汽车防冻液配方分析

汽车防冻液的全称叫汽车防冻冷却液，是汽车冷却系统用的循环介质，用于水冷式发动机在冬季防冻。汽车在工作时会产生大量的热，如不及时排热，将会导致发动机的损坏。因此需要一种冷却液来辅助发动机散热。以往最常用的冷却液是水。因其流动性好并具有良好的导热性，但水作为防冻液也有很多的缺点；如冰点不高、沸点不高及容易使金属生锈等等。针对这几点，汽车防冻液便应运而生了。汽车防冻液具有比水更低的冰点，在寒冷的环境中仍然可以正常的工作，防冻液还具有抗腐蚀的功能(包括大面积的腐蚀和，点蚀)、防止水垢形成等功能，因此防冻液被广泛用于汽车领域。

1.汽车防冻液的技术要求

1.1配制汽车防冻液的几点要求：

1)具有较低的冰点，较高的沸点；

2)有较好的金属防腐性、防气蚀性和防结垢性；

3)不污染环境或对环境污染小；
4)外观色泽透明、无机械杂质、无毒或低毒、药效持久、贮存期长、可在冷却系统内连续工作2-3年而不变质等方面的综合性能。

1.2 汽车防冻液的七大功能

汽车防冻液具备七大功能，分别是防冻、防沸、防腐、防垢 、防锈、传导、润滑。

防冻：防冻液的防冻范围-25－-60℃不冻结，保证散热系统正常工作。

防沸：水的沸点100℃,防冻液的沸点在106－116℃不开锅，保证发动机在正常温度范围内能工作、动力强劲。

防腐：用水散热，长时间不工作会变溴、产生微生物，防冻液的防腐添加剂是液体永不变质，对冷却系统的部件起到防腐保护作用。

防垢：家庭烧水壶时间长了会结厚厚一层水垢，汽车散热系统用水同样会结水垢，造成散热不良，产生高温，影响动力，防冻液特殊防垢除垢功能，避免降低散热器的散热作用。

防锈：防冻液的防锈功能可保证缸体散热道无锈迹。

传导：汽车水箱均采用紫铜或黄铜制成，近年也有采用合金铝制作，目的是热传导速度快，快速冷却，防冻液的热传导剂，保证了液体的热量快速传导给铜铝质散热器。

润滑：水泵在工作时叶轮与泵体的摩擦会影响水泵的寿命，防冻液特殊的润滑性能可延长水泵的寿命。

2.汽车防冻液的组成

防冻液一般由母液和添加剂组成。母液由软化水和能降低水的冰点的物质组成（主要是防冻剂）；添加剂主要有一些具有特殊功能的试剂组成，缓蚀剂、消泡剂、着色剂、防霉剂、缓冲剂等组成。

2.1母液

母液主要由水和醇类组成。醇类在防冻液中主要起到防冻剂的作用，是防冻液的主要成分，主要是各种二元醇或多元醇。

因为在所有的物质中，醇类的物化性质和水的最为接近。由凝固点降低定律可知，醇类与水混合后能大幅度的降低水的冰点}由沸点升高定律知，醇和水混合后能提高水的沸点。醇类具有很好的水溶性，能与水以大比例混合，而且醇本身粘度小，与水混合后的液体流动性好，因而醇类是作为母液首选的物质。选择醇类的原因还有：醇类的来源广、价格低、比热和导热性能都相对较好。目前，最常用的作为防冻液的组成的醇类有：乙二醇、二甘醇、甘油、丙二醇等。

防冻剂是各国从上世纪50年代以来几乎全部采用乙二醇作为防冻剂。乙二醇是一种无色、透明、稍有甜味和具有吸湿性的粘稠液体，它能以任何比例与水相溶。

按不同的质量比例将乙二醇与水混合，能够得到不同冰点值的混合液，即得到不同冰点值的防冻液，如表1所示。从表1中可以看出，乙二醇水型防冻液的冰点值同乙二醇质量份数不成线性关系。浓度在59%以下时，水溶液中乙二醇浓度升高冰点降低，但浓度超过59%后，随着乙二醇浓度的升高，其冰点呈上升趋势，当浓度达100%时，其冰点上升至-13℃。

表1 防冻液中乙二醇浓度与冰点的关系

2.2 添加剂

2.2.1 缓蚀剂（防锈剂）

汽车发动机冷却系统含有5种金属，即铸铁、铝合金、钢、铜、焊锡等。防冻液每时每刻都与这些金属接触，因此必须具有良好的防腐功能。加之母液的这样成分是醇类，醇类如乙二醇是容易被氧化生成酸性的乙二酸，酸性的物质容易腐蚀冷却系统的金属介质，所以配制防冻液时应添加一些试剂，阻止酸性物质对冷却系统的腐蚀。

常用的缓蚀剂分为无机缓蚀剂、有机缓蚀剂、复合缓蚀剂、环保缓蚀剂等。
1)无机化合物缓蚀剂

它包括偏硅酸盐、磷酸盐、钨酸盐、硼酸盐、亚硝酸盐和钼酸盐、苯甲酸盐等。作为无机化合物缓蚀剂，可使金属表面形成一层致密的钝化膜。例如：加入0.03-0.05%的偏硅酸钠可防止铝制件的腐蚀。
2)有机化合物缓蚀剂

常用的有三乙醇胺、苯并三氮唑、巯基苯并噻唑、有机磷酸盐等，如仅添加0.1-0.5%的苯并三氮唑即可防止铜制构件的腐蚀。
3)复合配方缓蚀剂

不同成分的金属构件需用不同的缓蚀剂，如：亚硝酸钠对钢、铸铁的缓蚀效果好。但会腐蚀焊料三乙醇胺、磷酸盐、有机磷酸盐虽对黑色金属缓蚀效果好，但会腐蚀黄铜、紫铜等；硅酸盐是铝金属的优良缓蚀剂，但极易水解，形成大量絮状沉淀。这些单品种缓蚀剂虽成本较低，但难以满足防冻液诸多方面的性能要求。所以一般采用具有协同作用的多种缓蚀物质的复合配方，缓蚀剂总加入量为防冻液原液的0.5-5.0%
4)环保型配方缓蚀剂

完全采用有机型配方，成份中不含无机盐，能在金属表面形成一层致密而稳定的保护膜。采用环保型配方缓蚀剂制成的防冻液同时具有易生物降解、低毒的特点，对环境无害的化学品，不会对水体及土壤生态造成破坏，具有通用性好，能适合不同金属材质的发动机，可长年贮存，稳定性好。

2.2.2防点蚀剂

点蚀又叫穴蚀。点蚀是腐蚀的一种，即由无数个气泡打击金属所致，由于油槽和油孔等结构要素的横截面突然改变引起油流强烈紊乱，在油流紊乱的真空区形成气泡，随压力升高气泡溃灭而产生点蚀。点蚀一般发生在轴承的高载区，是冷却系统的大敌，需要添加优质的添加剂来有效地防止点蚀，以延长发动机的寿命。

2.2.3防垢剂

水中有许多的矿物质，比如钙离子、镁离子、铁离子、氯离子、铝离子等。这些离子在水中存在着沉淀和溶解平衡。在加热蒸发后，这些矿物质会结成水垢沉积在金属表面。水垢的导热性能很差，会导致发动机产生的热不能及时的传给防冻液，使缸套的温度升高。造成缸套与气环擦伤磨损。因此配制防冻液时加入一些阻垢剂防止水垢形成。

常用的有EDTA2钠，苯甲酸钠，葡萄糖酸钠。

2.2.4缓冲剂

缓冲剂(pH调节剂)由于在酸性的环境中，金属会受到严重的腐蚀，而在碱性的环境中，金属盐离子又容易生成沉淀。在使用过程中，防冻液的pH值应尽可能的保持在7-11范围内，可以保证防冻液不会受到霉菌的侵入而腐败变质。像氢氧化钠，三乙醇胺等

选择复合稳定剂配方，应遵循“一剂多用”的原则，有利于降低成本，芳香唑对铜有保护作用，硼砂对铸钢，铸铁，铜都有一定的防腐蚀作用，还有PH缓存能力，硅酸盐对铁、铝铜等金属有较好的保护作用，且价廉易得，无毒，苯甲酸钠既有防霉作用，又对黑色金属有较好的缓蚀作用

2.2.5消泡剂

有机物防冻液的主要成分之一，有机物在理化性质上与其他物质存在差别，这样在使用过程中会产生气泡。防冻液在使用过程中常用的消泡剂有高级醇、有机硅聚合物和某些表面活性剂等。

2.2.6稳定剂

作为汽车防冻液，必须保证各个组分都能稳定的存在，这样防冻液才能发挥他的作用。稳定剂用以协调防冻液各组分的协同配合，使防冻液更稳定的存在。如有机硅氧烷类稳定剂，丙烯酸聚合物碱金属盐（添加量在0.05-0.1%），ATMP，HEDP等。

2.2.7着色剂

在防冻液中加入无毒的水溶性着色剂，与一般的冷却水区别，便于观察冷却系统中的防冻液是否泄漏：同时具有指示剂的作用，监视防冻液的酸碱度变化。常用溴甲蓝、酚红、甲基红等原料使防冻液呈现一定指示色，如果颜色超过指示范围，则表明防冻液呈酸性而失去防锈作用。着色剂的浓度(质量)一般在0.01-0.05%。

2.2.8防霉剂

防冻液在工作状态下由于温度较高，微生物难以繁殖，但在贮存过程中可能引起微生物滋长，使防冻液发霉变质。因此，需要加入微量的杀菌防霉剂，以保证防冻液在2～3年贮存期内不霉变。常用的防霉剂有氯化锌、糖酸、苯甲酸钠，其中苯甲酸钠的防霉效果比较理想。

3.常见配方

3.1乙二醇基防冻液的参考配方（浓缩液）