Synthesis of Lubricant Additives from Polyisobutylene Reclaimed from Inner Tube Waste: Characterization and Application in Automotive Engines

Ogni volta che un motore d'auto è in funzione, esso si affida a un sottile film d'olio per impedire alle sue parti mobili di sfregare l'una contro l'altra. Questo olio non è un semplice lubrificante; è una miscela accuratamente progettata per resistere al calore estremo, neutralizzare gli acidi corrosivi e mantenere in sospensione minuscole particelle di sporco e fuliggine affinché non ostruiscano la meccanica. Per svolgere questi compiti, i produttori aggiungono speciali composti chimici all'olio base. Questi additivi agiscono come detergenti e protettori, ma sono tipicamente realizzati con nuovi prodotti chimici a base di petrolio. Allo stesso tempo, il mondo sta lottando con un massiccio accumulo di scarti di gomma, in particolare di vecchi camere d'aria utilizzate nelle pneumatici. Queste camere d'aria sono fatte di un materiale durevole che non marcisce o si decompone facilmente, finendo spesso in discarica dove restano per decenni. La sfida per gli scienziati è stata quella di trovare un modo per trasformare questo rifiuto ostinato in qualcosa di utile senza creare ulteriore inquinamento.

Un team di ricercatori dell'Università di Mosul, in Iraq, ha affrontato questo problema trasformando le camere d'aria di scarto in additivi per motori ad alte prestazioni. Il loro lavoro si concentra su un tipo specifico di gomma chiamata poliisobutilene, che è l'ingrediente principale delle camere d'aria in gomma butilica. Invece di bruciare il rifiuto o seppellirlo, il team ha sviluppato un metodo per sciogliere la gomma dallo scarto utilizzando un comune solvente combustibile, il cherosene. Scaldando la miscela e filtrando il nerofumo indesiderato e altri detriti, sono stati in grado di recuperare le catene polimeriche pure. Una volta recuperato, questo materiale è stato chimicamente trasformato. Prima, è stato fatto reagire con un composto chiamato anidride maleica per creare una sostenza intermedia. Successivamente, questo intermedio è stato mescolato con un prodotto chimico chiamato dietilentriamina. Questa reazione finale ha prodotto un nuovo composto noto come poliisobutilene succinimide, una sostanza ampiamente riconosciuta nell'industia petrolifera per la sua capacità di mantenere puliti i motori.

I ricercatori non si sono fermati alla creazione del prodotto chimico; dovevano dimostrare che funzionasse quanto o meglio degli additivi commerciali. Hanno preso il loro additivo appena sintetizzato e lo hanno mescolato con olio lubrificante standard in tre diverse quantità: l'uno per cento, l'uno e mezzo per cento e il due per cento. Per testare la miscela, l'hanno sottoposta a condizioni difficili che simulano l'interno di un motore in funzione. Hanno riscaldato l'olio per settantadue ore in presenza di strisce metalliche per simulare l'ossidazione e la formazione di acidi che avvengono durante la guida normale. Hanno poi misurato quanto bene l'olio potesse neutralizzare questi acidi, una proprietà nota come numero base totale. I risultati hanno mostrato una tendenza chiara: l'olio senza additivo ha perso la sua capacità di combattere l'acido quasi immediatamente, scendendo a un livello molto basso dopo tre giorni. Tuttavia, l'olio contenente l'additivo al due per cento ha mantenuto un livello di protezione molto più elevato, provando che il materiale riciclato neutralizzava efficacementamente i sottoprodotti corrosivi della combustione.

Oltre a combattere l'acido, il team ha esaminato come l'additivo influenzasse il comportamento fisico dell'olio. Hanno misurato lo spessore dell'olio, ovvero la viscosità, sia a basse che ad alte temperature. Un buon olio motore deve rimanere abbastanza denso da proteggere le parti quando il motore è freddo, ma non deve diventare così denso da fluire male quando il motore è caldo. I test hanno rivelato che l'olio miscelato con il due per cento del nuovo additivo manteneva meglio la sua densità attraverso questo ampio intervallo di temperature rispetto agli altri campioni. Ha inoltre mostrato un indice di viscosità più elevato, il che significa che il suo flusso rimaneva più stabile al variare della temperatura. Inoltre, l'additivo ha migliorato la capacità dell'olio di mantenere in sospensione i contaminanti solidi. In un semplice test in cui una goccia d'olio è stata posta su un pezzo di carta, l'olio con l'additivo al due per cento si è diffuso in modo più uniforme, indicando che stava trattenendo con successo le particelle di sporco invece di lasciare che si depositassero sotto forma di fango.

Lo studio ha anche esaminato la sicurezza e i limiti operativi. I ricercatori hanno misurato il punto di scorrimento, ovvero la temperatura alla quale l'olio smette di fluire, e il punto di infiammabilità, ovvero la temperatura alla quale i vapori dell'olio potrebbero incendiarsi. La miscela con la concentrazione più alta di additivo riciclato aveva il punto di scorrimento più basso, il che significa che sarebbe rimasta fluida in condizioni di freddo, e il punto di infiammabilità più alto, rendendola più sicura e stabile alle alte temperature operative. Anche la densità dell'olio è aumentata leggermente con l'aggiunta del nuovo composto, confermando che l'additivo si stava integrando con successo nella miscela. I ricercatori hanno concluso che il recupero del poliisobutilene dalle camere d'aria di scarto e la sua conversione in un additivo lubrificante è un processo praticabile. Il prodotto finale, quando aggiunto a una concentrazione del due per cento, ha prodotto un olio motore più resistente all'acido, più stabile alle alte temperature e più efficace nel mantenere pulito il motore rispetto all'olio non trattato. Questo approccio offre una via pratica per ridurre i rifiuti industriali e, contemporaneamente, migliorare le prestazioni dei fluidi che mantengono in funzione i nostri veicoli.