161
program
Nanoþástice jako ekologicky akceptovatelné mazivostní pĜísady? Ing. Jan Vymetálek, Doc.Ing. Michal Stejskal,CSc. Ústav techologie ropy a petrochemie,Vysoká škola chemicko-technologická v Praze, Technická 5, 166 28 Praha 6 ;
[email protected]
1. Úvod
Souþasným trendem v prĤmyslu zpracování ropy a výroby maziv je smČĜování k vývoji a využívání alternativních paliv z obnovitelných zdrojĤ a k vývoji ekologicky snadno odbouratelných maziv a aditiv. Organické a organokovové slouþeniny jako jsou zinek dialkyl(diaryl)dithiofosfát (ZDDP), trikresylfosfát (TCP), trixylylfosfát (TXP) a dilaurylfosfát jsou díky svým velmi dobrým vlastnostem využívány jako vysokotlaká a protiodČrová - EP/AW (Extreme-Pressure / Anti-Wear) aditiva v motorových a prĤmyslových olejích. Tyto slouþeniny mají obvyklo v molekule zabudovanou jednu þi více polárních skupin, v kterých jsou zastoupeny heteroatomy jako je síra, fosfor nebo chlór. S ohledem na životní prostĜedí bude však využívání tČchto úþinných aditiv stále více omezováno, a to pĜedevším v dĤsledku obsahu výše uvedených heteroatomĤ. Pozornost v oblasti vývoje nových aditiv pro mazací prostĜedky se proto v souþasnosti soustĜećuje na vývoj a využití nových, ekologicky šetrných, slouþenin. Novou a velmi perspektivní oblastí ve vývoji EP/AW aditiv se ukazuje být využití napĜ. anorganických nanoþástic. S objevem unikátních vlastností fulerenĤ a nanotrubic se zájem vČdcĤ o výzkum nanoþástic a nanokompozitních materiálĤ rapidnČ zvýšil. Nanoþástice a nanotechnologie nacházejí své uplatnČní již témČĜ ve všech vČdních oborech a výjimkou není ani tribologie a tribochemie. Aþkoliv výzkum vČnující se využití nanoþástic zažívá velký rozmach hlavnČ v posledních letech, v oblasti prĤmyslových maziv je využívání nanoþástic praktikováno již více než 50 let [1]. PovrchovČ modifikované nanoþástice CaCO3 jsou používány jako detergentní pĜísady do olejĤ a bývají bČžnou souþástí tzv. aditivaþního balíþku. V olejích mají hlavnČ detergentní funkci a jsou zároveĖ nositeli tzv. alkalické rezervy. Výzkum nanoþástic v tribologii je zamČĜen pĜedevším na testování jejich vysokotlakých a protiodČrových vlastností. Doposud již bylo experimentálnČ vyzkoušeno více jak 50 rĤzných typĤ anorganických slouþenin a prvkĤ [2], z nichž nČkteré v provádČných experimentech skuteþnČ vystupovaly jako velmi dobrá EP/AW aditiva. Výsledky nČkterých výzkumĤ [3,4] dokonce prokázaly ještČ lepší EP/AW vlastnosti anorganických nanoþástic, než mají dnes standardnČ používaná aditiva na bázi ZDDP. Nevýhodou vČtšiny anorganických látek však mĤže být jejich nerozpustnost a neschopnost vytvoĜení stabilní disperze v základovém oleji. Proto je vČtšinou nutné nanoþástice pĜed použitím nejprve vhodnČ povrchovČ upravit. Povrchové modifikace nanoþástic se provádČjí vhodnými krycími agenty nebo pĜídavkem vhodných disperzních þinidel.
2. Typy testovaných nanoþástic Velmi perspektivní v oblasti prĤmyslových maziv se jeví využití anorganických þástic fulerenového typu (obr. 1), oznaþovaných v literatuĜe jako IF-nanoparticles (Inorganic Fullerenelike nanoparticles). Jejich specifická struktura se dá pĜirovnat ke struktuĜe vícevrstevných fullerenĤ. IF-nanoþástice tvoĜí molekuly disulfidĤ a diselenidĤ kovĤ (ZrS2, NbS2, MoSe2), zejména kovĤ IV.B skupiny (MoS2, WS2), MeY (Me-kov, Y-chalkogen), dále pak také þástice V2O5 a BN. PĜedevším IF-nanoþástice WS2 (MoS2) vykazují velmi slibné tribologické vlastnosti typické pro EP/AW aditiva. Poprvé byla syntéza IF-nanoþástice WS2 publikována Tennem [5] v roce 1992. Bylo zjištČno, že nanoþástice WS2 planárních struktur (podobné grafitu) jsou v této formČ nestabilní a samovolnČ se transformují na IF–nanoþástice. Velkou pĜedností IF-nanoþástic WS2 jsou hlavnČ jejich chemická stabilita a schopnost odolat znaþnČ vysokým tlakĤm (ĜádovČ desítky GPa). V roce 1 APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1397
16.–18. 4. 2007 Milovy
program
2002 byly výzkumné aktivity tohoto vČdce podpoĜeny firmou ApNano Materials a tuhé mazivo na bázi IF-nanoþástic WS2 je nyní již komerþnČ dostupné pod názvem NanoLub.
Obr. 1: Struktura IF-WS2 nanoþástic KromČ testování IF-nanoþástic probíhají obdobné tribochemické a tribologické testy také s Ĝadou dalších typĤ anorganických látek, které netvoĜí strukturu fulerenového typu. Nutno poznamenat, že velmi málo autorĤ však bohužel ve svém výbČru nanoþástic zohledĖuje také jejich možný negativní dopad na životní prostĜedí nebo jejich obtížné praktické využití v prĤmyslu. PĜíkladem nanoþástic, u nichž byly sice prokázány výborné mazivostní vlastnosti, ale jejich praktické využití je velmi omezené, jsou napĜ. nanoþástice vzácných a drahých kovĤ (Au, Ag) nebo kovĤ s velmi Ĝídkým výskytem (Bi, In). Dále pak nČkteĜí autoĜi experimentují s nanoþásticemi, jejichž povrchové úpravy zahrnují využívání slouþenin typu DDP (dialkyl dithiofosfát), které obsahují z hlediska životního prostĜedí obtížnČ pĜijatelné prvky jako je organická síra a fosfor. Na druhou stranu mezi ekologicky akceptovatelné nanoþástice s výbornými EP/AW vlastnostmi lze zaĜadit napĜ. boritany a oxidy nČkterých kovĤ (Mg3(BO3)2, Fe2O3, TiO2 aj.).
3. Mechanismus pĤsobení nanoþástic jako EP/AW aditiv Jednu ze základních funkþních vlastností, které charakterizují mazací oleje, pĜedstavují jejich mazací schopnosti. Oleje mají mít vysokou mazací schopnost a vysokou povrchovou aktivitu tak, aby byly schopny vytvoĜit ochrannou vrstvu na povrchu troucích se souþástí a zamezit anebo snížit odČr pĜi pracovních zatíženích a rychlostech. Je známo, že zákony hydrodynamiky neplatí, jakmile tloušĢka maziva mezi troucími se souþástmi je menší než 600 nm, tj. pĜi mazání meznou vrstvou. PĜi mazání meznou mazací vrstvou nemá viskozita oleje na mazání rozhodující vliv a mazací efekt je podmínČný zejména povrchovČ aktivními vlastnostmi oleje [6]. Mechanismy pĤsobení jednotlivých nanoþástic jako EP/AW aditiv jsou vČtšinou vyvozovány podle elementární analýzy testovaných povrchĤ kovĤ. Mezi instrumentální metody používané na analýzy povrchĤ patĜí napĜ. AFM (Atomic Force Microscopy) EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) XPS (X-Ray Photoelectron Spectroscopy) atd. Mezi faktory ovlivĖujících EP/AW vlastnosti nanoþástic a mechanismus jejich pĤsobení patĜí nejen chemická povaha a fyzikální vlastnosti nanoþástic, ale také jejich rozmČry a struktura. Podle typu používaných nanoþástic jsou popisovány rĤzné mechanismy pĤsobení. Chinas-Castillo a Spikes [7] zkoumali vliv velikosti nanoþástic na jejich tribologické chování. Ve svém výzkumu porovnávali vliv nanoþástic Au o prĤmČrných velikostech 5 a 20 nm. UvádČjí, že koeficient tĜení snižovaly s nejvČtším efektem nanoþástice o velikosti 5 nm. Liu et al. [8] zkoumali EP/AW vlastnosti povrchovČ upravených nanoþástic mČdi (Cu+DDP) v kapalném parafínu. Ve svých výsledcích poukazují na to, že menší nanoþástlice mnohem snáze interagují s povrchem kovu za vzniku tribochemického filmu. 2 APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1398
16.–18. 4. 2007 Milovy
program
Rapoport a kol. [9] studovali chování IF–nanoþástic v olejích. Vypozorovali, že sférické IF– nanoþástice menších tvarĤ (cca 30 nm) vykazují lepší tzv. „ložiskový efekt“ než nanoþástice vČtších rozmČrĤ, dále mají menší afinitu k povrchu kovĤ, snižují lépe teplotu mezi kontakty, vykazují lepší elastiþnost a lepší chemickou stabilitu. Jedním z možných principĤ zvyšování EP/AW vlastností olejĤ pomocí nanoþástic je vznik tribochemického filmu, stejnČ jako u standardnČ používaných EP/AW aditiv. Hu Z. S. a kol. [10] popisují úþinky nanoþástic rĤzných boritanĤ. Jako pĜíklad uvádČjí mechanismus pĤsobení nanoþástic LaBO3 (obr. 2). Nejprve se nanoþástice LaBO3 s disperzním þinidlem dopraví do kontaktních míst na povrchy kovĤ, následnČ v dĤsledku vysokých tlakĤ a teplot a v dĤsledku stĜihového efektu se LaBO3 rozloží za vzniku B2O3, který reaguje s povrchem kovĤ za vzniku FeB. Takto vzniká ochranný tribochemický film s obsahem FeB a B2O3 s velmi dobrými EP/AW vlastnostmi.
Obr. 2.: Mechanismus vzniku tribochemického filmu za použití nanoþástic LaBO3 Dalším popsaným mechanismem funkce nanoþástic je tzv. „ložiskový efekt“, kdy se nanoþástice na povrchu kovu chemicky nevážou, nýbrž pouze svou pĜítomností v kontaktních zónách zamezují pĜímému styku povrchĤ kovĤ (obr. 3).
Obr.3: ZnázornČní mechanického pĤsobení IF nanoþástic Tento jev, kdy nanoþástice vykazují valivý pohyb, byl pozorován hlavnČ u IF-nanoþástic. Mechanické pĤsobení nanoþástic tohoto typu je dáno jejich unikátní strukturou, která také stojí za jejími výbornými fyzikálními vlastnostmi. Podle Rapoporta a kol. [9,11] je dominantním mechanismem pĜi nízkých a stĜedních hodnotách zatížení právČ valivý pohyb IF-nanoþástic, protože tvar IF-nanoþástic pĜi tČchto podmínkách zĤstává stále zachován. Dalším jevem doplĖujícím „ložiskový efekt“ IF-nanoþástic, u nČhož byla prokázána souvislost se zlepšením mazivostních vlastnost, je tzv. „third body transfer“. PĜi tomto jevu, jež se projevuje pĜi rostoucích zatíženích, se v dĤsledku vysokých tlakĤ oddČlují jednotlivé vrchní vrstvy IF nanoþástic, které se následnČ adsorbují na povrchu kovu, þímž je i nadále zamezeno pĜímému kontaktu kovových souþástí. Zhao a kol. [12] pozorovali, že aþkoliv pĜítomnost nanoþástic bismutu významnČ zlepšovala EP/AW vlastnosti testovaného oleje, tak EDS spektroskopie nezaznamenala žádné známky pĜítomnosti bismutu v místech kontaktu povrchĤ. Z tohoto dĤvodu usoudili, že se nanoþástice bismutu mohou chovat jako „nanoložiska“. PĜi nároþnČjších podmínkách se v dĤsledku vysokých teplot a tlakĤ pak nanoþástice mohou tavit a tím tvoĜit okamžitou ochrannou kovovou vrstvu. 3 APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1399
16.–18. 4. 2007 Milovy
program
Interakce mezi kovovou vrstvou a povrchem je však slabá, takže se kovová vrstva mĤže lehce uvolnit z povrchu. PĜedpokládá se, že dobré tribologické vlastnosti bismutových nanoþástic se mohou pĜisuzovat právČ tvorbČ okamžité kovové vrstvy. Podobné závČry autoĜi vyvodili i pĜi testování nanoþástic slitiny cínu a india [4]. Tao a kol. [13] sledovali vliv nanoþástic nanodiamantu jako aditiva do olejĤ. Zjistili, že hlavním dĤvodem zlepšení EP/AW vlastností testovaného oleje byl právČ „ložiskový efekt“.
4. Povrchové úpravy a struktura nanoþástic Nevýhodou vČtšiny anorganických látek mĤže být jejich nerozpustnost nebo neschopnost vytvoĜení stabilní disperze v základovém oleji. Pro optimální aplikaci nanoþástic jako aditiv v mazacích olejích je však nezbytné zachovat nanoþástice ve stabilní dispergované formČ v celém objemu kapalného média. Bohužel, velká povrchová energie, jež je pro þástice o velikostech ĜádovČ nanometrĤ typická, má za následek jejich termodynamickou nestabilitu v kapalinách, z þehož vyplývá tendence dispergovaných nanoþástic k shlukování a aglomeraci. PĜi aglomeraci se þástice shromažćují do vČtších útvarĤ - agregátĤ. NáslednČ po dosažení urþité velikosti agregátĤ dochází k sedimentaci, což vede k zániku disperzního systému a jeho rozdČlení na makrofáze. Stabilitu disperze lze zvýšit pĜídavkem napĜ. malého množství vhodného stabilizátoru. Podstatou pĤsobení stabilizátoru je adsorpce iontĤ na povrchu disperzních þástic, které tím získávají souhlasný elektrický náboj, vzájemnČ se odpuzují a nemohou se proto spojovat do vČtších celkĤ. Další možností je stérická stabilizace. Je to stabilizace þástic pĜídavkem vhodných látek, jejichž molekuly jsou schopny dostateþnČ silné adsorpce (fyzikální sorpce nebo chemisorpce) na povrchu lyofobní þástice a souþasnČ jsou rozpustné v disperzním prostĜedí. TČmto požadavkĤm vyhovují napĜ. nČkteré organické molekuly a makromolekuly [14]. Organické molekuly, které bývají používány ke stérické stabilizaci, jsou složeny z polární skupiny, jež má afinitu k povrchu nanoþástice, a z dlouhého alkylového ĜetČzce, který pak zajišĢuje rozpustnost celé þástice v nepolárním médiu. PĜíkladem slouþenin (obr. 4), které se používají ke stérické stabilizaci nanoþástic, jsou napĜíklad kyselina stearová, sorbitol monostearát, sorbitol monooleát, disperzanty typu ASI (alkenyl sukcinimid) atd.
