Produktioun vu Bioschmiermëttelen: Prozessintensivéierung duerch Sonikatioun

D’Schmiermëttelindustrie trëtt an eng entscheedend Phas vun Innovatioun bei de Formuléierungen an. Well industriell Benotzer, Mobilitéitssecteuren, Bedreiwer am maritime Beräich an ëmweltempfindlech Uwendungen op biologesch ofbaubar an erneierbar Alternativen ëmstellen, stinn d’Schmiermëttelproduzenten ënner ëmmer méi groussen Drock, fir héich performant Bioschmiermëttelen ze liwweren, ouni d’Viskositéitskontroll, d’Oxidatiounsstabilitéit, de Verschleissschutz oder d’laangfristeg Lagerstabilitéit ze beeinträchtegen. Maartanalyste mellen e weidere Wuesstem bei de Bioschmiermëttelen, ugedriwwe vun der Nofro no biologesch ofbaubaren, emissiounsaarmen an nohaltege Schmiermëttelléisunge fir Transport an industriell Uwendungen.

Ultraschallproduktioun vu Bioschmiermëttelen: Prozessintensivéierung fir nohalteg Schmiermëttelen

Virun dësem Hannergrond gewënnt d’Ultraschallveraarbechtung, och Sonikatioun genannt, als villsäiteg Produktiounstechnologie fir d’Hierstellung vu Bioschmiermëttelen un industrieller Bedeitung. Héichleeschtungsultraschall ka fir Ultraschalldispersioun, sonocheemesch Transesterifikatioun, Emulgéierung an d’Hierstellung vu Mikrogelpartikele benotzt ginn a bitt de Formuléierungsentwéckler e robust Instrument, fir souwuel déi cheemesch Ëmsetzung wéi och déi physikalesch Qualitéit vun der Formuléierung ze verbesseren. Dat mécht d’Sonikatioun zu enger héich effizienter Veraarbechtungstechnik, déi bei Bioschmierueleger, Bioschmierfetter, Bioschmiermëttelen op Waasserbasis a liewensmëttelgëeegente Schmiermëttelen agesat gëtt.

Firwat d’Ultraschallveraarbechtung fir d’Produzente vu Bioschmiermëttele wichteg ass

Bioschmiermëttel baséieren dacks op komplexe Réistoffsystemer: planzlech Ueleger, syntheetesch Esteren, biobaséiert Polymeren, Cellulosederivater, funktionell Additiven, Antioxidantien, Korrosiounsinhibitoren, Verschleissschutzmëttelen, Reiwungsmodifikatoren a Phasen op Waasserbasis oder vum Emulsiounstyp. Dës Bestanddeeler kënne sech a puncto Polaritéit, Viskositéit, Partikelgréisst, Léisslechkeet a Verhalen un de Phasengrenzflächen däitlech ënnerscheeden. Konventionell Mëscher, Rotor-Stator-Systemer oder laangt Réiere bei der Chargeveraarbechtung liwwere méiglecherweis net ëmmer eng genuch héich Energiedicht, fir fein, stabil Dispersiounen oder séier Reaktiounen un de Phasengrenzflächen ze produzéieren.
D’Sonikatioun geet dës Erausfuerderungen duerch akustesch Kavitatioun un. Wann héichintensiven Ultraschall a Flëssegkeeten ageleet gëtt, entsti mikroskopesch Kavitatiounsblosen, déi wuessen a kollabéieren. Doduerch entstinn lokal héich Schéierbelaaschtungen, intensiv Mikromëschung, Turbulenzen, Partikeldeagglomeratioun a reaktiv Zonen, déi de Stofftransport a cheemesch Reaktioune beschleunege kënnen. An der Fuerschung iwwer d’Transesterifikatioun gouf Ultraschall extensiv als Méiglechkeet ënnersicht, fir eng lues Reaktiounskinetik an en ineffiziente Kontakt tëscht Ueleg- an Alkoholphasen ze iwwerwannen.
Fir d’Schmiermëttelproduzente bedeit dat, datt Ultraschall méi wéi nëmmen eng Homogeniséierungsmethod fir de Laboratoire ass. Et ass eng Technologie fir d’Prozessintensivéierung, déi d’Produktioun vu méi stabillen, méi eenheetlechen a méi effiziente biobaséierte Schmiermëttelformuléierungen ënnerstëtze kann.
 

