Nanotecnologia em aditivos lubrificantes

Publicado por Luiz Henrique Ferreira em 20 de fevereiro de 2020
Imagem em tons de azul escuro, escrito nanotecnologia em aditivos lubrificantes da Pizzani Lubrificantes

Depois do excelente artigo do Daniel Micheli (Efeitos de aditivos lubrificantes EP´s), vamos explorar um pouco mais sobre o assunto nanotecnologia em aditivos lubrificantes para Extrema Pressão, desta vez com abordagem voltada à nanotecnologia.

Confesso que este é um assunto que me cativa, pois já tive a oportunidade de atuar com pesquisas neste campo durante alguns anos, no Centre for Research in Ceramics and Composite Materials, em Aveiro, Portugal, envolvendo nanotecnologia (nanopartículas e nanocoatings).

Quando tratamos de nanotecnologia e de nanopartículas, a ordem de grandeza é 10-9 m, ou 0,000001 mm, o que exige toda uma tecnologia especializada para controle adequado de formação de partículas destas dimensões, uma vez que já estamos falando quase de escala atômica. Por isso, keep calm com o excesso de “nano” por aí e vamos explorar um pouco mais esse assunto, no que se refere a nanotecnologia em aditivos lubrificantes.

Trago este tema porque estamos vivendo em um cenário que deixa latente a necessidade de discutirmos tecnologia na área de lubrificantes, principalmente de lubrificantes especiais.

Vejo diversos casos em que um mesmo produto, sem inovação tecnológica, é utilizado há 10, 20, 30 anos numa mesma aplicação. Funciona? Funciona, ok. Cartas também funcionam, tais como os mensageiros instantâneos online atualmente.

Mas e a performance? Posso reduzir custo operacional? Posso realocar minha mão de obra da manutenção para outros afazeres, maximizando o período entre as relubrificações? Posso reduzir os resíduos do meu processo? Posso ser ambientalmente mais adequado? Posso melhorar minha segurança operacional com lubrificação adequada? Posso economizar em consumo energético? O que o teu fornecedor de lubrificantes pode te indicar para otimização? Em que as equipes de pesquisa e desenvolvimento estão trabalhando para te auxiliar daqui 1, 2, 3, 5, 10 anos?

Essas perguntas são fundamentais e poderosas. Elas são capazes de movimentar todo um processo e ser um diferencial entre crescimento e estagnação.

Aditivos em lubrificantes: rápidas considerações

Os lubrificantes disponíveis atualmente, sejam eles de bases minerais ou sintéticas, são formulados em média com 70-90% de óleo de base, espessantes (no casos das graxas e pastas) e aditivos em geral, tais como agentes dispersantes, detergentes, modificadores de atrito, melhoradores do índice de viscosidade, antioxidantes, antiespumação, entre outros, visando fornecer o desempenho desejado do lubrificante para as aplicações e condições específicas.

Quando falamos em lubrificantes especiais, o tema se torna ainda mais importante, pois estas condições específicas são comumente condições críticas de trabalho, que exigem uma performance elevada.

Os aditivos antidesgaste (AW, do inglês anti-wear) e antifricção (AF), como o Dialquilditiofosfato de Zinco (Zn DTP) e o Dialquilditiocarbamato de Molibdênio (Mo DTC), para citar apenas os mais usados, representam um problema delicado: liberam compostos tóxicos que contêm zinco, enxofre e fósforo por degradação do lubrificante, conforme o uso.

Além de representar riscos de ataques químicos, dependendo dos metais presentes nas peças lubrificadas, estes aditivos estão sendo alvo de legislações ambientais, cada vez mais rigorosas em todo o mundo. Assim, há uma tendência e uma necessidade de desenvolvimento de novos aditivos AW, AF e EP, visando aspectos ecológicos, ambientais e energéticos.

Procurando soluções em lubrificação?

Ok, bem interessante, mas como isso se relaciona à nanotecnologia? Vamos lá…nanotecnologia em aditivos lubrificantes.

Nanopartículas, nanolubrificantes e nano-óleos: o futuro está logo ali

Diversos estudos têm indicado que o uso de nanopartículas como aditivos AW, AF e EP em óleos pode ser uma excelente alternativa aos comumente empregados hoje em dia, principalmente devido à relação otimizada do tamanho reduzido de partícula e a grande área superficial, levando a uma interação eficiente com a superfície metálica a ser lubrificada/protegida.

Estas nanopartículas associadas aos lubrificantes podem gerar novas classificações para os mesmos, como nanolubrificantes ou nano-óleos, tendência certa para os próximos anos neste segmento.

A ação das nanopartículas pode ocorrer de diferentes formas, de acordo com a sua natureza e composição, conforme apresentado abaixo:

  1. Formação de película protetora, agrupando-se de forma controlada na superfície metálica;
  2. Preenchimento das rugosidades da superfície metálica, diminuindo a presença de picos indesejados (Figura 1);
  3. Ação como nanorolamentos entre as superfícies metálicas, diminuindo o contato e, por consequência, o desgaste;
  4. Remoção de asperezas indesejadas por abrasão, gerando algo como um efeito de polimento (Figura 2).
Imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura de uma zona de desgaste em metal, sobre aditivos lubrificantes

Figura 1. Imagens de Microscopia Eletrônica de Varredura de uma zona de desgaste em metal. (a) lubrificado com óleo mineral branco; (b) lubrificado com o mesmo óleo adicionado de nanopartículas de cobre. Observa-se o preenchimento das rugosidades. Extraído de: https://doi.org/10.1007/s11249-004-8109-6

Esquema para exemplificação dos mecanismos de lubrificação usando nanopartículas de TiO2 em laminação de aço quente a 850 °C.

Figura 2. Esquema para exemplificação dos mecanismos de lubrificação usando nanopartículas de TiO2 em laminação de aço quente a 850 °C. Disponível em: https://doi.org/10.3390/lubricants6030057

  • Nanopartículas: encontrando a melhor opção entre performance e estabilidade

Diversas nanopartículas já foram exploradas como aditivos para lubrificantes, sendo classificadas basicamente em sete grandes famílias:

  1. Nanopartículas metálicas (Fe, Pb, Al, Cu etc.);
  2. Óxidos metálicos (TiO2, ZnO, CuO etc.);
  3. Sulfuretos (MoS2, WS2 etc);
  4. Carbono baseados (grafeno, grafite etc.);
  5. Cerâmicas (SiO2, Al2O3 etc.);
  6. Nanocompósitos (Al2O3/SiO2, ZrO2/SiO2 etc.);
  7. Outros (hBN, PTFE (politetrafluoretileno) etc.)

É exatamente na família “Outros” que está a nossa estrela: as nanopartículas de PTFE (Figura 2). O grande diferencial dessa classe de nanopartículas é a alta capacidade de resistência à carga, melhorando significativamente a carga de soldagem em óleos, quando comparada a outras nanopartículas citadas acima.

Imagem de nanopartículas de PTFE por Microscopia Eletrônica de Alta Resolução.

Figura 2. Imagem de nanopartículas de PTFE por Microscopia Eletrônica de Alta Resolução. Extraído de: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/RA/c5ra16795g#!divAbstract

De certo, a eficácia ainda dependerá dos controles associados à formação das nanopartículas, tais como tamanho, forma, concentração, bem como compatibilidade com o óleo base e outros aditivos presentes.

Alguns estudos recentes apontam, por exemplo, que a utilização de nanopartículas de PTFE (de aproximadamente 230 nm), numa concentração de 3% em óleos minerais dos grupos I, II e III, incrementou quase 300% no suporte de resistência à carga (6200 N ou 620 kg, ASTM D-6425), enquanto que a adição de nanopartículas de PTFE em óleo PAO, na mesma concentração, incrementou em 200% o suporte à carga, além de melhorar o índice de viscosidade em média 20% para todos os óleos minerais e PAO.

A importância da discussão sobre tecnologia de aditivos lubrificantes

Em relação à disponibilidade comercial de opções de nanolubrificantes, o número ainda é limitado. Estudos de estabilidade visando longos períodos de trabalho continuam em andamento e precisam ser considerados. Há uma tendência de sedimentação e aglomeração de nanopartículas de PTFE ainda não controlados em algumas condições operacionais, fato que deve ser solucionado muito em breve, com a utilização de agentes de dispersão, tais como poliisobutileno succinimida (PIBSI).

Enfim, como disse no início do artigo, tecnologia deve estar presente no nosso dia a dia e ser discutida sempre, a cada oportunidade de otimizar um processo.

Como não discutir a performance e a tecnologia incrível de um produto como OKS 3570, apresentado no artigo do nosso gerente de mercado Adavil Bicelli?

Como não falar da moderna tecnologia das graxas de sulfonato de cálcio presente na linha especial da Cogelsa, tratado no artigo “As vantagens das graxas de complexo sulfonato de cálcio”?

Como não tratarmos sobre a tecnologia por detrás da linha CPI, discutida no artigo Lubrificantes Especiais para Compressores de Refrigeração com Amônia, possibilitando redução incrível no consumo de lubrificantes, maximização da vida útil do óleo e até mesmo possibilidade de redução de consumo energético?

Enfim, estes são apenas pequenos exemplos, diante da vasta gama de oportunidades que podemos discutir no que se refere à tecnologia, performance, modernidade e otimização na lubrificação industrial.

E você? Entendeu um pouco mais sobre nanotecnologia em aditivos lubrificantes?

Um pouco de nós: Pizzani Lubrificantes

A Pizzani Lubrificantes conta com os principais parceiros internacionais, especialistas em cada segmento/aplicação, com avançada tecnologia e experiência, em alguns casos como a fabricante espanhola Cogelsa, centenária. Aliado a tudo isso, um time de especialistas de diferentes formações, prontos para atendê-lo especificamente em sua necessidade.

Sim, nós movemos o futuro, porque pensamos no futuro a todo momento, olhando para o presente, para as necessidades atuais e aprendendo, sempre, com o passado.

Vamos discutir tecnologia e otimização em seu processo de lubrificação?

#wemovethefuture

Luiz Henrique Ferreira

Gerente de Mercado – Agrícola, Alimentos e Fluidos de Transferência de Calor

Referências

Effect of CuO and Al2O3 nanoparticle additives on the tribological behavior of fully formulated oils. Disponível em: https://doi.org/10.1016/j.wear.2015.02.038

Effect of dispersant on nano-PTFE based lubricants on tribo-performance in fretting wear mode. Disponível em: https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/RA/c5ra16795g#!divAbstract

Thermophysical and tribological properties of nanolubricants: A review. Disponível em: https://link.springer.com/article/10.1007/s00231-018-2351-1

Performance Evaluation and Lubrication Mechanism of Water-Based Nanolubricants Containing Nano-TiO2 in Hot Steel Rolling. Disponível em: https://doi.org/10.3390/lubricants6030057

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Comentários

  1. Edivan disse:

    Toda inovação é válida 👏

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