Nanoparçacıklarla İşlevleri İyileştirilmiş Yağlayıcılar
Yağlama yağları, sürtünmeyi ve aşınmayı azaltmaya yardımcı olan nano katkılardan büyük ölçüde yararlanabilir. Ancak nanoparçacıklar, grafen tek katmanları veya çekirdek-kabuk nanoküreler gibi nano katkıların yağlayıcı içinde homojen biçimde ve tek tek dağılması kritik öneme sahiptir. Ultrasonik dispersiyonun, homojen nanoparçacık dağılımı sağlayan ve agregasyonu önleyen güvenilir ve verimli bir karıştırma yöntemi olduğu kanıtlanmıştır.
Nano Katkılar Yağlama Sıvılarında Nasıl Dağıtılır? – Ultrasonik Yöntemlerle!
Yağlayıcılarda nano katkıların kullanılması, sürtünmeyi ve aşınmayı azaltan tribolojik özellikleri iyileştirmenin en etkili yöntemlerinden biri olarak kabul edilir. Bu tür tribolojik iyileştirmeler, enerji tasarrufunu ve emisyonların azaltılmasını büyük ölçüde destekleyerek çevresel etkiyi azaltır.
Nano katkılarla iyileştirilmiş yağlayıcılardaki zorluk karıştırma işlemindedir: Nanoparçacıklar veya kristalin nano selüloz gibi nanomalzemeler, nanomalzemeleri homojen biçimde dağıtan ve birbirinden ayırarak tekil parçacıklara dönüştüren, odaklanmış yüksek kesme kuvvetli karıştırıcılar gerektirir. Benzersiz, yoğun enerjili alanlar oluşturan yüksek güçlü ultrason problarıyla sonikasyonun nanomalzeme işlemede üstünlüğü kanıtlanmıştır ve bu nedenle nano dispersiyonlar için yerleşik yöntemdir.
Molseh et al. (2009), üç farklı nanoparçacığın (molibden disülfür (MoS2), tungsten disülfür (WS2) ve hekzagonal bor nitrür (hBN)) CIMFLO 20 içindeki dispersiyon kararlılığının ultrasonik işlemle, mekanik çalkalama ve karıştırmaya kıyasla daha iyi olduğunu göstermiştir. Ultrasonik kavitasyon benzersiz, yoğun enerjili koşullar oluşturduğundan, prob tipi sonikasyon etkinlik ve verimlilik açısından geleneksel dispersiyon tekniklerinden üstündür.
Nanoparçacıkların boyut, şekil ve konsantrasyon gibi özellikleri tribolojik özelliklerini etkiler. İdeal nano boyut malzemeye bağlı olarak değişse de çoğu nanoparçacık en yüksek işlevselliği on ila yüz nanometre aralığında gösterir. Yağlama yağındaki nano katkıların ideal konsantrasyonu çoğunlukla %0,1–5,0 aralığındadır.
Al2O3, CuO veya ZnO gibi oksit nanoparçacıkları, yağlayıcıların tribolojik performansını iyileştiren nanoparçacıklar olarak yaygın biçimde kullanılır. Diğer katkılar arasında külsüz katkılar, iyonik sıvılar, borat esterleri, inorganik nanomalzemeler, karbon nanotüpler (CNTs), grafit ve grafen gibi karbon türevi nanoyapılar bulunur. Yağlama yağlarının belirli özelliklerini iyileştirmek için belirli katkılar kullanılır. Örneğin aşınmayı önleyici yağlayıcılar, molibden disülfür, grafit, kükürtlenmiş olefinler ve dialkilditiyokarbamat kompleksleri gibi aşırı basınç katkıları veya triarilfosfatlar ve çinko dialkilditiyofosfat gibi aşınma önleyici katkılar içerir.
Ultrasonik prob tipi homojenizatörler güvenilir karıştırıcılardır ve yüksek performanslı yağlayıcıların formülasyonunda kullanılır. Nano boyutlu süspansiyonların hazırlanmasında üstünlüğüyle tanınan sonikasyon, yağlama yağlarının endüstriyel üretimi için son derece verimlidir.
Nano yağlayıcı üretimi için ultrasonik dispersörler hakkında daha fazla bilgi edinin!
Nanoparçacıkların yağlama yağlarında yüksek işleme kapasitesiyle dağıtılması için endüstriyel ultrasonik karıştırma sistemi.
- iyileştirilmiş tribolojik performans
- nano katkıların homojen biçimde dahil edilmesi
- bitkisel yağ bazlı yağlayıcılar
- tribofilm hazırlanması
- sac şekillendirme sıvıları
- iyileştirilmiş soğutma etkinliği için nanoakışkanlar
- su veya yağ bazlı yağlayıcılarda iyonik sıvılar
- broşlama sıvıları
Alüminyum oksidin (Al2O3) ultrasonik dispersiyonu, parçacık boyutunda önemli bir küçülme ve homojen dispersiyon sağlar.
