Патент на изобретение №2172301

(54) ПРОМЫВОЧНЫЙ СОСТАВ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ НАКИПИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к бытовой химии, в частности к промывочным составам для удаления накипи с металлических поверхностей различного рода теплообменных аппаратов, змеевиков и пр. конструкционных элементов теплоэнергетических систем, например, для удаления накипи с внутренних стенок радиаторов системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания преимущественно легковых автомобилей. Промывочный состав для удаления накипи содержит: трилон-Б, натрий фосфорнокислый однозамещенный, спирт изопропиловый, четвертичную аммонийную соль перфторсульфокислоты, воду при следующем содержании компонентов, мас. %: трилон-Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) 3,0 – 7,0; натрий фосфорнокислый однозамещенный 3,0 – 5,0; спирт изопропиловый 2, 5 – 3,5; четвертичная аммонийная соль перфторсульфокислоты 0, 008 – 0,012; вода остальное. Состав может дополнительно содержать флуоресцин в количестве 0,001-0,0015 мас.%. Использование изобретения повышает эффективность удаления накипи с металлических поверхностей теплообменных аппаратов, в том числе с труднодоступных зон обработки, в частности, при очистке радиаторов системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. 1 з.п. ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к бытовой химии, в частности к промывочным составам для удаления накипи с металлических поверхностей различного рода теплообменных аппаратов, змеевиков и пр. конструкционных элементов теплоэнергетических систем, например для удаления накипи с внутренних стенок радиаторов системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания, преимущественно, легковых автомобилей.

Известны различные промывочные составы для удаления накипи с металлических поверхностей теплообменных аппаратов, входящие в композицию водных растворов которых химические компоненты обеспечивают физико-химическое воздействие на железоокисные и карбонатные отложения твердых осадков, образующих накипь, путем размягчения, разрушения их и диспергирования их с образованием устойчивых комплексов.

Для указанного физико-химического взаимодействия с отложениями накипи используют составы, композиция которых содержит следующие компоненты: смесь низкомолекулярных кислот фракции C₁-C₄ (муравьиная кислота C₁, уксусная кислота C₂, пропионовая кислота C₄, масляная кислота C₄, их альдегиды, кетоны, спирты, эфиры) и продукты конденсации синтетических жирных кислот фракции выше C₄ (капроновая кислота) с наличием в композиции состава стабилизирующих и моющих добавок, например типа алкилбензолсульфонатов для отмывания грязи, образующихся в процессе разрушения накипи (см. SU N 286617, C 02 F 5/10, 10.11.70 г.). Реакционная способность известного состава обеспечивается при 25-30% (мас. содержании) кислотных компонентов в композиции и при 12-15% концентрации состава в жидкой среде рециркуляционной системы теплообменного аппарата. Однако указанное мас.% содержание кислотных компонентов в составе оказывает значительное агрессивное воздействие по отношению к стенкам сосудов теплообменных систем, на которых осаждается накипь, что особенно существенно для теплообменных аппаратов, имеющих незначительную толщину стенок, например радиатор системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Аналогичные недостатки имеет и промывочный состав SU N 724451, C 02 F 5/00 от 30.07.80 г., композиция которого содержит 20-25% (мас.) соляной кислоты, при этом использование последней в промывочном составе для удаления накипи может быть эффективно по отношению к железоокисным и карбонатным отложениям и малоэффективно по отношению к силикатным составляющим отложениям, что существенно для систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания.

Промывочный состав для удаления накипи в трубопроводах, теплообменниках и пр. (см. RU N 2023688, C 02 F 5/08 от 11.01.1991 г.) состоит из смеси низкомолекулярных кислот C₁-C₄, продукта конденсации синтетических жирных кислот с полиэтиленполиамином или диэтилентриамином и воды, при мас.% содержании кислотных компонентов ниже 16% (максимальное количество), что несколько снижает агрессивность этого состава по отношению к стенкам сосудов теплообменных аппаратов по сравнению с ранее указанными составами. Однако данный состав имеет невысокую моющую способность необходимую для смыва разрушенных загрязнений (отложений) с очищаемых поверхностей стенок теплообменных аппаратов, что объясняется низкой смачивающей способностью используемых компонентов состава по отношению к поверхностям обработки.

