საპოხი მასალები ნანონაწილაკებით გაუმჯობესებული ფუნქციური თვისებებით
საპოხი ზეთების თვისებები შეიძლება მნიშვნელოვნად გაუმჯობესდეს ნანოდანამატებით, რომლებიც ხელს უწყობს ხახუნისა და ცვეთის შემცირებას. თუმცა, უაღრესად მნიშვნელოვანია, რომ ნანოდანამატები, როგორიცაა ნანონაწილაკები, გრაფენის მონოშრეები ან ბირთვი–გარსის ტიპის ნანოსფეროები, საპოხ მასალაში ერთგვაროვნად და ცალკეულ ნაწილაკებად იყოს დისპერგირებული. ულტრაბგერითი დისპერგირება დადასტურებულად საიმედო და ეფექტური შერევის მეთოდია, რომელიც უზრუნველყოფს ნანონაწილაკების ერთგვაროვან განაწილებას და ხელს უშლის აგრეგაციას.
როგორ მოვახდინოთ ნანოდანამატების დისპერგირება საპოხ სითხეებში? – ულტრაბგერით!
საპოხ მასალებში ნანოდანამატების გამოყენება მიჩნეულია ტრიბოლოგიური მახასიათებლების გაუმჯობესების ერთ-ერთ ყველაზე ეფექტურ მეთოდად, რომელიც ამცირებს ხახუნსა და ცვეთას. ასეთი ტრიბოლოგიური გაუმჯობესება მნიშვნელოვნად უწყობს ხელს ენერგიის დაზოგვასა და ემისიების შემცირებას, რითაც ამცირებს გარემოზე ზემოქმედებას.
ნანოდანამატებით გაუმჯობესებული საპოხი მასალების წარმოების სირთულე შერევაში მდგომარეობს: ნანომასალებს, როგორიცაა ნანონაწილაკები ან კრისტალური ნანოცელულოზა, სჭირდება კონცენტრირებული მაღალი ძვრის ძალებით მოქმედი შემრევები, რომლებიც ნანომასალებს ერთგვაროვნად დისპერგირებს და ცალკეულ ნაწილაკებად აცალკევებს. მაღალი სიმძლავრის ულტრაბგერითი ზონდებით დამუშავება ქმნის ენერგიის მაღალი სიმკვრივის უნიკალურ ველებს და ნანომასალების დამუშავებაში დადასტურებული უპირატესობის გამო ნანოდისპერსიების მიღების დამკვიდრებული მეთოდია.
Molseh et al. (2009) აჩვენეს, რომ სამი სხვადასხვა ნანონაწილაკის (მოლიბდენის დისულფიდი (MoS2), ვოლფრამის დისულფიდი (WS2) და ჰექსაგონალური ბორის ნიტრიდი (hBN)) დისპერსიის სტაბილურობა CIMFLO 20-ში ულტრაბგერითი დამუშავებისას უკეთესი იყო, ვიდრე მექანიკური რხევისა და მორევის შემთხვევაში. ვინაიდან ულტრაბგერითი კავიტაცია ქმნის ენერგიის მაღალი სიმკვრივის უნიკალურ პირობებს, ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი დამუშავება ეფექტურობითა და წარმადობით აღემატება დისპერგირების ტრადიციულ მეთოდებს.
ნანონაწილაკების მახასიათებლები, როგორიცაა ზომა, ფორმა და კონცენტრაცია, გავლენას ახდენს მათ ტრიბოლოგიურ თვისებებზე. მიუხედავად იმისა, რომ იდეალური ნანოზომა მასალაზეა დამოკიდებული, ნანონაწილაკების უმეტესობა მაქსიმალურ ფუნქციურ ეფექტს ათიდან ასამდე ნანომეტრის დიაპაზონში ავლენს. საპოხ ზეთში ნანოდანამატების იდეალური კონცენტრაცია უმეტესად 0,1–5,0% ფარგლებშია.
