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词条创建者 匿名用户

防冻液

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防冻剂是一种降低水基液体冰点的添加剂。防冻剂混合物用于在寒冷环境中实现冰点降低。常见的防冻剂还会提高液体的沸点,从而提高冷却液温度。但是,所有常见的防冻剂添加剂的热容量也低于水,并且在添加时确实会降低水作为冷却剂能力。由于水作为冷却剂具有良好的性能,因此水加防冻剂用于内燃机和其他热传递应用,例如HVAC冷却器和太阳能热水器。防冻剂的目的是防止刚性外壳在水结冰时因膨胀而爆裂。在商业上,添加剂(纯浓缩物)和混合物(稀释溶液)都称为防冻剂,具体取决于上下文。仔细选择防冻剂可以使混合物保持在液相的较宽温度范围,这对于有效传热和热交换器的正常运行至关重要。

防冻剂的原理和历史

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水是内燃机的原始冷却剂。它价格便宜,无毒,并且具有很高的热容量。然而,它只有100°C的液体范围,并且在冷冻时会膨胀。通过开发具有改进性能的替代冷却剂来解决这些问题。凝固点和沸点是溶液的依数性质,取决于溶解物质的浓度。因此,盐会降低水溶液的熔点。盐经常用于除冰,但盐溶液不用于冷却系统,因为它们会引起金属腐蚀。低分子量有机化合物的熔点往往低于水,这使得它们适合用作防冻剂​​。有机化合物(尤其是醇)在水中的溶液是有效的。自1920年代商业化以来,甲醇、乙醇、乙二醇等醇类一直是所有防冻剂的基础。

防冻剂的使用和发生

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汽车和内燃机使用

大多数汽车发动机都是水冷的以去除废热,尽管使用的水实际上是水和防冻剂的混合物。发动机冷却剂一词广泛用于汽车行业,涵盖了其对内燃发动机的对流热传递的主要功能。在汽车环境中使用时,会添加腐蚀抑制剂以帮助保护车辆的散热器,这些散热器通常包含一系列电化学不兼容的金属(铝、铸铁、铜、黄铜、焊料等)。还添加了水泵密封润滑剂。开发防冻剂是为了克服水作为传热流体的缺点。另一方面,如果发动机冷却液过热,它可能会在发动机内部沸腾,造成空隙(蒸汽袋),从而导致局部热点和发动机的灾难性故障。如果在北方气候条件下将清水用作发动机冷却剂,则会发生结冰,从而导致严重的发动机内部损坏。此外,纯净水会增加电偶腐蚀的发生率。适当的发动机冷却剂和加压冷却剂系统消除了水的这些缺点。使用适当的防冻剂,发动机冷却液可以承受较宽的温度范围,例如用蒸馏水稀释50%(按体积计)丙二醇的-34°F(-37°C)至+265°F(129°C)水和15psi加压冷却系统。早期的发动机冷却液防冻剂是甲醇(甲醇)。开发乙二醇是因为其较高的沸点与加热系统更兼容。

其他工业用途

电子冷却中最常用的水基防冻液是水和乙二醇(EGW)或丙二醇(PGW)的混合物。乙二醇的使用历史悠久,尤其是在汽车工业中。然而,为汽车行业配制的EGW解决方案通常含有硅酸盐防锈剂,这些防锈剂会覆盖和/或堵塞热交换器表面。乙二醇被列为需要小心处理和处置的有毒化学品。乙二醇具有理想的热性能,包括高沸点、低凝固点、在宽温度范围内的稳定性以及高比热和导热率。它还具有低粘度,因此降低了泵送要求。尽管EGW比PGW具有更理想的物理特性,但后者的冷却剂用于可能需要考虑毒性的应用。PGW通常被认为可安全用于食品或食品加工应用,也可用于封闭空间。类似的混合物通常用作HVAC和工业加热或冷却系统作为高容量传热介质。许多配方都含有腐蚀抑制剂,预计这些化学物质将被补充(手动或自动控制),以防止昂贵的管道和设备腐蚀。

生物防冻剂

抗冻蛋白是指某些动物、植物和其他生物体产生的阻止结冰的化合物。通过这种方式,这些化合物允许它们的宿主生物体在远低于水冰点的温度下运行。抗冻蛋白与小冰晶结合,以抑制冰的生长和再结晶,否则会致命。

