一种环境友好型无水冷却液及其制备方法和应用与流程

1.本公开涉及冷却液技术领域，具体地，涉及一种环境友好型无水冷却液及其制备方法和应用。


背景技术：

2.为降低汽车尾气中有害气体的排放，实现低碳化目标，越来越多的汽车使用绿色能源代替普通的化石燃料，液化天然气(lng)就是其中的一种。lng发动机目前已经越来越多的被应用到重负荷工程车辆上，它们一般都是露天作业，工作条件较恶劣，而且经常会超负荷工作，这就要求发动机能够长时间保持正常运作。冷却液是保证发动机能够正常运行的一种液体，是发动机冷却系统不可缺少的散热介质。lng发动机在燃烧过程中会产生大量热量，这部分热量如果不及时被带走，将影响发动机的正常运行，降低发动机的使用寿命，增加发动机零部件的摩擦和磨损，因此，冷却液要有高效的冷却作用，同时也要有防腐防锈防垢的功能。除此之外，冷却液还要有加热天然气的作用，使天然气能够从液态转变为气态燃料供给发动机，这就对冷却液有了更苛刻的要求，传统冷却液使用久了易形成水垢，且使用寿命有限，因此，目前亟需研制出一种冷却效果突出、延长使用周期，具有良好的抗锈蚀、热稳定、抗泡性和阻垢性能的新的冷却液及其制备方法。


技术实现要素：

3.本公开的目的是提供一种环境友好型无水冷却液及其制备方法和应用，该冷却液具有优异的金属腐蚀抑制性、抗泡性能和较好的非金属材料相容性，同时传热效率较高。
4.为了达到上述目的，本公开第一方面提供了一种环境友好型无水冷却液，该无水冷却液中包括：1～6重量份的金属腐蚀抑制剂、0.3～1重量份的氟化液、0.3～2重量份的分散剂、0.01～4重量份的消泡剂、0.26～0.9重量份的酸碱调节剂和90～140重量份的防冻剂。
5.根据本公开，其中，该无水冷却液中包括：2～5重量份的金属腐蚀抑制剂、0.4～0.8重量份的氟化液、0.4～1.8重量份的分散剂、0.02～3.7重量份的消泡剂、0.3～0.75重量份的酸碱调节剂、100～130重量份的防冻剂。
6.根据本公开，其中，所述金属腐蚀抑制剂为2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、2,4
‑
二羟基苯甲酸和石油磺酸钠的组合物。
7.根据本公开，其中，所述金属腐蚀抑制剂中包括：20～50重量份的2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、10～40重量份的2,4
‑
二羟基苯甲酸和30～50重量份的石油磺酸钠。
8.根据本公开，其中，所述氟化液为3m novec hfe
‑
7100。
9.根据本公开，其中，所述分散剂为氨基三亚甲基膦酸和羟基亚乙基二膦酸(四)钠的组合物；
10.所述分散剂中含有30～50重量％的氨基三亚甲基膦酸和50～70重量％的羟基亚乙基二膦酸(四)钠。
11.根据本公开，其中，所述消泡剂为pe6100；所述酸碱调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述防冻剂为乙二醇和/或丙二醇。
12.本公开第二方面提供了第一方面所述无水冷却液的制备方法，其中，该方法包括如下步骤：按照配比将所述金属腐蚀抑制剂、氟化液、分散剂和防冻剂混合，进行一次搅拌；加入所述酸碱调节剂，进行二次搅拌；加入所述消泡剂，进行三次搅拌。
13.根据本公开，其中，所述一次搅拌的条件包括：搅拌温度为58
‑
60℃，搅拌时间为30
‑
45min；所述二次搅拌的条件包括：搅拌温度为58
‑
60℃，搅拌时间为30
‑
40min；所述三次搅拌的条件包括：搅拌温度为58
‑
60℃，搅拌时间为10
‑
20min。
14.本公开第三方面提供了第一方面所述无水冷却液在重负荷lng发动机中的应用。
15.通过上述技术方案，本公开提供的环境友好型无水冷却液应用于重负荷lng发动机中，相比现有技术至少具有以下优点：(1)本公开环境友好型无水冷却液通过引入氟化液，大大提高了传统发动机冷却液的的传热效率，解决了天然气发动机产生大量热量的温度升高问题，有利于提高发动机的工作效率和延长发动机的使用寿命；(2)本公开环境友好型无水冷却液通过特定的分散剂组合，对发动机的金属有一定的缓蚀作用，可以对发动机的金属起到更好的保护作用；(3)本公开环境友好型无水冷却液，相对于传统冷却液来说，不产生水垢和腐蚀，有效延长冷却液的使用寿命，保证了其在冷却液系统中的长期使用。
16.本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
具体实施方式
17.以下对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
18.本公开第一方面提供了一种环境友好型无水冷却液，该无水冷却液中包括：1
‑
6重量份的金属腐蚀抑制剂、0.3
‑
1重量份的氟化液、0.3
‑
2重量份的分散剂、0.01
‑
4重量份的消泡剂、0.26
‑
0.9重量份的酸碱调节剂和90
‑
140重量份的防冻剂。
19.根据本公开，其中，该无水冷却液中包括：2～5重量份的金属腐蚀抑制剂、0.4～0.8重量份的氟化液、0.4～1.8重量份的分散剂、0.02～3.7重量份的消泡剂、0.3～0.75重量份的酸碱调节剂、100～130重量份的防冻剂。
20.根据本公开，其中，所述金属腐蚀抑制剂为2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、2,4
‑
二羟基苯甲酸和石油磺酸钠的组合物。
21.根据本公开，其中，所述金属腐蚀抑制剂中包括：20～50重量份的2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、10～40重量份的2,4
‑
二羟基苯甲酸和30～50重量份的石油磺酸钠。
22.根据本公开，其中，所述氟化液为3m novec hfe
‑
7100。
23.根据本公开，将氟化液3m novec hfe
‑
7100引入发动机冷却液，使得该发动机冷却液具有较高的传热效率、宽泛的使用温度空间，同时具有极低的变暖潜能(gwp)，在不牺牲性能的情况下减少了温室气体的排放，更符合低碳化的目标，对环境友好。
24.根据本公开，其中，所述分散剂为氨基三亚甲基膦酸和羟基亚乙基二膦酸(四)钠的组合物；
25.所述分散剂中含有30～50重量％的氨基三亚甲基膦酸和50～70重量％的羟基亚乙基二膦酸(四)钠。
26.根据本公开，所述分散剂不仅可以阻止水中成垢盐类形成水垢，还可以对铸铝、焊锡、铜等多种金属提供缓释作用。
27.根据本公开，其中，所述消泡剂为pe6100；所述酸碱调节剂为氢氧化钠和/或氢氧化钾；所述防冻剂为乙二醇和/或丙二醇；将乙二醇/丙二醇作为防冻剂，不仅可以延长冷冻液的使用寿命，也会对发动机中的金属起到优异的腐蚀抑制作用，而且不会产生水垢。
28.本公开第二方面提供了第一方面所述无水冷却液的制备方法，其中，该方法包括如下步骤：按照配比将所述金属腐蚀抑制剂、氟化液、分散剂和防冻剂混合，进行一次搅拌；加入所述酸碱调节剂，进行二次搅拌；加入所述消泡剂，进行三次搅拌。
29.根据本公开，其中，所述一次搅拌的条件包括：搅拌温度为58
‑
60℃，搅拌时间为30
‑
45min；所述二次搅拌的条件包括：搅拌温度为58
‑
60℃，搅拌时间为30
‑
40min；所述三次搅拌的条件包括：搅拌温度为58
‑
60℃，搅拌时间为10
‑
20min。
30.本公开第三方面提供了第一方面所述无水冷却液在重负荷lng发动机中的应用。
31.本公开提供的环境友好型冷却液应用于重负荷lng发动机中，相比现有技术至少具有以下优点：
32.(1)本公开环境友好型无水冷却液通过引入氟化液，大大提高了发动机冷却液的传热效率，解决了天然气发动机产生大量热量、温度升高等问题，有利于提高发动机的工作效率和延长发动机的使用寿命。
