Раскрытие химической автоконденсации и растворения диоксида кремния в охлаждающих жидкостях двигателя: применение в технологии органических присадок для автомобильных охлаждающих жидкостей (OAT)

Охлаждающие жидкости двигателя представляют собой смеси воды и гликолей (чаще всего моноэтиленгликоля, МЭГ), содержащие ингибиторы коррозии материалов системы. В настоящее время органические ингибиторы обычно используются в сочетании с неорганическими ингибиторами, такими как силикаты. Чтобы эффективно создать такую охлаждающую жидкость для двигателя, крайне важно понять поведение силиката в «полуводной» среде. Поликонденсация силиката была тщательно изучена в водных растворах, а также основных факторах, влияющих на ее водный химический состав, четко контролируемых (т.е. pH, температура, концентрация и т.д.). В этой статье тщательно изучена химия поликонденсации силиката в различных частях смеси МЭГ/вода и исследовано влияние нескольких экспериментальных параметров, таких как рабочий pH, время конденсации и соотношение МЭГ:вода. Присутствие МЭГ в смесях МЭГ/вода обеспечивает автоконденсацию силиката с образованием аморфного кремнезема при всех изученных значениях pH. Конденсация силиката начинается в течение 10 мин после регулирования pH и происходит быстрее с введением МЭГ. Самые низкие уровни активного силиката наблюдались в пределах pH от 8,0 до 8,5 (наиболее распространенный pH для охлаждающих жидкостей двигателя). Поведение силиката также изучалось в обычных охлаждающих жидкостях (которые, кроме МЭГ, содержат органические ингибиторы коррозии). В обоих случаях конденсация значительно усиливается. Температурно-зависимое растворение частиц аморфного кремнезема было изучено в выбранных смесях МЭГ/вода и было обнаружено, что оно незначительно при температуре окружающей среды независимо от соотношения МЭГ:вода, тогда как оно существенно при 90°C в чистой воде. Определение химического состава силикатов в матрицах охлаждающих жидкостей будет ценной информацией для разработки более эффективных составов охлаждающих жидкостей для двигателей.

1. M. Wysokowski, T. Jesionowski and H. Ehrlich, Biosilica as a source for inspiration in biological materials science, Am. Mineral., 2018, 103(5), 665–691. doi: 10.2138/am2018-6429

2. O.W. Flörke, H.A. Graetsch, F. Brunk, L. Benda, S. Paschen, H.E. Bergna, W.O. Roberts, W.A. Welsh, C. Libanati, M. Ettlinger, D. Kerner, M. Maier, W. Meon, R. Schmoll, H. Gies and D. Schiffmann, Silica, Ullmann’s Encycl. Ind. Chem., 2008, 32, 421–507. doi: 10.1002/14356007.a23_583.pub3

3. D.J. Belton, O. Deschaume and C.C. Perry, An overview of the fundamentals of the chemistry of silica with relevance to biosilicification and technological advances, FEBS J., 2012, 279(10), 1710–1720. doi:10.1111/j.1742-4658.2012.08531.x

4. Ν.C. Brady and R.R. Weil, The Nature and Properties of Soils, 14th Edition, Prentice Hall, Hoboken NJ, 2007.

5. P.V.D. Ven and J.P. Maes, The effect of silicate content in engine coolants on the corrosion protection of aluminum heat-rejecting surfaces, SAE Trans., 1994, 103, 270–278. doi: 10.4271/940498

6. L.B. Coelho, M. Lukaczynska-Anderson, S. Clerick, G. Buytaert, S. Lievens and H.A. Terryn, Corrosion inhibition of AA6060 by silicate and phosphate in automotive organic additive technology coolants, Corros. Sci., 2022, 199, 110188. doi: 10.1016/j.corsci.2022.110188

7. D.A. Washington, D.L. Miller, P.B. Valkovich, R.A. Armstrong, F.A. McMullen, M.J. Quinn, F.A. Kelly and E.J. McWilliams, Performance of organic acid based coolants in heavy duty applications, SAE Tech. Pap. Ser., 1996, 960644. doi: 10.4271/960644

8. D. Scott, J.V. Orth and D. Miller, Coolant Pump Failure Rates as a Function of Coolant Type and Formulation. SAE Tech. Pap. Ser., 1994, 940768. doi: 10.4271/940768

9. F. Verpoort, T. Haemers, P. Roose and J.P. Maes, Characterization of a surface coating formed from carboxylic acid-based coolants, Appl. Spectrosc., 1999, 53(12), 1528–1534.

10. P.V.D. Ven and J.P. Maes, The effect of silicate content in engine coolants on the corrosion protection of aluminum heat-rejecting surfaces, SAE Trans., 1994, 103, 270–278. doi: 10.4271/940498

11. B. Yang, P. Woyciesjes and A. Gershun, Comparison of extended life coolant corrosion protection performance, 2017, Conference: WCX™ 17: SAE World Congress Experience. doi: 10.4271/2017-01-0627

12. M. Jayalakshmi and V.S. Muralidharan, Inhibitors for aluminium corrosion in aqueous medium, Corros. Rev., 1997, 15(3–4), 315–340. doi: 10.1515/CORRREV.1997.15.3-4.315

13. W.T. Tsai, Y.H. Hon and J.T. Lee, Corrosion inhibition of aluminum alloys in heat exchanger systems, Surf. Coat. Technol., 1987, 31, 365–380.

14. O. Lopez-Garrity and G.S. Frankel, Corrosion inhibition of AA2024-T3 by sodium silicate, Electrochim. Acta, 2014, 130, 9–21. doi: 10.1016/j.electacta.2014.02.117

15. S.T. Amaral and I.L. Muller, Effect of silicate on passive films anodically formed on iron in alkaline solution as studied by electrochemical impedance spectroscopy, Corrosion, 1999, 55, 17–23.

16. D.B.V.D. Heuvel, E. Gunnlaugsson and L.G. Benning, Passivation of Metal Surfaces Against Corrosion by Silica Scaling, Proceedings, 41st Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, Stanford, California, 2016, paper SGP-TR209.

17. J.C. Rushing, L.S. McNeill and M. Edwards, Some effects of aqueous silica on the corrosion of iron, Water Res., 2003, 37(5), 1080–1090. doi: 10.1016/S0043-1354(02)00136-7