主要代理

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乙二醇

大多数防冻剂是通过将蒸馏水与添加剂和基础产品混合制成的,通常是MEG(单乙二醇)或MPG(单丙二醇)。乙二醇溶液于1926年首次面世,并作为xxx性防冻剂销售,因为较高的沸点为夏季和寒冷天气提供了优势。它们今天用于各种应用,包括汽车,但也有可用丙二醇制成的低毒性替代品。在系统中使用乙二醇时,它可能会被氧化成五种有机酸(甲酸、草酸、乙醇酸、乙醛酸和乙酸)。可使用抑制乙二醇防冻剂混合物,其添加剂可缓冲溶液的pH值并保留溶液的碱度,以防止乙二醇氧化和这些酸的形成。亚硝酸盐、硅酸盐、硼酸盐和唑类也可用于防止金属腐蚀。乙二醇具有苦味、甜味并引起醉酒。摄入乙二醇的毒性作用发生是因为它被肝脏转化为其他4种毒性更大的化学物质。纯乙二醇的致死剂量为1.4毫升/公斤(3美制液量盎司(90毫升)对140磅(64公斤)的人来说是致命的),但如果在一小时内治疗,则致死率要低得多。(见乙二醇中毒)。

丙二醇

丙二醇的毒性比乙二醇低得多,可以标记为无毒防冻剂。它在乙二醇不适用的地方用作防冻剂​​,例如在食品加工系统或可能偶然摄入的家庭水管中。丙二醇氧化成乳酸。除了冷却系统腐蚀外,还会发生生物污染。一旦细菌粘液开始生长,系统的腐蚀速率就会增加。使用乙二醇溶液维护系统包括定期监测防冻、pH、比重、抑制剂水平、颜色和生物污染。丙二醇变成微红色时应更换。当冷却或加热系统中的丙二醇水溶液呈现微红色或黑色时,这表明系统中的铁正在显着腐蚀。在没有抑制剂的情况下,丙二醇可以与氧和金属离子反应,生成各种化合物,包括有机酸(例如,甲酸、草酸、乙酸)。这些酸加速了系统中金属的腐蚀。

其他防冻剂

丙二醇甲醚在柴油发动机中用作防冻剂​​。它比乙二醇更易挥发。一旦用于汽车防冻剂,甘油具有无毒、耐高温、无腐蚀性的优点。然而,它并没有被广泛使用。在被乙二醇取代之前,甘油历来被用作汽车应用的防冻剂。大众汽车于2008年推出了含有甘油的G13(TL774-G)防冻剂,因其低毒性和减少CO2排放而被宣传为更环保。然而,自2018年以来,他们转向了不再含有甘油的G12EVO(TL774-L)。甘油被强制用作许多自动喷水灭火系统中的防冻剂。

测量冰点

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防冻液一旦与水混合并投入使用,就需要定期维护。如果发动机冷却液泄漏、沸腾,或者冷却系统需要排空并重新加注,则需要考虑防冻液的防冻保护。在其他情况下,车辆可能需要在较冷的环境中运行,需要更多的防冻剂和更少的水。通常采用三种方法通过测量浓度来确定溶液的冰点:

  • 比重——(使用比重计测试条或某种浮动指示器),
  • 折光仪——测量防冻液的折光率,以及
  • 试纸——专门为此目的制造的一次性指示剂。

比重和折射率都受温度影响,尽管前者的灾难​​性影响要小得多。尽管如此,还是建议对RI测量进行温度补偿。由于结果不明确(40%和100%溶液具有相同的比重),丙二醇溶液不能使用比重进行测试,尽管典型用途很少超过60%浓度。沸点可以类似地通过由三种方法之一给出的浓度来确定。乙二醇/水冷却剂混合物的数据表通常可从化学品供应商处获得。

缓蚀剂

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大多数商业防冻剂配方包括腐蚀抑制化合物和有色染料(通常是荧光绿色、红色、橙色、黄色或蓝色)以帮助识别。通常使用1:1的水稀释,导致冰点约为-34°F(-37°C),具体取决于配方。在较温暖或较冷的地区,分别使用较弱或较强的稀释度,但通常指定40%/60%至60%/40%的范围以确保防腐蚀,70%/30%的范围可xxx程度地防止冻结−84°F(−64°C)。

维护

在没有泄漏的情况下,乙二醇或丙二醇等防冻化学品可能会无限期地保持其基本特性。相比之下,缓蚀剂是逐渐用完的,必须时不时补充。大型系统(例如HVAC系统)通常由负责添加腐蚀抑制剂和调节冷却剂成分的专业公司监控。为简单起见,大多数汽车制造商建议定期完全更换发动机冷却液,以同时更新缓蚀剂并去除积聚的污染物。

传统抑制剂

传统上,车辆中使用两种主要的腐蚀抑制剂:硅酸盐和磷酸盐。美国制造的汽车传统上使用硅酸盐和磷酸盐。欧洲制造的产品含有硅酸盐和其他抑制剂,但不含磷酸盐。日本制造传统上使用磷酸盐和其他抑制剂,但不使用硅酸盐。

有机酸技术

大多数现代汽车都采用有机酸技术(OAT)防冻剂(例如DEX-COOL)或混合有机酸技术(HOAT)配方(例如ZerexG-05)制造,这两种技术都声称具有延长的五年或240,000公里(150,000英里)的使用寿命。DEX-COOL特别引起了争议。诉讼将其与通用汽车(GM)的3.1L和3.4L发动机的进气歧管垫圈故障以及3.8L和4.3L发动机的其他故障联系起来。以2-乙基己酸钠或钾和乙基己酸呈现的防腐组分之一与尼龙6,6和硅橡胶不相容,是一种已知的增塑剂集体诉讼已在美国的几个州和加拿大登记,以解决其中一些索赔。其中xxx个做出决定的是在密苏里州,2007年12月初宣布和解。2008年3月下旬,通用汽车同意赔偿其余49个州的投诉人。通用汽车(汽车清算公司)于2009年申请破产,将未决索赔捆绑在一起,直到法院确定谁获得报酬。根据DEX-COOL制造商的说法,将“绿色”[非OAT]冷却剂与DEX-COOL混合可将批次的更换间隔缩短至2年或30,000英里,但不会对发动机造成任何损坏。DEX-COOL防冻剂使用两种抑制剂:癸二酸盐和2-EHA(2-乙基己酸),后者与美国发现的硬水效果很好,但它是一种增塑剂,会导致垫圈泄漏。根据通用汽车内部文件,最终罪魁祸首似乎是在冷却液液位低的情况下长时间驾驶车辆。冷却液过低是由在打开位置失效的压力盖造成的。(新瓶盖和回收瓶与DEX-COOL同时推出)。这会使热的发动机部件暴露在空气和蒸汽中,导致氧化铁颗粒腐蚀和污染冷却液,这反过来又会加剧压力盖问题,因为污染会使压力盖xxx打开。本田和丰田的新型延长寿命冷却剂使用含有癸二酸的OAT,但没有使用2-EHA。一些添加的磷酸盐可在OAT积累时提供保护。本田特别从他们的公式中排除了2-EHA。通常,OAT防冻剂含有橙色染料,以区别于传统的乙二醇基冷却剂(绿色或黄色),尽管一些OAT产品可能含有红色或淡紫色染料。一些较新的OAT冷却剂声称与所有类型的OAT和乙二醇基冷却剂兼容;这些通常是绿色或黄色的。

防冻液

混合有机酸技术

HOAT冷却剂通常将OAT与传统抑制剂(通常是硅酸盐)混合。一个例子是ZerexG05,它是一种低硅酸盐、不含磷酸盐的配方,包含苯甲酸盐抑制剂。HOAT冷却剂的预期寿命可高达10年/180,000英里。

磷酸盐杂化有机酸技术

P-HOAT冷却剂将磷酸盐与HOAT混合。这种技术通常用于亚洲品牌,通常染成红色或蓝色。

硅酸盐杂化有机酸技术

Si-OAT冷却剂将硅酸盐与HOAT混合。这种技术通常用于欧洲制造,通常被染成粉红色。

添加剂

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所有汽车防冻剂配方,包括较新的有机酸(OAT防冻剂)配方,由于混合了添加剂(约5%),包括润滑剂、缓冲剂和腐蚀抑制剂,对环境有害。由于防冻剂中的添加剂是专有的,制造商提供的安全数据表(SDS)仅列出了在按照制造商的建议使用时被认为具有重大安全危害的化合物。常见的添加剂包括硅酸钠、磷酸二钠、钼酸钠、硼酸钠、苯甲酸地那铵和糊精(羟乙基淀粉)。将荧光素二钠染料添加到传统的乙二醇配方中,以直观地区分与其他车辆液体的泄漏量,并作为类型标记以将其与不相容的类型区分开来。当被日光或测试发出的蓝光或紫外光照射时,这种染料会发出亮绿色荧光。由于添加了防腐剂甲苯基三唑,汽车防冻液具有特有的气味。工业用甲苯基三唑的难闻气味来自产品中的杂质,这些杂质是由甲苯胺异构体(邻甲苯胺、间甲苯胺和对甲苯胺)和间二氨基甲苯形成的,它们是甲苯三唑生产过程中的副产品。这些副产物具有高反应性并产生挥发性芳香胺,这是造成难闻气味的原因。


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词条目录
  1. 防冻液
  2. 防冻剂的原理和历史
  3. 防冻剂的使用和发生
  4. 汽车和内燃机使用
  5. 其他工业用途
  6. 生物防冻剂
  7. 主要代理
  8. 乙二醇
  9. 丙二醇
  10. 其他防冻剂
  11. 测量冰点
  12. 缓蚀剂
  13. 维护
  14. 传统抑制剂
  15. 有机酸技术
  16. 混合有机酸技术
  17. 磷酸盐杂化有机酸技术
  18. 硅酸盐杂化有机酸技术
  19. 添加剂

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