Smøremidler med nanopartikelforbedrede funktionelle egenskaber

Smøreolier kan have stor gavn af nanoadditiver, som hjælper med at reducere friktion og slid. Det er dog afgørende, at nanoadditiver såsom nanopartikler, grafenmonolag eller kerne-skal-nanosfærer er ensartet dispergeret som enkeltpartikler i smøremidlet. Ultralydsdispergering har vist sig at være en pålidelig og effektiv blandingsmetode, som sikrer en homogen fordeling af nanopartikler og forhindrer aggregering.

Hvordan dispergeres nanoadditiver i smørevæsker? – Med ultralyd!

Brugen af nanoadditiver i smøremidler betragtes som en af de mest effektive metoder til at forbedre de tribologiske egenskaber og dermed reducere friktion og slid. En sådan tribologisk forbedring bidrager i høj grad til energibesparelser og emissionsreduktion og mindsker dermed miljøpåvirkningen.
Udfordringen ved nanoforbedrede smøremidler ligger i blandingen: Nanomaterialer såsom nanopartikler eller krystallinsk nanocellulose kræver mixere med fokuserede, høje forskydningskræfter, som ensartet dispergerer nanomaterialerne og adskiller dem til enkeltpartikler. Ved at skabe unikke felter med høj energitæthed har sonikering med ultralydssonder med høj effekt vist sig at være overlegen til behandling af nanomaterialer og er derfor den etablerede metode til nanodispergering.
Molseh et al. (2009) viste, at dispersionsstabiliteten for tre forskellige nanopartikler (molybdændisulfid (MoS2), wolframdisulfid (WS2) og hexagonalt bornitrid (hBN)) i CIMFLO 20 ved ultralydsbehandling var bedre end ved mekanisk rystning og omrøring. Da ultralydskavitation skaber unikke forhold med høj energitæthed, overgår sonikering med sonder konventionelle dispergeringsteknikker med hensyn til virkning og effektivitet.
Nanopartiklers karakteristika såsom størrelse, form og koncentration påvirker deres tribologiske egenskaber. Selvom den ideelle nanostørrelse varierer afhængigt af materialet, udviser de fleste nanopartikler de bedste funktionelle egenskaber i området fra ti til hundrede nanometer. Den ideelle koncentration af nanoadditiver i smøreolie ligger som regel mellem 0,1–5,0% .
Oxidnanopartikler såsom Al2O3, CuO eller ZnO anvendes i vid udstrækning som nanopartikler, der forbedrer smøremidlers tribologiske ydeevne. Andre additiver omfatter askefri additiver, ioniske væsker, boratestere, uorganiske nanomaterialer og kulstofbaserede nanostrukturer såsom kulstofnanorør (CNTs), grafit og grafen. Specifikke additiver anvendes til at forbedre specifikke egenskaber ved smøreolier. For eksempel indeholder slidforebyggende smøremidler højtryksadditiver såsom molybdændisulfid, grafit, svovlede olefiner og dialkyldithiocarbamatkomplekser eller slidbeskyttende additiver såsom triarylfosfater og zinkdialkyldithiophosphat.
Ultralydshomogenisatorer med sonder er pålidelige mixere og anvendes til formulering af højtydende smøremidler. Sonikering er kendt for at være overlegen ved fremstilling af suspensioner med partikler i nanostørrelse og er yderst effektiv til industriel fremstilling af smøreolier.
 
Læs mere om ultralydsdispergatorer til produktion af nanosmøremidler!
 

Ultralydsdispergering af aluminiumoxid (Al2O3) resulterer i en betydelig reduktion af partikelstørrelsen og ensartet dispergering.

Fremstilling af smøremidler med nanoadditiver

Til produktion af nanoforstærkede smøreolier er et egnet nanomateriale og en kraftig, effektiv dispergeringsteknik afgørende. Uden en pålidelig og langtidsstabil nanodispersion kan der ikke fremstilles et højtydende smøremiddel.
Blanding og dispergering med ultralyd er en etableret metode til produktion af højtydende smøremidler. Smøremidlers basisolie forstærkes med additiver såsom nanomaterialer, polymerer, korrosionsinhibitorer, antioxidanter og andre fine aggregater. Ultralydens forskydningskræfter er yderst effektive til at opnå en meget fin partikelstørrelsesfordeling. Ultralydskræfter (sonomekaniske kræfter) kan findele selv primærpartikler og anvendes til at funktionalisere partikler, så de resulterende nanopartikler har overlegne egenskaber (f.eks. overflademodifikation, kerne-skal-nanopartikler, doterede nanopartikler).
Ultralydsmixere med høje forskydningskræfter kan i høj grad hjælpe med at fremstille højtydende smøremidler effektivt!

Nye nanoadditiver i smøreolier

Nye additiver i nanostørrelse udvikles for yderligere at forbedre smøreoliers og smørefedters funktionelle egenskaber og ydeevne. For eksempel undersøges og testes cellulosenanokrystaller (CNCs) til formulering af grønne smøremidler. Zakani et al. (2022) viste, at sonikerede CNC-smøremidler – sammenlignet med ikke-sonikerede smørende suspensioner – kunne reducere COF (friktionskoefficienten) og slid med henholdsvis næsten 25 og 30%. Resultaterne af dette studie tyder på, at behandling med sonikering kan forbedre vandige CNC-suspensioners smøreevne betydeligt.

Højtydende ultralydsdispergatorer til fremstilling af smøremidler

Når nanoadditiver anvendes i industrielle fremstillingsprocesser såsom produktion af smøreolier, er det afgørende, at tørre pulvere (dvs. nanomaterialer) blandes homogent ind i en væskefase (smøreolie). Dispergering af nanopartikler kræver en pålidelig og effektiv blandingsteknik, som tilfører tilstrækkelig energi til at bryde agglomerater og dermed frigøre egenskaberne ved partikler i nanoskala. Sonikeringsapparater er velkendte som kraftige og pålidelige dispergatorer og anvendes derfor til at deagglomerere og fordele forskellige materialer såsom aluminiumoxid, nanorør, grafen, mineraler og mange andre materialer homogent i en væskefase såsom mineralske, syntetiske eller vegetabilske olier. Hielscher Ultrasonics designer, fremstiller og distribuerer højtydende ultralydsdispergatorer til alle former for homogeniserings- og deagglomereringsopgaver.
Kontakt os nu for at få mere at vide om ultralydsdispergering af nanoadditiver i smøremidler!

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores sonikeringsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: