专利名称：一种纳米流体冷却液制备方法及其制备的纳米流体冷却液的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米流体冷却液的制备方法及其制备的纳米流体冷却液，属于发动机冷却液领域。
背景技术：
随着现代发动机功率密度的不断提高，传统冷却液(こニ醇型、丙ニ醇型)由于其导热系数低、换热能力差，已经不能满足冷却系统高负荷的散热要求，有必要开发新型、高效换热的冷却液。纳米流体技术的出现，为发动机冷却系统的发展提供了新的思路。纳米流体是把金属或非金属纳米颗粒稳定悬浮到传统流体(水，こニ醇等)中形成的ー种新型换热エ质。已有的研究表明，与传统流体相比，纳米流体具有更高的导热系数和优良的换热性能。因而纳米流体冷却液有望解决发动机冷却系统高负荷的散热要求。
要把纳米流体冷却液应用于发动机冷却系统，如何制备高稳定换热性能优良的纳
米流体冷却液是关键。目前报道的纳米流体冷却液的制备方法主要是分散法和物理法。分
散法是把制备好的纳米粉体(干粉)，通过适当的分散手段(加入分散剂、改变体系PH值、
改性处理、超声振动等)，分散到冷却液基础液中从而形成纳米流体冷却液。如王玮等把纳
米Al2O3粉体超声分散到水-こニ醇基础液中，获得Al2O3/水-こニ醇纳米流体冷却液(王
玮，纳米流体在发动机散热系统中的应用研究，上海交通大学硕士学位论文，2009);彭小飞
等通过超声分散并辅以分散剂，把纳米Al2O3、纳米CuO、纳米SiO2、纳米Cu等粉体分散到蒸
馏水、こニ醇、丙ニ醇中获得了多种纳米流体冷却液(彭小飞，车用散热器中纳米流体高温
传热传热基础问题研究，浙江大学博士学位论文，2007);专利CN1500977A报道把纳米颗粒
与水、冷却液添加剂混合，然后超声振荡得到纳米流体冷却液；专利CN102031093A报道了
ー种纳米无水防冻液制备技术，它是把こニ醇、ニこニ醇、丙ニ醇搅拌混合均匀得到防冻基
础液，然后把纳米Cu、Cu0、Si02粉体超声振荡后加入防冻基础液，再加入止沸剂、缓蚀剂等，
通过蒸馏把混合液中的水分去除得到纳米无水防冻液。采用分散法制备纳米流体冷却液具
有制备エ艺简单、エ序少、易制备高固相量纳米流体冷却液、易于批量化生产等特点。但对
于纳米粉体来说，由于其巨大的比表面积及表面活性，在纳米粉体的制备(如干燥、煅烧)、
存储、运输等过程，颗粒易形成团聚体。这些团聚体在纳米流体冷却液制备时(采用上述的
つ 2
分散手段)一般难以完全打开。根据根据Stock沉降定律ひ=^·固体颗粒在
液体介质中的沉降速率(U)与固体颗粒粒径(a)的平方成正比。也就是说，减小固体颗粒的粒径是提高纳米流体冷却液稳定性的最佳手段。而分散法制备纳米流体冷却液吋，团聚体的存在，大幅度降低了纳米流体冷却液的稳定性；另外，团聚体的存在还会增加对冷却系统的磨损和腐蚀，也大大削弱了纳米流体冷却液的换热性能。物理法是借助外加的热能(如电子束、等离子体、电弧、激光等)把靶材加热蒸发，蒸汽遇冷凝结后形成纳米颗粒，并分散到基础液体形成纳米流体冷却液。如Eastman等利用电子束把金属铜靶加热蒸发形成蒸汽，Cu蒸汽遇到冷的こニ醇液体直接在こニ醇中冷凝形成纳米颗粒，从而获得Cu/こニ醇纳米流体冷却液(US6221275) ;Lee等以金属锌线为靶材，利用脉冲高电压把锌线蒸发，蒸汽冷凝到こニ醇中形成纳米颗粒，从而直接获得纳米流体冷却液(Nanoscale Research Letters 2011,6:258)。物理法把纳米粒子的制备与纳米流体的制备结合在一起，所制得的纳米颗粒小，纳米颗粒在流体中分散好，无需加入分散剂或改性处理就能得到稳定悬浮的纳米流体。但是该法对设备要求较高，费用高，产量小，不易于エ业化生产。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种纳米流体冷却液的制备方法；通过实施该方法可以获得颗粒小、分散性好、稳定性高的含纳米SiO2的纳米流体冷却液；同时该方法设备和エ艺简单、条件温和、原料利用率高、成本低。为了实现上述目的，本发明制备纳米流体冷却液的方法包含如下步骤(I)将25 95wt% ニ元醇与5 75wt%的去离子水和O. 01 O. 5wt %的碱搅拌混合均勻得到冷却液基础液；(2)把步骤⑴的冷却液基础液升温到30 70°C，井向其中缓慢的加入质 量为基础液2 20Wt%的硅酸こ酷，搅拌反应I 24小吋；(3)把步骤⑵的反应液升温到78 100°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后冷却到室温，得到含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体；(4)向步骤(3)的纳米流体中加入质量为纳米流体O. I I. 5wt%的分散稳定剂，搅拌O. 5 2小时混合均勻；(5)向步骤(4)的混合液中加入质量为纳米流体I 4wt%的缓蚀剂，搅拌O. 5 2小时混合均匀；(6)向步骤(5)的混合液中加入质量为纳米流体
O.001 O. 008wt%的着色剂，搅拌O. 5 I小时混合均匀，获得含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体冷却液。太发明所述的ニ元醇为こニ醇、丙ニ醇、ニこニ醇中的ー种或ー种以上。本发明所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、こニ胺中的ー种或ー种以上。本发明所述的步骤⑵中的反应温度为30 70°C，反应时间为I 24小吋。本发明所述的步骤(3)中的蒸馏去除こ醇的温度为78 100°C。本发明所述的分散稳定剂为聚こニ醇、聚こ烯醇、非离子硅氧烷偶联剂、聚氧こ烯-聚氧丙烯嵌段聚合物中的ー种或ー种以上。采用本发明制备方法制备的纳米流体冷却液，其中各物质的质量百分比为
ニ元醇25 95wt%
去离子水I 70wt%
碱0.01 0.5wt%
ニ氧化硅0.5 5wt%
分散稳定剂 0.1 1.5wt%
缓释剂I 4wt%
着色剂0.001 0.008wt%在本发明的制备技术中，通过硅酸こ酯在冷却液基础液(水和ニ元醇与碱的混合液)中的碱催化水解获得纳米ニ氧化硅颗粒；利用了ニ元醇(こニ醇、丙ニ醇、ニこニ醇)对硅酸こ酯水解速度的控制作用以及其对ニ氧化硅纳米颗粒团聚的抑制作用，同时ニ元醇也是冷却液中起防冻作用的主要成分；另外，通过添加分散稳定剂可以抑制纳米颗粒在冷却液使用过程中的团聚。采用本发明的技术制备的纳米流体冷却液，其纳米ニ氧化硅颗粒的粒径在10-60nm，分布范围窄、分散良好无团聚；所获得的纳米流体冷却液稳定性好，常温放置6个月以上无沉淀物析出，并通过美国DOW化学公司和德国MTU公司规定的稳定性试验方法；所获纳米流体冷却液的玻璃器皿腐蚀、模拟使用腐蚀、铸铝合金传热腐蚀、铝泵气穴腐蚀等综合性能指标均达到NB/SH/T 0521-2010标准技术要求，与传统冷却液相比，换热能力提高5 30%。与现有技术相比，本发明把ニ氧化硅纳米颗粒的化学法制备与纳米流体冷却液的制备有机的结合在一起，所制备的纳米流体冷却液中的纳米颗粒粒径小、分布范围窄、分散良好无团聚，因而所获得的纳米流体冷却液稳定性好；与分散法相比，本发明所采用的制备方法避免了干燥、煅烧、再分散等エ艺环节(这是现有技术常采用的エ艺环节)，这ー方面降低了纳米颗粒团聚体形成的机会，同时也減少了原料消耗、简化了エ艺、降低了成本；与物理法相比，本发明提出的纳米流体冷却液的制备方法具有设备和エ艺简单、条件温和、原 料利用率高、成本低、易于大批量生产等特点。
具体实施例方式下面结合实施例，进ー步阐述本发明。实施例I取こニ醇450kg、去离子水550kg、氢氧化钠O. 1kg，在反应釜中搅拌混合均匀得到冷却液基础液；把冷却液基础液升温到60°C，向其中缓慢的加入硅酸こ酷100kg，搅拌反应12小时；把反应液升温到85°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后冷却到室温，得到含ニ氧化娃纳米颗粒的纳米流体；向纳米流体中加入非离子娃氧烧偶联剂7. 5kg,搅拌2小时混合均匀；再向混合液中加入有机酸缓蚀剂20kg，搅拌2小时混合均匀；向混合液中加入O. 02kg耐晒蓝着色剂，搅拌I小时混合均匀，获得含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体冷却液。实施例2取こニ醇350kg、丙ニ醇150kg、去离子水500kg、氢氧化钠O. 1kg、氨水O. 1kg，在反应釜中搅拌混合均匀得到冷却液基础液；把冷却液基础液升温到50°C，向其中缓慢的加入硅酸こ酯150kg，搅拌反应24小时；把反应液升温到95°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后 冷却到室温，得到含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体；向纳米流体中加入聚氧こ烯-聚氧丙烯嵌段聚合物IOkg,搅拌2小时混合均勻；再向混合液中加入无机缓蚀剂40kg,搅拌2小时混合均匀；向混合液中加入O. 08kg荧光黄着色剂，搅拌I小时混合均匀，获得含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体冷却液。实施例3取こニ醇300kg、丙ニ醇600kg、去离子水100kg、氢氧化钠O. 3kg，氢氧化钾O. 2kg,
在反应釜中搅拌混合均匀得到冷却液基础液；把冷却液基础液升温到40°C，向其中缓慢的加入硅酸こ酷200kg，搅拌反应24小时；把反应液升温到80°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后冷却到室温，得到含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体；向纳米流体中加入聚こニ醇5kg，搅拌2小时混合均勻；再向混合液中加入无机缓蚀剂30kg,搅拌2小时混合均勻；向混合液中加入O. 04kg樱桃红着色剂，搅拌I小时混合均匀，获得含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体冷却液。实施例4取こニ醇300kg、ニこニ醇100kg、去离子水600kg、氨水O. 1kg，在反应釜中搅拌混合均匀得到冷却液基础液；把冷却液基础液升温到55°C，向其中缓慢的加入硅酸こ酷20kg，搅拌反应I小时；把反应液升温到85°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后冷却到室温，得到含ニ氧化娃纳米颗粒的纳米流体；向纳米流体中加入聚こ烯醇Ikg,搅拌2小时混合均勻；再向混合液中加入无机缓蚀剂 40kg,搅拌2小时混合均勻；向混合液中加入O. 06kg楼桃红着色剂，搅拌I小时混合均匀，获得含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体冷却液。实施例5取丙ニ醇250kg、こニ醇700kg，去离子水50kg、氢氧化钾O. 1kg，在反应釜中搅拌混合均匀得到冷却液基础液；把冷却液基础液升温到70°C，向其中缓慢的加入硅酸こ酷50kg，搅拌反应8小时；把反应液升温到100°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后冷却到室温，得到含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体；向纳米流体中加入聚こニ醇Ikg和非离子硅氧烷偶联剂5kg，搅拌2小时混合均匀；再向混合液中加入有机缓蚀剂25kg，搅拌2小时混合均勻；向混合液中加入O. Olkg甲基红着色剂,搅拌I小时混合均勻，获得含ニ氧化娃纳米颗粒的纳米流体冷却液。实施例6取丙ニ醇400kg、去离子水600kg、氢氧化钾O. 15kg，在反应釜中搅拌混合均匀得到冷却液基础液；把冷却液基础液升温到60°C，向其中缓慢的加入硅酸こ酷150kg，搅拌反应16小时；把反应液升温到80°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后冷却到室温，得到含ニ氧化娃纳米颗粒的纳米流体；向纳米流体中加入聚こ烯醇Ikg和非离子娃氧烧偶联剂5kg,搅拌2小时混合均勻；再向混合液中加入有机缓蚀剂15kg,搅拌2小时混合均勻；向混合液中加入O. 03kg耐晒蓝着色剂,搅拌I小时混合均勻，获得含ニ氧化娃纳米颗粒的纳米流体冷却液。
