Σχεδιασμός διεργασίας επί τόπου πολυμερισμού με στόχο την παραγωγή συστημάτων μικροεγκλεισμού υγρών λιπαντικών μέσων

Μουζάκης, Αλέξανδρος; Mouzakis, Alexandros

dc.contributor.author	Μουζάκης, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Mouzakis, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2023-01-05T11:37:12Z
dc.date.available	2023-01-05T11:37:12Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56532
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24230
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Αυτολίπανση	el
dc.subject	Μικροκάψουλες	el
dc.subject	Επί τόπου πολυμερισμός	el
dc.subject	Μέθοδος εξάτμισης διαλύτη	el
dc.subject	Πολυ(ουρία-φορμαλδεύδη), Πολυσουλφόνη	el
dc.subject	Self lubrication	en
dc.subject	Microcapsules	en
dc.subject	In situ polymerization	en
dc.subject	Solvent evaporation	en
dc.subject	Poly(urea-formaldehyde), Polysulfone	en
dc.title	Σχεδιασμός διεργασίας επί τόπου πολυμερισμού με στόχο την παραγωγή συστημάτων μικροεγκλεισμού υγρών λιπαντικών μέσων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Συστήματα αυτολίπανσης	el
heal.classification	Πολυμερή	el
heal.classification	Σχεδιασμός	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-04
heal.abstract	Η τριβή και η φθορά αποτελούν ένα μείζον πρόβλημα στις βιομηχανίες του σήμερα. Λόγω της τριβής ένα σημαντικό ποσοστό της ενέργειας καταναλώνεται άσκοπα αλλά και προκαλούνται σοβαρά ατυχήματα σε βιομηχανική κλίμακα που αρκετές φορές οδηγούν σε τραυματισμούς. Η αντιμετώπιση αυτού του φαινομένου πραγματοποιήθηκε με τα έξυπνα συστήματα αυτoλίπανσης. Οι αυτολιπαντικές ιδιότητες των συστημάτων αυτών, αποσκοπούν στην μείωση των τριβών μεταξύ των μηχανικών εξαρτημάτων με συνέπεια την μείωση του κόστους συντήρησης ή και ανανέωσης. Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκαν διεργασίες παραγωγής μικροκαψουλών με εγκλεισμένο λιπαντικό έλαιο, οι οποίες στη συνέχεια θα ενσωματωθούν σε επιστρώσεις με την τεχνική του θερμικού ψεκασμού, έχοντας ως στόχο την ανάπτυξη αυτολιπαντικών επικαλύψεων. Η πρώτη διεργασία που μελετήθηκε ήταν το σύστημα πολυ(ουρίας-φορμαλδεΰδης) με την τεχνική του επί τόπου πολυμερισμού. Στόχος ήταν η παραγωγή μικροκαψουλών με καλή θερμική αντοχή αλλά και μεγάλη απόδοση εγκλεισμού. Διερευνήθηκαν οι βέλτιστες συνθήκες του συστήματος. Στην πρώτη σειρά πειραμάτων που εκπονήθηκε μελετήθηκε η επίδραση του λόγου μαζών πυρήνα/κελύφους στην απόδοση εγκλεισμού ελαίου αλλά και στις μορφολογικές ιδιότητες των μικροκαψουλών. Η αύξηση του λόγου μαζών πυρήνα/κελύφους, υπό σταθερή μηχανική ανάδευση οδήγησε σε μεγαλύτερη απόδοση εγκλεισμού και σε μείωση των ολιγομερών σωματιδίωνPUF (παραπροϊόντα τα οποία εμποδίζουν τον πολυμερισμό). Βέβαια, δεν ήταν σημαντική η μείωση των ολιγομερών PUF. Οπότε, επόμενη παράμετρος που μελετήθηκε ήταν η συγκέντρωση του γαλακτωματοποιητή (ΕΜΑ) με στόχο την μείωση των ολιγομερών PUF.Τα αποτελέσματα δεν ήταν ενθαρρυντικά, καθώς με την αύξηση της συγκέντρωσης του ΕΜΑ δεν παρατηρήθηκε μείωση των ολιγομερών σωματιδίων PUF. Στη συνέχεια μελετήθηκε η δεύτερη διεργασία η οποία ήταν το σύστημα πολυσουλφόνης με την μέθοδο γαλακτωματοποίησης-εξάτμισης διαλύτη. Αρχικά, πραγματοποιήθηκαν δύο πειράματα αναφοράς με στόχο την επιλογή των κατάλληλων πειραματικών συνθηκών. Ύστερα, πραγματοποιήθηκε η πρώτη προσπάθεια εγκλεισμού λιπαντικού ελαίου σε μικροκάψουλες πολυσουλφόνης. Οι μικροκάψουλες που συντέθηκαν, παρόλο που διέθεταν καλές θερμικές και μορφολογικές ιδιότητες δεν είχαν μεγάλη απόδοση εγκλεισμού ελαίου. Οπότε, με στόχο τον εγκλεισμό μεγαλύτερου ποσοστού, πραγματοποιήθηκε επόμενο πείραμα με αυξημένο λόγο μαζών πυρήνα/κελύφους (2:1). Παρόλο που η απόδοση εγκλεισμού αυξήθηκε, μιας και υπήρχαν περισσότερα σταγονίδια ελαίου στο γαλάκτωμα, η μεγαλύτερη ανομοιομορφία μικροκαψουλών σε σχέση με το πείραμα με λόγο 1.2:1αλλά και η οπτική παρατήρηση, μακροσκοπικά, του λιπαντικού ελαίου που δεν είχε εγκλειστεί, καθόρισαν το πείραμα μη επιτυχές. Τέλος μελετήθηκε η επίδραση του ρυθμού ανάδευσης. Τα αποτελέσματα του νέου πειράματος με υψηλότερη ταχύτητα ανάδευσης ήταν αρκετά ενθαρρυντικά μιας και υπήρξε βελτίωση στις θερμικές ιδιότητες των μικροκαψουλών κρατώντας την απόδοση εγκλεισμού ίδια με το αρχικό πείραμα. Για τον χαρακτηρισμό των μικροκαψουλών έγινε χρήση των μεθόδων οπτικής μικροσκοπίας, ηλεκτρονιακής μικροσκοπίας σάρωσης, ανάλυσης μεγέθους σωματιδίων με σκέδαση laser, θερμοσταθμικής ανάλυσης, φασματοσκοπίας υπερύθρου με μετασχηματισμό Fourier και απόδοσης εγκλεισμού. Τα αποτελέσματα για την πρώτη διεργασία εγκλεισμού που μελετήθηκε έδειξαν πως το πείραμα με τα πιο ενθαρρυντικά αποτελέσματα ήταν εκείνο με λόγο πυρήνα/κελύφους 3:1 και 0.5% w/v EMA.Συγκεκριμένα, η εικόνα του SEMήταν ικανοποιητική καθώς υπήρξαν διακριτές μικροκάψουλες σφαιρικού σχήματος στο δείγμα αλλά υπήρχαν και λίγα ολιγομερή σωματίδιαPUF. Επίσης ο εγκλεισμός ήταν επιτυχής και με υψηλό ποσοστό απόδοσης (76%). Oι μικροκάψουλες διέθεταν ένα ικανοποιητικό μέγεθος (DH8[4,3]=41μm) και εξαιρετική θερμική σταθερότητα(ΤdPUF=267oCσεTdH8=353oC). Όσον αφορά την παραγωγή μικροκαψουλών πολυσουλφόνης, τα καλύτερα αποτελέσματα παρουσίασε το πείραμα με τον υψηλότερο ρυθμό ανάδευσης και λόγο πυρήνα/κελύφους 1.2:1 (1000rpm, 1:2.5=οργανική φάση:υδατική φάση). Οι μικροκάψουλες είχαν ίδια απόδοση εγκλεισμού σε σχέση με τα άλλα δύο πειράματα που πραγματοποιήθηκαν, αλλά με ενισχυμένη την θερμική τους σταθερότητα. Η μέση διάμετρος των μικροκαψουλών ήταν στα 55.7μm.	el
