CN117567994A - 一种低电导率防冻冷却液及其制备方法 - Google Patents

一种低电导率防冻冷却液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低电导率防冻冷却液，包括以下重量份数的原料：防冻剂75‑95份，消泡剂8‑15份，着色剂1‑4份，苯骈三氮唑2‑7份，1,2‑苯并异噻唑啉‑3‑酮2‑3份，双氮杂环表面活性剂1‑3份，超纯水40‑55份；所述双氮杂环表面活性剂分子结构中含有酯基、羟基、羟基喹啉，具有优异的分散性、稳定性、乳化性、防腐性；本发明还提供了该防冻冷却液的制备方法。本发明提供的防冻冷却液产品质量稳定，具有极低的电导率，防腐蚀、防冻、防沸性能优异。

Description

一种低电导率防冻冷却液及其制备方法
技术领域
本发明属于冷却液技术领域，具体涉及一种低电导率防冻冷却液及其制备方法。
背景技术
新能源汽车主要依靠驱动电机将动力电池储存的电能转化为车轮行进的动能从而驱使车辆运行，动力电池的冷却性能的好坏直接影响电池的效率，同时也会影响到电池寿命和使用安全。动力电池的冷却目前主要分为风冷和液冷两大类，其中液冷可分为冷却液冷却和制冷剂冷却。应用于新能源汽车动力电池的冷却液应对冷却系统的各种金属及非金属材料具有保护作用，防止发生腐蚀、泄露，同时冷却液还应具有低电导性和良好的防结垢、防冻等特性。
申请号为CN201710545163.1的专利提供了一种改性石墨烯乙二醇型发动机冷却液，包括以下原料：防冻液、润滑液和pH调节剂，所述防冻液由以下组分组成：乙二醇、柠檬酸钾、二甲基硅油、山梨醇、硼酸、硼砂、季戊四醇、苯并三氮唑衍生物、防霉剂、硝酸盐、硅酸盐、癸二酸、异辛酸、改性石墨烯、去离子水，该发明提供的发动机冷却液将有机缓蚀剂、无机缓蚀剂、氧化型缓蚀剂、沉淀型缓蚀剂组合使用，充分利用各类型缓蚀剂的优点，其氧化、沉淀、吸附能缓蚀机理产生综合作用，不仅能够对金属产生较好的保护，也能够延长耐久性，保持长效的保护；申请号为CN202110629222.X的专利提供了一种冷却液，包括以下原料：防冻剂、消泡剂、缓蚀剂、pH调节剂、着色剂、导热分散粒子、硅酸盐、稳定剂、水，该发明以中空氧化铝微球为导热分散粒子，在中空氧化铝微球中装载入纤维素纤维，并采用乙二醛对纤维素纤维进行交联形成交联网络，在进行煅烧后，中空氧化铝微球中装载的纤维素纤维碳化，形成导热能力优异的碳化纤维，同时具有较大的比表面积，增大了与液体介质之间的传热面积，显著提高了冷却液的传热能力；上述专利提供的防冻冷却液中均添加有硅酸盐，硅酸盐的使用虽能达到防腐防锈的作用,但硅酸盐物质极易结胶，会堵塞冷却系统，降低循环液体的传递效率；且防冻液在储存或使用过程中易变浑，产生絮状沉淀，造成产品质量不稳定；上述专利提供的冷却液中均添加有无机盐，具有较高的电导率，将其应用于新能源汽车动力电池冷却系统时，可能会因漏电引起触电危险。
因此，为适应新能源汽车的使用需求，迫切需要开发一种产品质量稳定，具有极低的电导率，防腐蚀、防冻、防沸性能优异的防冻冷却液。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种低电导率防冻冷却液，该防冻冷却液产品质量稳定，具有极低的电导率，防腐蚀、防冻、防沸性能优异；本发明还提供了该防冻冷却液的制备方法。
本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：
一种低电导率防冻冷却液，包括以下重量份数的原料：防冻剂75-95份，消泡剂8-15份，着色剂1-4份，苯骈三氮唑2-7份，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2-3份，双氮杂环表面活性剂1-3份，超纯水40-55份；所述双氮杂环表面活性剂的制备方法如下：
S1、将十三烷二酸分散于环己烷中，依次加入对甲苯磺酸、甲基环氧丙醇，升温至70-80℃，搅拌反应5-8h，过滤，取滤液，经减压蒸馏、干燥，得到中间体；
S2、将步骤S1所得中间体分散于2-甲基四氢呋喃中，依次加入8-羟基喹啉-4-羧酸、乙酸铬，升温至75-90℃，搅拌反应7-10h，过滤，取滤液，经减压蒸馏、干燥，即得双氮杂环表面活性剂；
双氮杂环表面活性剂的合成路线如下：
本发明以十三烷二酸、甲基环氧丙醇为起始原料，在对甲苯磺酸作用下，发生酯化反应，得到中间体；中间体中含有环氧烷结构，在乙酸铬作用下，与8-羟基喹啉-4-羧酸结构中的羧基发生开环反应，即得双氮杂环表面活性剂。
为了得到双氮杂环表面活性剂，并保证产物一致性，步骤S1中所述十三烷二酸、对甲苯磺酸、甲基环氧丙醇的摩尔比为1:0.02-0.05:0.5-1.0，环己烷中十三烷二酸的加入量为0.2-0.5g/mL；步骤S2中所述中间体、8-羟基喹啉-4-羧酸、乙酸铬的摩尔比为1:0.8-1.1:0.012-0.018，2-甲基四氢呋喃中中间体的加入量为0.1-0.4g/mL。
优选地，所述防冻剂为乙二醇和/或丙二醇；所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚；所述着色剂为甲基红、酚红、甲蓝中的一种。
本发明还提供了一种低电导率防冻冷却液的制备方法，包括以下步骤：将防冻剂与超纯水混合均匀，升温至40-60℃，依次加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、双氮杂环表面活性剂、苯骈三氮唑、着色剂，搅拌1-2h，冷却至室温，再加入消泡剂，搅拌混合均匀，即得。
本发明具有如下有益效果：
(1)本发明通过两步法合成双氮杂环表面活性剂，该双氮杂环表面活性剂分子结构中含有酯基、羟基、羟基喹啉，具有优异的分散性、稳定性、乳化性、防腐性。
(2)本发明提供的双氮杂环表面活性剂与原料各组分的相容性较好，双氮杂环表面活性剂与苯骈三氮唑协同作用，可在金属表面形成保护膜，避免金属与外界环境的接触，防止金属的锈蚀和腐蚀，从而显著提高产品的防腐蚀性能，再通过其他原料进行复配，在保证防冻冷却液具有极低的电导率的同时，极大地提升了产品的质量稳定性、防冻、防沸性能。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下述实施例中所用原料均为普通市售产品。
实施例1
一种双氮杂环表面活性剂的制备方法，包括以下步骤：
S1、将十三烷二酸分散于环己烷中，依次加入对甲苯磺酸、甲基环氧丙醇，升温至75℃，搅拌反应6h，过滤，取滤液，减压蒸馏除去环己烷，于55℃真空干燥24h，得到中间体，其中十三烷二酸、对甲苯磺酸、甲基环氧丙醇的摩尔比为1:0.03:0.6，环己烷中十三烷二酸的加入量为0.3g/mL；
S2、将步骤S1所得中间体分散于2-甲基四氢呋喃中，依次加入8-羟基喹啉-4-羧酸、乙酸铬，升温至80℃，搅拌反应8h，过滤，取滤液，减压蒸馏除去2-甲基四氢呋喃，于50℃真空干燥24h，即得双氮杂环表面活性剂，其中中间体、8-羟基喹啉-4-羧酸、乙酸铬的摩尔比为1:0.9:0.015，2-甲基四氢呋喃中中间体的加入量为0.2g/mL；
双氮杂环表面活性剂的核磁结果为：1H NMR(300MHz，DMSO-d6)δ9.74(s，2H)，8.58(d，2H)，7.68-7.73(m，4H)，7.37(d，2H)，6.73(d，2H)，5.49(s，2H)，4.45(s，2H)，4.28(s，2H)，4.19(s，2H)，4.00(s，2H)，2.32(t，4H)，1.64-1.68(m，4H)，1.27-1.33(m，14H)，1.20(s，6H)。
实施例2
一种低电导率防冻冷却液，包括以下重量份数的原料：防冻剂80份，消泡剂10份，着色剂2份，苯骈三氮唑4份，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2份，实施例1所得双氮杂环表面活性剂2份，超纯水45份；其中防冻剂为乙二醇、丙二醇共混物(乙二醇与丙二醇的质量比为0.5:1)，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚，着色剂为甲基红。
一种低电导率防冻冷却液的制备方法，包括以下步骤：将防冻剂与超纯水混合均匀，升温至50℃，依次加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、双氮杂环表面活性剂、苯骈三氮唑、着色剂，搅拌1.5h，冷却至室温，再加入消泡剂，搅拌混合均匀，即得。
实施例3
一种低电导率防冻冷却液，包括以下重量份数的原料：防冻剂80份，消泡剂10份，着色剂2份，苯骈三氮唑4份，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2份，实施例1所得双氮杂环表面活性剂1份，超纯水45份；其中防冻剂为乙二醇、丙二醇共混物(乙二醇与丙二醇的质量比为0.5:1)，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚，着色剂为甲基红；与实施例2的区别在于：改变了双氮杂环表面活性剂的重量份数。
实施例4
一种低电导率防冻冷却液，包括以下重量份数的原料：防冻剂80份，消泡剂10份，着色剂2份，苯骈三氮唑4份，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2份，实施例1所得双氮杂环表面活性剂3份，超纯水45份；其中防冻剂为乙二醇、丙二醇共混物(乙二醇与丙二醇的质量比为0.5:1)，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚，着色剂为甲基红；与实施例2的区别在于：改变了双氮杂环表面活性剂的重量份数。
对比例1
一种低电导率防冻冷却液，包括以下重量份数的原料：防冻剂80份，消泡剂10份，着色剂2份，苯骈三氮唑4份，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2份，单硬脂酸甘油酯2份，8-羟基喹啉2份，超纯水45份；其中防冻剂为乙二醇、丙二醇共混物(乙二醇与丙二醇的质量比为0.5:1)，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚，着色剂为甲基红。
对比例2
一种低电导率防冻冷却液，包括以下重量份数的原料：防冻剂80份，消泡剂10份，着色剂2份，苯骈三氮唑4份，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2份，单硬脂酸甘油酯2份，超纯水45份；其中防冻剂为乙二醇、丙二醇共混物(乙二醇与丙二醇的质量比为0.5:1)，消泡剂为聚氧丙烯甘油醚，着色剂为甲基红。
实施例3-4及对比例1-2所述低电导率防冻冷却液均按照实施例2所述方法制备。
下面对实施例2-4及对比例1-2所制备的低电导率防冻冷却液进行相关性能测试。稳定性测试将样品于温度(25±2)℃、湿度(50±5)％下放置3年，观察样品状态，样品溶液应无沉淀及悬浮物、清亮透明、有醒目颜色、无刺激性异味；电导率(25℃)测试按照GB/T11007-2008《电导率仪试验方法》进行。冰点、沸点、腐蚀测试按照GB29743-2013《机动车发动机冷却液》进行，其中玻璃器皿腐蚀测试分别将紫铜、黄铜、钢、铸铁、铸铝、焊锡加工成试片，浸没于空气流量为(100±10)mL/min的防冻冷却液中，于(88±2)℃条件下试验(336±2)h，每组试验重复三次，试验结束后计算试片质量变化；铸铝合金传热腐蚀测试，测试温度为(135±1)℃，时间为(168±2)h，每组试验重复三次，试验结束后计算试片质量变化；铝泵气穴腐蚀测试，测试温度为(113±1)℃，压力为(103±3)kPa，时间为100h，每组试验重复三次；测试结果如表1和表2所示。从表中可以看出，实施例2-4所制备的低电导率防冻冷却液稳定性、冰点、沸点、玻璃器皿腐蚀、铸铝合金传热腐蚀及铝泵气穴腐蚀性能均优于对比例1-2，双氮杂环表面活性剂的重量份数能够影响防冻冷却液的综合性能；与对比例1(在防冻冷却液中添加单硬脂酸甘油酯、8-羟基喹啉)相比，在防冻冷却液中添加双氮杂环表面活性剂(实施例1)能够显著提升其存放稳定、防腐蚀、防冻、防沸性能，极大地降低其电导率。
表1稳定性测试结果
测试项目 外观 颜色 气味
实施例2 无沉淀及悬浮物、清亮透明 有醒目颜色 无刺激性异味
实施例3 无沉淀及悬浮物、清亮透明 有醒目颜色 无刺激性异味
实施例4 无沉淀及悬浮物、清亮透明 有醒目颜色 无刺激性异味
对比例1 有絮状沉淀 有醒目颜色 有刺激性异味
对比例2 有絮状沉淀 有醒目颜色 有刺激性异味
表2相关性能测试结果
本发明以十三烷二酸、甲基环氧丙醇为起始原料，在对甲苯磺酸作用下，发生酯化反应，得到中间体；中间体中含有环氧烷结构，在乙酸铬作用下，与8-羟基喹啉-4-羧酸结构中的羧基发生开环反应，即得双氮杂环表面活性剂。本发明提供的双氮杂环表面活性剂与原料各组分的相容性较好，与防冻剂、消泡剂、着色剂、苯骈三氮唑、1,2-苯并异噻唑啉-3-酮协同增效，显著提高了防冻冷却液的综合性能。本发明提供的防冻冷却液产品质量稳定，具有极低的电导率，防腐蚀、防冻、防沸性能优异。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，包括以下重量份数的原料：防冻剂75-95份，消泡剂8-15份，着色剂1-4份，苯骈三氮唑2-7份，1,2-苯并异噻唑啉-3-酮2-3份，双氮杂环表面活性剂1-3份，超纯水40-55份；所述双氮杂环表面活性剂的制备方法如下：
S1、将十三烷二酸分散于环己烷中，依次加入对甲苯磺酸、甲基环氧丙醇，升温至70-80℃，搅拌反应5-8h，过滤，取滤液，经减压蒸馏、干燥，得到中间体，中间体的结构式为：
S2、将步骤S1所得中间体分散于2-甲基四氢呋喃中，依次加入8-羟基喹啉-4-羧酸、乙酸铬，升温至75-90℃，搅拌反应7-10h，过滤，取滤液，经减压蒸馏、干燥，即得双氮杂环表面活性剂，双氮杂环表面活性剂的结构式为：
2.根据权利要求1所述的一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，步骤S1中所述十三烷二酸、对甲苯磺酸、甲基环氧丙醇的摩尔比为1:0.02-0.05:0.5-1.0。
3.根据权利要求2所述的一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，所述环己烷中十三烷二酸的加入量为0.2-0.5g/mL。
4.根据权利要求1所述的一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，步骤S2中所述中间体、8-羟基喹啉-4-羧酸、乙酸铬的摩尔比为1:0.8-1.1:0.012-0.018。
5.根据权利要求4所述的一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，所述2-甲基四氢呋喃中中间体的加入量为0.1-0.4g/mL。
6.根据权利要求1所述的一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，所述防冻剂为乙二醇和/或丙二醇。
7.根据权利要求1所述的一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，所述消泡剂为聚二甲基硅氧烷或聚氧丙烯甘油醚。
8.根据权利要求1所述的一种低电导率防冻冷却液，其特征在于，所述着色剂为甲基红、酚红、甲蓝中的一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种低电导率防冻冷却液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将防冻剂与超纯水混合均匀，升温至40-60℃，依次加入1,2-苯并异噻唑啉-3-酮、双氮杂环表面活性剂、苯骈三氮唑、着色剂，搅拌1-2h，冷却至室温，再加入消泡剂，搅拌混合均匀，即得。
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