DE19930682A1 - Silikat-, borat- und phosphatfreie Kühlflüssigkeiten auf Basis von Glykolen mit verbessertem Korrosionsverhalten - Google Patents
Silikat-, borat- und phosphatfreie Kühlflüssigkeiten auf Basis von Glykolen mit verbessertem KorrosionsverhaltenInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Kühlmittelkonzentrat, bestehend aus DOLLAR A a) 0,1 bis 6 Gew.-% mindestens einer Mono- und/oder Dicarbonsäure mit 4 bis 16 C-Atomen in Form von Alkalimetallsalzen, DOLLAR A b) 0,02 bis 2 Gew.-% einer Triazin-triiminocarbonsäure in Form ihres Alkalimetallsalzes, DOLLAR A c) 0,02 bis 2 Gew.-% mindestens eines Kohlenwasserstofftriazols, DOLLAR A d) 0,01 bis 1 Gew.-% mindestens eines löslichen Erdalkalisalzes, DOLLAR A e) gegebenenfalls bis 4 Gew.-% Wasser und DOLLAR A f) Glykole ad 100 Gew.-%, DOLLAR A jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Konzentrats.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neue Kühlflüssigkeit auf der Basis von
Glykolen, die frei von Silikaten ist, keine Phosphate, Nitrite, Borate sowie Amine
enthält und eine hervorragende Korrosionsinhibierung gegenüber verschiedenen
metallischen Werkstoffen aufweist.
Zum frostsicheren Kühlen von technischen Einrichtungen, insbesondere von
Kraftfahrzeugmotoren, werden bekanntlich Flüssigkeiten auf Basis von Glykolen, vor
allem Ethylenglykol und/oder Propylenglykol eingesetzt. Um die Werkstoffe des
Kühlsystems vor Korrosion zu schützen, enthalten diese Flüssigkeiten jeweils
wirksame Mengen an einem oder mehreren Korrosionsinhibitoren. Zur Verwendung
in Kühlsystemen werden sie mit Wasser verdünnt und sollen neben Frost- und
Korrosionsschutz auch für eine gute Wärmeabfuhr sorgen. Dabei weisen moderne
Verbrennungsmotoren wegen der höheren Temperaturbelastung der
Metalloberflächen, der erhöhten Fließgeschwindigkeit des Kühlmediums und der
Werkstoffauswahl erschwerte Betriebsbedingungen für das Kühlmedium auf. Auch
die verstärkte Verwendung von Leichtmetall-Legierungen auf Aluminiumbasis
zusammen mit Stahl, Gußeisen, Messing, Kupfer und Weichlot in Mischbauweise
erfordert eine sorgfältige Abstimmung der verwendeten Inhibitorenkombination. In
den letzten Jahrzehnten wurden unzählige dieser Kombinationen in der
einschlägigen Patentliteratur beschrieben, so daß zahlreiche Inhibitorensysteme mit
speziellen Wirkungsmechanismen bekannt sind. So wurden die früher üblichen nitrit-
und silikathaltigen Kombinationen bestehend aus Nitriten, Nitraten, Boraten,
Phosphaten, Benzoaten, Triazolen und Silikaten (z. B. H. D. Held, Kühlwasser, 2.
Aufl. S. 213-225 (1977)) durch nitritfreie Zubereitungen in der Regel auf Basis von
Mono- und Dicarbonsäuren ersetzt (z. B. EP-A-0 035 834), die jedoch als wirksame
Aluminiuminhibitoren ebenfalls nach wie vor Silikate enthielten, wenn auch in
stabilisierter Form.
