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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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• Experimental



5

Química dos Neutralizantes

• KOH

• MEA

• MIPA

• DGA

• 3A4O

• BEA

• AMP

• AB/AEPD

(Corrguard EXT)

(Corrguard Flex)

6 ANGUS confidential.



• Experimental




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


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


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


Tapping Torque: Instrumento & Output típico

Truncated plateau (5-10 mm)




• Experimental




Resultado dos Testes

• Fluido Novo

• Fluido com Envelhecimento Microbiano


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)


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


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)


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)


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


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


Torq

ue

(N

m)

Neutralizante(Corrguard FLEX)(Corrguard EXT)


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


Po

lyd

isp

ers

ity

Ind

ex

Tam

anh

od

e p

artí

cula

(nm

)

neutralizante

Particle Size PdI

(Corrguard FLEX)(Corrguard EXT)


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


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)


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)


Resultado dos Testes

• Fluido novo

• Fluidos com envelhecimento microbiano


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



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)


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



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)


Agenda

• Histórico & Objetivos


• Experimental




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


Agradecimentos

Agradecemos aos organizadores da Lubgrax pela oportunidade de apresentar este trabalho

Obrigada pela presença !

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