Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 13191:2020 ASTM D 1121-11 Chất làm mát động cơ và chất chống gỉ - Phương pháp xác định độ kiềm bảo quản

TIÊU CHUẨN QUỐC GIA

TCVN 13191:2020

ASTM D 1121-11

CHẤT LÀM MÁT ĐỘNG CƠ VÀ CHẤT CHỐNG GỈ - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ KIỀM BẢO QUẢN

Standard test method for reserve alkalinity of engine coolants and antirusts

Lời nói đầu

TCVN 13191:2020 được xây dựng trên cơ sở chấp nhận hoàn toàn tương đương với ASTM D 1121-11 Standard test method for reserve alkalinity of engine coolants and antirusts với sự cho phép của ASTM quốc tế, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428, USA. Tiêu chuẩn ASTM D 1121-11 thuộc bản quyền của ASTM quốc tế.

TCVN 13191:2020 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC47 Hóa học biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.

CHẤT LÀM MÁT ĐỘNG CƠ VÀ CHẤT CHỐNG GỈ - PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỘ KIỀM BẢO QUẢN

Standard test method for reserve alkalinity of engine coolants and antirusts

1  Phạm vi áp dụng

1.1  Tiêu chuẩn này quy định phương pháp xác định độ kiềm bảo quản của chất làm mát động cơ mới, chưa qua sử dụng; và chất chống gỉ như đã nhận; các dung dịch pha loãng trong nước của các sản phẩm đậm đặc đã qua sử dụng hoặc chưa qua sử dụng; các dung dịch pha loãng trong nước của chất chống gỉ dạng rắn.

1.2  Các giá trị tính theo hệ đơn vị SI là các giá trị tiêu chuẩn.

1.3  Tiêu chuẩn này không đề cập đến tất cả các vấn đề liên quan đến an toàn khi sử dụng. Người sử dụng tiêu chuẩn này có trách nhiệm thiết lập các nguyên tắc về an toàn và bảo vệ sức khoẻ cũng như khả năng áp dụng phù hợp với các giới hạn quy định trước khi đưa vào sử dụng.

2  Tài liệu viện dẫn

Các tài liệu viện dẫn sau đây là cần thiết để áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).

TCVN 12930 (ASTM D 1123) Chất làm mát động cơ đậm đặc - Xác định hàm lượng nước bằng phương pháp thuốc thử Karl Fischer

TCVN 12931 (ASTM D 1287) Chất làm mát động cơ và chất chống gỉ - Xác định pH

ASTM D 1176 Practice for sampling and preparing aqueous solutions of engine coolants or antirusts for testing purposes (Thực hành lấy mẫu và chuẩn bị dung dịch nước của chất làm mát động cơ hoặc chất chống gỉ để thử nghiệm)

3  Thuật ngữ và định nghĩa

3.1  Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa sau.

3.1.1

Độ kiềm bảo quản (reserve alkalinity)

Biểu thị lượng chất ức chế có tính kiềm có trong chất làm mát động cơ và chất chống gỉ.

4  Tóm tắt phương pháp thử

4.1  Lấy 10 mL mẫu của chất làm mát đậm đặc, chất chống gỉ, chất phụ gia làm mát hoặc một chất làm mát động cơ dạng nước có chứa các sản phẩm này, dùng nước pha loãng đến thể tích 100 mL và chuẩn độ điện thế với axit clohydric 0,100 N đến pH bằng 5,5. Ghi lại thể tích axit clohydric đã tiêu thụ, chính xác đến 0,1 mL. Nếu cần, ghi lại nồng độ chất làm mát hoặc chất phụ gia trong dung dịch chất làm mát để tính toán sự suy giảm độ kiềm bảo quản trong các phép thử tính năng.

5  Ý nghĩa và sử dụng

5.1  Độ kiềm bảo quản là số mililit, chính xác đến 0,1 mL, dung dịch axit clohydric (HCl) 0,100 N dùng để chuẩn độ 10 mL mẫu chất làm mát chưa pha loãng, chưa qua sử dụng, chất chống gỉ, chất phụ gia làm mát và các dung dịch của chúng đã qua sử dụng hoặc chưa qua sử dụng, đến pH bằng 5,5.

