Polimery kationowe jako efektywne dodatki do substancji smarowych na bazie wody

• Autorzy: Sułek M. W. , Wasilewski T. , Sas W.

Warianty tytułu

EN

Cationic polymers as effective water-based lubricant additives

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Głównie ze względu na aspekty ekologiczne prowadzone są badania nad zastosowaniem wody jako bazy substancji smarowych. Trwają próby poprawy jej niekorzystnych właściwości tribologicznych i fizykochemicznych (np. działania korodującego) przez wprowadzanie dodatków. W prezentowanej pracy jako komponenty roztworów zaproponowano kationowe polimery wykazujące aktywność powierzchniową. Są nimi Polyquaternium-7 (PQ7, kopolimer chlorku diallilo dimetyloamoniowego i akryloamidu) i Polyquaternium-47 (PQ47, kopolimer kwasu akrylowego, chlorku metakryloamidopropylotrimetylo amoniowego oraz akrylanu metylu). Podjęta problematyka badawcza jest zgodna z aktualnymi tendencjami prezentowanymi w przedmiotowej literaturze. Postuluje się w niej nawet zastosowanie kationowych polimerów do smarowania ruchomych elementów w żywych organizmach. Przeprowadzono pomiary właściwości fizykochemicznych (napięcie powierzchniowe, lepkość) i tribologicznych (współczynnik tarcia, średnica skazy zużycia) w funkcji stężenia (1–5%) i obciążenia (10, 30 i 50 N). W tym celu wykorzystano Tribometr T-11 produkcji Instytutu Technologii Eksploatacji – PIB w Radomiu. Stwierdzono wysoką efektywność działania obydwu kationowych polimerów na obniżanie oporów ruchu i zużycia. Stwierdzono nawet 3-krotne zmniejszenie współczynnika tarcia i 2,5-krotne obniżenie średnicy skazy. Dyskutowano wpływ rodzaju związku i jego stężenia oraz wartości stosowanych obciążeń na zmierzone wielkości.

EN

Studies on water as a lubricant base are being carried out primarily because of ecological considerations. Attempts are being made to improve its unfavourable tribological and physicochemical properties (e.g. corrosive action) by incorporating additives. In this paper, surface-active cationic polymers have been suggested as solution components. The polymers are Polyquaternium-7 (PQ7, a copolymer of diallyldimethylammonium chloride and acrylamide) and Polyquaternium-47 (PQ47, a terpolymer of acrylic acid, methacrylamidopropyl trimethyl ammonium chloride and methyl acrylate). This subject of study is consistent with current tendencies found in the literature on the subject. The application of cationic polymers to the lubrication of movable elements of living organisms has even been suggested. Physicochemical properties (surface tension, viscosity) and tribological properties (friction coefficient, wear scar diameter) were measured as a function of concentration (1-5%) and load (10, 30 and 50 N). The measurements were carried out using a T-11 tribometer produced at the Institute for Sustainable Technologies – National Research Institute in Radom. It was found that the two cationic polymers were highly effective in reducing motion resistance and wear. A threefold decrease in the coefficient of friction and a 2.5-fold reduction in wear scar diameter were found. The effects of the kind of compound and its concentration as well as the applied loads on the quantities measured are discussed.

Słowa kluczowe

PL

substancje smarowe na bazie wody; surfaktanty polimerowe; współczynnik tarcia; zużycie

EN

water-based lubricants; polymeric surfactants; friction coefficient; wear

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Tribologia
• Rocznik: 2011
• Tom: nr 5
• Strony: 213--223
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys.

Twórcy

autor

Sułek M. W.

autor

Wasilewski T.

autor

Sas W.

• Politechnika Radomska, Katedra Chemii, Zakład Chemii Fizycznej i Nieorganicznej, ul. Chrobrego 27, 26-600 Radom

Bibliografia

• 1. Zieliński R.: Surfaktanty. Budowa, właściwości, zastosowania. Wydawnictwo UE w Poznaniu, Poznań 2009.
• 2. Sułek M.W., Wasilewski T., Zięba M.: Tribological and physical-chemical properties of aqueous solutions of cationic surfactants, Industrial Lubrication and Tribology, 62, 2010, p. 279-284.
• 3. Boschkova K., Kronberg B., Stalgren J.J.R., Persson K., Ratoi-Salagean M.: Lubrication in aqueous solutions using cationic surfactants - a study of static and dynamic forces, Langmuir, 18, (2002), p. 1680-1687.
• 4. Chinas-Castillo F., Lara-Romero J., Alonso-Nunez G., Barceinas-Sanchez J., Jimenez-Sandoval S.: M0S2 Films Formed by In-contact Decomposition of Water-soluble Tetraalkylammonium Thiomolybdates, Tribology Letters, 29, 2008, p. 155-161.
• 5. Chinas-Castillo F., Lara-Romero J., Alonso-Nunez G., Barceinas-Sanchez J., Jimenez-Sandoval S.: Friction reduction by water-soluble ammonium thiometallates, Tribology Letters, 26, 2007, p. 137-144.
• 6. Holmberg K., Jonsson B., Kronberg B., Lindman B.: Surfactants and Polymers in Aqueous Solution, Chapter 12. Surface Active Polymers., John Wiley & Sons, Ltd., 2002, p. 261-276.
• 7. Lee S., Müller M., Heeb R., Zürcher S., Tosatti S., Heinrich M., Amstad F, Pechmann S., Spencer N.D.: Self-healing behavior of a polyelectrolyte-based lubricant additive for aqueous lubrication of oxide materials, Tribology Letters, 3/2006, p. 217- 223.
• 8. Hsiao E., Bradley L.C., Kim S.H.: Improved Substrate Protection and Self-Healing of Boundary Lubrication Film Consisting of Polydimethylsiloxane with Cationic Side Groups. Tribol. Lett., DOI 10.107/sl 1249-010-9679-02010.
• 9. Hartung W., Rossi A., Lee S., Spencer N.D.: Aqueous Lubrication of SiC and Si3N4 Ceramics Aided by a Brush-like Copolymer Additive, Poly(L-lysine)-graft-poly(ethylene glycol). Tribol. Lett. 34/2009, p. 201-210.
• 10. Hartung W., Drobek T., Lee S., Zürcher S., Spencer N.D.: The Influence of Anchoring-Group Structure on the Lubricating Properties of Brush-Forming Graft Copolymers in an Aqueous Medium Tribol. Lett. 31/2008, p. 119-128.
• 11. Perrino C., Lee S., Spencer N.D.: End-grafted Sugar Chains as Aqueous Lubricant Additives: Synthesis and Macrotribological Tests of Poly (L-lysine)-graft-Dextran (PLL-g-dex) Copolymers, Tribol. Lett. 33/2009, p. 83-96.
• 12. Raviv U., Giasson S., Kampf N., Gohy J.F., Jerome R., Klein J.: Lubrication by charged polymers, Nature, 425/2003, p. 163-165.
• 13. Klein J., Kumacheva E., Mahalu D., Perahia D., Fetters L.J.: Reduction of frictional forces between solid surfaces bearing polymer brushes, Nature, 370/1994. p. 634-636.
• 14. Chen M., Briscoe W.H., Armes S.P., Klein J.: Lubrication at physiological pressures by polyzwitterionic brushes, Science. 323/2009, p. 1698-1701.
• 15. Kobayashi M., Yamaguchi H., Terayama Y., Wang Z., Ishihara K., Hino M., Takahara A.: Structure and Surface Properties of High-density Polyelectrolyte Brushes at the Interface of Aqueous Solution, Macromolecular Symposia, 279/2009, p. 79-87.
• 16. Amelina E.A., Shchukin E.D., Parfenova A.M., Pelekh V.V., Vidensky I.V., Bessonov A.I., Aranovich G., Donohue M.: Effect of cationic polyelectrolyte and surfactant on cohesion and friction in contacts between cellulose fibers, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 167/2000, p. 215-227.
• 17. Feiler A., Plunkett M.A., Rutland M.W.: Atomic Force Microscopy Measurements of Adsorbed Polyelectrolyte Layers. 1. Dynamics of Forces and Friction, Langmuir, 19/2003, p. 4173-4179.
• 18. Piekoszewski W., Szczerek M., Wulczyński J.: Urządzenie typu trzpień-tarcza do badań tribologicznych w podwyższonych temperaturach, Tribologia, 5-6, 1997, p. 826-832.