Investigadores del grupo ‘Ingeniería de Fluidos Complejos’ de la Universidad de Huelva han diseñado lubricantes sostenibles a partir de nanofibras obtenidas de compuestos derivados de la celulosa. Tras realizar pruebas en el laboratorio, los expertos han concluido que las fibras de tamaño micro y nanométrico, con un tamaño inferior al de un cabello humano, que espesan estas grasas funcionan mejor que las partículas, estabilizando físicamente el producto.

Para su obtención, han empleado  la técnica de electrohilado o electrospinning, una herramienta con mayor precisión que los sistemas utilizados en el procesado convencional de grasas lubricantes tradicionales de jabones metálicos. 

Lubricante compuesto de nanoestructura obtenida mediante electrohilado y aceite de ricino.

Esta técnica consiste en hacer que un líquido salga en forma de chorro de un tubo muy fino tras aplicar un campo eléctrico de alto voltaje. De esta forma, el campo eléctrico estira el líquido hasta formar estructuras micro y/o nanoscópicas con distintos tipos de formas y características superficiales: desde cilindros hasta cintas, y con superficies lisas, porosas o huecas, entre otras. Una vez creadas, se depositan sobre una superficie denominada ‘colector’.

Según los investigadores, este método reduce el fenómeno de “sangrado del aceite”, es decir, la separación entre el aceite lubricante y el espesante, y al mismo tiempo aumenta la capacidad de interacción entre ambos componentes, disminuyendo la concentración de espesante necesaria. “El electrohilado es una de las técnicas de nanofabricación más relevantes. Permite diseñar nanoestructuras a medida de distintos tipos de materiales. Esto la convierte en una herramienta de gran interés para este tipo de aplicaciones”, explica a la Fundación Descubre el profesor del área de Ciencia de los Materiales e Ingeniería Metalúrgica de la Universidad de Huelva José Enrique Martín, investigador principal del estudio.

Además, y como señalan en el trabajo titulado ‘Oleo-Dispersions of Electrospun Cellulose Acetate Butyrate Nanostructures: Toward Renewable Semisolid Lubricants’ y publicado en la revista Advanced Sustainable System, los resultados de este estudio representan un nuevo avance en el desarrollo de nuevos materiales sostenibles destinados al sector de los lubricantes. “Hemos dado un paso más hacia la creación de agentes estructurantes capaces de espesar fluidos adecuados para la lubricación de rodamientos, ejes y articulaciones de todo tipo de maquinaria en general”, asegura Martín.

Fibras uniformes, mejores espesantes

Después de estudiar varias propiedades de estos lubricantes como la fricción y la adhesividad, hicieron un seguimiento del comportamiento de cada una de las nanostructuras en la estabilización de las grasas, concretamente en aceite de ricino. “Comprobamos que el tipo de morfología y las propiedades superficiales de las nanoestructuras y su concentración juegan un papel clave para modular sus propiedades funcionales”, apostilla el autor del estudio. 

Los investigadores hicieron un seguimiento del comportamiento de cada una de las nanostructuras en la estabilización de las grasas.

Al mismo tiempo examinaron su respuesta mecánica. “Dependiendo de la forma de la fibra, mezclándola con aceite, no se comporta igual. Las partículas no son capaces de estabilizar la grasa, aún habiendo afinidad, y con el tiempo se separan. En cambio, cuando se formulan con fibras, el conjunto se mantiene homogéneo y estable sin separarse”, comenta el investigador.

Por un lado, comprobaron que las fibras porosas proporcionan unas altas propiedades espesantes. “Esto contribuye a una mayor capacidad de retención del aceite. Estas nanoestructuras con múltiples orificios dan lugar a una red más cohesiva, lo que conduce a un aumento de la pegajosidad”, detalla Martín.

Los diferentes ensayos en el laboratorio mostraron a los expertos, por otro lado, que las fibras lisas mejoran las propiedades de reducción de fricción y desgaste de las grasas. “Estas nanoestructuras empleadas como espesantes reducen el rozamiento y brindan protección contra el deterioro de forma similar o incluso mejor que una grasa lubricante de litio comercial”, matiza este investigador. 

Imágenes obtenidas con un microscopio electrónico de nanofibras celulósicas electrohiladas comparadas con un pelo humano.

Con este estudio, los expertos han dado un paso más hacia la obtención de grasas lubricantes optimizadas, teniendo en cuenta las posibilidades que tiene la técnica de electrohilado empleada para obtener nanoestructuras con otras funcionalidades. En este sentido, los investigadores están fabricando actualmente nanofibras híbridas introduciendo arcillas a las fibras de celulosa.

Este trabajo cuenta con financiación de la Consejería de Universidad, Investigación e Innovación de la Junta de Andalucía, el Ministerio de Ciencia, Investigación y Universidades y fondos FEDER. 

Reportaje: Nanofibras de celulosa, materia prima diminuta y resistente de los lubricantes ‘verdes’ del futuro

Referencias

Manuel A. Martín-Alfonso, José F. Rubio-Valle, José E. Martín-Alfonso, José M. Franco: ‘Oleo-Dispersions of Electrospun Cellulose Acetate Butyrate Nanostructures: Toward Renewable Semisolid Lubricants’. Advanced Sustainable System. 2024.

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