Известен также состав для удаления накипи, преимущественно, из систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания, содержащий сульфаминовую кислоту (СК), калий кислый виннокислый (ККВ), сульфанат натрия, “Лаурокс-9”, уротропин при указанном мас.% содержании компонентов в известном техническом решении (см. SU N 1818513, F 28 G 9/00, от 30.05.93 г.). Согласно содержащейся в указанном техническом решении информации состав эффективно разрушает составляющие компоненты накипи за счет размягчения, разрушения их, ионизации процесса, связывания образующихся при этом катионов металла в комплексные соединения, а наличие уротропина замедляет коррозию очищаемых металлических поверхностей. Однако обработка поверхностей системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания от накипи осуществляется при штатной норме состава соответствующей объему циркуляции охлаждающей жидкости в двигателе внутреннего сгорания, что, во-первых, нецелесообразно по коммерческим соображениям, а во-вторых, приводит к нарушению современных экологических требований по обслуживанию производственных процессов вследствие наличия в отработавшем составе (после его слива) не отработавших в результате взаимодействия с отложениями накипи агрессивных к окружающей среде компонентов (сульфат натрия, сульфаминовая кислота). Наличие уротропина в известном составе приводит к удорожанию последнего.

Технической задачей изобретения являлось создание промывочного состава для удаления накипеобразований из систем охлаждения двигателей, рецептура композиции которого имела бы невысокое содержание агрессивных по отношению к окружающей среде компонентов при эффективном взаимодействии их с различными отложениями накипи (железноокисные, карбонатные, силикатные и др.) путем размягчения, смыва их с очищаемых металлических поверхностей с образованием с катионами молекул металла и др. ионными соединениями устойчивых в водном растворе комплексов и защитой обрабатываемых поверхностей от коррозионных процессов. Процесс решения поставленной технической задачи свелся к выбору химических компонентов, подбору их в композиции состава, выявлению синергетического эффекта при совместном их использовании с учетом мас.% содержания их в составе.

При решении поставленной технической задачи были проанализированы композиции промывочных составов для удаления накипи с металлических поверхностей различных теплообменных аппаратов, содержащих такой комплексон, как трилон-Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) (см. SU N N 1210053, F 28 G 9/00, от 07.02. 86 г., 1244472, F 28 G 9/00, от 15.07.86 г.), эффективность работы указанного комплексообразователя обеспечивается при синергетическом эффекте, возникающем в результате реакций ионного обмена при взаимодействии с отложениями накипи кислотных компонентов: органической кислоты – фталевой по а.с. 1244472; уксусной по а. с. 1210053 при указанном мас.% содержании их в композициях промывочных составов.

Однако использование данных составов при промывке систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания нецелесообразно по следующим соображениям: эффективность известных композиций с такими компонентами как трилон-Б и органические кислоты обусловлена интенсивностью технологических процессов, заключающихся, в частности, в облегчении процесса доступности промывочной композиции к местам обработки за счет создания, например, режима колебаний при промывке (N 1244472), непрерывной циркуляции промывочного раствора при повышенных температурах (N 1210053), что не может быть обеспечено для условий промывки системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания со сложным структуропостроением радиатора охлаждающей жидкости, имеющего труднодоступные зоны; низкая смачивающая способность компонентов, входящих в известные промывочные составы, снижает также моющую способность последних по отношению к загрязнениям.

Промывочный состав для удаления накипи, содержащий динатриевую соль этилендиаминтетрауксной кислоты и воду по а.с. N 1244472, выбран в качестве прототипа заявляемого изобретения, как наиболее близкое техническое решение по совокупности используемых в композиции состава компонентов.

