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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung:
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Diese Erfindung bezieht sich allgemein
auf ein Kühlmittel-Konzentrat
oder eine Zusammensetzung, die allgemein in eine Kühlflüssigkeit
in einem Kühlsystem
eines Verbrennungsmotors gemischt werden kann. Diese Erfindung bezieht
sich insbesondere auf eine für
die Metallkorrosion hemmende Kühlmittel-Zusammensetzung,
welche keine Phosphate, Aminsalze, Silikate, Borste oder Nitrite
enthält,
welche alle allgemein als für die
Umwelt schädlich
betrachtet werden und auch hinsichtlich der Eigenschaften des Kühlmittels
oder der Kühlflüssigkeit,
besitzen jedoch eine wirksame Pufferung im Arbeitsbereich.
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Stand der Technik:
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Ein Kühlsystem für einen Verbrennungsmotor verwendet
allgemein und selektiv Aluminium oder Legierungen davon, Gußeisen,
Stahl, Messing, Lot und Kupfer für
seine Teile. Diese Metalle werden schließlich durch den Kontakt mit
Wasser oder Luft korrodiert werden. Eine Anzahl von Kühlmittel-Zusammensetzungen sind
in der Vergangenheit in dem Versuch vorgeschlagen worden, solche
Metallkorrosion durch das Enthalten von Inhibitoren der Metallkorrosion,
so wie Phosphate, Aminsalze, Silikate, Borste und/oder Nitrite zu
verlangsamen oder zu hemmen.
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Diese Inhaltsstoffe besitzen jedoch
inhärent
bestimmte umweltschädliche
Eigenschaften und verschlechtern auf eine Art die Kühlflüssigkeit
dort, wo sie beigemischt werden.
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Phosphate neigen dazu, Gewässer übermäßig nährstoffreich
zu machen und Algen durch Anheben des BSB (biologischer Sauerstoffbedarf)
und des CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) der Gewässer zu
vermehren, wenn sie schließlich
in Flüsse
oder Teiche eintreten, was oft zur Erzeugung der umweltschädlichen "Roten Flut" und Schlamm in den
Gewässern
führt.
Des Weiteren werden Phosphate chemisch mit Substanzen harten Wassers
in Kühlflüssigkeit
reagieren und Ablagerungen erzeugen, welche zur Verschlechterung
der die Metallkorrosion hemmenden Eigenschaften der Kühlflüssigkeit
führen
werden. Weiterhin kann eine solche Ablagerung zu Verstopfungen der
Durchgänge
von Kühlsystemen
führen.
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Aminsalze neigen dazu, Nitrosamine,
eine mutmaßlich
karzinogene Substanz, durch chemisches Reagieren mit einem Nitrit
zu erzeugen, wenn sie zusammen in einer Kühlflüssigkeit enthalten sind. Silikate
sind in Kühlflüssigkeit
ziemlich instabil und werden wahrscheinlich gelieren, wenn sich
die Kühlmitteltemperatur oder
der pH verändert
oder wenn andere Salze coexistieren, was die Funktion der Korrosionshemmung
der Kühlflüssigkeit
verschlechtert. Borate neigen dazu, Aluminium und Aluminium-Legierungen
zu korrodieren. Nitrite lösen
sich im Allgemeinen schnell auf und verlieren damit ihre die Korrosion
hemmende Kraft.
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Das einfache Vermeiden der Verwendung
von Phosphaten, Aminsalzen, Silikaten, Boraten und Nitriten in Kühlmittel-Zusammensetzungen
könnte
eine Antwort auf solche Probleme sein. Kühlmittel-Zusammensetzungen
würden
jedoch, ohne solche Zusätze
zu enthalten, keine ausreichende Puffennrirkung bereitstellen und
die als ein Hauptinhaltsstoff enthaltenen Glykole würden oxidiert
werden. Als Ergebnis würde
der pH der Kühlflüssigkeit
erniedrigt werden, was zur Verflüssigung
und Korrosion von Metall in der Kühlflüssigkeit einladen würde, selbst
wenn andere Inhibitoren der Metallkorrosion enthalten sind.
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Entsprechend ist es ein Ziel der
vorliegenden Erfindung, eine Kühlmittel-Zusammensetzung ohne
die Verwendung von Phosphaten, Aminsalzen, Silikaten, Boraten oder
Nitriten bereitzustellen, die noch sowohl eine ausreichende Pufferung
als auch eine ausreichende Hemmung der Korrosion bereitstellen kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Kühlmittel-Zusammensetzung der
vorliegenden Erfindung enthält
Glykol als einen Hauptinhaltsstoff, wenigstens eine C4- bis C16-
Alkenylbernsteinsäure
oder ein Alkalimetallsalz davon in einer Menge von 0,5–5,0 Gew.-%
und wenigstens eine Benzoesäure
oder ein Derivat davon (einschließlich der Alkalimetallsalze)
in einer Menge von 0,5–5,0
Gew.-%, weiter dadurch gekennzeichnet, dass im wesentlichen keine
Phosphate, Aminsalze, Silikate, Borste oder Nitrite enthalten sind.
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Wenigstens eine C4- bis C16- Alkenylbernsteinsäure oder
ein Metallsalz davon in einer Menge von 0,5–5,0 Gew.-% kann sowohl eine
ausgezeichnete Hemmung der Metallkorrosion als auch eine Pufferung
in dem Arbeitsbereich von pH 6,5–8,0 bereitstellen. Wenigstens
eine Benzoesäure
oder ein Derivat davon (einschließlich der Alkalimetallsalze)
in einer Menge von 0,5–5,0
Gew.-% kann eine ausgezeichnete Hemmung der Metallkorrosion bereitstellen,
insbesondere für
Aluminium- und Eisenteile, und zur Stabilisierung harten Wassers
beitragen.
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Eine Magnesiumverbindung oder -verbindungen
können
der Kühlmittel-Zusammensetzung in
einer Menge von 0,001–0,5
Gew.-% zugesetzt werden, um die Hemmung der Metallkorrosion zu verbessern.
Solche Magnesiumverbindungen können
die Hemmung der Metallkorrosion insbesondere für Teile aus Aluminium und Aluminium-Legierungen
bereitstellen, selbst wenn sie mit einem Silikat oder Phosphat gemischt
sind, das in der Kühlflüssigkeit
verbleiben kann.
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Ein Triazol oder Triazole können der
Kühlmittel-Zusammensetzung
in einer Menge von 0,05–1,0 Gew.-%
zugesetzt werden, um die Hemmung der Metallkorrosion insbesondere
für Kupfer-Teile
zu verbessern.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Graph, der die Veränderung
der Pufferwirkung von Ausführungsform
1 zeigt.
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2 ist
ein Graph, der die Veränderung
der Pufferwirkung von Ausführungsform
2 zeigt.
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3 ist
ein Graph, der die Veränderung
der Pufferwirkung von Ausführungsform
3 zeigt.
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4 ist
ein Graph, der die Veränderung
der Pufferwirkung von Vergleich 2 zeigt.
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5 ist
ein Graph, der die Veränderung
der Pufferwirkung der Kontrolle zeigt.
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Genaue Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Eine Kühlmittel-Zusammensetzung gemäß der vorliegenden
Erfindung enthält
ein Glykol oder Glykole als einen Hauptinhaltsstoff. Solche Glykole
schließen
ein, sind jedoch nicht beschränkt
auf Ethylenglykol, Propylenglykol, 1,3-Butylenglykol, Hexylenglykol,
Diethylenglykol und Glycerin, unter welchen Ethylenglykol und Propylenglykol
vorzugsweise verwendet werden können.
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Die Kühlmittel-Zusammensetzung enthält zusätzlich wenigstens
eine C4- bis C16-Alkenylbernsteinsäure oder
ein Alkalimetallsalz davon in einer Menge von 0,5 – 5,0 Gew.-%.
Das Enthalten von weniger als 0,5 Gew.-% stellt keine ausreichende
Korrosionshemmung oder Pufferung bereit, während das Enthalten von mehr
als 5,0 Gew.-% die Inhibierung der Metallkorrosion nicht wirtschaftlich
verbessert.
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Die Kühlmittel-Zusammensetzung enthält weiterhin
wenigstens eine Benzoesäure
oder ein Derivat davon (einschließlich der Alkalimetallsalze)
in einer Menge von 0,5 –5,0
Gew.-%. Solche Derivate schließen
ein, sind jedoch nicht beschränkt
auf Alkylbenzoesäuren,
so wie p-tert.-Butylbenzoesäure
und Methylbenzoesäure, Phthalsäure, Isophthalsäure, o-Nitrobenzoesäure, m-Nitrobenzoesäure, p-Nitrobenzoesäure, Zimtsäure, Alkoxybenzoesäure und
die Alkalimetallsalze davon, unter welchen p-tert.-Butylbenzoesäure, Zimtsäure, Alkoxybenzoesäure und
die Alkalimetallsalze davon besonders bevorzugt sind.
