Physicochemical and Tribological Properties of Aqueous Solutions of Hydrolysate and Hydrolysate with Surfactants as Potential Lubricant Bases

• Autorzy: Sułek Marian W. , Szczerek Marian , Przepiórka Marian

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0015.9726

Warianty tytułu

PL

Właściwości fizykochemiczne i tribologiczne wodnych roztworów hydrolizatu jako potencjalnych baz substancji smarowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The study aimed to confirm the hypothesis that aqueous solutions of polymers with surfactants meet the criteria of ecological lubricant bases. An oat hydrolysate was used as the macromolecular substance, and the surfactants were successively: sodium dodecyl sulphate (SDS), Sodium Lauryl Ether Sulfate (SLES), Sodium Lauroyl Sarcosinate (SLS). The research was carried out for two-component solutions (water, hydrolysate) and three-component solutions (water, hydrolysate, surfactant). In order to document this thesis, tribological tests were performed with a constant and increasing load as a function of time. Stationary tests with loads of 2, 3, and 4 kN confirmed the predictions that active substances in two- and three-component solutions create a lubricating film that transfers high loads with relatively low motion and wear resistance. The stability and durability of the lubricating film were confirmed under the conditions of increasing load at a speed of 409 N/s. An approximately 12-fold increase in the seizing load for the hydrolysate solutions in relation to water was found, and the maximum load value for the T0₂ tester (7200 N) was achieved. The durability of the lubricating film was mainly determined by the adsorption of the hydrolysate, which was confirmed by physicochemical tests.

PL

Celem pracy było potwierdzenie hipotezy, że wodne roztwory polimerów z surfaktantami spełniają kryteria ekologicznych baz substancji smarowych. Jako substancję wielkocząsteczkową zastosowano hydrolizat owsa, a surfaktantami były kolejno: sodium dodecyl sulfate (SDS), Sodium Lauryl Ether Sulfate (SLES), Sodium Lauroyl Sarcosinate (SLS). Badania przeprowadzono dla roztworów dwuskładnikowych (woda, hydrolizat) oraz trójskładnikowych (woda, hydrolizat, surfaktant). Aby udokumentować tę tezę wykonano badania tribologiczne przy stałym i wzrastającym w funkcji czasu obciążeniu. Testy stacjonarne przy obciążeniach 2, 3, 4 kN potwierdziły przewidywania, że substancje ak tywne w roztworach dwu- i trójskładnikowych tworzą film smarowy, który przenosi wysokie obciążenia przy relatywnie niskich oporach ruchu i zużycia. Stabilność i trwałość filmu smarowego została potwierdzona w warunkach wzrostu obciążenia z szybkością 409 N/s. Stwierdzono około 12-krotny wzrost obciążenia zacierającego dla roztworów hydrolizatu względem wody oraz osiągniętą maksymalną dla testera T0₂ wartości obciążenia (7200 N). O trwałości filmu smarowego zdecydowała głównie adsorpcja hydrolizatu, co zostało potwierdzone badaniami fizykochemicznymi.

Słowa kluczowe

EN

ecological lubricants; water solutions; hydrolysates; surfactants; tribological properties; physicochemical properties

PL

smar ekologiczny; roztwory wodne; hydrolizaty; surfaktanty; właściwości tribologiczne; właściwości fizykochemiczne

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2022
• Tom: nr 2
• Strony: 67--78
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys., wykr., wz.

Twórcy

autor

Sułek Marian W.

• Cardinal Stefan Wyszynski University in Warsaw, Dewajtis 5 Street, 01-815 Warszawa, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-7114-8238

autor

Szczerek Marian

• Łukasiewicz Research Network – Institute for Sustainable Technologies, Pułaskiego 6/10 Street, 26-600 Radom, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-1049-7853

autor

Przepiórka Marian

• Kazimierz Pulaski University of Technology and Humanities in Radom, Chrobrego 27 Street, 26-600 Radom, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8984-7002

Bibliografia

• 1. Sułek M.W., Bocho-Janiszewska A.: The Effect of Metal 8-Hydroxyquinolinates as Lubricant Additives on the Friction Process. Tribol. Lett. 2003, 15, pp. 301–307.
• 2. Wasilewski T., Sułek M.W.: Paraffin oil solutions of the mixture of sorbitan monolaurate–ethoxylated sorbitan monolaurate as lubricants. Wear 2006, 261, pp. 230–234.
• 3. Sułek M.W., Wasilewski T.: Tribological properties of aqueous solutions of alkyl polyglucosides. Wear 2006, 260, pp. 193–204.
• 4. Sułek M.W., Bocho-Janiszewska A.: The effect of ethoxylated esters on the lubricating properties of their aqueous solutions. Tribol. Lett. 2006, 24, pp. 187–194.
• 5. Sułek M.W., Bąk-Sowińska A.: Aqueous Solutions of Surfactants in Materials Engineering of Tribological Systems. In Surfactants in Tribology, Volume 4; Informa UK Limited: Colchester, UK, 2014; pp. 239–258. Materials 2020, 13, 5812 19 of 20.
• 6. Sułek M.W., Wasilewski T., Kurzydłowski, K.J.: The Effect of Concentration on Lubricating Properties of Aqueous Solutions of Sodium Lauryl Sulfate and Ethoxylated Sodium Lauryl Sulfate. Tribol. Lett. 2010, 40, pp. 337–345.
• 7. Sułek M.W., Bąk-Sowińska A.: 10. Chapter in the Monograph “Surfactants in Tribology”, “Aqueous Solution of Surfactants in Materials Engineering of Tribological Systems”; Biresaw G., Mittal K.L., Eds.; CRC Press: Boca Raton, FL, USA, 2014; Volume 4, pp. 239–258.
• 8. Sułek M.W., Hreczuch W., Przepiórka J., Adach A.: Solutions of Water Sterically Specific Surfactants as Model Ecological Cutting Fluids. Tribology 2018, 271, pp. 87–95.
• 9. Sułek M.W., Przepiórka J., Kulczycki A., Hreczuch W.: The Effect of Surfactants with Steric Hindrance on the Physicochemical and Tribological Properties of Metalworking FluidS. Tribology 2020, 290, pp. 75–84.
• 10. Sułek M.W., Bąk-Sowińska A, Przepiórka J.: Ecological Cutting Fluids, Materials 2020, 13, pp. 5812–5832.
• 11. Przondo J., Sułek M.W., Sas W.: Concentrate for the Preparation of Cutting Fluids and Non-Emulsion Hydraulic Fluids. Patent No. 208,951, 30 June 2011.
• 12. Pernak J., Walkiewicz F., Sułek M.W., Wasilewski T.: Multifunctional Grease Containing Ionic Liquids. Patent No. 215,892, 10 April 2013.
• 13. Sułek M.W., Bąk A., Wasilewski T., Wachowicz J., Pytlik A.J.: Flame-Retardant Water-Based Hydraulic Fluid. Patent No. 218,550, 5 March 2014.
• 14. Sułek M.W., Bąk A., Wasilewski T., Wachowicz J., Pytlik A.J.: Flame-Retardant Water-Based Hydraulic Fluid. Patent No. 218,551, 5 March 2014.
• 15. Sułek M.W., Bąk A., Wasilewski T., Wachowicz J., Pytlik A.J.: Flame-Retardant Water-Based Hydraulic Fluid. Patent No. 218,566, 25 February 2014.
• 16. Sułek M.W., Wasilewski T., Piotrowska U., Seweryn A.: Cooling—Lubricating Liquid for Metalworking. Patent No. 225,734, 2 December 2016.
• 17. Sułek M.W., Wasilewski T., Sas W., Piotrowska U.: Cooling and Lubricating Liquid for Metal Processing. Patent No. 221,760, 17 June 2015.
• 18. Botan A., Joly L., Fillot N., Loison C.: Mixed Mechanism of Lubrication by Lipid Bilayer Stacks. Langmuir 2015, 31, pp. 12197–12202.
• 19. Benedicto E., Rubio E.M., Carou D., Santacruz C.: The Role of Surfactant Structure on the Development of a Sustainable and Effective Cutting Fluid for Machining Titanium Alloys. Metals 2020, 10, p. 1388.
• 20. Ma L., Zhang C., Liu S.: Progress in experimental study of aqueous lubrication. Chin. Sci. Bull. 2012, 57, pp. 2062–2069.
• 21. Chen W., Amann T., Kailer A., Rühe J.: Macroscopic Friction Studies of Alkylglucopyranosides as Additives for Water-Based Lubricants. Lubricants 2020, 8, p. 11.
• 22. Han T., Zhang, C., Luo J.: Macroscale Superlubricity Enabled by Hydrated Alkali Metal Ions. Langmuir 2018, 34, pp. 11281–11291.
• 23. Klein J.: Hydration lubrication. Friction 2013, 1, 1–23.
• 24. Brinksmeier E.D., Huesmann-Cordes A.G., Herrmann C.: Metalworking fluids—Mechanisms and performance, CIRP Annals—Manufacturing. Technology 2015, 64, pp. 605–628.
• 25. Schwarz M., Dado M., Hnilica R., Veverková D.: Environmental and Health Aspects of Metalworking Fluid Use. Pol. J. Environ. Stud. 2015, 24, pp. 37–45.
• 26. Piekoszewski W., Szczerek M., Tuszyński W.: The action of lubricants under extreme pressure conditions in a modified four-ball tester. Wear 2001, 249, pp. 188–193.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).