Processo de aditivação de óleos lubrificantes líquidos com materiais lamelares

  • Número do pedido da patente:
  • PI 1106419-6 A2
  • Data do depósito:
  • 10/10/2011
  • Data da publicação:
  • 13/08/2013
Inventores:
  • Classificação:
  • C10M 101/02
    Composições lubrificantes caracterizadas pelo material -base sendo um ?leo mineral ou ?leo graxo; / Fra??es de petr?leo;
    ;
    C10M 171/00
    Composições lubrificantes caracterizadas por crit?rios puramente f?sicos, p. ex. contendo como material -base, espessante ou aditivo, ingredientes os quais s?o caracterizados exclusivamente por suas propriedades f?sicas numericamente especificadas, i.e. contendo ingredientes os quais s?o fisicamente bem definidos mas cuja natureza qu?mica n?o ? bem definida ou ? apenas vagamente indicada;
    ;
    C10M 125/00
    Composições lubrificantes caracterizadas pelo aditivo sendo um material inorg?nico;
    ;

PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES A presente invenção refere-se ao uso de materiais lamelares naturais e/ou sintéticos da família dos dicalcogenetos de metais de transição: MoS~ 2~, WS~ 2~, MoSe~ 2~, WSe~ 2~, NbS~ 2~, TaS~ 2~, NbS~e~ 2~, TaSe~ 2~, etc, além da grafita (carbono - C~ n ~), como aditivos de óleos lubrificantes. Os óleos podem ser de origem animal, vegetal , mineral (derivado do petróleo ), sintéticos ou semi-sintéticos ou mistura de dois ou mais tipos (óleos compostos). Os óleos mineirais e/ou sintéticos ou semi-sintéticos podem ser ainda de varias classes como os parafínicos, naftênicos ou aromáticos. A metodologia consiste em intercalar esécies catiônicas nos materiais lamelares , promover a sua esfoliação em solvente adequado polar , hidrofobizá-los com surfactantes catiônicos (aminas de cadeia longa) em meio levemente ácido e transferir as nanopartículas lamelares para um óleo, preparando uma suspensão estável dessas nanopartículas no óleo. O material híbrido constituído de nanopartículas hidrofobizadas de compostos lamelares possui uma série de vantagens como: alta estabilidade da suspensão em óleo , possui uma cadeia carbônica hidrofílica que se comunica com a fase orgânica do óleo possui a superfície as lamelas hidrofpilicas , que podem capturar água do meio , sem a formação de emulsões ou ainda separações de fases indesejáveis. Possui ainda a capacidade de aderir e se depositar nas irregularidades dos metais diminuindo o seu atrito e protegendo da ferrugem, durante ou após sucessivos usos. A metodologia utilizada não possui precedentes em literatura nacional ou internacional, é de fácil execução e é baseada em materiais amplamente disponíveis e de baixo custo, o que demonstra a sua potencialidade de aplicações imediata.

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Documento

PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES.

A presente invenção refere-se ao processo de aditivação de lubrificantes líquidos com dicalcogenetos metálicos lamelares ou grafita, intercalados e esfoliados. O processo de intercalação consiste em inserir espécies hóspedes (cátions) entre lamelas do material lamelar. O processo de esfoliação consiste no desempilhamento de unidades conhecidas como lamelas de um material lamelar, em um solvente específico. Para efeito de comparação podemos citar o caso da intercalação como a inserção de espécies entre as folhas de uma resma de papel sulfite (cristal lamelar). O processo de esfoliação consiste na remoção de cada folha de papel sulfite (lamela) da resma, mantendo as folhas separadas (suspensão de monolamelas). O desenho 1, mostra o processo de uma forma esquemática. Os óleos podem ser de origem animal, vegetal, mineral (derivado do petróleo), sintéticos ou semi-sintéticos, podendo ainda ser constituído pela mistura de dois ou mais tipos (óleos compostos). Os dicalcogenetos são de origem natural e ou sintética, estando dentro da família dos sulfetos e selenetos, independente de sua fase polimórfica ou politípica: MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, NbS2, TaS2, NbSe2, TaSe2, etc, além da grafita (carbono - Cn). O processo consiste em colocar em contato qualquer dos sulfetos ou grafita, com um agente redutor (Ex.: n-butillítio - C4H9Li), o qual irá reagir com o material lamelar (exemplo do MoS2) de acordo com a equação 1.

x C4H9Li + MoivS2 -»• LíxMoIVi-xMomixS2 + x/2 C8Hi8 Eq. 1

O processo consiste da redução parcial dos íons metálicos ao estado de oxidação imediatamente inferior, intercalando os íons lítio entre as lamelas do material lamelar. A reação precisa ser necessariamente conduzida sob atmosfera inerte (sob nitrogênio ou argônio), devido à susceptibilidade do produto e reagentes, à umidade e ar. Transcorrido 0 tempo necessário para a reação, 0 material é lavado com solvente orgânico (Ex.: n-hexano), sob atmosfera inerte, para remover 0 excesso de reagentes e octano formado. O material após secagem sob vácuo se apresenta na forma de pó escuro, o qual pode ser reagido com água, na presença de um banho de ultrasom, de acordo com a equação 2.

UxMoivi-xMoMIxS2 + H20 -> Lix_yMolv1.x+yMolllx+yS2 + H2 + y LiOH Eq. 2

O material obtido se apresenta na forma de uma suspensão de monolamelas (lamelas individuais que se apresentam na forma de tábuas de alguns ângstrons de espessura e centenas de ângstrons de largura e comprimento), as quais devido as suas dimensões, permanecem em suspensão na solução aquosa (desenho 1). Para que o material adquira as características hidrofóbicas desejáveis e que possa ser disperso no óleo orgânico, de forma homogênea, os íons lítio hidratados são substituídos por íons de aminas de cadeia longa, de acordo com a equação 3.

Lix.yMolv/i.x+yMoIMx+yS2+ amina —> Aminax-yMoIVi.x+yMomx+yS2 + x-y LiOH Eq. 3

O material hidrofóbico obtido pode ser transferido para a fase orgânica (óleo), ao se acrescentar o óleo à suspensão aquosa de monolamelas do material lamelar, no presente exemplo, o sulfeto de molibdênio (desenho 1). O material obtido é uma suspensão estável de monolamelas (ou aglomerados de monolamelas) do material lamelar, no óleo de origem orgânica. Teores variáveis de material inorgânico (0 a 10%) podem ser dispersos no óleo, de forma que o material possua diferentes viscosidades. O material pode ser classificado como um material híbrido orgânico/inorgânico, no qual ambos os materiais atuam de forma sinergística para o efeito lubrificante, sendo distinto de qualquer óleo aditivado com material lamelar do mercado, já que o material inorgânico está na forma de lamelas com dimensões de alguns ânsgrons, disperso de forma homogênea e quimicamente ligado à matriz do óleo. O desenho 2 mostra todas as fases do processo de obtenção do óleo aditivado, adotando-se como exemplo o sulfeto de molibdênio na sua fase hexagonal (Molibdenita de origem natural 2H-MoS2). Passo A - 2H-M0S2 é reagido à temperatura ambiente com n-Butillitio em excesso, sob atmosfera inerte (N2 ou argônio); Passo B -Constatada a obtenção do LixMoS2, 0 material é lavado com hexano e excesso de n-Butillitio e 0 solvente são removidos, sob atmosfera inerte. Ao

LixMoS2 seco, adiciona-se água destilada rapidamente, submetendo-se a mistura a um banho de ultrasom. A reação desprende hidrogênio, liberando LiOH na solução e a suspensão de monolamelas de MoS2, na forma hidratada: Lix.y(H20)2MoS2. Passo C - Adiciona-se uma pequena quantidade de amina de 5 cadeia longa (Ex.: hexilamina) para trocar o lítio por cátions amínio, obtendo-se o composto Amíniox-y(H20)2MoS2, o qual é hidrofóbico. Passo D - À suspensão de monolamelas, adiciona-se o óleo desejado e o material inorgânico é transferido para a fase orgânica, deixando às impurezas solúveis na fase aquosa. Após separação, o material obtido é um óleo mineral aditivado com 10    monolamelas de MoS2, com excelentes características    lubricionais, sendo

estável à altas e baixas temperaturas. O material híbrido    obtido possui uma

série de vantagens como: alta estabilidade da suspensão em óleo, possui uma cadeia carbônica hidrofílica que se comunica com a fase orgânica do óleo e possui a superfície as lamelas hidrofílicas, que podem capturar água do meio, 15    sem a formação de emulsões ou ainda separações de    fases indesejáveis.

Possui ainda a capacidade de aderir e se depositar nas    irregularidades dos

metais diminuindo o seu atrito e protegendo da ferrugem, durante ou após sucessivos usos. A metodologia utilizada não possui precedentes em literatura nacional ou internacional, é de fácil execução e é baseada em materiais 20    amplamente disponíveis e de baixo custo, o que    demonstra a sua

potencialidade de aplicação imediata.

REIVINDICAÇÕES

1-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES, caracterizado pelo uso de materiais lamelares naturais e/ou sintéticos da família dos dicalcogenetos de metais de transição,

5 como aditivos de óleos: M0S2, WS2, MoSe2, WSe2, NbS2, TaS2, NbSe2, TaSe2, etc, além da grafita (carbono - Cn).

2-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES, caracterizado pelo uso de óleos de origem animal, vegetal, mineral (derivado do petróleo), sintéticos ou semi-sintéticos,

10 podendo ainda ser constituído pela mistura de dois ou mais tipos (óleos compostos). Os óleos minerais e/ou sintéticos ou semi-sintéticos podem ser ainda de varias classes como os parafínicos, naftênicos ou aromáticos.

3-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM A REIVINDICAÇÃO 1,

15 caracterizado pelo uso de materiais lamelares naturais e/ou sintéticos, como precursores dos aditivos.

4-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES 1 E 3, caracterizado pela reação de intercalação, através de uso de agentes

20 redutores químicos e/ou eletroquímicos, à temperatura ambiente ou até o ponto de ebulição dos agentes redutores, por tempos e temperaturas variáveis, as quais dependem do sistema reacional e quantidade de reagentes utilizados (Ex.: n-butilítio - C4H9Li).

