防冻液

防冻液（Antifreeze  ）它是一种含有防冻剂的冷却液，也是发动机冷却系统中的循环传热介质。主要用于带走发动机或其他机械在工作过程中产生的热量，保证机械的正常运转，具有防腐性、防垢、防冻等功能。

防冻液由防冻剂、水、缓蚀剂、消泡剂等成分，原料经历了从甲醇、乙醇、水、盐水到甘油、二甘醇和乙二醇的变化等。防冻剂的使用始于1885年。自20世纪50年代以来，乙二醇防冻液几乎成为世界各国的首选。

通常防冻液分为两种：集中和非集中，它们的区别在于：非浓缩防冻液不能用水稀释。防冻剂也可用作腐蚀抑制剂、并分类为无机防冻剂、有机防冻剂和有机、三种无机复合防冻剂。

由于乙二醇对人体和环境有一定的毒性，国内外都在加强防腐、可生物降解性、橡胶相容性更强环境友好的丙二醇冷却液的开发与推广。

19世纪40年代开始，美国等国家开始研究汽车防冻液，1885年开始应用。

在1927年之前，酒精主要用作防冻剂，但它很容易蒸发、易燃、气味很浓， 给司机带来了很多不便。

1927年，以稳定的乙二醇为主要原料的防冻液问世，这种防冻液对每年冬天一直担心冷却水的司机来说是无味的、不蒸发、不易燃的乙二醇防冻液是划时代的替代品。

20世纪60年代后，美国、日本等国家的防冻液基本都是乙二醇水溶液，后期只更换防冻液中的添加剂。

1976年10月，美国国家劳动卫生研究所指出，乙二醇和亚硝酸盐反应生成致癌物，从此各国开始研制不含胺的防冻剂。

1980年以前，最初的防腐添加剂主要是针对铸铁和铜的腐蚀。1980年后，铝用防腐添加剂逐渐发展起来磷酸盐缓蚀剂主要在日本使用，硅酸盐冷却剂一般在欧洲等高硬度地区使用。

上世纪80年代，我国开始自主研究防冻液。

90年代，我国防冻液的研究步入正轨，开始推广添加有机酸缓蚀剂的防冻液。

21世纪初，为了提高防冻液的性能并保证其环保性，瑞士、美国、中国等国家开发并开始推广使用丙二醇防冻剂。

防冻液主要由防冻剂组成、水和添加剂按一定比例混合。

水

水是防冻液的重要成分，价格低廉、流动性好、比热容大等特点使其适合防冻液的流动、传热介质。当水与适当的防冻剂混合后，可以更大程度地降低溶液的凝固点，起到防冻的作用、抗沸作用。但自来水中含有酸根离子和金属离子，容易生成水垢，酸根离子会加剧腐蚀，所以必须使用蒸馏水或去离子水。

防冻剂

防冻液是防冻液的主要成分，约占95%质量分数）以上，氯化钙是常见的、氯化钠、乙醇、乙二醇、甲醇、醋酸钾、碳酸钾溶液等。

冬季，在寒冷地区，单纯用水作为冷却介质会表现出很多缺点；低温时，水结冰膨胀，系统管路和水箱受压容易开裂，导致发动机无法正常工作所以这个时候需要防冻液来防冻。目前市场上常见的防冻液有乙二醇和丙二醇乙二醇具有优异的冰点降低性能，而纯乙二醇沸点高、流动性好、起泡性低、毒性低、稳定性好等优良特性，应用广泛。丙二醇也有类似乙二醇的优点，而丙二醇具有良好的生物降解性，清洁环保，但由于成本较高，一直没有得到广泛应用。

添加剂

防冻添加剂主要包括防锈剂、防点蚀剂、防垢剂、缓冲器 (pH调节剂)消泡剂、稳定剂等。其中：

防锈剂的作用是防止发动机生锈。因为发动机通常含有铸铁、铝合金、钢、铜、焊料等金属，防冻液无时无刻不在与这些金属接触，所以必须有良好的防腐功能。另外，防冻液的母液大部分是酒精 ，而乙二醇等醇类容易氧化生成酸性草酸 ，酸性物质容易腐蚀冷却系统的金属介质 所以在配制防冻液时要加入一些防锈剂 ，防止酸性物质腐蚀冷却系统。常用的防锈剂是胺类、亚硝酸盐类、和混合缓蚀剂等。

