EP3609989A1 - Composition lubrifiante notamment pour limiter le frottement - Google Patents

Composition lubrifiante notamment pour limiter le frottement

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EP3609989A1
EP3609989A1 EP18721697.3A EP18721697A EP3609989A1 EP 3609989 A1 EP3609989 A1 EP 3609989A1 EP 18721697 A EP18721697 A EP 18721697A EP 3609989 A1 EP3609989 A1 EP 3609989A1
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nitrogen atom
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Pushkar DESHPANDE
Fabrice DASSENOY
Clotilde MINFRAY
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Ecole Centrale de Lyon
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Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Centrale de Lyon
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Definitions

  • Another object of the present application is also to provide a lubricating composition comprising a molybdenum compound reducing content.
  • organic complex of molybdenum of formula (I I I) or (IV) is prepared by reaction:
  • organic complexes of molybdenum with dithiophosphate ligands are also called molybdenum dithiophosphates or Mo-DTP compounds and organic complexes of molybdenum with dithiocarbamate ligands are also called molybdenum dithiocarbamates or Mo-DTC compounds .
  • trimeric Mo-DTC compounds include the compounds and methods for their preparation as described in WO 98/26030 and US 2003/022954.
  • the dimeric Mo-DTC compounds generally correspond to the compounds of formula (V):
  • R3, R4, R5, Re identical or different, represent independently a hydrocarbon group selected from alkyl, alkenyl, aryl, cycloalkyl or cycloalkenyl,
  • X 3 , X 4 , X 5 and X 6 may be identical and may represent a sulfur atom. In another embodiment of the invention, X 3 , X 4 , X 5 and X 6 may be the same and may be an oxygen atom.
  • pour point depressant additives By slowing the formation of paraffin crystals, pour point depressant additives generally improve the cold behavior of the lubricant composition according to the invention.
  • PM2 has a surface roughness (Ra) of between 170 and 200 nm.
  • composition CL3 When the concentration of organomolybdenum compound is decreased (composition CL3), there is a more significant decrease in the coefficient of friction as well as the wear of the beads both with respect to the oil alone and compared to the comparative compositions.

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Abstract

La présente demande concerne une composition lubrifiante comprenant : - au moins une huile de base; - de 0,05 à 1,5% en poids d'un composé organomolybdène; et - de 0,005 à 1 % en poids de particules de TiO2.

Description

Composition lubrifiante notamment pour limiter le frottement
La présente demande concerne de nouvelles compositions lubrifiantes, notamment pour moteur à combustion interne, notamment moteur de véhicule, en particulier de véhicule automobile. De façon particulièrement préférée, la présente invention concerne des compositions lubrifiantes permettant de réduire les frottements entre des pièces.
Il est connu d'utiliser, dans les compositions lubrifiantes, des composés à base de molybdène en tant que modificateur de frottement, notamment des composés organomolybdènes. Ces composés organomolybdènes forment par décomposition tribochimique, en présence de fer, dans les contacts lors du frottement, du MoS2 qui permet de limiter les frottements entre les pièces. Cependant, lors de cette décomposition tribochimique, une partie des composés organomolybdènes se transforme en oxyde de molybdène et oxysulfure de molybdène qui n'ont pas d'effet sur la limitation du frottement. II est donc généralement nécessaire d'utiliser des quantités importantes de composés organomolybdènes (pour optimiser la quantité de MoS2 produite) dans les compositions lubrifiantes ce qui peut avoir des effets néfastes sur les pièces lubrifiées notamment corrosion, encrassement, et altération des revêtements dans le cas des pièces revêtues de carbone.
II est connu, notamment de CN104450069, des compositions lubrifiantes comprenant du MoS2 et des particules de titane, notamment Ti02, pour permettre de diminuer le frottement et l'usure de pièces.
Il est également connu, notamment de US5709936, des revêtements de pièces comprenant du titane, notamment carbure ou nitrure de titane et/ou du molybdène pour diminuer le frottement.
Il est également connu de WO201 1 1 12372 des compositions lubrifiantes comprenant des composés organomolybdène et des composés liposolubles à base de titane.
Il existe un intérêt à fournir des compositions lubrifiantes permettant de réduire le frottement entre les pièces et permettant également de réduire l'usure de ces pièces. II existe également un intérêt à fournir des compositions lubrifiantes permettant de réduire la quantité de composé au molybdène introduite.
Un objectif de la présente demande est de fournir des compositions lubrifiantes permettant de réduire le frottement entre les pièces.
Un objectif de la présente demande est également de fournir de telles compositions lubrifiantes permettant également de réduire l'usure des pièces. Un objectif de la présente demande est encore de fournir de telles compositions permettant une durée d'action anti-frottement sur une durée plus longue.
Un autre objectif de la présente demande est également de fournir une composition lubrifiante comprenant une teneur réduire en composé molybdène.
