Propiedades tribológicas de líquidos iónicos basados en el anión NTf2

Abstract

La investigación sobre líquidos iónicos (ILs) ha suscitado en los últimos años un interés creciente en su aplicación como novedosos fluidos lubricantes en Tribología. Esto se debe fundamentalmente a la posibilidad de ajustar sus propiedades fisicoquímicas mediante la variación de los iones constituyentes. Entre sus principales características destacan: alta estabilidad térmica, amplio rango de fase líquida, no inflamabilidad, presión de vapor insignificante, alta viscosidad, etc., que les confieren potenciales ventajas sobre muchos otros lubricantes o aditivos. En esta tesis se estudian algunas de estas propiedades fisicoquímicas principales (potencial corrosivo, tensión superficial y mojabilidad) de tres ILs basados en el anión [NTf2]: [C12MIM] [NTf2], [N4441] [NTf2] y [N8881] [NTf2], incluyendo pruebas de solubilidad en 6 aceites base de naturaleza polar y de aplicación en lubricación. Además, también se estudió el comportamiento tribológico del metiltrioctilamonio bis (trifluorometilsulfonil) imida ([N8881] [NTf2]) como lubricante puro y aditivo (1.25, 2.50, 3.75 y 5.00 % en peso en un diéster), realizando ensayos de fricción y desgaste en contactos acero-acero. Se utilizó un tribómetro con una configuración reciprocante de bola sobre disco, registrando el coeficiente de fricción de forma continua. El volumen de desgaste se determinó con un microscopio confocal y la caracterización superficial se llevó a cabo en un microscopio electrónico de barrido (SEM) mediante la técnica de espectroscopia de energía dispersiva (EDS). También se utilizó la técnica de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X (XPS). Las largas cadenas alifáticas en el catión favorecen la solubilidad en aceites base de naturaleza polar. Además, a diferencia de los otros dos ILs, el [N1888] [NTf2] no provocó efecto corrosivo en ninguna superficie, por lo que es un candidato ideal para fines tribológicos. Los datos obtenidos mediante XPS demostraron la ausencia de dicho fenómeno en la superficie del disco cuando se utilizaron como aditivos. A temperatura ambiente, el [N1888] [NTf2] mostró valores de tensión superficial del orden de un 6-8 % más bajos que el resto, debido a una mayor longitud de la cadena carbonada que provoca un efecto de dispersión de la carga. Además, en las superficies hidrofóbicas (no polares) valores de tensión superficial más bajos condujeron a valores de ángulo de contacto menores. Con respecto al comportamiento tribológico del [N1888][NTf2] como lubricante puro, se encontraron variaciones leves del coeficiente de fricción, así como un desgaste creciente con el aumento de la carga a frecuencia constante. Como aditivo lubricante, las mezclas de [N1888][NTf2] y el aceite base mostraron similar comportamiento a fricción, debido probablemente a la competencia del LI y del aceite base por la superficie (misma naturaleza polar). Por otro lado, el diferente comportamiento a desgaste de las mezclas podría estar relacionado con los procesos de adsorción-desorción, que son dependientes tanto de la temperatura como de la carga.