專利名稱：一種發(fā)動機冷卻液及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)動機冷卻液及其制備方法。
背景技術(shù)：
市面上使用的發(fā)動機冷卻液大多為乙二醇的水溶液，水作為主要冷卻介質(zhì)，將燃料燃燒過程中的熱量帶走；但是水的冰點較高，所以采用乙二醇降低冷卻液的冰點；同時， 為了保證發(fā)動機冷卻系統(tǒng)各金屬部件在使用過程中不被冷卻液腐蝕，通常在冷卻液中加入各種緩蝕劑。由于乙二醇價格較高使得發(fā)動機冷卻的成本昂貴，技術(shù)人員開始尋求既能有效降低冷卻液冰點又不影響緩蝕性能的冷卻介質(zhì)。例如，US5104562公開一種含有甲酸鹽、乙酸鹽、含或不含尿素、含或不含乙二醇的冷卻液配方，該配方能夠降低冷卻液的冰點，但是，該配方對金屬材料的腐蝕性很強，不能滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0521-1999《汽車及輕負(fù)荷發(fā)動機
用乙二醇型冷卻液》。CN1147006A中公開了一種防凍液，該防凍液中包括甘醇、蒸餾水、三乙醇胺、多聚磷酸鈉、水解那來酸酐、EDTA或其二鈉鹽和亞甲基蘭染料。該防凍液中，EDTA能與金屬離子絡(luò)合，從而防止防凍液結(jié)冰起垢。但是，該防凍液仍然對發(fā)動機金屬部件具有較大的腐蝕。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的發(fā)動機冷卻液成本和冰點高、易腐蝕發(fā)動機金屬零部件的技術(shù)問題。本發(fā)明提供了一種發(fā)動機冷卻液，所述發(fā)動機冷卻液含有水、乙二醇、碳原子數(shù)為 1-2的羧酸或羧酸鹽、硅酸鹽和添加劑，其中，所述添加劑中含有三價稀土元素的EDTA螯合物。本發(fā)明還提供了該發(fā)動機冷卻液的制備方法，包括以下步驟a.將碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽與添加劑溶于水中，調(diào)節(jié)pH值不小于9，記為溶液A ；添加劑中含有三價稀土元素的EDTA螯合物；b.將硅酸鹽溶于水中，形成硅酸鹽溶液；將硅酸鹽溶液加入溶液A中，攪拌均勻， 記為溶液B;C.過濾溶液B，濾液中加入乙二醇，攪拌均勻，得到所述發(fā)動機冷卻液。本發(fā)明提供的發(fā)動機冷卻液，采用碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽降低發(fā)動機冷卻液的冰點；另外，采用三價稀土元素的EDTA螯合物提高發(fā)動機冷卻液的緩蝕性能。由實施例的測試結(jié)果可以看出，本發(fā)明的發(fā)動機冷卻液的冰點低至_26°C，根據(jù)SH/T 0085測得的該防凍液對6種金屬的腐蝕量較小，符合標(biāo)準(zhǔn)。另外，本發(fā)明中采用碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽、三價稀土元素的EDTA螯合物，乙二醇的含量相對降低，發(fā)動機冷卻液的成本大大降低。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種發(fā)動機冷卻液，所述發(fā)動機冷卻液含有水、乙二醇、碳原子數(shù)為 1-2的羧酸或羧酸鹽、硅酸鹽和添加劑，其中，所述添加劑中含有三價稀土元素的EDTA螯合物。發(fā)動機金屬零部件與冷卻液時，金屬表面活性不同會形成眾多微小腐蝕電池，活潑部位為陽極，發(fā)生氧化反應(yīng)，不活潑部位為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)，發(fā)動機冷卻液的緩蝕機理有三種(一)陽極鈍化陽極型金屬緩蝕劑在陽極形成鈍化保護膜，增大陽極極化而使腐蝕電位正移，從而抑制陽極反應(yīng)，使金屬腐蝕得到抑制；(二)陰極鈍化陰極型金屬緩蝕劑在陰極區(qū)形成陰極沉積膜，覆蓋在金屬表面，抑制陰極反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行；(三)混合抑制能同時抑制陽極反應(yīng)與陰極反應(yīng)的金屬緩蝕劑，對陽極陰極過程均有抑制作用，雖然腐蝕電位變化不大，但腐蝕電流大幅減小。本發(fā)明的發(fā)明人通過大量實驗發(fā)現(xiàn)，三價稀土元素的EDTA螯合物能有效提高發(fā)動機冷卻液的緩蝕性能。