本發(fā)明屬于發(fā)動機冷卻液技術領域，具體涉及一種環(huán)保的長效、耐腐蝕、導熱效果優(yōu)良的有機酸型發(fā)動機冷卻液及其制備方法。
背景技術：
隨著經濟和汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車已經進入我國千家萬戶。機動車冷卻液是一種含有特殊添加劑的復合溶液，主要用于機動車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)，具有防凍、防沸、防腐蝕、防垢的作用，對于維護機動車的性能、壽命和行車安全具有重要意義。
目前，對于發(fā)動機冷卻液新產品的開發(fā)研究主要集中在以下幾個方面：一是對于防凍劑的改善。有機低碳醇類具有很好的降低冰點的效果，而且與水的相溶性非常好，其中甲醇和乙醇降低冰點的效果最好，因此最初的冷卻液的防凍劑以甲醇和乙醇為主。但由于其容易揮發(fā)，閃點低容易著火，且甲醇毒性大而被停用。甘油具有一定的降低冰點的效果，和甲醇、乙醇相比，還有沸點高、不易揮發(fā)及毒性低的優(yōu)點，但其粘度大不利于散熱。當前國內的冷卻液產品主要使用乙二醇，然而，乙二醇是一種毒性大、難以降解的化合物，所帶來的環(huán)保問題日益突出。
另一方面，對冷卻系統(tǒng)的優(yōu)良緩蝕也逐步成為國內外對汽車發(fā)動機冷卻液的研究重點。目前，多個文獻報道，在冷卻液中引入有機酸型緩蝕劑可以全面防護發(fā)動機冷卻系統(tǒng)。與無機鹽緩蝕劑相比，有機酸型緩蝕劑具有明顯的優(yōu)勢：(1)較好的穩(wěn)定性；(2)安全環(huán)保；(3)更好的長久性。二者的緩蝕機理截然不同。無機化合物主要是通過使金屬氧化并在金屬表面形成鈍化膜或致密難溶金屬鹽保護膜，因發(fā)生反應而消耗，然而濃度的下降將導致腐蝕的加速，因此需要定期補加緩蝕劑；有機緩蝕劑通過活性吸附在腐蝕活性點上，使金屬表面的能量狀態(tài)趨向穩(wěn)定，并由非極性基團造成憎水性膜。使電荷轉移和腐蝕劑的擴散都受到抑制，從而降低金屬的腐蝕。
此外，冷卻液中采用低碳醇類作為基礎液，鑒于其理化性質，導致這些冷卻液導熱能力遠遠低于水?，F有技術中已經公開了一些在冷卻液中加入納米材料以提高流體的導熱系數的文獻。例如專利(cn104087267a)公開了一種納米材料無水冷卻液，但是在該專利作為一種無水配方，使用了大量的丙三醇及各種納米材料，其粘度大，流動性差，增大了泵的泵送能耗，此外，發(fā)明人研究發(fā)現，該配方存在納米顆粒易團聚、容易堵塞和磨損管道等問題。
因此，開發(fā)出一種環(huán)保、長效、緩蝕性能好和傳熱效果優(yōu)良的發(fā)動機冷卻液成為了本領域亟需解決的技術問題。
技術實現要素：
本發(fā)明所要解決的技術問題在于提供一種環(huán)保、長效、緩蝕性能好和傳熱效果優(yōu)良的發(fā)動機冷卻液。
為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種環(huán)保的有機酸型發(fā)動機冷卻液，該冷卻液由下述重量份配比的原料制成的：
優(yōu)選地，所述的發(fā)動機冷卻液中各原料的重量配比如下：
本發(fā)明中所述的低碳醇為丙二醇與丙三醇的混合物，其中丙二醇與丙三醇的質量比為5-20:1，優(yōu)選為9:1。本發(fā)明中，所述丙二醇冰點為-59℃，沸點是188.2℃，抗沸抗凍性能優(yōu)良。與現有技術廣泛采用的乙二醇相比，兩者適用溫度范圍近似，且具有環(huán)保、毒性小、生物降解快，可有效改善發(fā)動機冷卻液廢液回收不當造成的環(huán)境污染。
所述的納米碳化硅顆粒直徑為1-100nm。加入納米碳化硅的目的在于增加發(fā)動機冷卻液的導熱系數，改善發(fā)動機冷卻液的傳熱性能，若懸浮液中納米碳化硅的粒徑太大，則易于沉降，無法形成長期的懸浮液系統(tǒng)，而且還可能堵塞和磨損管道。本發(fā)明經試驗確定，確定納米碳化硅的最佳粒徑范圍為1-50nm。對于納米碳化硅的加入量，發(fā)明人發(fā)現，隨著固含量的增加，冷卻液的導熱系數也增大，但是同時導致了冷卻液粘度增大，因而上述優(yōu)選方案中納米碳化硅的加入量以3重量份為宜。
所述的分散劑為peg-400或十二烷基苯磺酸鈉中的任意一種。加入分散劑的目的在于，防止納米顆粒團聚，提高納米流體的穩(wěn)定性。
所述的有機酸優(yōu)選為癸二酸。
在發(fā)動機水冷體系中，冷卻液要同時接觸到紫銅、黃銅、鋼、鑄鐵、鑄鋁、焊錫多種金屬，各種金屬的腐蝕行為、吸附和鈍化特性也不相同，要實現多種金屬的全面防護就需要進行緩蝕劑的復配，在本發(fā)明中，發(fā)明人在前期工作中研究了不同有機酸型緩蝕劑復配體系，結果發(fā)現緩蝕劑的復配體系為苯甲酸鈉/癸二酸/苯三唑復配體系效果最好，其中苯甲酸鈉/癸二酸/苯三唑的最優(yōu)摩爾比約為6:1:1。
所述的ph調節(jié)劑為koh、nahco3、naoh、或na2co3中的任意一種，優(yōu)選為koh或naoh。
所述的顏料為熒光綠、熒光紅或甲基紅中的任意一種。
所述的消泡劑為聚醚消泡劑。
本發(fā)明的所述發(fā)動機冷卻液是按如下方法制備獲得的：
1)稱取低碳醇、納米碳化硅、分散劑，放入反應釜內，在50-60℃條件下攪拌均勻，得到第一溶液；
2)稱取有機酸和苯三唑，加入至第一溶液中，繼續(xù)攪拌；
3)稱取苯甲酸鈉和去離子水并配制成第二溶液；
4)將步驟2)獲得的溶液與步驟3)獲得的第二溶液攪拌混合后，再超聲振蕩3小時；
5)加入稱取好的顏料和消泡劑，攪拌均勻后再加入ph調節(jié)劑調節(jié)ph值，得到所述有機酸型發(fā)動機冷卻液。
本發(fā)明取得的有益效果如下：
(1)本發(fā)明采用丙二醇和丙三醇混合防凍劑，沸點高、冰點低，且相比于現有技術中廣泛采用的乙二醇具有毒性低、易于生物降解、環(huán)境友好的優(yōu)點；
(2)本發(fā)明加入納米碳化硅，相對于空白對照組傳熱系數提高了23.56％，顯著地以改善了冷卻液的傳熱性能。
(3)本發(fā)明采用有機酸型緩蝕劑，并確定了其最佳配比范圍，相比于無機酸鹽型緩蝕劑具有較好的穩(wěn)定性、安全環(huán)保和更好的長久性的優(yōu)點，能夠全面實現對于紫銅、黃銅、鋼、鑄鐵、鑄鋁、焊錫多種金屬緩蝕。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細說明。
實施例1
一種環(huán)保的有機酸型發(fā)動機冷卻液，按照原料重量份配比制成如下：低碳醇50份(由丙二醇和丙三醇制成，兩者質量比為9:1)，去離子水50份，納米碳化硅3份(粒徑1-50nm)，苯甲酸鈉1.5份，癸二酸0.41份，苯三唑0.24份，十二烷基苯磺酸鈉0.5份，聚醚消泡劑0.1份，熒光綠顏料0.0005份，koh(調節(jié)ph至8.3)。
本實施例中所述有機酸型發(fā)動機冷卻液的制備方法如下：
1)稱取低碳醇、納米碳化硅、十二烷基苯磺酸鈉，放入反應釜內，在55℃條件下攪拌均勻，得到第一溶液；
2)稱取癸二酸和苯三唑，加入至第一溶液中，繼續(xù)攪拌；
3)稱取苯甲酸鈉和去離子水并配制成第二溶液；
4)將步驟2)獲得的溶液與步驟3)獲得的第二溶液攪拌混合，再超聲振蕩3小時；
5)加入稱取好的熒光綠和聚醚消泡劑，攪拌均勻后再加入koh調節(jié)ph值至8.3，得到發(fā)動機冷卻液。
實施例2
一種環(huán)保的有機酸型發(fā)動機冷卻液，按照原料重量份配比制成如下：低碳醇45份(由丙二醇和丙三醇制成，兩者質量比為9:1)，去離子水50份，納米碳化硅3份(粒徑1-50nm)，苯甲酸鈉0.73份，癸二酸0.2份，苯三唑0.12份，十二烷基苯磺酸鈉0.6份，聚醚消泡劑0.1份，熒光紅顏料0.0005份，naoh(調節(jié)ph至8.3)。
本實施例中所述有機酸型發(fā)動機冷卻液的制備方法如下：
1)稱取低碳醇、納米碳化硅、十二烷基苯磺酸鈉，放入反應釜內，在60℃條件下攪拌均勻，得到第一溶液；
2)稱取癸二酸和苯三唑，加入至第一溶液中，繼續(xù)攪拌；
3)稱取苯甲酸鈉和去離子水并配制成第二溶液；
4)將步驟2)獲得的溶液與步驟3)獲得的第二溶液攪拌混合，再超聲振蕩3小時；
5)加入稱取好的熒光紅和聚醚消泡劑，攪拌均勻后再加入naoh調節(jié)ph值至8.3，得到發(fā)動機冷卻液。
實施例3
一種環(huán)保的有機酸型發(fā)動機冷卻液，按照原料重量份配比制成如下：低碳醇55份(由丙二醇和丙三醇制成，兩者質量比為9:1)，去離子水50份，納米碳化硅3份(粒徑1-50nm)，苯甲酸鈉1.5份，癸二酸0.41份，苯三唑0.24份，peg-4000.5份，聚醚消泡劑0.1份，甲基紅顏料0.0005份，koh(調節(jié)ph至8.3)。
本實施例中所述有機酸型發(fā)動機冷卻液的制備方法如下：
1)稱取低碳醇、納米碳化硅、peg-400，放入反應釜內，在55℃條件下攪拌均勻，得到第一溶液；
2)稱取癸二酸和苯三唑，加入至第一溶液中，繼續(xù)攪拌；
3)稱取苯甲酸鈉和去離子水并配制成第二溶液；
4)將步驟2)獲得的溶液與步驟3)獲得的第二溶液攪拌混合，再超聲振蕩3小時；
5)加入稱取好的熒光紅和聚醚消泡劑，攪拌均勻后再加入naoh調節(jié)ph值至8.3，得到發(fā)動機冷卻液。
對比例1
參照實施例1，不同之處在于不加入納米碳化硅。
對比例2
參照實施例1，不同之處在于苯甲酸鈉2份，癸二酸0.4份，苯三唑0.7份。
實施例1-3及對比例1-2所述的發(fā)動機冷卻液的相關性能數據測試如表1所示，測試方法按gb29743-2013標準進行檢測。
表1
從表1可以看出，本發(fā)明的冷卻液溫度適應范圍廣，抗沸抗凍性能優(yōu)良，可以有效地防止金屬表面的腐蝕和氣蝕，緩蝕效果突出。結果表明，緩蝕劑的復配體系為苯甲酸鈉/癸二酸/苯三唑復配體系最優(yōu)摩爾比約為6:1:1時效果最佳。
采用西安夏溪電子科技有限公司的導熱系數測量儀分別對實施例1和對比例1所制備的冷卻液的導熱系數進行測定，結果顯示，實施例1的冷卻液相對于對比例1在80℃導熱系數提高了23.56％，可見，納米碳化硅顯著地改善了冷卻液的傳熱性能。
以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，本領域技術人員應當理解，凡依本發(fā)明專利申請范圍內對技術方案所做的等同替換或修飾，均應屬于本發(fā)明涵蓋的范圍。