防凍液

防凍液（Antifreeze  ）它是一種含有防凍劑的冷卻液，也是發動機冷卻系統中的循環傳熱介質。主要用于帶走發動機或其他機械在工作過程中產生的熱量，保證機械的正常運轉，具有防腐性、防垢、防凍等功能。

防凍液由防凍劑、水、緩蝕劑、消泡劑等成分，原料經歷了從甲醇、乙醇、水、鹽水到甘油、二甘醇和乙二醇的變化等。防凍劑的使用始于1885年。自20世紀50年代以來，乙二醇防凍液幾乎成為世界各國的首選。

通常防凍液分為兩種：集中和非集中，它們的區別在于：非濃縮防凍液不能用水稀釋。防凍劑也可用作腐蝕抑制劑、并分類為無機防凍劑、有機防凍劑和有機、三種無機復合防凍劑。

由于乙二醇對人體和環境有一定的毒性，國內外都在加強防腐、可生物降解性、橡膠相容性更強環境友好的丙二醇冷卻液的開發與推廣。

19世紀40年代開始，美國等國家開始研究汽車防凍液，1885年開始應用。

在1927年之前，酒精主要用作防凍劑，但它很容易蒸發、易燃、氣味很濃， 給司機帶來了很多不便。

1927年，以穩定的乙二醇為主要原料的防凍液問世，這種防凍液對每年冬天一直擔心冷卻水的司機來說是無味的、不蒸發、不易燃的乙二醇防凍液是劃時代的替代品。

20世紀60年代后，美國、日本等國家的防凍液基本都是乙二醇水溶液，后期只更換防凍液中的添加劑。

1976年10月，美國國家勞動衛生研究所指出，乙二醇和亞硝酸鹽反應生成致癌物，從此各國開始研制不含胺的防凍劑。

1980年以前，最初的防腐添加劑主要是針對鑄鐵和銅的腐蝕。1980年后，鋁用防腐添加劑逐漸發展起來磷酸鹽緩蝕劑主要在日本使用，硅酸鹽冷卻劑一般在歐洲等高硬度地區使用。

上世紀80年代，我國開始自主研究防凍液。

90年代，我國防凍液的研究步入正軌，開始推廣添加有機酸緩蝕劑的防凍液。

21世紀初，為了提高防凍液的性能并保證其環保性，瑞士、美國、中國等國家開發并開始推廣使用丙二醇防凍劑。

防凍液主要由防凍劑組成、水和添加劑按一定比例混合。

水

水是防凍液的重要成分，價格低廉、流動性好、比熱容大等特點使其適合防凍液的流動、傳熱介質。當水與適當的防凍劑混合后，可以更大程度地降低溶液的凝固點，起到防凍的作用、抗沸作用。但自來水中含有酸根離子和金屬離子，容易生成水垢，酸根離子會加劇腐蝕，所以必須使用蒸餾水或去離子水。

防凍劑

防凍液是防凍液的主要成分，約占95%質量分數）以上，氯化鈣是常見的、氯化鈉、乙醇、乙二醇、甲醇、醋酸鉀、碳酸鉀溶液等。

冬季，在寒冷地區，單純用水作為冷卻介質會表現出很多缺點；低溫時，水結冰膨脹，系統管路和水箱受壓容易開裂，導致發動機無法正常工作所以這個時候需要防凍液來防凍。目前市場上常見的防凍液有乙二醇和丙二醇乙二醇具有優異的冰點降低性能，而純乙二醇沸點高、流動性好、起泡性低、毒性低、穩定性好等優良特性，應用廣泛。丙二醇也有類似乙二醇的優點，而丙二醇具有良好的生物降解性，清潔環保，但由于成本較高，一直沒有得到廣泛應用。

添加劑

防凍添加劑主要包括防銹劑、防點蝕劑、防垢劑、緩沖器 (pH調節劑)消泡劑、穩定劑等。其中：

防銹劑的作用是防止發動機生銹。因為發動機通常含有鑄鐵、鋁合金、鋼、銅、焊料等金屬，防凍液無時無刻不在與這些金屬接觸，所以必須有良好的防腐功能。另外，防凍液的母液大部分是酒精 ，而乙二醇等醇類容易氧化生成酸性草酸 ，酸性物質容易腐蝕冷卻系統的金屬介質 所以在配制防凍液時要加入一些防銹劑 ，防止酸性物質腐蝕冷卻系統。常用的防銹劑是胺類、亞硝酸鹽類、和混合緩蝕劑等。

