Lubrificantes com Funcionalidades Melhoradas pela Nanoparticle

Os óleos lubrificantes podem se beneficiar muito dos nanoaditivos, que ajudam a reduzir o atrito e o desgaste. No entanto, é crucial que os nano-aditivos, como nanopartículas, monocamadas de grafeno ou nanoesferas de núcleo-casca, sejam uniformemente e dispersos no lubrificante. A dispersão ultra-sônica foi comprovada como um método de mistura confiável e eficiente, fornecendo distribuição homogênea de nanopartículas e impedindo a agregação.

Como dispersar nanoaditivos em fluidos lubrificantes? – Com Ultrassonics!

O uso de nanoaditivos em lubrificantes é considerado um dos métodos mais eficazes para melhorar as características tribológicas, reduzindo o atrito e o desgaste. Essa melhoria tribológica aumenta muito a conservação de energia, a redução de emissões, diminuindo assim o impacto ambiental.
O desafio dos lubrificantes nano-melhorados reside na mistura: nanomateriais como nanopartículas ou nanocelulose cristalina requerem misturadores focados de alto cisalhamento que dispersam e desembaraçam os nanomateriais uniformemente em partículas únicas. Criando campos únicos de energia densa, a ultrassonização usando sondas de ultrassom de alta potência tem sido uma superioridade comprovada no processamento de nanomateriais e, portanto, é o método estabelecido para nanodispersões.
Dispersor ultrassônico pode ser usado em lote e modo de fluxo contínuo para misturar nanofiladores em varishes.Molseh et al. (2009) mostraram que a estabilidade de dispersão de três nanopartículas diferentes (dissulfeto de molibdênio (MoS2), dissulfeto de tungstênio (WS2) e nitreto de boro hexagonal (hBN)) no CIMFLO 20 com tratamento ultrassônico foi melhor do que com agitação mecânica e agitação. Como a cavitação ultra-sônica cria condições únicas de densidade de energia, a ultrassonação do tipo sonda supera as técnicas convencionais de dispersão em eficácia e eficiência.
Características das nanopartículas como tamanho, forma e concentração estão influenciando suas propriedades tribológicas. Embora o tamanho nanométrico ideal varie em dependência do material, a maioria das nanopartículas apresenta as mais altas funcionalidades na faixa de dez a cem nanômetros. A concentração ideal de nano-aditivos no óleo lubrificante é principalmente entre 0,1-5,0%.
Nanopartículas de óxido como Al2O3, CuO ou ZnO são amplamente utilizadas como nanopartículas melhorando o desempenho tribológico de lubrificantes. Outros aditivos incluem aditivos sem cinzas, líquidos iônicos, ésteres de borato, nanomateriais inorgânicos, nanoestruturas derivadas de carbono, como nanotubos de carbono (CNTs), grafite e grafeno. Aditivos específicos são usados para melhorar as propriedades específicas dos óleos lubrificantes. Por exemplo, os lubrificantes preventivos de desgaste contêm aditivos de pressão extrema, como dissulfeto de molibdênio, grafite, olefinas sulfurizadas e complexos de dialquilditiocarbamato ou aditivos antidesgaste, como triarilfosfatos e dialquilditiofosfato de zinco.
Os homogeneizadores do tipo sonda ultra-sônica são misturadores confiáveis e são usados para a formulação de lubrificantes de alto desempenho. Renomado como superior quando se trata da preparação de suspensões de tamanho nano, a sonicação é altamente eficiente para a fabricação industrial de óleos lubrificantes.

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Os ultrasonicators de alto desempenho são sistemas de mistura em linha confiáveis e altamente eficientes para a produção de nanolubrificantes.

Sistema de mistura ultra-sônica industrial para a dispersão de alto rendimento de nanopartículas em óleos lubrificantes.

O vídeo mostra a mistura ultrassônica e dispersão do grafite em 250mL de Resina Epóxi (Toolcraft L), utilizando um homogeneizador ultrassônico (UP400St, Hielscher Ultrasonics). Hielscher Ultrasonics faz equipamentos para dispersar grafite, grafeno, nanotubos de carbono, nanofios ou enchimentos no laboratório ou em processos de produção de alto volume. Aplicações típicas são os nanomatens e micro materiais dispersos durante o processo de funcionalização ou para dispersão em resinas ou polímeros.

