EP3592833A1 - Composition lubrifiante pour engrenage - Google Patents

Composition lubrifiante pour engrenage

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EP3592833A1
EP3592833A1 EP18715492.7A EP18715492A EP3592833A1 EP 3592833 A1 EP3592833 A1 EP 3592833A1 EP 18715492 A EP18715492 A EP 18715492A EP 3592833 A1 EP3592833 A1 EP 3592833A1
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EP
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gears
wear
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amine
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Florence Bredon
Frédéric ESPINOUX
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    • C10N2030/64—Environmental friendly compositions
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    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/04—Oil-bath; Gear-boxes; Automatic transmissions; Traction drives

Definitions

  • the present invention relates to lubricating gear compositions.
  • Said compositions according to the invention are biodegradable, do not bioaccumulate in organisms and do not exhibit toxicity to the environment, especially the aquatic environment.
  • Ecolabel lubricants are considered lubricants that meet the environmental specifications of EAL lubricants.
  • Ecolabel or EAL lubricants are used in equipment that may have interfaces and / or contacts with a user, with air and / or with water. This applies in particular to gear lubricating compositions which can be in direct contact with water and / or air and / or with humans and / or any other contact requiring biodegradable, non-toxic products.
  • gear lubricant compositions for industrial or marine use must meet very specific performance specifications, particularly in terms of tribological performance and compatibility.
  • the present application relates to a gear lubricating composition
  • a gear lubricating composition comprising:
  • At least one additive chosen from anti-wear additives, extreme pressure additives, antioxidants, anticorrosion additives, metal deactivator additives, defoamers, and their mixtures .
  • lubricating composition is intended to mean a lubricating composition that meets the criteria of European Parliament and Council Regulation No. 66/2010 of 25 November 2009. This regulation makes it possible to establish the eco-label. of the European Union.
  • the certification framework of the Ecological label of the European Union for Lubricants (identification number EC 51 1 revision 4 of 04/07/2016) details the criteria for Lubricants. Substances and mixtures subject to a limitation or exclusion are defined in this standard.
  • the additional requirements for aquatic toxicity are specified (OECD methods 201 for algae, OECD 202 for daphnids, OECD 203 for fish).
  • the biodegradability and bioaccumulation potential criteria are defined in this same reference document.
  • the trimethylolpropane triester is a linear or branched C14-C20 saturated or unsaturated fatty acid tri-ester, preferably C16-C20, for example C18. More preferably, the trimethylolpropane triester is a branched C14-C20 saturated fatty acid ester, preferably C16-C20, for example C18.
  • the trimethylolpropane triester is trimethylolpropane iso-stearate.
  • the additives that can be used in the compositions according to the invention are LuSC-list additives or additives that make it possible to obtain a biodegradable formula that meets the Ecolabel standard or the American EAL specifications.
  • Anti-wear additives and extreme pressure additives protect the friction surfaces by forming a protective film adsorbed on these surfaces.
  • anti-wear additives There exists a wide variety of anti-wear additives. In a preferred manner, certain additives are both anti-wear and extreme pressure additives.
  • the anti-wear and extreme pressure additives are chosen from phosphorus-free or phosulfur-free ashless additives such as, for example, phosphates, phosphorothionates, phosphonates, dithiophosphates and thio phosphates, such as dialkyl dithiophosphates.
  • anti-wear additive mention may also be made of triaryl thiophosphate, carbamates and thiocarbamates.
  • certain additives are both anti-wear, extreme pressure and anti-corrosion additives.
  • the lubricant composition according to the invention may comprise at least one anti-corrosion additive such as an N-acyl sarcosine compound.
  • the lubricating composition according to the invention may comprise at least one metal deactivating additive such as a tolutriazole or di-mercapto thiadiazole derivative.
  • the lubricant composition according to the invention may comprise at least one anti-foam additive such as a silicone compound or a polyacrylate compound.
  • the lubricant composition according to the invention may comprise at least one antioxidant additive.
  • the antioxidant additive generally serves to retard the degradation of the lubricating composition in service.
  • Antioxidant additives act in particular as radical inhibitors or destroyers of hydro peroxides.
  • antioxidant additives of phenolic type mention may be made of antioxidant additives of phenolic type, antioxidant additives of amine type.
  • the phenolic antioxidant additives may especially be chosen from sterically hindered phenols, sterically hindered phenol esters and sterically hindered phenols comprising a thioether bridge.
  • the sterically hindered phenols are chosen from compounds comprising a phenol group in which at least one vicinal carbon of the carbon carrying the alcohol function is substituted with at least one alkyl group in the range of d-C 1 0, preferably one C 1 -C 6 alkyl group, preferably a C 4 alkyl group, preferably by the ter-butyl group.
  • the antioxidant amine additives may be chosen from diphenylamines, diphenylamines substituted by at least one C 12 -C 12 alkyl group, ⁇ , ⁇ '-dialkyl-aryl-diamines, octylphenyl naphthylamine and mixtures thereof.
  • amine compounds are the aromatic amines, for example the aromatic amines of formula NR 4 R 5 R 6 in which R 4 represents an optionally substituted aliphatic or aromatic group, R 5 represents an optionally substituted aromatic group R 6 represents a hydrogen atom, an alkyl group, an aryl group.
  • Antioxidant amine additives can be used in combination with phenolic antioxidant additives.
  • composition of the invention comprises as additives:
  • phenolic antioxidant additive 0.1 to 1% by weight of a phenolic antioxidant additive.
  • the amine phosphate is selected from amine alkyl phosphate.
  • the phenolic antioxidant is preferably chosen from the sterically hindered phenols chosen from compounds comprising a phenol group in which at least one vicinal carbon of the carbon bearing the alcohol function is substituted with at least one CC 10 alkyl group, preferably a C 1 -C 6 alkyl group, preferably a C 4 alkyl group, preferably a tert-butyl group.
  • the phenol is chosen from phenolic compounds in which the two vicinal carbons of the carbon bearing the alcohol function are substituted by at least one alkyl group having 10 to 10 carbon atoms, preferably a C 1 -C 6 alkyl group, preferably a C 1 to C 6 alkyl group.
  • the composition according to the invention is biodegradable, does not exhibit bioaccumulation in the organisms and does not exhibit no toxicity to the environment, especially the aquatic environment and meets the European Ecolabel label and the American EAL specifications. Furthermore, the composition according to the invention meets the various characteristic tests of gear lubricating compositions.
  • the present invention also relates to the use of the lubricant composition according to the invention for gear lubrication, in particular in the marine field and in equipment having gears that may be in contact with the environment (water, air, etc,) or the Man.
  • composition according to the invention is also useful for the lubrication of equipment comprising gears, in particular for the lubrication of the stern tube.
  • the stern tube is the system for passing through the hull to the propeller shaft while maintaining maximum sealing.
  • the present invention also relates to a method of lubricating gears implementing the lubricant composition according to the invention, that is to say comprising the lubrication of the parts in contact with a lubricant composition according to the invention.
  • the present invention also relates to a method of lubricating equipment comprising gears, in particular the stern tube, comprising the implementation of a lubricating composition according to the invention, that is to say the lubrication of the internal walls of the equipment comprising gears, in particular the inner walls of the stern tube, with a lubricant composition according to the invention.
  • Example 1 Example of Composition According to the Invention
  • Table 1 describes an example of composition according to the invention
  • Composition 1 measured achieve
  • composition according to the invention passes the tests used to measure the wear and seizure in the gears, that is to say that the composition according to the invention implemented in gearing allows to have a minimum of wear and seizure of the constituent elements the gears.

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Abstract

La présente demande concerne une composition lubrifiante pour engrenage comprenant : - 97 à 99,9% en poids d'un triester de triméthylolpropane; et - 0,1 à 3 % en poids d'au moins un additif choisi parmi les additifs anti-usure, les additifs extrême-pression, les antioxydants, les additifs anticorrosion, les additifs désactivateur métallique, les anti-mousse, et leurs mélanges.

Description

Composition lubrifiante pour engrenage
La présente invention concerne des compositions lubrifiantes pour engrenage. Lesdites compositions selon l'invention sont biodégradables, ne présentent pas de bioaccumulations dans les organismes et ne présentent pas de toxicité pour l'environnement, plus particulièrement l'environnement aquatique.
Depuis décembre 2013, la réglementation américaine a été modifiée et impose notamment à tous les navires naviguant dans les eaux américaines d'utiliser des produits EAL (Environmental Acceptable Lubricant soit lubrifiant respectueux de l'environnement) et depuis 1992 en Europe, un label Ecolabel permet d'identifier dans le domaine des lubrifiants, les produits respectueux de l'environnement. Les composants de ces produits peuvent être issus de la LuSC liste (Lubricant Substance Classification) et répondent notamment aux exigences strictes de biodégradabilité, de bioaccumulation et de toxicité aquatique. Les lubrifiants Ecolabel sont considérés comme des lubrifiants remplissant les spécifications environnementales des lubrifiants EAL.
Ces lubrifiants Ecolabel ou EAL sont mis en œuvre dans des équipements pouvant présenter des interfaces et/ou contacts avec un utilisateur, avec de l'air et/ou avec l'eau. Cela vaut en particulier pour les compositions lubrifiantes des engrenages qui peuvent être directement en contact avec l'eau et/ou l'air et/ou avec l'Homme et/ou tout autre contact nécessitant des produits biodégradables, non toxiques.
Par ailleurs, les compositions lubrifiantes pour engrenage à usage industriel ou marin doivent répondre à un cahier des charges très spécifique en matière de performances, notamment en terme de performances tribologiques, et de compatibilité joints
Il existe donc un intérêt à fournir des compositions lubrifiantes biodégradables, ne présentant pas de bioaccumulations dans les organismes, ne présentant pas de toxicité pour l'environnement, plus particulièrement l'environnement aquatique et répondant à tous les tests spécifiques aux compositions lubrifiantes pour engrenage.
Un objectif de la présente invention est de fournir une composition lubrifiante, notamment pour engrenage, qui soit biodégradable, ne présentant pas de bioaccumulations dans les organismes et ne présentant pas de toxicité pour l'environnement, plus particulièrement l'environnement aquatique. Un autre objectif de la présente invention est de fournir une telle composition qui réponde aux propriétés spécifiques relatives aux compositions pour engrenage, notamment en termes de propriétés tribologiques et de compatibilité joints.
D'autres objectifs encore apparaîtront à la lecture de la description de l'invention qui suit.
La présente demande concerne une composition lubrifiante pour engrenage comprenant :
- 97 à 99,9% en poids d'un triester de triméthylolpropane ; et
- 0,1 à 3 % en poids d'au moins un additif choisi parmi les additifs anti-usure, les additifs extrême-pression, les antioxydants, les additifs anticorrosion, les additifs désactivateur de métaux , les anti-mousse, et leurs mélanges.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par « composition lubrifiante », une composition lubrifiante répondant aux critères du règlement CEE N°66/2010 du parlement européen et du conseil du 25 novembre 2009. Ce règlement permet d'établir le label écologique de l'Union européenne. Le référentiel de certification du label Ecologique de L'union Européenne pour les Lubrifiants (n°d'identification EC 51 1 révision 4 du 04/07/2016) détaille les critères pour les Lubrifiants. Les substances et mélanges faisant l'objet d'une limitation ou d'une exclusion sont définis dans ce référentiel. Les exigences supplémentaires en matière de toxicité aquatique sont précisées (méthodes OCDE 201 pour les algues, OCDE 202 pour les daphnies, OCDE 203 pour les poissons). Les critères de biodégradabilité et de potentiel de bioaccumulation sont définis dans ce même référentiel.
De préférence, le triester de triméthylolpropane est un tri-ester d'acide gras insaturés ou saturés en C14-C20 linéaire ou ramifié, de préférence en C16-C20, par exemple C18. Plus préférentiellement, le triester de triméthylolpropane est un tri-ester d'acide gras saturé en C14-C20 ramifié, de préférence en C16-C20, par exemple C18. Avantageusement, le triester de triméthylolpropane est l'iso-stéarate de triméthylolpropane.
Les additifs utilisables dans les compositions selon l'invention sont des additifs de la LuSC-list ou des additifs permettant d'obtenir une formule biodégradable répondant au référentiel Ecolabel ou aux spécifications américaines EAL. Les additifs anti-usure et les additifs extrême pression protègent les surfaces du frottement par formation d'un film protecteur adsorbé sur ces surfaces. Il existe une grande variété d'additifs anti-usure. De manière préférée, certains additifs sont à la fois des additifs anti-usure et extrême pression.
De manière préférée pour la composition lubrifiante selon l'invention, les additifs antiusure et extrême pression sont choisis parmi des additifs phosphorés ou phos-soufrés sans cendre comme par exemple les phosphates, les phosphorothionate, les phosphonates, les dithiophosphates et les thio phosphates tels que les dialkyl dithiophosphates.
Comme additif anti-usure on peut également citer, les triaryl thiophosphate, les carbamates et les thiocarbamates.
De manière également préférée, certains additifs sont à la fois des additifs anti-usure, extrême pression et anti-corrosion. Parmi ces additifs, on peut citer les phosphates d'amines qui peuvent être employés dans la composition lubrifiante selon l'invention.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre au moins un additif anti-corrosion tel qu'un composé N-acyl sarcosine.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre au moins un additif désactivateur de métaux tel qu'un dérivé de tolutriazole ou de di Mercapto Thiadiazole
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre au moins un additif anti-mousse tel qu'un composé siliconné ou un composé polyacrylate.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre au moins un additif antioxydant.
L'additif antioxydant permet généralement de retarder la dégradation de la composition lubrifiante en service. Les additifs antioxydants agissent notamment comme inhibiteurs radicalaires ou destructeurs d'hydro peroxydes. Parmi les additifs antioxydants couramment employés, on peut citer les additifs antioxydants de type phénolique, les additifs antioxydants de type aminé.
Les additifs antioxydants phénoliques peuvent notamment être choisis parmi les phénols stériquement encombrés, les esters de phénol stériquement encombrés et les phénols stériquement encombrés comprenant un pont thioéther. De préférence selon l'invention, les phénols stériquement encombrés sont choisis parmi les composés comprenant un groupement phénol dont au moins un carbone vicinal du carbone portant la fonction alcool est substitué par au moins un groupement alkyle en d- C10, de préférence un groupement alkyle en CrC6, de préférence un groupement alkyle en C4, de préférence par le groupement ter-butyle.
Les additifs antioxydants aminés peuvent être choisis parmi les diphénylamines, les diphénylamines substituées par au moins un groupement alkyle en CrC12, les Ν,Ν'- dialkyle-aryle-diamines, les octylphenyl naphtylamine et leurs mélanges.
Des exemples de composés aminés sont les aminés aromatiques, par exemple les aminés aromatiques de formule NR4R5R6 dans laquelle R4 représente un groupement aliphatique ou un groupement aromatique, éventuellement substitué, R5 représente un groupement aromatique, éventuellement substitué, R6 représente un atome d'hydrogène, un groupement alkyle, un groupement aryle.
Les additifs antioxydants aminés peuvent être utilisés en combinaison avec les additifs antioxydants phénoliques.
De préférence, la composition de l'invention comprend en tant qu'additifs :
- 0,1 à 1 % en poids d'un additif anti-usure de type phosphate d'amine ; et
- 0,1 à 1 % en poids d'un additif antioxydant phénolique.
De préférence le phosphate d'amine est choisi parmi les alkyl phosphate d'amine.
De préférence, l'antioxydant phénolique est de préférence choisi parmi les phénols stériquement encombrés choisis, parmi les composés comprenant un groupement phénol dont au moins un carbone vicinal du carbone portant la fonction alcool est substitué par au moins un groupement alkyle en C C10, de préférence un groupement alkyle en CrC6, de préférence un groupement alkyle en C4, de préférence par le groupement ter-butyle. De préférence, le phénol est choisi parmi les composés phénoliques dont les deux carbones vicinaux du carbone portant la fonction alcool sont substitués par au moins un groupement alkyle en C C10, de préférence un groupement alkyle en CrC6, de préférence un groupement alkyle en C4, de préférence par le groupement ter-butyle, et dont un autre carbone est substitué par une groupe alkyl-ester. De manière particulièrement avantageuse, la composition selon l'invention est biodégradable, ne présente pas de bioaccumulations dans les organismes et ne présente pas de toxicité pour l'environnement, plus particulièrement l'environnement aquatique et répond au label européen Ecolabel et aux spécifications américaines EAL. Par ailleurs, la composition selon l'invention répond aux différents tests caractéristiques des compositions lubrifiantes pour engrenage.
La présente invention concerne également l'utilisation de la composition lubrifiante selon l'invention pour la lubrification d'engrenage, notamment dans le domaine de la marine et dans les équipements ayant des engrenages pouvant être au contact avec l'environnement (eau, air, etc,) ou l'Homme.
La composition selon l'invention est également utile pour la lubrification des équipements comprenant des engrenages, notamment pour la lubrification du tube d'étambot.
Le tube d'étambot est le système permettant de faire traverser la coque à l'arbre d'hélice tout en conservant un maximum d'étanchéité.
La présente invention concerne également une méthode de lubrification des engrenages mettant en œuvre la composition lubrifiante selon l'invention, c'est-à-dire comprenant la lubrification des pièces en contact avec une composition lubrifiante selon l'invention.
La présente invention concerne également une méthode de lubrification des équipements comprenant des engrenages, notamment du tube d'étambot, comprenant la mise en œuvre d'une composition lubrifiante selon l'invention, c'est-à-dire la lubrification des parois internes des équipements comprenant des engrenages, notamment les parois internes du tube d'étambot, avec une composition lubrifiante selon l'invention.
La présente invention va maintenant être décrite à l'aide des exemples non-limitatifs qui suivent.
Exemple 1 : Exemple de Composition selon l'invention
Le tableau 1 décrit un exemple de composition selon l'invention
Composition 1
Composants
teneur en % m/m
Tri iso-stéarate de
98,52
triméthylolpropane
Anti-oxydant phénolique 0,5
Anti-usure phosphate
0,5
d'amine Anti-usure de type dialkyl
0,09
dithiophoshate
Anti-corrosion 0,1
Désactivateur de métaux 0,09
Antimousse siliconé solution
0,2
mère
Tableau 1
Exemple 2 : Essais triboloqiques
- Les essais tribologiques suivants ont été réalisés :
- FZG A/8.3/90°C selon la norme ISO 14635-1 (équivalent à CEC L-07-A-95)
- FZGA/8.3/60°C selon la norme ISO 14635-1 modifiée
- FZG A10 /16.6R/30 selon la norme ISO 14635-2 (équivalent à CEC L-84)
- FZG A10/16.6R/90 selon la norme ISO 14635-2 (équivalent à CEC L-84).
- Micropitting C-GF/8.3/90 selon FVA 54/l-IV
- FAG-FE8 D7,5/80-80 selon DIN51819-3
- FAG-FE8 D7,5/100-80 selon DIN51819-3
Les résultats sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous. Un + signifie que la composition passe le test classique mis en œuvre pour déterminer l'usure ou le grippage des engrenages. Un - signifie que la composition ne passe pas ce test.
Paramètre Performances à
Composition 1 mesuré atteindre
Grippage du
FZG A 8.3/90°C >12 >14
pallier dégâts
Grippage du
FZG A 8.3/60°C +
pallier dégâts
Grippage du
FZG A10 /16.6R/30 +
pallier dégâts
Grippage du
FZG A10/16.6R/90 report 9
pallier dégâts
Micropitting C-GF/8.3/90 Usure des
Minimum 10 Supérieur à 10 selon FVA 54/l-IV engrenages Usure des
FAG-FE8 D7,5/80-80 éléments Maximum 20 mg 4 mg
roulants
Usure des
FAG-FE8 D7,5/100-80 éléments +
roulants
FZG test d'usure à faible
vitesse à 40-60°C, Usure totale des
+
Méthode DGMK 377-01 engrenages
(C/0,05/90 :120/12)
Tableau 2
Ces tests indiquent que la composition selon l'invention passe les tests mis en œuvre pour mesurer l'usure et le grippage dans les engrenages, c'est à-dire que la composition selon l'invention mis en œuvre dans des engrenages permet d'avoir un minimum d'usure et de grippage des éléments constituants les engrenages.
Exemple 3 : Compatibilité joint
Des essais joints ont été réalisés de deux manières suivantes:
- FKM-2 - 168h/130°C et 168h/175°C,
- Essais Freudenberg selon la méthode décrite dans le document FB 73 1 1 008 « Static and dynamic oil compatibility tests for Freudenberg radial shafts seals to release the usage in Flender-gear units applications (Table T 7300) », Ed. 2013.
Essais joints - FKM-2 - Limites acceptables en Composition 1
168h/130°C o //o
Variation volume Inférieur à 7 /8 0.3
Variation dureté report 0.3
Variation charge rupture Inférieur à 25 -0.7
Variation élongation rupture Inférieur à 25 5.4
Essais joints - FKM-2 - Limites acceptables en Composition 1
168h/175°C o //o
Variation volume Inférieur à 7 /8 -1 .2
Variation dureté report 1 .05
Variation charge rupture Inférieur à 25 -7.8
Variation élongation rupture Inférieur à 25 -2.5 Tableau 3
non déterminé
Ces résultats montrent que la composition lubrifiante selon l'invention est compatible avec les différents joints étudiés et ne détériore pas les propriétés des joints.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Utilisation d'une composition comprenant :
- 97 à 99,9% en poids d'un triester de triméthylolpropane ; et
- 0,1 à 3 % en poids d'au moins un additif choisi parmi les additifs anti-usure, les additifs extrême-pression, les antioxydants, les additifs anticorrosion, les additifs désactivateur métallique, les anti-mousse, et leurs mélanges,
pour la lubrification d'engrenages ou d'équipement comprenant des engrenages, notamment tube d'étambot.
2. - Utilisation selon la revendication 1 , dans laquelle le triester de triméthylolpropane est un ester d'acide gras insaturé ou saturé en C14-C20 linéaire ou ramifié, de préférence en C16-C20, par exemple C18.
3.- Utilisation selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le triester de triméthylolpropane est un ester d'acide gras saturé en C14-C20 ramifié, de préférence en C16-C20, par exemple C18.
4. Utilisation selon la revendication 3, dans laquelle le triester de triméthylolpropane est l'iso-stéarate de triméthylolpropane.
5. - Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle la composition comprend :
- 0,1 à 1 % en poids d'un additif anti-usure phosphate d'amine ; et
- 0,1 à 1 % en poids d'un additif antioxydant phénolique.
6. - Utilisation selon la revendication 5 dans laquelle le phosphate d'amine est choisi parmi les alkyl phosphate d'amine.
7.- Utilisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle l'équipement comprenant des engrenages est le tube d'étambot.
8.- Méthode de lubrification d'engrenage ou d'équipement comprenant des engrenages, notamment tube d'étambot, comprenant la mise en œuvre de la composition telle que décrite selon l'une des revendications 1 à 6.
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