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TWI598435B - 冷卻劑組成物、使用彼之操作內燃機的方法、及彼之用途 - Google Patents

冷卻劑組成物、使用彼之操作內燃機的方法、及彼之用途 Download PDF

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TWI598435B
TWI598435B TW104143861A TW104143861A TWI598435B TW I598435 B TWI598435 B TW I598435B TW 104143861 A TW104143861 A TW 104143861A TW 104143861 A TW104143861 A TW 104143861A TW I598435 B TWI598435 B TW I598435B
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宮島和浩
牧野綾太
亀之上翔吾
小倉新一
八重田一人
吉井揚一郎
中野倫之
長澤雅之
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豐田自動車股份有限公司
花王股份有限公司
日本化學工業有限公司
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Description

冷卻劑組成物、使用彼之操作內燃機的方法、及彼之用途
本發明關於一種能改善內燃機之燃料效率的冷卻劑組成物、及使用該冷卻劑組成物操作內燃機的方法。
已知各種產品作為用於冷卻汽車引擎之類的冷卻劑。其中,因水具有作為引擎之冷卻劑的最高冷卻性能,故其較佳。然而,純水在0℃或更低時凝固。由於上述因素,使用冷卻劑組成物,其中以水稀釋作為用於獲得抗凍性能之基底的乙二醇以獲得所需的凝固點,及隨意地於其中添加用於防止用於例如引擎及散熱器之金屬、橡膠、樹脂等的劣化之各種添加劑。
然而,當使用二醇(諸如乙二醇)時,存在冷卻劑組成物之黏度顯著提高的問題,特別是在低溫時。因此,作為用於改善黏度之先前技術,已揭示降低黏度以 改善於低溫之流性的技術(日本專利申請案公開案第8-183950號(JP 8-183950 A)、日本專利申請案公開案第2010-236064號(JP 2010-236064 A)及日本專利申請案公開案第9-227859號(JP 9-227859 A))。
然而,當黏度降低時,介於冷卻劑與鏜孔壁(bore wall)之間的邊界層的厚度變小,可能產生對流。因此,該冷卻劑可能從該鏜孔壁吸熱。結果,冷卻損失增加,且產生燃料效率惡化的新問題。另一方面,為了藉由減少熱輻射來降低冷卻損失,可採用提高二醇(諸如乙二醇)之濃度以提高冷卻劑在低溫下之黏度的構造。然而,此構造具有在高溫下之冷卻性能不足的問題,此會造成過熱。
例如,日本專利申請案公開案第2011-137089號(JP 2011-137089 A)、日本專利申請案公開案第2011-132285號(JP 2011-132285 A)、及日本專利申請案公開案第2011-121991號(JP 2011-121991 A)揭示藉由添加黏度指數改善劑來改善潤滑劑之黏度的技術。然而,添加該文獻所揭示之黏度指數改善劑是為了抑制在高溫下之黏度降低且同時維持在低溫下之流性。因此,甚至當添加使用該黏度指數改善劑之溶液時,無法降低在低溫下之冷卻損失,且無法維持在高溫下之冷卻性能。
本發明提供一種能改善內燃機之燃料效率的 冷卻劑組成物、及使用該冷卻劑組成物操作內燃機的方法。
本發明人已發現,當藉由添加至少一種選自由鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物所組成之群組的鹼金屬化合物並與以下式(1)表示之化合物組合作為黏度改良劑而將冷卻劑組成物之動力黏度調整至特定範圍內時,可減少在低溫下之冷卻損失,且可維持在高溫下之冷卻性能;因此可顯著改善內燃機之燃料效率。此外,本發明人發現,當藉由添加至少一種選自由鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物所組成之群組的鹼金屬化合物並與以下式(1)表示之化合物組合作為黏度改良劑而將冷卻劑組成物之動力黏度調整至特定範圍內時,相較於使用相關技術之黏度改良劑的情況,可賦予冷卻劑在低溫下抑制結晶沉積及/或膠凝的性能。