Учитывая описанные недостатки известного промывочного состава, техническая задача по его усовершенствованию свелась к дополнению последнего такими компонентами, которые бы при использовании в его композиции комплексона (трилона-Б) улучшали бы проникающее воздействие последнего на труднообрабатываемые зоны очищаемых поверхностей радиатора системы охлаждения двигателя без интенсификации технологического процесса очистки. Техническая задача по усовершенствованию состава для удаления накипи также свелась к наличию в последнем компонентов (веществ), облегчающих контроль над процессом удаления промывочного раствора из зоны обработки.

В результате анализа уровня техники установлено, что предъявляемым требованиям по физико-химическому взаимодействию с металлическими поверхностями наиболее полно отвечают широко используемые в практике тепло- и массообмена химические соединения на основе фосфорной кислоты различные алкилбензолсульфанаты, фторсодержащие поверхностно активные вещества, в качестве технологических добавок для улучшения моющей способности химических композиции, в состав которых они входят, для защитных противокоррозионных свойств по отношению к обрабатываемым металлическим поверхностям (см. книгу “Смазки и родственные продукты”, автор Д. Кламанн, М.: Химия, 1988, стр. 370-372). При подборе компонентов учитывалась их растворимость в воде. В качестве компонентов, удовлетворяющих данным требованиям, были выбраны: натрий фосфорнокислый однозамещенный (NaH₂PO₄ 2H₂O), четвертичная аммонийная соль перфторсульфокислоты (ТУ 301-02-48-89), а также спирт изопропиловый. Применение этих композиционных компонентов в незначительных количествах не агрессивно по отношению к окружающей среде.

Таким образом, положенная в основу настоящего изобретения техническая задача по созданию высокоэффективного, неагрессивного по отношению к окружающей среде промывочного состава для удаления накипи с металлических поверхностей теплообменных аппаратов, в том числе систем охлаждения двигателей внутреннего сгорания, имеющих труднодоступные зоны обработки решается следующим образом: промывочный состав для удаления накипи, содержащий трилон-Б, воду, в соответствии с изобретением, дополнительно имеет натрий фосфорнокислый однозамещенный, спирт изопропиловый, четвертичную аммонийную соль перфторсульфокислоты при следующем содержании компонентов мас.%:
Трилон-Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) – 3,0-7,0
Натрий фосфорнокислый однозамещенный – 3,0-5,0
Спирт изопропиловый – 2,5-3,5
Четвертичная аммонийная соль перфторсульфокислоты – 0,008-0,012
Вода – Остальное
Промывочный состав для удаления накипи дополнительно содержит флуоресцентный краситель в виде флуоресцеина в количестве, равном 0,001-0,0015 мас.%.

В результате реализации изобретения в соответствии с предложенной в нем совокупностью компонентов и их количественным содержанием полученный промывочный состав для удаления накипи обеспечивает эффективное удаление различных по физико-химическому состоянию отложений при сохранении защитных свойств от коррозии обрабатываемых металлических поверхностей.

В результате реализации изобретения в части использования в промывочном составе такого химического компонента как флуоресцеин, являющегося флуоресцентным красителем, улучшается внешний вид состава за счет яркости последнего, упрощается контроль над процессом удалением промывочного раствора из зоны обработки.

Проведенный анализ научно-технической информации показал, что предложенный промывочный состав для удаления накипи, обладающий заявленной совокупностью признаков в части использованных в нем компонентов, их мас.% содержания, с наличием вышеуказанных свойств и преимуществ существенно отличается от известных, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям “новизна”, “изобретательский уровень”, “промышленная применимость”, что подтверждается нижеприведенным описанием изобретения.

Все компоненты промывочного состава для удаления накипи являются коммерчески доступными продуктами. Данные по используемым компонентам заявляемого состава и известного (прототип) приводятся в табл. 2.