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Wenigstens eine Benzoesäure oder
ein Derivat davon ist in einer Menge von 0,5– 5,0 Gew.-% enthalten. Das
Enthalten von weniger als 0,5 Gew.-% stellt keine ausreichende Verbesserung
der Hemmung der Metallkorrosion oder der Stabilisierung harten Wassers
bereit, während
das Enthalten von mehr als 5,0 Gew.-% die Hemmung der Metallkorrosion
nicht wirtschaftlich verbessert.
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Eine Magnesiumverbindung oder -verbindungen
können
zusätzlich
in einer Menge von 0,001–0,5 Gew.-%
enthalten sein. Solche Magnesiumverbindungen schließen ein,
sind jedoch nicht beschränkt
auf Magnesiumhydroxid, Magnesiumoxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumsulfat,
Magnesiumnitrat, Magnesiumbenzoat, Magnesiumglutamat, Magnesiumsuccinat,
Magnesiumphthalat, Magnesiumsalicylat, Magnesiummaleat und Magnesiumchlorid.
Das Enthalten von weniger als 0,001 Gew.-% stellt keine ausreichende
Verbesserung der Hemmung der Metallkorrosion bereit, während das
Enthalten von mehr als 0,5 Gew.-% die Hemmung der Metallkorrosion
nicht wirtschaftlich verbessert.
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Ein Triazol oder Triazole können zusätzlich in
einer Menge von 0,05–1,0
Gew.-% enthalten sein, um die Hemmung der Metallkorrosion zu verbessern.
Solche Triazole schließen
ein, sind jedoch nicht beschränkt auf
Tolyltriazol und Benzotriazol.
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Eine Kühlmittel-Zusammensetzung der
vorliegenden Erfindung kann optional ein Antischaummittel und/oder
einen Farbstoff enthalten. Andere bekannte Inhibitoren der Metallkorrosion,
so wie Molybdat, Wolframat, Sulfat, Nitrat, Mercaptobenzotriazol
oder ein Alkalimetallsalz oder Salze davon können auch wahlweise zugegeben
werden.
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Vergleichstest:
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Die Ausführungsformen 1–3 werden
gemäß der vorliegenden
Erfindung hergestellt, welche mit den Vergleichen 1–3 und der
Kontrolle verglichen werden. Die jeweiligen Inhaltsstoffe dieser
Präparate
sind in Tabelle 1 angegeben.
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Die Ausführungsform 1 bestand aus Octenyl-bernsteinsäureanhydrid
(2,0 Gew.-%), Methylbenzoesäure
(2,0 Gew.-%), Tolyltriazol (0,3 Gew.-%), Wasser (2,0 Gew.-%), Kaliumhydroxid
(1,88 Gew.-%) und Ethylenglykol (91,82 Gew.-%), auf pH 7,8 eingestellt
(30 Vol.-%).
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Die Ausführungsform 2 bestand aus Octenyl-bernsteinsäureanhydrid
(2 Gew.-%), p-tert-
Butylbenzoesäure
(2,0 Gew.-%),Tolyltriazol (0,3 Gew.-%), Wasser (2,0 Gew.-%), Kaliumhydroxid
(1,70 Gew.-%) und Ethylenglykol (92,00 Gew.-%), auf pH 7,8 eingestellt
(Vol.-%).
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Die Ausführungsform 3 bestand aus Octenyl-bernsteinsäureanhydrid
(2,0 Gew.-%), p-tert – Butylbenzoesäure (2,0
Gew.-%), Tolyltriazol (0,3 Gew.-%), Magnesiumnitrat (0,01 Gew.-%),
Wasser (2,0 Gew.-%), Kaliumhydroxid (1,70 Gew.-%) und Ethylenglykol
(91,99 Gew.-%), auf pH 7,8 eingestellt (30 Vol.-%).
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Vergleich 1 bestand aus Octenyl-bernsteinsäureanhydrid
(4,0 Gew.-%), Tolyltriazol (0,3 Gew.-%), Wasser (2,0 Gew.-%), Kaliumhydroxid
(2,13 Gew.-%) und Ethylenglykol (91,57 Gew.-%), auf pH 7,8 eingestellt (30
Vol.-%).
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Vergleich 2 bestand aus Methylbenzoesäure (4,0
Gew.-%), Tolyltriazol (0,3 Gew.-%),
Wasser (2,0 Gew.-%), Kaliumhydroxid (1,62 Gew.-%) und Ethylenglykol
(92,08 Gew.-%), auf pH 7,8 eingestellt (30 Vol.-%).
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Die Kontrolle bestand aus Sebacinsäure (1,0
Gew.-%), Benzoesäure
(3,0 Gew.-%), Natriumnitrat (0,2 Gew.-%), Wasser (2,0 Gew.-%), Kaliumhydroxid
(1,92 Gew.-% und Ethylenglykol (93,88 Gew.-%), auf pH 7,8 eingestellt
(30 Vol.-%).
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Tests zur Metallkorrosion wurden
in Übereinstimmung
mit dem japanischen Industrie Standard (JIS) K 2234-1987 Typ 2 durchgeführt, welcher
Kriterien für
Kühlmittel-Zusammensetzungen
bereitstellt. Diese Ausführungsformen
der Kühlmittel-Zusammensetzungen,
Vergleiche und Kontrollen, wurden mit Wasser auf 30 Vol.-% verdünnt. Die
in diesen Tests verwendeten Metallstücke waren jeweils auch aus
Gußaluminium,
Gußeisen,
Stahl, Messing, Lot und Kupfer hergestellt.
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Die Testergebnisse sind in Tabelle
2 gezeigt. Wie in Tabelle 2 gezeigt, haben die Ausführungsformen 1 – 3, Vergleich
2 und die Kontrolle ausgezeichnete Hemmungen der Metallkorrosion
gezeigt, die gut innerhalb der Kriterien des JIS fallen, während Vergleich
1 ein schlechteres Ergebnis gezeigt hat. Das Aussehen des Aluminiumstückes, das
für Vergleich
1 getestet wurde, zeigte eine teilweise Aufrauhung auf der Oberfläche.
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Puffertests wurden dann für die Ausführungsformen
1–3 ausgeführt, Vergleich
2 und die Kontrolle, um ihre jeweiligen Puffer-Aktivitäten zu untersuchen.
Alle diese Zusammensetzungen wurde mit Wasser auf 10 Vol.-% für die Tests
verdünnt.
Eine Salzsäurelösung von
1/10 N wurde periodisch in diese Lösungen getropft und die Veränderungen
des pH wurden jeweils gemessen. Die Ergebnisse der Tropftests sind
in 1-5 gezeigt, wobei 1 für
Ausführungsform
1 steht, 2 für Ausführungsform
2 steht, 3 für Ausführungsform 3
steht, 4 für Vergleich
2 steht und 5 für die Kontrolle
steht.
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Diese Figuren zeigen, dass die Ausführungsformen
1–3 ihre
pH-Werte sehr gut beibehielten (die Veränderungen waren langsam) und
sich Ihre Werte nach etwa pH 6,5 kaum veränderten, während die pN-Werte von Vergleich
2 und Kontrolle schnell unterhalb pH 6,5 gingen.
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Vergleich 2 und die Kontrolle kamen
beide bei einem niedrigen pH an, nahe pH 6,5, mit viel weniger Salzsäure als
die Ausführungsformen
1–3. Fünf bis sechs
mal so viel Salzsäure
wurde zu Ausführungsformen 1–3 hinzugegeben,
bevor ihre jeweiligen pH-Werte auf etwa pH 6,0 fielen.
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Diese Tests zeigen, dass Kühlmittel-Zusammensetzungen,
so wie nämlich
die Ausführungsformen 1–3, die
geeignete Mengen eines Glykols oder Glykole umfassen, wenigstens
eine C4- bis C16- Alkenylbernsteinsäure oder ein Alkalimetallsalz
davon und wenigstens eine Benzoesäure oder ein Derivat davon
(einschließlich
der Alkalimetallsalze) eine ausgezeichnete Hemmung der Metallkorrosion
zusammen mit einer ausgezeichneten Pufferwirkung bereitstellen können.
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Während
die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben worden ist, können Abänderungen gemacht werden und
andere Ausführungsformen
können
erdacht werden, ohne vom Geist der Erfindung und dem Umfang der
angehängten
Ansprüche
abzuweichen.
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