Es ist seit langem bekannt, daß Borate das Korrosionsverhalten des Aluminiums
unter Wärmedurchgangsbedingungen stark verschlechtern können. Durch Silikate
kann dies verhindert werden, so daß man unter optimalen Bedingungen ein
ausgewogenes Verhältnis erzielen kann. Die Praxis zeigte, daß es unter bestimmten
Betriebsbedingungen trotz einer Stabilisierung der Silikate, beispielsweise durch
Organosiliciumverbindungen, zur Verminderung des Silikatgehaltes, z. B. durch
Ausfällungen unlöslicher Silikatmodifikationen bei sehr hohen Temperaturen,
kommen kann. Dies führte zur Entwicklung silikatfreier Formulierungen, die eine
wesentlich höhere Lebensdauer aufweisen, da sie diesen Nachteil nicht besitzen,
siehe EP-A-0 816 467.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung war, Inhibitorensysteme für Kühlmittel zu
finden, die ohne Borate und Silikate arbeiten und dennoch einen guten
Korrosionsschutz der in modernen Motoren eingesetzten Metalle, insbesondere
Aluminium- und Eisenwerkstoffe, unter hoher Temperaturbelastung auf der
Metalloberfläche bewirken sollen.
Gegenstand der Erfindung ist daher ein Kühlmittelkonzentrat, bestehend aus
- a) 0,1 bis 6 Gew.-% mindestens einer Mono- und/oder Dicarbonsäure mit 4 bis 16 C-Atomen in Form von Alkalimetallsalzen
- b) 0,02 bis 2 Gew.-% einer Triazin-triiminocarbonsäure in Form ihres Alkalimetallsalzes
- c) 0,02 bis 2 Gew.-% mindestens eines Kohlenwasserstofftriazols,
- d) 0,01 bis 1 Gew.-% mindestens eines löslichen Erdalkalisalzes
- e) gegebenenfalls bis 4 Gew.-% Wasser, und
- f) Glykole ad 100 Gew.-%,
jeweils bezogen auf das Gesamtgewicht des Konzentrats.
Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung auch gebrauchsfertige wäßrige
Kühlmittelzusammensetzungen, die je nach gewünschter Frostsicherheit Wasser in
Mengen von 10 bis 90, vorzugsweise 20 bis 60 Gew.-% und das erfindungsgemäße
Kühlmittelkonzentrat ad 100 Gew.-% enthalten.
Die erfindungsgemäße Kühlflüssigkeit enthält keine Alkalimetallphosphate, keine
Alkalimetallmolybdate, Alkaliborate und Alkalimetallnitrite, sowie keine Amine.
Als Monocarbonsäuren werden besonders bevorzugt verzweigte und/oder
unverzweigte aliphatische Monocarbonsäuren mit einer Kettenlänge von 5 bis
12 C-Atomen, z. B. Pentansäure, Hexansäure, Oktansäure, 2-Ethylhexansäure,
Nonansäure, Isononansäure, Decansäure, Undecansäure und Dodecansäure,
verwendet. Als Dicarbonsäuren kommen insbesondere solche mit 4 bis
12 C-Atomen in Betracht, insbesondere mit 8 bis 12 C-Atomen, z. B. Korksäure,
Acelainsäure, Sebazinsäure, Undecandisäure, Dodecandisäure, Phthalsäure oder
Terephthalsäure.
Die oben genannten Mono- und Dicarbonsäuren können nach dem Stand der
Technik auch in Mischungen, üblicherweise 1 : 99 bis 99 : 1 eingesetzt werden. Die
verwendeten Carbonsäuren können zusätzlich noch Hydroxylgruppen und/oder
Ethersauerstoffatome oder Carboxylfunktionen enthalten. Die jeweiligen
Carbonsäuren liegen in der Regel als Alkalimetallsalze, z. B. des Natriums, Kaliums,
Lithiums oder als Ammoniumsalze vor. Mono- und Dicarbonsäuren sind im
erfindungsgemäßen Kühlmittelkonzentrat vorzugsweise zu 1 bis 5, insbesondere
2 bis 4 Gew.-% enthalten.
Die Triazintriiminocarbonsäure kann endständige Carbonsäurereste mit einer
Kettenlänge von C2 bis C10, insbesondere von C6, aufweisen. Letztere wird im Handel
unter der Bezeichnung lrgacor® L 190 angeboten. Besonders bevorzugt ist die
6,6',6"-(1,3,5-Triazin-2,4,6-Triyltriimino)trihexansäure, die als Alkalimetallsalz
eingesetzt wird. Die Triazintriiminocarbonsäure ist im erfindungsgemäßen
Kühlmittelkonzentrat vorzugsweise zu 0,1 bis 1, insbesondere zu 0,1 bis 0,5 Gew.-%
enthalten.
