VISCOMETRIC STUDIES IN THE PROCESS OF SYNTHESIS OF MAGNETIC LUBRICANT NANO-OILS
Authors: Болотов Александр Николаевич , Новикова Ольга Олеговна , Мешков Владимир Валентинович 
Published: December 2022

В области трибологии перспективны магнитные смазочные масла, в которых для повышения их коллоидной устойчивости используют полимеры, однако их применение ограничено низкой намагниченностью коллоида. Повысить намагниченность наномасел возможно путем синтеза полимерных оболочек непосредственно на поверхности магнитных частиц в процессе получения наномасел. Описаны особенности технологии синтеза магнитных смазочных наномасел с полимерными сольватными оболочками на частицах, которые защищают их от коагуляции. Полимеризация молекул гидроксикислоты протекает по механизму поликонденсации на твердой поверхности магнетита. Вязкость магнитного коллоида возрастает из-за увеличения толщины сольватной оболочки. Исходя из этого предложено дифференциальное уравнение, которое показывает зависимость скорости роста вязкости коллоида от скорости реакции поликонденсации. Экспериментальная проверка уравнения показала, что оно выполняется с точностью до 8%. Полученное уравнение позволяет определить важную термодинамическую характеристику -энергии активации процесса синтеза полимерных оболочек на поверхности дисперсных частиц. Для расчетов нужно знать скорость изменения вязкости коллоида с дисперсионной средой без мономера (гидрокислоты). Поэтому, в процессе синтеза полимера отбираются пробы промежуточного магнитного коллоида небольшого объема, которые используются для определения вязкости коллоида и дисперсионной среды, содержащей мономер. Затем находится вязкость коллоида с чистой дисперсионной средой, необходимая для расчетов энергии активации реакции поликонденсации. По оценочным расчетам, ошибка определения энергии активации не превышает 11%. На практике, с помощью установленного значения энергии активации полимеризации, можно выполнять целенаправленный выбор оптимального температурно-временного режима стабилизации магнитного коллоида с целью получения магнитного наномасла с требуемыми характеристиками вязкости и агрегативной устойчивости. Экспериментальные исследования проводились на специально разработанных приборах для оценки коллоидной стабильности и динамической вязкости магнитных коллоидов.
In the field of tribology, magnetic lubricating oils are promising, in which polymers are used to increase their colloidal stability, but their use is limited by the low magnetization of the colloid. It is possible to increase the magnetization of nanooils by synthesizing polymer shells directly on the surface of magnetic particles in the process of obtaining nanooils. The features of the technology for the synthesis of magnetic lubricating nanooils with polymeric solvation shells on particles, which protect them from coagulation, are described. Polymerization of hydroxy acid molecules proceeds by the mechanism of polycondensation on the solid surface of magnetite. The viscosity of the magnetic colloid increases due to the increase in the thickness of the solvate shell. Proceeding from this, a differential equation is proposed, which shows the dependence of the growth rate of the colloid viscosity on the rate of the polycondensation reaction. An experimental verification of the equation showed that it is fulfilled with an accuracy up to 8%. The resulting equation makes it possible to determine an important thermodynamic characteristic - the activation energy of the process of synthesis of polymer shells on the surface of dispersed particles. For calculations, it is necessary to know the rate of change in the viscosity of a colloid with a dispersion medium without a monomer (hydroacid). Therefore, in the process of the polymer synthesis, samples of the intermediate magnetic colloid of a small volume are taken, which are used to determine the viscosity of the colloid and dispersion medium containing monomers. Then the viscosity of the colloid with a pure dispersion medium is found, which is necessary for calculating the activation energy of the polycondensation reaction. According to estimates, the error in determining the activation energy does not exceed 11%. In practice, using the values of the activation energy of polymerization, it is possible to carry out a purposeful choice of the optimal temperature-time regime for stabilizing the magnetic colloid in order to obtain a magnetic nanooil with the required viscosity and aggregative stability characteristics. Experimental studies were carried out on specially designed instruments for assessing the colloidal stability and dynamic viscosity of magnetic colloids.