CN102453469A - 一种发动机冷却液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种发动机冷却液，所述发动机冷却液含有水、乙二醇、脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐、硅酸盐和添加剂；其中，脂肪酸或脂肪酸盐的pKa为4.7-6.5，芳香酸或芳香酸盐的pKa为3-5；添加剂中含有缓冲平台提升剂，所述缓冲平台提升剂为2-氨基戊二酸或2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物。本发明还提供了该发动机冷却液的制备方法。本发明提供的发动机冷却液具有两个缓冲平台，保证本发明的发动机冷却液对其它金属具有较好的保护前提下，还能提高对金属铁的防护。

Description

一种发动机冷却液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种发动机冷却液及其制备方法。
背景技术
发动机冷却液用于带走发动机工作过程中燃料燃烧产生大量的热量，从而保证发动机在适当温度下稳定工作。市面上使用的发动机冷却液大多为乙二醇的水溶液，水作为主要冷却介质，乙二醇用于降低冷却液的冰点；同时，为了保证发动机冷却系统各金属部件在使用过程中不被冷却液腐蚀，通常在冷却液中加入各种缓蚀剂。常见的冷却液中所采用的缓蚀添加剂以无机盐为主，也有部分采用有机酸盐。
冷却液本身为碱性，在使用过程中随着乙二醇的逐渐氧化产生酸性物质，会降低冷却液的pH值，增大冷却液对金属部件的腐蚀。使用0.1000mol/L的盐酸标准溶液滴定冷却液至pH值为5.5，所用盐酸的体积（毫升数）记为冷却液的碱度。即冷却液的碱度越高，缓蚀能力越强。
常见的无机盐型冷却液采用的缓蚀剂主要是磷酸盐和亚硝酸盐，能提供较高的缓冲平台，并且可在金属铁表面形成钝化层，避免金属铁被腐蚀。但是无机盐型冷却液中还含有胺类添加剂，用于调节冷却液的碱度值。但胺类添加剂一方面会增大金属铜、黄铜的腐蚀，另一方面易与亚硝酸盐反应产生强致癌的亚硝胺。因此，无机盐型冷却液的对不同金属的防护难以平衡，且存在环保问题。
而有机酸盐型冷却液，例如CN1336410A中公开了一种有机型发动机冷却液，由乙二醇1000份、癸二酸2-8份、对苯二甲酸2-5份、甲苯并三唑1-4份、对叔丁基苯甲酸5-25份、辛酸1-12份、琥珀酸1-4份、消泡剂0.1-0.2份原料制成。该有机酸型冷却液虽然碱度很高，但是缓冲平台较低，因此对金属铁的防护不够。
发明内容
本发明解决了现有技术中存在的有机酸型发动机冷却液缓冲平台低从而难以防护金属铁的技术问题。
本发明提供了一种发动机冷却液，所述发动机冷却液含有水、乙二醇、脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐、硅酸盐和添加剂；其中，脂肪酸或脂肪酸盐的pKa为4.7-6.5，芳香酸或芳香酸盐的pKa为3-5；添加剂中含有缓冲平台提升剂，所述缓冲平台提升剂为2-氨基戊二酸或2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物。
本发明还提供了该发动机冷却液的制备方法，包括以下步骤：
a. 将脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐与添加剂溶于水中，调节pH值为9.0-10.5，记为溶液A；
b. 将硅酸盐溶于水中，形成硅酸盐溶液；将硅酸盐溶液加入溶液A中，搅拌均匀，记为溶液B；
c. 过滤溶液B，滤液中加入乙二醇，搅拌均匀，得到所述发动机冷却液。
本发明提供的发动机冷却液，通过对脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐的pKa值进行适当选择，并同时采用2-氨基戊二酸或2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物作为缓冲平台提升剂，能提高本发明的发动机冷却液的缓冲平台，从而保证本发明的发动机冷却液对其它金属具有较好的保护前提下，还能提高对金属铁的防护。由实施例的测试结果可以看出，本发明的发动机冷却液，对6种金属的腐蚀量均很小，符合标准。  