Obr. 4: PĜíklady molekul používaných jako dispergaþní þinidla – sorbitol monostearát (vlevo), alkenyl sukcinimid (vpravo)
Obr. 5: PravdČpodobný vzhled povrchovČ modifikované nanoþástice [15] 4 APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1400
16.–18. 4. 2007 Milovy
program
Aby byla stabilizace úþinná, musí být povrch þástice zcela pokryt dostateþnČ silnou vrstvou pevnČ vázané stabilizující látky (obr. 5). Anorganické lyofobní þástice tak získávají lyofilní povrch, stávají se stabilními a nekoagulují.
5. Souþasný stav výzkumu použití nanoþástic jako EP/AW aditiv do mazacích prostĜedkĤ KromČ výzkumu IF-nanoþástic, kterým je vČnována nejvČtší pozornost a v souþasné dobČ je o jejich vlastnostech sepsáno nejvíce publikací, byly prezentovány rovnČž výsledky výzkumu vČnovaného testování tribologických vlastností Ĝady dalších anorganických nanoþástic. Tribologická zaĜízení, na kterých jsou provádČny potĜebné testy bývají typu typu „four-ball test“, „block-on-ring“, „pin-on-disk“, „roller-on-rib“ „ball-on-flat“ atd. Nejvíce používanou metodou hodnocení mazivosti olejĤ je tzv. þtyĜkuliþkový test (four-ball test). Hodnocenými parametry jsou zatížení a þas nutný ke svaĜení kuliþek nebo jejich definovanému opotĜebení v prĤbČhu testu (vyhodnocuje se mikroskopem). Hlavními parametry získaných z této mČĜící metody jsou – hodnota prĤmČru otČrové rýhy - WSD (Wear Scar Diameter) a hodnoty maximálních zatížení, pĜi kterých nedojde k zadĜení kovových souþástí (PB) resp. ke sváru kovových souþástí (PD). Hu Z.S. a kol. [10] se zamČĜili na výzkum mazivostních vlastností rĤzných typĤ nanoþástic, zejména na testy boritanĤ v minerálních olejích. Je známo, že slouþeniny obsahující ve své struktuĜe bór, napĜ. estery kyseliny borité, jsou dobrá antikorozivní a vysokotlaká aditiva, která jsou zároveĖ schopna efektivnČ snižovat koeficient tĜení. NČkteré anorganické slouþeniny bóru, napĜíklad K3(BO3), mají dokonce vyšší hodnoty PB než používané estery kyseliny borité [16].
Obr. 6: Porovnání vlivu jednotlivých nanoþástic na hodnoty parametru PB (þtyĜkuliþkový test) v závislosti na koncentraci [10,23]
Obr. 7: Porovnání vlivu jednotlivých typĤ nanoþástic na prĤmČrnou velikost otČrové rýhy - WSD (þtyĜkuliþkový test) [10,23] 5 APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1401
16.–18. 4. 2007 Milovy
program
Byly publikovány rovnČž výsledky experimentĤ s nanoþásticemi TiO2 [17], Ti3(BO3)4 [18], Zn3(BO3)2 [19], SiO2·Al2O3 [20], Fe2O3 [21] Fe3(BO3)2 [22] a Mg3(BO3)2 [23] a LaBO3 [10]. Jako hlavní disperzní þinidlo byl ve vČtšinČ pĜípadech použit sorbitol monostearát. Z prezentovaných výsledkĤ vyplývá, že nanoþástice boritanĤ alkalických kovĤ a kovĤ alkalických zemin vykazují velmi dobré vlastnosti jako protiodČrová vysokotlaká aditiva v základových olejích, pĜiþemž nejlepší výsledky ze zkoumaných vzorkĤ vykazují nanoþástice Fe3(BO3)2, Mg3(BO3)2 a LaBO3 (viz obr.6 a 7). Liu a kol. [24] se zamČĜili na výzkum EP/AW vlastností nanoþástic Al a Sn v komerþním oleji s klasifikací SAE 15W/40. Nanoþástice Sn vystupovali jako AW aditiva pouze pĜi stĜedních hodnotách zatížení. Hodnoty prĤmČru otČrové rýhy (WSD) byly sníženy pouze pokud zatížení nepĜekroþilo 114 kg. Pod touto hodnotou byla hodnota WSD prĤmČrnČ o 10,5 % nižší než u þistého oleje, pĜi zatížení do 77 kg je parametr WSD menší dokonce až o 12,5 %. PĜi zvyšování zatížení už pak Sn nanoþástice nevykazovaly žádné zlepšení vlastností oleje. Nanoþástice Al se ovšem chovaly pĜesnČ opaþnČ. Pokud bylo zatížení 114 kg a nižší, nanoþástice Al redukovaly hodnoty WSD v prĤmČru pouze o 4 %, avšak pĜi zatížení 130 kg a více, byla hodnota WSD snížena prĤmČrnČ až o 8,6 %, z þehož bylo vyvozeno, že Al nanoþástice mají nejlepší pozitivní vliv za podmínek vysokého tlakového zatížení. Pro zlepšení AW/EP vlastností oleje je doporuþováno použít smČs Sn–Al nanoþástic. Testy ukázaly, že pro oblast nízkého zatížení do 109 kg se hodnota WSD snížila prĤmČrnČ o 8,7 % a v oblasti vysokého zatížení se hodnota WSD prĤmČrnČ snížila o 15 %. SmČs nanoþástic Sn–Al zlepšila zároveĖ jak protiodČrové, tak i vysokotlaké vlastnosti testovaného komerþního maziva. Battez H. A. a kol. [25] testovali EP/AW vlastnosti nanometrického ZnO v pĜítomnosti komerþních disperzantĤ (OL100 a OL300) v polyalfaolefinovém základu (PAO6). Ve svých výsledcích uvádČjí, že nanoþástice ZnO bez pĜítomnosti disperzantĤ vykazovaly silnČ abrazivní vlastnosti, a to aþkoliv tvrdost ZnO byla v porovnání s tvrdostí testované oceli nižší. Dále zjistili, že nanoþástice ZnO se i v pĜítomnosti disperzantu nechovají jako AW þinidlo, ale pĜi vyšších tlacích dokáží vystupovat jako EP aditivum, pĜiþemž úþinnost snížení opotĜebení roste s rostoucí koncentrací ZnO na povrchu kovu. Nejlepší výsledky za vysokotlakého zatížení mČla kombinace PAO6 s 3 % OL300 a 0,3 % ZnO nanoþástic. Zhao Y. a kol. [12] pĜipravili nanoþástice bismutu o velikostech 40-50 nm, které byly rozpustné v nepolárních rozpouštČdlech (napĜ. þistém parafínu) i bez nutnosti použití pĜídavku disperzantu. Hodnota parametru PB þistého parafínu byla aditivací 0,13 % hm. nanoþástic Bi zvýšena z pĤvodních 400 N na 700 N. Hodnota WSD parafínu pĜi zatížení 300 N pak byla snížena o 23,6 % (obr. 8 vlevo).
Obr. 8: Vztah mezi prĤmČrnou velikostí otČrové rýhy WSD a zatížením pro nanoþástice Bi (vlevo) a nanoþástic Sn, In, slitiny In-Sn a ZDDP (vpravo)
6 APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1402
16.–18. 4. 2007 Milovy
program
Ve své další práci [4] stejní autoĜi testovali nanoþástice slitiny In-Sn. Pomocí elektronové difrakce bylo stanoveno, že nanoþástice se skládají z tetragonálního In3Sn, hexagonálního InSn4 a kubického In2O3, který tvoĜil povrchovou vrstvu a jeho podíl byl pĜibližnČ 11 % hm. Pro porovnání efektivity použitých nanoþástic bylo použito komerþní EP/AW aditivum ZDDP. Z grafu je vidČt, že jak nanoþástice cínu, tak i nanoþástice india mČli lepší AW i EP vlastnosti než ZDDP. Nejlepší hodnoty WSD byly pozorovány u nanoþástic slitiny In-Sn, zejména pĜi zatíženích do 500 N (obr. 8 vpravo). Li B. a kol. [3] provedli pokusy s povrchovČ modifikovanými nanoþásticemi Cu, Ag, LaF3 a TiO2. Pro porovnání do svého experimentu zahrnuli i komerþnČ bČžnČ používané EP/AW aditivum – zinek dioktyldithiofosfát (ZDDP). Jako základ pro následnou aditivaci byl použit kapalný parafín (LP), komerþní základový olej HVI WH150 a motorový olej SAE 5W/30 s výkonovou klasifikací API–SJ. Nanoþástice Cu, Ag, LaF3 byli povrchovČ upraveny dialkyldithiofosfátem. Nanoþástice TiO2 byly modifikovány kyselinou stearovou. Výsledky mČĜení na þtyĜkuliþkovém pĜístroji potvrdily, že pĜídavek Cu, Ag, LaF3 i TiO2 nanoþástic výraznČ zlepšil protiodČrové i vysokotlaké vlastnosti kapalného parafínu. Hodnoty WSD byly ve všech pĜípadech dokonce nižší než u ZDDP a to nejvýraznČji pĜi vyšších zatíženích. Wu a kol. [26] provedli experimenty ohlednČ tribologických vlastností nanoþástic CuO, TiO2 a nano-diamantu v základovém neaditivovaném oleji a v motorovém oleji s výkonovou klasifikací API-SF. Použité nanoþástice vystupovaly jako dobrá protiodČrová aditiva a aditiva snižující koeficient tĜení, pĜiþemž nejlepších výsledkĤ bylo dosaženo v pĜítomnosti nanoþástic CuO. Koeficient tĜení byl pĜídavkem 0,1 % hm. nanoþástic CuO u základového oleje redukován o 5,8 % a u oleje API-SF dokonce o 18,4 %. Parametr WSD byl u základového oleje v porovnání s pĤvodní hodnotou nižší o 16,7 % a u oleje API-SF bylo aditivací CuO nanoþásticemi dosaženo snížení WSD až o 77,8 %.
6. ZávČr Z prezentovaných informací je zĜejmé, že využití nanoþástic jako EP/AW aditiv do prĤmyslových maziv by do budoucna mohlo mít pomČrnČ velký potenciál, a to jako náhrada dnes bČžnČ používaných EP/AW organických a organo-kovových aditiv. Aþkoliv byly prokázány vynikající mazivostní vlastnosti nČkterých typĤ anorganických nanoþástic, výzkumem v této oblasti je tĜeba i nadále se intenzivnČ zabývat, zejména z hlediska zajištČní jejich dokonalé rozpustnosti, resp. zajištČní dlouhodobé stability disperze nanoþástic v mazivu. RovnČž bude nutné peþlivČ provČĜit ekologickou akceptovatelnost alternativních aditiv na bázi nanoþástic obsahujících tČžké kovy. V tomto roce byl na Ústavu technologie ropy a petrochemie na VŠCHT zapoþat výzkum zabývající se aplikací anorganických nanoþástic jako ekologických aditiv do mazacích olejĤ. Tento výzkum je zatím ve svých poþátcích a jeho cílem je ovČĜit mazivostní vlastnosti ekologicky pĜijatelných anorganických nanoþástic, jako jsou napĜ. CaCO3 nebo MgO v základových olejích ropného a rostlinného pĤvodu.
7. PodČkování Práce byla podpoĜena MŠMT ýR v rámci projektu výzkumných zámČrĤ þ. MSM 6046137304.
8. Literatura 1. 2. 3. 4.
Baker I.L., Singleterry C.R., Solomon E.M.: Neutral and basic sulfonates. Ind. Eng. Chem., 46 (1954), pp. 1035–1942. Halfort B.: Unusual properties of nanotubes made from inorganic materials offer intriguing possibilities for applications, Chemical & Engineering News, August 29, 83 (2005), pp. 30-33. Li B., et al.: Tribochemistry and antiwear mechanism of organic–inorganic nanoparticles as lubricant additives, Tribology Letters, 22 (2006), pp. 79-84. Zhao Y., et al.: Synthesis of In-Sn alloy nanoparticles by a solution dispersion method, J. Mater. Chem., 14 (2004), pp. 299 – 302. 7
APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1403
16.–18. 4. 2007 Milovy
program
5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26.
Teene R., Nature, 360 (1992), p. 444. Kulijev A. M.: Chimija i technologija prisadok k maslam i topivam, Chimija, Moskva, 1972 Chinas-Castillo F., Spikes H.A.: Mechanism of action of colloidal solid dispersions, Trans. ASME, 125 (2003), pp. 552–557. Liu G., et al.: Investigation of the mending effect and mechanism of copper nano-particles on a tribologically stressed surface, Tribology Letters, 17 (2004), pp. 961-966.. Rapoport L., et al.: Tribological properties of WS2 nanoparticles under mixed lubrication, Wear 255 (2003), pp. 785–793. Hu Z.S., Dong J. X., et al.: Preparation and tribological properties of nanoparticle lanthanum borate, Wear, 243 (2000), pp. 43–47. Rapoport L., et al.: Fullerene-like WS2 Nanoparticles – Superior Lubricants for Harsh Conditions, Advanced Materials, 15 (2003), pp. 651–655. Zhao Y., et al.: A simple way to prepare bismuth nanoparticles, Materials Letters, 58 (2004), pp. 790-793, Tao X., Jiazheng Z., Kang X.: The ball-bearing effect of diamond nanoparticles as an oil additive, J. Phys. D 29 (1996), pp. 2932–2937. http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-001/hesla/stericka_stabilizace.html Bakunin V.N., et al.: Synthesis and application of inorganic nanoparticles as lubricant components – a review, Journal of Nanoparticle Research, 6 (2004), pp. 273–284. Qiao Y.L., Xu B.S., Ma S.N., Chinese Journal of Tribology, 18 (1998), p. 25. Hu Z.S., Dong J. X., et al.: Study on antiwear and reducing friction additive of nanometer titanium oxide, Wear, 216 (1998), pp. 92-96. Hu Z.S., Dong J. X., et al., Wear, 216 (1998), p. 87. Hu Z.S., Dong J. X., et al., Tribology International, 31 (1998), p. 219. Hu Z.S., Dong J. X., et al., Lubrication Science, 11 (1999), p. 285. Hu Z.S., Dong J. X., et al.: Study on antiwear and reducing friction additive of nanometer ferric oxide, Tribology International, 31 (1998), pp. 355–360. Hu Z.S., Dong J. X., et al.: Preparation and tribological properties of nanometer SnO and ferrous borate as lubricant additives 98’, Asia International Tribology Symposium, Peking, China, 1998. Hu Z.S., Lai R., et al.: Preparation an tribological properties of nanometer magnesium borate as lubricating oil additive, Wear, 252 (2002), pp. 370-374. Liu G., et al.: Enhancing AW/EP property of lubricant oil by adding nano Al/Sn particles, Tribology Letters, 18 (2004), pp. 85–90. Battez A.H., Rico J.E.F.: The tribological behaviour of ZnO nanoparticles as an additive to PAO6, Wear, in press. Wu Y.Y.: Experimental analysis of tribological properties of lubricating oils with nanoparticle additives, Wear, in press.
8 APROCHEM 2007 • Odpadové fórum 2007
1404
16.–18. 4. 2007 Milovy
