Antifriis

Allikas: Vikipeedia

Antifriis on külmakindel jahutusvedelik[1], mille külmumistemperatuur on veega võrrelduna madalam. Antifriisid on ka keemilised ühendid, mida lisatakse, et vähendada vedeliku külmumispunkti allapoole seda temperatuuri, millega antud mehhanism kõige tõenäolisemalt kokku puutub. Nii lisatava lisandi kui ka vastavalt tekkiva segu kohta võib kasutada nimetust- "antifriis".

Antifriiside eesmärk on ära hoida külmumisel toimuvaid mehhanismide deformatsioone, mis ilmneksid, kui vedelik (vesi) jäätuks. Antifriisi segu põhjustab külmumispunkti alanemise külmas keskkonnas ja samuti keemispunkti tõusmise kuumas keskkonnas. Õige antifriisi valik võimaldab kasutada vedelikku laias temperatuuride vahemikus, mil vedelik jääb vedelasse faasi. See on oluline tõhusa soojusülekande ning korraliku soojusvahetite töö jaoks.

Antifriise kasutatakse muu hulgas sisepõlemismootorite ja paljude teiste soojusülekandega seotud mehhanismide jahutussüsteemides. Levinumate antifriisina kasutatavate ainete hulgas on etüleenglükool ja propüleenglükool.

Kasutamine autodes ja sisepõlemismootorites[muuda | redigeeri lähteteksti]

Enamikul automootoritel on jääksoojuse eemaldamiseks vesijahutus, kusjuures süsteemis olev vedelik on tegelikkuses antifriisi ja vee segu, mitte puhas vesi. Autotööstuses kasutatakse laialdaselt väljendit jahutusvedelik, mis tuleneb tema esmasest funktsioonist, milleks on konvektiivne soojusülekanne sisepõlemismootorites. Kui antifriise kasutatakse autotööstuses, lisatakse ka korrosioonitõrjevahendid, et kaitsta auto radiaatorit, kuna radiaatorid sisaldavad tihtipeale mitmeid erinevate elektrokeemiliste potentsiaalidega metalle (alumiinium, malm, vask, messing, jootetina jne.) Samuti lisatakse määrdeaine veepumba tihendile.

Antifriis töötati välja, et lahendada vee kui soojusülekandevedeliku puudujäägid. Paljudes mootorites lisatakse ka külmutuskorgid nendesse mootoriploki osadesse, kus voolab jahutusvedelik. See on lisakaitse külmumiskahjude eest, juhuks kui õhutemperatuur langeb allapoole vee ja antifriisi segu külmumispunkti. Külmumiskorke ei tohi segamini ajada tavaliste korkidega, mis asuvad mootoriplokis, et valamisprotsessi käigus kasutatud liiva oleks võimalik eemaldada (kuigi ka tavalised korgid surutakse jahutusvedeliku külmumisel välja.

Teisalt võib jahutusvedelik liiga kõrgel temperatuuril hakata mootoris keema, põhjustades kuuma auruga täidetud taskuid, mis põhjustavad lokaliseeritud kuumi alasid ja mootori katastroofilise rikke. Kui jahutusvedelikuna kasutataks puhast vett, edendaks see galvaanilist korrosiooni. Sobiv mootori jahutusvedelik ja survestatud jahutussüsteem aitavad ennetada probleeme, mis tekiksid auto mootori ja puhta vee kokkusobimatusest. Õige antifriisi kasutamisel on võimalik jahutusvedelikul saavutada suur temperatuuride amplituud, näiteks 50% propüleenglükooli lahus, 1,034 baarise (15 psi) rõhuga jahutussüsteemis, võib esineda temperatuuridel −37 °C kuni 129 °C.[2][3]

Varem kasutati jahutusvedeliku antifriisina metanooli (metüülalkohol), mida tänapäevani leidub klaasipesuvedelikes. Metanool aurustus, kuna radiaatori korgid olid ventileeritud, mitte suletud. Seetõttu tuli jahutusvedelikku sagedasti vahetada, et see ära ei külmuks. Lisaks kiirendab metanool metallide, eriti alumiiniumi, korrosiooni. Neid metalle aga kasutatakse mootoris ja jahutussüsteemides. Kui töötati välja etüleenglükool välja, asendas see metanooli mootori jahutussüsteemide antifriisina. Etüleenglükooli lenduvus võrreldes metanooli ja veega on väga madal.