权利要求
1.一种纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于，包含如下步骤(1)将25 95wt%ニ元醇与5 75wt%的去离子水和O. Ol O. 5wt%的碱搅拌混合均匀得到冷却液基础液；(2)把步骤(I)的冷却液基础液升温到30 70°C，井向其中缓慢的加入质量为基础液2 20wt%的硅酸こ酷，搅拌反应I 24小时；(3)把步骤(2)的反应液升温到78 100°C，蒸馏去除反应生成的こ醇，然后冷却到室温，得到含ニ氧化硅纳米颗粒的纳米流体；(4)向步骤(3)的纳米流体中加入质量为纳米流体O. I I. 5wt%的分散稳定剂，搅拌O. 5 2小时混合均勻；(5)向步骤⑷的混合液中加入质量为纳米流体I 4wt%的缓蚀剂,搅拌O. 5 2小时混合均匀；(6)向步骤(5)的混合液中加入质量为纳米流体O. 001 O. 008wt%的着色剂，搅拌O. 5 I小时混合均勻,获得含ニ氧化娃纳米颗粒的纳米流体冷却液。
2.根据权利要求I所述的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于所述的ニ元醇为こニ醇、丙ニ醇、ニこニ醇中的ー种或ー种以上。
3.根据权利要求I所述的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氨水、こニ胺中的ー种或ー种以上。
4.根据权利要求I所述的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于所述的步骤(2)中的反应温度为30 70°C，反应时间为I 24小时。
5.根据权利要求I所述的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在干所述的步骤(3)中的蒸馏去除こ醇的温度为78 100°C。
6.根据权利要求I所述的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于所述的分散稳定剂为聚こニ醇、聚こ烯醇、非离子硅氧烷偶联剂、聚氧こ烯-聚氧丙烯嵌段聚合物中的ー种或ー种以上。
7.根据权利要求I所述的纳米流体冷却液的制备方法，其特征在于所述的缓释剂为有机酸缓蚀剂、无机缓蚀剂中的ー种。
8.根据权利要求I所述的纳米流体冷却液制备方法制备的纳米流体冷却液，其特征在于，纳米流体冷却液中各物质的质量百分比为 ニ元醇25 95wt% 去离子水I 70wt% 碱0.01 0.5wt%ニ氧化硅0.5 5wt% 分散稳定剂0.1 1.5wt% 缓释剂I 4wt%着色剂0.001 0.008wt%
全文摘要
本发明公开了一种纳米流体冷却液的制备方法及其制备的纳米流体冷却液，首先将二元醇与去离子水、碱混合均匀得到基础液；然后向基础液中加入硅酸乙酯，并使其水解得到含二氧化硅纳米颗粒的纳米流体；再向纳米流体中加入分散稳定剂、缓蚀剂、着色剂得到纳米流体冷却液。本发明的制备方法具有设备和工艺简单、条件温和、原料利用率高、成本低、易于大生产等特点。本发明所制备的纳米流体冷却液稳定性好、换热能力强。
文档编号C09K5/20GK102703039SQ20121018503
公开日2012年10月3日 申请日期2012年6月7日 优先权日2012年6月7日
发明者吴大雄, 张灿英, 朱海涛, 王强, 韩军英 申请人:青岛康普顿科技股份有限公司, 青岛科技大学