5.2  Độ kiềm bảo quản là một thuật ngữ áp dụng cho chất làm mát động cơ và chát chống gỉ để biểu thị lượng thành phần có tính kiềm có trong sản phẩm. Độ kiềm bảo quản thường được sử dụng để kiểm soát chất lượng trong quá trình sản xuất và các giá trị thường được đưa vào trong quy định kỹ thuật. Với các dung dịch đã qua sử dụng, độ kiềm bảo quản chỉ ra một cách gần đúng lượng thành phần có tính kiềm còn lại. Tuy nhiên, đôi khi thuật ngữ này bị sử dụng sai khi giá trị bằng số của nó được coi là liên quan trực tiếp đến chất lượng chất làm mát, giá trị số càng cao thì chất làm mát càng tốt. Do vậy cần phải xem xét chỉnh sửa một số quan niệm chưa chính xác và đưa thuật ngữ vào bối cảnh thích hợp.

5.3  Độ kiềm bảo quản (R.A) như được định nghĩa theo Điều 3 là số mililit dung dịch axit clohydric (HCl) 0,1 N cần thiết để chuẩn độ 10 mL chất làm mát đậm đặc đến pH bằng 5,5. Thuật ngữ này không phải là một mô tả hoàn toàn chính xác về đặc tính đang được xác định vì “độ kiềm” thường được đề cập đến dải pH trên 7,0.

5.4  Việc xem xét nguồn gốc của thuật ngữ có thể hữu ích trong việc hiểu đúng cách sử dụng thuật ngữ. Khi etylen glycol lần đầu tiên được sử dụng làm chất làm mát động cơ, etylen glycol chưa bị ức chế. Nhu cầu về chất ức chế sớm trở nên rõ ràng và triethanolamin đã được đưa vào. Khi chuẩn độ các dung dịch glycol đã bị ức chế này bằng axit clohydric loãng, người ta nhận thấy rằng phần dốc nhất của đường cong trung hòa xảy ra ở khoảng pH bằng 5,0. Tiếp theo triethanolamin, các chất đệm khác như borat và phosphat cũng đã được sử dụng. Chuẩn độ đến 5,5 với các dung dịch đệm có điểm cuối gần bằng 5,5.

5.5  Thông thường, hầu hết các kim loại trong hệ thống làm mát ô tô ít bị ăn mòn hơn trong các dung dịch có tính kiềm trung bình. Thường xuyên sử dụng các dung dịch đệm có tính kiềm, borat và phosphat sẽ duy trì được độ kiềm mong muốn và giữ pH ổn định ngay cả khi bổ sung lượng đáng kể axit. Một chất làm mát bị ức chế tốt có chứa những lượng các chất ức chế khác ít hơn (ngoài dung dịch đệm), nhằm bảo vệ chống ăn mòn trên dải rộng cho tất cả các kim loại được tìm thấy trong hệ thống làm mát. Những chất ức chế bổ sung này có thể tham gia rất ít vào việc chuẩn độ nhưng chúng có thể làm cho việc bảo vệ chống ăn mòn rất hiệu quả.

5.6  Các chất ức chế có tính kiềm tạo ra tác động đệm và trung hòa các axit được hình thành trong trong chất làm mát bởi sự rò rỉ khí xả, chất tẩy axit dư hoặc do oxy hóa etylen glycol và propylen glycol. Một số chất ức chế có ít đóng góp hoặc không có tính kiềm có thể giúp bảo vệ chống ăn mòn rất hiệu quả đối với một số kim loại nhưng ít có khả năng chống lại sự nhiễm bẩn của axit. Theo quan điểm này, độ lớn của độ kiềm bảo quản (R.A) trong chất làm mát không phải là một tiêu chí tốt để xác định các đặc tính bảo vệ tiềm năng.

5.7  Tóm lại, cần thận trọng với việc sử dụng độ kiềm bảo quản bởi vì độ kiềm bảo quản của một dung dịch làm mát động cơ không phải là phương pháp an toàn để ngăn chặn sự ăn mòn, cũng như không thể biểu thị một cách đúng đắn về tuổi thọ của dung dịch.