Ultraschalldispergéierer mat Sond produzéieren héich performant Bioschmiermëttelen.
(Etüd a Bild: Liu et al., 2020)

Ultraschalldispersioun vu biobaséierte Schmiermëtteladditiven

Eng zentral Erausfuerderung bei der Formuléierung vu Bioschmiermëttelen ass déi homogen Aarbechtung vu biobaséierten Zousazstoffer an d’Formuléierung. Materialie wéi Carboxymethylzellulos, Zellulosnanofaseren, Biopolymeren, natierlech Gummi, Ligninderivater, biobaséiert Verdéckungsmëttelen a funktionell Nanopartikele kënnen d’Viskositéit, d’Schmierfäegkeet, de Verschleissschutz, d’Filmbildung an d’Stabilitéit vun der Suspensioun staark beaflossen. Allerdéngs tendéieren dës Materialien dacks dozou, ze agglomeréieren, lues ze hydratiséieren oder ongläichméisseg Gelstrukturen ze bilden.
D’Ultraschalldispersioun hëlleft den Hiersteller, Agglomerater ze reduzéieren an Zousazstoffer méi gläichméisseg an der ganzer Schmiermëttelmatrix ze verdeelen. Dëst ass besonnesch wäertvoll fir waasserbaséiert Schmiermëttelen, Nanoschmiermëttelen, schmierfettänlech Systemer an emulsiounsbaséiert Bioschmiermëttelen. Rezent Fuerschung iwwer zellulosbaséiert Systemer weist, datt d’Beschallung d’Dispersiounsverhalen, d’Rheologie an d’Netzwierkstruktur däitlech beaflosse kann, wat si zu engem nëtzleche Veraarbechtungsinstrument fir d’Ofstëmmung vun zelluloshältege Formuléierunge mécht.

Fir Schmiermëttelhiersteller kann eng besser Dispersioun zu follgende Verbesserunge féieren:

• Méi konstant Viskositéit a méi konstant rheologescht Verhalen
• Verbessert Wierksamkeet vun den Zousazstoffer bei méi niddreger Doséierung
• Manner Sedimentatioun, Phasentrennung oder schwammend Feststoffer
• Méi reproduzéierbar tribologesch Leeschtung
• Méi kuerz Veraarbechtungszäiten am Verglach mat längerem mechanesche Réieren

Carboxymethylzellulos ass besonnesch relevant, well si als Zellulosderivat mat nëtzleche Viskositéits-, Uewerflächen- a filmbildenden Eegenschafte verbreet agesat gëtt. A Schmiermëttelsystemer kann d’Beschallung hëllefen, CMC an aner Biopolymeren a stabil waasserhalteg Formuléierungen oder Emulsiounsformuléierungen ze integréieren. Doduerch ënnerstëtzt si d’Entwécklung vu méi ëmweltfrëndleche Schmiermëttele mat kontrolléiertem Fléissverhalen a verbesserter Formuléierungsstabilitéit.
 

Bioschmiermëttele mat Carboxymethylzellulos, déi duerch Ultraschall dispergéiert gouf. D’Ultraschalldispersioun produzéiert laangfristeg stabil Nanobioschmiermëttelen
Etüd a Biller: ©Rahmadiawan et al., 2022

Sonocheemesch Transesterifikatioun fir Bioschmiermëttelen op Basis vun Diesteren an Esteren

Estere gehéieren zu de wichtegste Basisflëssegkeete fir héich performant Bioschmiermëttelen. Jee no Ausgangsmaterial a molekularer Struktur kënne si eng gutt Schmierfäegkeet, en héije Viskositéitsindex, biologesch Ofbaubarkeet an e gënschtegt Verhale bei niddregen Temperature bidden. Diesteren a Polyolestere si besonnesch wichteg fir Uwendunge wéi Hydraulikflëssegkeeten, Kompresserueleger, Metallveraarbechtungsflëssegkeeten, Ketteseeënueleger, Schmiermëttele fir d’Schëfffaart a speziell Industrieschmiermëttelen.
Eng villverspriechend Uwendung vum Ultraschall ass déi sonocheemesch Hierstellung vun Esteren duerch Transesterifikatioun. Bei der konventioneller Transesterifikatioun erfuerderen net matenee mëschbar Reaktante wéi Ueleger an Alkoholen dacks intensiv Mëschen, erhéicht Temperaturen, Katalysatoren a verlängert Reaktiounszäiten. Ultraschall verbessert de Stofftransport, andeems en fein Emulsiounen tëscht de Reaktantephase schaaft an d’Grenzfläch, op där d’Reaktioun stattfënnt, kontinuéierlech erneiert.
Duerch Beschallung ënnerstëtzt Transesterifikatioun ass eng etabléiert Technik, där hir Virdeeler wéi méi héich Reaktiounsvitessen, verbesserte Phasekontakt, méi kuerz Trennzäiten, héich Ausbezuelen a manner Offallbildung ënner gëeegente Bedéngunge gutt beluecht sinn. Schmiermëttelhiersteller benotzen d’Ultraschalltransesterifikatioun, fir esterbaséiert Bioschmiermëttelkomponenten hierzestellen, dorënner Diesteren an aner funktionell Esterstrukturen.

D’Ultraschalltransesterifikatioun hëlleft den Hiersteller dobäi:

• De Kontakt tëscht den Ueleg-, Alkohol- a Katalysatorphasen ze verbesseren
• D’Reaktiounszäit duerch d’Intensivéierung vum Stofftransport iwwer d’Grenzfläch ze reduzéieren
• Veraarbechtungsberäicher mat méi niddregen Temperaturen oder méi héijer Energieeffizienz z’ënnerstëtzen
• D’Gläichméissegkeet vum Ëmsaz bei der Chargeproduktioun oder der kontinuéierlecher Produktioun ze verbesseren
• Kompakt Reaktorkonstruktioune fir eng skaléierbar Esterproduktioun z’erméiglechen

Fir Entreprisen, déi Basisflëssegkeete fir Bioschmiermëttelen hierstellen, bitt Ultraschall eng Méiglechkeet, d’Esterifikatiouns- an d’Transesterifikatiounsprozesser ze intensivéieren a gläichzäiteg eng méi propper a méi effizient Hierstellung z’ënnerstëtzen.

Ultraschallemulgéierung vu Schmiermëttelformuléierungen

Vill modern Bioschmiermëttel si keng einfach eenphaseg Ueleger. Si kënne Waasser-an-Ueleg-Emulsiounen, Ueleg-a-Waasser-Emulsiounen, Additivkonzentrater, Wuessdispersiounen, polymermodifizéiert Systemer oder komplex méiphaseg Mëschungen enthalen. D’Qualitéit vun dësen Emulsiounen huet en direkten Afloss op d’Lagerstabilitéit, d’Schmierfäegkeet, d’Killleeschtung, de Korrosiounsschutz an d’Verhale bei der Uwendung.
D’Ultraschallemulgéierung ass héichwierksam, well d’Kavitatioun intensiv lokal Schéierkräfte generéiert, déi Drëpsen a méi kleng Drëpsen zerleeën an enk Drëpsegréissteverdeelunge schafen. Bei der Schmiermëttelproduktioun kann dëst genotzt ginn, fir biobaséiert Ueleger, Esterphasen, Waasserphasen, Tensiden, polymer Stabilisatoren a funktionell Additiven zu stabile Formuléierungen ze emulgéieren.

Dëst ass besonnesch relevant fir:

• Waasserbaséiert Bioschmiermëttel
• Metallbeaarbechtungsflëssegkeeten a Schneidflëssegkeeten
• Hydraulikflëssegkeete mat erneierbare Komponenten
• Emulsiounsaarteg Schmierfetter an halleffest Schmiermëttel
• Additivkonzentrater a Virdispersiounen
• Schmiermëttelsystemer, déi Biopolymeren oder Cellulosederivater enthalen

Eng fein Emulgéierung verbessert d’physikalesch Stabilitéit vu Schmiermëttelformuléierungen a kann de Besoin fir en iwwerméissegen Tensidgehalt reduzéieren. Fir d’Hiersteller bitt dëst souwuel Leeschtungs- wéi och Käschtevirdeeler: eng verbessert Stabilitéit, eng méi effizient Notzung vun Additiven an eng méi grouss Flexibilitéit bei der Formuléierung.

Ultraschallbehandlung fir Emulsiouns-Mikrogelpartikelen

En anert opkommend Gebitt ass d’Produktioun vun Emulsiouns-Mikrogelpartikele fir fortgeschratt Schmiermëttelformuléierungen. Mikrogele kënnen als Rheologiemodifikatoren, Dréier fir Wierkstoffer, Reiwungsmodifikatoren oder Strukturéierungsmëttel, déi op Verännerunge reagéieren, déngen. A biobaséierte Schmiermëttelsystemer kënne Mikrogelpartikelen aus natierleche Polymeren, modifizéierter Cellulose, Polysacchariden, Proteinnen oder aneren erneierbare Polymersystemer hiergestallt ginn.
D’Ultraschallveraarbechtung ënnerstëtzt d’Hierstellung vu Mikrogelen, andeems si eng kontrolléiert Emulgéierung, eng Reduktioun vun der Drëpsegréisst, eng Polymerdispersioun an eng Strukturéierung vun de Phasen erméiglecht. Déi selwecht duerch Kavitatioun ugedriwwe Mechanismen, déi fein Emulsiounen produzéieren, kënnen och hëllefen, kleng, gläichméisseg Virleeferdrëpsen oder dispergéiert Polymerberäicher ze schafen, déi duerno geléiert, vernetzt oder stabiliséiert ginn.

