗粒，以免磨损水泵的密封圈；要求无泡，满足重型商用车冷却液的大流量循环时的消泡；要求具备一定的杀菌和抗菌性能，满足车辆售出前的长期的库存要求。

如果使用性能差的发动机冷却液，可以轻易造成车辆的巨大损失，例如，水箱冻裂、水泵锈蚀和锈蚀颗粒的磨损损坏、水箱腐蚀穿透、缸套上密布腐蚀坑点而产生的发动机磨损、机油冷却器的漏液致使发动机报废等等，2006年某企业因为冷却液质量差而导致的上述索赔高达1500万元以上。

国外对汽车发动机冷却液有详细的技术要求，例如，日本的JISK标准、德国的DIN标准以及美国的ASTM D标准等，规定了发动机冷却液的详细性能指标，也区分了轿车和轻型商用车发动机冷却液的技术标准同重型商用车发动机冷却液的技术标准的差别。

轿车和轻型商用车发动机冷却液，由于车辆使用工况较为缓和，例如，承载负荷较小，冷却液的热负荷小，最高温度低，一般情况下为85～90℃，技术要求低，冷却液使用中不易出现的严重问题。

但是，重型商用车发动机冷却液，由于车辆使用工况较为苛刻，冷却液热负荷很高，最高温度高，例如，一般情况下为90℃以上，最高达到126℃，非常容易出现冷却液使用中严重问题。因此，相对于轿车和轻型商用车发动机冷却液，重型商用车发动机冷却液的配方和技术要求更为严格。重型商用车发动机冷却液可以推广用作为轿车和轻型商用车发动机冷却液，但是，能用于轿车和轻型商用车发动机的冷却液不一定能用于重型商用车发动机冷却液。

近年来，传统的汽车发动机铜质的水箱，由于铜材的价格大幅度提高接近1倍以上，使得铝质的水箱获得大面积的推广应用，特别是在重型商用车发动机上，铝质的水箱相比铜质的水箱每车节省成本接近400元。铝质的水箱的快速推广，带来许多新问题。

专利号为200410009364.2的“一种提高发动机冷却液稳定性的方法”专利，其主要成分为磷酸钠、硅酸钠、苯并三唑，并加入某种硅酸盐稳定剂，有机成分的防锈防腐剂成分为柠檬酸，不属于低分子有机酸的范畴，防锈防腐蚀效果差，硅酸盐含量最少在5000ppm，容易产生硅酸盐沉淀颗粒的对水密封圈的磨损问题，适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为200610087359.2的“发动机冷却液”专利，特征成分是分子内含有三嗪环的聚合三元羧酸和脂肪酸碱金属盐的混合物，也含有硅酸钠和硅酸盐稳定剂，所用三元羧酸的分子量较大，非常容易形成钙和镁不溶性的盐，失去防腐蚀和防锈的效果；而其它的脂肪酸是异辛酸和癸二酸，在大流量循环条件下将出现泡沫问题；也存在成本高的问题；适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为200410009214.1的“一种发动机冷却液”也是含有癸二酸作为特征成分，存在泡沫问题，硅酸盐含量最少在5000ppm，容易引起硅酸盐的沉淀，产生水密封的磨损问题，适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为02146574.6的“防腐防垢汽车发动机冷却液”的专利，特征成分中含有禁用的亚硝酸钠，也含有癸二酸钠成分，存在潜在的泡沫问题，适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为200610047082.0的“一种发动机冷却液”的专利，含有AEO-9非离子表面活性剂，其HLB值：12.5～13.5，属于洗涤剂活性成分，非常容易产生泡沫问题，适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为200610015513.5的“汽车发动机防冻液”的专利，没有低分子量的有机酸成份，也没有硅酸盐，尽管成本低，防锈防腐蚀性能不足，适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为200710119912.0的“一种汽车发动机冷却液及制备方法”的专利，没有低分子量的有机酸成份，含有不稳定的三乙醇胺成份，其耐热剪切性不够，尽管成本低，但适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为99119155.2的“一种汽车发动机水箱保护剂”的专利，没有低分子量的有机酸成份，完全由无机盐构成，防锈防腐蚀能力不足，适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

专利号为01131412.5的“有机型发动机冷却液”的专利，完全是由低分子量的有机酸为特征成份，也没有硅酸盐，该冷却液的导热能力不足，成本很高，适用于轿车或轻型卡车，不适用于装备铝水箱的重型车。

发明内容

本发明提供一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液，以解决目前冷却液不适用于装备铝水箱的重型车的问题。本发明采取的技术方案是：它包括以下重量份数比的原料；

涤纶级乙二醇36～52份、甘露醇1.0～1.5份、苯甲酸0.3～0.7份、己二酸0.7～0.9份、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1～0.2份、对-硝基苯甲酸0.05～0.1份、聚醚(6100)0.001～0.004份、磷酸钾0.3～0.7份、亚硝酸钠0.2～0.25份、硝酸钠0.25～0.3份、硼砂0.5～1.0份、硅酸钠0.007～0.02份、均三嗪杀菌剂0～0.01份、巯基苯并噻唑钠(MBT)0～0.05份、染色剂0.002～0.02份、氢氧化钠0.45～0.68份、用蒸馏水定容至100份。

本发明专利的制备方法包括下列步骤：

(1)称取配方数量的15～20％的乙二醇和配方数量的15～20％的蒸馏水加入甘露醇1.0～1.5份、苯甲酸0.3～0.7份、己二酸0.7～0.9份、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1～0.2％、对-硝基苯甲酸0.05～0.1份、聚醚(6100)0.001～0.004份；加热到50～70℃；搅拌5～10min至溶解；

(2)称取配方数量的30～40％的蒸馏水中加入磷酸钾0.3～0.7份、亚硝酸钠0.2～0.25份、硝酸钠0.25～0.3份、硼砂0.5～1.0份、硅酸钠0.007～0.02份、均三嗪杀菌剂0～0.01份、巯基苯并噻唑钠(MBT)0～0.05份；加热到50～70℃；搅拌5～10min至溶解；

(3)把步骤(1)和(2)的半成品原料混合，搅拌5～10min；

(4)在步骤(3)的基础上，加入剩余数量的乙二醇和蒸馏水，加入染色剂0.002～0.02份，加入氢氧化钠0.45～0.68份，调整pH值和储备碱度至合格；

(5)化验、过滤、包装。

本发明中采用的涤纶级乙二醇是高纯度的乙二醇，杂醇和危害离子的残留很低，乙二醇的加入量同所要求的发动机冷却液的冰点密切相关，例如，加入36份的乙二醇配制的冷却液的冰点可以达到-23℃、加入45份的乙二醇配制的冷却液的冰点可以达到-35℃、加入52份的乙二醇配制的冷却液的冰点可以达到-45℃；甘露醇的分子式为C₆H₁₄O₆，其作用是进一步的软化水质，减缓硅酸盐在液体中的凝结和沉淀，试验中发现配方中加入1.0～1.5份甘露醇后，经过长期的加热循环和静止存放，没有絮状物出现；苯甲酸的分子式是C₇H₆O₂，对-硝基苯甲酸的分子式是C₇H₅NO₄，二者生成的盐复合使用对黑色和有色金属具备一定的防锈防腐蚀效果；己二酸的分子式为C₆H₁₀O₄，属于低消耗速度的低分子有机酸，循环试验中泡沫合格，其盐对铝具备较好的防腐蚀效果，对黑色金属也有一定的效果，试验室的失重试验证明，加入量为0.7～0.9份保证试片的失重量为0，但是这种防锈剂的价格较高，所以，为控制成本，加入量尽量少，如果选择更低分子量的有机酸，例如，乙酸或丁二酸的盐加入后反而对焊锡具有一定的腐蚀性，原因是无法在金属表面上形成保护膜，但是，如果选用分子量稍高的有机酸，例如选择癸二酸(C₁₀)的盐，防腐蚀性试验结果满足要求，但是在循环试验中和整车的试验中出现严重的泡沫问题，原因是这种盐的HLB值接近8，表面活性稍高，无法采用；甲基苯并三氮唑(TTA)的分子式是C₇H₇N₃，巯基苯并噻唑钠(MBT)的分子式是C₇H₄NNaS₂，两者的复合使用对焊锡、紫铜和黄铜具有较好的防腐蚀效果，但是价格高，应保持添加量的下限；聚醚(6100)是聚氧乙烯和聚氧丙烯的嵌段聚合物分子式为HO(C₂H₄O)_a-(C₃H₆O)_b-(C₂H₄O)_c-H，为非离子型的高效消泡组分，热稳定和化学稳定性好，考虑价格原因加入量以下限为最佳，但是，如果加入含硅油成份的消泡剂，加量很低时，很容易粘附在水套的粗糙表面上而被快速损耗干净，失去消泡和抑泡的效果，但是如果加入量过大，非常容易形成粘附物，使水温和液位传感器失效；磷酸钾和硼砂具备一定的黑色金属防锈效果，非消耗性的盐类，碱储备性能好，PH缓冲能力强，其中磷酸钾具有良好的络合金属离子能力，能和碱土金属和重金属离子发生螯合作用；能与硬水中的Ca²⁺、Mg²⁺形成稳定的络合物从而软化硬水、提高洗涤能力、清除污垢，磷酸钾还能在铁、铅、锌、铝等金属表面形成一层保护膜，硼砂也有一些辅助的杀菌作用；亚硝酸钠和硝酸钠价格低廉，二者的复合使用对于黑色金属效果最好，都属于慢慢消耗性的盐类，硝酸钠加入后对冷却液的冰点具有轻微的改善；硅酸钠的分子式为Na₂O_mSiO₂，其中SiO₂和Na₂O的摩尔比决定着硅酸钠的模数m，模数即显示硅酸钠的组成，又影响硅酸钠的物理和化学性质，因此不同模数的硅酸钠有着不同的用处，在冷却液中通常选取模数在3.1～3.4范围内，在一定温度下，硅酸钠形成硅凝胶，是一种具有二氧化硅网状骨架的结构，沉积在铝材的表面，消除铝被腐蚀和产生气蚀微坑点的可能性，硅酸钠的加入数量最为关键，加入量大，例如超过0.1份，冷却液在一定温度下很快出现絮状沉淀物，这些沉淀物为细微的固体颗粒，对水泵的密封圈产生损坏，反之，加入量过低，例如，低于0.006份，就无法在铝材的表面上形成一层沉积膜，保护作用不佳，在0.007～0.02份的加量范围内，腐蚀试验中铝片的失重满足要求；均三嗪杀菌剂，即1，3，5-三(羟乙基)-均三嗪杀菌剂，分子式为C₉H₂₁N₃O₃，是一种常用的工业光谱杀菌剂，车辆的水箱中加注满冷却液后，售出前可能会有一定时间间隔的存放期，本发明的冷却液成份中含有无机盐和有机酸盐，都是细菌类繁殖滋生的营养源，因此，需要在某些情况下采用杀菌剂，杀菌剂在冷却液中的使用上限为0.01份；氢氧化钠的数量完全根据化学计算，把几种有机酸转化成盐所需的量，0.45～0.68份；染色剂可以根据标准或供货厂家之间的要求选择某种颜色，但需要进行热循环试验来确定某种染色剂在特定的化学混合物中的稳定性；本发明中所用的水为蒸馏水，主要是考虑到水中的杂质离子含量控制和水的成本，水的用量为42～60份，完全是考虑到它同乙二醇之间的浓度-冰点的对应关系，可以根据要求选定对应的调配比例。上述盐类必须采用分析纯或优级化学纯，避免杂质离子的危害。

本发明的积极效果是一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液，含有适量的低分子有机酸盐类，此外，也含有适量的无机盐，有利于改善发动机水套的换热冷却性能，其低硅含量的特点表明该冷却液不仅适合铜质的水箱散热器，也更适应于铝质的水箱散热器；适应于轿车和轻型车，更适应于重型商用车。

本发明检验结果：

具体实施方式

实施例1：

涤纶级乙二醇36kg、甘露醇1.0kg、苯甲酸0.3kg、己二酸0.7kg、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1kg、对-硝基苯甲酸0.05kg、聚醚(6100)0.001kg、磷酸钾0.3kg、亚硝酸钠0.2kg、硝酸钠0.25kg、硼砂0.5kg、硅酸钠0.007kg、水溶性荧光红0.002kg、氢氧化钠0.45kg、蒸馏水60.14kg。

制备方法：(1)称取配方数量的15％的乙二醇和配方数量的15％的蒸馏水加入配方数量的甘露醇、苯甲酸、己二酸、甲基苯并三氮唑(TTA)、对-硝基苯甲酸、聚醚(6100)；加热到50℃；搅拌5min至溶解；(2)称取配方数量的30％的蒸馏水中加入配方数量的磷酸钾、亚硝酸钠、硝酸钠、硼砂、硅酸钠，加热到50℃；搅拌5min至溶解；(3)把步骤(1)和(2)的半成品原料混合，搅拌5min；(4)在步骤(3)的基础上，加入剩余数量的乙二醇和蒸馏水，加入配方数量的染色剂，加入氢氧化钠，调整pH值和储备碱度至合格；(5)化验、过滤、包装。

实施例2：

涤纶级乙二醇44kg、甘露醇1.25kg、苯甲酸0.5kg、己二酸0.8kg、甲基苯并三氮唑(TTA)0.15kg、对-硝基苯甲酸0.075kg、聚醚(6100)0.002kg、磷酸钾0.5kg、亚硝酸钠0.22kg、硝酸钠0.275kg、硼砂0.75kg、硅酸钠0.013kg、均三嗪杀菌剂0.005kg、巯基苯并噻唑钠(MBT)0.025kg、水溶性荧光蓝0.011kg、氢氧化钠0.56kg、蒸馏水50.864kg。

制备方法：

(1)称取配方数量的17％的乙二醇和配方数量的18％的蒸馏水加入配方数量的甘露醇、苯甲酸、己二酸、甲基苯并三氮唑(TTA)、对-硝基苯甲酸、聚醚(6100)；加热到60℃；搅拌7.5min至溶解；

(2)称取配方数量的35％的蒸馏水中加入配方数量的磷酸钾、亚硝酸钠、硝酸钠、硼砂、硅酸钠、均三嗪杀菌剂、巯基苯并噻唑钠(MBT)；加热到60℃；搅拌7.5min至溶解；

(3)把步骤(1)和(2)的半成品原料混合，搅拌7.5min；

(4)在步骤(3)的基础上，加入剩余数量的乙二醇和蒸馏水，加入配方数量的染色剂，加入氢氧化钠，调整pH值和储备碱度至合格；

(5)化验、过滤、包装。

实施例3：

涤纶级乙二醇52kg、甘露醇1.5kg、苯甲酸0.7kg、己二酸0.9kg、甲基苯并三氮唑(TTA)0.2kg、对-硝基苯甲酸0.1kg、聚醚(6100)0.004kg、磷酸钾0.7kg、亚硝酸钠0.25kg、硝酸钠0.3kg、硼砂1.0kg、硅酸钠0.02kg、均三嗪杀菌剂0.01kg、巯基苯并噻唑钠(MBT)0.05kg、水溶性荧光黄0.02kg、氢氧化钠0.68kg、蒸馏水41.566kg。

制备方法：

(1)称取配方数量的20％的乙二醇和配方数量的20％的蒸馏水加入配方数量的甘露醇、苯甲酸、己二酸、甲基苯并三氮唑(TTA)、对-硝基苯甲酸、聚醚(6100)；加热到70℃；搅拌10min至溶解；

(2)称取配方数量的40％的蒸馏水中加入配方数量的磷酸钾、亚硝酸钠、硝酸钠、硼砂、硅酸钠、均三嗪杀菌剂、巯基苯并噻唑钠(MBT)；加热到70℃；搅10min至溶解；

