افزودنی های ضد جوش و ضدیخ

به طور کلی یک سوم گرمایی که در اثر احتراق در موتور خودرو ایجاد می‌شود موجب حرکت آن می‌گردد، یک سوم دیگر از اگزوز خارج می‌شود و یک سوم باقیمانده توسط خنک کننده یا ضدیخ از سیستم خارج می‌شود. بنابراین ضدیخ نقش موثری در برقراری تعادل حرارتی خودرو خواهد داشت. مهمترین عملکرد این سیال جلوگیری از یخ بستن و جوش آوردن خودرو می‌باشد و ضمناً مانع خوردگی آلیاژهای سیستم انتقال حرارت خودرو می‌‌گردد. مواد تشکیل دهنده ضدیخ جهت نیل به این سه هدف به شرح ذیل می‌باشد:

مواد تشکیل دهنده ضد یخ

1-آب (قدرت انتقال حرارت بالا)

یکی از مهمترین مواد تشکیل دهنده ضدیخ، آب است که به دلیل قدرت انتقال حرارت بالای آن، به عنوان نخستین مایع خنک کننده در سیستم انتقال حرارت خودرو مورد مصرف قرار می‌گرفت. اما با گذشت زمان و پیشرفت تکنولوژی کاربرد این سیال به تنهایی، با توجه به معایب آن از جمله نقطه جوش پایین و نقطه انجماد بالا امکان پذیر نبود. تغییر حجم آب در اثر انجماد (برخلاف سایر ترکیبات شیمیایی) نیز موجب تخریب رادیاتور و حتی بخشی از موتور شد. از طرفی خورندگی بالای فلزات در مجاورت آب نیز از یکی از مشکلات آب بود.

2- پایین آورنده نقطه انجماد (مانند گلایکولها)

کاربرد گلایکول ها در مجاورت آب موجب پایین رفتن نقطه انجماد و افزایش نقطه جوش آب می‌شود.

3- بازدارنده های خوردگی

جهت رفع مشکل خورندگی آب، از مواد بازدارنده خوردگی استفاده می‌شود. در حقیقت نوع ضدیخ بر اساس نوع ماده افزودنی ضدخوردگی آن مشخص می‌گردد. به عبارتی در ضدیخ آب و گلایکول ثابت هستند و نوع ضدیخ از طریق نوع ماده ضدخوردگی مشخص می‌گردد.

4- ضدکف

5- بافرهای pH

بافرهایpH در حقیقتpH ضدیخ را ثابت نگه می‌دارند و اجازه اسیدی شدن آن را نمی‌دهند. این امر موجب می‌گردد مواد بازدارنده خوردگی که در حقیقت نمک هستند، عملکرد خود را به خوبی انجام دهند.

6- پایدارکننده ها

• مواد ضد رسوب
• پایدارکننده های سیلیکات

پایدارکننده ها اجازه لخته شدن و پلیمره شدن مواد ضدخوردگی را در ضدیخ نمی‌دهند. وجود پایدارکننده های سیلیکات در ضدیخ های معدنی به دلیل تمایل شدید سیلیکات ها به تشکیل ژل، از اهمیت بالایی برخوردار است.

مشخصات گلایکول های مورد مصرف در ضدیخ

الف- مشخصات MEG

MEG یک ترکیب سمی و بی رنگ است.

این ترکیب طعم شیرینی دارد و بنابراین احتمال آشامیدن آن وجود دارد.

30 میلی لیتر از آن باعث مرگ یک انسان می‌شود در حالی که 4 میلی لیتر یک گربه را می‌کشد.

0/5 تا 1 درصد از این ماده در روغن موتور، موجب خرابی بلبرینگ ها و از کار افتادن آنها می‌شود.

ب- مشخصات MPG در مقایسه با MEG

• رنگ این ماده زرد کدر است.
• سمیت کمتری در آشامیدن دارد.
• مزه آن تلخ است و بنابراین جذابیت کمتری برای آشامیدن دارد.
• این ماده مقاومت بیشتری در برابر عناصر خورنده دارد و از فلزات خصوصاً آلومینیم برای مدت بالایی محافظت می‌کند.
• خوردگی آلومینیم و خوردگی چدن در ضدیخ ساخته شده با MPG کمتر از MEG است.
• میزان انتقال حرارت، مصرف سوخت و دیگر مشخصه های عملکردی در MPG و MEG به یک اندازه است.

ج- انتخاب گلایکول، MEG یا MPG

علی رغم خصوصیات ذکر شده در فوق، تولیدکنندگان برای تهیه ضدیخ معمولا ترجیح می‌دهند از MEG استفاده کنند. علت آن قیمت کمتر این ماده نسبت به MPG است و از طرفی با نسبت ثابت از هر یک در آب ضدیخ ساخته شده با MEG نسبت به MPG دمای انجماد پایین تری ایجاد می‌کند.

د- تاثیر درصد اختلاط MEG با آب روی نقطه جوش و انجماد

همانطور که گفته شد، افزودن MEG به آب موجب پایین آوردن نقطه انجماد می‌گردد که در نقطه ای به پایین ترین میزان خود خواهد رسید و مجدداً افزایش می‌یابد. این نقطه به عنوان نقطه بهینه درصد اختلاط آب و گلایکول شناخته می‌شود، درحالی که هر اندازه میزان گلایکول افزایش یابد نقطه جوش افزایش خواهد یافت.

مواد افزودنی بازدارنده خوردگی

عملکرد اصلی مواد بازدارنده خوردگی در ضدیخ، کاهش سرعت خوردگی آلیاژها می‌باشد. در حقیقت این مواد با ایجاد یک لایه از اکسید فلز روی سطوح فلزی، آن را تأثیر ناپذیر کرده و از پیشرفت خوردگی جلوگیری می‌کنند.

با پیشرفت تکنولوژی و ظهور اتومبیل های مدرن با حجم موتور کوچکتر و تنش های حرارتی بالاتر، ساختار مواد افزودنی نیز دچار تغییر و تحولاتی زیادی شد. بر اساس نوع ماده افزودنی بازدارنده خوردگی، ضدیخ ها به انواع مختلفی طبقه بندی می‌شوند که از مهمترین آنها، موارد ذیل می‌باشد:

• NAP Technology
• IAT (NAP Free)
• OAT: Straight OAT، Hybrid OAT(HOAT or GO-5)، NOAT

1- ضدیخ NAP Technology

این نوع ضدیخ حاوی فسفات، آمین و نیتریت است که مصرف آن تا اواسط دهه هفتاد میلادی رایج بود. در این فرمولاسیون فسفات نقش کاهنده خوردگی قطعات آلومینیمی ناشی از کاویتاسیون در سرعت های رانندگی بالا را دارد و همچنین از خوردگی فلزات آهنی جلوگیری می‌کند. همچنین این ماده عملکرد بافری در نگه داشتن ضدیخ به صورت قلیائی و در نتیجه جلوگیری از تشکیل اسید را دارد. نیتریت، ویژگی بازدارنده خوردگی مناسبی در آلیاژهای آهنی ( فولاد و چدن ) دارد و آمین نیز، مانع خوردگی فولاد و آلومینیوم می‌گردد. اما به دلیل معایب برخی مواد تشکیل دهنده این نوع ضدیخ، استفاده از آن ممنوع گردید. فسفات برای محیط زیست خطرناک است و از طرفی ضدیخ های حاوی این ترکیب برای جلوگیری از تشکیل رسوب، الزام به استفاده از آب دیونیزه دارند، همچنین نیتریت و آمین در حضور حرارت تشکیل ماده سرطان زایی به نام نیتروزامین را می‌دهند. این معایب موجب گردید که در اواسط دهه هشتاد میلادی ضدیخ های جدیدی ظهور کنند که عاری از مواد افزودنی فوق بودند.

2- ضدیخ IAT (NAP Free)

این نوع ضدیخ در اواسط دهه هشتاد میلادی زمانی که شرکت های سازنده خودرو در اروپا استفاده از ضدیخ NAP را ممنوع کردند، تدوین گردید که منجر به استفاده از ضدیخ های NAP Free شد. این نوع ضدیخ عاری از نیتریت، آمین و فسفات می‌باشد و به جای آن، از ترکیبات غیرآلی بورات ها و سیلیکات ها استفاده شده است.

یکی از مهمترین خصوصیات سیلیکات، محافظت آنی آن از قطعات فلزی است، از طرفی مواد تشکیل دهنده این نوع ضدیخ در مقایسه با ضدیخ های NAP از لحاظ سلامت و زیست محیطی مناسب تر هستند. عمر این نوع ضدیخ دو سال و یا به میزان 100,000 کیلومتر می‌باشد. اما سیلیکات چون به صورت آنی از فلزات محافظت می‌کند سریعاً مصرف می‌شود و بنابراین بیش از دو سال عمر نمی‌کند و پس از آن منجر به تشکیل رسوباتی روی قطعات می‌گردد این رسوبات تشکیل شده، موجب کاهش انتقال حرارت می‌شود.

همچنین سیلیکات به شدت مستعد پلیمریزه شدن است که این امر موجب تشکیل ژل سیلیکات می‌گردد. برای مثال سیلیکات در ضدیخ های دیزلی که مواد افزودنی مکمل 4 به صورت دوره‌ای اضافه می‌شود، واکنش نشان داده و منجر به تشکیل ژل سیلیکات می‌گردد. زمانی که سیلیکات مدت زمان بیشتری در سیستم خنک کننده باقی بماند، توانایی انتقال حرارت کاهش یافته، ضدیخ جوش می‌آورد و سیلیکات از مواد بازدارنده خارج می‌شود. یکی از مهمترین عواملی که تا حد زیادی مانع تشکیل ژل سیلیکات می‌گردد، کاربرد مواد بازدارنده خوردگی IAT با فرمولاسیون حاوی پایدارکننده های سیلیکات می‌باشد. بنابراین در انتخاب این نوع از مواد بازدارنده خوردگی به این نکته باید توجه داشت.

