一种防腐蚀发动机冷却液及其制备方法与流程

本发明涉及发动机冷却液，具体涉及一种防腐蚀发动机冷却液及其制备方法。

背景技术：

1、发动机冷却液，又称发动机防冻液，主要用于保护发动机正常运行，发动机冷却液能够在发动机水箱内循环，起到冷却、防冻、防沸、防垢、防腐蚀等作用，是发动机在正常工作中不可缺少的散热介质。大部分发动机防冻液的颜色为红色或绿色，以方便观察发动机防冻液是否存在泄露。

2、发动机冷却液包括防冻剂、添加剂、去离子水，防冻剂主要为乙二醇或丙二醇，添加剂主要有缓蚀剂、阻垢剂、消泡剂、颜料等。其中，缓蚀剂是最主要的添加剂，现有的缓蚀剂分为无机缓蚀剂和有机缓蚀剂，无机缓蚀剂主要有亚硝酸盐、硝酸盐、硅酸盐、磷酸盐、钼酸盐、硼砂等，有机缓蚀剂主要有苯并三唑、有机羧酸、苯甲酸钠等。

3、无机缓蚀剂中，亚硝酸盐能够在钢和铁表面形成一层钝化膜，但是亚硝酸盐有毒；硝酸盐也能够在钢和铁表面形成一层钝化膜，但是硝酸盐只有在高温条件下或酸性环境中才具有强氧化作用；硅酸盐能够在铝和铝合金表面形成一层钝化膜，但是硅酸盐易析出；磷酸盐能够在钢、铁、铝表面形成一层致密的磷酸盐薄膜，但是磷酸盐会增加水体中的生化需氧量和化学需氧量，导致水体污染，而且磷酸盐还易与钙离子和镁离子结合形成沉淀，影响冷却液的防垢效果；钼酸盐能够吸附在金属表面钝化膜的缺陷处或进入钝化膜内部与其共同作用，提高钝化膜的致密性；硼砂能够在金属表面形成一层钝化膜，但是硼砂有毒。有机缓蚀剂中，苯并三唑中的氢能够与铜表面的铜离子进行置换，然后与其他苯并三唑通过配位键结合，在铜表面形成一层保护膜；有机羧酸能够通过极性基团吸附于金属表面，形成一层保护膜；苯甲酸钠中的苯甲酸根能够与金属表面的金属离子通过配位键结合，在金属表面形成一层保护膜，同时，苯甲酸钠还具有还原性，能够还原金属表面被氧化的部分，并防止金属表面继续发生腐蚀。

4、通过上述无机缓蚀剂和有机缓蚀剂的缓蚀机理和存在的问题能够看出，现有的无机缓蚀剂存在有毒、适用范围有限、缓蚀作用受环境影响大、稳定性差、污染性大、用量大的缺点，而且无机缓蚀剂需要在金属表面形成一层钝化膜，即金属氧化物膜，钝化膜的形成时间长，很难实现短期保护，有机缓蚀剂主要通过配位作用或者吸附作用快速结合于金属表面，形成沉淀膜或者吸附膜，能够实现短期保护，而且用量小，但是通过配位作用或者吸附作用形成的保护膜的致密性较差，导致在防腐蚀效果上，有机缓蚀剂差于无机缓蚀剂，有机缓蚀剂还易产生气泡，导致在使用中易出现穴蚀，而且有机缓蚀剂中的有机羧酸易与硬水中的钙离子和镁离子结合形成沉淀，导致有机缓蚀剂的硬水稳定性差。

5、基于上述问题，目前最常用的方法为将无机缓蚀剂和有机缓蚀剂复配，得到复配缓蚀剂，利用复配缓蚀剂中的无机缓蚀剂在金属表面形成致密的钝化膜，降低环境温度对防腐蚀效果的影响，利用复配缓蚀剂中的有机缓蚀剂实现短期保护，并增加复配缓蚀剂中消泡剂的用量，以尽可能地避免气泡的产生。但是在复配中发现，存在以下问题：第一，将无机缓蚀剂和有机缓蚀剂混合后，协同作用较差，具体表现在由于有机缓蚀剂在钝化膜的形成中所起的作用较小，因此对无机缓蚀剂用量的降低作用不明显，为了提高防腐蚀效果，需要同时保证无机缓蚀剂和有机缓蚀剂的用量，但是会导致添加剂的用量大，影响发动机冷却液的冷却效果；第二，消泡剂用量过大，会影响发动机冷却液的冷却效果；第三，由于有机缓蚀剂中的有机羧酸仍易与硬水中的钙离子和镁离子结合形成沉淀，导致复配缓蚀剂的硬水稳定性差；第四，无机缓蚀剂和有机缓蚀剂之间存在相互影响，例如在将硅酸盐与有机羧酸混合后，有机羧酸会促进硅酸盐中的硅酸根转化为硅酸，硅酸发生聚集，成为硅酸凝胶，导致复配缓蚀剂的稳定性变差，虽然可以通过加入硅氧烷类化合物作为硅酸盐稳定剂，利用硅氧烷类化合物能够与硅酸发生相互作用，避免硅酸发生聚集，但是硅酸盐稳定剂的作用效果受温度影响大，影响了复配缓蚀剂的高温稳定性。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种防腐蚀发动机冷却液及其制备方法，制备的发动机冷却液的防腐蚀效果好，硬水稳定性好，在使用中不易出现穴蚀，消泡效果好，冷却效果好，高温稳定性好。

2、为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：

3、一种防腐蚀发动机冷却液的制备方法，包括：制备稳定剂，制备分散剂，混料；

4、所述制备稳定剂，包括：水热反应，包覆；

5、所述水热反应，将乙二醇、去离子水混合后，在室温下以50-100rpm的搅拌速度搅拌30-40min，加入氧化石墨烯，搅拌1-1.5h，得到氧化石墨烯分散液；将氯化铝、去离子水混合后，在室温下以50-100rpm的搅拌速度搅拌15-20min，滴加氢氧化钠溶液至ph为7-8，滴加结束后继续搅拌5-10min，得到铝源；将聚丙烯酸钠、去离子水混合后，在室温下以50-100rpm的搅拌速度搅拌30-40min，得到聚丙烯酸钠溶液；将氧化石墨烯分散液与铝源混合后，在室温下以50-100rpm的搅拌速度搅拌30-40min，滴加聚丙烯酸钠溶液，滴加结束后继续搅拌5-10min，然后进行水热反应，以5000-6000rpm的离心速度离心5-6min，取沉淀物，使用去离子水清洗后烘干，得到复合粉；

6、所述水热反应中，所述氧化石墨烯分散液中的乙二醇、去离子水、氧化石墨烯的用量比为20-25g:140-150ml:30g；

7、所述铝源中的氯化铝和去离子水的用量比为400-410g:2300-2400ml；

8、所述聚丙烯酸钠水溶液中的聚丙烯酸钠和去离子水的用量比为30-32g:500-600ml；

9、所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯、所述铝源中的氯化铝、所述聚丙烯酸钠水溶液中的聚丙烯酸钠的质量比为30:400-410:30-32；

10、所述氧化石墨烯的粒径为500nm；

11、所述氢氧化钠溶液的质量浓度为10%；

12、所述聚丙烯酸钠的数均分子量为5000；

13、所述氢氧化钠溶液的滴加速度为4-5ml/min；

14、所述聚丙烯酸钠溶液的滴加速度为20-30ml/min；

15、所述水热反应的温度为140-150℃，时间为5-6h；

16、所述包覆，将复合粉、去离子水混合后，在室温下以50-100rpm的搅拌速度搅拌30-40min，得到复合粉分散液；将聚天门冬氨酸、去离子水混合后，在室温下以50-100rpm的搅拌速度搅拌10-15min，得到聚天门冬氨酸溶液；在室温下对复合粉分散液以100-150rpm的搅拌速度进行搅拌，然后滴加聚天门冬氨酸溶液，滴加结束后继续搅拌1.5-2h，以5000-6000rpm的离心速度离心5-6min，取沉淀物，使用去离子水清洗后烘干，得到稳定剂；

17、所述包覆中，所述复合粉分散液中的复合粉和去离子水的用量比为140-150g:1300-1500ml；

18、所述聚天门冬氨酸溶液中的聚天门冬氨酸和去离子水的用量比为13-15g:290-300ml；

19、所述复合粉分散液中的复合粉与所述聚天门冬氨酸溶液中的聚天门冬氨酸的质量比为140-150:13-15；

20、所述聚天门冬氨酸溶液的滴加速度为20-30ml/min；

21、所述制备分散剂，将复合粉、去离子水混合后，在室温下以50-100rpm的搅拌速度搅拌30-40min，滴加聚乙二醇400，滴加结束后继续搅拌2-2.5h，以5000-6000rpm的离心速度离心5-6min，取沉淀物，使用去离子水清洗后烘干，得到分散剂；