Teised kasutusvõimalused[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõige levinumad veepõhised antifriisi lahused, mida kasutatakse elektroonika jahutamiseks, on segud veest ja etüleenglükoolist või propüleenglükoolist. Etüleenglükoolil on pikk ajalugu just autotööstuses. Siiski sisaldab etüleenglükooli lahus, mida kasutatakse autotööstuses, tihti silikaadil põhinevaid korrosioonitõrjevahendeid, mis võivad katta või ummistada soojusvaheti pindasid. Propüleenglükooli lahuse kasutamine jahutusvedelikuna on selle keskkonnasõbralikkuse ja mittetoksilisuse tõttu muutunud aina levinumaks. Etüleenglükool vajab erilist tähelepanu nii kasutamisel kui ka kasutusest kõrvaldamisel, kuna asub mürkkemikaalide nimekirjas.

Etüleenglükoolil on soovitud termilised omadused, sealhulgas kõrge keemispunkt, madal külmumispunkt, stabiilsus laial temperatuuride vahemikul ning kõrge erisoojus ja soojusjuhtivus. Lisaks on etüleenglükoolil ka madal viskoossus. Kuigi etüleenglükooli lahus omab paremaid füüsikalisi omadusi kui propüleenglükooli lahus, siis viimast kasutatakse, kui kemikaali toksilisus võib osutuda probleemiks. Toidutööstuses kasutamiseks peetakse propüleenglükooli lahust üldiselt piisavalt ohutuks. Lisaks saab seda kasutada kinnistes ja kehva õhuvahetusega ruumides.

Levinuimad ained[muuda | redigeeri lähteteksti]

Antifriiside valmistamiseks segatakse enamasti destilleeritud vesi mingisuguse alkoholiga.

Metanool[muuda | redigeeri lähteteksti]

Metanool (teatud ka kui metüülalkohol, karbinool, puupiiritus) on keemiline ühend valemiga CH3OH. See on kõige lihtsam alkohol. Metanool on kergesti lenduv, värvitu, tuleohtlik, spetsiifilise lõhnaga mürgine vedelik. Metanooli lõhn on mõnevõrra mahedam ja magusam kui etanooli (etüülalkohol) lõhn. Toatemperatuuril on tegu polaarse lahustiga, mida kasutatakse antifriisi, lahusti, kütuse ja ka etüülalkoholi denaturaadina. Metanool ei ole populaarne mootorites, kuid seda võib leida autode klaasipesuvedelikes, jäätõrje kemikaalides ja bensiini lisandites.

Etüleenglükool[muuda | redigeeri lähteteksti]

Etüleenglükool ehk 1,2-etaandiool (keemilise valemiga HOCH2–CH2OH) on värvuseta, õlikas, magusa maitsega ning väga mürgine vedelik. Etüleenglükooli lahused muutusid kättesaadavaks 1926. aastal. Neid turustati „jäädavate antifriisidena“, kuna kõrgema keemistemperatuuri tõttu sai neid samahästi kasutada nii suvel sooja ilmaga kui ka talvel külma ilmaga. Neid kasutatakse tänapäeval paljudes erinevates kohtades, sealhulgas siis autodes jahutusvedelikuna.

Mürgisus[muuda | redigeeri lähteteksti]

Etüleenglükool on inimestele kui ka teistele elusolenditele mürgine.[4] Seega tuleb teda kasutada, käidelda ja kõrvaldada nõuetekohaselt. Kuna tal on magus maitse, esineb etüleenglükooli tarbimise õnnetusjuhtumeid või tema tahtlikku kasutamist mõrvarelvana, mis leiab kajastust ka meedias.[5][6][7][8] Sedalaadi mürgitust on raske tuvastada ilma spetsiifiliste testideta, kuna sümptomid jäljendavad teisi haigusi. Lisaks on sümptomite hulk väga laialdane, sealhulgas kõhulahtisus ja oksendamine.[5][6][7][8][9] Osa etüleenglükool antifriise sisaldab aineid nagu denatooniumbensoaat, mis põhjustab mõru maitse, et oleks võimalik ennetada tahtlikke ja õnnetuslikke juhtumeid.

