influência dos neutralizantes/ ajustadores de ph em … · • blocos de aluminum 6061...
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Autores : Bonnie Pyzowski, Soraya Kraszczyk, Patrick Brutto
Apresentado por Ruth Keiko Kuriyama
ANGUS Chemical Company
Lubgrax Meeting 2017
São Paulo, Brasil
Influência dos neutralizantes/ ajustadoresde pH em MWF diluíveis em água na
Lubrificação de Alumínio 6061
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Agenda• Histórico & Objetivos
• Químicas Neutralizantes
• Experimental
• Resultado dos Testes
• Expectativas vs. Resultados
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ANGUS confidential.
Histórico & Objetivos
• Histórico• A expectativa dos autores era de que o neutralizante impactasse na lubrificação de ligas de alumínio com
TOFA e éster de fosfato. A liga de alumínio 6061 foi escolhida por sua pronta disponibilidade para o teste de tapping torque
• Busca em literatura não revelou estudos correlacionados
• Objetivos
• Entender efeitos do neutralizante com TOFA e éster de fosfato na lubrificação do alumínio 6061 antes e depois do envelhecimento microbiano
• Determinar o efeito do neutralizante no tamanho de partícula micelar e possível correlação com lubricidade
• Explorar a influência do neutralizante / corretor de pH na lubricidade e tamanho de partícula
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Agenda• Histórico & Objetivos
• Químicas Neutralizantes
• Experimental
• Resultado dos Testes
• Expectativas vs. Resultados
5
Química dos Neutralizantes
• KOH
• MEA
• MIPA
• DGA
• 3A4O
• BEA
• AMP
• AB/AEPD
(Corrguard EXT)
(Corrguard Flex)
6 ANGUS confidential.
Agenda• Histórico & Objetivos
• Químicas Neutralizantes
• Experimental
• Resultado dos Testes
• Expectativas vs. Resultados
7 ANGUS confidential.
Experimental
• Seleção do Ácido Funcional
• Ácido graxo de Tall oil
• Valor de Acidez : 190 mg KOH/g (mínimo)• Conteúdo de Rosin : 5.0% (máximo)• Valor de Iodo : 125g/100g (tipico)
• Éster de Fosfato
• Éster de Fosfato etoxilado C12-15 alcool (1.0-2.5 moles EO)• Conteúdo de Fósforo: 5.5%
• Valor Acidez: 157 mg KOH/g
• Resistente a hidrólise
8 ANGUS confidential.
Experimental• Preparação da Solução do Sal (água deionizada)
• Microbial Challenge
• Soluções de TOFA e TOFA/éster de fosfato foram submetidas a um único challenge e misturadas com colônias isoladas (106 CFU/mL bactéria & 105 CFU/mL fungo)
• Soluções foram agitadas por 5 dias, paradas 2 dias e então repetido
• Os sistemas foram amostrados para contagem microbiana, lubricidade e tamanhomicelar de particula
Solução Neutralizante Target pH pHs medidos
0.5% TOFA All 9.5 9.3-10.0
0.5% TOFA + 0.25% Ester de Fosfato
All 9.5 9.2-9.6
0.5% TOFA + 0.25% Ester de Fosfato
KOH, 3A4O, AB/AEPD 7.58.59.5
7.6-7.98.5-8.69.5-9.7
9 ANGUS confidential.
Experimental• Lubricidade por Tapping Torque
• Microtap/Tauro instrument
• Blocos de Aluminum 6061 (Principais elementos da liga: Mg, Si)• Torneamento de aço em alta velocidade (tratamento de superfície com nitreto)
• Velocidade rotacional 500 rpm
• Tirados 8-12 orificios por amostra (Aleatoriamente em incrementos de 4 furos)
• Dados truncados em 5-10 mm (“plateau” de torque )
• Análise estatística usando o JMP software (Tukey-Kramer HSD method)
• Tamanho de Particula Micelar através do Dynamic Light Scattering
• Zetasizer (Malvern Instruments)• Tamanho de partícula e indice de polidispersidade (PdI) medido em triplicata para os fluidos frescos a 25°C;
médias reportadas
10 ANGUS confidential.
Tapping Torque: Instrumento & Output típico
Truncated plateau (5-10 mm)
11 ANGUS confidential.
Agenda• Histórico & Objetivos
• Químicas Neutralizantes
• Experimental
• Resultado dos Testes
• Expectativas vs. Resultados
12 ANGUS confidential.
Resultado dos Testes
• Fluido Novo
• Fluido com Envelhecimento Microbiano
13 ANGUS confidential.
Fluido Novo com 0.5% TOFALubricidade vs. Neutralizante
2.20
2.40
2.60
2.80
3.00
3.20
3.40
KOH 3A4O MIPA DGA BEA AB/AEPD MEA AMP
Torq
ue
(Nm
)
Neutralizante
DGA & KOH resultaram em lubricidade um pouco melhor que MEA e 3A4O (estatisticamente )
(Corrguard EXT) (Corrguard Flex)
14 ANGUS confidential.
Fluido Novo com 0.5% TOFATamanho de Particula Micelar/PdI vs. Neutralizante
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
0
50
100
150
200
250
KOH 3A4O MIPA DGA BEA AB/AEPD MEA AMP
Po
lyd
isp
eri
ty I
nd
ex
Tam
anh
od
e p
artí
cula
(nm
)
Neutralizante
Particle Size PdI
Tamanho de partícula e PdI variam significativamente com o neutralizante; 3A4O resultou na menormédia de tamanho de partícula
(Corrguard EXT) (Corrguard FLEX)
15 ANGUS confidential.
Indice de Polidispersibilidade (PdI)Medida da Uniformidade do Tamanho de Partícula
AB/AEPD 3A4O AMP
Exemplo: 3A4O e AB/AEPD resultaram em distribuição de tamanho de partícula mais larga(maior PdI) do que AMP
(Corrguard EXT)(Corrguard FLEX)
16 ANGUS confidential.
Fluido novo com 0.5% TOFALubricidade vs. Tamanho de Partícula
R² = 0.2507
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
3
3.1
3.2
0 50 100 150 200 250
Torq
ue
Mé
dio
(Nm
)
Tamanho de partícula (nm)
3A4O
KOHDGA
• Fraca correlação pode estar relacionada ao intervalo de tempo entre as medições de lubricidade& tamanho de partícula
• Outros fatores incluindo efeitos de adsorção superficial e pontes de hidrogênio
17 ANGUS confidential.
Fluido novo com 0.5% TOFA/0.25% Éster de FosfatoLubricidade vs. Neutralizante
3A4O resultou em lubricidade um pouco pior que os demais, mas estatisticamente equivalente a BEA
2.50
2.60
2.70
2.80
2.90
3.00
3.10
KOH 3A4O MIPA DGA BEA AB/AEPD MEA AMP
Torq
ue
(N
m)
Neutralizante(Corrguard FLEX)(Corrguard EXT)
18 ANGUS confidential.
Fluido Fresco 0.5% TOFA/0.25% Éster de FosfatoTamanho de Partícula Micelar /PdI vs. Neutralizante
Menor variação de tamanho de partícula e Pdl é observado vs os sistemas com apenas TOFA
00.10.20.30.40.50.60.70.80.91
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
KOH 3A4O MIPA DGA BEA AB/AEPD MEA AMP
Po
lyd
isp
ers
ity
Ind
ex
Tam
anh
od
e p
artí
cula
(nm
)
neutralizante
Particle Size PdI
(Corrguard FLEX)(Corrguard EXT)
19 ANGUS confidential.
Fluido novo com 0.5% TOFA/0.25% Éster de FosfatoLubricidade vs. Tamanho de partícula
R² = 0.6563
2.65
2.7
2.75
2.8
2.85
2.9
2.95
3
3.05
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Torq
ue
Mé
dio
(Nm
)
Tamanho de partícula (nm)
KOH
3A4O
BEA
• Fraca correlação pode estar relacionada ao interval de tempo entre as medições de lubricidade & tamanho de partícula
• Outros fatores incluem efeitos de adsorção superficial e pontes de hidrogênio
20 ANGUS confidential.
Fluido novo com 0.5% TOFA/0.25% Éster de FosfatoLubricidade vs. neutralizante/pH
Lubricidade com 3A4O é o mais dependente de pH; ele aumenta com o decréscimo do pH
R² = 0.8824
R² = 0.9033
R² = 0.9845
2
2.2
2.4
2.6
2.8
3
3.2
7 7.5 8 8.5 9 9.5 10
Torq
ue
Mé
dio
(Nm
)
pH
KOH AB/AEPD 3A4O KOH (fit) AB/AEPD (fit) 3A4O (fit)(Corrguard FLEX) (Corrguard EXT)
21 ANGUS confidential.
Fluido novo com 0.5% TOFA/0.25% Éster de FosfatoTamanho Micelar de partícula vs. neutralizante/pH
Tamanho de partícula diminui com o aumento do pH; a menor variação é com AB/AEPD
0
50
100
150
200
250
KOH AB/AEPD 3A4OTam
anh
od
e p
artí
cula
(nm
)
neutralizante
pH 7.6-7.9 pH 8.5-8.6 pH 9.5-9.7
(Corrguard FLEX) (Corrguard EXT)
22 ANGUS confidential.
Resultado dos Testes
• Fluido novo
• Fluidos com envelhecimento microbiano
23 ANGUS confidential.
Resultados do teste Microbiano (Challenge )Soluções de TOFA (sem biocida)
0123456789
10
AMP BEA MEA DGA 3A4O AB/AEPD MIPA KOH
Sem
anas
até
falh
a
neutralizante
Bacteria Fungi
Solução com 3A4O resulta na melhor resistência a bactéria/fungo; o fluido com BEA resistiu ao fungo
> 9 > 9
(Corrguard EXT) (Corrguard FLEX)
24 ANGUS confidential.
Fluidos com envelhecimento Microbiano com 0.5% TOFALubricidade vs. neutralizante
• Fluidos com KOH e 3A4O tem o desempenho mais estável de Lubricidade• A correlação com tamanho de partícula é pobre (R2 = 0.406-0.672); Micelas são maiores com o KOH
2.52.62.72.82.9
33.13.23.33.43.53.63.7
0 2 4 6 8
Torq
ue
Mé
dio
(Nm
)
Semanas de Envelhecimento Microbiano
AMP BEA MEA DGA 3A4O AB/AEPD MIPA KOH(Corrguard EXT) (Corrguard FLEX)
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Resultados Teste Microbiano (Challenge Test)Soluções TOFA/Ester de Fosfato (sem biocida)
Fluido com 3A4O resulta na melhor resistência a bactéria/fungo
0123456789
AMP BEA MEA DGA 3A4O AB/AEPD MIPA KOH
Sem
anas
até
falh
a
neutralizante
Bacteria Fungi
> 8> 8
(Corrguard EXT) (Corrguard FLEX)
26 ANGUS confidential.
Fluidos com Envelhecimento Microbiano: 0.5% TOFA/0.25% Ester de FosfatoLubricidade vs. Neutralizante
• Fluido com 3A4O mantém a melhor Lubricidade• Correlação com Tamanho de partícula é pobre (R2 < 0.113)
2.402.602.803.003.203.403.603.804.004.204.404.60
0 1 2 3 4 5 6 7
Torq
ue
Mé
dio
(Nm
)
Semanas de Envelhecimento Microbiano
AMP BEA MEA DGA 3A4O AB/AEPD MIPA KOH(Corrguard EXT) (Corrguard FLEX)
27 ANGUS confidential.
Agenda
• Histórico & Objetivos
• Químicas Neutralizantes
• Experimental
• Resultado dos Testes
• Expectativas vs. Resultados
28 ANGUS confidential.
Expectativas vs. ResultadosExpectativas Resultados
O neutralizante influencia o tamanho de partícula micelar• O neutralizante influenciou o tamanho de partícula, em
particular com 3A4O (CORRGUARD EXT) e KOH
Lubricidade se correlaciona com o tamanho de partículamicelar; maior tamanho de partícula = melhor lubricidade
• Correlação de tamanho de partícula com lubricidade foi pobre• Variação do tamanho de partícula com o tempo pode ser um
fator e será estudo futuramente
pH afeta o tamanho de partícula e lubricidade devido a diferença em polaridade e adsorção dos ácidosneutralizados vs não neutralizados
• pH influenciou o tamanho de partícula e lubricidade• A relação de lubricidade foi estatisticamente significativa com
o 3A4O (CORRGUARD EXT) (menor pH = melhor lubricidade)
Resistência microbiana se correlaciona com a melhor manutenção da lubricidade
• Boa correlação de resistência microbiana e manutenção da lubricidade foi observada com sistemas TOFA/Ester de Fosfato ; 3A4O(CORRGUARD EXT) apresentou o melhorresultado
29 ANGUS confidential.
Agradecimentos
Agradecemos aos organizadores da Lubgrax pela oportunidade de apresentar este trabalho
Obrigada pela presença !