Maziva s funkčními vlastnostmi vylepšenými nanočásticemi
Mazací oleje mohou výrazně těžit z nanoaditiv, která pomáhají snižovat tření a opotřebení. Je však zásadní, aby nanoaditiva, jako jsou nanočástice, grafenové monovrstvy nebo nanosféry typu jádro-obal, byla v mazivu rovnoměrně dispergována na jednotlivé částice. Ultrazvuková disperze se osvědčila jako spolehlivá a účinná metoda míchání, která zajišťuje homogenní distribuci nanočástic a zabraňuje agregaci.
Jak dispergovat nanoaditiva v mazacích kapalinách? – Pomocí ultrazvuku!
Použití nanoaditiv v mazivech je považováno za jednu z nejúčinnějších metod zlepšení tribologických vlastností, která snižuje tření a opotřebení. Takové tribologické zlepšení výrazně přispívá k úspoře energie a snížení emisí, a tím snižuje dopad na životní prostředí.
Výzva nanovylepšených maziv spočívá v míchání: Nanomateriály, jako jsou nanočástice nebo krystalická nanocelulóza, vyžadují cílené vysokosmykové míchače, které nanomateriály rovnoměrně dispergují a rozplétají na jednotlivé částice. Sonikace pomocí vysoce výkonných ultrazvukových sond vytváří jedinečná energeticky hustá pole, prokázala svou převahu při zpracování nanomateriálů, a je proto zavedenou metodou pro výrobu nanodisperzí.
Molseh et al. (2009) prokázali, že disperzní stabilita tří různých nanočástic (disulfidu molybdeničitého (MoS2), disulfidu wolframičitého (WS2) a hexagonálního nitridu boru (hBN)) v CIMFLO 20 byla při ultrazvukovém ošetření lepší než při mechanickém třepání a míchání. Protože ultrazvuková kavitace vytváří jedinečné energeticky husté podmínky, překonává sonikace sondového typu konvenční dispergační techniky v účinnosti i efektivitě.
Vlastnosti nanočástic, jako je velikost, tvar a koncentrace, ovlivňují jejich tribologické vlastnosti. Zatímco ideální nanovelikost se liší v závislosti na materiálu, většina nanočástic vykazuje nejvyšší funkčnost v rozmezí deseti až sta nanometrů. Ideální koncentrace nanoaditiv v mazacím oleji se většinou pohybuje v rozmezí 0,1–5,0% .
Oxidové nanočástice, jako je Al2O3, CuO nebo ZnO, se široce používají jako nanočástice zlepšující tribologické vlastnosti maziv. Mezi další aditiva patří bezpopelová aditiva, iontové kapaliny, estery kyseliny borité, anorganické nanomateriály a nanostruktury na bázi uhlíku, jako jsou uhlíkové nanotrubice (CNT), grafit a grafen. Specifická aditiva se používají ke zlepšení specifických vlastností mazacích olejů. Například maziva chránící proti opotřebení obsahují vysokotlaká aditiva, jako je disulfid molybdeničitý, grafit, sulfurizované olefiny a komplexy dialkyldithiokarbamátů, nebo protiopotřebovávací aditiva, jako jsou triarylfosfáty a dialkyldithiofosfát zinečnatý.
Ultrazvukové homogenizátory sondového typu jsou spolehlivé míchače a používají se pro formulaci vysoce výkonných maziv. Sonikace, proslulá svou převahou při přípravě nanosuspenzí, je vysoce účinná pro průmyslovou výrobu mazacích olejů.
Přečtěte si více o ultrazvukových disperzérech pro výrobu nanomaziv!
Průmyslový ultrazvukový míchací systém pro vysokokapacitní dispergaci nanočástic do mazacích olejů.
- zlepšené tribologické vlastnosti
- rovnoměrné začlenění nanoaditiv
- maziva na bázi rostlinných olejů
- příprava tribofilmu
- kapaliny pro tváření plechů
- nanokapaliny pro vyšší účinnost chlazení
- iontové kapaliny ve vodných nebo olejových mazivech
- kapaliny pro protahování
Ultrazvuková disperze oxidu hlinitého (Al2O3) vede k výraznému zmenšení velikosti částic a rovnoměrné disperzi.
Výroba maziv s nanoaditivy
Pro výrobu nanovyztužených mazacích olejů jsou zásadní vhodný nanomateriál a výkonná, účinná dispergační technika. Bez spolehlivé a dlouhodobě stabilní nanodisperze nelze vyrobit vysoce výkonné mazivo.
Ultrazvukové míchání a dispergace je zavedenou metodou pro výrobu vysoce výkonných maziv. Základový olej maziv se vyztužuje aditivy, jako jsou nanomateriály, polymery, inhibitory koroze, antioxidanty a další jemné agregáty. Ultrazvukové smykové síly jsou vysoce účinné při dosahování velmi jemné distribuce velikosti částic. Ultrazvukové (sonomechanické) síly dokážou rozemlít i primární částice a používají se k funkcionalizaci částic, takže výsledné nanočástice nabízejí vynikající vlastnosti (např. modifikace povrchu, NP typu jádro-obal, dopované NP).
Ultrazvukové vysokosmykové míchače mohou výrazně pomoci efektivně vyrábět vysoce výkonná maziva!
Olejová směs s dialkyldithiofosfátem zinečnatým (ZDDP) a povrchově modifikovanými nanočásticemi PTFE (PHGM) po ultrazvukové disperzi.
(Studie a obrázek: Sharma et al., 2017)
Nová nanoaditiva v mazacích olejích
Nová aditiva o nanorozměrech se vyvíjejí s cílem dále zlepšit funkční vlastnosti a výkonnost mazacích olejů a plastických maziv. Například celulózové nanokrystaly (CNC) se zkoumají a testují pro formulaci ekologických maziv. Zakani et al. (2022) prokázali, že – ve srovnání s nesonikovanými mazacími suspenzemi – mohou sonikovaná maziva s CNC snížit COF (koeficient tření) a opotřebení téměř o 25, resp. 30%. Výsledky této studie naznačují, že zpracování sonikací může výrazně zlepšit mazací výkonnost vodných suspenzí CNC.
Vysoce výkonné ultrazvukové disperzéry pro výrobu maziv
Když se nanoaditiva používají v průmyslových výrobních procesech, jako je výroba mazacích olejů, je zásadní, aby byly suché prášky (tj. nanomateriály) homogenně vmíchány do kapalné fáze (mazacího oleje). Disperze nanočástic vyžaduje spolehlivou a účinnou techniku míchání, která dodá dostatek energie k rozbití aglomerátů, aby se uvolnily vlastnosti částic v nanoměřítku. Sonikátory jsou dobře známé jako výkonné a spolehlivé disperzéry, a proto se používají k deaglomeraci a homogenní distribuci různých materiálů, jako je oxid hlinitý, nanotrubice, grafen, minerály a mnoho dalších materiálů, do kapalné fáze, jako jsou minerální, syntetické nebo rostlinné oleje. Hielscher Ultrasonics navrhuje, vyrábí a distribuuje vysoce výkonné ultrazvukové disperzéry pro všechny druhy homogenizačních a deaglomeračních aplikací.
Kontaktujte nás nyní a dozvíte se více o ultrazvukové disperzi nanoaditiv v mazivech!
Níže uvedená tabulka uvádí orientační zpracovatelskou kapacitu našich sonikátorů:
| Objem dávky | Průtok | Doporučená zařízení |
|---|---|---|
| 1 až 500mL | 10 až 200mL/min | UP100H |
| 10 až 2000mL | 20 až 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 až 20L | 0,2 až 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100L | 2 až 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 až 150L | 3 až 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 až 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | větší | klastr zařízení UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Zeptejte se nás!
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchací aplikace, dispergaci, emulgaci a extrakci v laboratorním, pilotním a průmyslovém měřítku.
Nanomaziva PTFE 7 dní po přípravě (A: základový olej, B: nanomazivo PTFE sonikované 1 h, C: nanomazivo PTFE sonikované 30 min.).
(Studie a obrázek: © Kumar et al., 2013)
Vliv sonikace na disperzní stabilitu Al2O3 v mazivech.
(Studie a graf: © Sharif et al., 2017)
Zajímavá fakta
Co jsou maziva?
Hlavním účelem maziv neboli mazacích olejů je snižovat tření a opotřebení způsobené mechanickým kontaktem a také teplo. V závislosti na použití a složení se maziva dělí na motorové oleje, kapaliny pro převodová ústrojí, hydraulické kapaliny, převodové oleje a průmyslová maziva.
Maziva se proto široce používají v motorových vozidlech i v průmyslových strojích. Pro zajištění dobrého mazání obsahují mazací oleje obvykle 90% základového oleje (většinou ropných frakcí, tj. minerálních olejů) a méně než 10% aditiv. Pokud se minerální oleje nepoužívají, lze jako alternativní základové oleje použít rostlinné oleje nebo syntetické kapaliny, jako jsou hydrogenované polyolefiny, estery, silikony, fluorované uhlovodíky a mnoho dalších. Hlavním účelem maziv je snižovat tření a opotřebení způsobené mechanickým kontaktem a také snižovat třecí teplo a energetické ztráty. Maziva se proto široce používají v motorových vozidlech i v průmyslových strojích.
Antioxidační látky, jako jsou aminické a fenolické primární antioxidanty, přírodní kyseliny, rozkladače peroxidů a pyraziny, prodlužují životnost maziv zvýšením oxidační odolnosti. Základový olej je tak chráněn před tepelnou degradací, protože termooxidační rozklad probíhá v omezené a zpožděné míře.
Typy maziv
Kapalná maziva: Kapalná maziva jsou obecně založena na jednom typu základového oleje. K tomuto základovému oleji se často přidávají další látky za účelem zlepšení funkčnosti a výkonnosti. Mezi typická aditiva patří například voda, minerální olej, lanolin, rostlinný nebo přírodní olej, nanoaditiva atd.
Většina maziv je kapalná a podle původu je lze rozdělit do dvou skupin:
- Minerální oleje: Minerální oleje jsou mazací oleje rafinované z ropy.
- Syntetické oleje: Syntetické oleje jsou mazací oleje vyráběné s použitím sloučenin, které jsou uměle modifikovány nebo syntetizovány z modifikované ropy.
Plastické mazivo je pevné nebo polotuhé mazivo, které se skládá z kapalného maziva zahuštěného dispergováním zahušťovadel. K výrobě plastického maziva se jako základové oleje používají mazací oleje, které jsou jeho hlavní složkou. Plastické mazivo obsahuje přibližně 70% až 80% mazacího oleje.
Penetrační maziva a suchá maziva jsou další typy, které se používají převážně pro specializované aplikace.
Biomaziva se vymezují především základovou kapalinou nebo celkovým environmentálním profilem, nikoli nutně tím, že je každé jednotlivé aditivum biologického původu. Biomaziva jsou běžně založena na rostlinných olejích, syntetických esterech, olejích rostlinného původu nebo jiných obnovitelných/biologicky rozložitelných základových materiálech. Stejně jako konvenční maziva však často stále vyžadují funkční aditiva ke zlepšení ochrany proti opotřebení, oxidační stability, ochrany proti korozi, viskozitního chování a únosnosti. To znamená, že biomaziva jsou definována široce na základě obnovitelného původu, biologické rozložitelnosti, nízké toxicity a environmentální výkonnosti, aniž by se vyžadovalo, aby každé aditivum bylo biologické.
Přečtěte si více o sonikaci pro formulace biomaziv!
Nanoaditiva, jako jsou výše uvedené příklady, lze pomocí ultrazvukových disperzérů úspěšně vmíchat do maziv.
Literatura / Reference
- László Vanyorek, Dávid Kiss, Ádám Prekob, Béla Fiser, Attila Potyka, Géza Németh, László Kuzsela, Dirk Drees, Attila Trohák, Béla Viskolcz (2019): Application of nitrogen doped bamboo-like carbon nanotube for development of electrically conductive lubricants. Journal of Materials Research and Technology, Volume 8, Issue 3, 2019. 3244-3250.
- Reddy, Chenga; Arumugam, S.; Venkatakrishnan, Santhanam (2019): RSM and Crow Search Algorithm-Based Optimization of Ultrasonicated Transesterification Process Parameters on Synthesis of Polyol Ester-Based Biolubricant. Arabian Journal for Science and Engineering 44, 2019.
- Zakani, Behzad; Entezami, Sohrab; Grecov, Dana; Salem, Hayder; Sedaghat, Ahmad (2022): Effect of ultrasonication on lubrication performance of cellulose nano-crystalline (CNC) suspensions as green lubricants. Carbohydrate Polymers 282(5), 2022.
- Mosleh, Mohsen; Atnafu, Neway; Belk, John; Nobles, Orval (2009): Modification of sheet metal forming fluids with dispersed nanoparticles for improved lubrication. Wear 267, 2009. 1220-1225.
- Sharma, Vinay, Johansson, Jens; Timmons, Richard; Prakash, Braham; Aswath, Pranesh (2018): Tribological Interaction of Plasma-Functionalized Polytetrafluoroethylene Nanoparticles with ZDDP and Ionic Liquids. Tribology Letters 66, 2018.
- Haijun Liu, Xianjun Hou, Xiaoxue Li, Hua Jiang, Zekun Tian, Mohamed Kamal Ahmed Ali (2020): Effect of Mixing Temperature, Ultrasonication Duration and Nanoparticles/Surfactant Concentration on the Dispersion Performance of Al2O3 Nanolubricants. Research Square 2020.
- Kumar D.M., Bijwe J., Ramakumar S.S. (2013): PTFE based nano-lubricants. Wear 306 (1–2), 2013. 80–88.
- Sharif M.Z., Azmi W.H., Redhwan A.A. M, Mamat R., Yusof T.M. (2017): Performance analysis of SiO2 /PAG nanolubricant in automotive air conditioning system. International Journal of Refrigeration 75, 2017. 204–216.
Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratorní po průmyslovou velikost.