Chemisch funktionalisierte Polymer-Nanopartikel verringern die Reibung auf Stahloberflächen

Mineralölschmierstoffe schützen Motorteile vor Verschleiß, und dieser Effekt wird durch die Zugabe von Polymer-Nanopartikeln zum Schmieröl verstärkt. Ein britisches Team hat nun entdeckt, dass die Epoxidfunktionalisierung dieser Nanopartikel die Reibungsminderung auf Metalloberflächen weiter fördert.

Wie das Team im Journal berichtet Angewandte Chemiehaften epoxidgruppenhaltige Nanopartikel stark auf Edelstahloberflächen, was zu einer deutlichen Reduzierung der Reibung führt.

Kraftfahrzeugmotoren, die gut geschmierte Teile umfassen, verbrauchen weniger Kraftstoff, erzeugen geringere Emissionen und erleiden weniger langfristigen Verschleiß. Mineralöl wird häufig als Schmiermittel verwendet, und Nanopartikel können direkt in diesem Lösungsmittel hergestellt werden, indem eine Technik verwendet wird, die als polymerisationsinduzierte Selbstorganisation bekannt ist. Die Beschichtung der Oberfläche der Metallbauteile mit Nanopartikeln von wenigen Dutzend Millionstel Millimetern Größe schützt sie vor direktem Kontakt.

Csilla György und Steve Armes von der University of Sheffield (UK) entwarfen „haarige“ Nanopartikel, die aus öllöslichen Poly(laurylmethacrylat)-Ketten und einem öllöslichen Kern aus Nanopartikeln bestehen. Diese Nanopartikel wurden dazu gebracht, stark an Metalloberflächen zu haften, indem Epoxygruppen in die „Haare“ eingeführt wurden, indem Laurylmethacrylat mit Glycidylmethacrylat, einem Epoxy-funktionellen Monomer, copolymerisiert wurde.

Das Team fand heraus, dass die epoxidhaltigen Nanopartikel mit Hydroxygruppen reagierten, die sich an der Oberfläche von Edelstahl befinden. Diese Reaktion führte zu einer starken Adhäsion der Nanopartikel, ein Phänomen, das als chemische Adsorption bekannt ist. Ob eine chemische Adsorption stattfand oder nicht, hing von der genauen Position der Epoxygruppen ab. „Zu unserer Überraschung hatte das Einbringen einer weitaus größeren Anzahl von Epoxidgruppen in die Nanopartikelkerne keinen positiven Effekt“, erklärt Armes.

Die adsorbierten Nanopartikel reduzierten die Reibung erheblich, wie das Sheffield-Team bei der Durchführung tribologischer Studien in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern von Lubrizol, einem Unternehmen für Motoröladditive mit Sitz in Großbritannien, herausfand. „Bemerkenswerterweise blieben nach solchen Experimenten, die bei der typischen Betriebstemperatur eines Verbrennungsmotors durchgeführt wurden, die adsorbierten Nanopartikel auf der Edelstahloberfläche intakt“, ergänzt Armes.

Solche Epoxy-funktionalisierten Nanopartikel könnten daher einen weiteren Leistungssprung für Schmierstoffadditive für Motorölformulierungen der nächsten Generation bedeuten.