Glütserool[muuda | redigeeri lähteteksti]

Glütserooli on kasutatud autode antifriisides. Kuna ta pole toksiline, on võimalik, et teda kasutatakse tulevikus muudes rakendustes.[10]

Propüleenglükool[muuda | redigeeri lähteteksti]

Propüleenglükool ehk propaan-1,2-diool on mittetoksiline antifriis. Teda kasutatakse antifriisina sellistel juhtudel, kui etüleenglükooli kasutamine on sobimatu. Seda esineb toiduainetetööstuses või kodumajapidamise veetorustikes, kus on võimalik aine juhuslik organismi sattumine. Propüleenglükool oksüdeerub õhu ja soojuse juuresolekul piimhappeks.[11][12] Tekkiv vedelik võib olla söövitav, seega lisatakse propüleenglükoolile pH-d puhverdavaid aineid, mis hoiavad ära metallosade korrosiooni.

Külmumispunkti mõõtmine[muuda | redigeeri lähteteksti]

Antifriis vajab perioodilist kontrolli pärast veega segamist ja kasutusele võtmist. Kui jahutusvedelik lekib, keeb või on vaja radiaatorit tühjendada ja uuesti täita, siis tuleb arvestada antifriisi külmakaitse omaduste võimaliku muutusega. Võib tekkida vajadus lisada antifriisi või vähendada vee kogust.

Kasutusel on kolm tüüpilist külmumispunkti määramise meetodit.[13]

  1. Erikaal – (kasutatakse hüdromeetrit või ujuvat indikaatorit).
  2. Refraktomeeter kasutab lahuse optilisi omadusi.
  3. Testribad, mis on spetsiifilised ühekordsed indikaatorid külmumispunkti mõõtmiseks.

Kuigi etüleenglükooli hüdromeetrid on hästi turustatud ja laialdaselt kättesaadavad, annavad nad siiski kõrgetel temperatuuridel vale tulemuse, kuna erikaal muutub koos temperatuuriga. Propüleenglükooli lahuste uurimisel ei saa kasutada erikaalu üheselt mõistetavate tulemuste saavutamiseks, kuna näiteks 40% ja 100% lahuse erikaal on täpselt sama.[13]

Korrosioonikaitse[muuda | redigeeri lähteteksti]

Enamik antifriise, mida võib laialdaselt kaubandusest leida, sisaldavad lisaainetena korrosioonitõrjeaineid ning ka värvaineid (tavaliselt roheline, punane, oranž, kollane või fluorestseeriv sinine), et lahuseid eristada. Kõige tavapärasem on 1:1 veega lahjendus, mille tulemusel, sõltuvalt lisaainete sisaldusest, saavutatakse külmumispunkt umbes −37 °C. Soojematel või külmematel aladel kasutatakse vastavalt väiksemaid või suuremaid lahjendusi. Lahjenduste vahemik 40%/60% kuni 60%/40% peaks tagama hea korrosioonikaitse ja 70%/30% peaks tagama maksimaalse külmumiskaitse kuni −64 °C.