点蚀抑制剂可以延长发动机的寿命。点蚀也称为气蚀点蚀是腐蚀的一种，是无数气泡撞击金属造成的由于油箱油孔等结构元件横截面的突变，使油流强烈无序  在油流紊乱的真空区形成气泡，随着压力的增加气泡溃灭，产生点蚀。点蚀一般发生在轴承的高负荷区 ，是冷却系统 的大敌因此，必须添加优质添加剂，以有效防止点蚀 ，延长发动机的寿命。

阻垢剂主要用于防止水垢的形成。水中有很多矿物质 ，比如钙离子、 镁离子、铁离子、氯离子、铝离子等。这些离子在水中的沉淀和溶解是平衡的。加热蒸发后，这些矿物质会形成水垢，沉积在金属表面。水垢的导热性很差，会导致发动机产生的热量不能及时传递给防冻液 ，使缸套温度升高 ，造成缸套和气环的磨损。所以在配制防冻液的时候，加入一些阻垢剂，防止结垢。

缓冲器 (pH调节剂)可以保证防冻液不会因为霉菌的入侵而腐败变质。因为在酸性环境下，金属会被严重腐蚀；在碱性环境中， ，金属盐离子容易沉淀。所以在使用过程中，防冻液的pH值要尽量保持在7-11可以保证防冻液不会因为霉菌的入侵而腐败变质。

消泡剂是防冻液的主要成分之一，因为有机物的物理化学性质不同于其他物质，在使用过程中会产生气泡这时候就需要消泡剂来避免这种现象。在防冻液的使用中，常用的消泡剂是高级醇、硅酮聚合物和一些表面活性剂等。

稳定剂用于协调防冻液各组分的协同作用，使防冻液更稳定地存在。

防冻液不仅具有防冻的功能，而且在加入相应的添加剂后还具有防沸的功能、防腐防锈、防污和消泡效果：

防冻功能

防冻性能是防冻剂的基本性能，主要依靠化学物质渗入含水煤或颗粒中改变冰晶的形状、降低其分子间的结合力，使水不容易冻结，同时也降低了其冻结强度，保证发动机在低温下仍能正常使用。目前，市场上的防冻液通常有-15℃至-冰点范围为68℃。

防沸功能

防冻液中的防冻液本身就有沸点高的特点，和水混合后沸点更高，一般在110-120℃。因此，在高速或高温环境下，防冻液可以有效抑制冷却水的沸腾现象。

防腐防锈

防冻液中加入了缓蚀剂，在金属表面形成一层保护膜，达到缓蚀的目的，有效防止或减缓冷却水循环系统中金属材料的腐蚀。

防水垢

防冻液中含有阻垢剂或抑制剂，与水中的硬垢形成复合或稳定的分散体，防止其沉积在管壁或冷却系统内部的其他部位，从而防止水垢沉积。

消泡性能

在防冻液中加入抗泡性好的消泡剂，可以防止汽车行驶时空气渗入防冻液中形成气泡，从而防止乙二醇氧化，从而维持冷却液系统的稳定和正常工作。

防冻液可按缓蚀剂和基础液分类，其中，防冻液按缓蚀剂的成分可分为无机防冻液、有机防冻剂和有机、三种无机复合防冻剂；根据基础液的成分，可分为乙二醇-水型防冻液、甲醇（酒精）水基防冻剂和甘油（甘油）水型防冻液。

根据缓蚀剂的成分分类

无机型防冻液

无机盐是无机防冻剂的主要成分（氯化钙、氯化钠或硅酸盐等）其工作原理一般是通过自身与金属之间的钝化反应生成钝化膜，有利于保护金属。无机盐有很多种，但有些无机盐（如氯化钙、氯化钠）对金属有一定的腐蚀作用，所以 用的比较少。