本發明第一態樣提供一種冷卻劑組成物,其包括:黏度改良劑;至少一種選自由鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物所組成之群組的鹼金屬化合物;及基底,其中該黏度改良劑為以R1O-(R2O)m-SO3M之式(1)表示的化合物。在該式中,R1表示具有16至24個碳原子之直鏈或支鏈烷基或直鏈或支鏈烯基,R2表示乙烯基或丙烯基,m表示R2O之平均添加莫耳數且為0.5至10之數,且M表示陽離子或氫原子。基底係由水及/或至少一種選自由下列所組成之群組的醇所形成:一元醇、二元醇、三元醇及二醇單烷醚;且該冷卻劑組成物之動力黏度於25℃為8.5 mm2/sec或更高以及於100℃為2.0mm2/sec或更低。
在第一態樣中,相對於100g之基底,黏度改良劑含量可為0.01mmol至3mmol。
在第一態樣中,相對於100g之基底,鹼金屬化合物含量可為0.5mmol至90mmol。
在第一態樣中,冷卻劑組成物中之鹼金屬離子對黏度改良劑的莫耳比為1.5至3000。
在第一態樣中,冷卻劑組成物可包括防銹劑。
本發明第二態樣提供使用根據第一態樣之冷卻劑組成物作為冷卻劑的操作電阻內燃機之方法。
本發明第三態樣提供根據第一態樣之冷卻劑組成物用作內燃機的冷卻劑之用途。
本發明之範例實施態樣的特徵、優點及技術和工業重要性將於下文參考附圖描述,該等圖式中相似編號表示相似元件,其中:
圖1為顯示用於評估在實施例中使用之裝置的暖機性能及冷卻性能之示意圖。
圖2顯示測量在實施例1至9中所獲得之冷卻劑組成物各者的動力黏度、暖機性能、及冷卻性能之結果。
圖3顯示測量在對照實例1至10中所獲得之冷卻劑組成物各者的動力黏度、暖機性能、及冷卻性能之結果。
根據本發明之實施態樣的冷卻劑組成物含有以下式(1)表示的化合物(其為黏度改良劑)以及鹼金屬化合物。因此,該冷卻劑組成物具有在預定範圍之低溫及高溫動力黏度。在本發明中,低溫係指25℃,而高溫係指100℃。根據本發明之實施態樣的冷卻劑組成物中,各種黏度改良劑可單獨使用或將二或多種組合使用。
根據本發明之實施態樣的冷卻劑組成物中所使用的黏度改良劑為以下式(1)R1O-(R2O)m-SO3M表示的化合物(其中R1表示具有16至24個碳原子之直鏈或支鏈烷基或直鏈或支鏈烯基,R2表示乙烯基或丙烯基,m表示R2O之平均添加莫耳數且為0.5至10之數,且M表示陽離子或氫原子)。
關於R1,烷基可為直鏈或支鏈。然而,從展現在低溫及高溫之特定動力黏度的觀點來看,較佳係烷基為直鏈。烷基中之碳原子的數量為16至24,較佳為18至22,更佳為20至22。
R1之特定實例包括烷基,諸如鯨蠟基、十七碳基(margaryl group)、異硬脂基、2-庚基十一基、硬脂基、二十碳基、二十二碳基、及二十四碳基;及烯基,諸如油基。其中,以鯨蠟基、硬脂基、或二十二碳基為佳,且以二十二碳基更佳。
R2表示乙烯基或丙烯基。然而,從展現在低 溫及高溫之特定動力黏度的觀點來看,較佳係R2表示乙烯基。
m表示R2O之平均添加莫耳數。從展現在低溫及高溫之特定動力黏度的觀點來看,m表示0.5至10之數,較佳為1至8之數,更佳為2至7之數,及又更佳為3至6之數。
M表示陽離子或氫原子,但較佳係M表示陽離子。陽離子之特定實例包括鹼金屬離子及銨離子,而鹼金屬之特定實例包括鋰、鈉、及鉀。其中,以鈉或鉀為佳。
在根據本發明之實施態樣的以式(1)表示之化合物中,較佳係R1表示具有18至22個碳原子之直鏈烷基,R2表示乙烯基,m表示R2O之平均添加莫耳數且為1至8之數,且M表示鈉離子或鉀離子。
在根據本發明之實施態樣的以式(1)表示之化合物中,較佳係R1表示具有20至22個碳原子之直鏈烷基,R2表示乙烯基,m表示R2O之平均添加莫耳數且為2至7之數,且M表示鈉離子或鉀離子。在根據本發明之實施態樣的以式(1)表示之化合物中,又更佳係R1表示具有20至22個碳原子之直鏈烷基,R2表示乙烯基,m表示R2O之平均添加莫耳數且為3至6之數,且M表示鈉離子或鉀離子。
以式(1)表示之化合物的特定實例包括C18H37O-(CH2CH2O)3-SO3Na、 C18H37O-(CH2CH2O)3-SO3K、C22H45O-(CH2CH2O)4-SO3Na、及C22H45O-(CH2CH2O)4-SO3K。
根據本發明之實施態樣的冷卻劑組成物中所使用之鹼金屬化合物係至少一種選自由鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物所組成之群組的化合物。該鹼金屬鹽不包括式(1)表示之化合物。該鹼金屬之實例包括鈉、鉀、及鋰。該鹼金屬鹽之實例包括有機或無機酸之鹼金屬鹽以及三唑或噻唑之鹼金屬鹽。無機酸之鹼金屬鹽的實例包括亞硝酸之鹼金屬鹽,諸如亞硝酸鈉及亞硝酸鉀;硝酸之鹼金屬鹽,諸如硝酸鈉及硝酸鉀;鉬酸之鹼金屬鹽,諸如鉬酸鈉及鉬酸鉀;次氯酸之鹼金屬鹽,諸如次氯酸鈉及次氯酸鉀;硫酸之鹼金屬鹽,諸如硫酸鈉及硫酸鉀;碳酸之鹼金屬鹽,諸如碳酸鈉及碳酸鉀;氫氯酸之鹼金屬鹽,諸如氯化鈉及氯化鉀;磷酸之鹼金屬鹽,諸如磷酸鈉及磷酸鉀;矽酸之鹼金屬鹽,諸如矽酸鈉及矽酸鉀;以及硼酸之鹼金屬鹽,諸如硼酸鈉及硼酸鉀。有機酸之鹼金屬鹽的實例包括芳族羧酸(諸如苯甲酸、對苯乙酸、及對第三丁基苯甲酸)之鹼金屬鹽;脂族單羧酸(諸如戊酸、己酸、庚酸、辛酸、2-乙基己酸、壬酸、癸酸、十一酸、十二酸、及油酸)之鹼金屬鹽;以及脂族多羧酸(諸如壬二酸、癸二酸、十一烷二酸、十二烷二酸、及檸檬酸)之鹼金屬鹽。三唑或噻唑之鹼金屬鹽的實例包括苯并三唑之鹼金屬鹽。在上述鹼金屬鹽當中,從將冷卻劑組成物在低溫及高溫之 動力黏度調整至預定範圍內的觀點來看,以脂族多羧酸之鹼金屬鹽為佳,以癸二酸二鉀更佳。當用作防銹劑時,該鹼金屬鹽亦用作鹼金屬化合物。在此情況下,沒有必要分別地添加其他鹼金屬化合物。
用於根據本發明之實施態樣的冷卻劑組成物之鹼金屬氫氧化物無特別限制。該鹼金屬氫氧化物之特殊實例包括氫氧化鋰、氫氧化鈉、及氫氧化鉀。在上述鹼金屬氫氧化物中,從將冷卻劑組成物在低溫及高溫之動力黏度調整至預定範圍內的觀點來看,以氫氧化鉀為佳。
如上述,根據本發明之實施態樣的冷卻劑含有:以式(1)表示之化合物的黏度改良劑;以及至少一種選自由鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物所組成之群組的鹼金屬化合物。因此,動力黏度可調整至預定範圍內。於25℃之動力黏度可使用例如提高該黏度改良劑的含量之方法、調整該鹼金屬化合物之含量的方法、及當基底含有醇時使用提高該醇之含量的方法而調整成高動力黏度。於100℃之動力黏度可使用例如降低該黏度改良劑的含量之方法、調整該鹼金屬化合物之含量的方法、及當基底含有醇時使用降低該醇之含量的方法而調整成低動力黏度。
從將冷卻劑組成物在低溫及高溫之動力黏度調整至預定範圍內的觀點來看,相對於下述基底(相對於100g),黏度改良劑含量較佳為0.01mmol或更高,更佳為0.05mmol或更高,又更佳為0.1mmol或更高,又更佳為0.15mmol或更高,又更佳為0.2mmol或更高,又 更佳為0.25mmol或更高,又更佳為0.3mmol或更高,及又更佳為0.4mmol或更高。從改善冷卻性能及抑制半固化作用之觀點來看,黏度改良劑之含量較佳為3mmol或更低,更佳為2mmol或更低,又更佳為1mmol或更低,及又更佳為0.8mmol或更低。從該等觀點來看,黏度改良劑之含量較佳為0.01mmol至3mmol,更佳為0.15mmol至3mmol,又更佳為0.2mmol至2mmol,又更佳為0.2mmol至1mmol,又更佳為0.25mmol至0.8mmol,又更佳為0.3mmol至0.8mmol,及又更佳為0.4mmol至0.8mmol。當使用防銹劑時,較佳係將黏度改良劑之含量調整至相對於該基底與該防銹劑的總量(相對於100g)在上述範圍內。
從將冷卻劑組成物在低溫及高溫之動力黏度調整至預定範圍內的觀點來看,相對於100質量份之根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物,該黏度改良劑含量較佳為0.005質量份或更高,更佳為0.01質量份或更高,又更佳為0.05質量份或更高,又更佳為0.08質量份或更高,又更佳為0.1質量份或更高,及又更佳為0.2質量份或更高。從改善冷卻性能及抑制半固化作用之觀點來看,黏度改良劑之含量較佳為3質量份或更低,更佳為1.8質量份或更低,又更佳為1質量份或更低,及又更佳為0.6質量份或更低。從該等觀點來看,黏度改良劑之含量較佳為0.005質量份至3質量份,更佳為0.01質量份至1.8質量份,又更佳為0.08質量份至1質量份,又更佳為0.1質 量份至0.6質量份,及又更佳為0.2質量份至0.6質量份。