附图说明
图1是实施例1与对比例1-2的发动机冷却液的pH值-碱度曲线。   
具体实施方式
本发明提供了一种发动机冷却液，所述发动机冷却液含有水、乙二醇、脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐、硅酸盐和添加剂；其中，脂肪酸或脂肪酸盐的pKa为4.7-6.5，芳香酸或芳香酸盐的pKa为3-5；添加剂中含有缓冲平台提升剂，所述缓冲平台提升剂为2-氨基戊二酸或2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物。
本发明的发明人通过大量实验发现：本发明中，脂肪酸或脂肪酸盐的pKa为4.7-6.5，芳香酸或芳香酸盐的pKa为3-5时，能同时对紫铜、黄铜、铸铁、钢、焊料、铸铝6种金属 具有很好的防护作用；另外，本发明中通过采用缓冲平台提升剂，使本发明的发动机冷却液在不降低碱度的前提下，具有两个缓冲平台，如图1的曲线3所示，其中低的缓冲平台能保证碱度不低于10，而高的缓冲平台能加强对金属铁的保护。
氨基酸一般具有较大的pKa值，但并非所有的pKa大于8.5的氨基酸都能用于提高缓冲平台和碱度，例如胱氨酸（C6H12N2O4S3）高温不稳定，易分解，从而降低体系的缓冲能力；而低碳原子数的氨基酸，例如氨基乙酸会增大金属铜与黄铜的腐蚀。本发明的发明人通过大量实验发现，采用2-氨基戊二酸或2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物作为本发明的缓冲平台提升剂时，能提供较高的缓冲平台，又不会增大对金属铜、黄铜的腐蚀；从而保证本发明的发动机冷却液对各种金属具有较好的防护性。所述硼酸盐为本领域技术人员的常用的硼酸盐，例如可以为硼砂。以发动机冷却液的质量为基准，缓冲平台提升剂的含量为1-5%。
优选情况下，本发明中 ，所述缓冲平台提升剂采用2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物，其中2-氨基戊二酸与硼酸盐的重量比为1-5：1。
本发明中，脂肪酸或脂肪酸盐的pKa为4.7-6.5，芳香酸或芳香酸盐的pKa为3-5。脂肪酸或脂肪酸盐与芳香酸或芳香酸盐的质量比为1-4：1。优选情况下，脂肪酸或脂肪酸盐中含有至少一种pKa大于5.5的脂肪酸或脂肪酸盐，保证本发明的发动机冷却液具有较高的碱度值。
具体地，本发明中pKa为4.7-6.5的脂肪酸或脂肪酸盐所述的脂肪酸丁酸、丁二酸、丁烯二酸、戊酸、戊二酸、己酸、己二酸、庚酸、2-乙基戊酸、2-乙基己酸（即异辛酸）、辛酸、辛二酸、壬酸、癸酸、癸二酸中的至少一种。其中，pKa大于5.5的脂肪酸或脂肪酸所述的脂肪酸为癸二酸、戊二酸、丁二酸、丁烯二酸 。pKa为3-5的芳香酸或芳香酸盐所述的芳香酸选自苯甲酸、对苯二甲酸、对硝基苯甲酸、间硝基苯甲酸中的至少一种。
本发明中，所述硅酸盐为本领域技术人员常用的各种硅酸盐，例如可以采用九水硅酸钠、五水硅酸盐、无水硅酸盐。
本发明中，对发动机冷却液中水和乙二醇的含量没有特别限定，在本领域技术人员的常规范围内即可。具体地，以发动机冷却液的质量为基准，水的含量为40-60%，乙二醇的含量为25-55%，脂肪酸或脂肪酸盐的含量为1-4%，芳香酸或芳香酸盐的含量为0.25-4%，硅酸盐的含量为0.01-0.1%，添加剂的含量为1.1-8.5%。优选情况下，以发动机冷却液的质量为基准，水的含量为40-60%，乙二醇的含量为25-55%，脂肪酸或脂肪酸盐的含量为1-3%，芳香酸或芳香酸盐的含量为0.25-2%，硅酸盐的含量为0.01-0.2%，添加剂的含量为1.1-8%。
作为本领域技术人员的公知常识，根据需要本发明的发动机冷却液的添加剂中还可以含有苯三唑和pH调节剂。以发动机冷却液的质量为基准，苯三唑的含量为0.01-0.2%，pH调节剂的含量为0.1-3%。所述pH值调节剂为本领域技术人员常用的各种水溶性碱金属氧化物，例如NaOH或KOH。
本发明的发动机冷却液中还可以含有硅酸盐稳定剂、染料和消泡剂。以发动机冷却液的质量为基准，硅酸盐稳定剂的含量为0.01-0.03%，染料的含量为1-10ppm，消泡剂的含量为1-100ppm。其中，硅酸盐稳定剂用于防止发动机冷却液在长期放置时生成硅酸盐沉淀，染料用于区分在汽车上使用的其它颜色的液体，消泡剂用于保证发动机冷却液在冷却系统内部循环流动时不会产生气泡。
所述硅酸盐稳定剂为本领域技术人员公知，例如可以选自铝酸钠、甘露醇、聚丙烯酸、改性硅氧烷。所述染料的种类为本领域技术人员所公知，例如可以选自荧光绿（又称荧光素钠）、荧光黄、荧光红、溴百里酚兰、甲基红。所述消泡剂的种类为本领域技术人员所公知，例如可以采用醚消泡剂或有机硅消泡剂，符合上述条件的消泡剂可以通过商购得到，例如，楚鹰化工公司生产的CY-XP1有机硅消泡剂等。
本发明提供了所述发动机冷却液的制备方法，包括以下步骤：
a. 将脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐与添加剂溶于水中，调节pH值为9.0-10.5，记为溶液A；
b. 将硅酸盐溶于水中，形成硅酸盐溶液；将硅酸盐溶液加入溶液A中，搅拌均匀，记为溶液B；
c. 过滤溶液B，滤液中加入乙二醇，搅拌均匀，得到所述发动机冷却液。
按照本发明提供的制备方法，先将脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐与添加剂溶于部分水中，调节pH值为9.0-10.5，记为溶液A；另外，将硅酸盐溶液剩余水中配制硅酸盐溶液，然后倒入A中，为避免硅酸盐溶液倒入溶液A中时产生沉淀，优选情况下，可先在溶液A中加入硅酸盐稳定剂后再加入硅酸盐溶液。过滤溶液B，滤液中加入乙二醇，即可得到本发明所述的发动机冷却液。优选情况下，在滤液中加入乙二醇后，再加入染料和消泡剂搅拌均匀，可得到含有染料和消泡剂的发动机冷却液；染料和消泡剂的作用如前所述。
 下面通过实施例对进一步的说明本发明提供的发动机冷却液及其制备方法。实施例、对比例中所采用原料均通过商购得到。
实施例1
（1）在容器中加入去离子水470重量份，再加入硼砂5重量份、 2-氨基戊二酸15重量份、丁二酸5重量份、癸二酸5重量份、苯甲酸钠5重量份、对苯二甲酸5重量份、对硝基苯甲酸5重量份、苯三唑1重量份、氢氧化钠25重量份，搅拌至溶解；最后加入硅酸盐稳定剂改性硅氧烷N4144（分子式为CH3O(CH2CH3O)7.8C3H6Si(OCH3)3）0.3重量份，搅拌均匀，得到溶液A1。   
（2）在另一容器中加入去离子水75重量份，再加入九水硅酸钠1重量份搅拌至溶解，配制硅酸钠溶液；将硅酸钠溶液加入溶液A1中，搅拌均匀，得到溶液B1。   
（3）过滤溶液B1，滤液中加入乙二醇380重量份、加入5 ppm荧光素钠和50 ppm有机硅消泡剂，搅拌均匀，得到本实施例的发动机冷却液S1。
 对比例1
采用与实施例1相同的方法制备本对比例的发动机冷却液，不同的是，步骤（1）中不含有2-氨基戊二酸和硼砂。   
通过上述步骤，得到本对比例的发动机冷却液DS1。
 对比例2
采用CN1336410A的实施例1公开的方法制备本对比例的发动机冷却液，具体各组分按重量份如下：乙二醇1000份，葵二酸2份，对苯二甲酸5份、甲基并三唑1份，对叔丁基苯甲酸25份，辛酸1份，琥珀酸4份，消泡剂0.1份混合搅拌均匀后即为冷却液浓缩液；将该冷却液浓缩液500份与500份去离子水混合均匀，得到本对比例的有机酸型发动机冷却液DS2。
 实施例2
（1）在容器中加入去离子水450重量份，再加入2-氨基戊二酸20重量份、戊二酸5重量份、癸酸7重量份、对苯二甲酸5重量份、苯甲酸钠5重量份、异辛酸3重量份、苯三唑1重量份，氢氧化钠27重量份，搅拌至溶解；最后加入硅酸盐稳定剂铝酸钠0.3重量份，搅拌均匀，得到溶液A2。   
（2）在另一容器中定量加入去离子水75重量份，再加入九水硅酸钠0.5重量份搅拌至溶解，配制硅酸钠溶液；将硅酸钠溶液加入溶液A2中，搅拌均匀，得到溶液B2。   
（3）过滤溶液B2，在滤液中加入乙二醇190重量份、加入5 ppm荧光素钠和50 ppm有机硅消泡剂，搅拌均匀，得到本实施例的发动机冷却液S2。
 实施例3
（1）在容器中加入去离子水600重量份，再加入硼砂2重量份、 2-氨基戊二酸8重量份、丁二酸10重量份、癸二酸12重量份、苯甲酸钠2重量份、对苯二甲酸1.5重量份、对硝基苯甲酸2重量份、苯三唑2重量份、氢氧化钠22重量份，搅拌至溶解；最后加入硅酸盐稳定剂铝酸钠0.3重量份，搅拌均匀，得到溶液A1。   
（2）在另一容器中加入去离子水100重量份，再加入九水硅酸钠2重量份搅拌至溶解，配制硅酸钠溶液；将硅酸钠溶液加入溶液A1中，搅拌均匀，得到溶液B1。   
（3）过滤溶液B1，滤液中加入乙二醇500重量份、加入5 ppm荧光素钠和50 ppm有机硅消泡剂，搅拌均匀，得到本实施例的发动机冷却液S3。
 实施例4
（1）在容器中加入去离子水370重量份，再加入硼砂5重量份、 2-氨基戊二酸5重量份、丁二酸5重量份、癸二酸5重量份、苯甲酸钠5重量份、对苯二甲酸2.5重量份、对硝基苯甲酸2.5重量份、苯三唑1.5重量份、氢氧化钠9重量份，搅拌至溶解；最后加入硅酸盐稳定剂改性硅氧烷N4144（分子式为CH3O(CH2CH3O)7.8C3H6Si(OCH3)3）0.3重量份，搅拌均匀，得到溶液A1。   
（2）在另一容器中加入去离子水60重量份，再加入九水硅酸钠2重量份搅拌至溶解，配制硅酸钠溶液；将硅酸钠溶液加入溶液A1中，搅拌均匀，得到溶液B1。   
（3）过滤溶液B1，滤液中加入乙二醇510重量份、加入5 ppm荧光素钠和50 ppm有机硅消泡剂，搅拌均匀，得到本实施例的发动机冷却液S4。
 性能测试：
（1）pH值-碱度曲线绘制：
分别取10mL的发动机冷却液S1和DS1-DS2，用90mL去离子水稀释，然后逐滴加入0.1000mol/L的盐酸标准溶液，记录盐酸的用量（mL）与pH值的变化，并根据记录作出pH值-碱度曲线，如图1所示。pH值为5.5时所用盐酸的量为发动机冷却液的碱度。   
（2）碱度贡献值测试：
分别取10mL的发动机冷却液S1-S4和DS1-DS2，用90mL去离子水稀释，然后逐滴加入0.1000mol/L的盐酸标准溶液，记录pH值达到8.0时盐酸的用量（mL），记作碱度贡献值。测试结果如表1所示。    
（3）抗腐蚀性能测试：
根据SH/T 0085-1999标准，将发动机冷却液S1-S4和DS1-DS2进行腐蚀性能测试，具体步骤为：将尺寸50毫米×25毫米×2.5毫米的紫铜片（GB 5231 T2铜）、焊料片（锡含量为29-30重量%，余量为铅）、黄铜片（GB 5232 H70铜）、钢片（GB 699 20#钢）、铸铁片（碳含量为3-3.2重量%，硅含量为1.8-2.2重量%，锰含量为0.6-0.9重量%，磷含量＜0.3重量%，硫含量＜0.12重量%，余量为铁）和铸铝片（硅含量为5.5-6.5重量%，铜含量为3.0-4.0重量%，铁含量＜1.2重量%，锰含量＜0.8重量%，镁含量为0.1-0.5重量%，镍含量＜0.5重量%，锌含量＜1.0重量%，钛含量＜0.25重量%，余量为铝）分别浸泡在发动机冷却液中，在88℃下不断通入空气，空气的流量为100毫升/分钟，实验时间为336小时，实验结束后，分别检测6种金属片的重量变化，结果如下表2所示。   
表1
样品 S1 S2 S3 S4 DS1 DS2
碱度贡献值 7.7 7.1 7.4 6.5 1.5 0.6
 表2
重量变化/mg 紫铜 焊料 黄铜 钢 铸铁 铸铝
S1 1.2 －1.3 －1.8 －0.6 0 +3.8
DS1 －1.7 －2.0 －4.6 －5.7 －4.1 +3.0
DS2 －2.0 －1.2 －1.2 －4.4 －6.7 －2.0
S2 －1.2 －1.5 －1.9 －0.4 －0.3 +2.5
S3 －1.9 －3.5 －1.9 －0.7 －0.5 +3.2
S4 －1.5 －2.4 －1.3 －0.9 －1.3 +4.5
腐蚀标准范围 ±10 ±30 ±10 ±10 ±10 ±30
注释：“－”表示重量减少，“+”表示重量增加，“腐蚀标准范围”表示在增重或减重10毫克或30毫克的范围内都表示合格。
如图1所示，其中曲线1、2分别为DS1、DS2的pH值-碱度曲线，两种发动机冷却液均具有较低的缓冲平台，因此其对金属铁的防护较弱，表2中DS1-DS2的样品对铸铁的抗腐蚀性较差，腐蚀前后铸铁质量变化较大。而曲线3为S1的pH值-碱度曲线，具有两个缓冲平台，因此，S1对金属铁也具有很好的抗腐蚀性。
从上表1与表2的结果可以看出， PH值大于8时S1-S4的碱度贡献值较大，而DS1-DS2的碱度贡献值较小，S1-S4对钢、铸铁的缓蚀效果明显优于DS1-DS2，说明本发明的发动机冷却液在pH值大于8时，对金属铁具有很好的防护性。
从表2可以看出，本发明的发动机冷却液同时对铸铁的抑制效果优良；并且发动机冷却液S1-S4对其它4种金属片：紫铜、焊料、黄铜和铸铝的腐蚀也有较好的抑制效果。

Claims (12)

1.一种发动机冷却液，所述发动机冷却液含有水、乙二醇、脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐、硅酸盐和添加剂；其特征在于，脂肪酸或脂肪酸盐的pKa为4.7-6.5，芳香酸或芳香酸盐的pKa为3-5；添加剂中含有缓冲平台提升剂，所述缓冲平台提升剂为2-氨基戊二酸或2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物。
2.根据权利要求1所述的发动机冷却液，其特征在于，以发动机冷却液的质量为基准，缓冲平台提升剂的含量为1-5%。
3.根据权利要求1或2所述的发动机冷却液，其特征在于，所述缓冲平台提升剂为2-氨基戊二酸与硼酸盐的混合物，其中2-氨基戊二酸与硼酸盐的重量比为1-5：1。
4.根据权利要求1所述的发动机冷却液，其特征在于，脂肪酸或脂肪酸盐与芳香酸或芳香酸盐的质量比为1-4：1。
5.根据权利要求1所述的发动机冷却液，其特征在于，脂肪酸或脂肪酸盐中含有至少一种pKa大于5.5的脂肪酸或脂肪酸盐。
6.根据权利要求1所述的发动机冷却液，其特征在于，脂肪酸或脂肪酸盐所述的脂肪酸选自丁酸、丁二酸、丁烯二酸、戊酸、戊二酸、己酸、己二酸、庚酸、2-乙基戊酸、2-乙基己酸、辛酸、辛二酸、壬酸、癸酸、癸二酸中的至少一种；芳香酸或芳香酸盐所述的芳香酸选自苯甲酸、对苯二甲酸、对硝基苯甲酸、间硝基苯甲酸中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的发动机冷却液，其特征在于，以发动机冷却液的质量为基准，水的含量为40-60%，乙二醇的含量为25-55%，脂肪酸或脂肪酸盐的含量为1-4%，芳香酸或芳香酸盐的含量为0.25-4%，硅酸盐的含量为0.01-0.1%，添加剂的含量为1.1-8.5%。
8.根据权利要求1所述的发动机冷却液，其特征在于，以发动机冷却液的质量为基准，所述添加剂中还含有0.01-0.2%的苯三唑和0.1-3%pH调节剂。
9.根据权利要求1所述的发动机冷却液，其特征在于，以发动机冷却液的质量为基准，所述发动机冷却液中还含有0.01-0.03%的硅酸盐稳定剂、1-10ppm的染料和1-100ppm的消泡剂。
10.根据权利要求9所述的发动机冷却液，其特征在于，所述硅酸盐稳定剂选自铝酸钠、甘露醇、聚丙烯酸、改性硅氧烷；染料选自荧光绿、荧光黄、荧光红、溴百里酚兰、甲基红；消泡剂选自聚醚消泡剂、有机硅消泡剂。
11.权利要求1所述的发动机冷却液的制备方法，包括以下步骤：
a. 将脂肪酸或脂肪酸盐、芳香酸或芳香酸盐与添加剂溶于水中，调节pH值为9.0-10.5，记为溶液A；
b. 将硅酸盐溶于水中，形成硅酸盐溶液；将硅酸盐溶液加入溶液A中，搅拌均匀，记为溶液B；
c. 过滤溶液B，滤液中加入乙二醇，搅拌均匀，得到所述发动机冷却液。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，步骤a中还包括往溶液A中加入硅酸盐稳定剂的步骤；步骤c中还包括在添加乙二醇之后继续加入染料和消泡剂的步骤。
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