Estudio tribológico del empleo de líquidos iónicos en la formulación de lubricantes biodegradables

Résumé

Se realizó un estudio tribológico sobre el empleo de líquidos iónicos en la formulación de lubricantes biodegradables, buscando una respuesta más verde a la demanda de lubricantes más eficaces, que provean un buen balance entre las necesidades tribológicas y la minimización del impacto medioambiental. Se sintetizaron líquidos iónicos derivados de ácidos grasos (FAILs) libres de fósforo, azufre y halógenos, más respetuosos con el medio ambiente, para su uso como lubricantes puros y como aditivos en un aceite base de polioléster en varias concentraciones. Primero se realizó la síntesis y la confirmación de la estructura química de los FAILs, después el análisis desde el punto de vista químico y físico, posteriormente se estudió la fricción y el desgaste para comprobar que los lubricantes obtenidos fueran capaces de resolver los retos tribológicos ultimando con el análisis de las superficies de desgaste. La síntesis de estos compuestos iónicos se concibió a través de una reacción de doble sustitución a partir de un líquido iónico de bromuro de tetraexilamonio y los ácidos grasos octanoico y hexadecanoico de origen natural, mientras la confirmación de la estructura química se logró gracias a técnicas espectroscópicas de resonancia magnética nuclear (NMR) y de Rayos Infrarrojos de la Transformada de Fourier (FTIR). La determinación de las características físicas y químicas se obtuvo a través de una serie de exámenes instrumentales que permitieron determinar el valor de densidad, viscosidad, estabilidad térmica e índice de corrosión, empleando un viscosímetro, un analizador termogravimétrico y técnicas de microscopía electrónica de barrido (SEM) y espectroscopía de dispersión de energía (EDS). El estudio tribológico en sí tuvo lugar a través de dos tribómetros distintos: un Mini Traction Machine MTM (PCS Instruments) y un tribómetro UMT-3 (Bruker Corporation), capaces de analizar el comportamiento de los compuestos iónicos en distintos regímenes de lubricación. Se obtuvieron los valores de fricción y de resistencia eléctrica de contacto (ECR) tanto manteniendo la relación de deslizamiento-rodadura (SRR) fija como variándola. También se realizaron ensayos de fricción en configuración bola sobre disco reciprocante a diferentes cargas y temperaturas. Para el cálculo del volumen de desgaste de las probetas ensayadas en el UMT-3 se utilizó un microscopio confocal con interferómetro. Finalmente, para el análisis de las superficies de desgaste se usó un microscopio de barrido electrónico (SEM) con la unidad de espectroscopia de dispersión de energía (EDS) y un espectroscopio fotoeléctrico de rayos X (XPS). Al final de la investigación se pudo concluir que los FAILs sintetizados no son corrosivos, mejoran en algunos casos el comportamiento tribológico de un aceite base de tipo polioléster utilizados como aditivos, y al derivar de ácidos grasos de origen vegetal son más verdes que los lubricantes tradicionales permitiendo allí donde se vayan a emplear un aumento de la eficiencia energética y una disminución del impacto ambiental.