ოქსიდების ნანონაწილაკები, როგორიცაა Al2O3, CuO ან ZnO, ფართოდ გამოიყენება საპოხი მასალების ტრიბოლოგიური მახასიათებლების გასაუმჯობესებლად. სხვა დანამატებს მიეკუთვნება უნაცრო დანამატები, იონური სითხეები, ბორატის ეთერები, არაორგანული ნანომასალები და ნახშირბადზე დაფუძნებული ნანოსტრუქტურები, როგორიცაა ნახშირბადის ნანომილაკები (CNTs), გრაფიტი და გრაფენი. კონკრეტული დანამატები გამოიყენება საპოხი ზეთების კონკრეტული თვისებების გასაუმჯობესებლად. მაგალითად, ცვეთისგან დამცავი საპოხი მასალები შეიცავს ექსტრემალური წნევის დანამატებს, როგორიცაა მოლიბდენის დისულფიდი, გრაფიტი, გოგირდით დამუშავებული ოლეფინები და დიალკილდითიოკარბამატის კომპლექსები, ან ცვეთის საწინააღმდეგო დანამატებს, როგორიცაა ტრიარილფოსფატები და თუთიის დიალკილდითიოფოსფატი.
ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი ჰომოგენიზატორები საიმედო შემრევებია და გამოიყენება მაღალი საექსპლუატაციო მახასიათებლების მქონე საპოხი მასალების შესამუშავებლად. ნანოზომის სუსპენზიების მომზადებაში უპირატესობით ცნობილი ულტრაბგერითი დამუშავება მეტად ეფექტურია საპოხი ზეთების სამრეწველო წარმოებისთვის.
გაიგეთ მეტი ნანოსაპოხი მასალების წარმოებისთვის განკუთვნილი ულტრაბგერითი დისპერსორების შესახებ!
სამრეწველო ულტრაბგერითი შერევის სისტემა საპოხ ზეთებში ნანონაწილაკების მაღალი წარმადობით დისპერგირებისთვის.
- გაუმჯობესებული ტრიბოლოგიური წარმადობა
- ნანოდანამატების ერთგვაროვანი შეტანა
- მცენარეული ზეთის საფუძველზე დამზადებული საპოხი მასალები
- ტრიბოფირის მომზადება
- ფურცლოვანი ლითონის ფორმირების სითხეები
- ნანოსითხეები გაუმჯობესებული გაგრილების ეფექტურობისთვის
- იონური სითხეები წყლის ან ზეთის საფუძველზე დამზადებულ საპოხ მასალაში
- პროტეჟვით დამუშავების სითხეები
ალუმინის ოქსიდის (Al2O3) ულტრაბგერითი დისპერსია იწვევს ნაწილაკების ზომის მნიშვნელოვან შემცირებას და ერთგვაროვან დისპერსიას.
ნანოდანამატების შემცველი საპოხი მასალების წარმოება
ნანომასალებით გაუმჯობესებული საპოხი ზეთების წარმოებისთვის აუცილებელია შესაბამისი ნანომასალა და მძლავრი, ეფექტური დისპერგირების მეთოდი. საიმედო და ხანგრძლივად სტაბილური ნანოდისპერსიის გარეშე მაღალი საექსპლუატაციო მახასიათებლების მქონე საპოხი მასალის წარმოება შეუძლებელია.
ულტრაბგერითი შერევა და დისპერგირება მაღალი საექსპლუატაციო მახასიათებლების მქონე საპოხი მასალების წარმოების დამკვიდრებული მეთოდია. საპოხი მასალების საბაზისო ზეთი მდიდრდება დანამატებით, როგორიცაა ნანომასალები, პოლიმერები, კოროზიის ინჰიბიტორები, ანტიოქსიდანტები და სხვა წვრილი აგრეგატები. ულტრაბგერითი ძვრის ძალები მეტად ეფექტურია ძალიან წვრილი ნაწილაკების ზომითი განაწილების უზრუნველსაყოფად. ულტრაბგერით (სონომექანიკურ) ძალებს შეუძლია პირველადი ნაწილაკების დაფქვაც კი და გამოიყენება ნაწილაკების ფუნქციონალიზაციისთვის, რათა მიღებულ ნანონაწილაკებს გაუმჯობესებული მახასიათებლები ჰქონდეს (მაგ. ზედაპირის მოდიფიკაცია, ბირთვი–გარსის ტიპის ნანონაწილაკები, დოპირებული ნანონაწილაკები).
მაღალი ძვრის ძალებით მოქმედ ულტრაბგერით შემრევებს შეუძლია მნიშვნელოვნად შეუწყოს ხელი მაღალი საექსპლუატაციო მახასიათებლების მქონე საპოხი მასალების ეფექტურ წარმოებას!
ზეთის ნარევი თუთიის დიალკილდითიოფოსფატით (ZDDP) და ზედაპირულად მოდიფიცირებული PTFE ნანონაწილაკებით (PHGM) ულტრაბგერითი დისპერგირების შემდეგ.
(კვლევა და სურათი: Sharma et al., 2017)
ახალი ნანოდანამატები საპოხ ზეთებში
ახალი ნანოზომის დანამატები მუშავდება საპოხი ზეთებისა და პლასტიკური საპოხი მასალების ფუნქციური თვისებებისა და საექსპლუატაციო მახასიათებლების შემდგომი გაუმჯობესებისთვის. მაგალითად, ცელულოზის ნანოკრისტალები (CNCs) შეისწავლება და გამოიცდება ეკოლოგიური საპოხი მასალების შესამუშავებლად. Zakani et al. (2022) აჩვენეს, რომ ულტრაბგერით დაუმუშავებელ საპოხ სუსპენზიებთან შედარებით, ულტრაბგერით დამუშავებულ CNC საპოხ მასალებს შეეძლო COF-ის (ხახუნის კოეფიციენტის) და ცვეთის შემცირება, შესაბამისად, თითქმის 25 და 30%-ით. ამ კვლევის შედეგები მიუთითებს, რომ ულტრაბგერით დამუშავებას შეუძლია მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს CNC-ის წყლიანი სუსპენზიების საპოხი მახასიათებლები.
მაღალი წარმადობის ულტრაბგერითი დისპერსორები საპოხი მასალების წარმოებისთვის
როდესაც ნანოდანამატები გამოიყენება სამრეწველო წარმოების პროცესებში, როგორიცაა საპოხი ზეთების წარმოება, აუცილებელია, რომ მშრალი ფხვნილები (ანუ ნანომასალები) ერთგვაროვნად შეერიოს თხევად ფაზას (საპოხ ზეთს). ნანონაწილაკების დისპერგირებას სჭირდება საიმედო და ეფექტური შერევის მეთოდი, რომელიც საკმარის ენერგიას მიაწვდის აგლომერატების დასაშლელად, რათა ნანოზომის ნაწილაკების თვისებები სრულად გამოვლინდეს. ულტრაბგერითი მოწყობილობები ცნობილია როგორც მძლავრი და საიმედო დისპერსორები, ამიტომ ისინი გამოიყენება სხვადასხვა მასალის, როგორიცაა ალუმინის ოქსიდი, ნანომილაკები, გრაფენი, მინერალები და მრავალი სხვა, დეაგლომერაციისა და თხევად ფაზაში, მაგალითად, მინერალურ, სინთეზურ ან მცენარეულ ზეთებში, ერთგვაროვანი განაწილებისთვის. Hielscher Ultrasonics აპროექტებს, აწარმოებს და ავრცელებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით დისპერსორებს ჰომოგენიზაციისა და დეაგლომერაციის ნებისმიერი გამოყენებისთვის.
დაგვიკავშირდით ახლავე, რომ მეტი გაიგოთ საპოხ მასალებში ნანოდანამატების ულტრაბგერითი დისპერგირების შესახებ!
ქვემოთ მოცემული ცხრილი გაწვდით ინფორმაციას ჩვენი ულტრაბგერითი დისპერსორების მიახლოებითი დამუშავების სიმძლავრის შესახებ:
| პარტიის მოცულობა | მოცულობითი ხარჯი | რეკომენდებული მოწყობილობები |
|---|---|---|
| 1-დან 500mL-მდე | 10-დან 200mL/min-მდე | UP100H |
| 10-დან 2000mL-მდე | 20-დან 400mL/min-მდე | UP200Ht, UP400St |
| 0,1-დან 20L-მდე | 0,2-დან 4L/min-მდე | UIP2000hdT |
| 10-დან 100L-მდე | 2-დან 10L/min-მდე | UIP4000hdT |
| 15-დან 150L-მდე | 3-დან 15L/min-მდე | UIP6000hdT |
| n.a. | 10-დან 100L/min-მდე | UIP16000 |
| n.a. | უფრო დიდი | კლასტერი UIP16000 |
დაგვიკავშირდით! / დაგვისვით შეკითხვა!
Hielscher Ultrasonics აწარმოებს მაღალი წარმადობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს შერევის, დისპერგირების, ემულსიფიკაციისა და ექსტრაქციისთვის ლაბორატორიულ, საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბებზე.
PTFE ნანოსაპოხი მასალები მომზადებიდან 7 დღის შემდეგ (A: საბაზისო ზეთი, B: PTFE ნანოსაპოხი მასალა 1 hr ულტრაბგერითი დამუშავებით, C: PTFE ნანოსაპოხი მასალა 30 min. ულტრაბგერითი დამუშავებით).
(კვლევა და სურათი: © Kumar et al., 2013)
ულტრაბგერითი დამუშავების გავლენა საპოხ მასალებში Al2O3-ის დისპერსიის სტაბილურობაზე.
(კვლევა და გრაფიკა: © Sharif et al., 2017)
ფაქტები, რომელთა ცოდნაც სასარგებლოა
რა არის საპოხი მასალები?
საპოხი მასალების ან საპოხი ზეთების ძირითადი დანიშნულებაა მექანიკური კონტაქტის შედეგად წარმოქმნილი ხახუნისა და ცვეთის, ასევე სითბოს შემცირება. დანიშნულებისა და შემადგენლობის მიხედვით, საპოხი მასალები იყოფა ძრავის ზეთებად, ტრანსმისიულ სითხეებად, ჰიდრავლიკურ სითხეებად, კბილანური გადაცემების ზეთებად და სამრეწველო საპოხ მასალებად.
ამიტომ საპოხი მასალები ფართოდ გამოიყენება როგორც ავტოსატრანსპორტო საშუალებებში, ისე სამრეწველო დანადგარებში. სათანადო შეზეთვის უზრუნველსაყოფად საპოხი ზეთები, როგორც წესი, შეიცავს 90% საბაზისო ზეთს (ძირითადად ნავთობის ფრაქციებს, ანუ მინერალურ ზეთებს) და 10%-ზე ნაკლებ დანამატებს. როდესაც მინერალურ ზეთებს არ იყენებენ, ალტერნატიულ საბაზისო ზეთებად შეიძლება გამოყენებულ იქნეს მცენარეული ზეთები ან სინთეზური სითხეები, როგორიცაა ჰიდროგენირებული პოლიოლეფინები, ესტერები, სილიკონები, ფთორნახშირბადები და მრავალი სხვა. საპოხი მასალების ძირითადი დანიშნულებაა მექანიკური კონტაქტის შედეგად წარმოქმნილი ხახუნისა და ცვეთის შემცირება, ასევე ხახუნით წარმოქმნილი სითბოსა და ენერგიის დანაკარგების შემცირება. ამიტომ საპოხი მასალები ფართოდ გამოიყენება როგორც ავტოსატრანსპორტო საშუალებებში, ისე სამრეწველო დანადგარებში.
ანტიოქსიდაციური ნივთიერებები, როგორიცაა ამინური და ფენოლური პირველადი ანტიოქსიდანტები, ბუნებრივი მჟავები, პეროქსიდების დამშლელი ნივთიერებები და პირაზინები, ზეთების სიცოცხლის ხანგრძლივობას ზრდიან ოქსიდაციური მდგრადობის გაზრდის გზით. ამით საბაზისო ზეთი დაცულია სითბური დაშლისგან, რადგან თერმო-ოქსიდაციური დაშლა ხდება შემცირებული და შენელებული ფორმით.
საპოხი მასალების ტიპები
თხევადი საპოხი მასალები: თხევადი საპოხი მასალები, როგორც წესი, ერთი ტიპის საბაზისო ზეთზეა დაფუძნებული. ამ საბაზისო ზეთს ხშირად ემატება სხვა ნივთიერებები ფუნქციონალურობისა და ეფექტურობის გასაუმჯობესებლად. ტიპიური დანამატები მოიცავს, მაგალითად, წყალს, მინერალურ ზეთს, ლანოლინს, მცენარეულ ან ბუნებრივ ზეთს, ნანოდანამატებს და ა.შ.
საპოხი მასალების უმეტესობა თხევადია და მათი წარმოშობის მიხედვით ორ ჯგუფად შეიძლება დაიყოს:
- მინერალური ზეთები: მინერალური ზეთები არის ნედლი ნავთობის გადამუშავებით მიღებული საპოხი ზეთები.
- სინთეზური ზეთები: სინთეზური ზეთები არის საპოხი ზეთები, რომლებიც მზადდება ხელოვნურად მოდიფიცირებული ან მოდიფიცირებული ნავთობიდან სინთეზირებული ნაერთების გამოყენებით.
კონსისტენტური საპოხი არის მყარი ან ნახევრად მყარი საპოხი მასალა, რომელიც შედგება თხევადი საპოხი მასალისგან, მასში შემასქელებლების დისპერგირებით გასქელებული სახით. კონსისტენტური საპოხის წარმოებისთვის საპოხი ზეთები გამოიყენება როგორც საბაზისო ზეთები და წარმოადგენს ძირითად ინგრედიენტს. კონსისტენტური საპოხი შეიცავს დაახლოებით 70%-დან 80%-მდე საპოხ ზეთს.
შემღწევი საპოხი მასალები და მშრალი საპოხი მასალები არის სხვა ტიპები, რომლებიც ძირითადად ნიშური დანიშნულებისთვის გამოიყენება.
ბიოსაპოხი მასალები ძირითადად გულისხმობს საბაზისო სითხეს ან საერთო ეკოლოგიურ პროფილს და არა აუცილებლად თითოეული დანამატის ბიოლოგიურ წარმოშობას. ბიოსაპოხი მასალები, როგორც წესი, დაფუძნებულია მცენარეულ ზეთებზე, სინთეზურ ესტერებზე, მცენარეული წარმოშობის ზეთებზე ან სხვა განახლებად ან ბიოდეგრადირებად საბაზისო მასალებზე. თუმცა, ჩვეულებრივი საპოხი მასალების მსგავსად, მათ ხშირად მაინც სჭირდებათ ფუნქციური დანამატები ცვეთისგან დაცვის, ჟანგვისადმი მდგრადობის, კოროზიისგან დაცვის, სიბლანტის მახასიათებლებისა და დატვირთვის ატანის უნარის გასაუმჯობესებლად. ეს ნიშნავს, რომ ბიოსაპოხი მასალების განსაზღვრა ფართოდ ეფუძნება განახლებად წარმოშობას, ბიოდეგრადირებადობას, დაბალ ტოქსიკურობასა და ეკოლოგიურ მახასიათებლებს და არ მოითხოვს, რომ ყველა დანამატი ბიოლოგიური წარმოშობის იყოს.
გაიგეთ მეტი ბიოსაპოხი მასალების შესამუშავებლად ულტრაბგერითი დამუშავების გამოყენების შესახებ!
ნანოდანამატები, რომლებიც ზემოთ მაგალითად არის ჩამოთვლილი, წარმატებით შეიძლება შერეულ იქნას ზეთებში ულტრაბგერითი დისპერსორების გამოყენებით.
ლიტერატურა / წყაროები
- 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 აწარმოებს მაღალი ეფექტურობის ულტრაბგერით ჰომოგენიზატორებს ლაბორატორიული ზომი დან სამრეწველო ზომამდე.