CN112574720B - 一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低温传热介质技术领域，具体涉及一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质及其制备方法与应用。本发明提供一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质，包括如下组分：水溶性醇、有机酸缓蚀剂、三唑类缓蚀剂、分散剂、pH调节剂和消泡剂。本发明的低温传热介质采用有机羧酸类缓蚀剂和三唑类缓蚀剂复配形成的复合缓蚀剂，为传热系统中紫铜、黄铜、钢、铁、铸铝、焊锡等金属提供优异的防腐蚀保护；同时具有优异的抑制沉积物形成和吸附的性能，避免沉积物堵塞冷却系统，有利于维持冷却系统的正常运行，延长低温传热介质的使用寿命；且不含硼砂、钼酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等无机盐成分及有机胺，对环境和人体的危害小。

Description

一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质及其制备方法 与应用

技术领域

本发明涉及低温传热介质技术领域，具体涉及一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质及其制备方法与应用。

背景技术

低温传热介质通常由小分子醇类防冻剂与水混溶并复配缓蚀剂、消泡剂、染色剂等功能添加剂组成，相比纯水作为传热介质具有防冻性好，沸点高，腐蚀性小等优势，通常用于中央空调、内燃机、分体式太阳能热水器、电力电子装置变流器等设备的水冷冷却系统中。

低温传热介质在使用中与水冷系统中的钢、铸铁、焊料、紫铜、黄铜、铸铝等金属材料接触，存在电化学腐蚀、孔蚀、缝隙腐蚀等多种腐蚀形式。现有技术中的低温传热介质中多通过加入硼砂、磷酸盐、硅酸盐、铬酸盐、有机胺、有机酸等缓蚀剂以抑制传热系统中金属的腐蚀。其中，有机酸缓蚀剂由于其对环境危害小，降解速率慢，使用寿命长等优势，逐渐成为发动机冷却液等低温传热介质主要使用的缓蚀剂，然而，有机酸缓蚀剂在长期使用过程中由于自身的降解、结晶、吸附，以及与钙、镁及各种金属腐蚀离子相互作用等，在冷却系统中形成组成成分复杂的沉积物，这些沉积物吸附在散热器管路、水冷基板、过滤器等部件，造成冷却系统局部堵塞，传热介质流量降低，系统温升过快。因此，开发具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质具有重要意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种对多种金属均具有较好的防腐蚀作用、对环境污染较小且具有高效抑制沉积物形成功能的低温传热介质及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质，包括如下组分：防冻剂、缓蚀剂和分散剂；所述缓蚀剂包括有机酸缓蚀剂和三唑类缓蚀剂；所述分散剂包括两亲性高分子聚合物。

为提高低温传热介质的防腐蚀性能，现有技术中低温传热介质中的缓蚀剂多含有硼砂、钼酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐、有机胺等物质，这些物质虽然具有较好的缓蚀性能，但是对环境和人体危害较大。在筛选对环境污染较小且具有优异防腐蚀性能的缓蚀剂时，本发明发现很多缓蚀组分虽然对环境友好，但是其缓蚀功能十分有限，尤其对易腐蚀金属的缓蚀功能效果更为不佳，而且即便复配或增加用量也很难达到较好的效果，而利用特定的有机酸缓蚀剂和三唑类缓蚀剂复配得到的缓蚀剂，既能够满足环境和人体友好的要求，又能够对多种金属表现出优异的缓蚀性能。然而，有机酸缓蚀剂很容易在使用过程中形成沉积物，本发明发现，与三唑类缓蚀剂复配使用后还会加速沉积物的形成，而通过引入两亲性高分子聚合物，能够起到较好的分散作用，有效抑制沉积物的形成。

本发明所述的缓蚀剂可仅由有机酸缓蚀剂和三唑类缓蚀剂组成。

优选地，所述有机酸缓蚀剂为选自碳原子数为5～10的一元羧酸、碳原子数为4～12的二元羧酸以及苯甲酸、其取代酸及其碱金属盐的一种或多种。所述三唑类缓蚀剂为选自苯并三氮唑、甲基苯并三氮唑中的一种或两种。

具体地，所述碳原子数为5～10的一元羧酸为选自戊酸、己酸、庚酸、辛酸、异辛酸、壬酸、异壬酸、癸酸中的一种或多种。所述碳原子数为4～12的二元羧酸为选自丁二酸、己二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸中的一种或多种。所述苯甲酸的取代酸为选自邻甲基苯甲酸、间甲基苯甲酸、对甲基苯甲酸、邻羟基苯甲酸、间羟基苯甲酸、对羟基苯甲酸、邻甲氧基苯甲酸、间甲氧苯甲酸、对甲氧苯甲酸、对叔丁基苯甲酸、邻苯二甲酸、对苯二甲酸中的一种或多种。

更优选地，所述有机酸缓蚀剂为选自碳原子数为6～10的一元羧酸中的一种、选自碳原子数为6～10的二元羧酸中的一种和苯甲酸的取代酸的混合物。

优选地，所述有机酸缓蚀剂和所述三唑类缓蚀剂的质量比为 (25～50)：1。

本发明中，所述防冻剂优选为水溶性醇。

优选地，所述水溶性醇为选自乙二醇、丙二醇、二乙二醇、二丙二醇、丙三醇中的一种或几种的混合物。更优选为乙二醇和/或丙二醇。

本发明发现，在上述水溶性醇和特定的有机酸缓蚀剂、三唑类缓蚀剂的复配体系中，引入由亲水性单体丙烯酸、马来酸或其衍生物与疏水性单体丙烯酸酯、苯乙烯共聚形成的两亲性高分子聚合物，两亲性高分子聚合物能够强烈吸附在颗粒状的水不溶物表面，表现出优越的润湿与分散性，各组分之间能够更好地协调配合，更有效地抑制沉积物的形成。

优选地，所述高分子聚合物为选自亲水性聚合单体丙烯酸、甲基丙烯酸、马来酸、马来酸酐中的一种与选自疏水性聚合物单体丙烯酸酯、苯乙烯中的一种形成的共聚物。

更优选地，所述有机酸缓蚀剂为异辛酸、癸二酸和对叔丁基苯甲酸组成混合物；所述分散剂包含丙烯酸单体与丙烯酸酯单体形成的共聚物。采用上述特定缓蚀剂与分散剂的复配方式，具有更优的防止多种金属腐蚀和抑制沉积物形成的性能。

所述丙烯酸单体与丙烯酸酯单体形成的共聚物的分子量优选为2000～20000。

优选地，所述的低温传热介质包括如下重量份的组分：

更优选地，所述的低温传热介质包括如下重量份的组分：

所述分散剂包含丙烯酸单体与丙烯酸酯单体形成的共聚物。

丙烯酸单体与丙烯酸酯单体的形成的共聚物的分子量优选为 2000～20000。

本发明所述低温传热介质还可进一步添加pH调节剂和消泡剂。

优选地，所述低温传热介质包括如下重量份的组分：

更优选地，所述低温传热介质包括如下重量份的组分：

所述pH调节剂优选为碱性pH调节剂，如NaOH、KOH等；所述 pH调节剂的用量为将所述低温传热介质的pH调节至7.5～9.0。在上述 pH范围内能够更好的保护传热系统中的各种金属。

所述消泡剂优选为聚醚改性聚硅氧烷。

作为本发明的优选方案，按总量为100份计，所述低温传热介质由如下重量份的组分组成：

所述NaOH或KOH的用量为将所述低温传热介质的pH调节至 7.5～9.0。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件可以相互组合，得到本发明的优选实施方案。

本发明提供的上述低温传热介质对多种金属均具有优异的防腐蚀效果，并且在使用过程中能够有效抑制沉积物的形成、吸附和积累，避免散热系统因沉积物堵塞造成传热能力降低，保证冷却系统的正常运行和低温传热介质的使用寿命，可广泛用于中央空调、内燃机、分体式太阳能热水器、电力电子装置变流器等设备的水冷冷却系统，尤其适用于发动机冷却系统。

上述低温传热介质可采用本领域常规方法制备，例如：将各成分按比例进行混合均匀而成。

本发明还提供所述低温传热介质的制备方法，包括：将防冻剂、有机酸缓蚀剂、三唑类缓蚀剂、分散剂、pH调节剂和消泡剂按质量比混合。

本发明还提供所述低温传热介质在中央空调、内燃机、分体式太阳能热水器、电力电子装置变流器的水冷冷却系统中的应用。

本发明的有益效果在于：本发明提供的低温传热介质具有以下优势：

(1)具有高效的抑制沉积物产生、吸附和积累的功能，能够有效避免散热系统因沉积物堵塞造成传热能力降低，保证冷却系统的正常运行和较长的低温传热介质使用寿命；

(2)对于铜、钢、铸铁、焊锡、铸铝等多种金属均具有优异的防腐蚀、防锈功能，能够有效抑制冷却系统中的金属腐蚀生锈；

(3)不含硼砂、钼酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐及有机胺等对环境和人身有害的物质。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的优选实施方式进行详细说明。需要理解的是以下实施例的给出仅是为了起到说明的目的，并不是用于对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员在不背离本发明的宗旨和精神的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到，其中，分散剂Acumer 6600为陶氏化学产品；分散剂T-225、分散剂TH-1100购自山东泰和水处理科技股份有限公司；消泡剂 HP710购自盟庆信添加剂贸易(上海)有限公司。

实施例1

本实施例提供一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.1。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

实施例2

本实施例提供一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.0。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

实施例3

本实施例提供一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.0。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

实施例4

本实施例提供一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.0。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

对比例1

本对比例提供一种低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.0。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

对比例2

本对比例提供一种低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.0。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

对比例3

本对比例提供一种低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.1。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

对比例4

本对比例提供一种低温传热介质，由如下质量百分含量的组分组成：

pH为8.1。

上述低温传热介质的制备方法如下：将各组分按比例混合，搅拌均匀即得。

实验例1：玻璃器皿腐蚀试验

对本发明实施例1～4及对比例1～4中的低温传热介质采用SH/T 0085玻璃器皿腐蚀法考察其对金属材料的防护性能，结果如表1所示。玻璃器皿腐蚀试验结果表明，实施例1～4的低温传热介质对紫铜、黄铜、钢、铸铁、焊锡和铸铝等金属均具有优良的缓蚀性能，能够有效保护传热系统中的金属部件。对比例1～3的低温传热介质的金属保护性能与实施例1～4相当，对比例4的低温传热介质对铸铁、焊锡、铸铝有明显腐蚀。

表1玻璃器皿腐蚀(88±2℃，336h)

实验例2：抑制沉积物形成性能分析试验

对本发明实施例1～4和对比例1～4中低温传热介质进行抑制沉积物形成性能的对比试验，具体方法如下：

将汽车用管带式散热器铝扁管(宽16mm，厚度0.2mm，高度2mm) 裁剪成长度50mm的铝扁管试件，裁剪好的铝扁管试件的中央钻一个直径7mm的孔。

试验采用SH/T 0088发动机冷却液模拟使用腐蚀测定法，试验中不装SH/T 0088中规定的金属试片，将制作好的铝扁管试件装配在套有聚四氟乙烯管的黄铜螺钉上，试件和黄铜支架间用绝缘垫圈隔开，试验时间改为连续运行两周，中间不停机。

停机后卸下铝扁管试件，观察试件管道中的沉积物情况。

试验结果如表2所示，结果表明，使用实施例1～4的低温传热介质的铝扁管试件管道内均无沉积物，表明实施例1～4的低温传热介质具有优异的分散性能，能够有效抑制低温传热介质在使用过程中沉积物的产生，避免发生散热管道堵塞，传热能力降低。而使用对比例1、2 和3的低温传热介质，试件管道中有明显的沉积物积累，进而影响低温传热介质的传热性能。

表2抑制沉积物形成性能对比试验

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (4)

1.一种具有抑制沉积物形成功能的低温传热介质，其特征在于，包括如下组分：

2.根据权利要求1所述的低温传热介质，其特征在于，所述pH调节剂为碱性pH调节剂；所述消泡剂为聚醚改性聚硅氧烷。

3.权利要求1或2所述的低温传热介质的制备方法，其特征在于，包括：将防冻剂、有机酸缓蚀剂、三唑类缓蚀剂、分散剂、pH调节剂和消泡剂按质量比混合。

4.权利要求1或2所述的低温传热介质在中央空调、内燃机、分体式太阳能热水器或电力电子装置变流器的水冷冷却系统中的应用。