Nano Katkılı Yağlayıcıların Üretimi
Nano katkılarla güçlendirilmiş yağlama yağlarının üretimi için uygun nanomalzeme ve güçlü, verimli bir dispersiyon tekniği kritik öneme sahiptir. Güvenilir ve uzun süre kararlı kalan bir nano dispersiyon olmadan yüksek performanslı bir yağlayıcı üretilemez.
Ultrasonik karıştırma ve dispersiyon, yüksek performanslı yağlayıcıların üretimi için yerleşik bir yöntemdir. Yağlayıcıların baz yağı, nanomalzemeler, polimerler, korozyon inhibitörleri, antioksidanlar ve diğer ince agregalar gibi katkılarla güçlendirilir. Ultrasonik kesme kuvvetleri, çok ince bir parçacık boyutu dağılımı sağlamada son derece verimlidir. Ultrasonik (sonomekanik) kuvvetler birincil parçacıkları bile öğütebilir ve parçacıkları işlevselleştirmek için uygulanır; böylece elde edilen nanoparçacıklar üstün özellikler sunar (ör. yüzey modifikasyonu, çekirdek-kabuk nanoparçacıklar, katkılanmış nanoparçacıklar).
Ultrasonik yüksek kesme kuvvetli karıştırıcılar, yüksek performanslı yağlayıcıların verimli biçimde üretilmesine büyük ölçüde yardımcı olabilir!
Ultrasonik dispersiyon sonrasında çinko dialkilditiyofosfat (ZDDP) ve yüzeyi modifiye edilmiş PTFE nanoparçacıkları (PHGM) içeren yağ karışımı.
(Çalışma ve görsel: Sharma et al., 2017)
Yağlama Yağlarında Yeni Nano Katkılar
Yağlama yağlarının ve greslerin işlevlerini ve performansını daha da iyileştirmek için yeni nano boyutlu katkılar geliştirilmektedir. Örneğin selüloz nanokristalleri (CNCs), çevre dostu yağlayıcıların formülasyonu için araştırılmakta ve test edilmektedir. Zakani et al. (2022), sonikasyon uygulanmış CNC yağlayıcılarının – sonikasyon uygulanmamış yağlama süspansiyonlarına kıyasla – COF’yi (sürtünme katsayısı) ve aşınmayı sırasıyla neredeyse %25 ve 30 oranlarında azaltabildiğini göstermiştir. Bu çalışmanın sonuçları, sonikasyon işleminin CNC sulu süspansiyonlarının yağlama performansını önemli ölçüde iyileştirebileceğine işaret etmektedir.
Yağlayıcı Üretimi için Yüksek Performanslı Ultrasonik Dispersörler
Yağlama yağlarının üretimi gibi endüstriyel üretim süreçlerinde nano katkılar kullanıldığında, kuru tozların (yani nanomalzemelerin) sıvı bir faza (yağlama yağına) homojen biçimde karıştırılması kritik öneme sahiptir. Nanoparçacık dispersiyonu, nano ölçekli parçacıkların özelliklerini açığa çıkarmak üzere aglomeraları parçalamaya yetecek enerjiyi uygulayan güvenilir ve etkili bir karıştırma tekniği gerektirir. Sonikatörler güçlü ve güvenilir dispersörler olarak tanınır; bu nedenle alüminyum oksit, nanotüpler, grafen, mineraller ve daha birçok malzemenin deaglomerasyonu ve mineral, sentetik veya bitkisel yağlar gibi sıvı bir faz içinde homojen biçimde dağıtılması için kullanılır. Hielscher Ultrasonics, her türlü homojenizasyon ve deaglomerasyon uygulaması için yüksek performanslı ultrasonik dispersörler tasarlar, üretir ve dağıtır.
Yağlayıcılardaki nano katkıların ultrasonik dispersiyonu hakkında daha fazla bilgi edinmek için hemen bizimle iletişime geçin!
Aşağıdaki tablo, sonikatörlerimizin yaklaşık işleme kapasitesi hakkında fikir verir:
| Parti Hacmi | Debi | Önerilen Cihazlar |
|---|---|---|
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20L | 0,2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000hdT |
| 15–150L | 3–15L/min | UIP6000hdT |
| uygulanamaz | 10–100L/min | UIP16000 |
| uygulanamaz | daha yüksek | çoklu cihaz grubu: UIP16000 |
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sorun!
Hielscher Ultrasonics, laboratuvar, pilot ve endüstriyel ölçekte karıştırma uygulamaları, dispersiyon, emülsifikasyon ve ekstraksiyon için yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretir.
Hazırlanmalarından 7 gün sonra PTFE nano yağlayıcılar (A: baz yağ, B: 1 hr sonikasyon uygulanmış PTFE nano yağlayıcı, C: 30 min. sonikasyon uygulanmış PTFE nano yağlayıcı).
(Çalışma ve görsel: © Kumar et al., 2013)
Sonikasyonun yağlayıcılarda Al2O3’ün dispersiyon kararlılığı üzerindeki etkisi.
(Çalışma ve grafik: © Sharif et al., 2017)
Bilinmesi Gerekenler
Yağlayıcılar Nedir?
Yağlayıcıların veya yağlama yağlarının başlıca kullanım amacı, mekanik temastan kaynaklanan sürtünmeyi ve aşınmayı, ayrıca ısıyı azaltmaktır. Kullanımlarına ve bileşimlerine bağlı olarak yağlayıcılar; motor yağları, şanzıman sıvıları, hidrolik sıvılar, dişli yağları ve endüstriyel yağlayıcılar olarak sınıflandırılır.
Bu nedenle yağlayıcılar hem motorlu taşıtlarda hem de endüstriyel makinelerde yaygın biçimde kullanılır. İyi yağlama sağlamak için yağlama yağları genellikle %90 baz yağ (çoğunlukla petrol fraksiyonları, yani mineral yağlar) ve %10’dan az katkı içerir. Mineral yağlardan kaçınıldığında, bitkisel yağlar veya hidrojenlenmiş poliolefinler, esterler, silikonlar, florokarbonlar ve daha birçok sentetik sıvı alternatif baz yağlar olarak kullanılabilir. Yağlayıcıların başlıca kullanım amacı, mekanik temastan kaynaklanan sürtünmeyi ve aşınmayı azaltmanın yanı sıra sürtünme ısısını ve enerji kayıplarını düşürmektir. Bu nedenle yağlayıcılar hem motorlu taşıtlarda hem de endüstriyel makinelerde yaygın biçimde kullanılır.
Aminik ve fenolik birincil antioksidanlar, doğal asitler, peroksit ayrıştırıcıları ve pirazinler gibi antioksidatif maddeler, oksidasyona karşı direnci artırarak yağlayıcıların yaşam döngüsünü uzatır. Böylece termooksidatif bozunma daha az ve daha geç gerçekleştiğinden baz yağ, ısı kaynaklı bozunmaya karşı korunur.
Yağlayıcı Türleri
Sıvı yağlayıcılar: Sıvı yağlayıcılar genellikle tek bir baz yağ türüne dayanır. İşlevselliği ve performansı iyileştirmek için bu baz yağa çoğu zaman başka maddeler eklenir. Tipik katkılar arasında örneğin su, mineral yağ, lanolin, bitkisel veya doğal yağ, nano katkılar vb. bulunur.
Yağlayıcıların çoğunluğu sıvıdır ve kökenlerine göre iki gruba ayrılabilir:
- Mineral yağlar: Mineral yağlar, ham petrolden rafine edilen yağlama yağlarıdır.
- Sentetik yağlar: Sentetik yağlar, yapay olarak modifiye edilmiş veya modifiye edilmiş petrolden sentezlenmiş bileşikler kullanılarak üretilen yağlama yağlarıdır.
Yağlama gresi içine kıvamlaştırıcı maddeler dağıtılarak koyulaştırılmış sıvı bir yağlayıcıdan oluşan katı veya yarı katı bir yağlayıcıdır. Yağlama gresi üretmek için yağlama yağları baz yağ olarak kullanılır ve ana bileşeni oluşturur. Yağlama gresi yaklaşık %70–%80 yağlama yağı içerir.
Nüfuz edici yağlayıcılar ve kuru yağlayıcılar çoğunlukla niş uygulamalarda kullanılan diğer türlerdir.
Biyoyağlayıcılar esas olarak baz sıvıya veya genel çevresel profile işaret eder; her bir katkının mutlaka biyolojik kaynaklı olması anlamına gelmez. Biyoyağlayıcılar genellikle bitkisel yağlara, sentetik esterlere, bitki kaynaklı yağlara veya diğer yenilenebilir/biyobozunur baz malzemelere dayanır. Ancak geleneksel yağlayıcılarda olduğu gibi aşınma korumasını, oksidasyon kararlılığını, korozyon korumasını, viskozite davranışını ve yük taşıma kapasitesini iyileştirmek için çoğu zaman yine işlevsel katkılara ihtiyaç duyarlar. Bu, biyoyağlayıcıların her katkının biyolojik olmasını gerektirmek yerine yenilenebilir köken, biyobozunurluk, düşük toksisite ve çevresel performans temelinde geniş anlamda tanımlandığı anlamına gelir.
Biyoyağlayıcı formülasyonları için sonikasyon hakkında daha fazla bilgi edinin!
Yukarıda örnek olarak listelenen nano katkılar, ultrasonik dispersörler kullanılarak yağlayıcılara başarıyla karıştırılabilir.
Literatür / Kaynaklar
- 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, laboratuvar ölçeğinden endüstriyel ölçeğe kadar yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretir.