Lubrifianți cu funcționalități îmbunătățite prin nanoparticule
Uleiurile lubrifiante pot beneficia în mare măsură de nanoaditivi, care contribuie la reducerea frecării și a uzurii. Este însă esențial ca nanoaditivii, precum nanoparticulele, monostraturile de grafen sau nanosferele de tip miez-înveliș, să fie dispersați uniform și sub formă de particule individuale în lubrifiant. Dispersarea cu ultrasunete s-a dovedit a fi o metodă de amestecare fiabilă și eficientă, care asigură o distribuție omogenă a nanoparticulelor și previne agregarea.
Cum se dispersează nanoaditivii în fluidele lubrifiante? – Cu ultrasunete!
Utilizarea nanoaditivilor în lubrifianți este considerată una dintre cele mai eficiente metode de îmbunătățire a caracteristicilor tribologice, reducând frecarea și uzura. O astfel de îmbunătățire tribologică favorizează în mare măsură economisirea energiei și reducerea emisiilor, diminuând astfel impactul asupra mediului.
Provocarea lubrifianților nano-îmbunătățiți constă în amestecare: nanomaterialele, precum nanoparticulele sau nanoceluloza cristalină, necesită mixere focalizate cu forfecare ridicată, care dispersează și descurcă nanomaterialele uniform, până la particule individuale. Creând câmpuri unice cu densitate energetică ridicată, ultrasonicarea cu sonde ultrasonice de mare putere și-a dovedit superioritatea în procesarea nanomaterialelor și este astfel metoda consacrată pentru nanodispersii.
Molseh et al. (2009) au arătat că stabilitatea dispersiei a trei nanoparticule diferite (disulfură de molibden (MoS2), disulfură de wolfram (WS2) și nitrură de bor hexagonală (hBN)) în CIMFLO 20 a fost mai bună în cazul tratamentului cu ultrasunete decât în cazul scuturării mecanice și al agitării. Deoarece cavitația ultrasonică creează condiții unice cu densitate energetică ridicată, sonicarea cu sondă depășește tehnicile convenționale de dispersare în ceea ce privește eficacitatea și eficiența.
Caracteristicile nanoparticulelor, precum dimensiunea, forma și concentrația, influențează proprietățile lor tribologice. Deși dimensiunea nanometrică ideală variază în funcție de material, majoritatea nanoparticulelor prezintă cele mai ridicate funcționalități în intervalul de zece până la o sută de nanometri. Concentrația ideală a nanoaditivilor în uleiul lubrifiant se situează în majoritatea cazurilor între 0,1–5,0% .
Nanoparticulele de oxizi, precum Al2O3, CuO sau ZnO, sunt utilizate pe scară largă ca nanoparticule care îmbunătățesc performanța tribologică a lubrifianților. Alți aditivi includ aditivi fără cenușă, lichide ionice, esteri borați, nanomateriale anorganice, nanostructuri derivate din carbon, precum nanotuburile de carbon (CNTs), grafitul și grafenul. Aditivi specifici sunt utilizați pentru a îmbunătăți proprietăți specifice ale uleiurilor lubrifiante. De exemplu, lubrifianții pentru prevenirea uzurii conțin aditivi de presiune extremă, precum disulfura de molibden, grafitul, olefinele sulfurate și complecșii de dialchilditiocarbamat, sau aditivi antiuzură, precum triarilfosfații și dialchilditiofosfatul de zinc.
Omogenizatoarele cu ultrasunete de tip sondă sunt mixere fiabile și sunt utilizate pentru formularea lubrifianților de înaltă performanță. Recunoscută ca superioară atunci când vine vorba de prepararea suspensiilor de dimensiuni nanometrice, sonicarea este foarte eficientă pentru fabricarea industrială a uleiurilor lubrifiante.
Citiți mai multe despre dispersoarele cu ultrasunete pentru producția de nanolubrifianți!
Sistem industrial de amestecare cu ultrasunete pentru dispersarea nanoparticulelor în uleiuri lubrifiante, cu capacitate mare de procesare.
- performanță tribologică îmbunătățită
- încorporare uniformă a nanoaditivilor
- lubrifianți pe bază de ulei vegetal
- prepararea tribofilmului
- fluide pentru deformarea tablei metalice
- nanofluide pentru o eficacitate de răcire îmbunătățită
- lichide ionice în lubrifianți apoși sau pe bază de ulei
- fluide pentru broșare
Dispersarea cu ultrasunete a oxidului de aluminiu (Al2O3) duce la o reducere semnificativă a dimensiunii particulelor și la o dispersie uniformă.
Fabricarea lubrifianților cu nanoaditivi
Pentru producția uleiurilor lubrifiante nanoranforsate, un nanomaterial adecvat și o tehnică de dispersare puternică și eficientă sunt esențiale. Fără o nanodispersie fiabilă și stabilă pe termen lung, nu se poate fabrica un lubrifiant de înaltă performanță.
Amestecarea și dispersarea cu ultrasunete reprezintă o metodă consacrată pentru producția lubrifianților de înaltă performanță. Uleiul de bază al lubrifianților este ranforsat cu aditivi precum nanomateriale, polimeri, inhibitori de coroziune, antioxidanți și alte agregate fine. Forțele de forfecare ultrasonice sunt foarte eficiente în obținerea unei distribuții foarte fine a dimensiunii particulelor. Forțele ultrasonice (sonomecanice) sunt capabile să macine chiar și particulele primare și sunt aplicate pentru funcționalizarea particulelor, astfel încât nanoparticulele rezultate oferă caracteristici superioare (de ex. modificarea suprafeței, NP de tip miez-înveliș, NP dopate).
Mixerele cu ultrasunete cu forfecare ridicată pot contribui în mare măsură la fabricarea eficientă a lubrifianților de înaltă performanță!
Amestec de ulei cu dialchilditiofosfat de zinc (ZDDP) și nanoparticule de PTFE cu suprafață modificată (PHGM) după dispersarea cu ultrasunete.
(Studiu și imagine: Sharma et al., 2017)
Nanoaditivi noi în uleiurile lubrifiante
Se dezvoltă nanoaditivi noi pentru a îmbunătăți și mai mult funcționalitățile și performanța uleiurilor și unsorilor lubrifiante. De exemplu, nanocristalele de celuloză (CNCs) sunt cercetate și testate pentru formularea lubrifianților ecologici. Zakani et al. (2022) au demonstrat că – în comparație cu suspensiile lubrifiante nesonicate – lubrifianții CNC sonicați au putut reduce COF (coeficientul de frecare) și uzura cu aproape 25 și, respectiv, 30%. Rezultatele acestui studiu sugerează că procesarea prin ultrasonicare poate îmbunătăți semnificativ performanța de lubrifiere a suspensiilor apoase de CNC.
Dispersoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru fabricarea lubrifianților
Atunci când nanoaditivii sunt utilizați în procese industriale de fabricație, precum producția uleiurilor lubrifiante, este esențial ca pulberile uscate (adică nanomaterialele) să fie amestecate omogen într-o fază lichidă (uleiul lubrifiant). Dispersarea nanoparticulelor necesită o tehnică de amestecare fiabilă și eficace, care aplică suficientă energie pentru a sparge aglomeratele, astfel încât să elibereze calitățile particulelor la scară nanometrică. Sonicatoarele sunt bine cunoscute ca dispersoare puternice și fiabile, fiind de aceea utilizate pentru a dezaglomera și a distribui omogen diverse materiale, precum oxidul de aluminiu, nanotuburile, grafenul, mineralele și multe alte materiale, într-o fază lichidă, precum uleiurile minerale, sintetice sau vegetale. Hielscher Ultrasonics proiectează, fabrică și distribuie dispersoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru orice tip de aplicații de omogenizare și dezaglomerare.
Contactați-ne acum pentru a afla mai multe despre dispersarea cu ultrasunete a nanoaditivilor în lubrifianți!
Tabelul de mai jos vă oferă o indicație privind capacitatea aproximativă de procesare a sonicatoarelor noastre:
| Volumul lotului | Debit | Dispozitive recomandate |
|---|---|---|
| 1 până la 500mL | 10 până la 200mL/min | UP100H |
| 10 până la 2000mL | 20 până la 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 până la 20L | 0,2 până la 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 până la 100L | 2 până la 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 până la 150L | 3 până la 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 până la 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | mai mare | cluster de UIP16000 |
Contactați-ne! / Întrebați-ne!
Hielscher Ultrasonics fabrică omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță pentru aplicații de amestecare, dispersare, emulsionare și extracție la scară de laborator, pilot și industrială.
Nanolubrifianți cu PTFE la 7 zile după preparare (A: ulei de bază, B: nanolubrifiant cu PTFE cu 1 oră de ultrasonicare, C: nanolubrifiant cu PTFE cu 30 min. de ultrasonicare).
(Studiu și imagine: © Kumar et al., 2013)
Efectul ultrasonicării asupra stabilității dispersiei de Al2O3 în lubrifianți.
(Studiu și grafic: © Sharif et al., 2017)
Fapte demne de știut
Ce sunt lubrifianții?
Principala utilizare a lubrifianților sau a uleiurilor lubrifiante este reducerea frecării și a uzurii cauzate de contactul mecanic, precum și a căldurii. În funcție de utilizare și compoziție, lubrifianții se împart în uleiuri de motor, fluide de transmisie, fluide hidraulice, uleiuri pentru angrenaje și lubrifianți industriali.
Prin urmare, lubrifianții sunt utilizați pe scară largă atât în autovehicule, cât și în utilajele industriale. Pentru a asigura o bună lubrifiere, uleiurile lubrifiante conțin de regulă 90% ulei de bază (în mare parte fracții petroliere, adică uleiuri minerale) și mai puțin de 10% aditivi. Atunci când se evită uleiurile minerale, uleiurile vegetale sau lichidele sintetice, precum poliolefinele hidrogenate, esterii, siliconii, fluorocarburile și multe altele, pot fi utilizate ca uleiuri de bază alternative. Principala utilizare a lubrifianților este reducerea frecării și a uzurii cauzate de contactul mecanic, precum și diminuarea căldurii de frecare și a pierderilor de energie. Prin urmare, lubrifianții sunt utilizați pe scară largă atât în autovehicule, cât și în utilajele industriale.
Substanțele antioxidante, precum antioxidanții primari aminici și fenolici, acizii naturali, descompunătorii de peroxizi și pirazinele, prelungesc ciclul de viață al lubrifianților prin creșterea rezistenței la oxidare. Astfel, uleiul de bază este protejat împotriva degradării termice, deoarece descompunerea termo-oxidativă are loc într-o formă redusă și întârziată.
Tipuri de lubrifianți
Lubrifianți lichizi: Lubrifianții lichizi se bazează în general pe un singur tip de ulei de bază. La acest ulei de bază se adaugă adesea alte substanțe pentru a îmbunătăți funcționalitatea și performanța. Aditivii tipici includ, de exemplu, apă, ulei mineral, lanolină, ulei vegetal sau natural, nanoaditivi etc.
Majoritatea lubrifianților sunt lichizi și pot fi clasificați, în funcție de originea lor, în două grupe:
- Uleiuri minerale: uleiurile minerale sunt uleiuri lubrifiante rafinate din țiței.
- Uleiuri sintetice: uleiurile sintetice sunt uleiuri lubrifiante fabricate folosind compuși modificați artificial sau sintetizați din petrol modificat.
Unsoarea lubrifiantă este un lubrifiant solid sau semisolid care constă într-un lubrifiant lichid îngroșat prin dispersarea în acesta a unor agenți de îngroșare. Pentru a produce unsoare lubrifiantă, uleiurile lubrifiante sunt utilizate ca uleiuri de bază și reprezintă ingredientul principal. Unsoarea lubrifiantă conține aprox. 70% până la 80% ulei lubrifiant.
Lubrifianții penetranți și lubrifianții uscați sunt alte tipuri, utilizate în principal pentru aplicații de nișă.
Biolubrifianții se referă în principal la fluidul de bază sau la profilul de mediu general, nu neapărat la faptul că fiecare aditiv în parte este de origine biologică. Biolubrifianții se bazează de obicei pe uleiuri vegetale, esteri sintetici, uleiuri derivate din plante sau alte materiale de bază regenerabile/biodegradabile. Cu toate acestea, la fel ca lubrifianții convenționali, ei necesită adesea în continuare aditivi funcționali pentru a îmbunătăți protecția împotriva uzurii, stabilitatea la oxidare, protecția împotriva coroziunii, comportamentul vâscozității și capacitatea de încărcare. Aceasta înseamnă că biolubrifianții sunt definiți în sens larg prin originea regenerabilă, biodegradabilitate, toxicitate redusă și performanța de mediu, mai degrabă decât prin cerința ca fiecare aditiv să fie biologic.
Citiți mai multe despre sonicare pentru formulările de biolubrifianți!
Nanoaditivii enumerați exemplificativ mai sus pot fi amestecați cu succes în lubrifianți folosind dispersoare cu ultrasunete.
Literatură / Referințe
- 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 fabrică omogenizatoare cu ultrasunete de înaltă performanță de la scară de laborator până la scară industrială.