發(fā)動機正常工作時，冷卻液溫度一般為80-110°C，冷卻液中為富氧體系；三價稀土元素的EDTA螯合物會被氧氣氧化成稀土元素的四價氧化物，并沉積在發(fā)動機零部件金屬表面，阻礙了氧擴散到金屬表面發(fā)生陰極極化反應(yīng)；另外，稀土元素的四價氧化物彌散分布遮蓋了金屬錫表面，使單位面積的實際電流增大，即電流密度增大，有利于金屬進(jìn)入鈍化區(qū)，從而抑制陽極反應(yīng)。本發(fā)明中，以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)，三價稀土元素的EDTA螯合物的含量為 0. 01-0. 1%。優(yōu)選情況下，三價鑭系元素的EDTA螯合物的含量為0. 03-0. 09%。以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)，水的含量為50-80%，乙二醇的含量為13-36%， 碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽的含量為5-22%，硅酸鹽的含量為0. 01-0. 2%，添加劑的含量為1_4%。優(yōu)選情況下，以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)，水的含量為50-70%，乙二醇的含量為17-34%%，碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽的含量為5-17%，硅酸鹽的含量為 0. 05-0. 16%，添加劑的含量為1-3. 7% ο化學(xué)元素周期表第IIIB族中原子序數(shù)為21、39和57_71的17種化學(xué)元素，統(tǒng)稱為稀土元素，即鑭系元素以及與鑭系元素在化學(xué)性質(zhì)上相近的鈧(Sc)和釔(Y)。其中，鑭系元素具體包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥。自然環(huán)境中，稀土元素一般以+3氧化態(tài)的形式存在；因此本發(fā)明的發(fā)動機冷卻液采用三價稀土元素的螯合物。 優(yōu)選情況下，所述三價稀土元素為La、Ce或Y。對應(yīng)地，所述三價稀土元素的EDTA螯合物可以采用 EDTA-La、EDTA-Ce 或 EDTA-Y。所述碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽即甲酸(鹽)或乙酸(鹽)。具體地，甲酸鹽可以采用甲酸鈉或甲酸鉀等水溶性甲酸鹽；類似的，乙酸鹽可以采用乙酸鈉或乙酸鉀等水溶性乙酸鹽。所述硅酸鹽為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的各種硅酸鹽，例如可以采用九水硅酸鈉、 五水硅酸鹽、無水硅酸鹽。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識，發(fā)動機冷卻液的添加劑還含有硼酸鹽、鉬酸鹽、 脂肪酸或脂肪酸鹽、硝酸鹽、苯三唑和PH調(diào)節(jié)劑。以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)，硼酸鹽的含量為0. 1-1. 2%，鉬酸鹽的含量為0. 01-0. 1%，有機酸鹽的含量為0. 01-0. 2%、硝酸鹽的含量為0. 01-0. 2%、苯三唑的含量為0. 01-0. 1%，ρΗ調(diào)節(jié)劑的含量為0. 01-0. 3%。所述硼酸鹽可以采用硼砂。所述鉬酸鹽選自鉬酸鈉或鉬酸鉀。所述脂肪酸選自丁酸、丁二酸、苯甲酸、二硝基苯甲酸、己酸、庚酸、辛酸、異辛酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、己二酸、庚二酸、辛二酸和癸二酸中的一種或多種。所述PH值調(diào)節(jié)劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員常用的各種水溶性堿金屬氧化物，例如NaOH或KOH。本發(fā)明的發(fā)動機冷卻液中還可以含有硅酸鹽穩(wěn)定劑、染料和消泡劑。以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)，硅酸鹽穩(wěn)定劑的含量為0.01-0. 03%，染料的含量為1-lOppm，消泡劑的含量為l-100ppm。