Propuesta de nanocristales de celulosa como aditivo lubricante ecológico
- Nanotecnología
- abril 14, 2022
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El diseño de aditivos lubricantes respetuosos con el medio ambiente es crucial para la protección del medio ambiente. En un artículo disponible como evidencia preliminar en la revista Carbohydrate Polymers, se investigó el proceso de untado y la metodología de entrega de nanocristales de celulosa (CNC) en grasas.
Estudio: Comportamiento tribológico de nanocristales de celulosa como aditivo ambientalmente amigable en grasas a base de litio. Crédito: Tony Duy/Shutterstock.com
Nano aditivos en lubricantes
En entornos industriales, los aceites y grasas lubricantes se utilizan comúnmente para evitar la disipación de energía y la falla de las piezas. Sin embargo, con la creciente preocupación por los ecosistemas, los aditivos lubricantes tradicionales que contienen componentes nocivos para el medio ambiente, como fósforo, azufre o halógenos, están siendo reemplazados por aditivos de nanopartículas (NP) como grafeno, nanocobre y nanodiamante.
A pesar de esto, el alto costo de las NP limita su uso realista en entornos industriales. Además, ciertos aditivos a nanoescala con metales pesados como el cobre no son directamente peligrosos, sino que se acumulan en los seres vivos. Por lo tanto, es crucial investigar aditivos a nanoescala hechos de componentes de menor costo y más amigables con el medio ambiente.
Los nanocristales de celulosa pueden ser los nanoaditivos perfectos para lubricantes
El NP en forma de bastoncillo formado al eliminar las regiones amorfas de la celulosa orgánica se conoce como nanocristal de celulosa (CNC). Además de ser no tóxico y biodegradable, el nanocristal de celulosa se beneficia de una gran resistencia mecánica a baja densidad. Además, debido a la abundancia de materiales celulósicos y su sofisticado proceso de producción industrial, CNC ya se ha utilizado en numerosas industrias. CNC ha ganado un creciente interés de estudio en el campo de los lubricantes en los últimos cinco años. Muchas investigaciones han demostrado que CNC es un competidor potencial como aditivo ecológico para lubricantes a base de aceite y agua.
Desafíos a superar
Anteriormente, los nanocristales de celulosa modificados en la superficie se incorporaban al aceite base de polialfaolefina (PAO) y mostraban un buen rendimiento en la reducción de la fricción y la resistencia a la abrasión en las estructuras de acero. Sin embargo, la estabilidad de dispersión insatisfactoria de los nanocristales de celulosa en aceite base sigue siendo un problema para las aplicaciones industriales. Este es también un problema común con los aditivos a nanoescala debido a su considerable energía superficial y la gran diferencia de densidad en comparación con el aceite base.
Un enfoque posible es el uso de aditivos a nanoescala en las grasas, donde las NP pueden mantenerse firmemente en el andamio 3D de fibras de jabón y dispersarse uniformemente. Dicho esto, el nivel de carga de NP debe evaluarse cuidadosamente para evitar cambios significativos en las propiedades físicas básicas (es decir, consistencia y viscosidad percibida) de las grasas iniciales. Además, se debe llevar a cabo una investigación exhaustiva sobre qué tipos de grasas lubricantes pueden tener un mejor efecto con aditivos a nanoescala.
Metodología utilizada en el estudio
Esta investigación fue la primera en intentar incorporar nanocristales de celulosa en grasas como aditivo lubricante. Las NP CNC se sintetizaron a partir de algodón mediante un método de hidrólisis ácida y luego se incorporaron a grasa a base de litio de diferentes consistencias y viscosidades percibidas.
Se prevé que la inclusión de nanocristales de celulosa mejore la función lubricante sin provocar un cambio significativo en las propiedades físicas básicas de las grasas base. Como resultado, se estudió el efecto de los nanocristales de celulosa sobre la resistencia a la grasa y las propiedades reológicas, y se recomendó la concentración de carga adecuada de nanocristales de celulosa. Posteriormente, se estudió el comportamiento de fricción y abrasión de las grasas híbridas y también se estudió el proceso de lubricación de los aditivos de nanocristales de celulosa.
Hallazgos importantes
En este estudio, para investigar aditivos lubricantes ecológicos, se sintetizaron nanocristales de celulosa y se intentó por primera vez utilizarlos como aditivo a nanoescala en cuatro grasas a base de litio con diferentes consistencias y viscosidades percibidas.
Se estudió el efecto de los nanocristales de celulosa integrados sobre las propiedades físicas básicas y la actividad tribológica de las grasas. De acuerdo con los resultados, la adición de un 15 % de nanocristales de celulosa tuvo un impacto significativo en las propiedades de viscosidad-temperatura, así como en la consistencia de las grasas puras. En consecuencia, la cantidad de carga de nanocristales de celulosa debe mantenerse en un nivel tolerable.
Los nanocristales de celulosa en grasa 421 de baja consistencia y aceite base de alta viscosidad funcionaron de manera más efectiva en términos de actividad tribológica debido a su recubrimiento adecuado en la superficie móvil.
La minimización de la fricción y la resistencia a la abrasión de la grasa híbrida se han mejorado significativamente con la ayuda de la restauración y conservación de la superficie utilizando nanocristales de celulosa. Debido a sus sólidas perspectivas de aplicación, el rendimiento de los aditivos CNC benignos para el medio ambiente y los aditivos tradicionales de fósforo o azufre debe explorarse y compararse en estudios futuros.
referencia
Li J, Lin N y otros. (2022). Comportamiento tribológico de nanocristales de celulosa como aditivo ecológico en grasas a base de litio. Polímeros de carbohidratos. Disponible en: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861722003836?via%3Dihub