當鹼金屬化合物與黏度改良劑組合使用時,從將冷卻劑組成物在低溫及高溫之動力黏度調整至預定範圍內的觀點來看,相對於下述基底(相對於100g),該鹼金屬化合物含量較佳為0.5mmol或更高,更佳為1.0mmol或更高,又更佳為1.5mmol或更高,又更佳為3mmol或更高,及又更佳為5mmol或更高。從改善冷卻性能及抑制沉積之觀點來看,黏度改良劑之含量較佳為90mmol或更低,更佳為70mmol或更低,又更佳為45mmol或更低,又更佳為20mmol或更低,及又更佳為15mmol或更低。從該等觀點來看,鹼金屬化合物之含量較佳為0.5mmol至90mmol,更佳為1mmol至90mmol,又更佳為1mmol至70mmol,又更佳為1mmol至45mmol,又更佳為1.5mmol至20mmol,又更佳為3mmol至20mmol,及又更佳為5mmol至15mmol。當使用防銹劑時,較佳將鹼金屬化合物之含量調整至相對於該基底與該防銹劑的總量(相對於100g)在上述範圍內。
當鹼金屬化合物與黏度改良劑C18H37O-(CH2CH2O)3-SO3Na或C18H37O-(CH2CH2O)3-SO3K組合使用時,相對於下述基底(相對於100g),該黏度改良劑含量較佳為1.0mmol至45mmol。當鹼金屬化合物與黏度改良劑C22H45O-(CH2CH2O)4-SO3Na或C22H45O-(CH2CH2O)4-SO3K組合使用時,相對於下述基底 (相對於100g),該黏度改良劑含量較佳為1.0mmol至90mmol。當鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物一起使用時,黏度改良劑之含量係指總莫耳數。當使用鹼金屬化合物作為防銹劑時,該防銹劑之含量係計算為黏度改良劑之含量。
當鹼金屬化合物與黏度改良劑組合使用時,從將冷卻劑組成物在低溫及高溫之動力黏度調整至預定範圍內的觀點來看,相對於100質量份之根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物,黏度改良劑含量較佳為0.01質量份或更高,更佳為0.02質量份或更高,又更佳為0.03質量份或更高,又更佳為0.05質量份或更高,又更佳為0.1質量份或更高,又更佳為0.25質量份或更高,又更佳為0.5質量份或更高,及又更佳為1質量份或更高。從改善冷卻性能及抑制沉積之觀點來看,黏度改良劑之含量較佳為30質量份或更低,更佳為21質量份或更低,更佳為20質量份或更低,又更佳為10質量份或更低,又更佳為7質量份或更低,及又更佳為5質量份或更低。從該等觀點來看,黏度改良劑之含量較佳為0.01質量份至30質量份,更佳為0.01質量份至20質量份,又更佳為0.02質量份至10質量份,又更佳為0.03質量份至10質量份,又更佳為0.05質量份至7質量份,又更佳為0.1質量份至7質量份,又更佳為0.5質量份至7質量份,又更佳為1質量份至7質量份,及又更佳為1質量份至5質量份。當使用鹼金屬化合物作為防銹劑時,該防銹劑之含量係計算為黏度改良劑之含量。
從將冷卻劑組成物在低溫及高溫之動力黏度調整至預定範圍內的觀點來看,根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物中的鹼金屬離子對黏度改良劑之莫耳比(鹼金屬離子/黏度改良劑)較佳為1.5或更高,更佳為2.5或更高,又更佳為3或更高,又更佳為5或更高,又更佳為10或更高,又更佳為20或更高,又更佳為30或更高,及又更佳為50或更高。從相同觀點來看,該莫耳比較佳為3000或更低,更佳為2500或更低,又更佳為2000或更低,又更佳為1500或更低,又更佳為1100或更低,又更佳為1000或更低,又更佳為700或更低,又更佳為500或更低,又更佳為300或更低,又更佳為200或更低,及又更佳為100或更低。從該觀點來看,該莫耳比較佳為1.5至3000,更佳為2.5至3000,又更佳為3至2500,又更佳為5至2000,又更佳為5至1500,又更佳為10至1000,又更佳為10至700,又更佳為20至500,又更佳為30至300,又更佳為30至200,又更佳為30至100,及又更佳為50至100。
當存在複數種鹼金屬時,鹼金屬離子之莫耳數係指個別鹼金屬之總莫耳數。鹼金屬離子係指冷卻劑中所有鹼金屬之離子,且不只包括從鹼金屬化合物所衍生的鹼金屬離子,亦包括從黏度改良劑所衍生的鹼金屬離子以及從其他隨意的組分(諸如防銹劑)所衍生的鹼金屬離子。當黏度改良劑為混合物時,黏度改良劑之莫耳數係指混合物中個別組分的總莫耳數。
在根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物中,於25℃之動力黏度可為8.5mm2/sec或更高且於100℃之動力黏度可為2.0mm2/sec或更低。
