專利名稱：非水系熱傳導(dǎo)流體的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明一般地涉及用于熱交換系統(tǒng)的非水系熱傳導(dǎo)流體，具體地，涉及內(nèi)燃機(jī)的冷卻劑。
目前使用的冷卻劑產(chǎn)生持久的環(huán)境問題并使人們對(duì)其毒性、健康影響和處理問題產(chǎn)生關(guān)注。具體地說(shuō)，導(dǎo)致人和其他哺乳動(dòng)物急性短期口腔衛(wèi)生影響的冷卻劑毒性是成問題的。另外，與冷卻劑聯(lián)系在一起的慢性健康問題常常涉及由重金屬元素沉淀所致的毒害。
每年，僅在美國(guó)銷售的防凍劑約為7億加侖，在全世界約為12億加侖。估計(jì)目前使用的冷卻劑總體積的25～50％是被不當(dāng)處理的，這就加劇了冷卻劑的固有的毒性問題。這種污染的一個(gè)主要原因是消費(fèi)者傾棄冷卻劑。雖然可通過教育使消費(fèi)者提高環(huán)境意識(shí)，但不當(dāng)處置仍將是個(gè)問題。
不當(dāng)處置的另一個(gè)主要源頭在載重卡車和越野車輛工業(yè)中的泄漏、灑落和外溢。經(jīng)驗(yàn)表明，通常載重卡車每行駛12,000英里(約19312公司)至18000英里(約28967公里)要損失10％(體積)的冷卻劑。這相當(dāng)于一般的高速公路卡車每分鐘一滴或每月一加侖的泄漏速度。盡管冷卻劑的泄漏是如此之小，以致人們往往不予注意，但它累積起來(lái)會(huì)是一個(gè)很大的損失。例如，許多載重車隊(duì)從不更換冷卻劑，但每年卻購(gòu)買補(bǔ)償損失用的足夠量的防凍劑補(bǔ)償其每一車輛的所有冷卻劑。
就某些載重作業(yè)而言，溢流損失的冷卻劑遠(yuǎn)超過水泵、軟管夾或散熱器芯子處的泄漏。如果一個(gè)沒有溢流罐的重型散熱器被充至最滿，由于發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱而導(dǎo)致冷卻劑的膨脹，會(huì)有四分之一或更多的冷卻劑溢出而損失。應(yīng)該注意，即使小量滴漏和泄漏的冷卻劑會(huì)生物降解而幾乎不會(huì)給環(huán)境造成影響，但這種泄漏會(huì)給野生動(dòng)植物帶來(lái)毒性危害。
目前的發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑配方中，一般使用水作為主要的去熱流體。冷卻劑中水的含量視冬天氣候的嚴(yán)酷程度而定，一般為40～70％(重量)。
發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑中的另一成份是冰點(diǎn)降低劑。目前，在絕大多數(shù)情況下，冰點(diǎn)降低劑是乙二醇(EG)，使用范圍為30～60％(體積)，以防止水在冬天結(jié)冰。在一些氣候暖和的地區(qū)，不會(huì)遇到冰點(diǎn)溫度，人們使用一種僅含防腐蝕劑包的水。
而且，在開始時(shí)，在防凍劑中加一種含幾種不同化學(xué)物質(zhì)的添加劑包，以形成防凍濃縮物，最后加水混合以形成冷卻劑。這些添加劑被用來(lái)防止腐蝕、沉積和起泡，其在最終的冷卻劑中的濃度為0.5～3％(重量)。
此外，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)使用時(shí)，會(huì)有污染物產(chǎn)生，它們來(lái)自二元醇的熱或氧化斷裂、潤(rùn)滑油和燃料的蓄積、或冷卻系統(tǒng)部件的金屬腐蝕產(chǎn)物。
最后，在載重運(yùn)行中，要用增補(bǔ)性的冷卻劑添加劑，以防止汽缸套氣蝕和補(bǔ)充運(yùn)行中損耗的化學(xué)抑制劑。載客汽車的冷卻劑壽命為20,000英里(32,186公里)至30,000英里(48,279公里)，它們不使用或不需要增補(bǔ)性的冷卻劑添加劑。載重運(yùn)行通常要求能連續(xù)運(yùn)行200,000英里(321,860公里)至300,000英里(482,790公里)而不更換冷卻劑，因此，需要定期補(bǔ)充抑制劑。常用的冷卻劑的增補(bǔ)性的添加劑的例子包括亞硝酸鈉、磷酸二鉀、鉬酸鈉二水合物和磷酸。
增補(bǔ)性的冷卻劑添加劑必須在化學(xué)上與冷卻劑體積平衡，冷卻劑的增補(bǔ)性的添加劑的使用成本高，使用不當(dāng)會(huì)給冷卻系統(tǒng)的部件和發(fā)動(dòng)機(jī)帶來(lái)災(zāi)難。如冷卻劑中增補(bǔ)性添加劑的量太少，發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻系統(tǒng)部件會(huì)發(fā)生腐蝕和氣蝕，而量太多時(shí)則添加劑會(huì)從溶液中“分離”出來(lái)，結(jié)果使散熱器和加熱器芯子堵塞。冷卻劑的增補(bǔ)性的添加劑的另一不足之處是它們?cè)谒芤褐械娜芙舛炔睢?br> 生效的防凍劑的急性口服毒性主要決定于所使用的二元醇。因此，添加劑和污染物對(duì)冷卻劑毒性的影響較小。不管數(shù)量多少，灑落和泄漏出來(lái)的冷卻劑對(duì)野生動(dòng)植物和寵物會(huì)產(chǎn)生急性口服毒性危害。
二元醇類化合物占防凍劑/冷卻劑濃縮物的95％(重量)，與水混合后，占用于車輛的冷卻劑的約40～60％(體積)。許多年以來(lái)，現(xiàn)有的防凍劑由EG配制而成。
使用EG作為發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑中的冰點(diǎn)降低劑的一個(gè)主要缺點(diǎn)是，當(dāng)人或其它哺乳動(dòng)物攝入EG時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生高毒性。毒性通常用一種評(píng)估體系測(cè)量，稱為L(zhǎng)D50評(píng)估體系。LD50是當(dāng)以單次量給實(shí)驗(yàn)室大鼠進(jìn)食時(shí)會(huì)產(chǎn)生急性口服毒性中毒的的物質(zhì)的量。LD50小表示毒性大。某一物質(zhì)的LD50值小于或等于20.0克物質(zhì)/公斤體重時(shí)，可視其為有害物質(zhì)。這樣，由于EG的LD50值為6.1g/kg，因此，由該評(píng)估體系可知EG是有害物質(zhì)。而且，已知EG對(duì)人類具有較大毒性(據(jù)報(bào)道，其LD50值小至0.398g/Kg)。因此，許多管理機(jī)構(gòu)將EG劃為危險(xiǎn)物品。當(dāng)被攝入后，EG代謝成乙醇酸和草酸，引起酸堿紊亂，從而會(huì)導(dǎo)致腎障礙。還有一個(gè)復(fù)雜的情況是，EG還具有甜的氣味和口味，從而對(duì)動(dòng)物和孩子產(chǎn)生吸引力。
除了上述由使用EG而引起的難題外，目前冷卻劑配方中使用的水部分也會(huì)產(chǎn)生棘手的問題。為防止在+7.7°F(≈-13.5℃)結(jié)冰，EG基濃縮物中的合水量需在3～5％。在所有已知的冷卻劑濃縮物中均加有水，以使添加劑能存在于懸浮液中。對(duì)稀發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑中的大量水部分(濃縮物與水的比例一般為50∶50)而言，一個(gè)難題是重金屬(如溶解在發(fā)動(dòng)機(jī)的循環(huán)冷卻劑中的水部分里的鉛和銅雜質(zhì)等)沉淀的出現(xiàn)。水與散熱器的鉛和銅材料反應(yīng)，這不僅是黃銅，因而也是銅的來(lái)源，而且是鉛焊料的來(lái)源。
冷卻系統(tǒng)含有許多不同金屬和合金，由于二醇基防凍劑(如乙二醇或丙二醇等)中含有水，由冷卻劑引起的這些金屬的腐蝕一直是難以避免的。腐蝕是由于冷卻劑中有機(jī)酸(如丙酮酸、乳酸、甲酸和乙酸等)的形成而產(chǎn)生的。當(dāng)存在熱的金屬表面，由殘存空氣或水釋出的氧、激烈的通氣和金屬離子(它們均能催化氧化過程)時(shí)，有機(jī)二醇類物質(zhì)產(chǎn)生酸性氧化物質(zhì)。而且，在200°F(≈93.3℃)或更高溫度下，當(dāng)有銅存在時(shí)，冷卻劑溶液中乳酸和乙酸的形成均被加速。在200°F(≈93.3℃)或更高溫度下，當(dāng)有鋁存在時(shí)，冷卻劑中的乙酸的形成被進(jìn)一步地加速。
在存在于冷卻系統(tǒng)中的金屬和合金中，鐵和鋼在酸的形成中最活躍，而輕金屬和合金(如鋁等)則較不活躍，隨著二醇類物質(zhì)氧化的進(jìn)行，水部分中形成的有機(jī)酸濃度增加，冷卻劑的pH下降，從而使金屬表面的腐蝕加快。
目前使用的冷卻劑包含抵消這些有機(jī)酸的緩沖劑。緩沖劑使冷卻劑有較高的、約為10或11的初始pH值。這樣，隨著氧化的發(fā)生，pH隨之下降。常用的緩沖劑的一些例子包括四硼酸鈉、四硼酸鈉十水合物、苯甲酸鈉、磷酸和巰基苯并噻唑鈉。
反過來(lái)，緩沖劑也需要水才能進(jìn)入和留在溶液中。由于溶液中的緩沖劑部分會(huì)隨著時(shí)間而消耗，冷卻劑中的水部分與熱、空氣和發(fā)動(dòng)機(jī)的金屬反應(yīng)，結(jié)果，由于形成酸，使pH下降。這樣，對(duì)使用水的冷卻劑來(lái)說(shuō)，腐蝕成為一個(gè)大問題。
事實(shí)上，所有已知的冷卻劑配方均需要在溶液中加入水，以用于溶解作為緩沖劑、去泡劑和防止鋁腐蝕的添加劑。這類添加劑的例子包括磷酸鹽、硼酸鹽、硅酸鹽或磷酸。另外，這些水溶性添加劑需熱、激烈攪拌和長(zhǎng)時(shí)間與水反應(yīng)和使其溶解于水中。
所有目前使用的和以前知道的冷卻劑均需要抑制劑以抑制由所需的含水量所產(chǎn)生的腐蝕作用。抑制劑之間須予權(quán)衡，以使它們不相互反應(yīng)，相互反應(yīng)會(huì)降低它們各自的作用。例如，磷酸鹽和硼酸鹽會(huì)降低硅酸鹽對(duì)鋁的保護(hù)作用。而且，抑制劑的濃度不能過大(通常，它被配制成過大的濃度以延長(zhǎng)其消耗時(shí)問)，因?yàn)檫@會(huì)對(duì)系統(tǒng)部件產(chǎn)生損害。例如，其從溶液中的析出會(huì)堵塞散熱器和加熱器。另外，硅酸鹽、硅氧烷、硼酸鹽和磷酸鹽是磨料，且會(huì)侵蝕交換器管和泵輪。不過，抑制劑仍須以合適濃度存在，以保護(hù)所有金屬。
因此，包含在已知的冷卻劑配方中的添加劑包通常由5～15種不同化學(xué)物質(zhì)組成。根據(jù)其在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑配方中使用的量，這些添加劑可細(xì)分為主類和副類主類(0.05～3％)副類(＜0.05％)緩沖劑 去泡劑腐蝕抑制劑 染料鍋垢抑制劑表面活性劑鰲合劑另外，某些添加劑自身被認(rèn)為是有毒的，如硼酸鹽、磷酸鹽和亞硝酸鹽。因此，不僅是包含在所有已知冷卻劑配方中的添加劑需要熱、激烈攪拌和大量時(shí)間與水反應(yīng)以使其溶解于水中，而且添加劑自身有時(shí)也有毒的，還有，添加劑需要綜合加以權(quán)衡，以避免添加劑間的互相干擾和防止任一種添加劑在冷卻劑中的過量存在。發(fā)明概述為解決上述問題，本發(fā)明提供一種以丙二醇(PG)為基料的、不使用水的冷卻劑。使用無(wú)水的或“純”的PG為基質(zhì)的流體，以及“純”PG可溶性的腐蝕抑制劑，可使本發(fā)明配方減少混合時(shí)間、降低摻混成本和減少麻煩。本發(fā)明提供了一種帶有一種抑制劑的穩(wěn)定溶液的冷卻劑，貨架壽命長(zhǎng)，低毒無(wú)害，不管是在貯存中還是在使用時(shí)，在“純凈”狀態(tài)下不會(huì)結(jié)冰。
使用本發(fā)明的PG基質(zhì)冷卻劑的冷卻系統(tǒng)可在大氣壓或接近大氣壓水平的明顯較低的壓力下有利地運(yùn)行，同時(shí)，還可除水。不僅系統(tǒng)因此可使用簡(jiǎn)單，穩(wěn)定的添加劑包，而且冷卻系統(tǒng)的減壓還減小了對(duì)部件的壓力。本發(fā)明冷卻劑固有的潤(rùn)滑性對(duì)橡膠是無(wú)傷害的，可使泵的密封裝置、軟管和系統(tǒng)部件通?？山?jīng)歷150,000英里(241,395公里)或更多，并顯著減少由泄漏而引起的冷卻劑損失以及對(duì)環(huán)境的危害，同時(shí)還可緩解過熱。
按本發(fā)明配制成的PG基質(zhì)冷卻劑的不含水還大大降低了并在絕大多數(shù)情況下消除了如鉛和銅等重金屬的沉淀物產(chǎn)生的污染問題。因此，本發(fā)明的非水性還降低了冷卻劑的毒性水平。
由于本發(fā)明冷卻劑最初是無(wú)水的，并且使用冷卻劑的系統(tǒng)將熱的冷卻劑與空氣和水分隔開，因此，不會(huì)發(fā)生可形成顯著程度的酸的主要化學(xué)反應(yīng)。由于二個(gè)主要催化劑即空氣和水在開始時(shí)以及在系統(tǒng)的壽命期間也不存在，因此，沒有理由要在冷卻劑配方中加入緩沖劑。由于只需使用PG可溶性添加劑，從而免去了提高冷卻劑的含水量以供溶解于添加劑之需。而且，本發(fā)明的冷卻劑配方可允許水的存在量為以雜質(zhì)計(jì)的量，較好的是0.25％(重量)濃度以下，并在使用過程中，可允許水較佳地在約5.0％(重量)濃度以下而不需要緩沖劑。
本發(fā)明冷卻劑配方的無(wú)水性質(zhì)以及系統(tǒng)操作還可除去其他基于水、空氣、熱和金屬的反應(yīng)以及它們的水溶性添加劑。被除去的反應(yīng)和添加劑包括1.消泡反應(yīng)/硅氧烷和聚二醇類添加劑；
2.鋁腐蝕/硅酸鹽；3.氣蝕/亞硝酸鹽；4.鍋垢抑制劑/聚丙烯酸鹽，和5.防污/洗滌劑。
已知的冷卻劑中的水溶性添加劑需要熱、激烈攪拌和大量時(shí)間與水反應(yīng)以使其溶解在水中，而本發(fā)明使用一個(gè)包含三個(gè)液體PG可溶性添加劑的優(yōu)選的添加劑包，它不需要水進(jìn)入或留在溶液中，不需要熱，只需要短的溶解時(shí)間和輕微的攪拌。
與已知的冷卻劑配方相比，本發(fā)明冷卻劑的回收更為容易且成本更低。在回收過程中，水系冷卻劑的蒸餾成本高，費(fèi)時(shí)間。由于在本發(fā)明中，水被控制在最小程度，基本不需要或消除了蒸出水部分的操作。這樣，本發(fā)明的回收操作僅包括濾去懸浮的固體和舊的添加劑，而蒸餾操作則大為精簡(jiǎn)或者被免除。
本發(fā)明還更有助于貯存。水系冷卻劑和添加劑在長(zhǎng)期的貯存過程中會(huì)遇到添加劑析出的麻煩，而本發(fā)明添加劑不需要水留在溶液中，可在長(zhǎng)期貯存過程中保持穩(wěn)定而不需要定期攪拌。最佳實(shí)施例方式的詳細(xì)描述在本發(fā)明一較佳實(shí)施方式中，選擇PG作為非水系熱傳導(dǎo)基質(zhì)流體，PG的LD50值為33.7g/kg，因此是無(wú)害的。而且，PG具有苦辣味，因此，不會(huì)吸引動(dòng)物。PG的冰點(diǎn)較EG低且不要求水存在以作為冰點(diǎn)降低劑。PG的冰點(diǎn)為-76°F(-60℃)，而EG的冰點(diǎn)為7.7°F(-13.5℃)。
雖然本發(fā)明的較佳實(shí)施方式僅使用PG作為非水系熱傳導(dǎo)基質(zhì)流體，PG可與EG合用。然而，EG與PG混合使用不如單用PG有利，因?yàn)槎拘栽黾恿?。但為了保持本發(fā)明的其他特性，混合液必須含至少40％的PG。使用這樣的混合液的冷卻劑會(huì)保留較佳實(shí)施方式的一些特性，但會(huì)更具毒性和有害性。其他二醇類化合物的毒性較PG更大。二甘醇、一縮(二)丙二醇、三甘醇、二縮三丙二醇和乙二醇的LD50值分別為16.6g/kg、14.8g/kg、22.0g/kg、3.0g/kg和6.1g/kg。
另外，由于發(fā)動(dòng)機(jī)中可能存在的高溫，基質(zhì)流體的沸點(diǎn)同樣是配制冷卻劑時(shí)的一個(gè)重要因素。丙二醇具有令人滿意的沸點(diǎn)369°F(≈187.2℃)，而乙二醇的沸點(diǎn)387.1°F(≈1 97.3℃)則處于可接受的沸點(diǎn)的上限。若沸點(diǎn)更高，則冷卻劑和臨界發(fā)動(dòng)機(jī)金屬溫度會(huì)變得太熱。其他二醇類化合物具有更高的溫度，太過度了。例如二甘醇的沸點(diǎn)為472.6°F(≈244.8℃)，一縮(二)丙二醇的沸點(diǎn)為447.8°F(≈231℃)，三甘醇的沸點(diǎn)為545.9°F(≈285.5℃)，二縮三丙二醇的沸點(diǎn)為514.4°F(≈268℃)。
本發(fā)明還包括添加劑，它們?nèi)苡赑G，因此不需要水進(jìn)入或留在溶液中。除了可溶于PG外，各選出的添加劑還是對(duì)一或多種特定金屬的有效的腐蝕抑制劑。硝酸鹽類化合物(如硝酸鈉等)被用作抑制鐵或含鐵合金(如鑄鐵)腐蝕的添加劑。雖然硝酸鈉的主要功能是防止鑄鐵腐蝕，但它同樣輕度抑制焊料和鋁腐蝕。唑類化合物(如甲苯并三唑(tolyltriazole)等)用作抑制銅和黃銅腐蝕的添加劑。此外，由于甲苯并三唑的堿性效果，它還有助于提高pH。鉬酸鹽類化合物(如鉬酸鈉等)主要用作焊料中的鉛的腐蝕抑制劑，但它對(duì)抑制所有其他金屬的腐蝕有利。
這樣，如何選擇PG可溶性添加劑視何種金屬的腐蝕受到關(guān)注而定。由于目前冷卻系統(tǒng)部件中使用的特定金屬的存在，目前，均需要硝酸鹽、甲苯并三唑和鉬酸鈉。然而，若添加劑與之作用的特定金屬被刪除，則該添加劑可減、或免。例如，若鉛基質(zhì)焊料被刪除，則可減少鉬酸鈉的含量，或完全不加。
添加劑的添加濃度在約0.05～5％(重量)之間，最好不大于3.0％(重量)。若添加劑濃度小于0.1％(重量)，則無(wú)長(zhǎng)效的抑制作用，而大于5.0％(重量)，則會(huì)從溶液中析出。在較佳實(shí)施方案中，各添加劑的濃度約為0.3％(重量)。
本發(fā)明的另一個(gè)特點(diǎn)是不會(huì)發(fā)生鎂或鋁腐蝕，因此，可刪去抑制這類腐蝕的添加劑。輕合金不會(huì)被PG腐蝕。
這三個(gè)添加劑具有許多優(yōu)點(diǎn)。例如，添加劑不會(huì)被迅速消耗，并可配制成持續(xù)至迄今為止未曾做到的運(yùn)行期，在許多型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)和車輛中，可持續(xù)至約10,000小時(shí)或400,000英里(643,720公里)而不需更新添加劑。這些可溶于PG液體而不需要水的添加劑的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)各添加劑在高至5.0％(重量)時(shí)，仍可容易地進(jìn)入懸浮液中并留在懸浮液中而不會(huì)從溶液中析出。而且，當(dāng)添加劑相互作用時(shí)，不存在明顯的降解效應(yīng)。另外，這些添加劑不是磨料，添加劑和冷卻劑能保護(hù)所有金屬(包括鎂)至少4,000小時(shí)或150,000英里(241,395公里)。
本發(fā)明的非水溶性添加劑在經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)期使用或大量英里數(shù)后不會(huì)被消耗，因此，一般可以省卻輔助性的冷卻劑添加劑。但若希望添加輔助性的冷卻劑添加劑時(shí)，則由于輔助性的冷卻劑添加劑與水系冷卻劑相比更易進(jìn)入本發(fā)明的穩(wěn)定的懸浮液而顯示出非水性制劑的優(yōu)點(diǎn)。而且，輔助性的冷卻劑添加劑間更易保持適當(dāng)?shù)钠胶?，其較寬的可能濃度范圍可達(dá)約0.05％～5.0％(重量)。
用于本發(fā)明時(shí)，“非水系”一詞表示冷卻劑配方中的水濃度不大干0.5％(重量)。盡管在使用過程中水的增加是不受歡迎的，但本發(fā)明能容忍一些水的存在。由于PG是吸水性物質(zhì)，水可從大氣進(jìn)入冷卻劑，或水可從燃燒室逃逸，由燃燒室密封墊泄漏至冷卻室中的冷卻劑中。盡管本發(fā)明的要點(diǎn)在于避免用水，但本發(fā)明將允許一些水存在；然而較好的是，使用過程中的水的增加宜控制在5.0％(重量)以下，最好在2.0％(重量)以下。而且，本發(fā)明和相關(guān)的冷卻系統(tǒng)可允許的水濃度可高至10％(重量)。然而，本發(fā)明的特點(diǎn)在于開始減小了水的濃度，尤其是小于5％(重量)。
在含PG超過約84.5％的較佳組合物中，本發(fā)明冷卻劑在使用時(shí)保持低毒無(wú)害。所用的抗腐蝕劑同樣被EPA列為無(wú)害物質(zhì)。另外，最好在被EPA認(rèn)為無(wú)論如何都是無(wú)害的0.3％(重量)或更低濃度下使用這些添加劑。而且，含水量最好按配方為0.25％以下，并在使用時(shí)保持在0.5％以下，這樣可消除重金屬的沉積和使冷卻劑在使用時(shí)可保持無(wú)害，因而，可以就這樣地加以棄置。
水系冷卻劑在冷卻系統(tǒng)中會(huì)產(chǎn)生劇烈的蒸汽泡，從而導(dǎo)致由水與金屬反應(yīng)而產(chǎn)生的鉛和銅的深度侵蝕。然而，本發(fā)明的非水性質(zhì)避免了蒸汽泡，從而可減少重金屬沉淀物，而且，還使用了甲苯并三唑和鉬酸鈉作為這些金屬的腐蝕抑制劑。
由于在本發(fā)明中不使用水，從而使冷卻劑免去了會(huì)導(dǎo)致生成酸性氧化產(chǎn)物的催化劑。在目前的冷卻劑制劑中，不僅水本身介入氧化反應(yīng)中，而且水還是一個(gè)氧源。因此，若水不存在，或僅有很小量，對(duì)金屬或合金的腐蝕作用就會(huì)顯著減少。
pH值反應(yīng)水溶液的酸性或堿性。因此，pH值是僅僅在有水存在時(shí)才表示出來(lái)的酸度的一種指示。由于本發(fā)明避免了水，僅在加入水后才顯示低至3或4的pH水平的冷卻劑現(xiàn)在將還是不會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)中的金屬或合金有腐蝕作用的。
以下為優(yōu)選的冷卻劑配方的具體實(shí)例％(重量)1)1，2-丙二醇，通常稱作丙二醇(PG)84.50～99.852)唑類抑制劑，如甲苯并三唑等 0.05～5.03)硝酸鹽類抑制劑，如硝酸鈉等 0.05～5.04)鉬酸鹽，如鉬酸鈉等 0.05～5.05)水(作為不希望有的雜質(zhì)) 0.00～0.5
下述代表性實(shí)施方案顯示本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。這里，本發(fā)明成分以“A”表示，現(xiàn)有的防凍劑成分以“B”表示，A首先與B進(jìn)行對(duì)比成份(％重量)“A”(本發(fā)明冷卻劑)“B”(現(xiàn)有的防凍劑)1)二醇a.丙二醇 ＞99 -b.乙二醇 -46.752)水 ＜0.150.833)甲苯并二唑 0.3 0.14)硝酸鈉 0.3 0.055)鉬酸鈉 0.3 0.056)偏硼酸鈉-0.57)氫氧化鈉-0.128)苯甲酸鈉-1.59)亞硝酸鈉-0.0510)偏硅酸鈉 -0.1實(shí)施例1[ASTM #D-1384(改進(jìn)型)]第一個(gè)實(shí)施例是在玻璃器皿中對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑進(jìn)行腐蝕試驗(yàn)。
說(shuō)明將六種在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑系統(tǒng)中存在的典型金屬樣品完全浸入試驗(yàn)冷卻劑中。正規(guī)的做法是，遍及玻璃儀器各處吹入氣泡，向冷卻劑通氣，并將試驗(yàn)溫度保持在190°F(88℃)336小時(shí)。但對(duì)這一試驗(yàn)(其結(jié)果如下表所列)作如下改進(jìn)以便更有效地驗(yàn)證本發(fā)明的長(zhǎng)處。這樣，將兩個(gè)試驗(yàn)冷卻劑(“A”和“B”)在控制溫度215°F(101.6℃)下進(jìn)行工作，以模擬在嚴(yán)酷工作條件下的使用，對(duì)本發(fā)明冷卻劑進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)不通氣，以便更接近其在如美國(guó)專利4,550,694、4,630,572和5,031,579所述的非水系冷卻系統(tǒng)中的工作。不過，對(duì)現(xiàn)有的防凍劑即冷卻劑“B”，按#D-1384試驗(yàn)的正常方式進(jìn)行通氣。在試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，以各金屬樣品的重量損失測(cè)量腐蝕。
結(jié)果〔ASTM #D-1384(改進(jìn)型)〕1)輕合金發(fā)動(dòng)機(jī)(鋁或鎂機(jī)蓋和構(gòu)件)△重量 △重量金屬“A”冷卻劑(mg)“B”冷卻劑(mg)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鎂 -1.3 ＞-1,000 -鋁 +0.3-21.1 -30鋼 -0.5-3.9 -10銅 -3.7-7.4 -10焊料 -9.0-19.2 -30黃銅 -0.6-5.1 -102)組合合金發(fā)動(dòng)機(jī)(鋁〔部分〕與鐵，或全鐵)△重量 △重量金屬“A”冷卻劑(mg)“B”冷卻劑(mg)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵 +1.0 -6.2-10鋁 +2.0 -18.6 -30鋼0 -4.3-10銅 -3.0 -8.9-10焊料 -6.1 -19.7 -30黃銅 0 -4.7-10
試驗(yàn)結(jié)果中重量的正增長(zhǎng)是由于試驗(yàn)中由使用的其它金屬樣品瞬變而來(lái)的產(chǎn)物的鍍敷而產(chǎn)生的，這些由于瞬變產(chǎn)物而重量增加的金屬實(shí)際上并無(wú)由其自身的腐蝕所致的任何重量損失。
實(shí)施例2〔ASTM #D-4340(改進(jìn)型)〕本實(shí)施例是在散熱條件下檢驗(yàn)鑄鋁或鎂合金在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑中的腐蝕。
說(shuō)明使一種用于發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸蓋或部件的典型的鑄鋁合金樣品在溫度275°F(135℃)和壓力28磅/平方英寸(193千帕)下與發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑溶液接觸。用一種ASTM規(guī)定的腐蝕性水，組成未加改進(jìn)的50/50EG-水試驗(yàn)冷卻劑試樣(冷卻劑“B”)的水部分。對(duì)用于本發(fā)明冷卻劑試樣(冷卻劑“A”)的試驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，以模擬真實(shí)的工作條件。因此，不僅未使用腐蝕性水(以使工作條件處于非水狀態(tài))，而且，還將試驗(yàn)壓力降至接近大氣壓即2磅/平方英寸(13.79千帕)。
使熱流通過金屬樣品并試驗(yàn)一周即168小時(shí)。以金屬樣品和重量變化即樣品損失的毫克數(shù)計(jì)算熱傳導(dǎo)腐蝕。該試驗(yàn)提供一種對(duì)冷卻劑溶液抑制散熱面上的鋁以及鎂的腐蝕能力的中肯的評(píng)估。
結(jié)果〔ASTM #D-4340(供冷卻劑“A”用的改進(jìn)型；2磅/平方英寸〕△重量 △重量金屬“A”冷卻劑(mg)“B”冷卻劑(mg)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鋁0.067 1.61 ＜2鎂0.18 5.79 ＜2實(shí)施例3使3.8升V-6發(fā)動(dòng)機(jī)“在路上”運(yùn)行一個(gè)試驗(yàn)期即55000英里(88,511.5公里)。按5,031,579號(hào)專利的說(shuō)明書安裝車輛并注入本發(fā)明冷卻劑“A”。在試驗(yàn)期間，無(wú)冷卻劑排出或替換。在發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑流(下軟管)的全流內(nèi)放置金屬樣品管束，并在整個(gè)試驗(yàn)期間將其浸在冷卻劑中。冷卻劑試樣抑制金屬腐蝕能力的表現(xiàn)通過將試驗(yàn)期結(jié)束時(shí)的金屬樣品損失結(jié)果(毫克)與ASTM試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較而加以評(píng)估。
運(yùn)行中的車輛試驗(yàn)結(jié)果(道路行駛55,000英里(88,511.5公里)△重量金屬“A”冷卻劑(mg)ASTM標(biāo)準(zhǔn)鑄鐵 -2.8 -10鋁+0.2 -30鋼-1.1 -10銅-1.3 -10焊料 -3.7 -30黃銅 -0.9 -10開始時(shí)的pH+7.1 NA結(jié)束時(shí)的pH+6.9 NA雖然公開了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，但顯然可在不脫離下述權(quán)利要求書的范圍內(nèi)加以變更。
權(quán)利要求
1.一種用于熱交換系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)流體組合物，該熱交換系統(tǒng)的至少一部分具有由至少第一金屬形成的第一部件，所述組合物具有包含丙二醇的非水基質(zhì)流體；和可溶于丙二醇的第一添加劑，該第一添加劑抑制上述第一金屬的腐蝕。
2.如權(quán)利要求1所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述金屬含鐵，所述添加劑是硝酸鹽。