其中，硅酸鹽穩(wěn)定劑用于防止發(fā)動機冷卻液在長期放置時生成硅酸鹽沉淀，染料用于區(qū)分在汽車上使用的其它顏色的液體，消泡劑用于保證發(fā)動機冷卻液在冷卻系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)流動時不會產(chǎn)生氣泡。所述硅酸鹽穩(wěn)定劑為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知，例如可以選自鋁酸鈉、甘露醇、聚丙烯酸、改性硅氧烷。所述染料的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如可以選自熒光綠(又稱熒光素鈉)、熒光黃、熒光紅、溴百里酚蘭、甲基紅。所述消泡劑的種類為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，例如可以采用醚消泡劑或有機硅消泡劑，符合上述條件的消泡劑可以通過商購得到，例如，楚鷹化工公司生產(chǎn)的CY-XPl有機硅消泡劑等。本發(fā)明提供了所述發(fā)動機冷卻液的制備方法，包括以下步驟a.將碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽與添加劑溶于水中，調(diào)節(jié)pH值不小于9，記為溶液A ；添加劑中含有三價稀土元素的EDTA螯合物；b.將硅酸鹽溶于水中，形成硅酸鹽溶液；將硅酸鹽溶液加入溶液A中，攪拌均勻， 記為溶液B ；c.過濾溶液B，濾液中加入乙二醇，攪拌均勻，得到所述發(fā)動機冷卻液。按照本發(fā)明提供的制備方法，先將碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽與添加劑溶于部分水中，使PH值不小于9，記為溶液A ；另外，將硅酸鹽溶液剩余水中配制硅酸鹽溶液，然后倒入A中，得到溶液B。為避免硅酸鹽溶液倒入溶液A中時產(chǎn)生沉淀，可先在溶液A中加入硅酸鹽穩(wěn)定劑。過濾溶液B，濾液中加入乙二醇，隨后加入染料和消泡劑攪拌均勻，得到本發(fā)明所述的發(fā)動機冷卻液。下面通過實施例對進(jìn)一步的說明本發(fā)明提供的發(fā)動機冷卻液及其制備方法。實施例、對比例中所采用原料均通過商購得到。實施例1(1)在容器中加入去離子水500重量份，再加入乙酸鉀50重量份、EDTA-La 0. 1重量份、硼砂10重量份、鉬酸鈉0. 6重量份、癸二酸1重量份、苯甲酸鈉5重量份，硝酸鈉1重量份、苯三唑1重量份、氫氧化鈉2重量份，攪拌至溶解；最后加入硅酸鹽穩(wěn)定劑改性硅氧烷 N4144 (分子式為CH3O (CH2CH3O) 7.8C3H6Si (OCH3) 3) 0. 3重量份，攪拌均勻，得到溶液Al。(2)在另一容器中加入去離子水100重量份，再加入九水硅酸鈉2重量份攪拌至溶解，配制硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液加入溶液Al中，攪拌均勻，得到溶液Bi。(3)過濾溶液Bi，濾液中加入乙二醇327重量份、加入5ppm熒光素鈉和50ppm有機硅消泡劑，攪拌均勻，得到本實施例的發(fā)動機冷卻液Sl。對比例1采用與實施例1相同的方法制備本對比例的發(fā)動機冷卻液，不同的是，步驟(1)中不加入EDTA-La和乙酸鉀。通過上述步驟，得到本對比例的發(fā)動機冷卻液DS1。
對比例2采用與實施例1相同的方法制備本對比例的發(fā)動機冷卻液，不同的是，步驟(1)中不加入EDTA-La。通過上述步驟，得到本對比例的發(fā)動機冷卻液DS2。對比例3采用與實施例1相同的方法制備本對比例的發(fā)動機冷卻液，不同的是，步驟(1)中采用0. 1重量份的EDTA 二鈉鹽取代實施例1中的EDTA-La。通過上述步驟，得到本對比例的發(fā)動機冷卻液DS3。實施例2(1)在容器中加入去離子水500重量份，再加入甲酸鈉187重量份、EDTA-Ce 0. 9 重量份、硼砂9. 6重量份、鉬酸鈉0. 3重量份、癸二酸0. 5重量份、苯甲酸鈉6重量份，硝酸鈉1重量份、苯三唑0. 5重量份，氫氧化鈉1. 9重量份，攪拌至溶解；最后加入硅酸鹽穩(wěn)定劑改性硅氧烷N4144 (分子式CH3O (CH2CH3O) 7.8C3H6Si (OCH3) 3) 0. 3重量份，攪拌均勻，得到溶液 A2。( 在另一容器中定量加入去離子水100重量份，再加入九水硅酸鈉2重量份攪拌至溶解，配制硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液加入溶液A2中，攪拌均勻，得到溶液B2。(3)過濾溶液B2，在濾液中加入乙二醇190重量份、加入5ppm熒光素鈉和50ppm 有機硅消泡劑，攪拌均勻，得到本實施例的發(fā)動機冷卻液S2。實施例3(1)在容器中加入去離子水480重量份，再加入乙酸鉀100重量份、EDTA-Y 0. 5重量份、硼砂10. 3重量份、鉬酸鈉0. 6重量份、十二烷酸1重量份、丁酸鈉5重量份，硝酸鈉1 重量份、苯三唑1重量份、氫氧化鈉2重量份，攪拌至溶解；最后加入硅酸鹽穩(wěn)定劑鋁酸鈉 0. 3重量份，攪拌均勻，得到溶液A3。(2)在另一容器中加入去離子水70重量份，再加入九水硅酸鈉1. 3重量份攪拌至溶解，配制硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液加入溶液A3中，攪拌均勻，得到溶液B3。(3)過濾溶液B3，濾液中加入乙二醇327重量份、加入5ppm熒光素鈉和50ppm有機硅消泡劑，攪拌均勻，得到本實施例的發(fā)動機冷卻液S3。實施例4采用與實施例3相同的方法制備本實施例的發(fā)動機冷卻液，不同之處在于步驟 (1)中在容器中加入去離子水480重量份，再加入乙酸鉀100重量份、EDTA-Er 0. 5重量份、硼砂10. 3重量份、鉬酸鈉0. 6重量份、十二烷酸1重量份、丁酸鈉5重量份，硝酸鈉1重量份、苯三唑1重量份、氫氧化鈉2重量份，攪拌至溶解；最后加入硅酸鹽穩(wěn)定劑鋁酸鈉0. 3 重量份，攪拌均勻，得到溶液A4 ；通過上述步驟，得到本實施例的發(fā)動機冷卻液S4。實施例5采用與實施例3相同的方法制備本實施例的發(fā)動機冷卻液，不同之處在于步驟 (1)中在容器中加入去離子水500重量份，再加入乙酸鉀80重量份、EDTA-Gd 0.8重量份、 硼砂10重量份、鉬酸鉀0. 6重量份、庚酸1重量份、丁酸鈉5重量份，硝酸鉀1重量份、苯三唑1重量份、氫氧化鉀2重量份，攪拌至溶解；最后加入硅酸鹽穩(wěn)定劑鋁酸鈉0. 3重量份，攪
6拌均勻，得到溶液A5;通過上述步驟，得到本實施例的發(fā)動機冷卻液S5。實施例6采用與實施例3相同的方法制備本實施例的發(fā)動機冷卻液，不同之處在于步驟 (1)中在容器中加入去離子水500重量份，再加入乙酸鉀80重量份、EDTA-Sm 0.8重量份、 硼砂10重量份、鉬酸鉀0. 6重量份、庚酸1重量份、丁酸鈉5重量份，硝酸鉀1重量份、苯三唑1重量份、氫氧化鉀2重量份，攪拌至溶解；最后加入硅酸鹽穩(wěn)定劑鋁酸鈉0. 3重量份，攪拌均勻，得到溶液A6;通過上述步驟，得到本實施例的發(fā)動機冷卻液S6。實施例7(1)在容器中加入去離子水557重量份，再加入乙酸鉀220重量份、EDTA-Sc 0. 8 重量份、硼砂10重量份、鉬酸鉀0. 6重量份、庚酸1重量份、丁酸鈉5重量份，硝酸鉀1重量份、苯三唑1重量份、氫氧化鉀2重量份，攪拌至溶解；最后加入硅酸鹽穩(wěn)定劑鋁酸鈉0. 3重量份，攪拌均勻，得到溶液A7。(2)在另一容器中加入去離子水70重量份，再加入九水硅酸鈉1. 3重量份攪拌至溶解，配制硅酸鈉溶液；將硅酸鈉溶液加入溶液A7中，攪拌均勻，得到溶液B7。(3)過濾溶液B7，濾液中加入乙二醇130重量份、加入5ppm熒光素鈉和50ppm有機硅消泡劑，攪拌均勻，得到本實施例的發(fā)動機冷卻液S7。性能測試(1)冰點測試取發(fā)動機冷卻液試樣S1-S7和DS1-DS3各85ml，注入帶攪拌裝置的冷卻管中，用致冷劑使試樣降溫，記錄試樣每分鐘的溫度，并作出時間-溫度曲線圖。冷卻曲線與結(jié)晶曲線的交點在縱軸上的投影點，即得到該試樣的冰點；如果試樣出現(xiàn)過冷現(xiàn)象，則試樣過冷后溫度回升所達(dá)到的最高溫度記為該試樣的冰點。測試結(jié)果如下表1所示。(2)抗腐蝕性能根據(jù)SH/T 0085-1999標(biāo)準(zhǔn)，將發(fā)動機冷卻液S1-S7和DS1-DS3進(jìn)行腐蝕性能測試，具體步驟為將尺寸50毫米X 25毫米X 2. 5毫米的紫銅片(GB5231T2銅)、焊料片(錫含量為四-30重量％，余量為鉛)、黃銅片(GB 5232H70銅)、鋼片(GB 69920#鋼)、鑄鐵片(碳含量為3-3. 2重量％，硅含量為1. 8-2. 2重量％，錳含量為0. 6-0. 9重量％，磷含量 <0. 3重量％，硫含量<0. 12重量％，余量為鐵)和鑄鋁片(硅含量為5. 5-6. 5重量％，銅含量為3. 0-4. 0重量％，鐵含量< 1. 2重量％，錳含量< 0. 8重量％，鎂含量為0. 1-0. 5重量％，鎳含量< 0. 5重量％，鋅含量< 1. 0重量％，鈦含量< 0. 25重量％，余量為鋁)分別浸泡在發(fā)動機冷卻液中，在88°C下不斷通入空氣，空氣的流量為100毫升/分鐘，實驗時間為336小時，實驗結(jié)束后，分別檢測6種金屬片的重量變化，結(jié)果如下表2所示。表 權(quán)利要求
1.一種發(fā)動機冷卻液，所述發(fā)動機冷卻液含有水、乙二醇、碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽、硅酸鹽和添加劑，其特征在于，所述添加劑中含有三價稀土元素的EDTA螯合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機冷卻液，其特征在于，以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)， 三價稀土元素的EDTA螯合物的含量為0. 01-0. 1%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機冷卻液，其特征在于，以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)， 水的含量為50-80%，乙二醇的含量為13-36%，碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽的含量為 5-22 %，硅酸鹽的含量為0. 01-0. 2 %，添加劑的含量為1-4%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)動機冷卻液，其特征在于，所述三價稀土元素選自La、 Ce 或 Y。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的發(fā)動機冷卻液，其特征在于，所述添加劑中還含有硼酸鹽、鉬酸鹽、脂肪酸或脂肪酸鹽、硝酸鹽、苯三唑和PH調(diào)節(jié)劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的發(fā)動機冷卻液，其特征在于，所述硼酸鹽為硼砂；所述鉬酸鹽選自鉬酸鈉或鉬酸鉀；所述脂肪酸選自丁酸、丁二酸、苯甲酸、二硝基苯甲酸、己酸、庚酸、辛酸、異辛酸、癸酸、十一烷酸、十二烷酸、己二酸、庚二酸、辛二酸和癸二酸中的一種或多種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項所述的發(fā)動機冷卻液，其特征在于，以發(fā)動機冷卻液的質(zhì)量為基準(zhǔn)，所述發(fā)動機冷卻液中還含有0. 01-0. 03 %的硅酸鹽穩(wěn)定劑、I-IOppm的染料和 I-IOOppm的消泡劑。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)動機冷卻液，其特征在于，所述硅酸鹽穩(wěn)定劑選自鋁酸鈉、 甘露醇、聚丙烯酸、改性硅氧烷；染料選自熒光綠、熒光黃、熒光紅、溴百里酚蘭、甲基紅；消泡劑選自聚醚消泡劑、有機硅消泡劑。
9.權(quán)利要求1所述的發(fā)動機冷卻液的制備方法，包括以下步驟a.將碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽與添加劑溶于水中，調(diào)節(jié)pH值不小于9，記為溶液A ；添加劑中含有三價稀土元素的EDTA螯合物；b.將硅酸鹽溶于水中，形成硅酸鹽溶液；將硅酸鹽溶液加入溶液A中，攪拌均勻，記為溶液B ；c.過濾溶液B，濾液中加入乙二醇，攪拌均勻，得到所述發(fā)動機冷卻液。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟a中還包括往溶液A中加入硅酸鹽穩(wěn)定劑的步驟；步驟c中還包括在添加乙二醇之后繼續(xù)加入染料和消泡劑的步驟。
全文摘要
一種發(fā)動機冷卻液，所述發(fā)動機冷卻液含有水、乙二醇、碳原子數(shù)為1-2的羧酸或羧酸鹽、硅酸鹽和添加劑，其中，所述添加劑中含有三價稀土元素的EDTA螯合物。本發(fā)明還提供了該發(fā)動機冷卻液的制備方法。本發(fā)明提供的發(fā)動機冷卻液冰點低，對發(fā)動機金屬零部件的腐蝕性較小。
文檔編號C09K5/20GK102286270SQ20101020700
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月19日
發(fā)明者朱志堅 申請人:比亞迪股份有限公司