При приготовлении промывочного состава в соответствии с изобретением входящие в его композицию компоненты: тщательно перемешивались в емкости, заполненной обычной пресной водой в течение 0,5-1 час при T = 20-30^oC. При приготовлении промывочного состава, в соответствии с изобретением, использовали мас.% содержание компонентов в соответствии с примерами 1-3, а также в соответствии с контрольными примерами 4-6 с мас.% содержанием компонентов, отличным от заявляемого содержания их в составе в соответствии с примерами 1-3. Данные по совокупности используемых компонентов, их мас.% содержания по примерам 1-6 приведены в табл. 1. Полученные в результате смешивания компонентов составы (примеры 1-6) практически бесцветны или имеют слегка желтоватый оттенок. Составы по своей структуре однородны вследствие совместимости с водой трилона-Б, натрия фосфорнокислого однозамещенного, спирта изопропилового, четвертичной аммонийной соли перфторсульфокислоты.

При приготовлении промывочного состава для удаления накипи известного по прототипу а.с. N 1244472 использовалась методика, описанная в данном техническом решении с мас.% содержанием используемых для этого состава компонентов по примеру 2 (см. табл. 1 по указанному а.с.). Полученный состав по известной композиции соответствует примеру 7 см. табл. 1.

Эффективность действия промывочных составов по примерам 1-7 проверяли:
– по способности растворять кусочки отложений накипи размером 5-8 мм, сколотой с трубок радиатора системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. Для этой цели в емкости объемом 750 мл готовили промывочные растворы объемом 500 мл, каждый из которых содержал 450 мл обычной пресной воды и 50 мл промывочного состава приготовленного в соответствии с примерами 1-7. Для удобства испытаний в полученные промывочные растворы загружали одно и то же количество кусочков отложений накипи, равное 10 г, которые выдерживали в соответствующих промывочных составах в течение 1- 2 час, затем определяли массу нерастворенной части отложений накипи. Результаты испытаний промывочных растворов с учетом наличия в них композиций составов по примерам 1-7 приведены в табл. 1.

– по моющей способности промывочного состава на обрабатываемые металлические поверхности, методика этих испытаний свелась к определению поверхностного натяжения исследуемых промывочных составов. Методика определения поверхностного натяжения основана на методе давления газовых пузырьков манометрической жидкости на исследуемые растворы при использовании капилляра прибора Ребиндера (ГОСТ 25366-82). Поверхностное натяжение (_x), в мН/м, оценивали по формуле:

где где ₀ – поверхностное натяжение дистиллированной воды (задано);
h_о – высота столба манометрической жидкости, соответствующая давлению образования и отрыва пузырька из капилляра для дистиллированной воды (задано), мм;
h_x – высота столба манометрической жидкости, соответствующая давлению образования и отрыва пузырька из капилляра для исследуемого раствора, мм.

Данные по испытаниям приведены в таблице, из которых следует, что исследуемые промывочные составы (примеры 1-3, 2.1) имеют наименьшее значение поверхностного натяжения по сравнению с составом по примеру 7, что свидетельствует о более высокой смачивающей способности заявляемого состава, а следовательно, об улучшение его свойств по моющей способности. Увеличение смачивающей способности составов свидетельствует о проникающей способности составов, а следовательно, об улучшенной доступности компонентов этих составов в труднообрабатываемые зоны, например, радиаторы.

