BRPI1104576A2 - composiÇço de um fluÍdo lubrificante hidrÁulico solével em Água e biodegradÁvel - Google Patents

Abstract

COMPOSIÇçO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLéVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL, refere-se a um fluído lubrificante hidráulico biodegradável e totalmente solúvel em água, pertencente ao setor de química que contem entre de 50% a 85% em massa de glicerol, que pode ser aditivado ou não com antioxidantes, anticorrosivos, antiespumantes e agente de extrema-pressão e de lubricidade, isento de silicone; utilizado em sistemas hidráulicos que não operam em condições extremas de temperatura e pressão.

Description

Relatório descritivo da Patente de Invenção "COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", aqui denominado de fluído lubrificante hidráulico biodegradável e totalmente solúvel em água.

A presente invenção, pertencente ao setor de química, refere-se a uma nova composição de um fluído lubrificante, biodegradável e totalmente solúvel em água, utilizado em sistemas hidráulicos que não operam em condições extremas de temperatura e pressão.

Diferente dos óleos hidráulicos convencionais a base de óleo mineral, o produto desta invenção não apresenta riscos ambientais em caso de transportes, vazamento e acidentes, se dissolve facilmente na água, que ajuda a sua decomposição e biodegradação, além de apresentar uma excelente lubricidade e não possuir problemas de contaminação com água.

Fluídos hidráulicos lubrificantes também chamados de óleos hidráulicos lubrificantes há décadas são utilizados como meio de transmissão de energia em máquinas hidráulicas, mas convencionalmente são formados a base de óleo mineral ou de uma mistura de óleos minerais, diferentemente do produto desta invenção que não apresenta riscos ambientais em caso de transportes, vazamento e acidentes, se dissolve facilmente na água de forma a ajudar na sua decomposição e biodegradação, além de apresentar uma excelente lubricidade e não possuir problemas de contaminação com água.

Os fluidos lubrificantes hidráulicos minerais formados a base de óleo mineral ou de uma mistura de óleos minerais ocupam a primeira posição quanto ao volume de utilização quando comparado a outras bases de óleos lubrificantes. Eles são divididos em dois grandes grupos: óleos naftênicos e óleos parafínicos. Esses são compostos por uma mistura de hidrocarbonetos contendo entre 20 e 25 carbonos, e são originados do processo de refino do petróleo. Os fluídos lubrificantes minerais quando

comparado aos fluídos constituídos com outras bases de lubrificantes apresentam baixo custo e grande disponibilidade, além da existência de um enorme conhecimento disponível referente a sua aplicação e da grande gama de aditivos que reforçam neles certas propriedades ou adicionam novas. Apesar disso, a procura por novas composições que substituam os fluidos lubrificantes minerais se intensifica devido a escassez periódica e a alta dos preços do petróleo, a procura de fluídos lubrificantes mais eficientes e a busca da redução dos impactos ambientais.

Os fluídos lubrificantes sintéticos estão, cada vez mais, se tornando uma alternativa viável em relação aos fluídos lubrificantes minerais, principalmente devido a algumas propriedades que são únicas ou que são consideravelmente superiores. Ao contrário dos fluídos lubrificantes minerais, os fluídos lubrificantes sintéticos são compostos, feitos a partir de reações químicas entre substâncias que são oriundas do petróleo, bem como do carvão, xisto e de origem natural, como é o caso dos óleos vegetais. Existem três grupos que representam mais de 90% dos fluidos sintéticos utilizados como lubrificantes nos tempo de hoje. Os demais fluídos que se encontram fora destes três grupos, na grande maioria dos casos, possuem apenas aplicações especificas e muito especializadas. Os três grandes grupos são os glicóis (fluídos derivados de compostos orgânicos com duas hidroxilas), ésteres (derivados de ácidos orgânicos e ácidos inorgânicos) e hidrocarbonetos sintéticos (principalmente polímeros).

Os fluídos sintéticos apresentam cinco propriedades principais que o destacam em relação ao óleo mineral: alto índice de viscosidade, baixo ponto de fluidez, baixa volatilidade, alto ponto de fulgor e baixa toxidez. As principais aplicações dos fluídos sintéticos são: óleos de motor, fluídos hidráulicos, lubrificantes de circulação, de mancais e de engrenagens, graxas, fluído de transferência de calor, de compressor e de turbina. Em relação aos sistemas hidráulicos os fluídos sintéticos foram muito bem sucedidos, principalmente os dos grupos dos ésteres e dos glicóis. Os ésteres, principalmente os ésteres fosfatados, proporcionam desempenho similar aos óleos minerais, destacando-se pela resistência ao fogo, seus pontos negativos são: o baixo índice de viscosidade (ésteres fosfatados), incompatibilidade com os selos (vedações) e o alto custo. Atualmente, esta em ascensão a utilização de fluídos de água-glicól para sistemas que antes utilizavam óleos minerais e ésteres. Estes fluídos compostos de água-glicól já encontram grande aplicação em indústrias siderúrgicas, indústrias de alumino e de mineração. Eles também são aplicados em sistemas de comando de caldeiras e de turbinas de geração elétrica. Emulsões compostas de água-glicól e água em óleo são empregadas em motores hidráulicos e transmissões hidrostáticas na mineração. Em sistemas hidráulicos não-dinâmicos na mineração empregam-se emulsões similares às emulsões de sistemas de corte.

Na década de 90 do século passado os pesquisadores buscaram desenvolver uma formulação de um fluído hidráulico que possuísse em sua composição uma quantidade de água elevada; nesses experimentos, a quantidade de água empregada chegou a 95%, no entanto, essas pesquisas foram arquivadas quando foi observada a necessidade de reformulação de quase todo o sistema hidráulico, bem como os tamanhos dos reservatórios.

Em pesquisa no banco de patentes do Instituto Nacional da Propriedade Industrial - INPI destacam-se as seguintes patentes: a patente PI 9504371-3 refere-se a um aditivo para óleos lubrificantes, mais precisamente poli(met)acrilato para óleo vegetal com base em composições de óleos lubrificantes e composições de óleos lubrificantes em ester poliol; a patente PI 9509879-8 refere-se a um processo para preparação de um lubrificante biodegradável que é preparado a partir de 60 a 99% em peso de pelo menos um composto a base de éster sintético biodegradável que compreende o produto de reação de um álcool ramificado ou linear possuindo a formula geral R(OH)n na qual R é um grupo alifático ou cicloalifático possuindo de cerca de 2 a 20 átomos de carbono e η é pelo menos 2, e ácidos mistos compreendendo de 30 a 80% em moles de um ácido linear possuindo um número de carbono na faixa de C6 a C12 e cerca de 20 a 70% em moles de pelo menos um ácido ramificado que possui o número de carbono na faixa de C5 a C13, no qual o composto a base de éster apresenta as seguintes propriedades, 60% de biodegradabilidade em 28 dias - tal como pelo teste Sturm Modificado, um ponto de escoamento menor que -25°C e uma viscosidade menor que 7500 cPs a -25°C, cerca de 1 a 20% em peso de um pacote de aditivo de lubrificantes e cerca de 0 a 25% de um solvente; a patente PI 9509880-1 que refere-se a um lubrificante biodegradável preparado a partir de: cerca de 60-99 % em peso de pelo menos uma matéria-prima de base de éster sintético biodegradável, a qual compreende o produto de reação de: um álcool ramificado ou linear tendo a fórmula geral R(OH)n, onde R é um grupo alifático ou ciclo-alifático tendo de cerca de 2 a 20 átomos de carbono e η é pelo menos 2; e ácidos mistos compreendendo cerca de, 30 a 80 % molar de um ácido linear tendo um número de carbonos na faixa entre cerca de C5 a C12, e cerca de 20 a 70 % molar de pelo menos um ácido ramificado tendo um número de carbonos na faixa entre cerca de C5 a ClO e onde não mais do que 10% dos ácidos ramificados usados para formar a matéria-prima de, base de éster sintético biodegradável contêm um carbono quaternário; e apresenta estabilidade oxidativa de até 45 minutos conforme medida por HPDSC e a patente PI0900835-7 que refere-se à composição de um fluído ecológico lubrificante, biodegradável e anticongelante com glicol, inibidores de corrosão e antiespumante, diluído em água, na concentração de 30% a 70% volume da composição e 30% a 70% volume de água.

Em pesquisa no banco de patentes dos Estados Unidos destacam-se as seguintes patentes: a patente US 2003/0125218 que refere-se à composição de um fluído lubrificante biodegradável não tóxico formulado derivado da mistura de: I) Esteres derivados da reação entre mono e/ou dipentaeritritol com ácidos carboxílicos compreendendo entre 2 a 40% molar de ácidos carboxílicos lineares contendo de 5 a 12 átomos de carbono, de 30 a 70% mássico de ácidos mono- carboxílicos ramificados contendo de 15 a 20 átomos de carbono, e de 20 a 30% molar de ácidos ,di-carboxílicos contendo de 4 a 8 átomos de carbono onde a base possui uma faixa de viscosidade a IOO0C de 20 a 50 cst e um ponto de fluidez de abaixo de -20°C e II) Uma quantidade de um agente demulsificante polioxialquileno alcoólico, ditiocarbamato como agente de extrema-pressão e antidesgaste sem cinzas, uma mistura de alquilatos de ácidos orgânicos e ésteres, e succinimida sem cinzas e a patente US 5863872 que refere-se à composição de um lubrificante que compreende um óleo lubrificante de triglicerídeo e um antioxidante a base óleo de cobre solúvel, a composição do lubrificante pode incluir compostos de zinco solúvel, que reduz, o desgaste, e compostos de antimônio, que ajudam a reduzir o desgaste e atuam como antioxidantes coadjuvantes, reduzindo a quantidade de óleo solúvel de cobre.

Algumas dessas patentes apresentam inovações em relação à biodegradabilidade, além disso, apenas o fluído lubrificante hidráulico descrito na PI 9504371-3 refere-se a um aditivo para óleos lubrificantes, mais precisamente poli(met)acrilato para óleo vegetal, no entanto, todos os fluidos lubrificantes hidráulicos citados nestas patentes não são solúveis em água, fato que obriga a substituição dos mesmos quando existir contaminação com água.

Tendo em vista esse problema e no propósito de superá-lo é que na presente patente de invenção foi desenvolvida uma nova e original composição para fluído lubrificante hidráulico a base de uma substância derivada de óleo vegetal e/ou gordura animal, que é biodegradável e solúvel em água, o glicerol. A novidade e o efeito técnico da presente patente de invenção é a produção de um fluído lubrificante hidráulico que possui propriedades físico-químicas como solubilidade em água e elevada biodegradabilidade. É também novidade e o efeito técnico desta patente de invenção a produção de um fluído lubrificante hidráulico que possua glicerol em sua composição, uma vez que a glicerol é um composto de fácil solubilidade em água e de elevada biodegradabilidade, além de possuir, propriedades físico- químicas que potencializam o poder de lubrificação do fluído.

Para tanto, de acordo com a presente patente de invenção "COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", o fluído compreende: a) glicerol, em uma proporção em massa situada entre 50,0% e 85,0%, preferencialmente entre 65,0% e 70,0%, mais preferencialmente de 67,5%; b) aditivo antioxidante, como ésteres diamino carboxilicos e difenilaminas, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 25,0%, preferencialmente próximo a 7,5%; c) aditivo de lubricidade, como o óleo de mamona sulfuricinado, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 25,0%, preferencialmente próximo a 10,0%; d) solvente polar atóxico, preferencialmente o álcool etílico, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 20,0%, preferencialmente próximo a 7,5%; e) água destilada, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 20,0%, preferencialmente próximo a 7,5%. O glicerol é um subproduto da produção de

ésteres graxos a partir de óleos vegetais ou gordura animal e álcoois leves, como metanol e etanol. O glicerol (propano-1,2,3- triol) é um triol totalmente biodegradável e atóxico a saúde humana e a natureza. O glicerol é um ,composto orgânico que é obtido principalmente como subproduto da reação de um triglicerídeo graxo como, por exemplo, óleos vegetais e gorduras animais, com alcoóis leves, como álcool metílico e álcool etílico, onde é formado como produto principal o ester (m)etílico de ácido graxo. O glicerol é um triol, ou seja, composto orgânico que possui três grupos funcionais OH (hidroxilas) em sua cadeia carbônica. Glicerina é o termo comercial para o glicerol utilizado quando a pureza é igual ou superior a 95%. Composições de pureza inferior a 95% de glicerol também apresentam resultados satisfatórios na composição aqui descrita.

