CN109652809A - 一种用于乙二醇水基冷却液中的混合型缓蚀剂 - Google Patents

Abstract

一种用于乙二醇水基冷却液中的阴阳极混合型缓蚀剂，其特征在于：在乙二醇与水体积比为65/35的混合溶液中，加入以下物质形成混合溶液且混合溶液中各物质的浓度具体为：乙醇胺磷酸酯，浓度范围50～200mg/L；有机唑类化合物为苯并噻唑和巯基苯并噻唑按照质量混合比例为1:1混合，总浓度为100～400mg/L；聚乙烯吡咯烷酮，浓度为50～200mg/L；硼酸钠，浓度为100‑300mg/L；硝酸铈，浓度控制为3‑10mg/L。本发明属于利用一种有机无机复合的阴阳极混合型缓蚀剂，防止由铜及其合金、铝合金、碳钢、不锈钢材料等多金属材料构成电子液冷系统在乙二醇‑水基冷却液中腐蚀的技术。

Description

一种用于乙二醇水基冷却液中的混合型缓蚀剂

技术领域

本发明属于利用一种有机无机复合的阴阳极混合型缓蚀剂，防止由铜及其合金、铝合金、碳钢、不锈钢材料等多金属材料构成电子液冷系统在乙二醇-水基冷却液中腐蚀的技术。

背景技术

液体冷却系统广泛应用在交通车辆，机电设备，空调器，大功率电气等领域与设备。今天，随着电子集成电路技术的高速发展，电子芯片的广泛应用，机电设备，电气、电子设备集成化程度越来越高，其产生的热量对电气设备、电子器件的可靠性和安全、正常运行的影响也日益突出。为此，设计、建立电子液冷系统，保障机电设备，电气、电子设备运行安全，则具有重大的作用。

液体冷却介质分为两种：有机溶液和无机水溶液。有机溶液虽然比热小，但是冰点低。无机水溶液尽管比热较高，但是冰点也较高。基于此，为了提高热效率，一般采用在水中添加有机醇，降低水的冰点，由此获得比热较高、冰点较低的醇-水冷却液。目前，普遍使用的是乙二醇-水基冷却液。

乙二醇可以与水以任意比互溶，可以配制得到不同冰点的冷却液。这类水基冷却液不但比热容大、冰点低，而且沸点高、起泡性低、低温下性能良好，还具有防腐和防垢的效果。但是冷却液中的乙二醇在高温条件下会氧化产生酸性有机物，导致冷却液PH值降低，加速冷却系统金属材料的腐蚀。因此，必须在乙二醇-水基冷却液中添加缓蚀剂，以防止冷却系统材料的腐蚀。所以，乙二醇-水基冷却液主要由高纯度去离子水、乙二醇和少量缓蚀剂等添加剂组成。

缓蚀剂是金属防腐蚀技术之一，在其实践应用中，缓蚀剂用于循环系统的内防腐，具有方便、经济、效率高等特点。为了解决液冷系统中乙二醇-水基冷却液对系统金属材料的腐蚀，研制、构建满足液冷系统防腐蚀要求的缓蚀剂体系则十分必要。

缓蚀剂种类很多，包括有机缓蚀剂、无机缓蚀剂和有机无机复合型缓蚀剂三大类。按照缓蚀剂的作用机制也可以分为阳极型缓蚀剂、阴极型缓蚀剂和混合型缓蚀剂三种类型。当前，对于乙二醇-水基冷却液中的缓蚀剂，主要是以无机磷酸盐、亚硝酸盐、硼酸盐等无机化合物为主要成分、配以少量的有机化合物构建的配方体系。这类配方的优点是缓蚀剂成本低，但是从性能上讲，这都属于有毒、或者低毒的，离子浓度较高的无机缓蚀剂。从作用机制上讲，这类缓蚀剂是阳极型缓蚀剂。由于阳极型缓蚀剂存在一个最低有效控制浓度，一旦阳极型缓蚀剂浓度低于有效浓度值，在这种情况下，缓蚀剂不但起不到缓蚀防腐作用，相反地缓蚀剂会成为腐蚀促进剂，加速金属的腐蚀。当今，对于乙二醇-水基冷却液系统，其添加缓蚀剂一般都为阳极型缓蚀剂。因冷却液中缓蚀剂的有效组分消耗，而造成冷却液腐蚀性增大，导致冷却系统管路腐蚀的现象时有发生。所以，一般地都需要定期补加新的冷却液、或者进行冷却液的更换。目前，也有电气、电子设备液冷系统，因担心添加缓蚀剂增大成本，或者因难以控制冷却液中的缓蚀剂的有效浓度，而放弃加入缓蚀剂，仅使用纯水作为冷却液。这样，当前电子液冷系统中无时不刻地存在着因腐蚀可能导致的系统管路泄漏的风险。

