Pelumas dengan Fungsionalitas yang Ditingkatkan oleh Nanopartikel
Minyak pelumas dapat memperoleh manfaat besar dari aditif nano, yang membantu mengurangi gesekan dan keausan. Namun, sangat penting agar aditif nano seperti nanopartikel, lapisan tunggal grafena, atau nanosfer inti–selubung terdispersi secara merata dan sebagai partikel individual di dalam pelumas. Dispersi ultrasonik telah terbukti sebagai metode pencampuran yang andal dan efisien, yang menghasilkan distribusi nanopartikel yang homogen dan mencegah agregasi.
Bagaimana Cara Mendispersikan Aditif Nano dalam Cairan Pelumas? – Dengan Ultrasonik!
Penggunaan aditif nano dalam pelumas dianggap sebagai salah satu metode paling efektif untuk meningkatkan karakteristik tribologis dengan mengurangi gesekan dan keausan. Peningkatan tribologis tersebut sangat meningkatkan penghematan energi dan pengurangan emisi, sehingga mengurangi dampak lingkungan.
Tantangan pelumas yang ditingkatkan dengan bahan nano terletak pada pencampurannya: material nano seperti nanopartikel atau nanoselulosa kristalin memerlukan pencampur bergaya geser tinggi yang terfokus untuk mendispersikan dan menguraikan material nano secara merata menjadi partikel individual. Dengan menciptakan medan berkerapatan energi tinggi yang unik, sonikasi menggunakan probe ultrasonik berdaya tinggi telah terbukti unggul dalam pemrosesan material nano dan karenanya menjadi metode yang mapan untuk dispersi nano.
Molseh et al. (2009) menunjukkan bahwa stabilitas dispersi tiga nanopartikel berbeda (molibdenum disulfida (MoS2), tungsten disulfida (WS2), dan boron nitrida heksagonal (hBN)) dalam CIMFLO 20 dengan perlakuan ultrasonik lebih baik daripada dengan pengocokan dan pengadukan mekanis. Karena kavitasi ultrasonik menciptakan kondisi berkerapatan energi tinggi yang unik, sonikasi tipe probe mengungguli teknik dispersi konvensional dalam efektivitas dan efisiensi.
Karakteristik nanopartikel seperti ukuran, bentuk, dan konsentrasi memengaruhi sifat tribologisnya. Meskipun ukuran nano yang ideal bervariasi bergantung pada materialnya, sebagian besar nanopartikel menunjukkan fungsionalitas tertinggi dalam rentang sepuluh hingga seratus nanometer. Konsentrasi ideal aditif nano dalam minyak pelumas umumnya antara 0,1–5,0% .
Nanopartikel oksida seperti Al2O3, CuO, atau ZnO banyak digunakan sebagai nanopartikel yang meningkatkan kinerja tribologis pelumas. Aditif lainnya meliputi aditif tanpa abu, cairan ionik, ester borat, material nano anorganik, struktur nano turunan karbon seperti tabung nano karbon (CNT), grafit, dan grafena. Aditif tertentu digunakan untuk meningkatkan sifat tertentu dari minyak pelumas. Misalnya, pelumas pencegah keausan mengandung aditif tekanan ekstrem seperti molibdenum disulfida, grafit, olefin tersulfurisasi, dan kompleks dialkilditiokarbamat, atau aditif antikeausan seperti triarilfosfat dan seng dialkilditiofosfat.
Homogenizer ultrasonik tipe probe merupakan pencampur yang andal dan digunakan untuk formulasi pelumas berkinerja tinggi. Dikenal unggul dalam pembuatan suspensi berukuran nano, sonikasi sangat efisien untuk produksi minyak pelumas secara industri.
Baca selengkapnya tentang pendispersi ultrasonik untuk produksi pelumas nano!
Sistem pencampuran ultrasonik industri untuk dispersi nanopartikel ke dalam minyak pelumas dengan kapasitas pemrosesan yang tinggi.
- peningkatan kinerja tribologis
- pencampuran aditif nano secara merata
- pelumas berbasis minyak nabati
- pembuatan tribofilm
- cairan pembentuk lembaran logam
- nanofluida untuk meningkatkan efektivitas pendinginan
- cairan ionik dalam pelumas berbasis air atau minyak
- cairan untuk proses broaching
Dispersi ultrasonik aluminium oksida (Al2O3) menghasilkan pengurangan ukuran partikel yang signifikan dan dispersi yang merata.