Erdalkalisalze werden als zusätzlicher Inhibitor eingesetzt. Besonders bevorzugt
sind wasserlösliche Magnesium- und/oder Kalziumsalze, von verschiedenen
anorganischen Säuren wie Magnesiumnitrat, Kalziumnitrat in Mengenverhältnissen
von 0 : 100 bis 100 : 0. Die Erdalkalisalze sind im erfindungsgemäßen
Kühlmittelkonzentrat vorzugsweise zu 0,05 bis 0,8, insbesondere 0,1 bis 0,5 Gew.-%
enthalten.
Als Triazole werden Kohlenwasserstofftriazole, insbesondere Benzo- und/oder
Tolyltriazol bzw. deren Derivate verwendet. Die Triazole sind im erfindungsgemäßen
Kühlmittelkonzentrat vorzugsweise zu 0,05 bis 1, insbesondere zu 0,1 bis
0,5 Gew.-% enthalten.
Als Ethylenglykole und/oder Propylenglykole mit 1 bis 3 Oxethylen- bzw.
Oxpropyleneinheiten werden vorzugsweise Ethylenglykol, Diethylenglykol,
Propylenglykol und/oder Dipropylenglykol eingesetzt. Besonders bevorzugt sind
Ethylenglykol und/oder Propylenglykol. Sie bilden den Hauptbestandteil der
erfindungsgemäßen Kühlflüssigkeit. Ihr Anteil beträgt im allgemeinen 90 bis
98 Gew.-%, bevorzugt 92 bis 95 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des
Kühlkonzentrates.
Eine besonders bevorzugte erfindungsgemäße Kühlflüssigkeit besteht
beispielsweise aus:
- a) 2-5 Gew.-% 2-Ethylhexansäure, Natriumsalz
- b) 0,1-0,3 Gew.-% Triazintriyltriiminotrihexansäure, Natriumsalz
- c) 0,05-0,3 Gew.-% Benzo- und/oder Tolyltriazol
- d) 0,02-0,2 Gew.-% Magnesiumnitrat.6 H2O
- e) Rest Ethylenglykol und/oder Propylenglykol mit gegebenenfalls 1 bis 3% Wasser als Lösungsvermittler.
Das erfindungsgemäße Kühlkonzentrat kann zusätzlich zu den genannten
Komponenten a) bis e) weitere zweckmäßige Additive wie Alkalimetallnitrate,
Hartwasserstabilisatoren (z. B. Polyacrylsäure-Maleinsäure-Copolymere),
Antischaummittel, Kaviationsschutzmittel, Bitterstoffe und Farbstoffe enthalten. Der
pH-Wert der erfindungsgemäßen Mischung liegt üblicherweise im Bereich von
7-10, insbesondere 7,5-9, gemessen in einer wässerigen Verdünnung von 1 : 2.
Er wird durch Zugabe von Alkalien, insbesondere Natron- oder Kalilauge, eingestellt.
Die Erfindung wird nun anhand von Beispielen A-E und dem Vergleichsbeispiel
näher erläutert.
In der nachstehenden Tabelle I sind verschiedene erfindungsgemäße Kühlsysteme,
die durch Mischen der aufgeführten Komponenten hergestellt wurden, angegeben.
Sie enthält auch das Vergleichsbeispiel.
Bei dem in der Tabelle I aufgeführten Vergleichsbeispiel handelt es sich um ein
handelsübliches silikatfreies Kühlerfrostschutzmittel nach dem Stand der Technik
gemäß EP-A-0 816 467.
