नैनोकणों से बेहतर कार्यात्मक गुणों वाले स्नेहक
स्नेहक तेलों को नैनो-योजकों से बहुत लाभ हो सकता है, जो घर्षण और घिसाव कम करने में मदद करते हैं। हालांकि, यह अत्यंत आवश्यक है कि नैनोकण, ग्राफीन की एकल परतें या कोर-शेल नैनोगोले जैसे नैनो-योजक स्नेहक में समान रूप से और अलग-अलग कणों के रूप में परिक्षेपित हों। अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण एक विश्वसनीय और कुशल मिश्रण विधि सिद्ध हुई है, जो नैनोकणों का समांगी वितरण सुनिश्चित करती है और उनके एकत्रीकरण को रोकती है।
स्नेहक द्रवों में नैनो-योजकों का परिक्षेपण कैसे करें? – अल्ट्रासोनिक्स से!
स्नेहकों में नैनो-योजकों का उपयोग घर्षण और घिसाव कम करने वाले ट्राइबोलॉजिकल गुणों को बेहतर बनाने की सबसे प्रभावी विधियों में से एक माना जाता है। ऐसा ट्राइबोलॉजिकल सुधार ऊर्जा संरक्षण और उत्सर्जन में कमी को बहुत बढ़ावा देता है, जिससे पर्यावरणीय प्रभाव कम होता है।
नैनो-संवर्धित स्नेहकों की चुनौती मिश्रण में निहित है: नैनोकणों या क्रिस्टलीय नैनो-सेल्यूलोज़ जैसे नैनोपदार्थों के लिए केंद्रित उच्च अपरूपण बल वाले मिक्सरों की आवश्यकता होती है, जो नैनोपदार्थों को सुलझाकर अलग-अलग कणों के रूप में समान रूप से परिक्षेपित करें। अद्वितीय उच्च ऊर्जा घनत्व वाले क्षेत्र उत्पन्न करने के कारण, उच्च शक्ति वाले अल्ट्रासाउंड प्रोबों से किए जाने वाले अल्ट्रासोनिक उपचार की श्रेष्ठता नैनोपदार्थ प्रसंस्करण में सिद्ध हुई है और इसलिए यह नैनो-परिक्षेपण के लिए स्थापित विधि है।
Molseh et al. (2009) ने दिखाया कि CIMFLO 20 में तीन अलग-अलग नैनोकणों (मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड (MoS2), टंगस्टन डाइसल्फाइड (WS2), और षट्कोणीय बोरॉन नाइट्राइड (hBN)) की परिक्षेपण स्थिरता अल्ट्रासोनिक उपचार से यांत्रिक रूप से हिलाने और विलोड़न करने की तुलना में बेहतर थी। चूंकि अल्ट्रासोनिक कैविटेशन अद्वितीय उच्च ऊर्जा घनत्व वाली परिस्थितियां उत्पन्न करता है, इसलिए प्रोब-प्रकार का अल्ट्रासोनिक उपचार प्रभावशीलता और दक्षता में पारंपरिक परिक्षेपण तकनीकों से श्रेष्ठ है।
नैनोकणों के आकार, आकृति और सांद्रता जैसे गुण उनके ट्राइबोलॉजिकल गुणों को प्रभावित करते हैं। हालांकि आदर्श नैनो-आकार पदार्थ के अनुसार बदलता है, अधिकांश नैनोकण दस से सौ नैनोमीटर की सीमा में सर्वोच्च कार्यात्मक गुण प्रदर्शित करते हैं। स्नेहक तेल में नैनो-योजकों की आदर्श सांद्रता प्रायः 0.1–5.0% के बीच होती है।
Al2O3, CuO या ZnO जैसे ऑक्साइड नैनोकणों का व्यापक रूप से स्नेहकों के ट्राइबोलॉजिकल प्रदर्शन को बेहतर बनाने वाले नैनोकणों के रूप में उपयोग किया जाता है। अन्य योजकों में राखरहित योजक, आयनिक द्रव, बोरेट एस्टर, अकार्बनिक नैनोपदार्थ, कार्बन से प्राप्त नैनोसंरचनाएं जैसे कार्बन नैनोट्यूब (CNTs), ग्रेफाइट और ग्राफीन शामिल हैं। स्नेहक तेलों के विशिष्ट गुणों को बेहतर बनाने के लिए विशिष्ट योजकों का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, घिसाव रोकने वाले स्नेहकों में मोलिब्डेनम डाइसल्फाइड, ग्रेफाइट, सल्फरीकृत ओलेफिन और डाइऐल्किलडाइथियोकार्बामेट संकुल जैसे अत्यधिक दाब के लिए योजक या ट्राइएरिलफॉस्फेट और ज़िंक डाइऐल्किलडाइथियोफॉस्फेट जैसे घिसावरोधी योजक होते हैं।
अल्ट्रासोनिक प्रोब-प्रकार के होमोजेनाइज़र विश्वसनीय मिक्सर हैं और उच्च प्रदर्शन वाले स्नेहकों के सूत्रण के लिए उपयोग किए जाते हैं। नैनो-आकार के निलंबन तैयार करने में अपनी श्रेष्ठता के लिए प्रसिद्ध सोनिकेशन, स्नेहक तेलों के औद्योगिक निर्माण के लिए अत्यधिक कुशल है।
नैनो-स्नेहक उत्पादन के लिए अल्ट्रासोनिक परिक्षेपकों के बारे में और पढ़ें!
स्नेहक तेलों में नैनोकणों के उच्च प्रसंस्करण क्षमता वाले परिक्षेपण के लिए औद्योगिक अल्ट्रासोनिक मिश्रण प्रणाली।
- बेहतर ट्राइबोलॉजिकल प्रदर्शन
- नैनो-योजकों का एकसमान समावेशन
- वनस्पति तेल आधारित स्नेहक
- ट्राइबोफिल्म की तैयारी
- धातु की चादरों को आकार देने के लिए द्रव
- बेहतर शीतलन प्रभावशीलता के लिए नैनोद्रव
- जलीय या तेल आधारित स्नेहक में आयनिक द्रव
- ब्रोचिंग द्रव
एल्युमिनियम ऑक्साइड (Al2O3) के अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण से कण आकार में उल्लेखनीय कमी और एकसमान परिक्षेपण प्राप्त होता है।
नैनो-योजकों वाले स्नेहकों का निर्माण
नैनो-सुदृढ़ीकृत स्नेहन तेलों के उत्पादन के लिए उपयुक्त नैनो-सामग्री और एक शक्तिशाली, कुशल परिक्षेपण तकनीक अत्यंत आवश्यक हैं। विश्वसनीय और लंबे समय तक स्थिर रहने वाले नैनो-परिक्षेपण के बिना उच्च प्रदर्शन वाला स्नेहक निर्मित नहीं किया जा सकता।
अल्ट्रासोनिक मिश्रण और परिक्षेपण उच्च प्रदर्शन वाले स्नेहकों के उत्पादन की एक स्थापित विधि है। स्नेहकों के आधार तेल को नैनो-सामग्रियों, बहुलकों, संक्षारण अवरोधकों, एंटीऑक्सीडेंटों और अन्य महीन समुच्चयों जैसे योजकों से सुदृढ़ किया जाता है। अल्ट्रासोनिक अपरूपण बल अत्यंत महीन कण आकार वितरण प्रदान करने में अत्यधिक कुशल हैं। अल्ट्रासोनिक (ध्वनि-यांत्रिक) बल प्राथमिक कणों को भी पीसने में सक्षम हैं और कणों के क्रियात्मककरण के लिए उपयोग किए जाते हैं, ताकि परिणामी नैनोकण बेहतर विशेषताएँ प्रदान करें (जैसे सतह संशोधन, कोर-शेल नैनोकण, डोप किए गए नैनोकण)।
अल्ट्रासोनिक उच्च-अपरूपण मिक्सर उच्च प्रदर्शन वाले स्नेहकों को कुशलतापूर्वक निर्मित करने में बहुत मदद कर सकते हैं!
अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण के बाद जिंक डाइऐल्किलडाइथियोफॉस्फेट (ZDDP) और सतह-संशोधित PTFE नैनोकणों (PHGM) वाला तेल मिश्रण।
(अध्ययन और चित्र: Sharma et al., 2017)
स्नेहन तेलों में नवीन नैनो-योजक
स्नेहन तेलों और ग्रीस की कार्यक्षमताओं तथा प्रदर्शन को और बेहतर बनाने के लिए नवीन नैनो-आकार के योजक विकसित किए जा रहे हैं। उदाहरण के लिए, पर्यावरण-अनुकूल स्नेहकों के सूत्रीकरण हेतु सेलुलोज नैनो-क्रिस्टलों (CNCs) पर शोध और परीक्षण किए जा रहे हैं। Zakani et al. (2022) ने प्रदर्शित किया कि – सोनिकेशन न किए गए स्नेहक निलंबनों की तुलना में – सोनिकेशन किए गए CNC स्नेहक COF (घर्षण गुणांक) और घिसाव को क्रमशः लगभग 25 और 30% कम कर सकते थे। इस अध्ययन के परिणाम संकेत देते हैं कि अल्ट्रासोनिक प्रसंस्करण CNC के जलीय निलंबनों के स्नेहन प्रदर्शन में उल्लेखनीय सुधार कर सकता है।
स्नेहक निर्माण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक परिक्षेपक
जब स्नेहन तेलों के उत्पादन जैसी औद्योगिक निर्माण प्रक्रियाओं में नैनो-योजकों का उपयोग किया जाता है, तो सूखे पाउडरों (अर्थात नैनो-सामग्रियों) को द्रव प्रावस्था (स्नेहन तेल) में समरूप ढंग से मिलाना अत्यंत आवश्यक होता है। नैनोकण परिक्षेपण के लिए एक विश्वसनीय और प्रभावी मिश्रण तकनीक की आवश्यकता होती है, जो नैनो-स्तरीय कणों के गुणों का लाभ प्राप्त करने हेतु उनके गुच्छों को तोड़ने के लिए पर्याप्त ऊर्जा लगाए। अल्ट्रासोनिकेटर शक्तिशाली और विश्वसनीय परिक्षेपकों के रूप में प्रसिद्ध हैं, इसलिए उनका उपयोग ऐलुमिनियम ऑक्साइड, नैनोट्यूब, ग्राफीन, खनिजों और कई अन्य सामग्रियों के गुच्छों को तोड़ने तथा उन्हें खनिज, सिंथेटिक या वनस्पति तेलों जैसी द्रव प्रावस्था में समरूप ढंग से वितरित करने के लिए किया जाता है। Hielscher Ultrasonics सभी प्रकार के समांगीकरण और कणों के गुच्छों को तोड़ने संबंधी अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक परिक्षेपकों का डिज़ाइन, निर्माण और वितरण करता है।
स्नेहकों में नैनो-योजकों के अल्ट्रासोनिक परिक्षेपण के बारे में अधिक जानने के लिए अभी हमसे संपर्क करें!
नीचे दी गई तालिका हमारे अल्ट्रासोनिकेटरों की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच आयतन | प्रवाह दर | अनुशंसित उपकरण |
|---|---|---|
| 1 से 500mL | 10 से 200mL/min | UP100H |
| 10 से 2000mL | 20 से 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20L | 0.2 से 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 से 100L | 2 से 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 से 150L | 3 से 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 से 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | अधिक | समूह में व्यवस्थित UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर मिश्रण अनुप्रयोगों, परिक्षेपण, पायसीकरण और निष्कर्षण के लिए उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बनाता है।
तैयार किए जाने के 7 दिन बाद PTFE नैनोस्नेहक (A: आधार तेल, B: 1 घंटे के अल्ट्रासोनिकेशन वाला PTFE नैनोस्नेहक, C: 30 मिनट के अल्ट्रासोनिकेशन वाला PTFE नैनोस्नेहक)।
(अध्ययन और चित्र: © Kumar et al., 2013)
स्नेहकों में Al2O3 की परिक्षेपण स्थिरता पर अल्ट्रासोनिकेशन का प्रभाव।
(अध्ययन और आलेख: © Sharif et al., 2017)
जानने योग्य तथ्य
स्नेहक क्या हैं?
स्नेहकों या स्नेहन तेलों का मुख्य उपयोग यांत्रिक संपर्क से होने वाले घर्षण और घिसाव के साथ-साथ ऊष्मा को कम करना है। उपयोग और संरचना के आधार पर स्नेहकों को इंजन तेलों, ट्रांसमिशन द्रवों, हाइड्रोलिक द्रवों, गियर तेलों और औद्योगिक स्नेहकों में विभाजित किया जाता है।
इसलिए, स्नेहकों का मोटर वाहनों के साथ-साथ औद्योगिक मशीनरी में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। अच्छा स्नेहन प्रदान करने के लिए, स्नेहन तेलों में आमतौर पर 90% आधार तेल (अधिकतर पेट्रोलियम अंश, अर्थात खनिज तेल) और 10% से कम योजक होते हैं। जब खनिज तेलों का उपयोग नहीं किया जाता है, तो वनस्पति तेलों या हाइड्रोजनीकृत पॉलीओलेफिन, एस्टर, सिलिकोन, फ्लोरोकार्बन और कई अन्य संश्लेषित द्रवों का उपयोग वैकल्पिक आधार तेलों के रूप में किया जा सकता है। स्नेहकों का मुख्य उपयोग यांत्रिक संपर्क से होने वाले घर्षण और घिसाव को कम करना तथा घर्षणजनित ऊष्मा और ऊर्जा हानि को घटाना है। इसलिए, स्नेहकों का मोटर वाहनों के साथ-साथ औद्योगिक मशीनरी में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
अमीनिक और फीनोलिक प्राथमिक प्रतिऑक्सीकारक, प्राकृतिक अम्ल, पेरॉक्साइड अपघटक और पाइराज़ीन जैसे ऑक्सीकरणरोधी पदार्थ ऑक्सीकरण प्रतिरोध बढ़ाकर स्नेहकों का जीवन चक्र बढ़ाते हैं। इससे आधार तेल ऊष्मीय क्षरण से सुरक्षित रहता है, क्योंकि ऊष्मीय-ऑक्सीकरणजनित अपघटन कम मात्रा में और देर से होता है।
स्नेहकों के प्रकार
तरल स्नेहक: तरल स्नेहक सामान्यतः एक प्रकार के आधार तेल पर आधारित होते हैं। कार्यक्षमता और प्रदर्शन में सुधार के लिए इस आधार तेल में अक्सर अन्य पदार्थ मिलाए जाते हैं। सामान्य योजकों में, उदाहरण के लिए, पानी, खनिज तेल, लैनोलिन, वनस्पति या प्राकृतिक तेल, नैनो-योजक आदि शामिल हैं।
अधिकांश स्नेहक तरल होते हैं, और उनकी उत्पत्ति के अनुसार उन्हें दो समूहों में वर्गीकृत किया जा सकता है:
- खनिज तेल: खनिज तेल कच्चे तेल से परिष्कृत किए गए स्नेहन तेल होते हैं।
- संश्लेषित तेल: संश्लेषित तेल वे स्नेहन तेल होते हैं जिन्हें ऐसे यौगिकों का उपयोग करके बनाया जाता है जो कृत्रिम रूप से संशोधित किए गए हों या संशोधित पेट्रोलियम से संश्लेषित किए गए हों।
स्नेहक ग्रीस एक ठोस या अर्धठोस स्नेहक है, जिसमें एक तरल स्नेहक होता है जिसे गाढ़ा करने वाले पदार्थों का उसमें परिक्षेपण करके गाढ़ा किया जाता है। स्नेहक ग्रीस के उत्पादन में स्नेहन तेलों का उपयोग आधार तेलों के रूप में किया जाता है और वे इसके मुख्य घटक होते हैं। स्नेहक ग्रीस में लगभग 70% से 80% स्नेहन तेल होता है।
प्रवेशी स्नेहक और शुष्क स्नेहक अन्य प्रकार हैं, जिनका उपयोग अधिकतर विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है।
जैवस्नेहक मुख्य रूप से आधार द्रव या समग्र पर्यावरणीय विशेषताओं को संदर्भित करते हैं, न कि आवश्यक रूप से प्रत्येक योजक के जैविक स्रोत से प्राप्त होने को। जैवस्नेहक सामान्यतः वनस्पति तेलों, संश्लेषित एस्टरों, पादपों से प्राप्त तेलों या अन्य नवीकरणीय/जैवअपघटनीय आधार पदार्थों पर आधारित होते हैं। हालांकि, पारंपरिक स्नेहकों की तरह, उन्हें भी अक्सर घिसाव से सुरक्षा, ऑक्सीकरण स्थिरता, संक्षारण से सुरक्षा, श्यानता व्यवहार और भार वहन क्षमता में सुधार के लिए कार्यात्मक योजकों की आवश्यकता होती है। इसका अर्थ है कि जैवस्नेहकों को व्यापक रूप से नवीकरणीय उत्पत्ति, जैवअपघटनीयता, कम विषाक्तता और पर्यावरणीय प्रदर्शन के आधार पर परिभाषित किया जाता है, न कि इस आवश्यकता के आधार पर कि प्रत्येक योजक जैविक हो।
जैवस्नेहक फ़ॉर्मूलेशन के लिए सोनिकेशन के बारे में और पढ़ें!
ऊपर उदाहरण के रूप में सूचीबद्ध नैनो-योजकों को अल्ट्रासोनिक परिक्षेपकों का उपयोग करके स्नेहकों में सफलतापूर्वक मिलाया जा सकता है।
साहित्य / संदर्भ
- 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 प्रयोगशाला से लेकर औद्योगिक आकार तक के उच्च प्रदर्शन वाले अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र का निर्माण करता है।