22、所述制备分散剂中，复合粉、去离子水、聚乙二醇400的用量比为100-110g:1500-1700ml:30-32ml；

23、所述复合粉为制备稳定剂步骤中水热反应步骤得到的复合粉；

24、所述聚乙二醇400的滴加速度为3-4ml/min；

25、所述混料，将乙二醇、去离子水混合后，在室温下以200-300rpm的搅拌速度搅拌10-15min，加入异辛酸、十一烷酸、辛二酸、葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、甲基苯并三氮唑、氢氧化钠、稳定剂、分散剂，继续搅拌20-30min，加入九水偏硅酸钠、3-(三羟基甲基硅氧烷)-丙烷-单磷酸酯·磷酸盐、硝酸钠、钼酸钠，继续搅拌20-30min，加入有机硅消泡剂、罗丹明b，继续搅拌100-120min，得到防腐蚀发动机冷却液；

26、所述混料中，乙二醇、去离子水、异辛酸、十一烷酸、辛二酸、葡萄糖酸钠、苯甲酸钠、甲基苯并三氮唑、氢氧化钠、稳定剂、分散剂、九水偏硅酸钠、3-(三羟基甲基硅氧烷)-丙烷-单磷酸酯·磷酸盐、硝酸钠、钼酸钠、有机硅消泡剂、罗丹明b的质量比为950-1000:630-670:4-4.5:4-4.2:3.6-4:3.8-4:2.7-3:0.5-0.6:3.8-4:1.4-1.5:0.9-1:3.4-3.6:1-1.2:2.4-2.5:2-2.1:0.15-0.16:0.1-0.11。

27、一种由前述的制备方法制备得到的防腐蚀发动机冷却液。

28、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

29、（1）本发明的防腐蚀发动机冷却液的制备方法，包括制备稳定剂、制备分散剂、混料，制备稳定剂包括水热反应和包覆，水热反应为使用乙二醇对氧化石墨烯进行处理，促进氧化石墨烯分散后，得到氧化石墨烯分散液；然后将氯化铝溶于去离子水中后，加入沉淀剂氢氧化钠，得到铝源；再将聚丙烯酸钠溶于去离子水中后，得到聚丙烯酸钠溶液；最后将氧化石墨烯分散液、铝源、聚丙烯酸钠溶液混合后，进行水热反应，得到氧化石墨烯、氧化铝、聚丙烯酸钠的复合物，即复合粉；包覆为将复合粉分散于去离子水中，得到复合粉分散液，然后将聚天门冬氨酸溶于去离子水中，得到聚天门冬氨酸溶液，再将复合粉分散液与聚天门冬氨酸溶液混合，聚天门冬氨酸吸附于复合粉表面，得到稳定剂；稳定剂中的氧化石墨烯能够提高冷却液的导热率，氧化铝能够吸附于金属表面，提高钝化膜的致密性，聚丙烯酸钠能够鳌合钙离子和镁离子，提高冷却液的耐硬水稳定性，聚天门冬氨酸能够提高稳定剂的水溶性和分散性，还能够作为连接剂，将稳定剂固定于金属表面；制备分散剂为将制备稳定剂中得到的复合粉与聚乙二醇400混合，聚乙二醇400吸附于复合粉表面，得到分散剂，分散剂表面的聚乙二醇400能够提高分散剂的水溶性和分散性，还能够吸附于形成的泡沫表面，提高冷却液的消泡效果；

30、（2）本发明的防腐蚀发动机冷却液的制备方法，制备的发动机冷却液的防腐蚀效果好，使用模拟使用腐蚀（88℃，1064h）的方法对防腐蚀效果进行测试，紫铜试片的质量变化为+1.1mg至+2.3mg，黄铜试片的质量变化为+2.1mg至+2.9mg，钢试片的质量变化为+1.4mg至+2.0mg，铸铁试片的质量变化为+1.9mg至+2.4mg，焊锡试片的质量变化为+1.6mg至+2.5mg，铸铝试片的质量变化为+0.7mg至+1.0mg；

31、（3）本发明的防腐蚀发动机冷却液的制备方法，制备的发动机冷却液的硬水稳定性好，耐硬水稳定性（90℃，336h）沉淀物体积为0ml；

32、（4）本发明的防腐蚀发动机冷却液的制备方法，制备的发动机冷却液在使用中不易出现穴蚀，铝泵气穴腐蚀（113℃，103kpa，100h）为9级；

33、（5）本发明的防腐蚀发动机冷却液的制备方法，制备的发动机冷却液的消泡效果好，泡沫倾向（88℃）中的泡沫体积为38-42ml，泡沫消失时间为0.8-0.9s；

34、（6）本发明的防腐蚀发动机冷却液的制备方法，制备的发动机冷却液的冷却效果好，在25℃下的导热率为0.535-0.558w/(m•k)；

35、（7）本发明的防腐蚀发动机冷却液的制备方法，制备的发动机冷却液的高温稳定性好，铸铝合金传热腐蚀（135℃，168h）中质量变化为-0.3mg/cm2至-0.2mg/cm2，试验后溶液沉淀量为0-0.01ml。