CN1297623C - 一种提高发动机冷却液稳定性的方法 - Google Patents

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    • C23F11/08Inhibiting corrosion of metallic material by applying inhibitors to the surface in danger of corrosion or adding them to the corrosive agent in other liquids

Abstract

本发明涉及一种提高发动机冷却液稳定性的方法,其特征在于它将磷酸钠,硼酸钠,苯并三唑和去离子水搅拌溶解,再加入柠檬酸继续搅拌,再将2-巯基苯并噻唑、去离子水和氢氧化钠在另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入上述物料中,再将硅酸盐稳定剂在30分钟内加入上述物料并继续搅拌,调节溶液pH至8-9,将硅酸钠、去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入上述物料中继续搅拌,待物料均匀后调节溶液pH至10-11,最后在物料中加入乙二醇、消泡剂和染料继续搅拌均匀,得到产品,它具有对多种金属优异的腐蚀抑制作用,造价非常低廉,储藏稳定性好,方法简单,易实施,易推广的优点及效果。

Description

一种提高发动机冷却液稳定性的方法
技术领域
本发明涉及一种提高发动机冷却液稳定性的方法,属化工领域。
技术背景
目前广泛使用的发动机冷却液具有价格便宜、防腐性能好,原料易得,但稳定性不好,主要是硅酸盐和2-巯基苯并噻唑两组分造成的,硅酸盐是铝和铝合金的特效腐蚀抑制剂,对钢铁和有色金属都有一定的保护能力,具有缓冲作用,而且价格极其低廉。数十年来广泛应用于各个领域腐蚀防护,但是硅酸盐在使用过程中存在的主要问题是经过一定时间的储存和使用后稳定性变差,容易形成凝胶状沉淀析出,这样不但使缓蚀性能下降,而且凝胶在使用过程中容易堵塞发动机水道和附在散热器表面,降低传热效果,使发动机过热。产生硅酸盐不稳定的原因是硅酸盐凝胶析出和硅酸盐与硬水中的钙、镁离子反应生成沉淀析出,对于后者的沉淀析出可控制水的硬度,但对于前者硅酸盐凝胶则比较复杂,一般认为硅酸盐自身聚合或反应生成颗粒,颗粒生长,颗粒聚集形或支链再形成网状结构,最后析出凝胶。随着汽车发动机的飞速发展,发动机功率越来越大,为减小风阻系数,普遍采用流线外型,使散热器体积、水箱体积越来越小,由此发动机热负荷不断增加。为了减轻车体重量,增加燃油的经济性,不但发动机冷却系统大量用到铝合金,而且发动机其它部件也逐渐铝金属化,目前全铝发动机已投放市场,对铝的腐蚀抑制保护已成为各国研究重点。而2-巯基苯并噻唑是铜或铜合金特效腐蚀抑制剂,但该抑制剂易发生光敏反应产生沉淀,也是影响稳定性的因素。因此提高发动机冷却液稳定性是很重要的问题。
发明内容
本发明的目的正是为了解决上述存在的问题而提供一种提高发动机冷却液稳定性的方法,从而解决了发动机冷却液稳定性差问题,可由原来稳定时间不足几小时提高到一年以上。
本发明的目的是通过下列技术方案实现的:
提高发动机冷却液稳定性的方法,其特征在于它是采用下述重量配比的原料按下述步骤进行的:
乙二醇600-1200份,去离子水800-1400份,硅酸钠1-3份,
磷酸钠1-10份,硼酸钠1-10份,2-巯基苯并噻唑1-5份,
苯并三唑1-5份,柠檬酸1-5份,苯甲酸钠1-10份,
氢氧化钠1-5份,硅酸盐稳定剂1-3份,消泡剂0.1-0.3份,
染料0.1-0.3份,
a)将1-10份磷酸钠,1-10份硼酸钠,1-5份苯并三唑和80%的800-1400份去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用;
b)将1-5份柠檬酸加入(a)项物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用;
c)再将1-5份2-巯基苯并噻唑、10%的800-1400份去离子水和1-5份的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入(b)项备用物料中;
d)再将1-3份硅酸盐稳定剂在30分钟内加入(c)项物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至8-9;
e)将1-3份硅酸钠、10%的800-1400份去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入(d)项物料中继续搅拌,待物料均匀后用氢氧化钠调节溶液pH至10-11备用;
f)最后在(e)项物料中加入600-1200份乙二醇、消泡剂0.1-0.3份和染料0.1-0.3份继续搅拌均匀,得到产品。
所述的硅酸盐稳定剂为3-(三羟基甲基硅氧烷)-丙烷基-单磷酸酯·磷酸盐、磺酸盐·丙烷基-硅氧烷、2-(钠-磺苯基)乙基硅氧烷、3-(磺酸钠)丙基硅氧烷、3-(磺酸钠-2-羟基-丙氧基)丙基硅氧烷或(2,3-二羟基丙氧基)丙基硅氧烷,所述的消泡剂为嵌段聚醚。
本发明的方法是根据硅酸盐和2-巯基苯并噻唑产生凝胶的原因,结合大量文献调研资料,总结的多种技术方案经过筛选试验,确定了合理的可靠方法。
经过调查研究,在影响硅酸盐聚合颗粒的生长的因素中,首先高的pH值导致小直径硅酸盐聚合颗粒及高的硅酸盐溶解度,pH值高于11含有硅酸盐的溶液就不会出现凝胶状沉淀,因而硅酸盐凝胶析出可以通过控制pH值来实现,使冷却液的pH值高于11,可遏制硅酸盐凝胶析出,但是冷却系统金属中的高铅焊锡在高pH值的情况下,会发生严重的焊锡渣化和开花,从而引起泄露,所以一般情况下不能用控制pH值的办法。其次溶液中高的硅酸盐浓度将增加粒子间相互碰撞的概率,加大出现硅酸盐凝胶析出的机会。最后也就是目前最有效的手段是使用硅酸盐稳定剂,这种稳定剂可以通过吸引到硅酸盐胶体颗粒表面,通过静电作用和空间位阻作用来防止硅酸盐胶体颗粒的有效碰撞,遏制出现不可逆的非溶解性的硅酸盐凝胶聚合体,通过将硅酸盐胶体颗粒控制在某一尺寸以下保持硅酸盐胶体颗粒的可溶性,从而有效的对硅酸盐凝胶析出进行遏制,试验选择了硅酸盐稳定剂的最佳条件,溶液的组成、pH和加入方式及加入量以及与硅酸盐加入比例。
本发明的方法选自目前市场上使用量最大的硅磷硼型发动机冷却液,具体配方为:
乙二醇600-1200份,去离子水800-1400份,硅酸钠1-3份,
磷酸钠1-10份,硼酸钠1-10份,2-巯基苯并噻唑1-5份,
苯并三唑1-5份,柠檬酸1-5份,苯甲酸钠1-10份,
氢氧化钠1-5份,硅酸盐稳定剂1-3份,消泡剂0.1-0.3份,
染料0.1-0.3份,
原料中的硅酸盐稳定剂3-(三羟基甲基硅氧烷)-丙烷-单磷酸酯·磷酸盐是美国道康宁公司生产的,磺酸盐·丙烷基-硅氧烷、2-(钠-磺苯基)乙基硅氧烷、3-(磺酸钠)丙基硅氧烷、3-(磺酸钠-2-羟基-丙氧基)丙基硅氧和(2,3-二羟基丙氧基)丙基硅氧烷是国内生产硅酸盐稳定剂,
2-巯基苯并噻唑,又称二巯醇基苯并噻唑,或苯并噻唑啉硫酮,也称硫化促进剂,沈阳东北助剂厂生产,国内还有多家生产。
消泡剂嵌段聚醚来自德国BASF公司型号为PE6100。
试验方法
对于冷却液稳定性的测试采用道康宁公司硅酸盐稳定性试验方法,具体操作如下:将所要测试的样品密封装入广口烧杯中,放入温度为66±2℃的烘箱中,稳定时间每36小时相当于实际使用和储存条件下一个月,合格标准为18天。
试验内容:
1、硅酸盐稳定剂与硅酸盐加入量的比例和加入硅酸盐时溶液的pH值试验,硅酸盐稳定剂选用磺酸盐·丙烷基-硅氧烷,试验结果见表1
           表1硅酸盐稳定剂与硅酸盐加入量的比例
            和加入硅酸盐时溶液的pH值试验结果
硅酸盐稳定剂与硅酸盐加入量的比例 加入硅酸盐时溶液的pH值  硅酸盐稳定时间
2∶1     7-8     16h
    8-9     22h
1∶1     7-8     5天
    8-9     7天
2∶1     7-8     5天
    8-9     7天
从以上表1可以看出硅酸盐稳定剂与硅酸盐加入量的最有效和经济的比例为1∶1,多加硅酸盐稳定剂效果并不明显,加入硅酸盐时溶液的pH值在8-9之间时稳定剂效果越好。
2、硅酸盐稳定剂的加入速度试验
试验结果在表1试验结论基础上,固定硅酸盐稳定剂与硅酸盐加入量的比例为1∶1,加入硅酸盐时溶液的pH值为8-9,选择硅酸盐的加入速度和硅酸盐稳定剂的加入速度。试验结果见表2:
            表2硅酸盐稳定剂的加入速度试验结果
    硅酸盐稳定剂的加入速度 硅酸盐的加入速度     硅酸盐稳定时间
    一次快速加入     一次快速加入     7天
    十分钟加入     33天
    三十分钟加入     93天
    十分钟加入     一次快速加入     9天
    十分钟加入     110天
    三十分钟加入     188天
    三十分钟加入     一次快速加入     9天
    十分钟加入     136天
    三十分钟加入     217天
从表2结果可以看出硅酸盐的加入速度和硅酸盐稳定剂的加入速度越慢稳定剂效果越好。
3、最终溶液的pH值试验
为了得到更好的试验结果,应用上述试验所取得的成果,固定硅酸盐稳定剂与硅酸盐加入量的比例为1∶1,加入硅酸盐时溶液的pH值为8-9,硅酸盐的加入速度和硅酸盐稳定剂的加入速度为半小时。筛选最终溶液的pH值。结果见表3
    表3硅酸盐稳定性试验结果
最终溶液的pH值 硅酸盐稳定时间
9-10 不低于一年
10-11 不低于两年
从以上表1、表2、表3可以看出最终溶液的pH值为10-11,硅酸盐稳定剂与硅酸盐加入量的比例为1∶1,加入硅酸盐时溶液的pH值为8-9,硅酸盐的加入速度和硅酸盐稳定剂的加入速度为半小时时,发动机冷却液中硅酸盐稳定性最高。
用本发明制备的发动机冷却液样品,采用ASTM D3306标准评定结果见表4:
                   表4:标准评定结果
  实验名称     实验结果     标准要求
  铸铝传热腐蚀实验     0.20mg/cm     ≤1.0
  铝泵气穴腐蚀实验     10级     不小于8级
  玻璃器皿腐蚀实验结果     铜     1.2     ≤10.0
    黄铜     1.4     ≤10.0
    钢     +1.1     ≤10.0
    铸铝     1.1     ≤30.0
    焊锡     +0.2     ≤30.0
    铸铁     0.2     ≤10.0
  模拟使用腐蚀实验结果     铜     4.1     ≤20.0
    黄铜     2.6     ≤20.0
    钢     1.4     ≤20.0
    铸铝     0.9     ≤60.0
    焊锡     0.6     ≤60.0
    铸铁     2.9     ≤20.0
从表4数据可以看出该冷却液对焊锡、黄铜、紫铜、铝、铸铁、钢等多种金属具有优异的腐蚀抑制保护性能,试片失重大大低于标准要求,特别是对铝的保护尤为突出。
本发明的还采用加热煮沸2-巯基苯并噻唑的方法,防止了2-巯基苯并噻唑发生光敏反应产生沉淀,提高发动机冷却液稳定性。
由于采取上述技术方案使本发明技术与已有技术相比具有如下优点及效果:
a)该方法生产的产品对焊锡、铝、黄铜、紫铜、钢、铁都可以起到优异的腐蚀抑制作用,通过方法的改进可以对铝金属提供长期腐蚀抑制保护,造价非常低廉,储藏稳定性可提到一年以上、抗硅酸盐凝胶状沉淀。
b)方法简单,易实施,易推广。
具体实施方式
实施例1
取1kg磷酸钠,10kg硼酸钠,1kg苯并三唑和640kg去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用,取5kg柠檬酸加入上述溶解后的物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用,再取1kg 2-巯基苯并噻唑、80kg去离子水和5kg的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入上述备用物料中,再取1kg 3-(三羟基甲基硅氧烷)-丙烷-单磷酸酯·磷酸盐在30分钟内加入上述物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至8,取1kg硅酸钠和80kg去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入上述物料中继续搅拌,待物料均匀后用氢氧化钠调节溶液pH至11备用,最后取600kg乙二醇、嵌段聚醚0.1kg和染料0.3kg加入备用物料中继续搅拌均匀,得到产品。
