CN110055039A - 一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种新型高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，所述防冻液的组成及含量为：乙二醇98.5‑99.5wt％、添加剂0.5‑1.5wt％；其中添加剂为1,8‑二氮杂环[5,4,0]十一烯‑70.02‑0.2wt％，N‑甲基‑N‑(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺0.005‑0.5wt％，3‑甲基吲哚0.04‑0.4wt％，双嘧达莫0.005‑0.5wt％，烷醇酰胺聚氧乙烯醚0.03‑0.3wt％，聚丙烯酰胺0.05‑0.5wt％。本发明在不使用水作为基底的情况下采用全新的添加剂配方，降低了防冻液的电导率，保护不锈钢在高温下不受腐蚀，且该防冻液成本低，制备工艺简单，适合应用于燃料电池汽车。

Description

一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种防冻液，具体涉及一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液及其制备方法。
背景技术
为了使燃料电池汽车在冬季低温、夏季高温下仍能使用，需在发动机(燃料电池电堆)中加入一种冬天能防冻、夏天能防沸的防冻液，保护发动机的冷却系统，改善散热效果，提高发动机效率。由于传统的防冻液中具有大量的离子，这些大量离子的流动会增加防冻液的电导率，由此造成发动机的短路；且传统的防冻液中可能存在Cl-等离子，这将腐蚀316L不锈钢，损坏燃料电池电堆，缩短燃料电池的使用寿命。现有的很多防冻液都有以上几种缺点，难以满足燃料电池汽车正常运行的要求。为此，急需开发一种低电导率(10μs/cm以下)，高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，来满足日益增长的市场需求。
基于上述理由，提出本申请。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液及其制备方法。本发明在未添加水的情况下采用全新的添加剂配方，解决了防冻液的高电导率的问题，保护了316L不锈钢，从而达到燃料电池汽车正常运行的要求，且该防冻液成本低，制备工艺简单，适合应用于燃料电池汽车中。
为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：
一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
进一步地，上述技术方案，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
更进一步地，上述技术方案，所述防冻液的电导率为0.38～0.42μs/cm，pH值为7.44～7.47，粘度为1.3～1.9mPa·s。
优选地，上述技术方案，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
更优选地，上述技术方案，所述抗氧化剂为双嘧达莫。
更优选地，上述技术方案，所述烷醇酰胺聚氧乙烯醚为椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚，其中的聚氧乙烯链节数n为1～50。
本发明的第二个目的在于提供上述所述高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液的制备方法，所述方法具体包括如下步骤：
室温条件下，将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7、N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、3-甲基吲哚，抗氧化剂依次溶解于乙二醇中，搅拌均匀后形成混合液；然后向所述混合液中加入烷醇酰胺聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺，继续搅拌均匀，即获得所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液。
本发明上述所述防冻液各组分作用具体如下：
本发明防冻液包括无水乙二醇溶剂和添加剂，其中，无水乙二醇可显著降低防冻液的冰点，同时避免了水中氯离子对燃料电池电堆的腐蚀。
本发明采用的1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7是一种大环有机物，氮杂环可与表面层的金属形成螯合作用；N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，其分子结构中的酰胺基团可起到缓蚀的作用；3-甲基吲哚的双环结构可以有效地排斥金属离子；上述三种添加剂组分可以联合阻止电解液与金属的直接接触而防护金属(铁、铝、铜)的溶解、生锈。另外，双嘧达莫具有很强的抗氧化作用，作为抗氧化添加剂可消除防冻液中的残余氧，减缓乙二醇的氧化；烷醇酰胺聚氧乙烯醚可以保护金属表面免受腐蚀；聚丙烯酰胺可吸附溶液中的阳离子和阴离子颗粒，达到清除自由离子的作用。
本发明上述所述防冻液各组分原料协同作用，整体具有良好的传热，又可以显著保持住较低的电导率。该防冻液的配方新颖独特，添加剂之间无任何反应，添加剂在乙二醇中分别起到保护316L不锈钢，降低电导率以及传热散热的作用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的一种防冻液适用于燃料电池汽车，在冰点低、沸点高的基础上，具有优异的316L不锈钢防腐、防锈、防垢性能，且电导率低下，使得发动机能正常运行。
附图说明
图1为实施例1～5及对比例制备的防冻液的电导率、pH值、粘度和腐蚀性的测试结果图。
具体实施方式
下面结合实施案例和附图对本发明作进一步详细说明。本实施案例在以本发明技术为前提下进行实施，现给出详细的实施方式和具体的操作过程来说明本发明具有创造性，但本发明的保护范围不限于以下的实施案例。
根据本申请包含的信息，对于本领域技术人员来说可以轻而易举地对本发明的精确描述进行各种改变，而不会偏离所附权利要求的精神和范围。应该理解，本发明的范围不局限于所限定的过程、性质或组分，因为这些实施方案以及其他的描述仅仅是为了示意性说明本发明的特定方面。实际上，本领域或相关领域的技术人员明显能够对本发明实施方式作出的各种改变都涵盖在所附权利要求的范围内。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本申请中所用的表示用量、百分比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和所附权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
下述各实施例涉及的电导率、粘度、pH值测试方法如下：
利用电导率仪测试电导率，具体测试方法如下：在室温下使用METTLER TOLEDO的FiveEasy Plus系列电导率仪，直接将测量范围为0.2～20μs/cm的光亮电极插入待测防冻液中，待显示器中的数值稳定，直接读数即可。
利用粘度计测试粘度，具体测试方法如下：在室温下使用力辰科技的NDJ-9S数显粘度计测试防冻液粘度，选择粘度计的“O”号转子，之后将防冻液倒入25mL烧杯中，移入测试位置，将转子插入防冻液中，选择#6号转速进行测试，待显示器中的数值稳定，直接读数即可。
利用pH计测试pH，具体测试方法如下：在室温下使用雷磁的PHS-25pH计测试防冻液pH，用蒸馏水冲洗三次玻璃电极，用擦镜纸将水擦净后将玻璃电极插入防冻液中，按“读数”之后待显示器中的数值稳定，直接读数即可。
实施例1
本实施例的一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
乙二醇98.5wt％；添加剂1.5wt％；其中添加剂为1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-70.2wt％，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺0.2wt％，3-甲基吲哚0.2wt％，双嘧达莫0.2wt％，椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚0.3wt％，聚丙烯酰胺0.4wt％。
本实施例上述所述防冻液采用下述方法制得，包括如下步骤：
按上述配比将乙二醇投入反应釜中，然后依次将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，3-甲基吲哚，双嘧达莫加入到反应釜中，在室温下采用超声波振动30min使以上原料直接溶解在乙二醇中，之后将椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚，聚丙烯酰胺投入到上述溶液中，利用磁力搅拌器搅拌30min，即得本发明燃料电池防冻液。
利用电导率仪测试电导率；利用粘度计测试粘度；利用pH计测试pH。耐腐蚀性测试：取适量本实施例上述制备的防冻液，然后将1x2cm的不锈钢完全浸泡在该防冻液中并置于-20℃冰箱中；另外，再取适量本实施例上述制备的防冻液，将1x2cm的不锈钢完全浸泡在该防冻液中并置于60℃烘箱中。采用上述两种不同处理方式分别浸泡一个月后，利用电导率仪重新测试电导率，并利用金相显微镜观察不锈钢表明有无腐蚀痕迹。
实施例2
本实施例的一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
乙二醇98.8wt％、添加剂1.2wt％；其中添加剂为1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-70.2wt％，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺0.2wt％，3-甲基吲哚0.16wt％，双嘧达莫0.04wt％，椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚0.3wt％，聚丙烯酰胺0.3wt％。
本实施例上述所述防冻液采用下述方法制得，包括如下步骤：
按上述配比将乙二醇投入反应釜中，然后依次将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，3-甲基吲哚，双嘧达莫加入到反应釜中，在室温下采用超声波振动30min使以上原料直接溶解在乙二醇中，之后将椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚，聚丙烯酰胺投入到上述溶液中，利用磁力搅拌器搅拌30min，即得本发明燃料电池防冻液。利用电导率仪测试电导率；利用粘度计测试粘度；利用pH计测试pH，将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于-20℃冰箱中；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于60℃烘箱中。浸泡一个月后，利用电导率仪重新测试电导率，利用金相显微镜观察不锈钢表明有无腐蚀痕迹。
实施例3
本实施例的一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
乙二醇99wt％、添加剂1wt％；其中添加剂为1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-70.09wt％，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺0.08wt％，3-甲基吲哚0.05wt％，双嘧达莫0.01wt％，椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚0.3wt％，聚丙烯酰胺0.47wt％。
本实施例上述所述防冻液采用下述方法制得，包括如下步骤：
按上述配比将乙二醇投入反应釜中，然后依次将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，3-甲基吲哚，双嘧达莫加入到反应釜中，在室温下采用超声波振动30min使以上原料直接溶解在乙二醇中，之后将椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚，聚丙烯酰胺投入到上述溶液中，利用磁力搅拌器搅拌30min，即得本发明燃料电池防冻液。利用电导率仪测试电导率；利用粘度计测试粘度；利用pH计测试pH；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于-20℃冰箱中；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于60℃烘箱中。浸泡一个月后，利用电导率仪重新测试电导率，利用金相显微镜观察不锈钢表明有无腐蚀痕迹。
实施例4
本实施例的一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
乙二醇99.3wt％、添加剂0.7wt％；其中添加剂为1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-70.12wt％，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺0.08wt％，3-甲基吲哚0.05wt％，双嘧达莫0.05wt％，椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚0.2wt％，聚丙烯酰胺0.2wt％。
本实施例上述所述防冻液采用下述方法制得，包括如下步骤：
按上述配比将乙二醇投入反应釜中，然后依次将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，4-氨基-2甲氧基嘧啶，3-甲基吲哚，双嘧达莫加入到反应釜中，在室温下采用超声波振动30min使以上原料直接溶解在乙二醇中，之后将椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚，聚丙烯酰胺投入到上述溶液中，利用磁力搅拌器搅拌30min，即得本发明燃料电池防冻液。利用电导率仪测试电导率；利用粘度计测试粘度；利用pH计测试pH；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于-20℃冰箱中；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于60℃烘箱中。浸泡一个月后，利用电导率仪重新测试电导率，利用金相显微镜观察不锈钢表明有无腐蚀痕迹。
实施例5
本实施例的一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
乙二醇99.5wt％、添加剂0.5wt％；其中添加剂为1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-70.08wt％，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺0.075wt％，3-甲基吲哚0.04wt％，双嘧达莫0.005wt％，椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚0.1wt％，聚丙烯酰胺0.2wt％。
本实施例上述所述防冻液采用下述方法制得，包括如下步骤：
按上述配比将乙二醇投入反应釜中，然后依次将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，3-甲基吲哚，双嘧达莫加入到反应釜中，在室温下采用超声波振动30min使以上原料直接溶解在乙二醇中，之后将椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚，聚丙烯酰胺投入到上述溶液中，利用磁力搅拌器搅拌30min，即得本发明燃料电池防冻液。利用电导率仪测试电导率；利用粘度计测试粘度；利用pH计测试pH；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于-20℃冰箱中；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于60℃烘箱中。浸泡一个月后，利用电导率仪重新测试电导率，利用金相显微镜观察不锈钢表明有无腐蚀痕迹。
对比例
本对比例的一种燃料电池防冻液，所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
乙二醇79wt％，超纯水20wt％，添加剂1wt％；其中添加剂为1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7 0.09wt％，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺0.08wt％，3-甲基吲哚0.05wt％，双嘧达莫0.01wt％，椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚0.3wt％，聚丙烯酰胺0.47wt％。
本对比例的燃料电池防冻液采用下述方法制得，包括如下步骤：
将乙二醇和超纯水投入反应釜中，然后依次将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7，N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺，3-甲基吲哚，双嘧达莫加入到反应釜中，在室温下采用超声波振动30min使以上原料直接溶解在乙二醇溶液中，之后将椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚，聚丙烯酰胺投入到上述溶液中，利用磁力搅拌器搅拌30min，即得本发明燃料电池防冻液。利用电导率仪测试电导率；利用粘度计测试粘度；利用pH计测试pH；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于-20℃冰箱中；将1x2cm的不锈钢浸泡在本发明燃料电池防冻液中并置于60℃烘箱中。浸泡一个月后，利用电导率仪重新测试电导率，利用金相显微镜观察不锈钢表明有无腐蚀痕迹。
附图1表示上述5个实施例和1个对比例的防冻液的电导率、pH值、粘度和腐蚀性的测试结果。
另外，发明人对本发明实施例1～5及对比例制备的防冻液的冰点和沸点也进行了测试。
所述冰点具体测试方法如下：采用冰点仪进行测试，用一次性滴管取少量防冻液，滴涂在冰点仪的比重计观测口上，直接读取冰点值。测试结果显示，实施例1～5制备的防冻液的冰点均小于-50℃，对比例的冰点为-48℃，由此可见，本发明的防冻液具有更低的冰点。
采用高功率磁力加热搅拌器对防冻液的沸点进行测试，具体测试方法如下：将少量防冻液放入烧杯中，之后置于搅拌器加热板上进行加热，利用磁子进行搅拌使得防冻液受热均匀，不断提升搅拌器的温度观察防冻液是否沸腾。实验可得实施例1～5制备的防冻液的沸点分别为180℃，178℃，182℃，181℃，180℃，对比例所得防冻液的沸点为121℃。由此可见，本发明各实施例制备的防冻液具有相对较高的沸点。
综上所述，本发明制备的防冻液相较于对比例中的防冻液具有较高的沸点、较低的冰点、电导率低、高温耐腐蚀性好。

Claims (8)

1.一种高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，其特征在于：所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
2.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，其特征在于：所述防冻液由如下质量百分含量的各组分组成：
3.根据权利要求2所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，其特征在于：所述防冻液优选由如下质量百分含量的各组分组成：
4.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，其特征在于：所述防冻液的电导率为0.38～0.42μs/cm，pH值为7.44～7.47，粘度为1.3～1.9mPa·s。
5.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，其特征在于：所述抗氧化剂优选为双嘧达莫。
6.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，其特征在于：所述烷醇酰胺聚氧乙烯醚中的聚氧乙烯链节数n为1～50。
7.根据权利要求1所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液，其特征在于：所述烷醇酰胺聚氧乙烯醚优选为椰油基单乙醇酰胺聚氧乙烯醚。
8.权利要求1所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液的制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：
室温条件下，将1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7、N-甲基-N-(三甲基硅烷基)三氟乙酰胺、3-甲基吲哚，抗氧化剂依次溶解于乙二醇中，搅拌均匀后形成混合液；然后向所述混合液中加入烷醇酰胺聚氧乙烯醚、聚丙烯酰胺，继续搅拌均匀，即获得所述的高温耐腐蚀燃料电池发动机防冻液。
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