Антифриз

Винахід стосується розробки антифризів та їх композицій, які використовуються як охолоджуючі рідини в двигуна х вн утрішнього згораяяя автомобілів, працюючих в широкому температурному інтервалі від +100 до 40°С. Відома композиція антифриза на основі етиленгліколю та води, яка містить в якості антикорозійних добавок слідуючі складові, (Композиция антифриза. Камеи Теруо, Фудзии Цуиеєси, Саотоме Минору, Цуда Фукухито, Магдо Хисао; Ниппонсекубан кагаку коге. К.К.Маруда. Заявка 62-115081, Япония. Заявл.13.11.85, №60-252858; опубл. 26.05.87. МКИС 09К 3/00), мас.%: ортофосфорну кислоту, або її солі 0,1-5.0 лужних металів ароматичну багатоосновну 0,05-1,0 кислоту солі лужних металів молібденової 0,1-1,0 або вольфрамової кислоти натрієву сіль 20,05.7,0 меркаптобензотіазола сполуку загальної формули 1,0-30,0 H(ОА)n ОН, де А - алкилен С 2-С3 n=2/10 Недоліком даної композиції антифризу с низькі протизносні та інші експлуатаційні властивості в широкому температурному інтервалі дії, а також високе її спінювання. Відома рідина для автомобільних систем охолодження слідуючого складу, [Spocob wytwarzania plunu do chlodnic samochodowych. Cieslak Kizimierz, Wawrzyniak Alicja; Przedsiebiorstwo Chemit Gospodarczej Progryn". Пат. 112196, ПНР. Заявл. 10.07.78 №208288, опубл. 30.12.81. МКИ СО 9 К З/00], мас.%: монопропиленгліколь 45,0 дипропиленгліколь 7,5 бура 1,41 дінатрієва сіль ортофосфорної кислоти 0,08 анілін 0,22 триетаноламін 0,135 натрієва сіль 2-меркаптобензотіазолу 0,005 Siplian E-3 0,05 желатина 0,1 вода до 100.0 Недоліком даної рідини для автомобільних систем охолодження є низькі протизносні, антиокислювальні та інші експлуатаційні характеристики в широкому температурному інтервалі. Найбільш близькими до винаходу за технічною суттю та досягнутими результатами є промислова охолоджуюча рідина для автомобілів внутрішнього згорання ТОСОЛ А-40М, яка представляє собою водний розчин етиленгликолю з пакетом інгібіруючих, антиокислювальних, протинакипних та фарбникових добавок слідуючого складу (Химия автолюбителей. Под ред. проф. А.Я.Малкина. - Л.:Химия, 1990,318 с.), (прототип), мае. %: етиленгліколь 58-66 вода 44 добавки (присадки) понад 100,0 Недоліком даної охолоджуючої рідини для автомобілів внутрішнього згорання є більш низькі протизносні, антифрикційні і протикорозійні властивості, що не дозволяє більш ефективно використовувати її при експлуатації автомобілів. Завданням винаходу є підвищення протизносних, антифрикційних ти противокорозійних властивостей охолоджуючих рідин на основі водно-гліколевих розчинів. Поставлене завдання досягається тим, що до антифризу який включає еталенгліколь, воду та пакет присадок, до складу якого входять: бензойна кислота, гідроксид натрію, тетраборат натрію, нітрит калію, 2метилбензотіазол, н-бутиловий спирт, поліметилсілоксан ПМС-200 і метиленовий синій, відрізняючийся тим, що для покращення протикарозійних та механічно-змащувальних властивостей до пакета присадок додатково вводять ефір борної кислоти та моноетаноламіну [NН2(СН2)2О]В(ОН)2 в кількості 1,5 мас. % при слідуючому співвідношенні компонентів, мас.%: етиленгліколь 54-60 Вода 43,5-46,0 пакет присадок понад 100,0 до складу яких входять: бензойна кислота 1,2650-1,2740 гідроксид натрію 0,4938-0,4971 тетраборат натрію 0,7140-0,7160 Нітрит калію 0,1136-0,1142 2-меркаптобензотіазол 0,0022-0,0028 н-бутиловий спирт 0,0423-0,0432 поліметилсилоксан ПМС-200 0,0048-0,0052 ефір борної кислоти і 1,5000-1,5103 моноетаноламіну [NH2(CH2)2O]B(OH) 2 метиленовий синій 0,0011-0,0013 Суттєвою відміною винаходу є введення до складу охолоджуючої рідини для двигунів внутрішнього згорання поліфункціональної добавки ефіру борної кислоти і моноетаноламіну. Так, відомо (Фирсов А.П., Мымрин Я.А., Ма тросова Г.И. Специальные жидкости для техники, работающие при низких температурах // Химмотол. теория практич. рациональн. использования горюч. и смазоч. материалов в те хнике. - М. -Те хника, 1985. -С.143-149), що бензоат натрію, 2-меркаптобензотіазол, нітрит натрію та тетраборат натрію широко використовуються в складі охолоджуючих рідин, що працюють при низьких температурах як комплексні протикорозійні добавки. Введена нами до складу водно-етиленгліколевої охолоджуючої рідини борорганічної добавки в концентрації 1.0-2.0% мас. відносно основного складу (таблиця 1) значно покращує протикорозійні її властивості (таблиця 2). Очевидно, це пов'язано з покращенням захисних властивостей адсорбційної плівки, що утворюється яа поверхні металу [Калинин А.