CA2348130A1 - Lubrifiant aqueux multifonctionnel a base d'acide dithiodiglycolique - Google Patents

Lubrifiant aqueux multifonctionnel a base d'acide dithiodiglycolique Download PDF

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Abstract

Le lubrifiant aqueux multifonctionnel selon l'invention comprend au moins un sel hydrosoluble de l'acide dithiodiglycolique et au moins un composé hydrosolub le choisi dans le groupe constitué par : a) les esters phosphoriques de formule générale (I): (see formula) I dans laquelle R représente un radical alkyle, alcényle ou alkylaryle ayant d e 6 à 20 atomes de carbone, k est égal à 2 ou 3, m est un nombre allant de 0 à 20, x est égal à 1 ou 2 et leurs sels, et b) les sels hydrosolubles des alkylthio-acides de formule générale : R'-S-(CH2)n -COOH (II) dans laquelle n est un nombre allant de 1 à 10 et R' représente un radical alkyle, alcényle ou aryle ayant de 6 à 20 atomes de carbone, le rapport massique acide dithiodiglycolique/composé(s) I et/ou II étant compris entre 1/1 et 20/1.

Description

LUBRIFIANT AQUEUX MULTIFONCTIONNEL Ä BASE
D'ACIIDE DITHIODIGLYCOLIQUE
L'invention concerne le domaine des lubrifiants et a plus particulièrement pour objet celui des lubrifiants aqueux utiles pour le travail ou la mise en forme des métaux.
Les opérations de travail ou de mise en forme des métaux nécessitent l'emploi d'un lubrifiant afin de réduire les efforts entre la pièce à
travailler et l'outil, évacuer les copeaux et les débris, refroidir et contrôler l'état de surface de la pièce ou de la tôle travaillée. Traditionnellement, des lubrifiants à base d'huile ont été
utilisés. II s'agit d'huiles entières ou d'émulsions auxquelles des agents d'onctuosité, des additifs anti-usure (AU) e~t/ou extrëme-pression (EP) ont été
éventuellement adjoints. Les agents d'onctuosité forment un tapis monomoléculaire sur la surface à
lubrifier et réduisent ainsi l'uaure et le frottement. Lorsque les conditions de frottement deviennent plus sévères, l'élévation de la température entraîne une désorption de ce:~ agents d'onctuosité, et des additifs AU ou EP (généralement des composés contenant du phosphore, du chlore ou du soufre) sont alors nécessaires pour lubrifier le contact. Sous de fortes charges, les additifs AU permettent de réduire 2o fortement l'usure des pièces en contact ; les additifs EP peuvent engendrer une certaine usure ruais empëchent les phénomènes de soudure et d'adhésion. Les huiles entières possèdent d'excellentes propriétés lubrifiantes mais, lorsque les cadences sont élevées, l'évacuation de la chaleur nécessite l'utilisation d'émulsions.
Toutefois, l'emploi des émulsions tend aussi à se réduire car, au cours du temps, elles se dégradent et engendrent de mauvaises odeurs.
C'est pourquoi, se développent de plus en plus les fluides aqueux qui sont soit des fluides synthétiques (:solutions aqueuses à base d'additifs solubles dans l'eau), soit des fluides semi-synthétiques (nücro-émulsions huile dans eau contenant une quantité importante d'émulç~ateurs). Cependant, si les fluides aqueux évacuent 30 très bien la chaleur et possèdent une résistance à la prolifération bactérienne amélio-rée, leur emploi c~st souvent limité à des opérations de travail des métaux où
les conditions de frottement et d'usure ne sont pas trop sévères. En effet, les additifs AU
et EP ayant été développés pour des huiles, ils sont très peu nombreux à être solu-bles dans l'eau et adaptés aux fluides aqueux.
II existe pléthore d'additifs AU ou EP solubles dans l'huile, mais le nombre d'additifs AU ou E:P solubles dans l'eau est nettement plus restreint. II est possible - la -néanmoins de distinguer deux grandes classes d'additifs solubles dans l'eau :
les composés phos~rhorés et les composés soufrés.
Parmi les composés phosphorés, les plus utilisés sont les esters d'acide phosphorique obtenus par réaction d'un alcool gras, éthoxylé ou non, sur du P205. Ils
-2-sont solubles dans l'eau par neutralisation sous forme de sel alcalin, d'ammonium ou d'alcanolamine ou bien grâce a leur partie éthoxylée. Très employés dans les fluides aqueux de travail ou de mise en forme des métaux en raison de leurs propriétés AU, émulgatrices et d'inhibition de la corrosion, ces esters ne conviennent cependant pas ;~ pour des opérations où les con~dïtions de frottement et d'usure sont très sévères.
