CN107245328A - 一种环保的有机酸型发动机冷却液及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于发动机冷却液技术领域，具体涉及一种环保的长效、耐腐蚀、导热效果优良的有机酸型发动机冷却液及其制备方法。所述的有机酸型发动机冷却液由下述重量份配比的原料制成：低碳醇40～60份，去离子水50份，纳米碳化硅2～5份，苯甲酸钠0.1～5份，有机酸0.1～2份，苯三唑0.1～5份，分散剂0.1～2份，消泡剂0.05‑0.2份，颜料0.0005～0001份，pH调节剂—调节pH至7.5‑9.0。
Description
技术领域
本发明属于发动机冷却液技术领域，具体涉及一种环保的长效、耐腐蚀、导热效果优良的有机酸型发动机冷却液及其制备方法。
背景技术
随着经济和汽车工业的发展，汽车已经进入我国千家万户。机动车冷却液是一种含有特殊添加剂的复合溶液，主要用于机动车发动机冷却系统，具有防冻、防沸、防腐蚀、防垢的作用，对于维护机动车的性能、寿命和行车安全具有重要意义。
目前，对于发动机冷却液新产品的开发研究主要集中在以下几个方面：一是对于防冻剂的改善。有机低碳醇类具有很好的降低冰点的效果，而且与水的相溶性非常好，其中甲醇和乙醇降低冰点的效果最好，因此最初的冷却液的防冻剂以甲醇和乙醇为主。但由于其容易挥发，闪点低容易着火，且甲醇毒性大而被停用。甘油具有一定的降低冰点的效果，和甲醇、乙醇相比，还有沸点高、不易挥发及毒性低的优点，但其粘度大不利于散热。当前国内的冷却液产品主要使用乙二醇，然而，乙二醇是一种毒性大、难以降解的化合物，所带来的环保问题日益突出。
另一方面，对冷却系统的优良缓蚀也逐步成为国内外对汽车发动机冷却液的研究重点。目前，多个文献报道，在冷却液中引入有机酸型缓蚀剂可以全面防护发动机冷却系统。与无机盐缓蚀剂相比，有机酸型缓蚀剂具有明显的优势：(1)较好的稳定性；(2)安全环保；(3)更好的长久性。二者的缓蚀机理截然不同。无机化合物主要是通过使金属氧化并在金属表面形成钝化膜或致密难溶金属盐保护膜，因发生反应而消耗，然而浓度的下降将导致腐蚀的加速，因此需要定期补加缓蚀剂；有机缓蚀剂通过活性吸附在腐蚀活性点上，使金属表面的能量状态趋向稳定，并由非极性基团造成憎水性膜。使电荷转移和腐蚀剂的扩散都受到抑制，从而降低金属的腐蚀。
此外，冷却液中采用低碳醇类作为基础液，鉴于其理化性质，导致这些冷却液导热能力远远低于水。现有技术中已经公开了一些在冷却液中加入纳米材料以提高流体的导热系数的文献。例如专利(CN104087267A)公开了一种纳米材料无水冷却液，但是在该专利作为一种无水配方，使用了大量的丙三醇及各种纳米材料，其粘度大，流动性差，增大了泵的泵送能耗，此外，发明人研究发现，该配方存在纳米颗粒易团聚、容易堵塞和磨损管道等问题。
因此，开发出一种环保、长效、缓蚀性能好和传热效果优良的发动机冷却液成为了本领域亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种环保、长效、缓蚀性能好和传热效果优良的发动机冷却液。
为解决上述技术问题，本发明提供一种环保的有机酸型发动机冷却液，该冷却液由下述重量份配比的原料制成的：
优选地，所述的发动机冷却液中各原料的重量配比如下：
本发明中所述的低碳醇为丙二醇与丙三醇的混合物，其中丙二醇与丙三醇的质量比为5-20:1，优选为9:1。本发明中，所述丙二醇冰点为-59℃，沸点是188.2℃，抗沸抗冻性能优良。与现有技术广泛采用的乙二醇相比，两者适用温度范围近似，且具有环保、毒性小、生物降解快，可有效改善发动机冷却液废液回收不当造成的环境污染。
所述的纳米碳化硅颗粒直径为1-100nm。加入纳米碳化硅的目的在于增加发动机冷却液的导热系数，改善发动机冷却液的传热性能，若悬浮液中纳米碳化硅的粒径太大，则易于沉降，无法形成长期的悬浮液系统，而且还可能堵塞和磨损管道。本发明经试验确定，确定纳米碳化硅的最佳粒径范围为1-50nm。对于纳米碳化硅的加入量，发明人发现，随着固含量的增加，冷却液的导热系数也增大，但是同时导致了冷却液粘度增大，因而上述优选方案中纳米碳化硅的加入量以3重量份为宜。
所述的分散剂为PEG-400或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种。加入分散剂的目的在于，防止纳米颗粒团聚，提高纳米流体的稳定性。
所述的有机酸优选为癸二酸。
在发动机水冷体系中，冷却液要同时接触到紫铜、黄铜、钢、铸铁、铸铝、焊锡多种金属，各种金属的腐蚀行为、吸附和钝化特性也不相同，要实现多种金属的全面防护就需要进行缓蚀剂的复配，在本发明中，发明人在前期工作中研究了不同有机酸型缓蚀剂复配体系，结果发现缓蚀剂的复配体系为苯甲酸钠/癸二酸/苯三唑复配体系效果最好，其中苯甲酸钠/癸二酸/苯三唑的最优摩尔比约为6:1:1。
所述的pH调节剂为KOH、NaHCO3、NaOH、或Na2CO3中的任意一种，优选为KOH或NaOH。
所述的颜料为荧光绿、荧光红或甲基红中的任意一种。
所述的消泡剂为聚醚消泡剂。
本发明的所述发动机冷却液是按如下方法制备获得的：
1)称取低碳醇、纳米碳化硅、分散剂，放入反应釜内，在50-60℃条件下搅拌均匀，得到第一溶液；
2)称取有机酸和苯三唑，加入至第一溶液中，继续搅拌；
3)称取苯甲酸钠和去离子水并配制成第二溶液；
4)将步骤2)获得的溶液与步骤3)获得的第二溶液搅拌混合后，再超声振荡3小时；
5)加入称取好的颜料和消泡剂，搅拌均匀后再加入pH调节剂调节pH值，得到所述有机酸型发动机冷却液。
本发明取得的有益效果如下：
(1)本发明采用丙二醇和丙三醇混合防冻剂，沸点高、冰点低，且相比于现有技术中广泛采用的乙二醇具有毒性低、易于生物降解、环境友好的优点；
(2)本发明加入纳米碳化硅，相对于空白对照组传热系数提高了23.56％，显著地以改善了冷却液的传热性能。
(3)本发明采用有机酸型缓蚀剂，并确定了其最佳配比范围，相比于无机酸盐型缓蚀剂具有较好的稳定性、安全环保和更好的长久性的优点，能够全面实现对于紫铜、黄铜、钢、铸铁、铸铝、焊锡多种金属缓蚀。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
实施例1
一种环保的有机酸型发动机冷却液，按照原料重量份配比制成如下：低碳醇50份(由丙二醇和丙三醇制成，两者质量比为9:1)，去离子水50份，纳米碳化硅3份(粒径1-50nm)，苯甲酸钠1.5份，癸二酸0.41份，苯三唑0.24份，十二烷基苯磺酸钠0.5份，聚醚消泡剂0.1份，荧光绿颜料0.0005份，KOH(调节pH至8.3)。
本实施例中所述有机酸型发动机冷却液的制备方法如下：
1)称取低碳醇、纳米碳化硅、十二烷基苯磺酸钠，放入反应釜内，在55℃条件下搅拌均匀，得到第一溶液；
2)称取癸二酸和苯三唑，加入至第一溶液中，继续搅拌；
3)称取苯甲酸钠和去离子水并配制成第二溶液；
4)将步骤2)获得的溶液与步骤3)获得的第二溶液搅拌混合，再超声振荡3小时；
5)加入称取好的荧光绿和聚醚消泡剂，搅拌均匀后再加入KOH调节pH值至8.3，得到发动机冷却液。
实施例2
一种环保的有机酸型发动机冷却液，按照原料重量份配比制成如下：低碳醇45份(由丙二醇和丙三醇制成，两者质量比为9:1)，去离子水50份，纳米碳化硅3份(粒径1-50nm)，苯甲酸钠0.73份，癸二酸0.2份，苯三唑0.12份，十二烷基苯磺酸钠0.6份，聚醚消泡剂0.1份，荧光红颜料0.0005份，NaOH(调节pH至8.3)。
本实施例中所述有机酸型发动机冷却液的制备方法如下：
1)称取低碳醇、纳米碳化硅、十二烷基苯磺酸钠，放入反应釜内，在60℃条件下搅拌均匀，得到第一溶液；
2)称取癸二酸和苯三唑，加入至第一溶液中，继续搅拌；
3)称取苯甲酸钠和去离子水并配制成第二溶液；
4)将步骤2)获得的溶液与步骤3)获得的第二溶液搅拌混合，再超声振荡3小时；
5)加入称取好的荧光红和聚醚消泡剂，搅拌均匀后再加入NaOH调节pH值至8.3，得到发动机冷却液。
实施例3
一种环保的有机酸型发动机冷却液，按照原料重量份配比制成如下：低碳醇55份(由丙二醇和丙三醇制成，两者质量比为9:1)，去离子水50份，纳米碳化硅3份(粒径1-50nm)，苯甲酸钠1.5份，癸二酸0.41份，苯三唑0.24份，PEG-400 0.5份，聚醚消泡剂0.1份，甲基红颜料0.0005份，KOH(调节pH至8.3)。
本实施例中所述有机酸型发动机冷却液的制备方法如下：
1)称取低碳醇、纳米碳化硅、PEG-400，放入反应釜内，在55℃条件下搅拌均匀，得到第一溶液；
2)称取癸二酸和苯三唑，加入至第一溶液中，继续搅拌；
3)称取苯甲酸钠和去离子水并配制成第二溶液；
4)将步骤2)获得的溶液与步骤3)获得的第二溶液搅拌混合，再超声振荡3小时；
5)加入称取好的荧光红和聚醚消泡剂，搅拌均匀后再加入NaOH调节pH值至8.3，得到发动机冷却液。
对比例1
参照实施例1，不同之处在于不加入纳米碳化硅。
对比例2
参照实施例1，不同之处在于苯甲酸钠2份，癸二酸0.4份，苯三唑0.7份。
实施例1-3及对比例1-2所述的发动机冷却液的相关性能数据测试如表1所示，测试方法按GB29743-2013标准进行检测。
表1
从表1可以看出，本发明的冷却液温度适应范围广，抗沸抗冻性能优良，可以有效地防止金属表面的腐蚀和气蚀，缓蚀效果突出。结果表明，缓蚀剂的复配体系为苯甲酸钠/癸二酸/苯三唑复配体系最优摩尔比约为6:1:1时效果最佳。
采用西安夏溪电子科技有限公司的导热系数测量仪分别对实施例1和对比例1所制备的冷却液的导热系数进行测定，结果显示，实施例1的冷却液相对于对比例1在80℃导热系数提高了23.56％，可见，纳米碳化硅显著地改善了冷却液的传热性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，本领域技术人员应当理解，凡依本发明专利申请范围内对技术方案所做的等同替换或修饰，均应属于本发明涵盖的范围。
Claims (6)
1.一种环保的有机酸型发动机冷却液，其特征在于，由下述重量份配比的原料制成：
2.如权利要求1所述的环保的有机酸型发动机冷却液，其特征在于，各原料的重量配比如下：
3.如权利要求1或2所述的环保的有机酸型发动机冷却液，其特征在于，所述的低碳醇为丙二醇与丙三醇的混合物，其中丙二醇与丙三醇的质量比为9:1。
4.如权利要求1或2所述的环保的有机酸型发动机冷却液，其特征在于，所述的分散剂为PEG-400或十二烷基苯磺酸钠中的任意一种，所述的有机酸为癸二酸，所述的pH调节剂为KOH、NaHCO3、NaOH、或Na2CO3中的任意一种。
5.如权利要求1或2所述的有机酸型发动机冷却液，其特征在于，所述的苯甲酸钠与有机酸与苯三唑的摩尔比约为6:1:1。
6.根据权利要求1或2所述的环保的有机酸型发动机冷却液的制备方法，其特征在于:所述制备方法为：
(1)称取低碳醇、纳米碳化硅、分散剂，放入反应釜内，在50-60℃条件下搅拌均匀，得到第一溶液；
(2)称取有机酸和苯三唑，加入至第一溶液中，继续搅拌；
(3)称取苯甲酸钠和去离子水并配制成第二溶液；
(4)将步骤(2)获得的溶液与步骤(3)获得的第二溶液搅拌混合，再超声振荡3小时；
(5)加入称取好的颜料和消泡剂，搅拌均匀后再加入pH调节剂调节pH值，得到所述有机酸型发动机冷却液。
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