Traditsionaalsed korrosioonikaitsevahendid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Traditsiooniliselt on kaks peamist korrosioonikaitseainete rühma, mida kasutati autodes, silikaadid ja fosfaadid. Ameerika päritolu autodes kasutatakse mõlemaid, nii silikaate kui fosfaate. Euroopa tööstus kasutab fosfaate ja teisi inhibiitoreid, aga mitte silikaate. Samuti Jaapani autotööstus.[14]

Lisandid[muuda | redigeeri lähteteksti]

Kõik autodes kasutatavad antifriisid, kaasa arvatud uuemad orgaanilise happe lisandiga (OAT antifriis), on mingil määral keskkonnaohtlikud. Seda tänu lisandite segule (umbes 5% antifriisist), kuhu kuuluvad määrdeained, puhvrid ja korrosiooni inhibiitorid.[15]

Tootja poolt tagatud materjali ohutuskaartidel on loetletud ainult need lisaühendid, mida võib pidada ohtlikuks, kui antifriisi kasutatakse vastavalt tootja ettekirjutustele. Ülejäänud lisaühendid on antifriisi seotud ja ei tohiks omada otsest ohtu. Tüüpilisemad lisandid on naatriumsilikaat, dinaatriumfosfaat, naatriummolübdaat ja dekstriin (hüdroksüetüültärklis).

Antifriisile lisatakse dinaatrium fluorestseiini värve toodete eristamiseks ning lekete asukohtade kindlakstegemiseks.

Autode antifriisil on korrosioonitõrjeaine tolüültriasooli tõttu iseloomulik lõhn. Tööstuses kasutatava tolüültriasooli ebameeldiv lõhn tuleneb tootmisel tekkivate kõrvalproduktide toluidiini isomeeride (orto-, meta- ja para-toluidiin) ja meta-diaminotolueeni ebapuhtusest.[16] Need kõrvalproduktid on väga aktiivsed ja eritavad lenduvaid aromaatseid amiine, millest tulenebki ebameeldiv lõhn.[17]

Välisviited[muuda | redigeeri lähteteksti]

  1. antifriis@ÕS2006
  2. Prestone Press Release
  3. Peak Antifreeze chart
  4. "Antifreeze Warning". The Cat Fanciers' Association, Inc. Vaadatud 2007-05-15. 
  5. 5,0 5,1 Nash, Alanna. "The Black Widow Killer: Two men. Two murders. Too many questions.". Reader's Digest. Vaadatud 2009-04-26. 
  6. 6,0 6,1 Grinberg, Emanuella (2008-01-30). "Black Widow's' antifreeze murder trial to start". CNN. Vaadatud 2009-04-26. 
  7. 7,0 7,1 Munro, Ian (2007-10-13). "Death by anti-freeze 'perfect murder'". The Age. Vaadatud 2009-04-25. 
  8. 8,0 8,1 Angela Chambers and Jon Meyersohn (2009-04-23). "Exhumed Body Reveals Stacey Castor's First Husband 'Didn't Just Die': Exclusive Look Inside Anti-Freeze Murder Mystery; What Brought Two Men to Rest in Neighboring Graves". ABC. Vaadatud 2009-04-25. 
  9. Brent J (2001). "Current management of ethylene glycol poisoning". Drugs 61 (7): 979–88. 
  10. Hudgens, R. Douglas; Hercamp, Richard D.; Francis, Jaime; Nyman, Dan A.; Bartoli, Yolanda (2007). "An Evaluation of Glycerin (Glycerol) as a Heavy Duty Engine Antifreeze/Coolant Base". 
  11. Charles Loudon Bloxam (1873). Chemistry, inorganic and organic: with experiments (väljaanne 2 ). H.C. Lea. p. 587. 
  12. Evaluation of Certain Food Additives and Contaminants (Technical Report Series). World Health Organization. p. 105. ISBN 92-4-120909-7. 
  13. 13,0 13,1 Engine Cooling Testing: Why use a refractometer? posted 2/7/2001 by Michael Reimer
  14. [1] COOLANT CONFUSION: It's Not Easy Being Green... or Yellow or Orange or... . findarticles.com. Retrieved on 2011-06-22.
  15. A safe and effective propylene glycol based capture liquid for fruit fly traps baited with synthetic lures – page 2|Florida Entomologist. Findarticles.com. Retrieved on 2011-01-01.
  16. Vogt, P. F. 2005. Tolytriazole-myth and misconceptions. The Analyst 12: 1–3.
  17. A safe and effective propylene glycol based capture liquid for fruit fly traps baited with synthetic lures; Florida Entomologist, June, 2008 by Donald B. Thomas