Parmi le:; composés soufrés, on peut mentionner les alkylthio-acides qui sont des monosulfures constitués d'une chaïne alkyle comprenant généralement entre et 18 atomes de carbone et d"un groupement acide carboxylique. Solubles dans l'eau par neutralisation sous forme de sels alcalins, d'ammonium ou d'alcanolamines, ils lo sont utilisés dans les lubrifiant: aqueux de travail ou de mise en forme des métaux pour leurs propri~~tés AU et d'inhibition de la corrosion. Cependant, leur capacité EP
est insuffisante pour des opérations très sévères.
Dans Lubr. Eng. 1977, 33(6), 291-298, R. W. Mould et al. ont fait état des propriétés EP de quelques additifs soufrés solubles dans l'eau tels que les sels de ls sodium des acides thiosalicylique, 2-mercaptopropionique, 2,2'-dithiodibenzoïque, 2,2'-dithiodipropic>nique et dithiodiglycolique. L'utilisation de sels de l'acide 3,3'-dithiodipropionique ou de dithiodiglycol comme additifs EP pour les lubrifiants aqueux a fait l'objet des brevets EP 288 375, JP 63-265997 et EP 183 050, l'acide
3,3'-dithiodipropionique pouvant être associé à des alkylthio-acides pour des lubrifiants 2o aqueux d'emboutissage (JP 10-110181 ). Très récemment, des synergies sur la capacité EP entrE: ce type d'acides et l'acide orthophosphorique ont été
observées (JP 08-302380).
II a maintenant été trouvé que l'association d'un sel hydrosoluble de l'acide dithiodiglycolique avec un ester phosphorique hydrosoluble ou un sel hydrosoluble 2s d'un alkylthio-acide permet d'obtenir des lubrifiants aqueux multifonctionnels (onctueux, AU et EP).
La présente invention a donc pour objet un lubrifiant aqueux multifonctionnel caractérisé en ce qu'il comprendl au moins un sel hydrosoluble de l'acide dithiodigly-colique et au moins un composé hydrosoluble choisi dans le groupe constituë
par ~o a) les esters phosphoriques de formule générale (I):
(HO)3~~x - li --f(OCN;H2k)rn ORjx O
dans laquelle R représente un radical alkyle, alcényle ou alkylaryle dont le nombre d'atomes de carbone peut aller de 6 à 20, x est égal à 1 ou 2, k est égal à 2 ou 3 et m est un nombre allant de 0 à 20, et leurs sels, et b) les sels hydrosolubles des alkylthio-acides de formule générale R2-S-(CH2)~-COOH (11) dans laquelle n peut aller de 1 à 10, et R' désigne un radical all~:yle, alcényle ou aryle comprenant de 6 à 20 atomes de carbone, l_e rapport massique acide dithiodigly colique/com~~osé (s) I et/ou II étant compris entre de 1/1 à
20/l.
L'invention a également pour objet un additif pour lubrifiant aqueux multi-fonctionnel constüué par une solution aqueuse d'au moins un sel hydrosoluble de l'acide dithiodiglyc;olique et d'au moins un composé hydrosoluble choisi dans le groupe constitué par les esters d'acide phosphorique (I) et leurs sels et par les sels hydrosolubles des alkylthio-acides (II).
Comme sels hydrosolubles de l'acide dithiodiglycolique S2(CH2COOH)2 on peut mentionner ~~lus particulièrement les sels de métaux alcalins, d'ammonium ou d'une alcanolamin~e telle que, par exemple, la monoéthanolamine, la diéthanolamine et la triéthanolamine.
Parmi les esters phosphoriques (I), on préfère ceux dans lesquels k est égal à 2, m est un nombre allant de 0 à 10 (en particulier 4 à 5) et R est un radical 2 o contenant de 10 à 18 atomes de carbone. Les esters phosphoriques (I) sont les plus souvent des mélanges de mono- et di-esters dans des proportions allant de 10/90 à
90/10. Lorsqu'ils ne sont pas par eux-mêmes hydrosolubles, ces esters peuvent être utilisés sous forme de sels de métaux alcalins, d'ammonium ou d'une alcanolamine.
Parmi les alkylthio-acides (II), on préfère ceux dans lesquels n est égal à 1 ou 2 et le radical Ft' contient de 8 à 18 atomes de carbone. Comme sels hydrosolu-bles de ces acides, on utilise de préférence les sels de métaux alcalins, d'ammonium ou d'une alcanolamine telle que la monoéthanolamine, la diéthanolamine et la triéthanolamine.
Dans .Le lubrif_i.ant aqueux multifonctionnel selon l'invention ainsi que dans l'additif utilisable pour sa 3c) préparation, le rapp<-_~rt massique: acide dithiodiglycolique/

- 3a -composés) I et/ou II e~ct de préférence compris entre 2/1 et 10/1.
Dans le lubrifiant aqueux multifonctionnel selon l'invention, la concentration massique totale en acïde dithio~diglycolique et en composés) I et/ou II peut aller de 0,01 à 20 % et est, de préférence, comprise entre 0,1 et 10 %.
L'additif :selon l'inventioin peut être stocké sous forme de concentré
diluable ultérieurement dans des fluides. synthétiques (solutions vraies) ou des fluides semi-synthétiques (mic;roémulsions). Ce concentré peut contenir des additifs classique-
-4-ment employés dans les fluides synthétiques ou semi-synthétiques tels que des inhi biteurs de corrosion, des émulgateurs, des additifs lubrifiants, des agents alcalins, des agents anti-mousse, ... Dans ces concentrés, la teneur massique totale en acide dithiodiglycolique et en composés) I et/ou II peut aller de 1 à 50 % et est, de préfé
~~ rence, comprise entre 15 et 35 %.
EXEMPLES
Dans les exemples suivants qui illustrent l'invention sans la limiter, les pourcentages indiqués sont exprimés en poids.
lo Le tableau I suivant pn~cise la rature chimique des composés utilisés dans ces exemples.
Dsignation Nature chimique ADTDG Acide dithiodiglycolique ALTF' Acide laurylthiopropionique AL Acide laurique Beycostat A684fi Ester phosphorique d'alcool olique 4,5 OE*

Beycostat A244'fi Ester phosphorique d'alcool laurique Beycostat AB04~ Ester phosphorique de nonylphnol is * OE = oxyde d'éthylène Les esters phosphoriques, commercialisés par la Société CECA S.A., sont des mélanges de mono- et diesters, majoritairement monoester.
2o Les formulations testées, toutes limpides, ont été réalisées par dilution des composés dans l'eau et dans le cas des acides, neutralisation stoechiométrique à la monoéthanolamine (MEA), à la :>oude ou à la potasse. Les esters phosphoriques ont été dilués dans l'eau tels quels.
Les performances des différentes formulations ont été évaluées selon les 2s procédures expérimentales suivantes 1. Test 4 billes extrêmE: pression (ASTM D-2783) Evaluation du pouvoir anti-usure par la valeur de la charge avant grippage la plus élevée possible (typiquement >_ 63 kg) et du pouvoir extrême pression par la valeur de la chargE: de soudure la plus élevée possible (typiquement >_ 250 kg).
3o Conditions : 1500 tr/min, charges croissantes pendant 10 secondes.
fi (marques de commerce)
-5-2. Test bille disque Evaluation du pouvoir onctueux ou limite d'un lubrifiant par la valeur du coef-ficient de frottement p qui doit être la plus faible possible, typiquement s 0,10.
Le test bille-disque consiste à faire tourner un disque à vitesse constante s sous une bille sur laquelle est appliquée une charge constante. Le disque et la bille sont immergés dans le lubrifiant. Un capteur de force mesure le coefficient de frotte ment du contact lubrifié bille-disque.
Conditions : 1 tr/min, 1 kg, 30 min, bille d'acier 100C6 sur disque en alumi-nium 3104.
io 3. Test F'alex usure (ASTM D2670-88j Un axe en acier immergé dans le lubrifiant tourne à vitesse constante entre deux mâchoires en forme de vé sur lesquelles est appliquée une charge constante. A
la fin de l'essai, la perte de poids des deux vés et de l'axe est mesurée et doit être inférieure à 20 mg pour que la formulation possède des propriétés anti-usure.
ts Conditions : 290 tr/min, 480 kg, 15 min, axe et vés en acier 100C6.
Dans le tableau 2 suivant qui résume la composition des différentes formula-tions testées et leurs performances, une abréviation telle que AUMEA signifie que l'acide laurique (AI_) a été neutralisée par la monoéthanolamine (MEA).
2o Dans le cas des acides, le pourcentage indiqué correspond à l'acide libre et non pas au sel.
-6-Falex Bille4 billes EP

Sel' de usure disque N l'acide Perte N Charge Charge dithio- de d'ex.Compos I % diglyoolique% poids grippagesoudure ou II

(rng) (kg) (kg) 1 AUMEA 2 Auc~.m 0 44 0,06550 126 2 ALTP/MEA 2 Aucun 0 5 0,04580 126 3 Beycostat 2 Aucun 0 5 0,033100 160 4 Beycostat 2 Aucun 0 rupture0,038100 160 Beycostat 2 Aucun 0 6 0,064100 160 6 Aucun 0 ADTDG/MEA 5 - 0,4 20 400
7 Aucun 0 ADTDG/K 5 - 0,4 20 800
8 Aucun 0 ADTUG/Na 5 83 0,4 16 800
9 Beycostat 2 ADTDG/MEA 5 - 0,035100 315 A6Et4 Beycostat 2 ADTDG/K 5 - 0,035100 500 A68~4 11 Beycostat 2 ADTDG/Na 5 3 0,036100 400 A68~1 12 Beycostat 0,5ADTDG/Na 5 3 0,033100 500 A68~t 13 Beycostat 2 ADTDG/Na 5 5 0,043126 620 A24~r 14 Beycostat 2 ADTDG/Na 5 3 0,086100 500 AB0~1.

