CN102174313B - 一种低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液，各组分重量百分比如下：抗冻剂：15～96％；天然生物碱：0.05～1.5％；杂环烷烃：0.5～2.5％；唑类化合物：0.01～0.3％；去离子水：余量。本发明采用天然生物碱与非离子有机化合物配合，除具有冰点低、沸点高、无结垢、防腐蚀、热效率高等特点外，因不含无机盐、有机羧酸等成分，还具有超低的电导率，可达到5μs/cm，仅为常用水冷介质电导率的几百分之一。这种超低电导率防冻冷却液，可以有效减缓冷却系统金属部件的腐蚀，满足风力发电机组冷却等特殊工况对防冻冷却液的绝缘安全性要求。实现了绿色环保、超长效使用，特别适用于风力发电机组、高级轿车发动机等特殊设备。

Description

一种低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液

技术领域

本发明涉及一种防冻冷却液，特别是一种低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液，属于化工领域。

背景技术

无机型防冻冷却液含有硼砂、亚硝酸盐或胺盐等组分，存在对金属部件腐蚀严重、使用周期短、稳定性差、致癌等问题，发达国家已经限制使用。有机型防冻冷却液具有防腐蚀性能优良、长效使用、环保无毒的特点，受到越来越多的青睐。许多外国公司，如美国的德士古公司、ARCO公司、DOW公司、日本的CCI公司、德国的BASF公司等都已经研制出了全有机型汽车防冻液产品并推向市场。

国内全有机型防冻冷却液的研究起步较晚，较为先进的产品是无机/有机混合型，仅有少数公司对汽车发动机用全有机型防冻冷却液进行了初步探索研究。如专利CN1152106C公开了一种有机羧酸型发动机冷却液，含有癸二酸、对苯二甲酸、辛酸、琥珀酸等多种有机酸组分；专利CN101768428A公开了一种一元羧酸、二元羧酸、三元羧酸复配的发动机冷却液。

有机羧酸的溶解性差，生产工艺复杂，成本高，使用和储存过程中易析出沉淀，并且加剂量大，国内全有机防冻冷却介质产品还需改进。一些大型、先进设备，如风力发电机组、高级轿车等对防冻冷却液性能要求较高，一般均用国外产品，价格较高。特别是风力发电机组冷却系统对防冻液的电导率还有较高要求：常见水冷介质的电导率较高，一般≥2500μs/cm，自来水的电导率为300μs/cm左右，而发电机工况要求其冷却介质的电导率应在100μs/cm以下才能满足安全需要，目前国内还没有此类低电导率防冻冷却液产品。

发明内容

本发明针对目前有机羧酸型防冻冷却液存在的问题，提供了一种有机碱型防冻冷却液，在有效防止金属部件腐蚀的同时，实现了稳定储存、超长效使用，满足风力发电机组、高级轿车发动机等特殊设备冷却系统的工况要求。

在金属腐蚀过程中，无论是化学腐蚀还是电化学腐蚀都是金属的价态升高而介质中某一物质中元素价态降低的氧化还原反应，防腐蚀的关键就是如何阻止金属的离子化。现有的有机羧酸型防冻液防腐蚀机理是利用羧酸在金属表面的吸附成膜，起到隔离、防护的作用，然而一旦防冻液的组分、pH值等参数发生变化，则容易发生脱附反应，造成金属部件的腐蚀。本发明根据硬软酸碱原理，提出用电负性合适的五元、六元杂环有机碱在金属与防冻液界面上形成螯合物结构，环状有机碱类物质像螃蟹的大钳一样紧紧夹在金属部件上，这种多齿配体键合结构比一般配合物更稳定，形成牢固的保护膜掩蔽金属离子。并利用各组分间的协同、互溶作用，构建弱碱性、低电导率、非离子冷却液环境，在高效散热、低温防冻的同时，最大程度地保护冷却系统的金属部件、密封部件，达到一次添加超长效使用的效果。

本发明提出的低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液各组分重量百分比如下：抗冻剂：15～96％；天然生物碱：0.05～1.5％；杂环烷烃：0.5～2.5％；唑类化合物：0.01～0.3％；去离子水：余量，各组分的重量和为100％。

所述的抗冻剂为乙二醇、丙二醇中的一种或两种；

所述的天然生物碱为广泛存在于自然界中的含氮有机化合物，包括古豆碱、长春新碱、槟榔碱中的一种或多种；

所述的杂环烷烃为人工合成的含有电负性较大的O、N、S等原子的环状烷烃化合物，包括氮杂环丙烷、六水哌嗪、N-氨乙基哌嗪、四氮六甲环、对氧氮己环、亚芳基-1-氮杂环烷烃、芳烷基-1-氮杂环烷烃和杂芳基二氮杂环烷烃中的一种或多种；

所述的唑类化合物包括3-氨基-4，5-二甲基异恶唑、4-甲基-2，5-二氨基噻唑、2-氨基-4-甲基-5-氨甲基噻唑、4-苯基尿唑、连三氮杂茚、甲基苯并三氮唑、巯基苯并噻唑中的一种或几种。

所述的低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液制备方法如下：按照配方规定的各组分重量百分比投料，首先将防冻剂与去离子水投入反应釜中常温搅拌5min，然后依次加入天然生物碱、杂环烷烃、唑类化合物，并在40℃下搅拌30min，直至形成均一稳定溶液。

采用上述配方制备的低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液的基本性能如下表所示：

与国内外现有防冻冷却液产品的相比，本发明除具有冰点低、沸点高、无结垢、防腐蚀、热效率高等特点外，还具有如下优点：

(1)超低电导率：本发明中防冻冷却液各组分均为非离子物质，不含无机盐、有机羧酸等电导率较高的成分，电导率可达到5μs/cm，仅为常用水冷介质电导率的几百分之一。这种超低电导率环境一方面可以有效减缓冷却系统金属部件的腐蚀，另一方可以满足风力发电机组冷却等特殊工况对防冻冷却液的绝缘安全性要求；

(2)超长效使用：本发明防冻冷却液配方中各组分协同作用，通过螯合反应在金属表面形成比一般配合物要稳定的螯合物，高、低温下脱附率均很低，有超长的使用寿命，能在3～5年内持续地发挥作用，从而实现超长效使用，超长时间免维护，满足风力发电机等设备连续工作的需要；

(3)绿色环保：本发明防冻冷却液采用天然生物碱与人工合成有机化合物配合，在研选各组分时以环保、可循环使用为基本原则，从根本上解决磷酸盐、硼酸盐等传统添加剂对环境的危害，消除致癌物的生成，实现绿色化制备，绿色化使用，绿色化回收。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明做进一步的解释，但是应当明确的是本发明保护的范围并不局限于实施例表示的范围。

实施例1

取乙二醇10kg、丙二醇5kg、去离子水83.5kg常温下搅拌5min，然后依次加入古豆碱0.3kg、氮杂环丙烷0.95kg、甲基苯并三氮唑0.25kg，并在40℃下搅拌30min，直至形成均一稳定溶液。

实施例2

取乙二醇20kg、丙二醇15kg、去离子水62kg常温下搅拌5min，然后依次加入长春新碱0.55kg、六水哌嗪与氮杂环丙烷各1.1kg、巯基苯并噻唑0.25kg，并在40℃下搅拌30min，直至形成均一稳定溶液。

实施例3

取丙二醇55kg、去离子水44kg常温下搅拌5min，然后依次加入、槟榔碱0.2kg、对氧氮己环0.5kg、甲基苯并三氮唑与3-氨基-4，5-二甲基异恶唑各0.15kg，并在40℃下搅拌30min，直至形成均一稳定溶液。

实施例4

取乙二醇75kg、去离子水24.5kg常温下搅拌5min，然后依次加入长春新碱0.1kg、四氮六甲环与亚芳基-1-氮杂环烷烃各0.15kg、2-氨基-4-甲基-5-氨甲基噻唑0.1kg，并在40℃下搅拌30min，直至形成均一稳定溶液。

实施例5

取乙二醇68kg、丙二醇28kg、去离子水3.8kg常温下搅拌5min，然后依次加入槟榔碱0.05kg、N-氨乙基哌嗪与对氧氮己环各0.03kg、芳烷基-1-氮杂环烷烃0.02kg、甲基苯并三氮唑0.07kg，并在40℃下搅拌30min，直至形成均一稳定溶液。

Claims (4)

1.一种低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液，其特征在于，所述防冻冷却液各组分重量百分比如下：抗冻剂：15～96%；天然含氮有机化合物生物碱：0.05～1.5%；含O、N、S原子的杂环烷烃：0.5～2.5%；唑类化合物：0.01～0.3%；去离子水：余量，各组分的重量和为100%，所述的天然含氮有机化合物生物碱选自古豆碱、长春新碱、槟榔碱，所述的含O、N、S原子的杂环烷烃选自氮杂环丙烷、六水哌嗪、N-氨乙基哌嗪、四氮六甲环、对氧氮己环、亚芳基-1-氮杂环烷烃、芳烷基-1-氮杂环烷烃和杂芳基二氮杂环烷烃。

2.根据权利要求1所述的低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液，其特征在于，所述的抗冻剂为乙二醇、丙二醇中的一种或两种。

3.根据权利要求1所述的低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液，其特征在于，所述的唑类化合物包括3-氨基-4,5-二甲基异恶唑、4-甲基-2,5-二氨基噻唑、2-氨基-4-甲基-5-氨甲基噻唑、4-苯基尿唑、连三氮杂茚、甲基苯并三氮唑、巯基苯并噻唑中的一种或几种。

4.根据权利要求1所述的低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液，其特征在于，所述的低电导率、超长效、有机碱型防冻冷却液制备方法如下：按照配方规定的各组分重量百分比投料，首先将抗冻剂与去离子水投入反应釜中常温搅拌5min，然后依次加入天然生物碱、杂环烷烃、唑类化合物，并在40℃下搅拌30min，直至形成均一稳定溶液。