33.(2)本公开环境友好型冷却液通过加入特定的分散剂组合，对发动机的金属有一定的缓蚀作用，起到更好的保护作用。
34.(3)本公开环境友好型冷却液是无水冷却液，相对于传统冷却液来说，会延长冷却液的使用寿命，不产生水垢和腐蚀，对铸铝、焊锡、铜等金属材料有很好保护作用，保证了其在冷却液系统中的长期使用。
35.以下通过实施例进行进一步详细说明本公开，但是本公开并不因此受到任何限制。
36.本公开中所使用的氟化液3m novec hfe
‑
7100购自于3m公司；
37.消泡剂basf plurafac pe6100购自于德国basf公司；
38.acumer3100购自于美国罗门哈斯公司。
39.实施例1
40.本实施例按照如下方法制备一种环境友好型冷却液(总质量100kg)：
41.将1重量份的金属腐蚀抑制剂(0.4重量份的2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、0.2重量份的2,4
‑
二羟基苯甲酸、0.4重量份的石油磺酸钠)、0.3重量份的氟化液(0.5重量份的3m novec hfe
‑
7100)、0.3重量份的分散剂(0.15重量份的氨基三亚甲基膦酸和0.15重量份的羟基亚乙基二膦酸(四)钠)、90重量份的防冻剂(45重量份的丙二醇和45重量份的乙二醇)均匀混合，在60℃下搅拌35min，搅拌频率为600rpm；加入0.26重量份的酸碱调节剂(氢氧化钠)，搅拌30min，搅拌频率为600rpm；再加入0.01重量份的消泡剂(basf plurafac pe6100)，搅拌20min，搅拌频率为600rpm。
42.实施例2
43.本实施例按照如下方法制备一种环境友好型冷却液(总质量100kg)：
44.将6重量份的金属腐蚀抑制剂(2重量份的2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、1.8重
量份的2,4
‑
二羟基苯甲酸和2.2重量份的石油磺酸钠)、1重量份的氟化液(3m novec hfe
‑
7100)、2重量份的分散剂(1重量份的氨基三亚甲基膦酸和1重量份的羟基亚乙基二膦酸(四)钠)、100重量份的防冻剂(45重量份的丙二醇和55重量份的乙二醇)均匀混合，在60℃下搅拌35min，搅拌频率为600rpm；加入0.9重量份的酸碱调节剂(氢氧化钠)，搅拌30min，搅拌频率为600rpm；再加入4重量份的消泡剂(basf plurafac pe6100)，搅拌20min，搅拌频率为600rpm。
45.实施例3
46.本实施例按照如下方法制备一种环境友好型冷却液(总质量100kg)：
47.将1.9重量份的金属腐蚀抑制剂(0.7重量份的2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、0.5重量份的2,4
‑
二羟基苯甲酸和0.7重量份的石油磺酸钠)、0.3重量份的氟化液(3m novec hfe
‑
7100)、2重量份的分散剂(1重量份的氨基三亚甲基膦酸和1重量份的羟基亚乙基二膦酸(四)钠)、100重量份的防冻剂(50重量份的丙二醇和50重量份的乙二醇)均匀混合，在60℃下搅拌35min，搅拌频率为600rpm；加入0.8重量份的酸碱调节剂(氢氧化钠)，搅拌30min，搅拌频率为600rpm；再加入3.8重量份的消泡剂(basf plurafac pe6100)，搅拌20min，搅拌频率为600rpm。
48.实施例4
49.本实施例按照如下方法制备一种环境友好型冷却液(总质量100kg)：
50.将3重量份的金属腐蚀抑制剂(1重量份的2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、1重量份的2,4
‑
二羟基苯甲酸和1重量份的石油磺酸钠)、0.5重量份的氟化液(3m novec hfe
‑
7100)、1.8重量份的分散剂(0.7重量份的氨基三亚甲基膦酸和1.1重量份的羟基亚乙基二膦酸(四)钠)、100重量份的防冻剂(50重量份的丙二醇和50重量份的乙二醇)均匀混合，在60℃下搅拌35min，搅拌频率为600rpm；加入0.4重量份的酸碱调节剂(氢氧化钠)，搅拌30min，搅拌频率为600rpm；再加入3重量份的消泡剂(basf plurafac pe6100)，搅拌35min，搅拌频率为600rpm。
51.实施例5
52.本实施例按照如下方法制备一种环境友好型冷却液(总质量100kg)：
53.将3.5重量份的金属腐蚀抑制剂(1重量份的2
‑
己基
‑1‑
(乙氧基丙酸)
‑
咪唑啉、1重量份的2,4
‑
二羟基苯甲酸和1.5重量份的石油磺酸钠)、0.7重量份的氟化液(3m novec hfe
‑
7100)、1重量份的分散剂(0.5重量份的氨基三亚甲基膦酸和0.5重量份的羟基亚乙基二膦酸(四)钠)、100重量份的防冻剂(45重量份的丙二醇和55重量份的乙二醇)均匀混合，在60℃下搅拌35min，搅拌频率为600rpm；加入0.5重量份的酸碱调节剂(氢氧化钠)，搅拌30min，搅拌频率为600rpm；再加入2.5重量份的消泡剂(basf plurafac pe6100)，搅拌35min，搅拌频率为600rpm。
54.对比例1
55.本对比例提供一种冷却液，与实施例1不同之处在于：冷却液中不含有氟化液3m novec hfe
‑
7100。
56.对比例2
57.本对比例提供一种冷却液，与实施例1的不同之处在于：利用等量的acumer3100替换实施例1中的分散剂(氨基三亚甲基膦酸和羟基亚乙基二膦酸(四)钠)。
58.测试实施例
59.按照astm d3306规定的测试方法对上述实施例和对比例进行测试，试验结果列于表1，表1还列出了以上实施例和对比例的导热系数增加率和传热增强百分比，导热系数增加率和传热增强百分比的定义如下式所示：
[0060][0061][0062]
表1高效传热冷却液试验结果
[0063][0064]
根据表1可以看出，本公开环境友好型重负荷冷却液通过将氟化液加入冷却液，大大提高了冷却液的导热系数，并增强了冷却液的传热效率；本公开环境友好型重负荷冷却液选用特定组合的分散剂具有缓蚀效果，对发动机里特定的金属铸铝、焊锡、铜等金属材料均有很好的保护作用。
[0065]
以上详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0066]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0067]
此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。