點蝕抑制劑可以延長發動機的壽命。點蝕也稱為氣蝕點蝕是腐蝕的一種，是無數氣泡撞擊金屬造成的由于油箱油孔等結構元件橫截面的突變，使油流強烈無序  在油流紊亂的真空區形成氣泡，隨著壓力的增加氣泡潰滅，產生點蝕。點蝕一般發生在軸承的高負荷區 ，是冷卻系統 的大敵因此，必須添加優質添加劑，以有效防止點蝕 ，延長發動機的壽命。

阻垢劑主要用于防止水垢的形成。水中有很多礦物質 ，比如鈣離子、 鎂離子、鐵離子、氯離子、鋁離子等。這些離子在水中的沉淀和溶解是平衡的。加熱蒸發后，這些礦物質會形成水垢，沉積在金屬表面。水垢的導熱性很差，會導致發動機產生的熱量不能及時傳遞給防凍液 ，使缸套溫度升高 ，造成缸套和氣環的磨損。所以在配制防凍液的時候，加入一些阻垢劑，防止結垢。

緩沖器 (pH調節劑)可以保證防凍液不會因為霉菌的入侵而腐敗變質。因為在酸性環境下，金屬會被嚴重腐蝕；在堿性環境中， ，金屬鹽離子容易沉淀。所以在使用過程中，防凍液的pH值要盡量保持在7-11可以保證防凍液不會因為霉菌的入侵而腐敗變質。

消泡劑是防凍液的主要成分之一，因為有機物的物理化學性質不同于其他物質，在使用過程中會產生氣泡這時候就需要消泡劑來避免這種現象。在防凍液的使用中，常用的消泡劑是高級醇、硅酮聚合物和一些表面活性劑等。

穩定劑用于協調防凍液各組分的協同作用，使防凍液更穩定地存在。

防凍液不僅具有防凍的功能，而且在加入相應的添加劑后還具有防沸的功能、防腐防銹、防污和消泡效果：

防凍功能

防凍性能是防凍劑的基本性能，主要依靠化學物質滲入含水煤或顆粒中改變冰晶的形狀、降低其分子間的結合力，使水不容易凍結，同時也降低了其凍結強度，保證發動機在低溫下仍能正常使用。目前，市場上的防凍液通常有-15℃至-冰點范圍為68℃。

防沸功能

防凍液中的防凍液本身就有沸點高的特點，和水混合后沸點更高，一般在110-120℃。因此，在高速或高溫環境下，防凍液可以有效抑制冷卻水的沸騰現象。

防腐防銹

防凍液中加入了緩蝕劑，在金屬表面形成一層保護膜，達到緩蝕的目的，有效防止或減緩冷卻水循環系統中金屬材料的腐蝕。

防水垢

防凍液中含有阻垢劑或抑制劑，與水中的硬垢形成復合或穩定的分散體，防止其沉積在管壁或冷卻系統內部的其他部位，從而防止水垢沉積。

消泡性能

在防凍液中加入抗泡性好的消泡劑，可以防止汽車行駛時空氣滲入防凍液中形成氣泡，從而防止乙二醇氧化，從而維持冷卻液系統的穩定和正常工作。

防凍液可按緩蝕劑和基礎液分類，其中，防凍液按緩蝕劑的成分可分為無機防凍液、有機防凍劑和有機、三種無機復合防凍劑；根據基礎液的成分，可分為乙二醇-水型防凍液、甲醇（酒精）水基防凍劑和甘油（甘油）水型防凍液。

根據緩蝕劑的成分分類

無機型防凍液

無機鹽是無機防凍劑的主要成分（氯化鈣、氯化鈉或硅酸鹽等）其工作原理一般是通過自身與金屬之間的鈍化反應生成鈍化膜，有利于保護金屬。無機鹽有很多種，但有些無機鹽（如氯化鈣、氯化鈉）對金屬有一定的腐蝕作用，所以 用的比較少。