Optiméiert Är Bioschmiermëttelproduktioun mat Ultraschallbehandlung

Eng vun de wichtegste Froe fir Hiersteller vu Schmiermëttel ass, ob d’Ultraschallveraarbechtung zouverlässeg a Produktiounslinnen integréiert ka ginn. Mat Sonikatore vun Hielscher ass d’Äntwert kloer jo. Héichleeschtungssonikatore vun Hielscher si fir den Dauerbetrib, d’Inline-Veraarbechtung an déi nahtlos Integratioun a besteeënd Produktiounslinnen entwéckelt a stellen domat eng leeschtungsstaark an zouverlässeg Léisung fir d’industriell Produktioun vu Bioschmiermëttel duer.
An enger typescher industrieller Anlag gëtt d’Virgemësch vum Schmiermëttel, d’Additivsuspensioun, d’Ueleg-Alkohol-Reaktiounsgemësch oder déi zougeféiert Emulsioun duerch eng Ultraschall-Duerchflosszell gepompelt, wou se präzis kontrolléierter Ultraschallenergie ausgesat ginn. Wichteg Prozessparameter wéi Amplitud, Drock, Temperatur, Duerchflossrate, Verweilzäit a spezifeschen Energieandrag kënne genee agestallt an iwwerwaacht ginn a ginn automatesch dokumentéiert. Dësen héije Grad u Kontrolléierbarkeet gëtt den Hiersteller vu Schmiermëttel déi Prozesssécherheet, déi fir eng reproduzéierbar Formuléierungsqualitéit, validéiert Produktiounsprotokoller an eng konsequent Skaléierung vu Versich an der Fuerschung an Entwécklung iwwer d’Pilotproduktioun bis zum vollen industriellen Duerchsaz erfuerderlech ass.
Fir Produzente vu Bioschmiermëttel ass dës Skaléierbarkeet besonnesch wichteg, well d’Ufuerderungen un d’Formuléierungen ëmmer méi usprochsvoll ginn. D’Clienten erwaarden nohalteg Produkter, mee si erwaarden och déi selwecht oder eng besser Leeschtung wéi bei konventionelle Schmiermëttel op Pëtrolsbasis. Sonikatore vun Hielscher hëllefen den Hiersteller, dës Lück ze iwwerbrécken, andeems se Leeschtung, Zouverlässegkeet, Kontrolléierbarkeet a linear Skaléierbarkeet an enger robuster Ultraschallplattform vereenen. Dës Virdeeler maachen d’Sonikatore vun Hielscher zur bevorzugter Wiel fir Entreprisen, déi eng Sonikatioun op industriellem Niveau fir héichwäerteg biobaséiert Schmiermëttelformuléierunge brauchen.

 
Déi follgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater:

Design, Fabrikatioun a Berodung – Qualitéit aus Däitschland

D’Ultraschallapparater vun Hielscher si fir hir héchst Qualitéits- an Designstandarde bekannt. Robustheet an einfach Bedéngung erméiglechen déi reiwungslos Integratioun vun eisen Ultraschallapparater an industriell Anlagen. D’Ultraschallapparater vun Hielscher gi problemlos mat haarde Bedéngungen an usprochsvollen Ëmfeld eens.

Hielscher Ultrasonics ass eng ISO-zertifizéiert Entreprise a leet besonnesche Wäert op héichleeschtungsfäeg Ultraschallapparater mat modernster Technologie a Benotzerfrëndlechkeet. Selbstverständlech sinn d’Ultraschallapparater vun Hielscher CE-konform an erfëllen d’Ufuerderunge vun UL, CSA a RoHs.

Literatur / Referenzen

• Arumugam, S., Chengareddy, P., Tamilarasan, A. et al. (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. 5535–5548.
• 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.
• Kałużny Jarosł, Waligórski M, Szymański GM, Merkisz J, Różański J, Nowicki M, Al Karawi M, Kempa K. (2020): Reducing friction and engine vibrations with trace amounts of carbon nanotubes in the lubricating oil. Tribology International 2020.
• 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.
• Li J, Du C, Delgado MA, et al. (2026): The application of nanocellulose in eco-friendly lubricants: A review. Friction, 2026.