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Type: Dissertação de Mestrado
Title: Caracterização de aditivos poliméricos melhoradores de índice de viscosidade e estudo reológico de lubrificantes automotivos
Authors: Ana Paula Pena Almeida
First Advisor: Maria Elisa Scarpelli R e Silva
First Referee: Rodrigo Lambert Oréfice
Second Referee: Roberto Fernando de Souza Freitas
Abstract: Melhoradores do índice de viscosidade (MIVs) estão entre os aditivos mais importantes utilizados para a formulação de óleos lubrificantes automotivos. Neste trabalho, oito MIVs comerciais, à base de poli(estireno-co-isopreno) hidrogenado - série comercial A - e de poli(metacrilato de alquila) - série comercial B, foram caracterizados por Termogravimetria (TG), Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) e Espectroscopia no Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR). Observou-se que os MIVs à base de poli(estireno-co-isopreno) hidrogenado apresentaram estabilidade térmica superior aos MIVs à base de poli(metacrilato de alquila), sendo ambos adequados para utilização em motores automotivos. Entretanto, deve-se ressaltar que os MIVs da série comercial B foram fornecidos diluídos em óleo, cuja presença pode ter influenciado no valor da temperatura de degradação das amostras. As análises por FTIR permitiram a identificação das principais bandas de absorção dos MIVs estudados. A influência dos MIVs nas características de óleos lubrificantes foi avaliada por meio de ensaios de viscosidade cinemática, índice de viscosidade e ensaios reológicos. Para estes ensaios foram preparadas amostras de óleo parafínico neutro leve (PNL) e neutro médio (PNM) aditivados com dois tipos de MIVs da série A, sendo eles denomindados A2 e A5, em diferentes concentrações. A viscosidade cinemática dos óleos aditivados aumentou com o aumento da concentração de MIV, sendo que o A5 apresentou o maior efeito espessante, efeito esse atribuído à diferenças na estrutura molecular do polímero, em especial ao número de blocos de estireno presentes. Para todas as concentrações estudadas, houve um aumento significativo no índice de viscosidade (IV) das amostras em comparação com os dos óleos puros. O MIV A5 apresentou desempenho superior ao MIV A2, possibilitando a utilização de uma menor quantidade desse aditivo para obtenção de um mesmo IV. As amostras de PNL e PNM aditivadas com A2 e A5 a diferentes concentrações apresentaram um comportamento predominantemente viscoso e boa estabilidade à deformação. Por meio de testes de fluxo, observou-se que as amostras aditivadas apresentaram comportamento não-Newtoniano. As curvas de fluxo obtidas melhor se ajustaram ao modelo de Ostwald de Waele (Lei de Potência). A partir do teste de Creep/Recovery foi possível verificar que um aumento na concentração do aditivo, para um mesmo valor de tempo, acarretou uma diminuição no valor da compliancia. Esse comportamento foi atribuído à presença do polímero que, mesmo a baixas concentrações, oferece maior resistência à deformação para uma tensão aplicada. A viscosidade complexa (*) das amostras dos PNL e PNM aditivados diminuiu com o aumento da temperatura, principalmente em amostras com maior concentração de aditivo. Entretanto, manteve-se, para todas as concentrações de polímeros estudadas, no intervalo de temperatura considerado, em valores superiores aos dos óleos puros, atestando a eficácia dos aditivos da série A como MIVs.
Abstract: Viscosity Index Improvers (VIIs) are among the most important additives used for automotive lubricant oil formulation. In this study, eight commercial VIIs based on poly(styrene-co-isoprene) hydrogenated - viscosity modifiers serie A - and poly(alkyl methacrylate) viscosity modifiers serie B, have been characterized by Thermogravimetric Analysis (TG), Differential Scanning Calorimetry (DSC) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR). It was observed that the VIIs, based on poly(styrene-co-isoprene) hydrogenated, have higher thermal stability than the VIIs based on poly(alkyl methacrylate), but both are suitable for use in automotive engines. However, it should be noted that the commercial MIVs series B were supplied in diluted oil. This fact could have influenced the degradation temperature of the samples. The main absorption bands of the VIIs analyzed were identified by FTIR analysis. The influence of VIIs on the characteristics of lubricating oils was evaluated through kinematic viscosity tests, calculation of viscosity index and study of the rheological behavior. Light and medium parafinic base oil were additivated with two types of VIIs, from serie A, A2 and A5 types, at different concentrations. It was observed that the parafinic oils are good solvents for both additives. The kinematic viscosity of additivated parafinic base oils increased with increasing concentration of VII. A5 showed the greatest thickening effect due to its polymer molecular structure, specially the number of styrene blocks. For all the studied concentrations, there was a significantly increase on the viscosity index (VI) of the samples in comparison with the pure oils. MIV A5 showed better performance than MIV A2, allowing the use of a smaller amount of additive to achieve the same IV. Light and medium parafinic base oil additivated with A2 and A5, in different concentrations, showed, predominantly, viscous behavior, and good stability to deformation. It was observed that additivated parafinic base oils exhibited non-Newtonian behavior. This behavior was better described by the Power Law of Ostwald de Waele. From Creep / Recovery tests, it was verified that an increase in additive concentration, for a given time value, caused a decrease in the value of compliance. This fact was attributed to the presence of polymer, that even at low concentrations, provides increased resistance to deformation to an applied stress. It was observed the dependence of complex viscosity (*) on temperature for additivated parafinic base oils. The complex viscosity decreased with increasing temperature, particularly in samples with high concentration of additive. However, it remained, for all polymer concentrations studied, in the temperature range considered, in amounts exceeding those of pure oils, attesting the effectiveness of the additives serie A as MIVs.
Subject: Caracterização de aditivos poliméricos melhoradores de índice de viscosidade e estudo reológico de lubrificantes automotivos
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/BUOS-972HRW
Issue Date: 17-Oct-2012
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