需要注意的是，传统的无机防冻液不能与水混合，会产生沉淀，严重影响防冻液的正常功能。

应用场景：由于无机防冻剂对金属有防腐作用，所以在柴油机一些铁路救援起重机等一些工业设备的维护中，经常使用无机防冻剂。No型防冻液常用于汽车冷却系统，防止发动机在寒冷天气结冰，同时还具有防水水垢的作用。

有机型防冻液

有机防冻液的主要成分是乙二醇或丙二醇。一般来说，有机酸会改变附着金属表面的电化学性质，从而保护金属。有机防冻液保质期长、高环保和防冻性能、防沸性能、导热性和散热性都比无机防冻液好。

举例：长城公司以前生产有机防冻液，由于配方友好，符合环保要求，易于生物降解、低毒的特点。同时不含对环境有害或预期有毒的化学物质，不会形成对人体有害的潜在致癌物，不会对水体和土壤生态造成破坏。

应用场景：有机防冻液通用性好，适用于不同金属材料的发动机，具有多年储存稳定性好的特点。

有机、复合型防冻液

有机、无机防冻液和无机防冻液都有各自的优缺点将两者结合起来，可以得到更加优良的复合防冻剂配方因此，复合防冻液已成为研究热点。

根据防冻液的基本液体分类

乙二醇-水型防冻液

具有高沸点、凝固点低，粘度低，流动性好，但高浓度的乙二醇对金属和橡胶的毒性和腐蚀性更大。

乙二醇-水基防冻液是目前应用最广泛的防冻液，常用于各种液冷冷却系统。

制备原料：

乙二醇汽车防冻液是当今市场上流通最广的防冻液之一，也因为乙二醇用量的不同而分为三个版本：

1、最简单的一种，乙二醇 ：水 =1：1.5，然后加入适量的磷酸氢二钠和蓝色颜料；

2、第二配方中乙二醇的量相对增加，即55% 乙二醇、43% 水、1. 苯酐、( 0)5% 加速器 M、3% 磷酸二氢钾、2% 氢氧化钠和适量红色染料先加水、加入乙二醇，搅拌，加入其他物质，充分混合；

3、第三种配方中乙二醇的含量最高，乙二醇汽车防冻液由60组成% 乙二醇、39% 水、5% 三乙醇胺、( 0)5% 甘氨酸、2% 甲基硅油、1% 苯并三氮唑和适量红色染料，向反应皿中加入乙二醇，然后加入三乙醇胺、甘氨酸、搅拌甲基硅油，然后加入其他物质，依次搅拌。

制备流程：

以重型发动机防冻液的制备为例。首先，将乙二醇、丙三醇、二甘醇和1,2-将丙二醇依次加入蒸馏水中。然后，将混合物放入60℃的水浴锅中，与200混合-300转/以分钟的转速搅拌20分钟，得到溶液a。随后，在搅拌下缓慢加入乌洛托品、向溶液A中加入苯并三氮唑和苯甲酸钠，继续搅拌20分钟至完全溶解，得到溶液b。然后在溶液B中加入三乙醇胺和腐植酸钠，在60℃水浴中以200∶1的比例混合-300转/以分钟的转速搅拌10分钟，直至混合均匀，得到溶液c。向溶液C中缓慢加入癸二酸和氢氧化钠，动态测定混合溶液的pH值，直至pH范围为7.5-10。继续搅拌10分钟。

甲醇-水型防冻液

具有传热快、配制简单，流动性好，但缺点是易燃易挥发，挥发后凝固点上升快，存在很大的安全隐患。这种防冻液在寒冷条件下使用率很高。

制备方法

以一种阻燃环保变色防冻液为例。

制备原料：

原料按重量如下：母液8-10份，35%的甲醇2-4份，粘合剂5-6份，促进剂2-4份，防老剂5-无机硅酸盐7份，8份-10份，变色剂1份-氯化钠2份，润湿剂1份，润湿剂3份-5份，丙二酸5-6份，防腐阻垢剂4份-8份，蒸馏水20份-30份。

具体流程：

首先，将母液、35%的甲醇、粘合剂、促进剂、防老剂、无机硅酸盐、变色剂、氯化钠、润湿剂、丙二酸、按比例称取防腐阻垢剂和蒸馏水备用。然后，将这些物质依次加入到反应罐中，混合温度控制在40℃-50摄氏度之间，混合时间为0.5h-6h之间，搅拌电机转速为1000-1200转/分钟获得混合制剂a。