O Glicerol possui um alto poder de solvente o que dificulta a formação de borras e o entupimento dos filtros das bombas. O Glicerol é reconhecido como seguro a saúde humana desde 1959, podendo ser utilizado em produtos alimentícios, possui níveis de toxidade LD50 de 470 mg/kg para ratos e LD50 de 7750 mg/kg para porquinhos-da-índia. O Glicerol possui uma Viscosidade cSt 40°C de 224,7. Para a adequação da viscosidade da glicerina a outra faixa desejada, pode ser utilizado água como diversos solventes polares como o etanol, metanol, propanol, entre outros. O mais indicado é a utilização de água, preferencialmente água destilada ou desmineralizada.

A composição do fluído lubrificante hidráulico obtido e objeto da presente patente de invenção apresenta as seguintes características físico-quimicas: estado físico líquido límpido e brilhante, cor castanho, odor característico, pH 8,6 temperaturas específicas: ponto de ebulição > 90°C, ponto de fusão não aplicável, ponto de fulgor não aplicável, ponto de combustão não aplicável, limites de explosividade não aplicável pois trata e produto não inflamável, densidade 1,16 , solubilidade total em água e em solvente orgânico miscível em solventes polares, ponto de fluidez não aplicável.

Nos testes realizados, não foi observada a necessidade de mudança das máquinas hidráulicas, mas apenas de complementar algumas propriedades físico-químicas e acrescentar outras propriedades ao Glicerol, tais como lubricidade e proteção contra oxidação. Complementar ou adicionar tais propriedades físico-químicas ao glicerol é possível através da utilização de aditivos ou de um pacote de aditivos.

Para a proteção contra oxidação do equipamento, são utilizados aditivos anticorrosivos e/ou antioxidantes, como os ésteres di-amino carboxílicos e difenilaminas. Para o aumento da lubricidade, são utilizados

agentes de oleosidade e lubricidade, como o óleo de mamona sulfuricinado.

Também podem ser utilizados aditivos que atuam como antioxidantes, antiespumante, antidesgaste e agente de extrema-pressão.

A composição deste fluído lubrificante hidráulico é isenta de silicone.

Logicamente, a "COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", objeto da presente patente de invenção, com tal composição pode ser obtida em proporções diversas respeitando as faixas citadas, para atender diferentes e específicas necessidades.

Claims (13)

1.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", caracterizado por ser biodegradável, totalmente solúvel em água e compreender: a) glicerol, em uma proporção em massa situada entre 50,0% e 85,0%, preferencialmente entre 65,0% e 70,0%, mais preferencialmente de 67,5%, b) aditivo antioxidante, como ésteres diamino carboxilicos e difenilaminas, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 25,0%, preferencialmente próximo a 7,5%, c) aditivo de lubricidade, como o óleo de mamona sulfuricinado, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 25,0%, preferencialmente próximo a 10,0%, d) solvente polar atóxico, preferencialmente o álcool etílico, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 20,0%, preferencialmente próximo a 7,5%, e) água destilada, em uma proporção em massa situada entre 5,0% e 20,0%, preferencialmente próximo a 7,5%.

2.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por ser totalmente solúvel em água.

3.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por ser biodegradável.

4.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 50,0% a -85,0% em massa de glicerol, subproduto da produção de ésteres graxos a partir de óleos vegetais ou gordura animal e álcoois leves, como metanol e etanol, o glicerol (propano-l,2,3-triol) é um triol totalmente biodegradável e atóxico a saúde humana e a natureza.

5.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 50,0% a -85,0% em massa de glicerol com uma pureza igual ou superior a -95%.

6.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 50,0% a -85,0% em massa de glicerol com uma pureza superior a 25% e inferior a 95%.

7.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 5,0% a 25,0% em massa de aditivo anticorrosivo, como ésteres diamino carboxílicos e difenilaminas.

8.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 5,0% a 25,0% em massa de aditivo antioxidante, como ésteres diamino carboxílicos e difenilaminas.

9.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 5,0% a 25,0% em massa de agente de lubricidade, como o óleo de mamona sulfuricinado.

10.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 0% a 5% em massa de aditivo antiespumante, como mistura de hidrocarbonetos.

11.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 5,0% a 20,0% em massa de água.

12.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA E BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado por possuir em sua composição de 5,0% a 20,0% em massa de solventes polares como o etanol e o metanol.

13.-"COMPOSIÇÃO DE UM FLUÍDO LUBRIFICANTE HIDRÁULICO SOLÚVEL EM ÁGUA BIODEGRADÁVEL", de acordo com as reivindicações 1, 2 e caracterizado por ser isento de silicone.