Die antikorrosive Wirkung des erfindungsgemäßen Kühlsystems und des
Vergleichsbeispiels nach dem nächstliegendem Stand der Technik wurde nach
ASTM D 1384-94 und mittels eines sog. Heißkorrosionstests geprüft. Bei der ASTM
D 1384-Methode handelt es sich um einen statischen Screeningtest, bei dem die zu
prüfenden Metalle in einer Kühlflüssigkeit erhitzt werden. Dabei nehmen die
Prüfmetalle die Temperatur der Flüssigkeit an. Verschärfend im obigen Test wurde
in einer Prüfkonzentration von 20 Vol-% ermittelt, um die Inhibierungsvorteile
besonders auf Stahl und Gußeisen darzustellen. Bei der Heißkorrosionsprüfung
gemäß FVV ( = Forschungsvereinigung für Verbrennungskraftmaschinen), Heft R
443, wurde im Rahmen der vorliegenden Prüfungen als Metall-Gußaluminium
AlSi10Mg wa eingesetzt, das auf eine Temperatur von 150°C erhitzt wurde. Die
Prüfung wurde gegenüber dem genannten FVV-Test unter verschärften
Bedingungen durchgeführt: Temperatur der Flüssigkeit 95/105°C, Prüfzeit 48 h,
Konzentration
20 Vol-%, Umwälzgeschwindigkeit 3,5 l/min. Heizflächenbelastung
80 W/cm2.
Die Bewertung erfolgte durch Wiegung der gereinigten Prüfkörper vor und nach dem
Arbeitsvorgang. Anzustreben ist dabei ein möglichst geringer Auftrag oder Abtrag
auf dem Prüfmetall.
Die Ergebnisse dieser Korrosionsuntersuchungen sind in Tabelle II
zusammengefaßt.
Wie die Ergebnisse zeigen, weisen erfindungsgemäße
Kühlmittelzusammensetzungen einen wesentlich verbesserten Korrosionsschutz der
Metalle auf als die vergleichsweise mitgeprüfte Flüssigkeit gemäß dem Stand der
Technik. Dies gilt überraschenderweise sowohl hinsichtlich Eisen und Stahl im
ASTM-Test D1384 als auch bei Leichtmetalllegierungen (Aluminiumlegierungen) im
Heißkorrosionstest unter Wärmedurchgangsbedingungen. Der unerwartet gute
Korrosionsschutz dürfte auf einem synergistischen Effekt beruhen, der gerade von
der erfindungsgemäßen Formulierung ausgeht.
Claims (8)
1. Kühlmittelkonzentrat, bestehend aus
- a) 0,1 bis 6 Gew.-% mindestens einer Mono- und/oder Dicarbonsäure mit 4 bis 16 C-Atomen in Form von Alkalimetallsalzen
- b) 0,02 bis 2 Gew.-% einer Triazin-triiminocarbonsäure in Form ihres Alkalimetallsalzes
- c) 0,02 bis 2 Gew.-% mindestens eines Kohlenwasserstofftriazols,
- d) 0,01 bis 1 Gew.-% mindestens eines löslichen Erdalkalisalzes
- e) gegebenenfalls bis 4 Gew.-% Wasser, und
- f) Glykole ad 100 Gew.-%,
2. Kühlmittelkonzentrat gemäß Anspruch 1, worin es sich bei den
Monocarbonsäuren um solche mit 5 bis 12 Kohlenstoffatomen handelt.
3. Kühlmittelkonzentrat gemäß Anspruch 1, worin es sich bei den
Dicarbonsäuren um solche mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen handelt.
4. Kühlmittelkonzentrat gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
wobei die Triazintriiminocarbonsäure endständige Carbonsäurereste mit einer
Kettenlänge von C2 bis C10 aufweist.
5. Kühlmittelkonzentrat gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
wobei das Kohlenwasserstofftriazol ein Benzotriazol und/oder Tolyltriazol, oder
eines ihrer Derivate ist.
6. Kühlmittelkonzentrat gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
wobei das Erdalkalisalz ein Kalzium- und/oder Magnesiumsalz ist.
7. Kühlmittelkonzentrat gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
wobei das Glykol ein Ethylen- und/oder Propylenglykol mit 1 bis 3 Ethoxy- bzw.
Propoxyeinheiten ist.
8. Kühlmittelkonzentrat, umfassend 10 bis 90 Gew.-% Wasser und ein
Kühlmittelkonzentrat gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7 ad
100 Gew.-%.
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