Lubrificantes com funcionalidades melhoradas por nanopartículas

Os óleos lubrificantes podem beneficiar muito de nanoaditivos, que ajudam a reduzir o atrito e o desgaste. É, no entanto, crucial que nanoaditivos como nanopartículas, monocamadas de grafeno ou nanoesferas de núcleo–casca sejam dispersos uniformemente e individualmente no lubrificante. A dispersão ultrassónica tem demonstrado ser um método de mistura fiável e eficiente, proporcionando uma distribuição homogénea das nanopartículas e evitando a agregação.

Como dispersar nanoaditivos em fluidos lubrificantes? – Com ultrassons!

A utilização de nanoaditivos em lubrificantes é considerada um dos métodos mais eficazes para melhorar as características tribológicas, reduzindo o atrito e o desgaste. Esta melhoria tribológica aumenta consideravelmente a poupança de energia e a redução de emissões, diminuindo assim o impacto ambiental.
O desafio dos lubrificantes melhorados com nanomateriais reside na mistura: nanomateriais como nanopartículas ou nanocelulose cristalina requerem misturadores de elevado cisalhamento com ação localizada, que dispersem e separem uniformemente os nanomateriais em partículas individuais. Ao criar campos únicos de elevada densidade energética, a sonicação com sondas ultrassónicas de elevada potência tem demonstrado superioridade no processamento de nanomateriais, sendo, por isso, o método estabelecido para nanodispersões.
Molseh et al. (2009) demonstraram que a estabilidade da dispersão de três nanopartículas diferentes (dissulfureto de molibdénio (MoS2), dissulfureto de tungsténio (WS2) e nitreto de boro hexagonal (hBN)) em CIMFLO 20 com tratamento ultrassónico era melhor do que com agitação mecânica por sacudimento e mistura. Como a cavitação ultrassónica cria condições únicas de elevada densidade energética, a sonicação com sonda supera as técnicas convencionais de dispersão em eficácia e eficiência.
As características das nanopartículas, como o tamanho, a forma e a concentração, influenciam as suas propriedades tribológicas. Embora o tamanho nanométrico ideal varie em função do material, a maioria das nanopartículas apresenta as funcionalidades mais elevadas no intervalo de dez a cem nanómetros. A concentração ideal de nanoaditivos no óleo lubrificante situa-se, na maioria dos casos, entre 0,1–5,0% .
Nanopartículas de óxidos como Al2O3, CuO ou ZnO são amplamente utilizadas para melhorar o desempenho tribológico dos lubrificantes. Outros aditivos incluem aditivos sem cinzas, líquidos iónicos, ésteres de borato, nanomateriais inorgânicos e nanoestruturas derivadas do carbono, como nanotubos de carbono (CNTs), grafite e grafeno. Utilizam-se aditivos específicos para melhorar propriedades específicas dos óleos lubrificantes. Por exemplo, os lubrificantes que previnem o desgaste contêm aditivos de extrema pressão, como dissulfureto de molibdénio, grafite, olefinas sulfuradas e complexos de dialquilditiocarbamato, ou aditivos antidesgaste, como fosfatos de triarilo e dialquilditiofosfato de zinco.
Os homogeneizadores ultrassónicos de sonda são misturadores fiáveis e são utilizados na formulação de lubrificantes de elevado desempenho. Reconhecida como superior na preparação de suspensões de dimensão nanométrica, a sonicação é altamente eficiente na produção industrial de óleos lubrificantes.
 
Saiba mais sobre os dispersores ultrassónicos para a produção de nanolubrificantes!
 

A dispersão ultrassónica de óxido de alumínio (Al2O3) resulta numa redução significativa do tamanho das partículas e numa dispersão uniforme.

Produção de lubrificantes com nanoaditivos

Para a produção de óleos lubrificantes reforçados com nanomateriais, são cruciais um nanomaterial adequado e uma técnica de dispersão potente e eficiente. Sem uma nanodispersão fiável e estável a longo prazo, não é possível produzir um lubrificante de elevado desempenho.
A mistura e a dispersão ultrassónicas são um método estabelecido para a produção de lubrificantes de elevado desempenho. O óleo de base dos lubrificantes é reforçado com aditivos como nanomateriais, polímeros, inibidores de corrosão, antioxidantes e outros agregados finos. As forças de cisalhamento ultrassónicas são altamente eficientes na obtenção de uma distribuição granulométrica muito fina. As forças ultrassónicas (sonomecânicas) conseguem moer até mesmo partículas primárias e são aplicadas para funcionalizar partículas, de modo que as nanopartículas resultantes apresentem características superiores (por exemplo, modificação da superfície, NPs de núcleo–casca, NPs dopadas).
Os misturadores ultrassónicos de elevado cisalhamento podem ajudar muito a produzir lubrificantes de elevado desempenho de forma eficiente!

Novos nanoaditivos em óleos lubrificantes

São desenvolvidos novos aditivos de dimensão nanométrica para melhorar ainda mais as funcionalidades e o desempenho dos óleos e das massas lubrificantes. Por exemplo, os nanocristais de celulose (CNCs) são investigados e testados para a formulação de lubrificantes ecológicos. Zakani et al. (2022) demonstraram que – em comparação com suspensões lubrificantes não sonicadas – os lubrificantes com CNCs sonicados podiam diminuir o COF (coeficiente de atrito) e o desgaste em quase 25 e 30%, respetivamente. Os resultados deste estudo sugerem que o processamento por sonicação pode melhorar significativamente o desempenho de lubrificação das suspensões aquosas de CNCs.

Dispersores ultrassónicos de elevado desempenho para a produção de lubrificantes

Quando se utilizam nanoaditivos em processos de produção industrial, como a produção de óleos lubrificantes, é crucial que os pós secos (isto é, nanomateriais) sejam misturados de forma homogénea numa fase líquida (óleo lubrificante). A dispersão de nanopartículas requer uma técnica de mistura fiável e eficaz, que aplique energia suficiente para desfazer os aglomerados e assim libertar as qualidades das partículas de dimensão nanométrica. Os sonicadores são bem conhecidos como dispersores potentes e fiáveis, sendo, por isso, utilizados para desaglomerar e distribuir homogeneamente diversos materiais, como óxido de alumínio, nanotubos, grafeno, minerais e muitos outros materiais, numa fase líquida, como óleos minerais, sintéticos ou vegetais. A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui dispersores ultrassónicos de elevado desempenho para todo o tipo de aplicações de homogeneização e desaglomeração.
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A tabela abaixo apresenta uma indicação da capacidade aproximada de processamento dos nossos sonicadores: