Введение
Добавка к охлаждающей жидкости, снижающая температуру замерзания воды.
Антифриз – это добавка, понижающая температуру замерзания жидкости на водной основе. Антифризная смесь используется для снижения температуры замерзания в условиях низких температур. Распространенные антифризы также повышают температуру кипения жидкости, позволяя увеличить температуру охлаждающей жидкости. Однако все распространенные антифризные добавки имеют более низкую теплоемкость, чем вода, и, следовательно, снижают способность воды эффективно отводить тепло при добавлении к ней. Поскольку вода обладает хорошими охлаждающими свойствами, смесь воды и антифриза используется в двигателях внутреннего сгорания и других системах теплопередачи, таких как чиллеры HVAC и солнечные водонагреватели. Основная задача антифриза – предотвратить разрушение герметичного корпуса из-за расширения при замерзании воды. В коммерческой практике как сама добавка (в виде чистого концентрата), так и смесь (разбавленный раствор) могут называться антифризом, в зависимости от контекста. Правильный выбор антифриза позволяет обеспечить широкий температурный диапазон, в котором смесь остается в жидком состоянии, что критически важно для эффективной теплопередачи и надлежащей работы теплообменников. Большинство, если не все, коммерческие антифризные составы, предназначенные для использования в системах теплопередачи, содержат антикоррозионные и антикавитационные присадки, защищающие гидравлическую систему от постепенного износа.
Принципы и история
Вода была первым охлаждающим агентом для двигателей внутреннего сгорания. Она дешева, нетоксична и обладает высокой теплоемкостью. Однако её жидкий диапазон составляет всего 100 Кельвинов, и она расширяется при замерзании. Для решения этих проблем были разработаны альтернативные охлаждающие жидкости с улучшенными свойствами. Температуры замерзания и кипения – это коллигативные свойства раствора, зависящие от концентрации растворенных веществ. Соли понижают температуру плавления водных растворов. Соли часто используются для предотвращения обледенения, но солевые растворы не применяются в системах охлаждения, так как вызывают коррозию металлов. Органические соединения с низкой молекулярной массой обычно имеют температуру плавления ниже, чем у воды, что делает их пригодными для использования в качестве антифризов. Эффективны растворы органических соединений, особенно спиртов, в воде. Спирты, такие как метанол, этанол, этиленгликоль и другие, являются основой всех антифризов с момента их коммерциализации в 1920-х годах. Криопротекторы широко используются в криобиологии для предотвращения или замедления замораживания спермы, крови, стволовых клеток, семян растений и т.д. Этиленгликоль, пропиленгликоль и глицерин (все применяются в автомобильных антифризах) обычно используются в качестве биологических криопротекторов. (см. Отравление этиленгликолем).
Пропиленгликоль
Пропиленгликоль значительно менее токсичен, чем этиленгликоль, и может маркироваться как "нетоксичный антифриз". Он используется в качестве антифриза там, где применение этиленгликоля нежелательно, например, в системах переработки пищевых продуктов или в водопроводных трубах в жилых домах, где возможно случайное проглатывание. Например, Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) разрешает добавлять пропиленгликоль в большое количество продуктов глубокой переработки, включая мороженое, замороженный заварной крем, салатные заправки и выпечку, и он обычно используется в качестве основного ингредиента в "жидкостях" для электронных сигарет. Пропиленгликоль окисляется до молочной кислоты. Помимо коррозии системы охлаждения, происходит также биологическое обрастание. Как только начинает расти бактериальная пленка, скорость коррозии системы увеличивается. Техническое обслуживание систем, использующих раствор гликоля, включает регулярный контроль защиты от замерзания, pH, удельного веса, концентрации ингибиторов, цвета и наличия биологического загрязнения. Пропиленгликоль следует заменять при появлении красноватого оттенка. Если водный раствор пропиленгликоля в системе охлаждения или отопления приобретает красноватый или черный цвет, это свидетельствует о значительной коррозии железа в системе. В отсутствие ингибиторов пропиленгликоль может реагировать с кислородом и ионами металлов, образуя различные соединения, в том числе органические кислоты (например, муравьиную, щавелевую, уксусную). Эти кислоты ускоряют коррозию металлов в системе.
Прочие антифризы
Пропиленгликольметиловый эфир используется в качестве антифриза в дизельных двигателях. Он более летуч, чем гликоль. В 2008 году Volkswagen представил антифризы G13 (TL 774 G), содержащие глицерин, позиционируемые как более экологичные благодаря низкой токсичности и сниженным выбросам. Однако, начиная с 2018 года, они перешли на G12EVO (TL 774 L), который больше не содержит глицерина. Глицерин требуется к применению в качестве антифриза во многих системах автоматического пожаротушения.
Ингибиторы коррозии
Большинство коммерческих составов антифриза включают в себя соединения, подавляющие коррозию, и цветной краситель (обычно флуоресцентный зеленый, красный, оранжевый, желтый или синий) для облегчения идентификации. Обычно используется разведение 1:1 с водой, что приводит к температуре замерзания около -37 °C, в зависимости от состава. В более теплых или холодных регионах применяются более слабые или более концентрированные растворы соответственно, но часто рекомендуется диапазон от 40%/60% до 60%/40% для обеспечения защиты от коррозии, и 70%/30% для максимальной защиты от замерзания до -73 °C.
Содержание
При отсутствии утечек антифризные химические вещества, такие как этиленгликоль или пропиленгликоль, могут сохранять свои основные свойства неограниченно долго. В отличие от этого, ингибиторы коррозии постепенно расходуются и требуют периодического восполнения. Более крупные системы (например, системы отопления, вентиляции и кондиционирования) часто находятся под контролем специализированных компаний, которые отвечают за добавление ингибиторов коррозии и регулирование состава охлаждающей жидкости. Для упрощения большинство автопроизводителей рекомендуют периодически производить полную замену охлаждающей жидкости двигателя, чтобы одновременно восстановить концентрацию ингибиторов коррозии и удалить накопившиеся загрязнения.
Традиционные ингибиторы
Традиционно в автомобилях использовалось два основных ингибитора коррозии: силикаты и фосфаты. Автомобили американского производства традиционно использовали как силикаты, так и фосфаты. В европейских автомобилях содержатся силикаты и другие ингибиторы, но фосфаты отсутствуют.
Технология органических кислот
Большинство современных автомобилей изготавливаются с использованием антифриза на основе технологии органических кислот (OAT), например DEX COOL, или с использованием гибридной технологии органических кислот (HOAT), например Zerex G 05. Оба типа, как утверждается, имеют увеличенный срок службы – пять лет или более.
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.
DEX COOL в частности стал причиной споров. Судебные разбирательства связали его с разрушением прокладок впускного коллектора в двигателях General Motors (GM) объемом 3.1L и 3.4L, а также с другими неисправностями в двигателях 3.8L и 4.3L. Один из компонентов, предназначенных для защиты от коррозии – 2-этилгексаноат натрия или калия и этилгексановая кислота – несовместим с нейлоном 6,6 и силиконовой резиной и является известным пластификатором. В нескольких штатах США и Канаде были поданы коллективные иски, связанные с этими претензиями. Первое решение было принято в штате Миссури в начале декабря 2007 года, где было объявлено о достижении соглашения. В конце марта 2008 года GM согласилась выплатить компенсацию истцам в оставшихся 49 штатах. В 2009 году GM (Motors Liquidation Company) объявила о банкротстве, что приостановило выплату компенсаций до тех пор, пока суд не определит очередность удовлетворения требований кредиторов. По словам производителя DEX COOL, смешивание "традиционного" [не OAT] антифриза с DEX COOL сокращает интервал замены до 2 лет или 30 000 миль, но в противном случае не нанесет вреда двигателю. Антифриз DEX COOL использует два ингибитора: себакат и 2-этилгексановая кислота (2 EHA), последний из которых хорошо работает с жесткой водой, распространенной в США, но является пластификатором, способным вызывать утечки из прокладок. Примером является Zerex G05 – формула с низким содержанием силикатов и без фосфатов, включающая ингибитор бензоат. Поскольку состав антифризов является коммерческой тайной, паспорта безопасности (SDS), предоставляемые производителем, содержат информацию только о тех соединениях, которые считаются представляющими значительную опасность при использовании в соответствии с рекомендациями производителя. К распространенным добавкам относятся силикат натрия, динатриевый фосфат, молибдат натрия, борат натрия, бензоат денатония и декстрин (гидроксиэтилкрахмал). Для визуального отличия утечек от других жидкостей автомобиля и для идентификации типа антифриза, в традиционные формулы этиленгликоля добавляют краситель – динатриевый флуоресцеин, позволяющий отличить его от несовместимых типов. Эти побочные продукты обладают высокой реакционной способностью и выделяют летучие ароматические амины, которые являются причиной неприятного запаха.
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.