heal.abstract	Nowadays, friction and wear are a major problem for the industry. Because of friction, an important part of worldwide energy is wasted but also there have been many accidents due to machine failure, in which many cases have led to serious injuries. The solution for this phenomenon, came from smart self-lubricating systems. The self-lubricating properties of these systems aim to lower the friction between mechanical components, thus reducing maintenance and renewal costs. In the present thesis, two microencapsulation processes were studied to obtain lubricant oil loaded microcapsules that will be embedded in coatings via thermal spraying. The first process studied was the poly(Urea-formaldehyde) system via in situ polymerization. The main goal was the production of microcapsules with good thermal stability and a high encapsulation efficiency (lubricant oil). Experimental parameters of the process were studied in order to produce the best microcapsules possible. First parameter examined was the effect of the core-to-wall ratio on the encapsulation efficiency and the morphological properties of the microcapsules the increase of the core to wall ratio, under steady agitation rate (700 rpm), led to a better encapsulation efficiency and a few oligomeric PUF particles were observed (these oligomers have a negative effect on the shell of the microcapsules and to their properties).Although, the decrease of the oligomeric PUF particles wasn’t good enough. So, the concentration of emulsifier EMA (0.2%, 0.5%, 0.8%) was examined in order to minimize the quantity of the oligomeric PUF particles. The results revealed that the increase of EMA concentration didn’t have any effect on the decrease of the oligomeric PUF particles. In addition, the polysulphone system via solvent evaporation method was examined. After studying several scientific papers, reference experiments were carried out in order to choose the optimal experimental conditions. Then a first attempt was made to encapsulate lubricant oil in microcapsules. The synthesized microcapsules had good thermal and morphological properties, but the encapsulated content was low. Therefore, a second experiment took place in order to increase the encapsulated percentage of lubricant oil by increasing the core/wall mass ratio. Although the encapsulation efficiency was increased, due to the fact that there were more oil droplets in the emulsion, the high unevenness of the microcapsules and the not encapsulated lubricant oil in the emulsion (macroscopically observed), defined the experiment unsuccessful. Lastly, the effect of stirring rate was examined. The results of the new experiment were quite encouraging, on the grounds that the thermal properties of the microcapsules were enhanced while retaining the encapsulation efficiency intact. The results of the poly(urea-formaldehyde) system via in situ polymerization indicate that the most successful experiment had core/wall 3:1 and 0.5% w/v EMA.SEM images, showed well-formed microcapsules and less PUF particles on the sample. Also, the microcapsules exhibited great thermal stability as the core material was protected from the rising temperature (ΤdPUF=267oCtoTdH8=353oC). The mean diameter of microcapsules was determined to be 47μm with 76% encapsulation efficiency. As for the polysulfone system, the experiment with the highest agitation rate and with core/wall ratio 1.2:1 showed promising results (1000rpm, 1:2.5=organic phase/water phase). In particular, the encapsulation efficiency remained the same (10%) and the degradation temperatures of both core and shell materials were increased compared to reference materials (ΤdPSF0=502oC toTdPSF3=520oC). The mean diameter was 55.7μm.	en
heal.advisorName	Βουγιούκα, Σταματίνα Ν.	el
heal.committeeMemberName	Καραντώνης, Αντώνης	el
heal.committeeMemberName	Κοκόσης, Αντώνης	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιομηχανικών Διαδικασιών (IV)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	124 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false