3.如權(quán)利要求2所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述硝酸鹽是硝酸鈉。
4.如權(quán)利要求1所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述金屬選自銅和黃銅，所述添加劑是唑類化合物。
5.如權(quán)利要求4所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述唑類化合物是甲苯并三唑。
6.如權(quán)利要求1所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述金屬含鉛，所述添加劑是鉬酸鹽。
7.如權(quán)利要求6所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述鉬酸鹽是鉬酸鈉。
8.如權(quán)利要求1所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述非水基質(zhì)流體包含具有第一成分和第二成分的混合液，第一成分含至少40％的丙二醇，第二成分含乙二醇。
9.如權(quán)利要求1所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述熱交換系統(tǒng)還包括第二金屬，所述組合物還包含可溶于丙二醇的第二添加劑，該第二添加劑抑制所述第二金屬的腐蝕。
10.如權(quán)利要求9所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述熱交換系統(tǒng)還包括第三金屬，所述組合物還包含可溶于丙二醇的第三添加劑，該第三添加劑抑制所述第三金屬的腐蝕。
11.一種用于熱交換系統(tǒng)的熱傳導(dǎo)流體組合物，具有包含丙二醇的非水基質(zhì)流體和選自鉬酸鹽、硝酸鹽和唑類化合物中的至少一種可溶于丙二醇的添加劑。
12.如權(quán)利要求11所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述鉬酸鹽由鉬酸鈉組成。
13.如權(quán)利要求11所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述硝酸鹽由硝酸鈉組成。
14.如權(quán)利要求11所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述唑類化合物由甲苯并三唑組成。
15.如權(quán)利要求11所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，其中所存在的丙二醇濃度為約84.5—99.85％，所述鉬酸鹽由鉬酸鈉組成，其濃度約為0.05—5.0％(重量)，所述硝酸鹽由硝酸鈉組成，其濃度約為0.05—5.0％(重量)，所述唑類化合物由甲苯并三唑組成，其濃度約為0.05—5.0％(重量)。
16.如權(quán)利要求11所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述丙二醇的濃度大于99.0％(重量)，所述鉬酸鹽由鉬酸鈉組成，其濃度約為0.3％(重量)，所述硝酸鹽由硝酸鈉組成，其濃度約為0.3％(重量)，所述唑類化合物由甲苯并三唑組成，其濃度約為0.3％(重量)。
17.如權(quán)利要求11所述的熱傳導(dǎo)流體組合物，其特征在于，所述非水基質(zhì)流體包含具有第一成分和第二成分的混合液，該第一成分含至少40％的丙二醇，該第二成分含乙二醇。
全文摘要
一種非水系發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻劑。使用丙二醇和可溶于丙二醇的腐蝕抑制劑，該冷卻劑不需要水進(jìn)入或留在溶液中，從而可降低毒性水平和由水系冷卻劑顯示的腐蝕性。
文檔編號(hào)C09K5/08GK1130916SQ94193360
公開日1996年9月11日 申請(qǐng)日期1994年9月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月10日
發(fā)明者約翰·W·伊萬(wàn)斯 申請(qǐng)人:伊萬(wàn)斯冷卻系統(tǒng)股份有限公司