Lubrificanti con funzionalità migliorate dalle nanoparticelle

Gli oli lubrificanti possono trarre grande beneficio dai nano-additivi, che aiutano a ridurre l'attrito e l'usura. È tuttavia fondamentale che i nanoadditivi, come le nanoparticelle, i monostrati di grafene o le nanosfere core-shell, siano dispersi in modo uniforme e singolo nel lubrificante. La dispersione a ultrasuoni si è dimostrata un metodo di miscelazione affidabile ed efficiente, in grado di fornire una distribuzione omogenea delle nanoparticelle e di prevenire l'aggregazione.

Come disperdere i nanoadditivi nei fluidi lubrificanti? – Con gli ultrasuoni!

L'impiego di nano-additivi nei lubrificanti è considerato uno dei metodi più efficaci per migliorare le caratteristiche tribologiche, riducendo l'attrito e l'usura. Questo miglioramento tribologico aumenta notevolmente la conservazione dell'energia e la riduzione delle emissioni, riducendo così l'impatto ambientale.
La sfida dei lubrificanti nanomigliorati risiede nella miscelazione: I nanomateriali, come le nanoparticelle o la nano cellulosa cristallina, richiedono miscelatori focalizzati ad alto coefficiente di taglio che disperdano e scompongano uniformemente i nanomateriali in singole particelle. Creando campi unici ad alta densità energetica, l'ultrasuonoterapia con sonde a ultrasuoni ad alta potenza ha dimostrato la sua superiorità nella lavorazione dei nanomateriali ed è quindi il metodo consolidato per le nano-dispersioni.
Molseh et al. (2009) hanno dimostrato che la stabilità della dispersione di tre diverse nanoparticelle (bisolfuro di molibdeno (MoS2), bisolfuro di tungsteno (WS2) e nitruro di boro esagonale (hBN)) in CIMFLO 20 con il trattamento a ultrasuoni era migliore di quella con l'agitazione meccanica e l'agitazione. Poiché la cavitazione ultrasonica crea condizioni uniche di densità energetica, l'ultrasuonoterapia a sonda supera le tecniche di dispersione convenzionali in termini di efficacia ed efficienza.
Le caratteristiche delle nanoparticelle, quali dimensione, forma e concentrazione, influenzano le loro proprietà tribologiche. Mentre le dimensioni ideali delle nanoparticelle variano a seconda del materiale, la maggior parte delle nanoparticelle mostra la massima funzionalità nell'intervallo tra dieci e cento nanometri. La concentrazione ideale di nano-additivi nell'olio lubrificante è per lo più compresa tra 0,1-5,0%.
Le nanoparticelle di ossido come Al2O3, CuO o ZnO sono ampiamente utilizzate per migliorare le prestazioni tribologiche dei lubrificanti. Altri additivi includono additivi senza ceneri, liquidi ionici, esteri di borato, nanomateriali inorganici, nanostrutture derivate dal carbonio come i nanotubi di carbonio (CNT), la grafite e il grafene. Per migliorare le proprietà specifiche degli oli lubrificanti si utilizzano additivi specifici. Ad esempio, i lubrificanti antiusura contengono additivi per pressioni estreme come il bisolfuro di molibdeno, la grafite, le olefine solforate e i complessi dialchilditiocarbammati o additivi antiusura come i triarilfosfati e il dialchilditiofosfato di zinco.
Gli omogeneizzatori a sonda a ultrasuoni sono miscelatori affidabili e vengono utilizzati per la formulazione di lubrificanti ad alte prestazioni. Rinomata per la sua superiorità nella preparazione di sospensioni di dimensioni nanometriche, la sonicazione è altamente efficiente per la produzione industriale di oli lubrificanti.

La dispersione a ultrasuoni dell'ossido di alluminio (Al2O3) determina una significativa riduzione delle dimensioni delle particelle e una dispersione uniforme.

Produzione di lubrificanti con nano additivi

Per la produzione di oli lubrificanti nano-rinforzati, sono fondamentali un nano-materiale adeguato e una tecnica di dispersione potente ed efficiente. Senza una nano-dispersione affidabile e stabile a lungo termine, non è possibile produrre un lubrificante ad alte prestazioni.
La miscelazione e la dispersione a ultrasuoni sono un metodo consolidato per la produzione di lubrificanti ad alte prestazioni. L'olio di base dei lubrificanti viene rinforzato con additivi quali nanomateriali, polimeri, inibitori della corrosione, antiossidanti e altri aggregati fini. Le forze di taglio ultrasoniche sono molto efficienti nel fornire una distribuzione granulometrica molto fine. Le forze ultrasoniche (sonomeccaniche) sono in grado di macinare anche le particelle primarie e vengono applicate per funzionalizzare le particelle, in modo che le nanoparticelle risultanti offrano caratteristiche superiori (ad esempio, modifica della superficie, NPs core-shell, NPs drogate).
I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio possono contribuire notevolmente alla produzione di lubrificanti ad alte prestazioni in modo efficiente!

Nuovi nanoadditivi negli oli lubrificanti

Nuovi additivi di dimensioni nanometriche vengono sviluppati per migliorare ulteriormente le funzionalità e le prestazioni degli oli e dei grassi lubrificanti. Ad esempio, i nano-cristalli di cellulosa (CNC) sono stati studiati e testati per la formulazione di lubrificanti ecologici. Zakani et al. (2022) hanno dimostrato che – rispetto alle sospensioni lubrificanti non sonificate – I lubrificanti CNC sonicati hanno potuto ridurre il COF (coefficiente di attrito) e l'usura rispettivamente del 25 e del 30% circa. I risultati di questo studio suggeriscono che il trattamento con ultrasuoni può migliorare significativamente le prestazioni di lubrificazione delle sospensioni acquose di CNC.

Dispersori a ultrasuoni ad alte prestazioni per la produzione di lubrificanti

Quando i nano-additivi vengono utilizzati nei processi produttivi industriali, come la produzione di oli lubrificanti, è fondamentale che le polveri secche (cioè i nanomateriali) siano miscelate in modo omogeneo in una fase liquida (olio lubrificante). La dispersione delle nanoparticelle richiede una tecnica di miscelazione affidabile ed efficace, che applichi un'energia sufficiente a rompere gli agglomerati per liberare le qualità delle particelle su scala nanometrica. Gli ultrasonici sono noti come disperdenti potenti e affidabili, pertanto vengono utilizzati per deagglomerare e distribuire in modo omogeneo vari materiali come ossido di alluminio, nanotubi, grafene, minerali e molti altri materiali in una fase liquida come oli minerali, sintetici o vegetali. Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce dispersori a ultrasuoni ad alte prestazioni per qualsiasi tipo di applicazione di omogeneizzazione e deagglomerazione.
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La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: