Study of Reological and Tribological Properties of Terpolymers of Allyl Esters of C6, C8, and C10 Carbonic Acids in Polysintetic Oils

अदृश्य ढाल: आपकी कार के तेल को सुपरहीरो की आवश्यकता क्यों है

कल्पना कीजिए कि आपकी कार का इंजन छोटे, चलते-फिरते पुर्जों का एक हलचल भरा शहर है। इसके अंदर, धातु के गियर और पिस्टन अविश्वसनीय गति से लगातार एक-दूसरे से रगड़ खाते हैं, जिससे गर्मी और घर्षण पैदा होता है। यदि इसे अकेला छोड़ दिया जाए, तो यह घर्षण दो सैंडपेपर (रेगमाल) के ब्लॉकों के आपस में रगड़ने जैसा होगा, जो अंततः धातु को घिसकर धूल बना देगा। इसे रोकने के लिए, हम मोटर ऑयल डालते हैं, जो एक फिसलन भरा तरल है जो एक कुशन (तकिए) की तरह काम करता है, और धातु के हिस्सों को एक पतली, सुरक्षात्मक परत द्वारा अलग रखता है।

लेकिन तेल केवल एक साधारण तरल नहीं है; यह एक जटिल मिश्रण है जिसे अत्यधिक परिस्थितियों में काम करना होता है। इसे सर्दियों की ठंडी सुबह में इंजन की सुरक्षा के लिए पर्याप्त गाढ़ा रहना चाहिए, लेकिन इंजन के अत्यधिक गर्म होने पर आसानी से बहने के लिए पर्याप्त पतला भी होना चाहिए। इस संतुलन को बनाने की प्रक्रिया को "रियोलॉजी" (rheology) कहा जाता है। इसके अलावा, तेल को एडिटिव्स (additives)—विशेष रासायनिक सहायकों—की आवश्यकता होती है जो धातु की सतहों से चिपक सकें ताकि घिसावट को रोका जा सके, उस तापमान को कम किया जा सके जिस पर तेल जम जाता है, और इंजन के हिंसक कंपन के दौरान टूट न सकें। वैज्ञानिक बेहतर "सुपर-एडिटिव्स" डिजाइन करने की कोशिश कर रहे हैं जो हर एक समस्या के लिए एक अलग रसायन की आवश्यकता के बजाय, ये सभी काम एक साथ कर सकें।

स्नेहक नायकों की नई तिकड़ी

इस अध्ययन में, अज़रबैजान नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज के शोधकर्ताओं की एक टीम ने तीन विशिष्ट सामग्रियों को आपस में मिलाकर एक नए प्रकार का "सुपर-एडिटिव" बनाने का निर्णय लिया। उन्होंने एक टेरपोलिमर (terpolymer) बनाया—जो तीन अलग-अलग बिल्डिंग ब्लॉक्स से बनी अणुओं की एक लंबी श्रृंखला है:

1. एलिल एस्टर (Allyl esters): जो फैटी एसिड से प्राप्त होते हैं जिनमें 6, 8, या 10 कार्बन परमाणु होते हैं (इन्हें "चिकनाई वाले" पूंछ के रूप में सोचें जो तेल से प्यार करते हैं और धातु से चिपक जाते हैं)।
2. स्टाइरीन (Styrene): एक कठोर, मजबूत हिस्सा जो ताकत जोड़ता है।
3. ब्यूटिल मेथैक्रिलेट (Butyl methacrylate): एक लचीला हिस्सा जो श्रृंखला को हिलने-डुलने में मदद करता है।

उन्होंने इन नए अणुओं का परीक्षण एक "सेमी-सिंथेटिक" तेल आधार में किया, जो मानक पेट्रोलियम तेल और एक उच्च गुणवत्ता वाले सिंथेटिक एस्टर तेल का 50/50 मिश्रण है। लक्ष्य यह देखना था कि क्या यह नई तिकड़ी एक मल्टी-टूल की तरह काम कर सकती है: गर्म होने पर तेल को गाढ़ा करना, ठंडे होने पर इसे जमने से रोकना, और धातु के हिस्सों को आपस में रगड़ने से रोकने के लिए एक मजबूत ढाल बनाना।

परिणाम: एक सटीक फिट

शोधकर्ताओं ने पाया कि ये नए अणु अविश्वसनीय रूप से बहुमुखी थे। जब उन्होंने तेल में इस नए टेरपोलिमर का केवल 3% मिलाया, तो परिणाम प्रभावशाली थे।

1. तापमान नियंत्रक (The Temperature Tamer)
नए एडिटिव्स ने एक जादुई थर्मोस्टेट की तरह काम किया। उन्होंने तेल के "विस्कोसिटी इंडेक्स" (viscosity index) में काफी सुधार किया, जो एक स्कोर है जो विभिन्न तापमानों पर तेल के गाढ़ेपन को बनाए रखने की क्षमता को मापता है। सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाला, जिसे 10-कार्बन फैटी एसिड श्रृंखला से बनाया गया था, ने इस स्कोर को 116 तक बढ़ा दिया। इससे भी रोमांचक बात यह है कि वे "पोर पॉइंट डिप्रेसेंट्स" (pour point depressants) के रूप में कार्य करते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्होंने तेल को ठंड में जेली के ठोस ब्लॉक में बदलने से रोका। सबसे अच्छे संस्करण ने तेल के जमने के बिंदु को -15°C से घटाकर -36°C कर दिया, जो कि 21 डिग्री का एक बड़ा सुधार है।

2. अटूट श्रृंखला (The Unbreakable Chain)
पुराने जमाने के एडिटिव्स की सबसे बड़ी समस्याओं में से एक यह है कि वे लंबी, नाजुक स्पैगेटी की लड़ियों की तरह होते हैं। जब इंजन हिंसक रूप से हिलता है (मैकेनिकल शीयर), तो ये लड़ियाँ बीच से टूट जाती हैं, जिससे तेल को गाढ़ा करने की उनकी क्षमता खत्म हो जाती है। शोधकर्ताओं ने अपने नए अणुओं का परीक्षण उच्च-तीव्रता वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों के साथ करके किया ताकि इस कंपन का अनुकरण किया जा सके।

• पुराना गार्ड: एक सामान्य व्यावसायिक एडिटीव जिसे "B-2" कहा जाता है, इस तनाव के एक घंटे के बाद अपनी मोटाई का 26.9% खो देता है।
• नई तिकड़ी: शोधकर्ताओं के नए अणु बहुत अधिक मजबूत थे। उसी एक घंटे के तनाव के बाद, उन्होंने अपनी मोटाई का केवल 18.1% से 18.5% ही नुकसान उठाया।
  उन्होंने यह भी परीक्षण किया कि तेल गर्मी (200°C पर 12 घंटे) के तहत कितनी अच्छी तरह टिका रहता है। व्यावसायिक एडिटीव ने अपनी मोटाई का 11.2% खो दिया, जबकि नए टेरपोलिमर्स ने केवल लगभग 4.5% से 4.8% ही खोया। यह सुझाव देता है कि नए अणु वर्तमान उद्योग मानक की तुलना में गर्मी के प्रति लगभग 2.5 गुना अधिक स्थिर और यांत्रिक कंपन के प्रति 3 गुना अधिक स्थिर हैं।

3. घिसावट के योद्धा (The Wear-Down Warriors)
अंत में, टीम ने यह परीक्षण किया कि तेल धातु की सतहों को रगड़ने से कितनी अच्छी तरह बचाता है। उन्होंने भारी दबाव में धातु की गेंदों को आपस में रगड़ने के लिए एक मशीन का उपयोग किया और "वियर स्कार" (घिसावट का निशान) के आकार को मापा।

• एडिटिव्स के बिना: आधार तेल ने 1.20 mm का वियर स्कार छोड़ा।
• नए एडिटिव्स के साथ: निशान नाटकीय रूप से सिकुड़ गए। 10-कार्बन श्रृंखला वाले संस्करण ने वियर स्कार को घटाकर मात्र 0.75 mm कर दिया, जो कि 37.5% का सुधार है।
• लोड लिमिट: उन्होंने यह भी मापा कि तेल कितना वजन झेल सकता है इससे पहले कि धातु के हिस्से आपस में वेल्ड (जुड़) जाएं। आधार तेल 1210 N (न्यूटन) पर विफल हो गया, लेकिन नए 10-कार्बन एडिटीव के साथ, इसने 2710 N तक भार संभाला।

यह कैसे काम करता है: "वेलक्रो और कुशन" प्रभाव

शोधकर्ता बताते हैं कि इन अणुओं की सफलता उनकी अनूठी संरचना से आती है। "चिकनाई वाले" पूंछ (C6, C8, और C10 श्रृंखलाएं) वेलक्रो की तरह काम करते हैं, जो धातु की सतहों से मजबूती से चिपक जाते हैं और एक सुरक्षात्मक परत बनाते हैं। पूंछ जितनी लंबी होगी (C10 तक), अणु मिलकर एक मोटा, कुशन जैसा अवरोध बनाने में उतने ही बेहतर होंगे जो दबने के बावजूद बना रहता है। इस बीच, मजबूत "स्टाइरीन" भाग एक इमारत के स्टील फ्रेम की तरह कार्य करते हैं, जो पूरे अणु को बिना टूटे इंजन के हिंसक कंपन को सहने की शक्ति प्रदान करते हैं।

निष्कर्ष

यह अध्ययन सुझाव देता है कि ये नए टर्नरी कोपोलिमर्स आधुनिक इंजन तेलों के लिए एक आशाजनक अपग्रेड हैं। वे केवल एक काम नहीं करते; वे एक साथ तेल को गाढ़ा करते हैं, जमने से रोकते हैं और घिसावट से सुरक्षा प्रदान करते हैं। सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि वे वर्तमान उद्योग में उपयोग किए जाने वाले एडिटिव्स की तुलना में बहुत अधिक मजबूत प्रतीत होते हैं, जो गर्मी और कंपन का सामना कर सकते हैं जो उनके प्रतिस्पर्धियों को तोड़ देते हैं। हालांकि बाजार में आने से पहले और अधिक परीक्षण की आवश्यकता है, ये अणु एक ऐसे भविष्य की एक जीवंत झलक पेश करते हैं जहाँ इंजन का तेल केवल एक लुब्रिकेंट नहीं, बल्कि एक अत्यधिक टिकाऊ, बहु-कार्यात्मक ढाल है।