Misture resina epóxi com enchimento de grafite usando homogeneizador ultrassônico UP400St (400 Watts)

Fabricação de lubrificação ultra-sônica

  • melhor desempenho tribológico
  • incorporação uniforme de nanoaditivos
  • lubrificantes à base de óleo vegetal
  • preparação de tribofilme
  • fluidos formadores de chapas metálicas
  • nanofluidos para maior eficácia de resfriamento
  • líquidos iónicos em lubrificante aquoso ou à base de óleo
  • fluidos de broqueamento
O óxido de alumínio é disperso em lubrificantes usando power-ultrasonication.

A dispersão ultra-sônica do óxido de alumínio (Al2O3) resulta em uma redução significativa do tamanho das partículas e dispersão uniforme.

Fabricação de Lubrificantes com Nano-Aditivos

Para a produção de óleos lubrificantes nano-reforçados, um nanomaterial adequado e uma técnica de dispersão poderosa e eficiente são cruciais. Sem uma nanodispersão estável confiável e de longo prazo, não pode ser fabricado um lubrificante de alto desempenho.
A mistura e dispersão ultra-sônica é um método estabelecido para a produção de lubrificantes de alto desempenho. O óleo base dos lubrificantes é reforçado com aditivos como nanomateriais, polímeros, inibidores de corrosão, antioxidantes e outros agregados finos. As forças de cisalhamento ultra-sônicas são altamente eficientes em fornecer uma distribuição de tamanho de partícula muito fina. As forças ultra-sônicas (sonomecânicas) são capazes de moer até mesmo partículas primárias e são aplicadas para funcionalizar partículas, de modo que as nanopartículas resultantes ofereçam características superiores (por exemplo, modificação de superfície, NPs de casca de núcleo, NPs dopados).
Os misturadores ultra-sônicos de alto cisalhamento podem ajudar muito a fabricar lubrificantes de alto desempenho de forma eficiente!

A dispersão ultra-sônica é altamente eficiente para a distribuição de nano-aditivos, como nanopartículas, agentes anticorrosivos e aditivos protetores anti-desgaste em óleos lubrificantes.

Mistura de óleo com dialquilditiofosfato de zinco (ZDDP) e nanopartículas de PTFE modificadas de superfície (PHGM) após dispersão ultra-sônica.
(Estudo e imagem: Sharma et al., 2017)

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Novos nanoaditivos em óleos lubrificantes

Novos aditivos de tamanho nanométrico são desenvolvidos para melhorar ainda mais as funcionalidades e o desempenho de óleos e graxas lubrificantes. Por exemplo, os nanocristais de celulose (CNCs) são pesquisas e testados para a formulação de lubrificantes verdes. (2022) demonstraram que – em comparação com suspensões lubrificantes não sonicadas – lubrificantes CNC sonicated poderiam diminuir COF (coeficiente de atrito) e desgaste em quase 25 e 30%, respectivamente. Os resultados deste estudo sugerem que o processamento de ultrassom pode melhorar significativamente o desempenho de lubrificação de suspensões aquosas CNC.

Dispersores ultrassônicos de alto desempenho para fabricação de lubrificantes

Quando os nanoaditivos são usados em processos de fabricação industrial, como a produção de óleos lubrificantes, é crucial que os pós secos (ou seja, nanomateriais) sejam homogeneamente misturados em uma fase líquida (óleo lubrificante). A dispersão de nanopartículas requer uma técnica de mistura confiável e eficaz, que aplica energia suficiente para quebrar aglomerados, a fim de liberar as qualidades das partículas em nanoescala. Os ultrasonicators são bem conhecidos como dispersores poderosos e confiáveis, portanto, usados para desaglomerar e distribuir vários materiais, como óxido de alumínio, nanotubos, grafeno, minerais e muitos outros materiais homogeneamente em uma fase líquida, como óleos minerais, sintéticos ou vegetais. A Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui dispersores ultrassônicos de alto desempenho para qualquer tipo de aplicações de homogeneização e desaglomeração.
Entre em contato conosco agora para saber mais sobre a dispersão ultra-sônica de nano-aditivos em lubrificantes!

A tabela abaixo dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximado de nossos ultrasonicators:

Volume batch Quociente de vazão Dispositivos Recomendados
1 a 500mL 10 a 200 mL / min UP100H
10 a 2000 mL 20 a 400 mL / min UP200Ht, UP400St
0.1 a 20L 00,2 a 4 L / min UIP2000hdT
10 a 100L 2 de 10L / min UIP4000hdT
15 a 150L 3 a 15L/min UIP6000hdT
n / D. 10 a 100L / min UIP16000
n / D. maior aglomerado de UIP16000

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Homogeneizadores ultrassônicos de alta cisalhamento são usados em laboratório, bancada, piloto e processamento industrial.

A Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho para aplicações de mistura, dispersão, emulsificação e extração em escala laboratoria, piloto e industrial.



O nanolubrificante de PTFE ultrassonicamente disperso mostra boa estabilidade após o tratamento de sonicação.

Nanolubrificantes de PTFE após 7 dias de preparação (A: óleo base, B: nanolubrificante de PTFE com ultrasonicação de 1 hora, C: nanolubrificante de PTFE com ultrasonicação de 30 min.).
(Estudo e imagem: © Kumar et al., 2013)

Ultrasonication produz nanopartículas de alumínio uniformemente distribuídas e altamente estáveis em óleos lubrificantes.

Efeito da ultrassonografia na estabilidade de dispersão de Al2O3 em lubrificantes.
(Estudo e gráfico: © Sharif et al., 2017)

Fatos, vale a pena conhecer

O que são lubrificantes?

O principal uso de lubrificantes ou óleos lubrificantes é reduzir o atrito e o desgaste do contato mecânico, bem como do calor. Dependendo de seu uso e composição, os lubrificantes são divididos em óleos de motor, fluidos de transmissão, fluidos hidráulicos, óleos de engrenagem e lubrificantes industriais.
Portanto, os lubrificantes são amplamente utilizados em veículos a motor, bem como em máquinas industriais. Para fornecer uma boa lubrificação, os óleos lubrificantes normalmente contêm 90% de óleo base (principalmente frações de petróleo, ou seja, óleos minerais) e menos de 10% de aditivos. Quando os óleos minerais são evitados, óleos vegetais ou líquidos sintéticos, como poliolefinas hidrogenadas, ésteres, silicones, fluorocarbonetos e muitos outros, podem ser usados como óleos básicos alternativos. O principal uso dos lubrificantes é reduzir o atrito e o desgaste do contato mecânico, bem como diminuir as perdas de calor e energia por atrito. Portanto, os lubrificantes são amplamente utilizados em veículos a motor, bem como em máquinas industriais.
Substâncias antioxidantes antioxidantes, como antioxidantes primários amínicos e fenólicos, ácidos naturais, decompositores de peróxido e pirazinas, prolongam o ciclo de vida dos lubrificantes, aumentando a resistência oxidativa. Assim, o óleo de base é protegido contra a degradação do calor, pois a degradação termo-oxidativa ocorre de forma reduzida e atrasada.

Tipos de lubrificantes

Lubrificantes líquidos: Os lubrificantes líquidos são geralmente baseados em um tipo de óleo básico. A este óleo de base, muitas vezes são adicionadas substâncias ofter a fim de melhorar a funcionalidade e o desempenho. Os aditivos típicos incluem, por exemplo, água, óleo mineral, lanolina, óleo vegetal ou natural, nano-aditivos, etc.
A maioria dos lubrificantes são líquidos, e eles podem ser classificados de acordo com sua origem em dois grupos:

  1. Óleos minerais: Os óleos minerais são óleos lubrificantes refinados a partir de petróleo bruto.
  2. Óleos sintéticos: Os óleos sintéticos são óleos lubrificantes que são fabricados usando compostos que são artificialmente modificados ou sintetizados a partir de petróleo modificado.

Graxa lubrificante é um lubrificante sólido ou semissólido que consiste em um lubrificante líquido, que é engrossado pela dispersão de agentes espessantes nele. Para produzir graxa de lubrificação, os óleos lubrificantes são usados como óleos básicos e são o ingrediente principal. A graxa de lubrificação contém aprox. 70% a 80% de óleo lubrificante.

Lubrificantes penetrantes e lubrificantes secos são outros tipos, que são aplicados principalmente para aplicações de nicho.

Numerosos tipos de nanopartículas foram incorporados com sucesso em lubrificantes usando dispersores ultra-sônicos.

Nano-aditivos como listados acima podem ser misturados com sucesso em lubrificantes usando dispersores ultra-sônicos.


 

Literatura / Referências


Ultrassônicos de alto desempenho! A gama de produtos da Hielscher abrange todo o espectro desde o ultrassônico de laboratório compacto sobre unidades de bancada até sistemas ultrassônicos industriais completos.

Hielscher Ultrasonics fabrica homogeneizadores ultrassônicos de alto desempenho de Laboratório para tamanho industrial.