CN102786916A

CN102786916A - 非二元醇环保型水基发动机冷却液

Info

Publication number: CN102786916A
Application number: CN2012102824416A
Authority: CN
Inventors: 陈今茂; 冷观俊; 易如娟
Original assignee: Oil Research Institute of General Logistic Department of PLA
Current assignee: Oil Research Institute of General Logistic Department of PLA
Priority date: 2012-08-10
Filing date: 2012-08-10
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2032-08-10
Also published as: CN102786916B

Abstract

本发明涉及一种发动机冷却液，特别是一种非二元醇环保型水基发动机冷却液。冷却液主要由去离子水、防冻组合物、有机酸缓蚀剂、吡咯类化合物、pH调节剂以及任选地少量的染料组成。所述防冻组合物中不含任何形式的二元醇，配方中不包含亚硝酸盐、铬酸盐、无机磷酸盐等对人体健康有害的缓蚀剂。本发明克服了现有技术中以二元醇为防冻剂生产发动机冷却液在环保、传热、成本等方面的诸多缺点，冷却液具有良好的防冻作用、热传导性以及防腐蚀作用。该冷却液制备工艺简单，储运稳定性好，易于工业化规模生产，具有很好的市场前景。

Description

非二元醇环保型水基发动机冷却液

技术领域

本发明涉及一种发动机冷却液，特别是一种非二元醇环保型水基发动机冷却液。

背景技术

目前，车辆发动机冷却液主要由去离子水、防冻剂和各种添加剂组成。冷却液的主要功能之一是低温防冻，因此防冻剂在冷却液的组成中发挥着至关重要的作用。乙二醇由于具有良好的降低冰点的效果，同时具有沸点高、粘度适中等特点，成为应用最为广泛的冷却液防冻剂。尽管乙二醇能有效降低发动机冷却液的冰点和提高沸点，但是它对于人体健康却是有损害的。与乙二醇相关的毒性是由乙二醇的代谢物引起的，其代谢产物依次为羟基醛、乙醇酸、草酸，容易使人体内的酸碱平衡失调，对肾产生破坏。因此研究人员开始寻求无毒的诸如丙二醇等防冻剂替代乙二醇。同时近几年，乙二醇和丙二醇的价格不断升高，由于二元醇占据了冷却液成本的一半以上，因此对于发动机冷却液产业具有很大的影响。加之水一二元醇型冷却液的传热性能提高困难等因素的存在，人们开始关注二元醇之外的防冻剂。

虽然降低水溶液冰点的物质有很多，但多数物质降低冰点的能力有限，有些物质虽然具有足够的降低冰点的能力，但又受到诸如金属腐蚀性、挥发性、沸点高低、粘度大小、起泡性以及热稳定性等等因素的制约，实际可以用作防冻剂的物质数量非常有限。例如甲醇和乙醇有着很好的降低冰点的效果，但是二者沸点低，易于挥发；蒸汽压高，易着火。此外，甲醇还有毒性大的不利因素，使用受到限制。而氯化钠、氯化钙等无机盐类防冻剂对于车辆发动机冷却系统中的金属材质，特别是铝等轻金属具有明显的腐蚀性，已知的缓蚀剂都不能有效的解决。

美国专利US5104562描述了部分或完全不含二元醇的防冻含水散热器冷却液，其中含有甲酸钾和乙酸钾用于降低冰点。但是尽管甲酸盐和乙酸盐在降低冰点方面具有满意的性能，在实践中其腐蚀性却是极强的。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中以二元醇为防冻剂生产发动机冷却液带来的上述问题，提供一种防冻组合物，所制备的冷却液为在环保、防冻、防腐、传热等方面均具有良好表现的非二元醇环保型发动机冷却液。

本发明的非二元醇环保型水基发动机冷却液较之以往的乙二醇型冷却液，具有以下几个突出的特点：首先是无毒环保。从基础液的角度考察，基础液中的防冻组合物不含任何形式的二元醇；从添加剂的角度考察，冷却液中不含常规的亚硝酸盐、铬酸盐、铵盐等毒性大的缓蚀剂，因此该类型的冷却液消除了使用中对人体健康危害的和对环境的影响问题。其次，由于基础液中不含二元醇，冷却液的传热性能得到了显著的提高，同时降低了冷却液生产的成本。

本发明通过一种防冻组合物实现降低水基冷却液冰点，并且提供良好金属腐蚀抑制保护的目的。该组合物含有10％～30％重量的一种或多种1～8个碳原子的一元羧酸和1～8个碳原子的二元羧酸的混合物。同时该组合物制备的冷却液具有与含二元醇的冷却液相比改进的热传导性。

上述一元羧酸和二元羧酸的混合物，优选丙酸和己二酸混合物。

本发明的防冻组合物不含任何形式的二元醇。

与现有不含二元醇水基冷却液技术相比，本发明的非二元醇环保型发动机冷却液同时兼顾低温防冻性能和金属腐蚀抑制性能。丙酸具有良好的降低冷却液冰点的效果，而己二酸具有优异的防止金属腐蚀效果，二者协同使用，其防金属腐蚀性能优于单独使用丙酸，其降低冰点效果优于单独使用己二酸。本发明的腐蚀抑制剂为有机酸缓蚀剂，所述的有机酸缓蚀剂为具有4～12个碳原子的脂肪酸或具有7～12个碳原子芳香酸，特别优选使用戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己酸、丁二酸、壬二酸、癸二酸、羟基苯甲酸中的一种或几种。此外，所述缓蚀剂也可以为苯甲酸钠。

具体地讲，本发明提供了一种非二元醇环保型水基发动机冷却液，其主要由40％～60％去离子水、10％～30％防冻组合物、0.5％～5％有机酸缓蚀剂、0.05％～0.4％吡咯类化合物、10％～30％pH调节剂以及0.001％～0.005％的染料组成，其中所述防冻组合物为具有1～8个碳原子的一元羧酸和具有1～8个碳原子的二元羧酸混合物。

所述的一元羧酸和二元羧酸优选分别为丙酸和己二酸，丙酸和己二酸混合物的水溶液的冰点可达-30℃以下。

所述的有机酸缓蚀剂优选为具有4～12个碳原子的脂肪酸或具有7～12个碳原子芳香酸。

所述有机酸优选为戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己酸、壬二酸、癸二酸、羟基苯甲酸中的一种或几种。

所述的吡咯类化合物为苯并三氮唑、甲基苯并三唑以及2-巯基苯并噻唑中的一种或几种。

所述发动机冷却液中还可含有钼酸钠。

所述的pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或者其它碱性化合物。

所述发动机冷却液的pH值的范围为7.5～11，优选8.5～9.5，通过加入固体氢氧化钠或氢氧化钾以及氢氧化钠或氢氧化钾的水溶液进行调节。

本发明将通过下面的实施例进行说明。但是，应当理解本发明并不限于这里所述的特殊实例和实施方案。在这里包含这些特殊实例和实施方案的目的在于帮助本领域中的技术人员实践本发明。任何本领域中的技术人员很容易在不脱离本发明精神和范围的情况下进行进一步的改进和完善，因此本发明只受到本发明权利要求的内容和范围的限制，其意图涵盖所有包括在附录权利要求所限定的本发明精神和范围内的备选方案或等同方案。

具体实施方式

实施例1

将15g氢氧化钾、15g丙酸、10g己二酸溶于55g去离子水中，搅拌溶解，再加入戊酸1.0g、庚酸1.2g、2-乙基己酸0.2g、壬二酸0.4g、钼酸钠0.3g、甲基苯三唑0.3g于上述水溶液中，搅拌溶解，最后加入余下的约5～10g的氢氧化钾调节溶液的pH值至9.1，即可得到非二元醇环保型水基发动机冷却液。

实施例2

将15g氢氧化钾、20g丙酸、5g己二酸溶于55g去离子水中，搅拌溶解，再加入己酸1.0g、庚酸1.2g、辛酸0.2g、癸二酸0.03g、钼酸钠0.3g、苯并三氮唑0.3g于上述水溶液中，搅拌溶解，最后加入余下的约5～10g的氢氧化钾调节溶液的pH值至9.1，即可得到非二元醇环保型水基发动机冷却液。

实施例3

将15g氢氧化钾、25g丙酸溶于55g去离子水中，搅拌溶解，再加入己酸1.0g、庚酸1.2g、辛酸0.2g、癸二酸0.03g、钼酸钠0.3g、苯并三氮唑0.3g于上述水溶液中，搅拌溶解，最后加入余下的约5～10g的氢氧化钾调节溶液的pH值至9.1，即可得到非二元醇环保型水基发动机冷却液。

比较例1

将29g氯化钙溶于75g去离子水中，搅拌溶解，再加入重铬酸钾0.12g、甲苯并三唑0.15g于上述水溶液中，搅拌溶解，最后约0.033g的氢氧化钠调节溶液的pH值至9.1从而得到以无机盐为冷却剂的发动机冷却液。

比较例2

将27g氢氧化钾、27.5g甲酸溶于60g去离子水中，搅拌溶解，再加入苯甲酸钠1.5g和甲基苯三唑0.3g于上述溶液中，搅拌溶解，最后用氢氧化钾调节溶液的pH值至9.0，即得到以甲酸为防冻剂的发动机冷却液。

金属腐蚀抑制性能实施例

试验方法：冷却液对金属的腐蚀抑制性能试验参照石化行业标准SH/T0085《发动机冷却液腐蚀测定法(玻璃器皿法)》进行。将金属试片按一定的顺序排列组装，全部浸没在盛有750mL待测冷却液的玻璃器皿中，控制温度始终在88±2℃，控制空气流量为1000±10mL/min，试验持续进行336±2h，试验完毕将试片洗净后进行称重，用重量变化来评定冷却液的防腐性能。

本发明制备非二元醇型水基冷却液与普通水基冷却液防金属腐蚀性能比较。

表1

注：所述本发明制备非二元醇型水基冷却液为上述实施例1、实施例2和实施例3中制备得到的发动机冷却液，而所述普通水基冷却液为上述比较例1和比较例2中制备得到的发动机冷却液。

由以上实施例看出：本发明的实施例1、实施例2和实施例3中制备的发动机冷却液其防止金属腐蚀性能均优于比较例1中以氯化钙为防冻剂的发动机冷却液和比较例2中以甲酸为防冻剂的发动机冷却液；同时通过实施例2和实施例3的对比，冷却液中己二酸的加入，显著的提高了冷却液的金属腐蚀抑制性能，其性能优于单独使用丙酸为防冻剂的冷却液。

以一元羧酸(特别是丙酸)和二元羧酸(特别是己二酸)作为防冻组合物的发动机冷却液的防冻效果实施例。

表2

25g羧酸(溶于75g KOH水溶液中)	冰点，℃
		25g乙酸	-30
25g丙酸	-32
		25g己二酸	-26
12.5g丙酸+12.5g己二酸	-30
		15g丙酸+10g己二酸	-31

由以上实施例看出：在相同浓度下，丙酸水溶液的冰点低于乙酸水溶液。虽然相同浓度的己二酸水溶液的冰点高于丙酸水溶液的冰点，但是以己二酸取代部分丙酸，其降低冰点的性能却能达到与单独使用丙酸相当，二者协同使用，在保障冷却液防冻效果的同时，可以显著的提高冷却液防金属腐蚀效果。

Claims

1.一种非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：主要由40％～60％去离子水、10％～30％防冻组合物、0.5％～5％有机酸缓蚀剂、0.05％～0.4％吡咯类化合物、10％～30％pH调节剂以及0.001％～0.005％染料组成，其中所述防冻组合物为具有1～8个碳原子的一元羧酸和具有1～8个碳原子的二元羧酸的混合物。

2.根据权利要求1所述的非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：所述的一元羧酸和二元羧酸分别为丙酸和己二酸。

3.根据权利要求1所述的非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：所述的有机酸缓蚀剂为具有4～12个碳原子的脂肪酸或具有7～12个碳原子芳香酸。

4.根据权利要求3所述的非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：所述的有机酸为戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己酸、壬二酸、癸二酸、羟基苯甲酸中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：所述的吡咯类化合物为苯并三氮唑、甲基苯并三唑以及2-巯基苯并噻唑中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：所述的pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钾或者其它碱性化合物。

7.根据权利要求1所述的非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：所述发动机冷却液的pH值的范围为7.5～11。

8.根据权利要求1所述的非二元醇环保型水基发动机冷却液，其特征在于：所述发动机冷却液的pH值的范围为8.5～9.5。