需要注意的是，傳統的無機防凍液不能與水混合，會產生沉淀，嚴重影響防凍液的正常功能。

應用場景：由于無機防凍劑對金屬有防腐作用，所以在柴油機一些鐵路救援起重機等一些工業設備的維護中，經常使用無機防凍劑。No型防凍液常用于汽車冷卻系統，防止發動機在寒冷天氣結冰，同時還具有防水水垢的作用。

有機型防凍液

有機防凍液的主要成分是乙二醇或丙二醇。一般來說，有機酸會改變附著金屬表面的電化學性質，從而保護金屬。有機防凍液保質期長、高環保和防凍性能、防沸性能、導熱性和散熱性都比無機防凍液好。

舉例：長城公司以前生產有機防凍液，由于配方友好，符合環保要求，易于生物降解、低毒的特點。同時不含對環境有害或預期有毒的化學物質，不會形成對人體有害的潛在致癌物，不會對水體和土壤生態造成破壞。

應用場景：有機防凍液通用性好，適用于不同金屬材料的發動機，具有多年儲存穩定性好的特點。

有機、復合型防凍液

有機、無機防凍液和無機防凍液都有各自的優缺點將兩者結合起來，可以得到更加優良的復合防凍劑配方因此，復合防凍液已成為研究熱點。

根據防凍液的基本液體分類

乙二醇-水型防凍液

具有高沸點、凝固點低，粘度低，流動性好，但高濃度的乙二醇對金屬和橡膠的毒性和腐蝕性更大。

乙二醇-水基防凍液是目前應用最廣泛的防凍液，常用于各種液冷冷卻系統。

制備原料：

乙二醇汽車防凍液是當今市場上流通最廣的防凍液之一，也因為乙二醇用量的不同而分為三個版本：

1、最簡單的一種，乙二醇 ：水 =1：1.5，然后加入適量的磷酸氫二鈉和藍色顏料；

2、第二配方中乙二醇的量相對增加，即55% 乙二醇、43% 水、1. 苯酐、( 0)5% 加速器 M、3% 磷酸二氫鉀、2% 氫氧化鈉和適量紅色染料先加水、加入乙二醇，攪拌，加入其他物質，充分混合；

3、第三種配方中乙二醇的含量最高，乙二醇汽車防凍液由60組成% 乙二醇、39% 水、5% 三乙醇胺、( 0)5% 甘氨酸、2% 甲基硅油、1% 苯并三氮唑和適量紅色染料，向反應皿中加入乙二醇，然后加入三乙醇胺、甘氨酸、攪拌甲基硅油，然后加入其他物質，依次攪拌。

制備流程：

以重型發動機防凍液的制備為例。首先，將乙二醇、丙三醇、二甘醇和1,2-將丙二醇依次加入蒸餾水中。然后，將混合物放入60℃的水浴鍋中，與200混合-300轉/以分鐘的轉速攪拌20分鐘，得到溶液a。隨后，在攪拌下緩慢加入烏洛托品、向溶液A中加入苯并三氮唑和苯甲酸鈉，繼續攪拌20分鐘至完全溶解，得到溶液b。然后在溶液B中加入三乙醇胺和腐植酸鈉，在60℃水浴中以200∶1的比例混合-300轉/以分鐘的轉速攪拌10分鐘，直至混合均勻，得到溶液c。向溶液C中緩慢加入癸二酸和氫氧化鈉，動態測定混合溶液的pH值，直至pH范圍為7.5-10。繼續攪拌10分鐘。

甲醇-水型防凍液

具有傳熱快、配制簡單，流動性好，但缺點是易燃易揮發，揮發后凝固點上升快，存在很大的安全隱患。這種防凍液在寒冷條件下使用率很高。

制備方法

以一種阻燃環保變色防凍液為例。

制備原料：

原料按重量如下：母液8-10份，35%的甲醇2-4份，粘合劑5-6份，促進劑2-4份，防老劑5-無機硅酸鹽7份，8份-10份，變色劑1份-氯化鈉2份，潤濕劑1份，潤濕劑3份-5份，丙二酸5-6份，防腐阻垢劑4份-8份，蒸餾水20份-30份。

具體流程：

首先，將母液、35%的甲醇、粘合劑、促進劑、防老劑、無機硅酸鹽、變色劑、氯化鈉、潤濕劑、丙二酸、按比例稱取防腐阻垢劑和蒸餾水備用。然后，將這些物質依次加入到反應罐中，混合溫度控制在40℃-50攝氏度之間，混合時間為0.5h-6h之間，攪拌電機轉速為1000-1200轉/分鐘獲得混合制劑a。

然后，向混合制劑a中加入粘合劑、促進劑和抗氧化劑，控制混合溫度在42℃-52攝氏度之間，混合時間為0.2h-3h之間，攪拌電機轉速為1100-1200轉/分鐘獲得混合制劑b。之后，將無機硅酸鹽加入到混合制劑b中、潤濕劑、丙二酸與緩蝕阻垢劑在55℃混合-60攝氏度之間，混合時間為0.5h-6h之間，攪拌電機轉速為800-1000轉/分鐘，以獲得混合制劑c。

然后，在混合后的制劑C中加入變色劑，混合時間控制在0.5h-6h之間，攪拌電機轉速為900-1050轉/分鐘獲得混合制劑d。最后用紫光對混合制劑D進行消毒滅菌，紫光照射時間控制在0.3h-4h之間。消毒后用包裝機進行定量密封包裝，儲存環境濕度不超過55%，環境溫度不超過60攝氏度。

丙三醇-水型防凍液

具有高沸點、低揮發、腐蝕性低，缺點是冰點降低效率低、成本高，甘油防凍液基本不再使用。

因為甘油中含有的三個羥基能與水分子形成強氫鍵，比水分子之間形成的氫鍵更穩定，破壞了冰的形成。水中含有70％甘油的最低冰點溫度約為-37.78 ℃。與乙二醇等其他防凍劑相比，甘油無毒，因此在工業上常被用作汽車飛機的液體燃料和油田防凍劑。

制備方法

以制備汽車防凍液為例

制備原料

丙二醇30％～40％丙三醇10％ ～20％殼聚糖2％～4％增稠劑1％～4％氨基酸鹽緩蝕劑0 .5％～2 .5％碳酸氫鹽 0 .5％～1 .5％尿素0 .2％～0 .5％和余量的水。

具體流程

首先，按重量百分比稱取殼聚糖、碳酸氫鹽、將尿素和水混合均勻，加熱至1530℃，加熱攪拌12小時，得到第一混合物；其次，按重量百分比稱取丙二醇、將甘油和增稠劑混合并攪拌1020分鐘，得到第二混合物；最后，將第一混合物和第二混合物混合，加入上述重量百分比的氨基酸緩蝕劑，得到車廂用防凍液。

性能指標

大多數防凍液主要是乙二醇，它具有防凍性能、防沸、防腐等功能，這些指標可以通過以下方式檢測：

防凍性能

水的冰點是0℃， ，而普通防凍液的冰點可以達到-40℃，而優質防凍液應該有一個較低的凝固點，大約-60℃左右，這是評價防凍液質量的重要指標之一。根據冰點的不同，防凍液可分為-25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和-50℃等六個不同品牌。一般情況下，冰點防凍液的選擇應比當地冬季最低溫度低10℃左右。通過使用冰點測試儀，可以快速檢測冷卻液的結晶冰點。

防沸性能

水的沸點是100℃，防凍液的沸點至少要達到108℃。防凍液的冰點越低，沸點越高，兩者的溫差越大，意味著防凍液的質量越好。通常，防凍液在常壓下加熱至沸騰當達到氣液平衡時，可以讀出樣品的溫度，通過大氣壓校正可以確定樣品的沸點。

pH值檢測

pH值是衡量溶液pH值的指標金屬在酸性溶液中容易腐蝕在使用過程中，冷卻液在高溫和攪拌的作用下會不斷氧化，產生酸性物質。因此，冷卻液中會加入堿性物質和緩沖劑，以保證其pH值保持在7.在5到11之間，可以用酸度計或pH試紙檢測冷卻液的pH值。現場測試，可以使用粗放試紙或精密試紙，將玻璃棒浸入待測溶液中，然后根據試紙的顏色變化，參照比色卡，測定溶液的pH值如果pH值小于7，應考慮更換冷卻液。

避免中毒

因為一般的防凍液是有毒的，切記不要接觸皮膚或通過口腔吸入，以免中毒。

禁止用水代替防凍劑

不要加水代替原廠品牌防凍液，因為水對水箱的腐蝕程度是優質防凍液的50倍。

不同品牌、不同類型的防凍劑不能混合使用

不要在缺液狀態下行駛車輛，不要混用不同類型的防凍液，因為不同的防腐添加劑會引起化學反應、沉淀或產生氣泡，從而降低使用效果。

加量適當

防凍液的用量要適中，不能過量加注冷卻液，以防溢出損壞車身漆膜一般來說，應該在冷卻系統中加入防凍液，使其占據95的體積%左右即可。

避免硬水配制

當防凍液因蒸發而不足時，不同種類的防凍液采取相應的補充方法：對于醇、甘油乙醇防凍液，可以用80%乙醇和20%清水混合補充；對于乙二醇和甘油防凍液，可用蒸餾水補充。當防凍液因泄漏而不足時，應補充同類型同凝固點的防凍液不要將不同類型不同冰點的防凍液混用，避免使用井水、河水等硬水來補充。

冷卻開蓋

打開防凍蓋前，請確保發動機處于冷卻狀態，以免被液體和蒸汽燙傷。如果時間緊迫，可以先用濕布蓋住水箱蓋，再用濕毛巾包住雙手，慢慢打開水箱蓋另外，添加冷卻液時要保持適中的速度，避免倒入過快。

定期檢查

防凍液是一種適合一年四季使用的產品，通常使用壽命為1-2年。平時要定期檢查冷卻系統是否堵塞、漏水等故障情況，以及存在水污染的情況、鐵銹和沉淀物應及時更換。

存放要求

未開封防凍劑的長期儲存

防凍液存放一年后，可能會出現少量絮狀沉淀，通常是添加劑沉淀造成的如果沒有必要丟棄，則應進行質量檢測，然后才能再次使用。

未密封防凍劑的儲存要求

1.應當在密封、低溫、儲存在防火和防蒸發的環境中。

2.不同種類和型號的防凍液要分開標識，分開存放。

3.大部分防凍液都是易燃的，任何情況下都要嚴格避免接近火源，更不能存放在高溫環境或直接暴曬。

4.防凍液易揮發，儲存容器一定要密封嚴密，防止揮發引起火災。

發動機冷卻系統

與水相比，防凍液不僅冰點較低，而且沸點較高，因此防凍液廣泛用于汽車發動機冷卻。

建筑材料相關領域

在混凝土等其他建筑材料中加入防凍劑，可以避免在低溫環境下結露，從而保證建筑材料的效能。

設備探傷檢測

在鐵路軌道的定期檢查和調查中，低溫地區需要防凍耦合液，以保證檢測儀器的正常使用和檢測數據的準確可靠，避免環境污染。

貨物倉儲運輸、礦粉堆積等相關領域

在寒冷季節，為保證高檔建筑涂料的原有性能不受凍害，應使用防凍劑保證正常使用和儲存；此外，鐵路貨車在寒冷時期運輸含有水分的散裝貨物（如水洗煤） 貨物和車皮容易凍成一個整體，不能及時卸載因此，在裝貨后噴灑適當濃度的防凍劑，可以有效解決貨物凍結問題，降低運輸成本。

雖然防凍劑不是主要成分，但它的防凍劑、耐腐蝕性影響發動機的壽命，因此其技術研發也在不斷更新：

防凍基礎材料

防凍液的發展主要與環境有關、健康相關毒性乙二醇作為防凍液的主要原料，毒性很大，兩勺左右的乙二醇就會威脅到人 的生命。丙二醇是乙二醇的替代品，毒性很小是FDA注冊的食品添加劑，廣泛用于香煙、化妝品保濕劑和其他與人體直接接觸的產品。

提高導熱率

隨著市場需求的不斷增加，對防凍液的傳熱性能提出了更高的要求，某課題組開發了一種新型、傳熱介質具有優良的導熱性，并提出'納米流體'的概念。由于其優良的導熱性和穩定性，這種優良的納米無水冷卻液將節省燃料并降低噪音、終身使用壽命、無腐蝕、不結垢等優勢。截至目前（2022年）由于納米流體的穩定性大規模工業制備工藝和成本等原因，納米流體的研究仍處于實驗室階段。

提升使用壽命

相對穩定的AOT防凍液最長使用壽命為5年，但仍會造成環境污染和原材料浪費。因此，具有終生使用壽命的防凍液仍然是一個有待攻克的難題。