3- ضدیخ OAT

این نوع ضدیخ به سه گروه ذیل طبقه بندی می‌شود:

1-3- Straight OAT

2-3- Hybrid OAT(HOAT or GO-5)

3-3- NOAT

1-3- Straight OAT

در اواسط دهه 90 میلادی، با تغییر طرح های مختلف اتومبیل؛ واشرها و آب بندهای مختلفی به بازار عرضه شدند. به منظور مطابقت با تغییرات ایجاد شده، در فرمولاسیون ضدیخ به جای ترکیبات معدنی از ترکیبات آلی استفاده شد و ضدیخ OAT نامیده شد که به نام ضدیخ با عمر طولانی نیز مشهور می‌باشد. عمر مفید این نوع ضدیخ 5 سال یا به میزان 250 تا 500 هزارکیلومتر است.

مواد تشکیل دهنده این نوع ضدیخ با تغییرات ایجاد شده در جنس مواد تشکیل دهنده موتور (کاهش آهن و استیل و افزایش آلیاژهای سبک تر مانند آلومینیم) و تغییراتی که منجر به افزایش دمای موتور و در نتیجه تنش حرارتی بالاتر شده است مطابقت دارد. از طرفی این نوع ضدیخ قابلیت تجزیه در محیط زیست را داشته و برای مصارفی که در مدت زمان عمر سیستم نیاز به تعویض نمی باشد، مناسب است.

یکی از مهمترین معایب این نوع ضدیخ، عدم سازگاری آن با ضدیخ های معدنی می‌باشد به همین دلیل پیشنهاد شده به هیچ وجه این دو نوع ضدیخ (IAT و OAT) با یکدیگر ترکیب نگردند؛ زیرا به دلیل عدم سازگاری ترکیبات تشکیل دهنده، امکان ایجاد نشتی و تخریب سیستم خنک کننده وجود دارد.

3-2- Hybrid OAT(HOAT or GO-5)

به نوعی از ضدیخ می‌گویند که در آن هم از مواد آلی و هم غیر آلی استفاده شده است. فرمولاسیون آن اساسا غیرآلی است که به آن یک ترکیب آلی (معمولا بنزوات یا کربوکسیلات به عنوان ماده اصلی بازدارنده خوردگی) اضافه شده است. ضمناً در ترکیب غیرآلی آن معمولا سیلیکات وجود دارد؛ اما به نحوی است که در آب سخت به خوبی عمل می‌کند. یکی از مهمترین مواد تشکیل دهنده آن، نیتریت است که جزء الزامات استاندارد جدید ASTM D6210 در موتورهای دیزلی می‌باشد. شایان ذکر است علت پیدایش ضدیخ HOAT عدم کارایی و نامناسب بودن OAT نیست؛ بلکه دلیل آن پیدایش الزامات جدید در موتورهای مدرن است که برای تأمین آن نیاز به ایجاد تکنولوژی های به روزتری می‌باشد.

این نوع ضدیخ دارای ویژگی های مثبت هر دو نوع ضدیخ OAT و IAT (عملکرد سریع و عمر بالای مواد بازدارنده خوردگی) می‌باشد و با هر دو نوع ضدیخ آلی و غیرآلی سازگاری دارد.

از طرفی با دمای عملکرد موتورهای TDI که دارای خنک کننده کمتر و آلیاژ منیزیم بیشتری می‌باشند، مطابقت دارد و عمر مفید آن 5 سال یا 250,000 کیلومتر می‌باشد.

HOAT حاوی مواد افزودنی بازدارنده خوردگی بیشتری است بنابراین مشخصه قلیائیت-بازی آن در مقایسه با OAT از 5 به بیشتر از 10 افزایش یافته است. استفاده از اسیدهای آلی مخصوص نیز در آن، موجب پایداری حرارتی بالاتر و پوشش دهی خوردگی انواع بیشتری از آلیاژها می‌گردد. در حال حاضر این نوع ضدیخ در ایران تولید نمی‌شود اما امکان تولید آن وجود دارد.

3-3- NOAT

این نوع ضدیخ یک ضدیخ OAT است که نیتره شده و از نظر عملکرد با HOAT یکسان است. عمر آن، 5 سال یا 250,000 کیلومتر است که بیشتر در ماشین آلات راهسازی و صنعتی توصیه می‌شود. در حال حاضر هیچ یک از شرکت های سازنده خودرو در اروپا این نوع ضدیخ را تولید نمی‌کنند.