А„ Мельников B.I',, Колобов Ю.М. Улучшение смазочной способности водно-этиленгликолевой жидкости// Хим.техяолог. топлив и масел. 1983.-№3. -с.23-24]. Таким чином, водно-еиленпнколева охолоджуюча рідина, згідно до заявляемого винаходу, до складу якої входить комплекс багатоцільових добавок, включаючи і борорганічну сполуку, має покращені протикорозійні властивості, Наводимо приклад конкретного використання. Приклад 1. Наважку 12,65г. бензойної кислоти і 10.01 мл. етиленгліколю переміщують при температурі 25°C до повного її розчинення. Потім добавляють розчин 4.94г. гідроксиду натрію в 10.0 мл. дистильованої води. Отриманий розчин бензоата натрію добавляють до розчину 540 мл. етиленгліколю та 424 мл. води, а потім додатково, 7,14г, тетраборату натрію, 1,14 г нітриту калію, 0,022 г 2-меркаптобензотіазолу, 0,423 г н-бутилового спирту, 0,048 г поліметилсилоксану ПМС-200А, 1,5 г борорганічної сполуки та 0,0011 г метиленового синього. Означену суміш ретельно перемішують при температурі 65°C на протязі 30 хвилин до утворення гомогенної блакитної, або темно-блакитної рідини. Отримані таким чином охолоджуючі рідини (антифризи), деякі склади яких наведені в таблиці 1, досліджували на захисну дію проти корозії (таблиця 2) та у якості протизносної та антифрикційної складової (таблиця 3). Таблиця 1 Склади деяких охолоджуючих рідни Позначення антифризу для дослідження 1 2 3 4 5 6 Вміст компонентів, мас.% Водно-етиленгліколева основа Пакет багатоцільових добавок понад 100,0 етиленгліколь вода боран Інші добавки 52,5 47,5 1,0 1,8 53,0 47,0 1,0 1,8 54,0 46,4 1,5 1,8 53,0 47,0 2,0 1,8 52,5 47,5 2,0 1,8 54,0 46,4 1,8 Випробування охолоджуючих рідин на протикорозійну активність проводили на типовій установці, яка складалась із реактора з мішалкою, а також металевих зразків сталі марки Ст.3. Випробування проводили при атмосферному тиску, температурі 80°С на протязі 2 годин. Агресивне середовище моделювали розчиненням у 1000,0 мл дистильованої води 30г хлориду натрію та 3г льодової оцтової кислоти. Холосту пробу готували шля хом добавляння до 550,0мл розчину агресивного середовища 150мл дослідженого водно-гліколевого охолоджуючого розчину (дослід 6,табл.1), Робочі проби готували шля хом добавляння до 500,0мл розчину агресивного середовища 200мл водногліколевої основи, та багатоцільового пакета добавок (1,8% мас.) і необхідної кількості (1,0; 1,5; 2,0%мас.) борорганічної сполуки згідно до таблиці І. Приклад 2. Вмикали обігрівання прикладу для визначення швидкості корозії таким чином, щоб у термостатованому середовищі досягти постійної температури 8O°C. Після досягнення цієї температури занурювали у водяну баню реактор з робочим розчином та дослідними металевими зразками, закріплювали його та включали перемішування до утворення інтенсивного турбулентного потоку рідини. При досягненні температури 80°С у реакторі включали секундомір та витримували металеві зразки у реакційній масі протягом 2 годин, Обробку результатів дослідження ефективності охолоджуючих рідин проти корозії проводили за методиками та розрахунковими формулами приведеними у (Куделин Ю.И., Легезин Н.Е. Методические указания по испытанию ингибиторов коррозии для газовой промышленности. - РАО “Г АЗПРОМ” - М.: ВНИИГАЗ. -1998.-39с.). Швидкість корозії Vкор. (г/м 2*2) визначали за формулою: g -g Vк = 1 2 , де S*t g1 - маса зразка до випробувань, г; g2 - маса зразка після випробувань, г; S - поверхня зразка, м 2; t - термін випробувань, годин. Захисну дію досліджених інгібіторів корозії (Z,%) визначали по втраті маси контрольних зразків в присутності борорганічної сполуки та в його відсутності згідно до формули: K - Ku Z= * 100 де K K- швидкість корозії зразка в присутні борорганічної сполуки, г/м 2*год; Ku- швидкість корозії зразка в відсутності борорганічної сполуки г/м 2*год. Отримані результати приведені в таблиці 2. Таблиця 2 Результати досліджень