实施例2
取3kg磷酸钠,8kg硼酸钠,2kg苯并三唑和800kg去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用,取4kg柠檬酸加入上述溶解后的物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用,再取2kg 2-巯基苯并噻唑、100kg去离子水和4kg的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入上述备用物料中,再取2kg磺酸盐·丙烷基-硅氧烷在30分钟内加入上述物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至9,取2kg硅酸钠和100kg去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入用氢氧化钠调节溶液pH至9物料中继续搅拌,待物料均习后用氢氧化钠调节溶液pH至10备用,最后取700kg乙二醇、嵌段聚醚0.15kg和染料0.25kg加入备用物料中继续搅拌均匀,得到产品。
实施例3
取5kg磷酸钠,7kg硼酸钠,3kg苯并三唑和880kg去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用,取3.5kg柠檬酸加入上述溶解后的物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用,再取3kg 2-巯基苯并噻唑、110kg去离子水和3.5kg的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入上述备用物料中,再取3kg 2(钠-磺苯基)乙基硅氧烷在30分钟内加入上述物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至8.5,取3kg硅酸钠和110kg去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入用氢氧化钠调节溶液pH至8.5物料中继续搅拌,待物料均习后用氢氧化钠调节溶液pH至10.5备用,最后取800kg乙二醇、嵌段聚醚0.2kg和染料0.22kg加入备用物料中继续搅拌均匀,得到产品。
实施例4
取7kg磷酸钠,5kg硼酸钠,3.Skg苯并三唑和960kg去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用,取3kg柠檬酸加入上述溶解后的物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用,再取4kg 2-巯基苯并噻唑、120kg去离子水和3kg的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入上述备用物料中,再取3.5kg 3-(磺酸钠)丙基硅氧烷)在30分钟内加入上述物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至8.5,取3.5kg硅酸钠和120kg去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入用氢氧化钠调节溶液pH至8.5物料中继续搅拌,待物料均习后用氢氧化钠调节溶液pH至11备用,最后取900kg乙二醇、嵌段聚醚0.22kg和染料0.2kg加入备用物料中继续搅拌均匀,得到产品。
实施例5
取8kg磷酸钠,3kg硼酸钠,4kg苯并三唑和1040kg去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用,取2kg柠檬酸加入上述溶解后的物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用,再取5kg 2-巯基苯并噻唑、130kg去离子水2kg的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入上述备用物料中,再取4kg 3-(磺酸钠-2-羟基-丙氧基)丙基硅氧烷在30分钟内加入上述物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至9,取4kg硅酸钠和130kg去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入用氢氧化钠调节溶液pH至9物料中继续搅拌,待物料均习后用氢氧化钠调节溶液pH至10.8备用,最后取1100kg乙二醇、嵌段聚醚0.25kg和染料0.15kg加入备用物料中继续搅拌均匀,得到产品。
实施例6
取10kg磷酸钠,1kg硼酸钠,5kg苯并三唑和1120kg去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用,取1kg柠檬酸加入上述溶解后的物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用,再取1kg 2-巯基苯并噻唑、140kg去离子水和1kg的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入上述备用物料中,再取5kg(2,3-二羟基丙氧基)丙基硅氧烷在30分钟内加入上述物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至8.7,取5kg硅酸钠和140kg去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入用氢氧化钠调节溶液pH至8.7物料中继续搅拌,待物料均习后用氢氧化钠调节溶液pH至11备用,最后取1200kg乙二醇、嵌段聚醚0.3kg和染料0.1kg加入备用物料中继续搅拌均匀,得到产品。

