Synthesis of Lubricant Additives from Polyisobutylene Reclaimed from Inner Tube Waste: Characterization and Application in Automotive Engines
本研究は、回収された廃棄物である廃タイヤの内管ゴムからポリイソブチレンスクシンイミド潤滑油添加剤の合成および特性評価に成功したことを示しており、2%の濃度が自動車用エンジンオイルの酸化安定性、分散性、および粘度指数を著しく向上させることを示している。
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自動車のエンジンが作動するたびに、それは動いている部品同士が擦れ合わないようにするための、薄い油の膜に依存しています。このオイルは単なる潤滑剤ではありません。極限の熱に耐え、腐食性酸を中和し、小さな汚れや煤の粒子を浮遊させて機械を詰まらせないように設計された、精密に作られた混合物なのです。これらの任務を遂行するために、メーカーはベースオイルに特別な化学化合物（添加剤）を加えています。これらの添加剤は洗浄剤や保護剤として機能しますが、それらは通常、新しい石油ベースの化学物質から作られています。同時に、世界はゴム廃棄物、特にタイヤに使用される古いインナーチューブの膨大な蓄積に苦しんでいます。これらのチューブは耐久性の高い素材でできており、 쉽게腐敗したり分解されたりしないため、多くの場合、何十年もの間埋め立て地に放置されています。科学者たちの課題は、さらなる汚染を生み出すことなく、この頑固な廃棄物をどのように有用なものに変えるかということでした。
イラクのモスル大学の研究チームは、廃棄されたインナーチューブを高性能なエンジン添加剤へと変えることで、この問題に取り組みました。彼らの研究は、ブチルゴム製インナーチューブの主成分であるポリイソブチレンと呼ばれる特定の種類のゴムに焦点を当てています。廃棄物を燃やしたり埋めたりする代わりに、チームは一般的な燃料溶剤である灯油を使用して、スクラップからゴムを溶かし出す方法を開発しました。混合物を加熱して不要なカーボンブラックやその他のデブリを濾過することで、純粋なポリマー鎖を回収することに成功しました。回収された後、この材料は化学的に変換されました。まず、中間物質を作成するために無水マレイン酸と反応させました。次に、この中間物質をジエチレントリアミンという化学物質と混合しました。この最終反応により、エンジンの清浄性を維持する能力において石油業界で広く認められているポリイソブチレン琥珀酸イミドと呼ばれる新しい化合物が生成されました。
研究者たちは、単に化学物質を作るだけでなく、それが市販の添加剤と同等、あるいはそれ以上の性能を持つことを証明しなければなりませんでした。彼らは新しく合成した添加剤を、標準的な潤滑油に1％、1.5％、2％の3つの異なる割合で混合しました。この混合物をテストするために、彼らは走行中のエンジン内部を模した過酷な条件にオイルをさらしました。通常の運転中に発生する酸化や酸の形成をシミュレートするため、金属片の存在下で72時間オイルを加熱しました。そして、オイルがこれらの酸を中和する能力、すなわち全塩基数を測定しました。結果は明確な傾向を示しました。添加剤のないオイルは、酸と戦う能力をほぼ即座に失い、3日後には非常に低いレベルまで低下しました。しかし、2％の添加剤を含むオイルは、はるかに高いレベルの保護力を維持しており、リサイクルされた材料が燃焼による腐食性副産物を効果的に中和できることを証明しました。
酸との戦いに加え、チームは添加剤がオイルの物理的挙動にどのように影響するかを調査しました。彼らは、低温時と高温時の両方におけるオイルの厚み、すなわち粘度を測定しました。優れたエンジンオイルは、エンジンが冷えている時には部品を保護するのに十分な厚さを保ち、かつ、エンジンが熱い時には流れが悪くなるほど厚くなりすぎないものでなければなりません。テストの結果、2％の新しい添加剤を混合したオイルは、他のサンプルよりも広い温度範囲において、その厚みをより良く維持していることが明らかになりました。また、粘度指数も高く、温度が変化してもその流れがより安定していることを示しました。さらに、この添加剤は固形汚染物質を浮遊させる能力を向上させました。オイルの一滴を紙の上に置くという単純なテストにおいて、2％の添加剤を加えたオイルはより均一に広がりました。これは、オイルが汚れの粒子を沈殿させてスラッジ（泥状の汚れ）にさせるのではなく、うまく保持していることを示しています。
研究では、安全性と運用限界についても調査が行われました。研究者たちは、オイルが流れなくなる温度である流動点と、オイルの蒸気が引火する温度である引火点を測定しました。リサイクルされた添加剤が最も高濃度に含まれていた混合物は、流動点が最も低く、これは寒い天候でも流動性を保てることを意味し、引火点は最も高く、これは高温での動作においてより安全で安定していることを意味しました。オイルの密度も、新しい化合物が加わることでわずかに増加し、添加剤が混合物に正常に統合されていることを裏付けました。研究者たちは、ポリイソブチレンを廃棄インナーチューブから回収し、潤滑添加剤へと変換することは実行可能なプロセスであると結論付けました。最終製品は、2％の濃度で添加された際、未処理のオイルよりも酸への耐性が高く、高温での安定性が高く、そしてエンジンをより清潔に保つことができるエンジンオイルを生み出しました。このアプローチは、車両を動かし続けるための流体の性能を向上させると同時に、産業廃棄物を削減するための実用的な道を提供しています。
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