Lubrificantes com funcionalidades melhoradas por nanopartículas

Os óleos lubrificantes podem beneficiar muito com os nano-aditivos, que ajudam a reduzir o atrito e o desgaste. No entanto, é fundamental que os nanoaditivos, como as nanopartículas, as monocamadas de grafeno ou as nanoesferas core-shell, estejam uniformemente e individualmente dispersos no lubrificante. A dispersão ultra-sónica provou ser um método de mistura fiável e eficiente, proporcionando uma distribuição homogénea das nanopartículas e evitando a agregação.

Como dispersar nano-aditivos em fluidos lubrificantes? – Com ultra-sons!

A utilização de nano-aditivos em lubrificantes é considerada um dos métodos mais eficazes para melhorar as caraterísticas tribológicas, reduzindo o atrito e o desgaste. Esta melhoria tribológica aumenta consideravelmente a conservação de energia e a redução das emissões, diminuindo assim o impacto ambiental.
O desafio dos lubrificantes nano-melhorados reside na mistura: Os nanomateriais, como as nanopartículas ou a nanocelulose cristalina, requerem misturadores de alto cisalhamento focalizados que dispersem e desembaracem os nanomateriais uniformemente em partículas individuais. Criando campos únicos de energia densa, ultrassom usando sondas de ultrassom de alta potência tem sido provado superioridade no processamento de nanomateriais e é, portanto, o método estabelecido para nano-dispersões.
Molseh et al. (2009) mostraram que a estabilidade de dispersão de três nanopartículas diferentes (dissulfureto de molibdénio (MoS2), dissulfureto de tungsténio (WS2), e nitreto de boro hexagonal (hBN)) em CIMFLO 20 com tratamento de ultra-sons foi melhor do que com agitação mecânica e agitação. Como cavitação ultra-sônica cria condições únicas de energia-densa, ultrasonication tipo sonda supera técnicas de dispersão convencionais em eficácia e eficiência.
As caraterísticas das nanopartículas, como o tamanho, a forma e a concentração, estão a influenciar as suas propriedades tribológicas. Embora o tamanho ideal das nanopartículas varie em função do material, a maioria das nanopartículas apresenta funcionalidades mais elevadas na gama dos dez a cem nanómetros. A concentração ideal de nano-aditivos no óleo lubrificante situa-se maioritariamente entre 0,1-5,0% .
As nanopartículas de óxido, como Al2O3, CuO ou ZnO, são amplamente utilizadas como nanopartículas que melhoram o desempenho tribológico dos lubrificantes. Outros aditivos incluem aditivos sem cinzas, líquidos iónicos, ésteres de borato, nanomateriais inorgânicos, nanoestruturas derivadas do carbono, como os nanotubos de carbono (CNT), a grafite e o grafeno. São utilizados aditivos específicos para melhorar as propriedades específicas dos óleos lubrificantes. Por exemplo, os lubrificantes antidesgaste contêm aditivos de extrema pressão, como dissulfureto de molibdénio, grafite, olefinas sulfuradas e complexos de dialquilditiocarbamato, ou aditivos antidesgaste, como triarilfosfatos e dialquilditiofosfato de zinco.
Os homogeneizadores ultra-sónicos do tipo sonda são misturadores fiáveis e são utilizados para a formulação de lubrificantes de alto desempenho. Reconhecida como superior quando se trata da preparação de suspensões de tamanho nanométrico, a sonicação é altamente eficiente para o fabrico industrial de óleos lubrificantes.
 
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A dispersão ultra-sônica de óxido de alumínio (Al2O3) resulta em uma redução significativa do tamanho das partículas e dispersão uniforme.

Fabrico de lubrificantes com nano-aditivos

Para a produção de óleos lubrificantes nano-reforçados, são cruciais um nano-material adequado e uma técnica de dispersão potente e eficiente. Sem uma nano-dispersão fiável e estável a longo prazo, não é possível fabricar um lubrificante de elevado desempenho.
A mistura e dispersão por ultra-sons é um método estabelecido para a produção de lubrificantes de alto desempenho. O óleo base dos lubrificantes é reforçado com aditivos tais como nanomateriais, polímeros, inibidores de corrosão, antioxidantes e outros agregados finos. As forças de cisalhamento ultra-sónicas são altamente eficientes no fornecimento de uma distribuição de tamanho de partícula muito fina. As forças ultra-sónicas (sonomecânicas) são capazes de moer até partículas primárias e são aplicadas para funcionalizar partículas, de modo a que as nanopartículas resultantes ofereçam caraterísticas superiores (por exemplo, modificação da superfície, NPs com núcleo de concha, NPs dopadas).
Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento podem ajudar muito a fabricar lubrificantes de alto desempenho de forma eficiente!

Novos nano-aditivos em óleos lubrificantes

Estão a ser desenvolvidos novos aditivos de dimensão nanométrica para melhorar ainda mais as funcionalidades e o desempenho dos óleos e massas lubrificantes. Por exemplo, os nano-cristais de celulose (CNC) 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 CNC sonicados podem diminuir o COF (coeficiente de atrito) e o desgaste em quase 25 e 30%, respetivamente. Os resultados deste estudo sugerem que o processamento por ultra-sons pode melhorar significativamente o desempenho da lubrificação de suspensões aquosas de CNC.

Dispersores ultra-sónicos de alto desempenho para o fabrico de lubrificantes

Quando os nano-aditivos são utilizados em processos de fabrico industrial, como a produção de óleos lubrificantes, é crucial que os pós secos (ou seja, os nanomateriais) sejam homogeneamente misturados numa fase líquida (óleo lubrificante). A dispersão de nanopartículas requer uma técnica de mistura fiável e eficaz, que aplique energia suficiente para quebrar aglomerados, a fim de libertar as qualidades das partículas à escala nanométrica. Os ultrassons são bem conhecidos como dispersores potentes e fiáveis, pelo que são utilizados para desaglomerar e distribuir vários materiais, tais como óxido de alumínio, nanotubos, grafeno, minerais e muitos outros materiais de forma homogénea numa fase líquida, como óleos minerais, sintéticos ou vegetais. A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui dispersores ultra-sónicos de elevado desempenho para qualquer tipo de aplicações de homogeneização e desaglomeração.
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O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons: