Chemisch gefunctionaliseerde polymeer nanodeeltjes verminderen wrijving op stalen oppervlakken

Smeermiddelen op minerale olie beschermen motoronderdelen tegen slijtage en dit effect wordt versterkt door polymere nanodeeltjes aan de smeerolie toe te voegen. Een Brits team heeft nu ontdekt dat epoxyfunctionalisatie van deze nanodeeltjes de wrijvingsvermindering op metalen oppervlakken verder bevordert.

Dat meldt het team in het journaal Angewandte Chemienanodeeltjes met epoxygroepen hechten sterk aan roestvrijstalen oppervlakken, wat leidt tot een aanzienlijke vermindering van wrijving.

Automotoren met goed gesmeerde onderdelen verbruiken minder brandstof, produceren minder emissies en zijn minder onderhevig aan langdurige slijtage. Minerale olie wordt veel gebruikt als smeermiddel en nanodeeltjes kunnen rechtstreeks in dit oplosmiddel worden bereid met behulp van een techniek die bekend staat als polymerisatie-geïnduceerde zelfassemblage. Door het oppervlak van de metalen componenten te coaten met nanodeeltjes van enkele tientallen miljoensten van een millimeter, worden ze beschermd tegen direct contact.

Csilla György en Steve Armes van de Universiteit van Sheffield (VK) ontwierpen “harige” nanodeeltjes bestaande uit in olie oplosbare poly(laurylmethacrylaat)-ketens en een in olie onoplosbare kern van nanodeeltjes. Deze nanodeeltjes werden gemaakt om sterk aan metalen oppervlakken te kleven door epoxygroepen in de “haren” te introduceren door laurylmethacrylaat te copolymeriseren met glycidylmethacrylaat, een epoxy-functioneel monomeer.

Het team ontdekte dat de epoxyhoudende nanodeeltjes reageerden met hydroxygroepen aan het oppervlak van roestvrij staal. Deze reactie leidde tot een sterke hechting van de nanodeeltjes, een fenomeen dat bekend staat als chemische adsorptie. Of er al dan niet chemische adsorptie plaatsvond, hing af van de precieze locatie van de epoxygroepen. “Tot onze verbazing had het introduceren van een veel groter aantal epoxygroepen in de kernen van nanodeeltjes geen gunstig effect”, legt Armes uit.

De geadsorbeerde nanodeeltjes verminderden de wrijving aanzienlijk, zoals het Sheffield-team ontdekte tijdens het uitvoeren van tribologische studies in samenwerking met wetenschappers van Lubrizol, een bedrijf in motorolie-additieven gevestigd in het VK. “Opmerkelijk genoeg bleven de geadsorbeerde nanodeeltjes intact op het roestvrijstalen oppervlak na dergelijke experimenten, die werden uitgevoerd bij de typische bedrijfstemperatuur van een verbrandingsmotor”, voegt Armes toe.

Dergelijke epoxy-gefunctionaliseerde nanodeeltjes kunnen daarom een ​​verdere prestatiesprong betekenen voor smeermiddeladditieven voor motorolieformuleringen van de volgende generatie.