然后，向混合制剂a中加入粘合剂、促进剂和抗氧化剂，控制混合温度在42℃-52摄氏度之间，混合时间为0.2h-3h之间，搅拌电机转速为1100-1200转/分钟获得混合制剂b。之后，将无机硅酸盐加入到混合制剂b中、润湿剂、丙二酸与缓蚀阻垢剂在55℃混合-60摄氏度之间，混合时间为0.5h-6h之间，搅拌电机转速为800-1000转/分钟，以获得混合制剂c。

然后，在混合后的制剂C中加入变色剂，混合时间控制在0.5h-6h之间，搅拌电机转速为900-1050转/分钟获得混合制剂d。最后用紫光对混合制剂D进行消毒灭菌，紫光照射时间控制在0.3h-4h之间。消毒后用包装机进行定量密封包装，储存环境湿度不超过55%，环境温度不超过60摄氏度。

丙三醇-水型防冻液

具有高沸点、低挥发、腐蚀性低，缺点是冰点降低效率低、成本高，甘油防冻液基本不再使用。

因为甘油中含有的三个羟基能与水分子形成强氢键，比水分子之间形成的氢键更稳定，破坏了冰的形成。水中含有70％甘油的最低冰点温度约为-37.78 ℃。与乙二醇等其他防冻剂相比，甘油无毒，因此在工业上常被用作汽车飞机的液体燃料和油田防冻剂。

制备方法

以制备汽车防冻液为例

制备原料

丙二醇30％～40％丙三醇10％ ～20％壳聚糖2％～4％增稠剂1％～4％氨基酸盐缓蚀剂0 .5％～2 .5％碳酸氢盐 0 .5％～1 .5％尿素0 .2％～0 .5％和余量的水。

具体流程

首先，按重量百分比称取壳聚糖、碳酸氢盐、将尿素和水混合均匀，加热至1530℃，加热搅拌12小时，得到第一混合物；其次，按重量百分比称取丙二醇、将甘油和增稠剂混合并搅拌1020分钟，得到第二混合物；最后，将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缓蚀剂，得到车厢用防冻液。

大多数防冻液主要是乙二醇，它具有防冻性能、防沸、防腐等功能，这些指标可以通过以下方式检测：

防冻性能

水的冰点是0℃， ，而普通防冻液的冰点可以达到-40℃，而优质防冻液应该有一个较低的凝固点，大约-60℃左右，这是评价防冻液质量的重要指标之一。根据冰点的不同，防冻液可分为-25℃、30℃、35℃、40℃、45℃和-50℃等六个不同品牌。一般情况下，冰点防冻液的选择应比当地冬季最低温度低10℃左右。通过使用冰点测试仪，可以快速检测冷却液的结晶冰点。

防沸性能

水的沸点是100℃，防冻液的沸点至少要达到108℃。防冻液的冰点越低，沸点越高，两者的温差越大，意味着防冻液的质量越好。通常，防冻液在常压下加热至沸腾当达到气液平衡时，可以读出样品的温度，通过大气压校正可以确定样品的沸点。

pH值检测

pH值是衡量溶液pH值的指标金属在酸性溶液中容易腐蚀在使用过程中，冷却液在高温和搅拌的作用下会不断氧化，产生酸性物质。因此，冷却液中会加入碱性物质和缓冲剂，以保证其pH值保持在7.在5到11之间，可以用酸度计或pH试纸检测冷却液的pH值。现场测试，可以使用粗放试纸或精密试纸，将玻璃棒浸入待测溶液中，然后根据试纸的颜色变化，参照比色卡，测定溶液的pH值如果pH值小于7，应考虑更换冷却液。