当然，最理想的缓蚀剂体系是阴极型缓蚀剂。然而，截至目前可以利用的阴极型缓蚀剂种类却非常有限。那么，可否通过无机、有机化合物，构建复合型的缓蚀剂体系，并使其缓蚀作用机制为混合型的缓蚀剂体系而不是阳极型缓蚀剂体系呢？如果可能的话，将大大地降低液冷系统的腐蚀风险。

基于上述，本发明将通过有机、无机缓蚀剂的筛选，从而构建有机无机复合型缓蚀剂，并且从缓蚀作用机制方面讲，这类缓蚀剂属于混合型缓蚀剂。

发明内容

本发明为一种防止碳钢、铜及其合金、焊锡、铝合金、铸铝和不锈钢构成的复杂金属材料体系在乙二醇-水基(体积比65/35)冷却液中腐蚀的缓蚀剂。该有机无机复合缓蚀剂由磷酸酯、有机唑、吡咯烷酮、硼酸盐等无机化合物组成。由于该复杂金属材料体系，不但有钝性金属，比如铝合金、铸铝和不锈钢，而且还有非钝性金属，比如碳钢、铜及其合金、焊锡。为了获得低导电高效的复合缓蚀剂，其发明关键在于：

通常，磷酸盐对于碳钢具有良好的缓蚀作用。本发明利用乙醇胺磷酸酯，代替磷酸盐用于碳钢的防腐蚀。同时，磷酸酯对铝合金、焊锡、不锈钢也都具有良好的缓蚀性能。

基于有机唑类化合物对铜合金的缓蚀作用，本发明利用具有不同基团的有机唑化合物间的协同效应，从而有效地防止了铜及其合金、焊锡的腐蚀。

对于铝合金、不锈钢，其表面都具有氧化膜，并且氧化性的化合物有利于其表面钝化膜的形成，从而起到良好的缓蚀作用。本发明利用硼酸钠代替常用的亚硝酸盐，一方面硼酸钠比亚硝酸盐的热稳定性高。这样，配方所得缓蚀剂的稳定性好。另一方面，硼酸钠的毒性比亚硝酸盐低。这样，配方所得缓蚀剂为绿色环保型缓蚀剂。

基于吡咯烷酮的水溶性和成膜性，澄清作用和防凝作用。同时，具有抗污垢再沉淀性能。特别是与硼砂复配，具有一定的消毒作用。为此，将聚乙烯吡咯烷酮作为乙二醇-水基循环冷却液的缓蚀剂组分之一，不但有利于缓蚀保护膜的形成，有利于防止冷却液沉淀、污垢在金属表面的形成，而且具有一定杀菌作用，有助于提高冷却液的稳定性和储存期。

基于上述之发明关键，由此，构成的有机无机复合缓蚀剂不但缓蚀效率高、而且具有低导电、防结垢，稳定性好的特点。

一种用于乙二醇-水基冷却液中的阴阳极混合型缓蚀剂，其特征在于：

在乙二醇与水体积比为65/35的混合溶液中，加入以下物质形成混合溶液且混合溶液中各物质的浓度具体为：乙醇胺磷酸酯，浓度范围50～200mg/L；有机唑类化合物为苯并噻唑和巯基苯并噻唑按照质量混合比例为1:1混合，总浓度为100～400mg/L；聚乙烯吡咯烷酮，浓度为50～200mg/L；硼酸钠，浓度为100-300mg/L；硝酸铈，浓度控制为3-10mg/L。

在上述几种化合物中，乙醇胺磷酸酯、吡咯酮、有机唑等有机物，由于其分子结构中都含有不饱和双键，具有良好的吸附特性。所以，通过这些有机物在非钝性金属表面的吸附形成缓蚀膜，起着保护效果。加入的硼酸钠、硝酸铈是氧化剂，有利于促进冷却液系统中铝合金、铸铝和不锈钢表面的钝化，最终形成氧化钝化-吸附的混合保护膜。特别是，3价铈离子在缓蚀剂中将起着两个作用，一是3价铈失去电子变成4价铈，起着还原剂作用，而4价铈与冷却液中的氢氧根反应，生成氢氧化物，沉积在金属表面成为缓蚀膜；二是3价铈得到电子变成2价铈，起着氧化剂作用，有利于促进金属表面钝化。同时，2价铈与冷却液中的氢氧根反应，生成氢氧化物，也沉积在金属表面成为缓蚀膜。对非钝性金属表面缓蚀膜具有一定的修复、封闭作用。

由此，该发明所述有机无机复合缓蚀剂属于混合型缓蚀剂，并且随着作用时间的延长，缓蚀膜的增厚，逐渐成为阳极型缓蚀剂。这与目前普遍使用的阳极型缓蚀剂有着显著的本质区别。

具体实施方式

实例1在乙二醇-水基冷却液中，当磷酸酯为乙醇胺磷酸酯，浓度50mg/L；有机唑为苯并噻唑和巯基苯并噻唑，各50mg/L，共计为100mg/L；吡咯烷酮化合物为聚乙烯吡咯烷酮，浓度为50mg/L；硼酸盐即为硼酸钠，浓度为100mg/L；铈盐为硝酸铈，且铈的价态为+3价，浓度为5mg/L时，碳钢、铜及其合金、焊锡的缓蚀率在80％；铝合金、铸铝的缓蚀率均大于85％；不锈钢的缓蚀率大于90％，且不锈钢、铝合金、铸铝都未见点蚀。

实例2在乙二醇-水基冷却液中，当磷酸酯为乙醇胺磷酸酯，浓度为200mg/L；有机唑为苯并噻唑和巯基苯并噻唑，各200mg/L，浓度共计为400mg/L；吡咯烷酮为聚乙烯吡咯烷酮化合物，浓度为100mg/L；硼酸盐即为硼酸钠，浓度为300mg/L；铈盐为硝酸铈，且铈的价态为+3价，浓度为10mg/L时，碳钢达到90％，铜及其合金、焊锡的缓蚀率下降为75％，铝合金、铸铝和不锈钢的缓蚀率均大于95％，，且未见点蚀，但是溶液有沉淀现象。这可能是硼酸钠、硝酸铈的量过高，促进了非钝性金属铜及其合金、焊锡腐蚀的缘故。

实例3在乙二醇-水基冷却液中，当磷酸酯为乙醇胺磷酸酯，浓度为200mg/L；有机唑为苯并噻唑和巯基苯并噻唑，各为200mg/L，浓度共计为400mg/L；聚乙烯吡咯烷酮化合物，浓度为200mg/L；硼酸盐即为硼酸钠，浓度为50mg/L；铈盐是硝酸盐，且铈的价态为+3价，浓度为5mg/L时，溶液无沉淀物生成。在这种情况下，碳钢达到85％，铜及其合金、焊锡的缓蚀率达90％，铝合金、铸铝和不锈钢的缓蚀率达95％，且未见点蚀。

实例4在乙二醇-水基冷却液中，当磷酸酯为乙醇胺磷酸酯，浓度为200mg/L；有机唑为苯并噻唑和巯基苯并噻唑，各为150mg/L，浓度共计为300mg/L；聚乙烯吡咯烷酮化合物，浓度为200mg/L；硼酸盐即为硼酸钠，浓度为150mg/L；铈盐是硝酸盐，且铈的价态为+3价，浓度为3mg/L时，溶液无沉淀物生成。在这种情况下，碳钢达到95％，铜及其合金、焊锡的缓蚀率达90％，铝合金、铸铝和不锈钢的缓蚀率达95％，且未见点蚀。

实例5在乙二醇-水基冷却液中，当磷酸酯为乙醇胺磷酸酯，浓度为100mg/L；有机唑为苯并噻唑和巯基苯并噻唑，各为150mg/L，浓度共计为300mg/L；聚乙烯吡咯烷酮化合物，浓度为200mg/L；硼酸盐即为硼酸钠，浓度为150mg/L；铈盐是硝酸盐，且铈的价态为+3价，浓度为10mg/L时，溶液无沉淀物生成。在这种情况下，碳钢达到90％，铜及其合金、焊锡的缓蚀率达87％，铝合金、铸铝和不锈钢的缓蚀率达95％，且未见点蚀。可见，有机组分加入量减少之后，硝酸铈增加之后，碳钢、铜及其合金、焊锡的缓蚀率有所下降。

实例6针对实例5中的结果，依据各有机组分含量对碳钢、铜及其铜合金、焊锡腐蚀抑制作用的影响，对缓蚀剂配方进行微调。具体为：在乙二醇-水基冷却液中，适量增大乙醇胺磷酸酯的浓度为200mg/L；苯并噻唑和巯基苯并噻唑的浓度各为175mg/L，共计为350mg/L；聚乙烯吡咯烷酮化合物浓度为200mg/L；硼酸钠浓度为150mg/L；+3价的硝酸盐浓度为3mg/L时，溶液无沉淀物生成。在这种情况下，碳钢达到95％，铜及其合金、焊锡的缓蚀率达92以上％，铝合金、铸铝和不锈钢的缓蚀率达95％，且未见点蚀。从电化学极化测试可知，该缓蚀剂对乙二醇-水基冷却液系统中碳钢、铜及其合金、焊锡、铝合金、铸铝和不锈钢的作用机理为对阴阳极过程同时起作用，并且随着缓蚀剂作用时间延长，缓蚀膜厚度增大。在这种条件下，缓蚀剂作用机理为阳极型缓蚀剂作用机制。

Claims (1)

1.一种用于乙二醇水基冷却液中的阴阳极混合型缓蚀剂，其特征在于：

在乙二醇与水体积比为65/35的混合溶液中，加入以下物质形成混合溶液且混合溶液中各物质的浓度具体为：乙醇胺磷酸酯，浓度范围50～200mg/L；有机唑类化合物为苯并噻唑和巯基苯并噻唑按照质量混合比例为1:1混合，总浓度为100～400mg/L；聚乙烯吡咯烷酮，浓度为50～200mg/L；硼酸钠，浓度为100-300mg/L；硝酸铈，浓度控制为3-10mg/L。