захисної дії проти корозії охолоджуючих рідни Позначення охолоджуючої рідини проти корозії 1 2 3 4 5 6 7 Концентрація борорганічної сполуки, г/л 1,0 1,0 1,5 2,0 2,0 Швидкість корозії, (Укор.), г/м 2*год Захисна дія(Z),% 8,11/132 8,05/132 5,12/132 5,03/132 5,07/132 10,06/130 12,13/126 93,9 93,9 96,1 96,2 96,2 92,3 90,4 Примітки: чисельник - результати дослідження швидкості корозії металевих зразків в присутні Інгібіторів корозії; знаменник - результати дослідження швидкості корозії металевих зразків без інгібіторів корозії; дослід 7 авторідина охолоджуюча "ТОСОЛ А- 40 М", ТОО "ВАМП" (м. Черкаси), ТУ У 6-05761245 070-97. Приведені у таблиці 2 дані вказують на високі захисні властивості охолоджуючих рідин при використанні в їх складі борорганічної сполуки. Так, наприклад, у випадку складу 3 захисна дія збільшується від 92,3% для аналогічних охолоджуючих рідин без борорганічної сполуки до 96,1%, а в порівнянні з промисловим зразком "ТОСОЛ А -40 М" (ТУ У 6-05761246070-97), відповідно, від 90,4% до 96,1%. Протизносні та антифрикційні властивості охолоджуючих рідин згідно заявляемого винаходу ( склади 1-6, таблиця 1) та промислового зразку "ТОСОЛ А - 40 М" (ТУ У 6-05761246 070-97) досліджували на машині тертя, аналогічній СМЦ-2 з парами тертя колодка-ролик зі швидкістю 3,0м/с і шляхом тертя 5000м. Матеріал ролика Ст..45, колодки БрАЖ-9-4, які мають коефіцієнт взаємного перекривання 0,12 і початкову жорсткість 0,30-0,62 та 0,62-0,80мкм відповідно. При дослідженні знос регістрували ваговим методом на аналітичних важелях її класу точності тип у ВЛР-200 ГОСТ 24104-80. Вагову інтенсивність зносу визначали по формулі: g Ig = де Sn * L g - утрата ваги зразку, г; Sn - площа контакту, см"; L - шлях тертя, см. Температуру в зоні тертя вимірювали хромель-капельовою термопарою, а силу тертя з допомогою гензобалки. Досліджені склади охолоджуючих рідни проводили при навантаженнях 10,0 та 20,0кг/см 2, що можуть мети місце в момент запуску двигуна в зимній період експлуатації автомобілів внутрішнього згорання. При цьому відомо, що для покращення протизносних і антифрикційних властивостей водно-гліколевих рідин до їх складу вводять спеціальні добавки, серед яких є борорганічні сполуки та продукти їх взаємодії з амінами, імідазолінами, тощо (Draw М. Metal-based lubricant compositions. London Data Corp.-1975. -350p.). Ме ханізм протизносної та антифрикційної дії таких добавок досить складний та неоднозначний. Очевидно, борорганічні сполуки мають високу адгезію до металевої поверхні, формують при ньому ДГЄЗИВ на ювенільній металевій поверхні, розтворяючи оксидні поверхневі плівки. Поверхневі плівки, які утворюють борорганічні сполуки, наприклад, ефір борної кислоти, моноетаноламіну, допомагають зменшенню тангенційних сил і площі контакту металевих поверхней (Крагельский И.В. Трение и износ. М.: Машиностроение, - 1968.- 479 с.). Отримані результати досліджень протизносних та анти фрикційних властивостей охолоджуючи х рідин приведені в таблиці 3. Наведені у таблиці 3 дані засвідчать, що протизносні та антифрикційні дані охолоджуючих рідин, згідно до заявляемого винаходу, суттєво кращі, якщо до їх складу входять борорганічні сполуки (склад 3) І значно перевершують ці показники відносно промислового тосолу (ТУ У 6-05761246 070-97), склад 7, як при навантаженні 10,0кг/см 3, так і при 20,0кг/см 3. Таблиця 3 Анти фрикційні та протизносні властивості водно-гліколевих охолоджуючи х рідин Позначення антифризу для дослідження 3 Навантаження, Ртах, кг/см 2 10,0 Ig, г 0,0 Примітки 20,0 f 0,0 Ig, г 0,0 f 0,025 6 7 0,0 0,005 0,0 0,01 0,005 0,02 0,043 0,068 Примітка: склад 7- авторідина охолоджуюча "ТОСОЛ А-40М", ТОО "ВАМП" (М.Черкаси), ТУ У 6-05761246 07097. Таким чином, заявляемі охолоджуючі рідини (антифризи) до складу яких входить ефір борної кислоти та моиоетаноламіну володіють комплексною дією: - забезпечують високі протизносні властивості; - мають значні протизносні та антифрикційні властивості. Враховуючи отримані дані з узагальненням властивостей запропонованих охолоджуючих рідин, останні можуть бути використані як ефективні антифризи для двигунів вн утрішнього згорання (склад 3), вміст компонентів якого приведений у таблиці 1.