5-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS 25 COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES 1,

3 E 4, caracterizado pela reação de esfoliação ser conduzida em solução aquosa, na presença de um banho de ultrasom, de potência variável e por tempo variável, dependendo do sistema a ser esfoliado.

6-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES 1 e de 3 à 5, caracterizado pela reação de troca iônica e conseqüente hidrofobização, ser conduzida em meio levemente ácido, com o uso de aminas

5 primárias, secundárias e terciárias de cadeia longa (Ex.: de 3 à 10 átomos de carbono da cadeia carbônica). Um pequeno excesso de amina deve ser utilizada (5 à 20%), em relação ao teor de íons a serem trocados, para o deslocamentos dos íons lítio indesejáveis no produto final.

7-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS 10 COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES

DE 1 à 6, caracterizado pela realização da transferência de fase, através da adição de um óleo à suspensão aquosa de monolamelas e separação das fases por decantação.

8-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS 15 COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES

DE 1 à 7, caracterizado pelo uso de teores de 0,1 à 30% de material inorgânico (aditivo) no óleo lubrificante, de acordo com a capacidade de obtenção de suspensão homogênea e estável e sua aplicação além de características desejadas como: viscosidade, o índice de viscosidade e densidade.

20    9- PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS

COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES DE 1 à 8, caracterizado pelo sulfeto possuir a característica de adsorver água, evitando as indesejáveis separações de fases ou formação de emulsões.

10- PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS 25 COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES DE 1 à 9, caracterizado pelo fato do material possuir características sinergísticas hidrofóbicas e hidrofílicas, podendo atuar em ambientes úmidos e agressivos

11 PROCESSO DE ADITiVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REÍV/NDJCAÇÔES

DE 1 à 10,.caracterizado pelo fato do material sólido nanoestruturado aderrr ao metal e se depositar nas irregularidades, reduzindo o atrito e os ruídos

>    12- PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS

COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES DE 1 â 11, caracterizado pelo fato do material inorgânico adendo proteger o metal da ferrugem, além de ataques salinos e abrasivos.

13-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS IO COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES

DE 1 â 12, caracterizado pela utilização do material híbrido em várias aplicações. com ênfase na indústria automobilística ou outras equipamentos industriais

14-    PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS 15 COM MATERIAIS LAMELARES, DE ACORDO COM AS REIVINDICAÇÕES

De 1 à 13, caracterizado pela utilização do material híbrido em várias condições de temperatura e pressões (positivas e negativas) e condições

agressivas e abrasivas.

Desenho 1


Delaminagão

2H-MoS2    Li^MoS 2


Esfoliagão


Suspensão estável de nanolamelas de MoS2 em óleo


óleo


JhnJ-hn Jhn


NH-j NhÍnhÍ

( t i 3

/ / /


Desenho 2


Solvente

T


B


D


Temp.

ambiente


n-BuLi


t

2H-MoS2


Ultrasom

h2o


f

KMoS2


h2

T


Amina de

cadeia

longa


LíOH


Suspensão de monolamelas


óleo


+4-H2o + amina


Lubrificante


h20


RESUMO

PROCESSO DE ADITIVAÇÃO DE ÓLEOS LUBRIFICANTES LÍQUIDOS COM MATERIAIS LAMELARES

A presente invenção refere-se ao uso de materiais lamelares naturais e/ou 5 sintéticos da família dos dicalcogenetos de metais de transição: MoS2, WS2, MoSe2, WSe2, NbS2, TaS2, NbSe2, TaSe2, etc, além da grafita (carbono - Cn), como aditivos de óleos lubrificantes. Os óleos podem ser de origem animal, vegetal, mineral (derivado do petróleo), sintéticos ou semi-sintéticos ou mistura de dois ou mais tipos (óleos compostos). Os óleos minerais e/ou sintéticos ou 10 semi-sintéticos podem ser ainda de varias classes como os parafínicos, naftênicos ou aromáticos. A metodologia consiste em intercalar espécies catiônicas nos materiais lamelares, promover a sua esfoliação em solvente adequado polar, hidrofobizá-los com surfactantes catiônicos (aminas de cadeia longa) em meio levemente ácido e transferir as nanopartículas lamelares para 15 um óleo, preparando uma suspensão estável dessas nanopartículas no óleo. O material híbrido constituído de nanopartículas hidrofobizadas de compostos lamelares possui uma série de vantagens como: alta estabilidade da suspensão em óleo, possui uma cadeia carbônica hidrofílica que se comunica com a fase orgânica do óleo e possui a superfície as lamelas hidrofílicas, que podem 20 capturar água do meio, sem a formação de emulsões ou ainda separações de fases indesejáveis. Possui ainda a capacidade de aderir e se depositar nas irregularidades dos metais diminuindo o seu atrito e protegendo da ferrugem, durante ou após sucessivos usos. A metodologia utilizada não possui precedentes em literatura nacional ou internacional, é de fácil execução e é 25 baseada em materiais amplamente disponíveis e de baixo custo, o que demonstra a sua potencialidade de aplicação imediata.