在根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物中,從抑制在低溫下之冷卻損失的觀點來看,於25℃之動力黏度為8.5mm2/sec或更高。從防止水泵負荷及抑制內燃機之燃料效率惡化的觀點來看,於25℃之動力黏度較佳為3000mm2/sec或更低。從該等觀點來看,於25℃之動力黏度較佳為8.5mm2/sec至3000mm2/sec,更佳為9mm2/sec至2000mm2/sec,及又更佳為50mm2/sec至1000mm2/sec。
從維持高溫之冷卻性能及防止過熱的觀點來看,在根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物中,於100℃之動力黏度為2.0mm2/sec或更低,較佳為0.3mm2/sec至2.0mm2/sec,及更佳為0.4mm2/sec至1.8mm2/sec。冷卻劑組成物之冷卻性能可例如藉由評估散熱器熱透射率來評估。當冷卻劑係由100%水組成時,於100℃之動力黏度為0.3mm2/sec。
根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物含有基底。根據本發明之冷卻劑組成物中所使用的基底係由水及/或至少一種選自由醇(諸如一元醇、二元醇、及三元醇、及二醇單烷醚)所組成之群組的醇形成。
較佳係根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物含有具有抗凍性質之基底。然而,當不需要抗凍性質 時,該基底可只由水組成。
一元醇之實例包括較佳具有1至8且更佳具有1至3個碳原子之一元醇,諸如甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、庚醇、及辛醇。其中,可單獨使用一種,或可使用二或多種之混合物。
二元醇之實例包括較佳具有2至8且更佳具有2至3個碳原子之二元醇,諸如乙二醇、二乙二醇、三乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1-4-丁二醇、1-3-丁二醇、1,5-戊二醇、及己二醇。其中,可單獨使用一種,或可使用二或多種之混合物。
三元醇之實例包括較佳具有3至6且更佳具有3個碳原子之三元醇,諸如甘油、三羥甲基乙烷、三羥甲基丙烷、5-甲基-1,2,4-庚三醇、及1,2,6-己三醇。其中,可單獨使用一種,或可使用二或多種之混合物。
二醇單烷醚中之烷基的碳原子數較佳為1至4,更佳為1至2。二醇中的碳原子數較佳為2至6,及更佳為2。二醇單烷醚之特殊實例包括乙二醇單甲醚、二乙二醇單甲醚、三乙二醇單甲醚、四乙二醇單甲醚、乙二醇單乙醚、二乙二醇單乙醚、三乙二醇單乙醚、四乙二醇單乙醚、乙二醇單丁醚、二乙二醇單丁醚、三乙二醇單丁醚、及四乙二醇單丁醚。其中,可單獨使用一種,或可使用二或多種之混合物。
在該等基底當中,從處理性、價格、及可取得性觀點來看,以乙二醇、丙二醇或1,3-丙二醇為佳。
因此,較佳係基底含有至少一種選自由乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、及水所組成之群組的化合物。更佳係基底含有乙二醇及水。使用水作為基底時,以離子交換水為佳。
從作為冷卻劑之觀點來看,相對於100質量份之根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物,基底含量較佳為50質量份或更高,更佳為75質量份或更高,又更佳為80質量份或更高,及又更佳為90質量份或更高。從添加黏度改良劑或鹼金屬化合物之觀點來看,基底之含量較佳為99.92質量份或更低,更佳為99.9質量份或更低,又更佳為99質量份或更低,及又更佳為98質量份或更低。因此,相對於100質量份之根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物,基底含量較佳為50質量份至99.92質量份,更佳為80質量份至99.9質量份,又更佳為90質量份至99.9質量份,又更佳為90質量份至99質量份,及又更佳為90質量份至98質量份。
關於相對於100質量份之根據本發明的實施態樣的冷卻劑組成物之醇含量,考慮到抗凍性質,乙二醇之含量較佳為1質量份至99.85質量份,更佳為10質量份至95質量份,文更佳為25質量份至89質量份,及又更佳為25質量份至74質量份。
相對於100質量份之根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物,水含量較佳為0.1質量份至99.85質量份,更佳為0.3質量份至95質量份,又更佳為10質量份 至74質量份,及又更佳為25質量份至74質量份。