ALTP/MEA 2 ADTDG/MEA 5 16 0,05080 250 16 AUMEA 2 ADTDG/MEA 5 33 0,05650 400 A l'examen des résultats de ce tableau, on constate que seules les formula-s tions des exemples 9 à 15, conformes à l'invention, présentent des propriétés onctueuses (N < 0,'t ), AU (charge de grippage > 63 kg) et EP (charge de soudure >
250 kg).
Les formulations des exernples 1 à 5 qui ne contiennent pas de sel d'ADTDG
ont toutes une charge de soudure inférieure à 250 kg et les formulations des 1o exemples 6 à 8 qui ne contiennent pas de composé I ou II ont toutes une charge avant grippage inférieure à 63 kg Est un coefficient de frottement supérieur à
0,1.
La formulation de l'exemple 16 qui contient un mélange de sels d'acide lauri-que et d'acide dithiodiglycolique ne possède~pas de propriétés anti-usure (dernière charge avant grippage < 63 kg et usure en Falex > 20 mg).
Is

Claims (12)

1. Lubrifiant aqueux multifonctionnel comprenant au moins un sel hydroso-luble de l'acide dithiodiglycolique et au moins un composé hydrosoluble choisi dans le groupe constitué par :
a) les esters phosphoriques de formule générale (I):
dans laquelle R représente un radical alkyle, alcényle ou alkylaryle ayant de 6 à 20 atomes de carbone, k est égal à 2 ou 3, m est un nombre allant de 0 à 20, x est égal à 1 ou 2 et leurs sels, et b) les sels hydrosolubles des alkylthio-acides de formule générale :
R'-S-(CH2)n -COOH (II) dans laquelle n est un nombre allant de 1 à 10 et R' représente un radical alkyle, alcényle ou aryle ayant de 6 à 20 atomes de carbone, le rapport massique acide dithiodiglycolique/composé(s) I et/ou II étant compris entre 1/1 et 20/1.
2. Lubrifiant selon la revendication 1, dans lequel k est égal à 2, m est un nombre allant de 0 à 10 et R est un radical ayant de 10 à 18 atomes de carbone.
3. Lubrifiant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel n est égal à 1 ou 2 et R' est un radical ayant de 8 à 18 atomes de carbone.
4. Lubrifiant selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le rapport massique acide dithiodiglycolique/composé(s) I et/ou II est compris entre 2/1 et 10/1.
5. Lubrifiant selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le composé (I) est un mélange de mono- et di-esters phosphoriques, le nombre k étant égal à 2 et le nombre m étant compris entre 4 et 5.
6. Lubrifiant selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'acide dithio-diglycolique et les alkylthio-acides (II) sont sous forme de sels de métaux alcalins, d'ammonium ou d'une alcanolamine.
7. Additif pour lubrifiant aqueux multifonctionnel, caractérisé en ce qu'il consiste en une solution aqueuse d'au moins un sel hydrosoluble de l'acide dithiodiglycolique et d'au moins un composé hydrosoluble choisi dans le groupe constitué par les esters d'acide phosphorique (I) tels que définis à la revendication 1 et leurs sels et par les sels hydrosolubles des alkylthio-acides (II) tels que définis dans la revendication 1.
8. Additif selon la revendication 7, dans lequel k est égal à 2, m est un nombre allant de 0 à 10 et R est un radical ayant de 10 à 18 atomes de carbone.
9. Additif selon la revendication 7 ou 8, dans lequel n est égal à 1 ou 2 et R' est un radical ayant de 8 à 18 atomes de carbone.
10. Additif selon l'une des revendications 7 à 9, dans lequel le rapport mas-sique acide dithiodiglycolique/composé(s) I et/ou II est compris entre 2/1 et 10/1.
11. Additif selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel le composé (I) est un mélange de mono- et di-esters phosphoriques, le nombre k étant égal à 2 et le nombre m étant compris entre 4 et 5.
12. Additif selon l'une des revendications 7 à 11, dans lequel l'acide dithiodi-glycolique et les alkylthio-acides (II) sont sous forme de sels de métaux alcalins, d'ammonium ou d'une alcanolamine.
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