Skogsindustrins restprodukt kan bli framtidens smörjfett

Ett nytt smörjfett baserat på lignin visar att förnybara material kan konkurrera med dagens fossilbaserade industriprodukter. I tester har materialet uppvisat låg friktion, god slitstyrka och hög motståndskraft mot oxidation utan att använda traditionella tillsatser.

Smörjfett spelar en avgörande roll för att minska friktion och slitage i maskiner och industriella system. De flesta kommersiella fetter bygger i dag på petroleumoljor som kombineras med förtjockare, vanligtvis metalltvålar. Dessa förtjockare ökar främst viskositeten för att förhindra oljeläckage, men systemen har flera begränsningar, bland annat låg biologisk nedbrytbarhet, risk för oljeseparation samt känslighet för höga temperaturer och mekanisk belastning.

Kapslar in oljan i en fastliknande struktur

I sin avhandling har Zhipeng Wu, doktorand i maskinelement vid Luleå tekniska universitet, undersökt hur dessa utmaningar kan hanteras genom att ersätta traditionella förtjockningsprinciper med ligninbaserad gelbildning. Lignin är en restprodukt från skogsindustrin och ett förnybart material med inneboende antioxidativa egenskaper.

Till skillnad från traditionella förtjockare, som enbart gör oljan mer trögflytande, fungerar lignin som en gelator. Det bildar ett sammanhängande tredimensionellt nätverk som fysiskt kapslar in oljan i en fastliknande struktur, jämförbar med en svamp.

– Lignin har en kemisk struktur som gör det möjligt att bygga stabila gelnätverk som både håller kvar basvätskorna och aktivt bidrar till smörjförmågan, säger Zhipeng Wu.

Genom att använda olika strategier för gelbildning har forskningen utvecklat ligninbaserade smörjgeler anpassade för en rad olika miljöer, från vegetabiliska oljor till vattenbaserade och joniska system. Det har gjort det möjligt att studera både hydrofoba och hydrofila tillämpningar inom samma materialplattform.

Presterar bättre än kommersiella fetter

I tribologiska tester vid hög temperatur och högt kontakttryck visade en ligninbaserad gel med ricinolja en lägre friktionskoefficient än flera etablerade industrifetter. Samtidigt var slitaget i nivå med kommersiella referensprodukter, trots att ligningelen saknade de tillsatser som normalt används för att minska slitage.

Resultaten visar att det sammanhängande ligninbaserade gelnätverket inte bara immobiliserar basoljan utan också bidrar till att bilda en stabil skyddsfilm mellan glidande ytor under belastning.

– Det visar att god slitstyrka kan uppnås genom material- och strukturdesign, inte enbart genom kemiska tillsatser, säger Zhipeng Wu.

Zhipeng Wu, doktorand i maskinelement vid Luleå tekniska universitet.

Hög motståndskraft mot oxidation

Utöver de mekaniska egenskaperna uppvisade de ligninbaserade gelerna även ett starkt motstånd mot oxidation. I flera fall var oxidationsstabiliteten högre än hos kommersiella fetter, vilket kan ge längre livslängd och minska behovet av syntetiska antioxidanter.

Sammantaget visar avhandlingen att ligninbaserade gelsystem, snarare än enbart förtjockade oljor, kan hantera många av de begränsningar som kännetecknar traditionella smörjfetter, såsom temperaturkänslighet, oljeseparation och beroende av tillsatser. Det öppnar för mer hållbara smörjmedel för krävande industriella tillämpningar.

– Det långsiktiga målet är att dessa material ska bidra till både minskad miljöpåverkan och en mer robust industriell drift, säger Zhipeng Wu.

• Maskinelement