當基底含有水及醇時,水對醇之混合比可考慮抗凍性質及可燃性而適當地調整。從防止具有閃點的觀點來看,基底中之水對醇的質量比(水:醇)較佳為20:80至90:10,及更佳為40:60至75:25。
較佳係根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物係藉由將以下組分彼此混合而獲得,該等組分包括:基底;黏度改良劑;至少一種選自由鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物所組成之群組的鹼金屬化合物;隨意的防銹劑;及除防銹劑以外之隨意的添加劑。更佳係,在混合之後,該等組分係加熱至某一溫度(較佳為60℃或更高,及更佳為80℃或更高;較佳為100℃或更低),隨意地經攪拌且溶解,然後冷卻至室溫(20℃)。
為能有效率地抑制引擎冷卻劑通道中所使用的金屬之腐蝕,根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物可含有在動力黏度不受影響的範圍之至少一或多種防銹劑。防銹劑之實例包括磷酸及/或其鹽;脂族羧酸及/或其鹽;芳族羧酸及/或其鹽;三唑;噻唑;矽酸鹽;硝酸鹽;亞硝酸鹽;硼酸鹽;鉬酸鹽;及胺鹽。其中,可單獨使用一種,或可使用二或多種之混合物。相對於100質量份的冷卻劑組成物,防銹劑含量較佳為0.01質量份至25質量份,更佳為0.05質量份至15質量份,又更佳為0.1質量份至10質量份,及又更佳為0.1質量份至5質量份。
根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物中, 隨意地,可在本發明之效果不惡化的範圍內將黏度改良劑以外的添加劑添加至基底。該等添加劑之實例包括pH調整劑、消泡劑、著色劑、及苦味劑。相對於100質量份之該組成物,該等添加劑總混合量通常為10質量份或更低及較佳為5質量份或更低。
根據本發明之冷卻劑組成物於25℃的pH較佳為6或更高,及更佳為7或更高,及較佳為10或更低,及更佳為9或更低。
通常,根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物可用作冷卻劑,及較佳係用作內燃機用之冷卻劑。因此,根據本發明,提供使用根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物作為冷卻劑來操作內燃機的方法(下文亦稱為「根據本發明之實施態樣的操作內燃機之方法」)。在根據本發明之實施態樣的操作內燃機之方法中,內燃機的燃料效率可獲得改善。根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物可用作電池堆疊、燃料電池堆疊之類的冷卻劑。
根據本發明之實施態樣,提供用於獲得冷卻劑組成物的濃縮組成物。根據本發明之實施態樣的濃縮組成物含有黏度改良劑及基底,及可另外含有鹼金屬化合物之類。濃縮組成物中之黏度改良劑的濃度可製成高於使用黏度改良劑作為冷卻劑的情況。黏度改良劑之濃度係藉由添加剩餘基底而稀釋至1/2至1/100,及隨意地於根據本發明之濃縮組成物中添加其他添加劑。結果,可獲得根據本發明的實施態樣之冷卻劑組成物。
根據本發明之實施態樣的濃縮組成物中所含之基底可與額外添加以獲得冷卻劑組成物的基底相同或不同。例如,在該濃縮組成物起初係使用醇(諸如乙二醇)作為基底獲得之後,所獲得的濃縮組成物可藉由添加作為剩餘基底之水來稀釋。相對於100質量份之根據本發明的濃縮組成物,黏度改良劑含量較佳為0.1質量份至99質量份,更佳為1質量份至90質量份,及又更佳為3質量份至50質量份。相對於100質量份之根據本發明的濃縮組成物,該基底含量較佳為1質量份至99.9質量份,更佳為50質量份至99質量份,及又更佳為70質量份至95質量份。下文,將使用實施例更詳細說明本發明。然而,本發明不局限於實施例的範圍。
實施例
下文茲說明本發明之實施例。實施例1中,將49.8質量份之乙二醇與50質量份之離子交換水彼此混合,然後於其中添加0.2質量份之作為防銹劑的苯并三唑、0.25質量份之黏度改良劑A(C18H37O-(CH2CH2O)3-SO3Na)以及3.06質量份之作為鹼金屬化合物的癸二酸二鉀以獲得混合物。其次,將該混合物加熱至80℃,攪拌30分鐘,並在攪拌下冷卻至室溫。結果,獲得冷卻劑組成物。
相對於基底(相對於100g),黏度改良劑A(C18H37O-(CH2CH2O)3-SO3Na)之含量為0.5mmol,而作 為鹼金屬化合物的癸二酸二鉀之含量為11mmol。
相對於100質量份之冷卻劑組成物,黏度改良劑之含量為2.96質量份,而黏度改良劑之含量為0.24質量份。
作為鹼金屬離子不只包括衍生自鹼金屬化合物之鹼金屬離子,亦包括衍生自黏度改良劑之鹼金屬離子。因此,鹼金屬離子對黏度改良劑之莫耳比(鹼金屬離子/黏度改良劑)為(11×2+0.5)/0.5=45。
在實施例2中,使用與實施例1之相同方法,但使用0.25mmol之黏度改良劑A代替0.5mmol之黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。
在實施例3中,使用與實施例1之相同方法,但使用0.66mmol之黏度改良劑B(C22H45O-(CH2CH2O)4-SO3Na)代替0.5mmol之黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。
在實施例4中,使用與實施例1之相同方法,但使用0.25mmol之黏度改良劑B代替0.5mmol之黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。
在實施例5中,使用與實施例1之相同方法,但使用50質量份之乙二醇代替49.8質量份之乙二醇;使用1mmol之鹼金屬化合物及0.25mmol之黏度改良劑A;且不使用防銹劑來獲得冷卻劑組成物。
在實施例6中,使用與實施例1之相同方法,但使用50質量份之乙二醇代替49.8質量份之乙二 醇;使用1mmol之鹼金屬化合物及0.66mmol之黏度改良劑B;且不使用防銹劑來獲得冷卻劑組成物。
在實施例7中,使用與實施例1之相同方法,但使用79.7質量份之乙二醇、20質量份之離子交換水、及0.3質量份之防銹劑;及使用11mmol之鹼金屬化合物及0.01mmol之黏度改良劑B來獲得冷卻劑組成物。
在實施例8中,使用與實施例1之相同方法,但使用1mmol之鹼金屬化合物及3.0mmol之黏度改良劑B來獲得冷卻劑組成物。
在實施例9中,使用與實施例1之相同方法,但使用79.7質量份之乙二醇、20質量份之離子交換水、及0.3質量份之防銹劑;及使用90mmol之鹼金屬化合物及0.17mmol之黏度改良劑B來獲得冷卻劑組成物。
下文,茲說明對照實例。在對照實例1中,使用與實施例1之相同方法,但不使用黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。對照實例1之冷卻劑組成物對應於含有50%之乙二醇的先前技術之冷卻劑,且係設為用於評估暖機性能及冷卻性能的參考。
在對照實例2中,將0.2質量份之作為防銹劑的苯并三唑添加至99.8質量份之離子交換水,且將該等組分彼此混合。對照實例2之冷卻劑組成物對應於具有使用水作為基底的具有高冷卻性能之先前技術的冷卻劑。
在對照實例3中,使用與實施例1之相同方法,但使用49.75質量份之乙二醇代替49.8質量份之乙二 醇;且使用0.05質量份之黃原膠(由Sansho Co.,Ltd.製造)代替0.5mmol之黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。
在對照實例4中,使用與實施例1之相同方法,但使用3.31mmol之黏度改良劑B代替0.5mmol之黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。
在對照實例5中,使用與實施例1之相同方法,但使用0.1mmol之黏度改良劑A代替0.5mmol之黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。
在對照實例6中,使用與實施例1之相同方法,但使用0.08mmol之黏度改良劑B代替0.5mmol之黏度改良劑A來獲得冷卻劑組成物。
在對照實例7中,將50質量份之乙二醇與50質量份之離子交換水彼此混合。
在對照實例8中,使用與實施例1之相同方法,但使用50質量份之乙二醇代替49.8質量份之乙二醇;使用0.25mmol之黏度改良劑A代替0.5mmol之黏度改良劑A;且不使用鹼金屬化合物及防銹劑來獲得冷卻劑組成物。
在對照實例9中,使用與實施例1之相同方法,但使用50質量份之乙二醇代替49.8質量份之乙二醇;使用0.66mmol之黏度改良劑B代替0.5mmol之黏度改良劑A;且不使用鹼金屬化合物及防銹劑來獲得冷卻劑組成物。
在對照實例10中,使用與實施例1之相同方法,但使用50質量份之乙二醇代替49.8質量份之乙二醇;使用100mmol之鹼金屬化合物代替11mmol之鹼金屬化合物;使用0.66mmol之黏度改良劑B代替0.5mmol之黏度改良劑A;且不使用防銹劑來獲得冷卻劑組成物。
