Synthese von oligomeren und polymeren Verdickersystemen für Schmierfettanwendungen auf Basis von Aminosäuren und deren Derivaten

Abstract

Die „Ziele für eine nachhaltige Entwicklung“[1] beeinflussen soziale, umwelttechnische und wirtschaftliche Entscheidungen. Zahlreiche Industrien sind gefragt, ihre Prozesse den gegebenen und zukünftigen Herausforderungen anzupassen. Dazu gehört es, den Energieverbrauch und Verschleiß von Maschinen sowie anderen beweglichen Teilen zu reduzieren. Zu diesem Zweck werden Schmierfette eingesetzt; disperse Systeme bestehend aus einem Basisöl und Verdicker. Doch bislang werden für solche nahezu ausschließlich petrochemische Produkte verwendet. Durch den Einsatz von Bioschmierstoffen, hergestellt aus nachwachsenden Rohstoffen, biologisch abbaubar und unschädlich, soll ein neuer Stand der Technik geschaffen werden. Ziel dieser Forschungsarbeit war die Synthese nahezu 100% biobasierter Schmierfette aus pflanzlichem Ricinusöl mit polymeren Verdickern, welche die Möglichkeit zur Modifikation über Polymerisationsgrad und Monomerauswahl bieten. Durch die Verwendung von Aminosäuren, bekannt für ihre strukturelle Vielfalt und verschiedenen funktionellen Gruppen, sollte der Einfluss von Seitenkettenmodifikationen ergänzt werden. Anders als durch Schmelzpolymerisation, waren die in-situ im Basisöl polymerisierten Verdicker mittels mechanochemischer Kugelmühlensynthese keiner thermischen Beanspruchung ausgesetzt. Der Effekt des nachträglichen Temperns wurde als vollständig reversibel befunden. Eine Nebenreaktion durch Polymerisation von Ricinusöl galt als geringfügig. Die industriell weit verbreiteten (Poly)harnstoffverdicker konnten durch Lysinderivate erweitert werden. Die Polymerisation der unmodifizierten Aminosäure L-Lysin war jedoch mit hohem synthetischen Aufwand verbunden. Ihre Verwendung, ebenso für kurzkettige L-Lysinester, führte zu einer starken Erweichung der Fette. Im Vergleich mit Derivaten des L-Cystins und L-Serins stellte sich heraus, dass zwar Trends in Abhängigkeit von Polymerstruktur, Polymerisationsgrad und Verdickeranteil identifizierbar, ihr Einfluss auf die rheologischen Eigenschaften jedoch vom jeweiligen Fettsystem abhängig war. Der gelbildende Effekt und die Wirkweise von Schmierfetten wird von intermolekularen Wechselwirkungen dominiert. Strukturelle Unterschiede wurden aufgrund der Verdickerstruktur und -konzentration hinsichtlich des viskoelastischen Erscheinungsbildes vermutet, konnten aber auf Basis der verwendeten Analytik nicht belegt werden. Dies bildet einen Ansatz für weiterführende Untersuchungen.

[1] United Nations, „The 17 Goals“, zu finden unter sdgs.un.org/goals, 2024, Zugegriffen: 30.05.2025.