Оценку состава по контролю над процессом удаления промывочных растворов из зоны обработки проверяли в реальных (эксплуатационных) условиях очистки накипи из системы охлаждения двигателя внутреннего сгорания. В систему охлаждения двигателей внутреннего сгорания легковых автомобилей (марка ВАЗ 2123) заливали промывочные растворы (после слива охлаждающей жидкости из системы охлаждения) в количестве штатной нормы (5000 мл). Для сопоставимости результатов использовали одну и ту же марку автомобиля с пробегом 25 тыс. км. При приготовлении промывочных растворов использовали 4500 мл обычной пресной воды и 500 мл промывочных составов: пример 2 с наличием в последнем флуоресцеина (см. пример 2.1); пример 7, где флуоресцеин отсутствовал. Промывочные растворы, приготовленные с учетом примеров 2.1 и 7, заливались в систему охлаждения двигателей внутреннего сгорания испытываемых автомобилей, выдерживались в указанных системах охлаждения двигателей в течение 40-60 мин, а также в течение 40-60 мин при работающем двигателе внутреннего сгорания (холостые обороты). Затем испытываемые промывочные растворы сливались, в систему охлаждения двигателей заливали промывочную воду, после слива которой по цвету ее, флуоресцентному свечению для двигателя, имевшего промывочный раствор с примером 2.1, контролировали удаление этого раствора из данного двигателя. Отсутствие флуоресцеина в исследуемом растворе (пример 7) усложнило процесс контроля над процессом удаления промывочного раствора, остатки которого в системе охлаждения привели в последующем к вредному воздействию на работающий двигатель.

Эффективность действия промывочных составов по удалению накипи оценивали по коррозионному воздействию используемых промывочных растворов, методика приготовления которых описана выше. Оценку коррозионных свойств осуществляли по следующей методике:
– в колбу, содержащую 500 мл промывочного раствора (приготовленного для каждого опыта с учетом композиции составов по примерам 2, 7) подвешивали на фторопластовой ленте пластину из латунного сплава размером 50х20х4 мм, выдерживали в течение 3 час и определяли скорость коррозии по методу весового анализа (масса пластины до испытаний и после) по формуле определения скорости коррозии:

где m – масса осадка, полученного в результате коррозионного воздействия промывочного раствора на испытываемый образец;
S – площадь поверхности образца;
t – продолжительность испытаний
Результаты испытании сведены в табл. 1, из приведенных данных которой следует:
промывочный состав в соответствии с примерами 1-3 (согласно изобретению) имеет наилучшие показатели по результатам его испытания в промывочных растворах с учетом оценки на растворяющую способность накипеобразований, по показателям моющей способности и удовлетворяет требованиям противокоррозионной защиты обрабатываемых поверхностей. Использование в заявляемом промывочном составе для удаления накипи флуоресцентного красителя в виде флуоресцеина способствует улучшению внешних характеристик состава, обеспечивает возможность контрольного наблюдения за удалением промывочного раствора из зоны обработки. Промывочный состав по изобретению ускоряет процесс промывки обрабатываемых поверхностей за счет проникающей способности его в труднодоступные зоны обрабатываемых поверхностей. Используемые в композиции заявляемого промывочного состава компоненты коммерчески доступны и не агрессивны по отношению к окружающей среде, тем более что эффективность удаления накипи при использовании заявляемого состава обеспечивается при невысоком мас.% содержании их. Уменьшение или увеличение количественного содержания компонентов в промывочном составе либо малоэффективно, либо нецелесообразно по коммерческим показателям, либо по экологическим требованиям. Изобретение может быть использовано при обслуживании и ремонте двигателей внутреннего сгорания, в частности для очистки от накипеобразований системы его охлаждения. Изобретение может быть использовано и в других теплообменных аппаратах с целью удаления накипи в них. Используемые в композиции промывочного состава компоненты эффективно воздействуют на различные вещества, содержащиеся в накипи (железноокисные, карбонатные, силикатные).

Формула изобретения

1. Промывочный состав для удаления накипи, содержащий трилон-Б и воду, отличающийся тем, что он дополнительно имеет натрий фосфорнокислый однозамещенный, спирт изопропиловый, четвертичную аммонийную соль перфторсульфокислоты при следующем содержании компонентов, мас.%:
Трилон-Б (динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты) – 3,0 – 7,0
Натрий фосфорнокислый однозамещенный – 3,0 – 5,0
Спирт изопропиловый – 2,5 – 3,5
Четвертичная аммонийная соль перфторсульфокислоты – 0,008 – 0,012
Вода – Остальное
2. Промывочный состав для удаления накипи по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит флуоресцентный краситель в виде флуоресцеина в количестве, равном 0,001 – 0,0015 мас.%.

РИСУНКИ