Claims (3)

1、一种提高发动机冷却液稳定性的方法,其特征在于它是采用下述重量配比的原料按下述步骤进行的:
乙二醇600-1200份,去离子水800-1400份,硅酸钠1-3份,
磷酸钠1-10份,硼酸钠1-10份,2-巯基苯并噻唑1-5份,
苯并三唑1-5份,柠檬酸1-5份,苯甲酸钠1-10份,
氢氧化钠1-5份,硅酸盐稳定剂1-3份,消泡剂0.1-0.3份,
染料0.1-0.3份,
a)将1-10份磷酸钠,1-10份硼酸钠,1-5份苯并三唑和80%的800-1400份去离子水同时加入搅拌器内搅拌,待物料完全溶解备用;
b)将1-5份柠檬酸加入(a)项物料中继续搅拌,待物料完全溶解备用;
c)再将1-5份2-巯基苯并噻唑、10%的800-1400份去离子水和1-5份的氢氧化钠同时加入另一搅拌器内搅拌加热煮沸并快速趁热加入(b)项备用物料中;
d)再将1-3份硅酸盐稳定剂在30分钟内加入(c)项物料并继续搅拌,用氢氧化钠调节溶液pH至8-9;
e)将1-3份硅酸钠、10%的800-1400份去离子水加入另一搅拌器内搅拌使物料溶解后在30分钟内加入(d)项物料中继续搅拌,待物料均匀后用氢氧化钠调节溶液pH至10-11备用;
f)最后在(e)项物料中加入600-1200份乙二醇、消泡剂0.1-0.3份和染料0.1-0.3份继续搅拌均匀,得到产品。
2、根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的硅酸盐稳定剂为3-(三羟基甲基硅氧烷)-丙烷基-单磷酸酯·磷酸盐、磺酸盐·丙烷基-硅氧烷、2-(钠-磺苯基)乙基硅氧烷、3-(磺酸钠)丙基硅氧烷、3-(磺酸钠-2-羟基-丙氧基)丙基硅氧烷或(2,3-二羟基丙氧基)丙基硅氧烷。
3、根据权利要求1所述的方法,其特征在于所述的消泡剂为嵌段聚醚。
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