(3)把步骤(1)和(2)的半成品原料混合，搅拌10min；

(4)在步骤(3)的基础上，加入剩余数量的乙二醇和蒸馏水，加配方数量的入染色剂，加入氢氧化钠，调整pH值和储备碱度至合格；

(5)化验、过滤、包装。

实施例4：

称取涤纶级乙二醇36kg、甘露醇1.5kg、苯甲酸0.7kg、己二酸0.9kg、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1kg、对-硝基苯甲酸0.05kg、聚醚(6100)0.002kg、磷酸钾0.5kg、亚硝酸钠0.2kg、硝酸钠0.3kg、硼砂0.7kg、硅酸钠0.009kg、均三嗪杀菌剂0.01kg、巯基苯并噻唑钠(MBT)0.01kg、水溶性荧光红0.002kg、氢氧化钠0.6kg、蒸馏水58.417kg；按照实施例1方法调配成冰点为-23℃的一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液。

实施例5：

称取涤纶级乙二醇45kg、甘露醇1.5kg、苯甲酸0.7kg、己二酸0.9kg、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1kg、对-硝基苯甲酸0.05kg、聚醚(6100)0.002kg、磷酸钾0.5kg、亚硝酸钠0.2kg、硝酸钠0.3kg、硼砂0.7kg、硅酸钠0.009kg、均三嗪杀菌剂0.01kg、巯基苯并噻唑钠(MBT)0.01kg、染色剂0.002kg、氢氧化钠0.6kg、蒸馏水49.417kg；按照实施例2方法调配成冰点为-35℃的一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液。

实施例6：

称取涤纶级乙二醇52kg、甘露醇1.5kg、苯甲酸0.7kg、己二酸0.9kg、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1kg、对-硝基苯甲酸0.05kg、聚醚(6100)0.002kg、磷酸钾0.5kg、亚硝酸钠0.2kg、硝酸钠0.3kg、硼砂0.7kg、硅酸钠0.009kg、均三嗪杀菌剂0.01kg、巯基苯并噻唑钠(MBT)0.01kg、染色剂0.002kg、氢氧化钠0.6kg、蒸馏水42.417kg；按照实施例3方法调配成冰点为-45℃的一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液。

Claims (2)

1、一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液，其特征在于它包括以下重量份数比的原料；涤纶级乙二醇36～52份、甘露醇1.0～1.5份、苯甲酸0.3～0.7份、己二酸0.7～0.9份、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1～0.2份、对-硝基苯甲酸0.05～0.1份、聚醚(6100)0.001～0.004份、磷酸钾0.3～0.7份、亚硝酸钠0.2～0.25份、硝酸钠0.25～0.3份、硼砂0.5～1.0份、硅酸钠0.007～0.02份、均三嗪杀菌剂0～0.01份、巯基苯并噻唑钠(MBT)0～0.05份、染色剂0.002～0.02份、氢氧化钠0.45～0.68份、用蒸馏水定容至100份。

2、如权利要求1所述的一种适用于重型商用车发动机铝水箱的低硅含量冷却液的的制备方法，其特征是包括下列步骤：

(1)称取配方数量的15～20％的乙二醇和配方数量的15～20％的蒸馏水加入甘露醇1.0～1.5份、苯甲酸0.3～0.7份、己二酸0.7～0.9份、甲基苯并三氮唑(TTA)0.1～0.2％、对-硝基苯甲酸0.05～0.1份、聚醚(6100)0.001～0.004份；加热到50～70℃；搅拌5～10min至溶解；

(2)称取配方数量的30～40％的蒸馏水中加入磷酸钾0.3～0.7份、亚硝酸钠0.2～0.25份、硝酸钠0.25～0.3份、硼砂0.5～1.0份、硅酸钠0.007～0.02份、均三嗪杀菌剂0～0.01份、巯基苯并噻唑钠(MBT)0～0.05份；加热到50～70℃；搅拌5～10min至溶解；

(3)把步骤(1)和(2)的半成品原料混合，搅拌5～10min；

(4)在步骤(3)的基础上，加入剩余数量的乙二醇和蒸馏水，加入染色剂0.002～0.02份，加入氢氧化钠0.45～0.68份，调整pH值和储备碱度至合格；

(5)化验、过滤、包装。