6  Thiết bị, dụng cụ

6.1  Thiết bị đo pH, điện cực thủy tinh và điện cực calomel, phải theo quy định đối với thiết bị dụng cụ (Điều 5) của TCVN 12931 (ASTM D 1287).

6.2  Tiêu chuẩn này cũng chấp nhận việc nhiều phòng thử nghiệm sử dụng hệ điện cực kết hợp để xác định độ kiềm bảo quản của các chất làm mát động cơ. Cần lưu ý rằng các kết quả thu từ việc sử dụng hệ điện cực kết hợp có sự chênh lệch về mặt thống kê so với các kết quả thu từ việc sử dụng hệ điện cực calomel và hệ điện cực so sánh.

7  Thuốc thử

7.1  Độ tinh khiết của thuốc thử, trong toàn bộ các phép thử đều sử dụng các hoá chất cấp thuốc thử. Nếu không có quy định khác thì tất cả các thuốc thử phải phù hợp với các tiêu chuẩn hiện hành của hóa chất cấp thuốc thử. Có thể sử dụng các loại cấp chất lượng khác với điều kiện đảm bảo là các thuốc thử này có độ tinh khiết cao phù hợp, khi sử dụng không làm giảm độ chính xác của phép thử.

7.2  Độ tinh khiết của nước, các viện dẫn đối với nước phải được hiểu là nước cất hoặc nước có độ tinh khiết tương đương. Nước cất phải được đun sôi thật kỹ, hoặc được lọc sạch qua không khí không có cacbon dioxit, để loại bỏ cacbon dioxit và phải được bảo vệ với ống vôi-soda hoặc tương đương trong khi làm mát và trong lưu giữ. pH của nước phải từ 6,2 đến 7,2 tại 25 °C. Tiến hành cẩn thận để ngăn chặn nước cất bị nhiễm bẩn với các vết của kim loại dùng để bảo vệ ngăn ngừa cacbon dioxit.

7.3  Dung dịch đệm chuẩn, các dung dịch đệm để hiệu chuẩn máy/thiết bị đo pH và điện cực thủy tinh phải được bảo quản trong chai polyetylen hoặc thủy tinh chịu được hóa chất và phải được chuẩn bị từ các muối được bán theo quy định để sử dụng, hoặc đơn lẻ hoặc hỗn hợp, như là các chuẩn pH. Các muối phải được sấy khô trong thời gian 1 h tại nhiệt độ 110 °C trước khi sử dụng.

7.4  Axit clohydric, (0,100 N) chuẩn bị và chuẩn hóa dung dịch clohydric (HCl) 0,100 N.

7.5  Dung dịch đệm phthalat (0,05 M, pH = 4,01 tại 25 °C), hòa tan 10,21 g kali hydro phthalat và pha loãng bằng nước đến thể tích 1 L.

7.6  Dung dịch đệm phosphat (0,025 M liên quan đến từng muối phosphat, pH = 6,86 tại 25 °C). Hòa tan 3,40 g kali dihydro phosphat (KH₂PO₄) và 3,55 g dinatri hydro phosphat khan (Na₂HPO₄) và pha loãng bằng nước đến thể tích 1 L.

7.7  Chất điện phân kali clorua, chuẩn bị dung dịch bão hòa kali clorua (KCl) trong nước.

8  Lấy mẫu

8.1  Lấy mẫu theo ASTM D 1176.

9  Chuẩn bị hệ điện cực

9.1  Bảo dưỡng các điện cực

Làm sạch điện cực thủy tinh hoặc điện cực kết hợp định kỳ theo thời gian (mỗi tuần tối thiểu một lần nếu sử dụng liên tục) theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Xả sạch điện cực calomel ít nhất mỗi tuần một lần và đổ đầy chất điện phân KCl. Giữ mức chất điện phân trong điện cực calomel ở trên mức chất lỏng trong bình/cốc chuẩn độ tại tất cả các thời điểm. Khi không sử dụng, ngâm phần nửa dưới của các điện cực trong nước và không ngâm các điện cực trong dung dịch đã chuẩn độ giữa các lần chuẩn độ. Mặc dù các điện cực không dễ vỡ nứt, nhưng luôn luôn cũng phải xử lý cẩn thận.

