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22.06.2024

06.02.2023

Geringere Reibung an Stahloberflächen durch chemisch funktionalisierte Polymer-Nanopartikel

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Schmieröl schützt Motorteile vor Verschleiß, ein Zusatz von Polymer-Nanopartikeln verbessert die Wirkung. Ein Forschungsteam aus Großbritannien hat nun festgestellt, dass sich die Reibung von Metalloberflächen noch weiter verringern lässt, wenn die Nanopartikel mit Epoxy-Gruppen funktionalisiert werden. Die Epoxy-funktionalisierten Nanopartikel haften stark auf Edelstahloberflächen, was zu deutlich reduzierter Reibung führt.

Eine gute Versorgung mit Motoröl lässt Verbrennungsmotoren weniger verbrauchen, senkt die Emissionen und reduziert langfristig den Verschleiß. Gängige Motoröle setzen sich aus Mineralölen zusammen, die sich direkt als Lösungsmittel für die Herstellung von Nanopartikeln durch eine selbstorganisierende Polymerisationstechnik (PISA) verwendet werden können. Die mit dieser Technik hergestellten Nanopartikel sind wenige Millionstel Millimeter groß, setzen sich auf die geölten Metallteile und schützen sie vor direktem Kontakt.

Csilla György und Steve Armes von der Universität Sheffield (Großbritannien) stellten "haarige" Nanopartikel her, die aus einem in Öl unlöslichen Kern sowie löslichen Polymerketten aus Polylaurylmethacrylat bestehen. In diese Polylaurylmethacrlyat-"Haare" fügten sie durch Co-Polymerisation der Monomere Laurylmethacrylat und Glycidylmethacrylat, dem Epoxypropylester der Methacrylsäure, Epoxygruppen ein. Die Epoxygruppen vermittelten eine starke Klebewirkung auf Metalloberflächen.

Wie das Team feststellte, kam es zu einer chemischen Reaktion der Epoxy-funktionalisierten Nanopartikel mit den Hydroxygruppen von Edelstahloberflächen, was dazu führte, dass die Nanopartikel festklebten. Ob diese chemische Adsorption zustande kam oder nicht, hing von der genauen Position der Epoxygruppen in den Nanopartikeln ab. "Zu unserer Überraschung brachte es keinen Vorteil, wenn wir eine weit höhere Anzahl von Epoxygruppen in den Kern der Nanopartikel einführten," erklärt Armes.

Die adsorbierten Nanopartikel reduzierten die Reibung deutlich, bemerkte das Sheffielder Team, das in Zusammenarbeit mit einem Hersteller von Motoröl-Additiven in Großbritannien tribologische (Reibungs-)Studien durchführte. "Erstaunlicherweise blieben die auf der Edelstahloberfläche adsorbierten Nanopartikel bei solchen Versuchen bei der üblichen Betriebstemperatur von Verbrennungsmotoren intakt", ergänzt Armes. Somit könnten solche Epoxy-funktionalisierten Nanopartikel einen weiteren Qualitätssprung bei Schmieröl-Additiven für Motoröle der nächsten Generation bedeuten.

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Quelle: Angewandte Chemie