於25℃目視觀察實施例1至9以及對照實例1至10中所獲得之冷卻劑組成物各者的外觀。評估實施例1至9以及對照實例1至10中所獲得之冷卻劑組成物各者於25℃及100℃的動力黏度及熱特性(暖機性質及冷卻性質)。結果示於表1和表2。
根據下列標準藉由目視檢查來評估外觀。即,「透明液體」係指未觀察到沉澱、外來物質之類的狀態;「半透明液體」係指液體在常溫下流動的狀態;「渾濁糊劑」係指液體在常溫下不流動的狀態;以及「沉積」係指藉由目視檢查在液體中觀察到固態晶體的狀態。
使用以下方法測量動力黏度。根據使用JIS K 2283或ASTM D445及D446中所界定之玻璃毛細管黏度計的測試方法來測量冷卻劑組成物於25℃及100℃的動力黏度。特別是,該測量係使用以下方法進行。(1)將預定量之樣本置入JIS K 2283中所界定的烏氏黏度計(Ubbelohde viscometer),同時傾斜該黏度計以防止氣泡穿透。(2)在恆溫水浴中控制置入該樣本的該黏度計之溫度為時15分鐘。(3)將該樣本吸至測量參考線頂部並使之自由落下。此時,測量彎液面從測量參考線頂部達 到其底部期間的時間。(4)當測量時間短於200秒時,在置換另一黏度計之後重複操作(1)至(3)。(5)測量時間為200秒或更長者使用黏度計進行該測量兩次。測量時間之差異係在平均值的0.2%內,根據平均測量時間及所使用之黏度計的黏度計常數計算動力黏度。
為了評估暖機性能,使用樣本測試儀測量鋁鑄件從25℃加熱至60℃期間的時間以評估於25℃常溫的熱特性(參考圖1)。對照實例1之結果(240秒)係設為參考值(1.0)。
為了評估冷卻性能,使用樣本測試儀測量鋁鑄件從90℃冷卻至80℃期間的時間以評估於25℃常溫的熱特性(參考圖1)。對照實例1之結果(300秒)係設為參考值(1.0)。
表1和表2顯示測量實施例1至9以及對照實例1至10中所獲得之冷卻劑組成物各者的動力黏度、暖機性能、及冷卻性能之結果。
以下結果係從表1和表2獲得。在實施例1至9之冷卻劑組成物中,在低溫之動力黏度高,且在高溫下動力黏度之降低充足。因此,相較於對照實例1之冷卻劑組成物,暖機性能獲得改善,並維持冷卻性能。在實施例1至9之所有冷卻劑組成物中,未發生沉積,且液體並非渾濁糊劑而是透明或半透明液體。
在使用黃原膠作為一般增稠劑的對照實例3之冷卻劑組成物中,在高溫之動力黏度降低小,且冷卻性 能不良。另一方面,在對照實例2之冷卻劑組成物中,冷卻性能高;然而,在低溫之動力黏度低且暖機性能不良。
在對照實例4之冷卻劑組成物中,暖機性能獲得改善;然而冷卻性能不良,且黏度高到足以造成半固化。因此,對於水泵的負荷大,且內燃機之燃料效率不良。
在對照實例5至9中,暖機性能因增稠性不足而未獲得改善。對照實例10之冷卻劑組成物中,鹼金屬化合物沉積。
根據本發明之冷卻劑組成物較佳係用於冷卻載具(諸如汽車)或工作載具(例如卡車或重型機械)、船隻、飛機、發電機之內燃機(包括混合系統)、或用於冷卻電池或燃料電池之加熱及冷卻系統。

Claims (7)

  1. 一種冷卻劑組成物,其特徵在於其包含:黏度改良劑;至少一種選自由鹼金屬鹽及鹼金屬氫氧化物所組成之群組的鹼金屬化合物;及基底,其中該黏度改良劑係以式R1O-(R2O)m-SO3M表示之化合物,其中R1表示具有16至24個碳原子之直鏈或支鏈烷基或直鏈或支鏈烯基,R2表示乙烯基或丙烯基,m表示R2O之平均添加莫耳數且為0.5至10之數,且M表示陽離子或氫原子,該基底係由水及/或至少一種選自由下列所組成之群組的醇形成:一元醇、二元醇、三元醇及二醇單烷醚;且該冷卻劑組成物之動力黏度於25℃為8.5mm2/sec或更高以及於100℃為2.0mm2/sec或更低。
  2. 如申請專利範圍第1項之冷卻劑組成物,其中該黏度改良劑之含量相對於100g之該基底為0.01mmol至3mmol。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之冷卻劑組成物,其中該鹼金屬化合物之含量相對於100g之該基底為0.5mmol至90mmol。
  4. 如申請專利範圍第1項之冷卻劑組成物,其中該冷卻劑組成物中鹼金屬離子對該黏度改良劑之莫耳比為 1.5至3000。
  5. 如申請專利範圍第1項之冷卻劑組成物,其進一步包含防銹劑。
  6. 一種操作內燃機之方法,其中使用如申請專利範圍第1至5項中任一項之冷卻劑組成物作為冷卻劑。
  7. 一種如申請專利範圍第1至5項中任一項之冷卻劑組成物的用途,其係作為內燃機之冷卻劑。
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