Produksi Pelumas dengan Aditif Nano
Untuk produksi minyak pelumas yang diperkuat dengan bahan nano, material nano yang sesuai serta teknik dispersi yang kuat dan efisien sangatlah penting. Tanpa dispersi nano yang andal dan stabil dalam jangka panjang, pelumas berkinerja tinggi tidak dapat diproduksi.
Pencampuran dan pendispersian ultrasonik merupakan metode yang mapan untuk produksi pelumas berkinerja tinggi. Minyak dasar pelumas diperkuat dengan aditif seperti material nano, polimer, inhibitor korosi, antioksidan, dan agregat halus lainnya. Gaya geser ultrasonik sangat efisien dalam menghasilkan distribusi ukuran partikel yang sangat halus. Gaya ultrasonik (sonomekanis) mampu menggiling bahkan partikel primer dan diterapkan untuk memfungsionalisasi partikel, sehingga nanopartikel yang dihasilkan menawarkan karakteristik unggul (misalnya modifikasi permukaan, nanopartikel inti–selubung, nanopartikel terdoping).
Pencampur ultrasonik bergaya geser tinggi dapat sangat membantu memproduksi pelumas berkinerja tinggi secara efisien!
Campuran minyak dengan seng dialkilditiofosfat (ZDDP) dan nanopartikel PTFE dengan permukaan termodifikasi (PHGM) setelah dispersi ultrasonik.
(Studi dan gambar: Sharma et al., 2017)
Aditif Nano Baru dalam Minyak Pelumas
Aditif baru berukuran nano dikembangkan untuk lebih meningkatkan fungsionalitas dan kinerja minyak pelumas serta gemuk pelumas. Misalnya, nanokristal selulosa (CNC) diteliti dan diuji untuk formulasi pelumas ramah lingkungan. Zakani et al. (2022) menunjukkan bahwa – dibandingkan dengan suspensi pelumas yang tidak disonikasi – pelumas CNC yang disonikasi dapat menurunkan COF (koefisien gesekan) dan keausan masing-masing hampir 25 dan 30%. Hasil studi ini menunjukkan bahwa pemrosesan dengan sonikasi dapat meningkatkan kinerja pelumasan suspensi CNC berbasis air secara signifikan.
Pendispersi Ultrasonik Berkinerja Tinggi untuk Produksi Pelumas
Ketika aditif nano digunakan dalam proses produksi industri seperti produksi minyak pelumas, sangat penting agar serbuk kering (yaitu material nano) tercampur secara homogen ke dalam fase cair (minyak pelumas). Dispersi nanopartikel memerlukan teknik pencampuran yang andal dan efektif, yang menerapkan energi cukup untuk memecah aglomerat guna memaksimalkan sifat partikel berskala nano. Sonikator dikenal sebagai pendispersi yang kuat dan andal, sehingga digunakan untuk melakukan deaglomerasi dan mendistribusikan berbagai material seperti aluminium oksida, tabung nano, grafena, mineral, dan banyak material lainnya secara homogen ke dalam fase cair seperti minyak mineral, sintetis, atau nabati. Hielscher Ultrasonics merancang, memproduksi, dan mendistribusikan pendispersi ultrasonik berkinerja tinggi untuk segala jenis aplikasi homogenisasi dan deaglomerasi.
Hubungi kami sekarang untuk mengetahui lebih lanjut tentang dispersi ultrasonik aditif nano dalam pelumas!
Tabel di bawah ini memberikan gambaran perkiraan kapasitas pemrosesan sonikator kami:
| Volume Batch | Laju Alir | Perangkat yang Direkomendasikan |
|---|---|---|
| 1 hingga 500mL | 10 hingga 200mL/min | UP100H |
| 10 hingga 2000mL | 20 hingga 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 hingga 20L | 0,2 hingga 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 hingga 100L | 2 hingga 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 hingga 150L | 3 hingga 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 hingga 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lebih besar | kelompok unit UIP16000 |
Hubungi Kami! / Tanyakan kepada Kami!
Hielscher Ultrasonics memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi pencampuran, dispersi, emulsifikasi, dan ekstraksi pada skala laboratorium, pilot, dan industri.
Pelumas nano PTFE 7 hari setelah pembuatan (A: minyak dasar, B: pelumas nano PTFE dengan sonikasi selama 1 hr, C: pelumas nano PTFE dengan sonikasi selama 30 min.).
(Studi dan gambar: © Kumar et al., 2013)
Pengaruh sonikasi terhadap stabilitas dispersi Al2O3 dalam pelumas.
(Studi dan grafik: © Sharif et al., 2017)
Fakta yang Perlu Diketahui
Apa Itu Pelumas?
Kegunaan utama pelumas atau minyak pelumas adalah mengurangi gesekan dan keausan akibat kontak mekanis serta panas. Berdasarkan penggunaan dan komposisinya, pelumas dibagi menjadi oli mesin, cairan transmisi, cairan hidraulik, oli roda gigi, dan pelumas industri.
Oleh karena itu, pelumas banyak digunakan pada kendaraan bermotor maupun mesin industri. Untuk menghasilkan pelumasan yang baik, minyak pelumas biasanya mengandung 90% minyak dasar (sebagian besar fraksi minyak bumi, yaitu minyak mineral) dan kurang dari 10% aditif. Jika minyak mineral dihindari, minyak nabati atau cairan sintetis seperti poliolefin terhidrogenasi, ester, silikon, fluorokarbon, dan banyak lainnya dapat digunakan sebagai minyak dasar alternatif. Kegunaan utama pelumas adalah mengurangi gesekan dan keausan akibat kontak mekanis serta menurunkan panas akibat gesekan dan kehilangan energi. Oleh karena itu, pelumas banyak digunakan pada kendaraan bermotor maupun mesin industri.
Zat antioksidatif seperti antioksidan primer amina dan fenolik, asam alami, pengurai peroksida, dan pirazina memperpanjang siklus hidup pelumas dengan meningkatkan ketahanan terhadap oksidasi. Dengan demikian, minyak dasar terlindungi dari degradasi panas karena penguraian termo-oksidatif berkurang dan tertunda.
Jenis Pelumas
Pelumas cair: Pelumas cair umumnya berbasis satu jenis minyak dasar. Zat lain sering ditambahkan ke minyak dasar ini untuk meningkatkan fungsionalitas dan kinerja. Aditif yang umum meliputi, misalnya, air, minyak mineral, lanolin, minyak nabati atau alami, aditif nano, dan sebagainya.
Sebagian besar pelumas berbentuk cair dan dapat diklasifikasikan menurut asalnya menjadi dua kelompok:
- Minyak mineral: Minyak mineral adalah minyak pelumas yang dimurnikan dari minyak mentah.
- Minyak sintetis: Minyak sintetis adalah minyak pelumas yang diproduksi menggunakan senyawa yang dimodifikasi secara buatan atau disintesis dari minyak bumi yang dimodifikasi.
Gemuk pelumas adalah pelumas padat atau semipadat yang terdiri atas pelumas cair yang dikentalkan dengan mendispersikan zat pengental ke dalamnya. Untuk memproduksi gemuk pelumas, minyak pelumas digunakan sebagai minyak dasar dan merupakan bahan utama. Gemuk pelumas mengandung sekitar 70% hingga 80% minyak pelumas.
Pelumas penetrasi dan pelumas kering merupakan jenis lainnya, yang sebagian besar digunakan untuk aplikasi khusus.
Biopelumas terutama merujuk pada cairan dasar atau profil lingkungan secara keseluruhan, bukan berarti setiap aditif harus berasal dari sumber hayati. Biopelumas umumnya berbasis minyak nabati, ester sintetis, minyak yang berasal dari tumbuhan, atau bahan dasar lain yang terbarukan/dapat terurai secara hayati. Namun, seperti pelumas konvensional, biopelumas sering kali tetap memerlukan aditif fungsional untuk meningkatkan perlindungan terhadap keausan, stabilitas oksidasi, perlindungan terhadap korosi, perilaku viskositas, dan kapasitas menahan beban. Ini berarti biopelumas didefinisikan secara luas berdasarkan asal yang terbarukan, kemampuan terurai secara hayati, toksisitas rendah, dan kinerja lingkungan, alih-alih mensyaratkan setiap aditif berasal dari sumber hayati.
Baca selengkapnya tentang sonikasi untuk formulasi biopelumas!
Aditif nano seperti contoh yang tercantum di atas dapat berhasil dicampurkan ke dalam pelumas menggunakan pendispersi ultrasonik.
Literatur / Referensi
- 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 memproduksi homogenizer ultrasonik berkinerja tinggi dari skala laboratorium hingga industri.