9.1.1  Phương pháp này cũng có thể sử dụng hệ điện cực kết hợp.

9.2  Chuẩn bị các điện cực

Trước và sau khi sử dụng, lau sạch điện cực thủy tinh hoặc điện cực kết hợp thật kỹ bằng vải sạch hoặc miếng giấy mềm và rửa sạch bằng nước. Dùng vải hoặc giấy thấm khô điện cực so sánh calomel; cẩn thận khi tháo ống thủy tinh nhám và thấm khô hoàn toàn cả hai bề mặt thủy tinh nhám. Tháo lỏng ống ngoài và để vài giọt chất điện phân chảy qua mối nối thủy tinh nhám. Làm ướt toàn bộ bề mặt nhám bằng chất điện phân, đặt ống vào vị trí chắc chắn và rửa sạch điện cực bằng nước. Trước mỗi lần chuẩn độ, ngâm điện cực đã chuẩn bị trong nước cất trong thời gian ít nhất 2 min. Ngay trước khi sử dụng, dùng vải khô hoặc giấy mềm chạm vào các đầu điện cực để loại bỏ nước thừa.

10  Hệ điện cực trong thiết bị đo pH

10.1  Bật thiết bị, đề cho thiết bị khởi động và điều chỉnh theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Ngâm các điện cực trong dung dịch đệm chuẩn đảm bảo sao cho đủ thời gian để nhiệt độ của dung dịch đệm và các điện cực là bằng nhau. Cài đặt nút nhiệt độ tại nhiệt độ của dung dịch đệm, Hiệu chuẩn bộ thiết bị với ít nhất hai dung dịch đệm đề kiểm tra độ tuyến tính phản hồi của điện cực hoặc sự bù nhiệt độ không chính xác. Điện cực lỗi khi giá trị pH của dung dịch đệm chuẩn thứ hai không chính xác sau khi thiết bị đo đã được chuẩn hóa với dung dịch đệm chuẩn thứ nhất. Điện cực bị nứt sẽ cho các giá trị pH về cơ bản là như nhau đối với cả hai dung dịch đệm chuẩn. Điều chỉnh hệ điều khiển điện thế chuẩn hóa hoặc không đối xứng cho đến khi thiết bị đo ghi số đọc thang đo, tương ứng bằng pH đã biết của dung dịch đệm đang chuẩn hóa.

11  Cách tiến hành

11.1  Dùng pipet lấy 10 mL mẫu đã trộn kỹ chuyển vào cốc thành cao không có mỏ dung tích 250 mL. Rót trong thời gian 1 min. Thêm khoảng 90 mL nước cất (Chú thích 2).

CHÚ THÍCH 1: Lượng nước bổ sung không coi là một tiêu chí, tuy nhiên, phải ngập các đầu của điện cực. Nếu độ kiểm bảo quản nhỏ hơn 2, tăng cỡ mẫu đến 50 mL bằng cách thêm nước đến thể tích 100 mL và độ kiềm bảo quản theo như định nghĩa được tính bằng toàn bộ lượng chuẩn độ chia cho 5.

11.2  Chuẩn bị các điện cực calomel và điện cực thủy tinh theo Điều 9. Đặt cốc chứa dung dịch thử nghiệm trên giá chuẩn độ, điều chỉnh để phần nửa dưới của các điện cực được nhúng ngập, bật máy khuấy, điều chỉnh tốc độ khuấy cho đủ mạnh nhưng không để dung dịch bắn tung tóe. Rót đầy axit clohydric HCl 0,100 N vào buret dung tích 50 mL. Nồng độ đương lượng của axit có thể nằm trong khoảng từ 0,095 N đến 0,105 N nhưng quá trình chuẩn độ thực tế sẽ yêu cầu hiệu chỉnh để cho kết quả chuẩn độ tương đương với axit 0,100 N. Đặt đầu của buret vào bên trong cốc. Điều chỉnh cơ cấu bù nhiệt độ của thiết bị đo pH để phù hợp với nhiệt độ dung dịch. Ghi lại pH ban đầu và tiến hành chuẩn độ để pH khoảng bằng 7. Sử dụng tốc độ chuẩn độ chậm, giảm dần pH bằng 7 đến khi đạt được điểm cuối xấp xỉ bằng 5,5. Ghi lại thể tích của axit đã sử dụng, nồng độ đương lượng của axit và cỡ mẫu. Chuyển thiết bị đo pH sang chế độ chờ và dùng nước rửa sạch các điện cực, sau đó làm khô bằng vật liệu hấp thụ sạch trước khi tiến hành xác định tiếp. Khi không sử dụng thiết bị đo pH, ngâm các điện cực trong nước cất. Khi tiến hành phép xác định độ kiềm bảo quản liên tục trong khoảng thời gian vài giờ, khuyến nghị rằng thiết bị đo phải được hiệu chuẩn ở những khoảng thời gian khác nhau như nêu trong 10.1.

CHÚ THÍCH 2: Trong trường hợp các điện cực thủy tinh được bọc một màng dầu, màng mỡ hoặc một loại màng khác, khuyến nghị rằng nên sử dụng hỗn hợp dung môi toluen - etylacetat (1:1) để loại bỏ màng.

12  Tính độ kiềm bảo quản

12.1  Tính phần trăm giảm của tác động chất làm mát trong sử dụng thực tế hoặc mô phỏng theo công thức sau:

Phần trăm giảm = 100 [(RA₁/C₁ - RA₂/C₂)/( RA₁/C₁)]        (1)

trong đó

RA₁  độ kiểm bảo quản ban đầu;

RA₂  độ kiềm bảo quản cuối cùng;

C₁  nồng độ chất phụ gia hoặc chất làm mát ban đầu, tính bằng phần trăm, và

C₂  nồng độ chất phụ gia hoặc chất làm mát cuối cùng, tính bằng phần trăm.

CHÚ THÍCH 3: Trong trường hợp một dung dịch chất làm mát, nếu chưa biết nồng độ thì có thể xác định được bằng các phương pháp thử thích hợp, ví dụ như chỉ số khúc xạ, điểm đông đặc hoặc tỷ trọng thông qua việc tham chiếu các bảng có sẵn. Sử dụng TCVN 12930 (ASTM D 1123) để xác định hàm lượng nước và nồng độ của dung dịch chất làm mát.

12.2  Dữ liệu phần trăm giảm cho phép những nhà nghiên cứu chất làm mát so sánh trên cơ sở tương đương với dữ liệu độ kiềm bảo quản từ một số thử nghiệm giống nhau trên các chất làm mát tương tự.

12.3  Trong trường hợp tiến hành các phép thử bảo dưỡng đối với phương tiện giao thông, ghi lại phần trăm giảm trên cơ sở tổng quãng đường đã đi, ví dụ như 10000 dặm. Theo 5.2, phần trăm giảm độ kiềm bảo quản mặc dù có liên quan đến tuổi thọ và trạng thái của chất làm mát hoặc tính năng hệ thống làm mát nhưng phần trăm giảm chỉ là một phần của quy trình đánh giá chất làm mát.

13  Báo cáo thử nghiệm

13.1  Báo cáo mô tả mẫu và độ kiềm bảo quản chính xác đến 0,1 mL của axit HCl 0,100 N đối với 10 mL mẫu tiêu chuẩn. Sự mô tả mẫu có thể thay đổi từ một vài nhận diện đơn giản đến nguồn gốc và phân tích đầy đủ, ví dụ như sự tận dụng chất làm mát đã qua sử dụng từ các phép thử bảo dưỡng đối với phương tiện giao thông và thử tính năng trong phòng thử nghiệm.

14  Độ chụm và độ chệch

14.1  Độ lặp lại, các kết quả của phép xác định hai lần lặp lại do cùng thử nghiệm viên không được chênh lệch nhiều hơn ± 0,2 mL.

14.2  Độ tái lập, các kết quả thử nghiệm từ hai phòng thử nghiệm trở lên không được chênh lệch nhiều hơn ± 0,2 mL.