Кіріспе
Судың қату температурасын төмендететін салқындатқыш қоспасы.
Антифриз – су негізіндегі сұйықтықтың қату температурасын төмендететін қоспа. Судың қату температурасын төмендету үшін антифриз қоспасы қолданылады, әсіресе суық аймақтарда. Көптеген антифриздер сұйықтың қайнау температурасын да арттырады, салқындатқыш температурасының жоғарылауына жағдай жасайды. Дегенмен, барлық қолданылатын антифриз қоспаларының жылу сыйымдылығы судан төмен болады және суға қосылғанда оның салқындатқыш ретіндегі тиімділігін азайтады. Судың салқындату қасиеттері жақсы болғандықтан, ішкі жану қозғалтқыштарында және жылу алмасу жүйелерінде, мысалы, HVAC салқындатқыштарында және күн энергиясымен су жылытқыштарында су мен антифриз бірге қолданылады. Антифриздің негізгі мақсаты – су қатып, кеңейген кезде берік конструкцияның жарылып кетуіне жол бермеу. Саудада антифриз термині қоспаның (таза концентрат) немесе оның ерітіндісін (сұйылтылған ерітінді) сипаттау үшін қолданылады, бұл контекстке байланысты өзгереді. Антифризді дұрыс таңдау, қоспаның сұйық күйде қалатын температуралық диапазонын кеңейтеді, бұл тиімді жылу алмасу және жылу алмастырғыштардың қалыпты жұмысы үшін маңызды. Көптеген, тіпті барлық коммерциялық антифриз формулалары, жылу алмасу жүйелерінде қолдануға арналған болса, коррозияға және кавитацияға қарсы заттарды қамтиды (ол гидравликалық жүйені тозудан қорғайды).
Принциптері мен тарихы
Су – ішкі жану қозғалтқыштары үшін бастапқы салқындатқыш. Ол арзан, уытсыз және жоғары жылу сыйымдылығына ие. Дегенмен, оның сұйық күйдегі диапазоны 100 Кельвинге дейін ғана жетеді және қатып қалғанда кеңейеді. Бұл мәселелерді шешу үшін жақсартылған қасиеттері бар басқа салқындатқыштар әзірленді. Қату және қайнау нүктелері – ерітіндідегі заттардың концентрациясына байланысты болатын колликативтік қасиеттер. Тұздар сулы ерітінділердің қату нүктесін төмендетеді. Тұздар көбінесе мұздан тазалау үшін қолданылады, бірақ тұз ерітінділері салқындату жүйелерінде қолданылмайды, себебі олар металдарды коррозияға ұшыратады. Төмен молекулалық салмағы бар органикалық қосылыстардың қату нүктесі судан төмен болады, бұл оларды антифриз ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Органикалық қосылыстардың, әсіресе спирттердің судағы ерітінділері тиімді. Метанол, этанол, этиленгликоль сияқты спирттер 1920 жылдары қолданысқа енгізілгеннен бері барлық антифриздердің негізін құрайды. Криопротекторлар криобиологияда сперма, қан, шеміршек жасушалары, өсімдік тұқымдары және т.б. тоңуын болдырмау немесе тежеу үшін қолданылады. Этиленгликоль, пропиленгликоль және глицерин (барлығы автомобиль антифризінде қолданылады) әдетте биологиялық криопротекторлар ретінде қолданылады. (Этиленгликольмен улану туралы қараңыз).
Пропиленгликоль
Пропиленгликоль этиленгликольге қарағанда едәуір аз улы және "улы емес антифриз" деп таңбалануы мүмкін. Этиленгликоль қолдануға болмайтын жағдайларда, мысалы, тағам өңдеу жүйелерінде немесе кездейсоқ жұтылу мүмкін болатын үйлердегі су құбырларында антифриз ретінде қолданылады. Мысалы, АҚШ-тың FDA пропиленгликольді көптеген жоғары өңделген тағамдарға, соның ішінде балмұздақ, мұздатылған десерттер, салатқа қосылатын соустар және нан-тоқаш өнімдеріне қосуға рұқсат береді, сондай-ақ оны электронды темекілерде қолданылатын "электрондық сұйықтықтың" негізгі құрамы ретінде жиі пайдаланады. Пропиленгликоль сүт қышқылына тотығады. Салқындату жүйесінің коррозиясынан басқа, биологиялық ластану да пайда болады. Бактериялық қабықша өсе бастағанда, жүйенің коррозиялану жылдамдығы артады. Гликоль ерітіндісі қолданылатын жүйелерді күтіп-ұстау, мұздан қорғау, pH, тығыздық, ингибиторлар деңгейі, түсі және биологиялық ластануды үнемі бақылауды қамтиды. Пропиленгликольді қызғылт түске енген кезде ауыстыру қажет. Пропиленгликольдің салқындату немесе жылыту жүйесіндегі сулы ерітіндісі қызғылт немесе қара түсті болса, жүйедегі темірдің күрт тозуын көрсетеді. Ингибиторлардың болмауы жағдайында пропиленгликоль оттегімен және металл иондарымен реакцияласып, әртүрлі қосылыстар, соның ішінде органикалық қышқылдар (мысалы, құмырсқа, оксаль, сірке қышқылы) түзеді. Бұл қышқылдар жүйедегі металдардың коррозиялануын жылдамдатады.
Басқа антифриздер
Пропиленгликоль метил эфирі дизельді қозғалтқыштарда антифриз ретінде қолданылады. Ол гликольге қарағанда көбірек ұшқыш. Volkswagen 2008 жылы глицерин қосылған G13 (TL 774 G) антифризін шығарды, ол төмен токсикалықтығы және шығарындылардың азаюы есебінен қоршаған орта үшін жақсырақ деп сатылды. Бірақ 2018 жылдан бастап олар глицеринсіз G12EVO (TL 774 L) антифризіне көшті. Глицерин көптеген су шашырату жүйелерінде антифриз ретінде қолдануға талап етіледі.
Коррозияның ингибиторлары
Көптеген коммерциялық антифриз құрамында коррозияны тежеуге арналған қоспалар және түсті бояу (көбінесе флуоресцентті жасыл, қызыл, қызғылт сары, сары немесе көк түс) танылуына көмектеседі. Әдетте сумен 1:1 арақатынасында сұйылтылады, нәтижесінде қату температурасы құрамына байланысты шамамен болады. Жылырақ немесе суық аймақтарда сәйкесінше нашар немесе күштірек сұйылту қолданылады, бірақ коррозиядан қорғауды қамтамасыз ету үшін 40%/60% және 60%/40% аралығы жиі ұсынылады, ал қатудан максималды қорғау үшін 70%/30% дейін қолданылады.
Сақтау
Егер тесіктер болмаса, этиленгликоль немесе пропиленгликоль сияқты антифриздік химиялық заттар өздерінің негізгі қасиеттерін белгісіз мерзімге сақтап тұруы мүмкін. Керісінше, коррозияға қарсы ингибиторлар біртіндеп тозып, уақыт өте қайта толықтырылуы тиіс. Ірі жүйелер (мысалы, ЖЖС жүйелері) көбінесе мамандандырылған фирмалардың бақылауында болады, олар коррозияға қарсы ингибиторларды қосу және салқындатқыш құрамын реттеуге жауапты. Оңайлату үшін көптеген автомобиль өндірушілері коррозияға қарсы ингибиторларды жаңарту және жинақталған қоқыстарды жою мақсатында қозғалтқыш салқындатқышын мерзімді түрде толық ауыстыруды ұсынады.
Дәстүрлі ингибиторлар
Дәстүрлі түрде көлік құралдарында коррозияға қарсы екі негізгі зат қолданылатын: силикаттар және фосфаттар. Америкада жасалған көліктер дәстүрлі түрде силикаттар мен фосфаттардың екеуін де пайдаланған. Еуропалық көліктерде силикаттар және басқа да коррозияға қарсы заттар болады, бірақ фосфаттар жоқ.
Органикалық қышқыл технологиясы
Қазіргі заманғы көліктердің көпшілігі органикалық қышқыл технологиясымен (OAT) мұздатуға қарсы сұйықтықпен (мысалы, DEX COOL) немесе гибридтік органикалық қышқыл технологиясымен (HOAT) құрастырылған (мысалы, Zerex G 05), екеуінің де қызмет ету мерзімі бес жылға созылған. Алайда, DEX COOL нақтырақ айтқанда, дау тудырды. Сот процесінде бұл жағдай General Motors (GM) өндірісіндегі 3.1L және 3.4L қозғалтқыштарындағы сорғыш газеттерінің (intake manifold gasket) бұзылуымен, сондай-ақ 3.8L және 4.3L қозғалтқыштарындағы басқа да ақаулармен байланысты болды. Коррозияға қарсы компоненттердің бірі – натрий немесе калий 2-этилгексаноаты және этилгексано қышқылы, нейлон 6,6 және силикон резеңкесімен үйлеспейді және белгілі бір пластикке айналдыратын зат (plasticizer) болып табылады. Осы мәселелерді шешу үшін АҚШ-тың бірнеше штатында және Канадада топтық сот ісі тіркелді. Алғашқы шешім Миссури штатында қабылданды, онда 2007 жылдың желтоқсан айының басында келісімге қол жеткізілді. 2008 жылдың наурыз айының соңында GM қалған 49 штаттың талапкерлеріне өтемақы төлеуге келісті. GM (Motors Liquidation Company) 2009 жылы банкроттыққа өтініш берді, бұл сот шешімі шыққанша, өтелмеген талаптарды тоқтатты. DEX COOL өндірушісінің мәлімдемесіне сәйкес, "DEX COOL-мен 'жасыл' [OAT емес] салқындатқышты араластыру, оның алмастыру мерзімін 2 жылға немесе 30,000 мильге дейін қысқартады, бірақ қозғалтқышқа басқа ешқандай зиян келтірмейді". DEX COOL антифризі екі тежегіш қолданады: себакат және 2 EHA (2-этилгексано қышқылы), соңғысы АҚШ-тағы қатаң сумен жақсы жұмыс істейді, бірақ пластикке айналдыратын зат болып табылады, ол тығыздағыштардың (gaskets) ағып кетуіне себеп болуы мүмкін. Мысалы, Zerex G05 – төмен силикатты, фосфатсыз формула, оның құрамында бензоат тежегіші бар. Антифриздегі қоспалар авторлық құқықпен қорғалғандықтан, өндіруші ұсынған қауіпсіздік деректер кестесінде (SDS) тек қана өндірушінің ұсыныстарына сәйкес қолданылған кезде қауіпті деп саналатын қоспалар ғана тізімделеді. Көбінесе қолданылатын қоспалар: натрий силикаты, динатрий фосфаты, натрий молибдаты, натрий бораты, денатоний бензоаты және декстрин (гидроксиэтил крахмалы). Этиленгликоль формуласына динатрий флуоресцеин бояуы басқа көлік сұйықтықтарынан ағып кеткен мөлшерді визуалды түрде ажырату үшін, сондай-ақ үйлесімсіз түрлерден ажырату үшін маркер ретінде қосылады. Бұл қосалқы өнімдер өте реактивті және жағымсыз иіске себеп болатын ұшпалы ароматты аминдерді бөліп шығарады.
DEX COOL specifically has caused controversy. Litigation has linked it with intake manifold gasket failures in General Motors' (GM's) 3.1L and 3.4L engines, and with other failures in 3.8L and 4.3L engines. One of the anti corrosion components presented as sodium or potassium 2 ethylhexanoate and ethylhexanoic acid is incompatible with nylon 6,6 and silicone rubber, and is a known plasticizer. Class action lawsuits were registered in several states of the US, and in Canada, to address some of these claims. The first of these to reach a decision was in Missouri, where a settlement was announced early in December 2007. Late in March 2008, GM agreed to compensate complainants in the remaining 49 states. GM (Motors Liquidation Company) filed for bankruptcy in 2009, which tied up the outstanding claims until a court determines who gets paid. According to the DEX COOL manufacturer, "mixing a 'green' [non OAT] coolant with DEX COOL reduces the batch's change interval to 2 years or 30,000 miles, but will otherwise cause no damage to the engine". DEX COOL antifreeze uses two inhibitors: sebacate and 2 EHA (2 ethylhexanoic acid), the latter which works well with the hard water found in the United States, but is a plasticizer that can cause gaskets to leak. An example is Zerex G05, which is a low silicate, phosphate free formula that includes the benzoate inhibitor. Because the additives in antifreeze are proprietary, the safety data sheets (SDS) provided by the manufacturer list only those compounds which are considered to be significant safety hazards when used in accordance with the manufacturer's recommendations. Common additives include sodium silicate, disodium phosphate, sodium molybdate, sodium borate, denatonium benzoate, and dextrin (hydroxyethyl starch). Disodium fluorescein dye is added to conventional ethylene glycol formulas to visually distinguish leaked amounts from other vehicle fluids, and as a marker of type to distinguish it from incompatible types. These side products are highly reactive and produce volatile aromatic amines which are responsible for the unpleasant odor.