避免中毒

因为一般的防冻液是有毒的，切记不要接触皮肤或通过口腔吸入，以免中毒。

禁止用水代替防冻剂

不要加水代替原厂品牌防冻液，因为水对水箱的腐蚀程度是优质防冻液的50倍。

不同品牌、不同类型的防冻剂不能混合使用

不要在缺液状态下行驶车辆，不要混用不同类型的防冻液，因为不同的防腐添加剂会引起化学反应、沉淀或产生气泡，从而降低使用效果。

加量适当

防冻液的用量要适中，不能过量加注冷却液，以防溢出损坏车身漆膜一般来说，应该在冷却系统中加入防冻液，使其占据95的体积%左右即可。

避免硬水配制

当防冻液因蒸发而不足时，不同种类的防冻液采取相应的补充方法：对于醇、甘油乙醇防冻液，可以用80%乙醇和20%清水混合补充；对于乙二醇和甘油防冻液，可用蒸馏水补充。当防冻液因泄漏而不足时，应补充同类型同凝固点的防冻液不要将不同类型不同冰点的防冻液混用，避免使用井水、河水等硬水来补充。

冷却开盖

打开防冻盖前，请确保发动机处于冷却状态，以免被液体和蒸汽烫伤。如果时间紧迫，可以先用湿布盖住水箱盖，再用湿毛巾包住双手，慢慢打开水箱盖另外，添加冷却液时要保持适中的速度，避免倒入过快。

定期检查

防冻液是一种适合一年四季使用的产品，通常使用寿命为1-2年。平时要定期检查冷却系统是否堵塞、漏水等故障情况，以及存在水污染的情况、铁锈和沉淀物应及时更换。

存放要求

未开封防冻剂的长期储存

防冻液存放一年后，可能会出现少量絮状沉淀，通常是添加剂沉淀造成的如果没有必要丢弃，则应进行质量检测，然后才能再次使用。

未密封防冻剂的储存要求

1.应当在密封、低温、储存在防火和防蒸发的环境中。

2.不同种类和型号的防冻液要分开标识，分开存放。

3.大部分防冻液都是易燃的，任何情况下都要严格避免接近火源，更不能存放在高温环境或直接暴晒。

4.防冻液易挥发，储存容器一定要密封严密，防止挥发引起火灾。

发动机冷却系统

与水相比，防冻液不仅冰点较低，而且沸点较高，因此防冻液广泛用于汽车发动机冷却。

建筑材料相关领域

在混凝土等其他建筑材料中加入防冻剂，可以避免在低温环境下结露，从而保证建筑材料的效能。

设备探伤检测

在铁路轨道的定期检查和调查中，低温地区需要防冻耦合液，以保证检测仪器的正常使用和检测数据的准确可靠，避免环境污染。

货物仓储运输、矿粉堆积等相关领域

在寒冷季节，为保证高档建筑涂料的原有性能不受冻害，应使用防冻剂保证正常使用和储存；此外，铁路货车在寒冷时期运输含有水分的散装货物（如水洗煤） 货物和车皮容易冻成一个整体，不能及时卸载因此，在装货后喷洒适当浓度的防冻剂，可以有效解决货物冻结问题，降低运输成本。

虽然防冻剂不是主要成分，但它的防冻剂、耐腐蚀性影响发动机的寿命，因此其技术研发也在不断更新：

防冻基础材料

防冻液的发展主要与环境有关、健康相关毒性乙二醇作为防冻液的主要原料，毒性很大，两勺左右的乙二醇就会威胁到人 的生命。丙二醇是乙二醇的替代品，毒性很小是FDA注册的食品添加剂，广泛用于香烟、化妆品保湿剂和其他与人体直接接触的产品。

提高导热率

随着市场需求的不断增加，对防冻液的传热性能提出了更高的要求，某课题组开发了一种新型、传热介质具有优良的导热性，并提出'纳米流体'的概念。由于其优良的导热性和稳定性，这种优良的纳米无水冷却液将节省燃料并降低噪音、终身使用寿命、无腐蚀、不结垢等优势。截至目前（2022年）由于纳米流体的稳定性大规模工业制备工艺和成本等原因，纳米流体的研究仍处于实验室阶段。

提升使用寿命

相对稳定的AOT防冻液最长使用寿命为5年，但仍会造成环境污染和原材料浪费。因此，具有终生使用寿命的防冻液仍然是一个有待攻克的难题。