D'autres objectifs encore apparaîtront à la lecture de la description de l'invention qui suit.
Ces objectifs sont remplis par la présente invention qui fournit une composition lubrifiante comprenant :
- au moins une huile de base ;
- de 0,05 à 1 ,5% en poids d'un composé organomolybdène; et
- de 0,005 à 1 % en poids de particules de Ti02.
Dans le cadre de la présente invention, on entend par composé organomolybdène des composés comprenant du molybdène et une partie organique, c'est-à-dire une partie comprenant des atomes de carbone. Il doit donc être compris que le bisulfure de molybdène (MoS2) n'est pas un composé organomolybdène selon l'invention.
De préférence, les particules de Ti02 ont une taille moyenne comprise entre 10 nm et 1 μηι, de préférence entre 10 nm et 500 nm, plus préférentiellement entre 10 nm et 250 nm, encore plus préférentiellement entre 10 nm et 150 nm. Dans le cadre de la présente invention, on entend par taille moyenne de particules, le diamètre moyen des particules. Ce diamètre moyen peut être mesuré par toute méthode connue de l'homme du métier comme par exemple un comptage par microscopie optique ou électronique, une mesure par diffusion de lumière ou par diffraction laser. La mesure par diffusion de lumière peut notamment être effectuée à l'aide d'un appareil zetasizer de Malvern (technique dite « Dynamic Light Scattering », la mesure par diffraction laser peut être faite avec un appareil Mastersizer de Malvern.
Les particules de Ti02 peuvent notamment provenir de rutile ou d'anatase. De préférence, la composition selon l'invention comprend de 0,08 à 1 % en poids de composé organomolybdène par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
De préférence, la composition selon l'invention comprend de 0,01 à 0,8% en poids de particules de Ti02 par rapport au poids total de la composition lubrifiante. De façon avantageuse, l'ajout, dans la composition lubrifiante, de particules de Ti02 permet de réduire la quantité de composé organomolybdène habituellement utilisée pour limiter les frottements. En effet, sans vouloir être lié par une quelconque théorie, les inventeurs ont, de façon surprenante, montré que le mélange de composé organomolybdène et particules de Ti02 permettait avantageusement d'avoir un excellent taux de conversion du composé organomolybdène en MoS2 en évitant la génération d'oxysulfure de molybdène dans la composition lubrifiante et donc la perte de molybdène actif pour prévenir les frottements. Cette combinaison spécifique organomolybdène et particules de titane selon l'invention permet donc de réduire considérablement les frottements à une teneur moins élevée en composé organomolybdène.
Par composé organomolybdène selon l'invention on entend désigner tout composé organomolybdène soluble dans une huile, notamment dans une huile de base.
Le composé organomolybdène selon la présente invention, peut être choisi parmi les complexes organiques du molybdène comprenant au moins un élément chimique molybdène (Mo) et au moins un ligand tel qu'un ligand carboxylate, un ligand ester, un ligand amide, un ligand dithiophosphate ou un ligand dithiocarbamate.
Par exemple, les complexes organiques du molybdène avec des carboxylates, des esters, des amides peuvent être obtenus par réaction d'oxyde de molybdène ou de molybdates d'ammonium avec des corps gras, glycérides, acides gras ou dérivés d'acides gras (esters, aminés, amides, ...).
Au sens de l'invention, les ligands carboxylates, les ligands esters et les ligands amides sont exempts de soufre et de phosphore.
Dans un mode de réalisation, le composé organomolybdène de l'invention est choisi parmi les complexes du molybdène avec des ligands amide, principalement préparés par réaction d'une source de molybdène, qui peut être par exemple le trioxyde de molybdène, et d'un dérivé d'amine, et d'acides gras comprenant par exemple de 4 à 36 atomes de carbone tels que par exemple les acides gras contenus dans les huiles végétales ou animales.
La synthèse de tels composés est par exemple décrite dans les brevets US4889647, EP0546357, US5412130 ou EP1770153.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le composé organomolybdène est choisi parmi les complexes organiques du molybdène avec des ligands amide obtenus par réaction :
(i) d'un corps gras de type mono, di ou tri glycéride, ou acide gras, (ii) d'une source aminée de formule (A)
dans laquelle :
- X1 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote,
- X2 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote,
- n ou m représente 1 lorsque respectivement X1 ou X2 représente un atome d'oxygène,
- n ou m représente 2 lorsque respectivement X1 ou X2 représente un atome d'azote,
(iii) et d'une source de molybdène choisie parmi le trioxyde de molybdène ou les molybdates, préférentiellement le molybdate d'ammonium.
Avantageusement, la source de molybdène est mise en œuvre en quantité suffisante pour fournir 0,1 à 30% de molybdène par rapport au poids total du complexe organique du molybdène avec des ligands amide, plus avantageusement de 0,1 à 20,0% de molybdène.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le composé organomolybdène peut comprendre de 2 à 8,5% en poids de molybdène par rapport au poids total du complexe organique du molybdène avec des ligands amide.
De préférence, le composé organomolybdène comprend au moins un complexe organique du molybdène de formule (III) ou (IV), seul ou en mélange :
dans laquelle :
X1 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
X2 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
n représente 1 lorsque X1 représente un atome d'oxygène et m représente 1 lorsqu représente un atome d'oxygène ; n représente 2 lorsque X1 représente un atome d'azote et m représente 2 lorsque X2 représente un atome d'azote ;
Ri représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone ;
dans laquelle :
X1 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
X2 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
n représente 1 lorsque X1 représente un atome d'oxygène et m représente 1 lorsque X2 représente un atome d'oxygène ;
n représente 2 lorsque X1 représente un atome d'azote et m représente 2 lorsque X2 représente un atome d'azote ;
RÏ représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone ;
R2 représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone.
Avantageusement, le complexe organique du molybdène de formule (I I I) ou (IV) est préparé par réaction :
(i) d'un corps gras de type mono, di ou tri glycéride, ou acide gras,
(ii) de diéthanolamine ou de 2-(2-aminoéthyl) aminoéthanol,
(iii) et d'une source de molybdène choisie parmi le trioxyde de molybdène ou les molybdates, préférentiellement le molybdate d'ammonium. Plus avantageusement, le complexe organique du molybdène de formule (I II) est constitué d'au moins un composé de formule (l l l-a) ou (l l l-b), seul ou en mélange :
dans laquelle Ri représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone,
dans laquelle Ri représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone.
Comme exemple de complexes de molybdène exempts de soufre selon l'invention, on peut citer le Molyvan 855® commercialisé par la société Vanderbilt.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le composé organomolybdène est choisi parmi les complexes organiques du molybdène avec des ligands dithiophosphates ou les complexes organiques du molybdène avec des ligands dithiocarbamates.
Au sens de l'invention, les complexes organiques du molybdène avec des ligands dithiophosphates sont également appelés les dithiophosphates de molybdène ou composés Mo-DTP et les complexes organiques du molybdène avec des ligands dithiocarbamates sont également appelés les dithiocarbamates de molybdène ou composés Mo-DTC.
Dans un mode de réalisation plus préféré de l'invention, le composé organomolybdène est choisi parmi les dithiocarbamates de molybdène.
Les composés Mo-DTC sont des complexes formés d'un noyau métallique de molybdène lié à un ou plusieurs ligands, le ligand étant un groupement dithiocarbamate d'alkyles. Ces composés sont bien connus de l'homme du métier. Dans un mode de réalisation de l'invention, le composé Mo-DTC peut comprendre de 1 à 40%, de préférence de 2 à 30%, plus préférentiellement de 3 à 28%, avantageusement de 4 à 15% en poids de molybdène, par rapport au poids total du composé Mo-DTC. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le composé Mo-DTC peut comprendre de 1 à 40%, de préférence de 2 à 30%, plus préférentiellement de 3 à 28%, avantageusement de 4 à 15% en poids de soufre, par rapport au poids total du composé Mo-DTC. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le composé Mo-DTC peut être choisi parmi ceux dont le noyau présente deux atomes de molybdène (aussi appelés Mo-DTC dimériques) et ceux dont le noyau présente trois atomes de molybdène (aussi appelés Mo-DTC trimériques). Dans un autre mode de réalisation de l'invention, les composés Mo-DTC trimériques répondent à la formule Mo3SkLn dans laquelle :
k représente un nombre entier au moins égal à 4, de préférence allant de 4 à 10, avantageusement de 4 à 7,
n est un entier allant de 1 à 4, et
L étant un groupement dithiocarbamate d'alkyles comprenant de 1 à 100 atomes de carbone, de préférence de 1 à 40 atomes de carbone, avantageusement de 3 à 20 atomes de carbone.
Comme exemples de composés Mo-DTC trimériques selon l'invention, on peut citer les composés et leurs procédés de préparation tels que décrits dans les documents WO 98/26030 et US 2003/022954.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le composé Mo-DTC est un composé Mo-DTC dimérique.
Comme exemples de composés Mo-DTC dimériques, on peut citer les composés et leurs procédés de préparation tels que décrits dans les documents EP 0757093, EP15 0719851 , EP 0743354 ou EP 1013749.
Les composés Mo-DTC dimériques correspondent généralement aux composés de formule (V) :
dans laquelle :
R3, R4, R5, Re, identiques ou différents, représentent indépendamment un groupement hydrocarboné choisi parmi les groupements alkyle, alcényle, aryle, cycloalkyle ou cycloalcényle,
X3, X4, X5 et X6, identiques ou différents, représentent indépendamment un atome d'oxygène ou un atome de soufre.
Par groupement alkyle au sens de l'invention, on entend un groupement hydrocarboné, linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 1 à 24 atomes de carbone, de préférence de 4 à 18 atomes de carbone.
Dans un mode de réalisation de l'invention, le groupement alkyle est choisi dans le groupe formé par le méthyle, l'éthyle, le propyle, l'isopropyle, le n-butyle, l'iso-butyle, le tert-butyle, le n-pentyle, l'iso-pentyle, le néopentyle, l'hexyle, l'heptyle, l'octyle, le nonyle, le décyle, l'undécyle, le dodécyle, le tridécyle, l'isotridécyle, le tétradécyle, l'hexadécyle, le stéaryle, l'icosyle, le docosyle , le tétracosyle, le triacontyle, le 2-éthylhexyle, le 2- butyloctyle, le 2-butyldécyle, 2-hexyloctyle, 2-hexyldécyle, 2-octyldécyle, le 2- hexyldodécyle, le 2-octyldodécyle, le 2-décyltétradécyle, le 2-dodécylhexadécyle, le 2- hexadécyloctadécyle, le 2-tetradécyloctadécyle, le myristyle, le palmityle et le stéaryle.
Par groupement alcényle au sens de la présente invention, on entend un groupement hydrocarboné linéaire ou ramifié comprenant au moins une double liaison et comprenant de 2 à 24 atomes de carbone. Le groupement alcényle peut être choisi parmi le vinyle, l'allyle, le propényle, le butényle, l'isobutényle, le pentényle, l'isopentényle, l'hexényle, l'heptényle, l'octényle, le nonényle, le décényle, l'undécényle, le dodécényle, le tétradécényle et l'oléique.
Par groupement aryle au sens de la présente invention, on entend un hydrocarbure aromatique polycyclique ou un groupement aromatique, substitué ou non par un groupe alkyle. Le groupement aryle peut comprendre de 6 à 24 atomes de carbone.
Dans un mode de réalisation, le groupe aryle peut être choisi dans le groupe formé par le phényle, le toluyle, le xylyle, le cuményle, le mésityle, le benzyle, le phénéthyle, le styryle, le cinnamyle, le benzhydryle, le trityle, l'éthylphényle, le propylphényle, le butylphényle, le pentylphényle, le hexylphényl, le heptylphényle, le octylphényle, le nonylphényle, le decylphenyl, le undecylphenyl, le dodécylphényle, le phénylphényle, le benzylphényle, le phényle-styrène, p-cumylphényle et le naphtyle.
Par groupement cycloalkyle au sens de la présente invention, on entend un hydrocarbure polycyclique ou cyclique, substitué ou non par un groupe alkyle.
Par groupement cycloalcényle au sens de la présente invention, on entend un hydrocarbure polycyclique ou cyclique, substitué ou non par un groupe alkyle, et comprenant au moins une insaturation.
Les groupes cycloalkyle et les groupes cycloalcényle peuvent comprendre de 3 à 24 atomes de carbone.
Au sens de la présente invention, les groupes cycloalkyle et les groupes cycloalcényle peuvent être choisis, de façon non limitative, dans le groupe constitué par le cyclopentyle, le cyclohexyle, le cycloheptyle, le méthylcyclopentyle, le méthylcyclohexyle, le méthylcycloheptyle, le cyclopentényle, le cyclohexényle, le cycloheptényle, le méthylcyclopentenyle, le méthylcyclohexenyle.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, R3, R4, R5 et R6, identiques ou différents, représentent indépendamment un groupement alkyle comprenant de 1 à 24 atomes de carbone, de préférence de 4 à 18 atomes de carbone ou un groupement alcényle comprenant de 2 à 24 atomes de carbone.
Dans un mode de réalisation de l'invention, X3, X4, X5 et X6 peuvent être identiques et peuvent représenter un atome de soufre. Dans un autre mode de réalisation de l'invention, X3, X4, X5 et X6 peuvent être identiques et peuvent être un atome d'oxygène.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, X3 et X4 peuvent représenter un atome de soufre et X5 et X6 peuvent représenter un atome d'oxygène.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention, X3 et X4 peuvent représenter un atome d'oxygène et X5 et X6 peuvent représenter un atome de soufre.
Dans un autre mode de réalisation de l'invention; le ratio en nombre d'atomes de soufre par rapport au nombre d'atomes d'oxygène (S/0) du composé Mo-DTC peut varier de (1/3) à (3/1 ). Dans un autre mode de réalisation de l'invention, le composé Mo-DTC de formule (V) peut être choisi parmi un composé Mo-DTC symétrique, un composé Mo-DTC asymétrique et leur combinaison.
Par composé Mo-DTC symétrique selon l'invention, on entend un composé Mo-DTC de formule (V) dans laquelle les groupements R3, R4, R5 et R6 sont identiques.
Par composé Mo-DTC asymétrique selon l'invention, on entend un composé Mo-DTC de formule (V) dans laquelle les groupements R3 et R4 sont identiques, les groupements R5 et R6 sont identiques et les groupements R3 et R4 sont différents des groupements R5 et R6.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, le composé Mo-DTC est un mélange d'au moins un composé Mo-DTC symétrique et d'au moins un composé Mo-DTC asymétrique.
Dans un mode de réalisation de l'invention, R3 et R4, identiques, représentent un groupement alkyle comprenant de 5 à 15 atomes de carbone, de préférence de 8 à 13 atomes de carbone, et R5 et R6, identiques, représentent un groupement alkyle comprenant de 5 à 15 atomes de carbone, de préférence de 8 à 13 atomes de carbone, et les groupements R3 et R4 sont identiques ou différents des groupements R5 et R6.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, R3 et R4, identiques, représentent un groupement alkyle comprenant de 6 à 10 atomes de carbone et R5 et R6, identiques, représentent un groupement alkyle comprenant de 10 à 15 atomes de carbone, et les groupements R3 et R4 sont différents des groupements R5 et R6.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, R3 et R4, identiques, représentent un groupement alkyle comprenant de 10 à 15 atomes de carbone et R5 et R6, identiques, représentent un groupement alkyle comprenant de 6 à 10 atomes de carbone, et les groupements R3 et R4 sont différents des groupements R5 et R6.
Dans un autre mode de réalisation préféré de l'invention, R3, R4, R5 et R6, identiques, représentent un groupement alkyle comprenant de 5 à 15 atomes de carbone, de préférence de 8 à 13 atomes de carbone. De manière avantageuse, le composé Mo-DTC est choisi parmi les composés de formule (V) dans laquelle :
- X3 et X4 représentent un atome d'oxygène,
- X5 et X6 représentent un atome de soufre,
- R3 représente un groupement alkyle comprenant 8 atomes de carbone ou un groupement alkyle comprenant 13 atomes de carbone,
- R4 représente un groupement alkyle comprenant 8 atomes de carbone ou un groupement alkyle comprenant 13 atomes de carbone,
- R5 représente un groupement alkyle comprenant 8 atomes de carbone ou un groupement alkyle comprenant 13 atomes de carbone,
- R6 représente un groupement alkyle comprenant 8 atomes de carbone ou un groupement alkyle comprenant 13 atomes de carbone.
Ainsi, de manière avantageuse, le composé Mo-DTC est choisi parmi les composés de
(V-a)
dans laquelle les groupements R3, R4, R5 et R6 sont tels que définis pour la formule (V).
De manière plus avantageuse, le composé Mo-DTC est un mélange :
- d'un composé Mo-DTC de formule (V-a) dans laquelle R3, R4, R5 et R6 représentent un groupement alkyle comprenant 8 atomes de carbone,
- d'un composé Mo-DTC de formule (V-a) dans laquelle R3, R4, R5 et R6 représentent un groupement alkyle comprenant 13 atomes de carbone, et/ou
- d'un composé Mo-DTC de formule (V-a) dans laquelle R3, R4 représentent un groupement alkyle comprenant 8 atomes de carbone et R5 et R6 représentent un groupement alkyle comprenant 13 atomes de carbone.
Comme exemples de composés Mo-DTC, on peut citer les produits Molyvan L®, Molyvan 807® ou Molyvan 822® commercialisés par la société R.T Vanderbilt Compagny® ou les produits Sakura-lube 200®, Sakura-lube 165®, Sakura-lube 525® ou Sakura-lube 600® commercialisés par la société Adeka. La composition lubrifiante selon l'invention peut en outre comprendre au moins un additif anti-usure choisi parmi des additifs phospho-soufrés comme les alkylthiophosphates métalliques, en particulier les alkylthiophosphates de zinc, et plus spécifiquement les dialkyldithiophosphates de zinc.
De manière générale, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre tout type d'huile de base lubrifiante minérale, synthétique ou naturelle, animale ou végétale, connue de l'Homme du métier.
Les huiles de base utilisées dans les compositions lubrifiantes selon l'invention peuvent être des huiles d'origines minérales ou synthétiques appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) (tableau A) ou leurs mélanges.
Tableau A Les huiles de base minérales selon l'invention incluent tous types d'huiles de base obtenues par distillation atmosphérique et sous vide du pétrole brut, suivies d'opérations de raffinage telles qu'extraction au solvant, désalphatage, déparaffinage au solvant, hydrotraitement, hydrocraquage, hydroisomérisation et hydrofinition.
Des mélanges d'huiles synthétiques et minérales peuvent également être employés.
II n'existe généralement aucune limitation quant à l'emploi de bases lubrifiantes différentes pour réaliser les compositions lubrifiantes selon l'invention, si ce n'est qu'elles doivent avoir des propriétés, notamment de viscosité, indice de viscosité, teneur en soufre, résistance à l'oxydation, adaptées à une utilisation pour des moteurs ou pour des transmissions de véhicule. Les huiles de bases des compositions lubrifiantes selon l'invention peuvent également être choisies parmi les huiles synthétiques, telles certains esters d'acides carboxyliques et d'alcools, et parmi les polyalphaoléfines. Les polyalphaoléfines utilisées comme huiles de base sont par exemple obtenues à partir de monomères comprenant de 4 à 32 atomes de carbone, par exemple à partir d'octène ou de décène, et dont la viscosité à 100 °C est comprise entre 1 ,5 et 15 mm2. s"1 selon la norme ASTM D445. Leur masse moléculaire moyenne est généralement comprise entre 250 et 3 000 selon la norme ASTM D5296. De manière préférée, les huiles de base de la présente invention sont choisies parmi les huiles de base ci-dessus dont la teneur en aromatique est comprise entre 0 et 45%, de préférence entre 0 et 30%. La teneur en aromatique des huiles est mesurée selon la méthode UV Burdett. Sans vouloir être lié par une quelconque théorie, l'aromaticité de l'huile de base est un caractère permettant d'optimiser le fonctionnement du polymère en fonction de la température. Le choix d'une huile pauvre en aromatique permet un optimum à plus haute température.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention comprend au moins 50 % en masse d'huiles de base par rapport à la masse totale de la composition.
De manière plus avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention comprend au moins 60 % en masse, voire au moins 70 % en masse, d'huiles de base par rapport à la masse totale de la composition.
De manière plus particulièrement avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention comprend de 60 à 99,5% en masse d'huiles de base, de préférence de 70 à 99,5 % en masse d'huiles de base, par rapport à la masse totale de la composition.
De nombreux additifs additionnels peuvent être utilisés pour cette composition lubrifiante selon l'invention.
Les additifs additionnels préférés pour la composition lubrifiante selon l'invention sont choisis parmi les additifs détergents, les additifs anti-usure différents des additifs phospho-soufrés, les additifs modificateurs de frottement différents des composés organomolybdène, les additifs extrême pression, les dispersants, les améliorants du point d'écoulement, les agents anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges. Les phosphates d'amines sont des additifs anti-usure qui peuvent être employés dans la composition lubrifiante selon l'invention. Toutefois, le phosphore apporté par ces additifs peut agir comme poison des systèmes catalytiques des automobiles car ces additifs sont générateurs de cendres. On peut minimiser ces effets en substituant partiellement les phosphates d'amines par des additifs n'apportant pas de phosphore, tels que, par exemple, les polysulfures, notamment les oléfines soufrées.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre de 0,01 à 6 % en masse, préférentiellement de 0,05 à 4 % en masse, plus préférentiellement de 0,1 à 2 % en masse par rapport à la masse totale de composition lubrifiante, d'additifs anti-usure et d'additifs extrême-pression.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre au moins un additif modificateur de frottement additionnel différent des composés organomolybdène. L'additif modificateur de frottement additionnel peut être choisi parmi un composé apportant des éléments métalliques et un composé exempt de cendres. Parmi les composés apportant des éléments métalliques, on peut citer les complexes de métaux de transition tels que Sb, Sn, Fe, Cu, Zn dont les ligands peuvent être des composés hydrocarbonés comprenant des atomes d'oxygène, d'azote, de soufre ou de phosphore. Les additifs modificateurs de frottement exempt de cendres sont généralement d'origine organique et peuvent être choisis parmi les monoesters d'acides gras et de polyols, les époxydes gras, les époxydes gras de borate; ou les esters de glycérol d'acide gras. Selon l'invention, les composés gras comprennent au moins un groupement hydrocarboné comprenant de 10 à 24 atomes de carbone.
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. Cette dégradation peut notamment se traduire par la formation de dépôts, par la présence de boues ou par une augmentation de la viscosité de la composition lubrifiante.
Les additifs antioxydants agissent notamment comme inhibiteurs radicalaires ou destructeurs d'hydropéroxydes. Parmi les additifs antioxydants couramment employés, on peut citer les additifs antioxydants de type phénolique, les additifs antioxydants de type aminé, les additifs antioxydants phosphosoufrés. Certains de ces additifs antioxydants, par exemple les additifs antioxydants phosphosoufrés, peuvent être générateurs de cendres. Les additifs antioxydants phénoliques peuvent être exempt de cendres ou bien être sous forme de sels métalliques neutres ou basiques. Les additifs antioxydants peuvent notamment être choisis parmi les phénols stériquement encombrés, les esters de phénol stériquement encombrés et les phénols stériquement encombrés comprenant un pont thioéther, les diphénylamines, les diphénylamines substituées par au moins un groupement alkyle en C1-C12, les Ν,Ν'-dialkyle-aryle-diamines et leurs mélanges.
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 composés aminés sont une autre classe d'additifs antioxydants pouvant être utilisés, éventuellement en combinaison avec les additifs antioxydants phénoliques. Des exemples de composés aminés sont les aminés aromatiques, par exemple les aminés aromatiques de formule NR7R8R9 dans laquelle R7 représente un groupement aliphatique ou un groupement aromatique, éventuellement substitué, R8 représente un groupement aromatique, éventuellement substitué, R9 représente un atome d'hydrogène, un groupement alkyle, un groupement aryle ou un groupement de formule R10S(O)zR11 dans laquelle R10 représente un groupement alkylène ou un groupement alkenylène, R11 représente un groupement alkyle, un groupement alcényle ou un groupement aryle et z représente 0, 1 ou 2.
Des alkyl phénols sulfurisés ou leurs sels de métaux alcalins et alcalino-terreux peuvent également être utilisés comme additifs antioxydants.
Une autre classe d'additifs antioxydants est celle des composés cuivrés, par exemples les thio- ou dithio-phosphates de cuivre, les sels de cuivre et d'acides carboxyliques, les dithiocarbamates, les sulphonates, les phénates, les acétylacétonates de cuivre. Les sels de cuivre I et II, les sels d'acide ou d'anhydride succiniques peuvent également être utilisés.
La composition lubrifiante selon l'invention peut contenir tous types d'additifs antioxydants connus de l'homme du métier.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante comprend au moins un additif antioxydant exempt de cendres.
De manière également avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention comprend de 0,5 à 2 % en poids par rapport à la masse totale de la composition, d'au moins un additif antioxydant. La composition lubrifiante selon l'invention peut également comprendre au moins un additif détergent.
Les additifs détergents permettent généralement de réduire la formation de dépôts à la surface des pièces métalliques par dissolution des produits secondaires d'oxydation et de combustion.
Les additifs détergents utilisables dans la composition lubrifiante selon l'invention sont généralement connus de l'homme de métier. Les additifs détergents peuvent être des composés anioniques comprenant une longue chaîne hydrocarbonée lipophile et une tête hydrophile. Le cation associé peut être un cation métallique d'un métal alcalin ou alcalino- terreux.
Les additifs détergents sont préférentiellement choisis parmi les sels de métaux alcalins ou de métaux alcalino-terreux d'acides carboxyliques, les sulfonates, les salicylates, les naphténates, ainsi que les sels de phénates. Les métaux alcalins et alcalino-terreux sont préférentiellement le calcium, le magnésium, le sodium ou le baryum.
Ces sels métalliques comprennent généralement le métal en quantité stœchiométrique ou bien en excès, donc en quantité supérieure à la quantité stœchiométrique. Il s'agit alors d'additifs détergents surbasés ; le métal en excès apportant le caractère surbasé à l'additif détergent est alors généralement sous la forme d'un sel métallique insoluble dans l'huile, par exemple un carbonate, un hydroxyde, un oxalate, un acétate, un glutamate, préférentiellement un carbonate.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre de 2 à 4 % en poids d'additif détergent par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante. De manière également avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut également comprendre au moins un additif abaisseur de point d'écoulement.
En ralentissant la formation de cristaux de paraffine, les additifs abaisseurs de point d'écoulement améliorent généralement le comportement à froid de la composition lubrifiante selon l'invention.
Comme exemple d'additifs abaisseurs de point d'écoulement, on peut citer les polyméthacrylates d'alkyle, les polyacrylates, les polyarylamides, les polyalkylphénols, les polyalkylnaphtalènes, les polystyrènes alkylés.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut également comprendre au moins un agent dispersant. L'agent dispersant peut être choisis parmi les bases de Mannich, les succinimides et leurs dérivés.
De manière également avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre de 0,2 à 10 % en masse d'agent dispersant par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
La composition lubrifiante de la présente invention peut également comprendre au moins un polymère supplémentaire améliorant l'indice de viscosité. Comme exemples de polymère supplémentaire améliorant l'indice de viscosité, on peut citer les esters polymères, les homopolymères ou les copolymères, hydrogénés ou non- hydrogénés, du styrène, du butadiène et de l'isoprène, les polyméthacrylates (PMA).
La présente invention concerne également l'utilisation de la composition lubrifiante telle que définie plus haut pour la lubrification de moteur, notamment moteur à combustion interne, par exemple de moteur de véhicule.
De façon avantageuse, la composition lubrifiante selon l'invention permet de réduire les frottements, notamment entre deux pièces d'un moteur, notamment moteur à combustion interne, par exemple de moteur de véhicule.
Ainsi, l'invention concerne l'utilisation de la composition lubrifiante selon l'invention pour réduire l'usure des pièces d'un moteur, par exemple de moteur de véhicule.
La présente demande concerne également un procédé de lubrification de pièces mécaniques, notamment dans un moteur, notamment moteur à combustion interne, comprenant au moins une étape de mise en contact d'au moins une pièce avec une composition lubrifiante selon l'invention.
La présente invention va maintenant être décrite à l'aide d'exemples non limitatifs.
La figure 1 représente le spectre photoélectronique à rayons X (le spectre donne les énergies de liaison (eV)) réalisé sur les films de lubrifiants (issus de compositions selon l'invention) obtenus à la fin de tests tribologiques sur des pièces acier/acier. Exemple 1 : Compositions lubrifiantes
Les compositions du tableau 1 (CL : composition lubrifiante selon l'invention ; CC : composition comparative) ont été préparées en mélangeant les particules de Ti02 et le composé organomolybdène dans une huile de base à 60°C pour obtenir une bonne dispersion des particules dans la composition.
Exemple 2 : Résultats des tests triboloqiques
2.1 Tests sur tribomètre alternatif bille-plan Des mesures du coefficient de frottement et l'usure des billes en μηι en diamètre de l'empreinte de la bille (tableau 2) ont été réalisées sur tribomètre alternatif bille-plan. Ces tests ont été réalisés en changeant pour chaque test les pièces mécaniques de surface plane. Les pièces utilisées sont les suivantes :
- les billes présentent un diamètre de 5 mm et sont des pièces mécaniques en acier de référence AISI52100 présentant une rugosité de surface (Ra) de 50 nm;
- le plan est une pièce mécanique de surface plane choisie parmi :
o PM1 : un acier de référence AISI52100 ; ou
o PM2 : en acier ayant subi un traitement plasma acier APS. PM1 présente une rugosité de surface (Ra) de 50 nm.
PM2 présente une rugosité de surface (Ra) comprise entre 170 et 200 nm.
Les conditions de l'essai tribomètre alternatif bille-plan sont :
- Température : 100°C
- Fréquence : 5 Hz
Pression maximale de contact : 700 MPa
- Longueur de trace : 5 mm
Durée : 1 h
- Volume de composition lubrifiante : 2-3 mL
Les coefficients de frottement et l'usure des billes en μηι en diamètre de l'empreinte de la bille indiqués dans le tableau 2 ont été mesurés suite au contact d'une bille de surface lisse (Ra=50 nm) avec respectivement une pièce plane de surface lisse PM1 (Ra=50 nm) ou une pièce plane de surface rugueuse PM2 (Ra=170-200 nm), lesdites pièces sont également en contact avec une composition selon l'invention ou une composition comparative.
Tableau 2. Coefficients de frottement et usure de la bille mesurés sur tribomètre alternatif bille-plan lors des contacts entre la bille et respectivement les pièces PM1 et PM2, les pièces étant également en contact avec une composition selon l'invention ou une composition comparative
Nd : non déterminé Ces résultats démontrent que :
Le coefficient de frottement entre bille/PM1 est diminué lorsque la composition lubrifiante comprend un composé organomolybdène et du titane, quelque soit la teneur en composé organomolybdène et en titane. Ce coefficient de frottement étant mesuré entre deux pièces de surface lisse, il permet de déterminer la formation de MoS2 à partir du composé organomolybdène. Néanmoins, les pièces PM1 ayant des surfaces lisses, les contacts de frottement sont diminués par rapport aux contacts de frottement entre une pièce de surface lisse et une pièce de surface rugueuse telle que PM2.
- L'usure des billes est plus faible lorsqu'il y a combinaison entre une composition selon l'invention (CL1 ou CL3) et l'huile de base en comparaison avec l'huile de base seule ou avec les compositions comparatives (CC1 , CC3 ou CC4), et ce pour les deux types de surfaces (lisses ou rugueuses).
Lorsque la concentration en composé organomolybdène est diminuée (composition CL3), on observe une diminution plus significative du coefficient de frottement ainsi que de l'usure des billes à la fois par rapport à l'huile seule et par rapport aux compositions comparatives.
Le coefficient de frottement entre bille/PM2 (surface rugueuse) est diminué lorsque la composition lubrifiante comprend un composé organomolybdène et du titane, quelle que soit la teneur en composé organomolybdène et en titane.
Qu'il existe une synergie entre le molybdène et les particules de titane au sein de la composition lubrifiante pour diminuer significativement le coefficient de friction et par conséquent de limiter les frottements entre les pièces.
Exemple 3 : Spectres rayons X
Des spectroscopies photoélectroniques à rayons X ont été réalisées sur les films de lubrifiants (issus des compositions CL1 et CC3) obtenus à la fin des tests tribologiques bille/PM1 .
La figure 1 montre le spectre en haut de la composition CC3 et en bas de la composition CL1 . Cette figure montre qu'en l'absence de particules de Ti02 (CC3) la décomposition du MoDTC n'est pas complète et donne lieu à la formation de MoS2 et MoOxSy Mo oxysulfide en grande quantité. Au contraire la présence de Ti02 permet une meilleure décomposition du MoDTC et la formation de MoS2 pur.

Claims

REVENDICATIONS
1 . - Composition lubrifiante comprenant :
- au moins une huile de base ;
- de 0,05 à 1 ,5 % en poids d'un composé organomolybdène ; et
- de 0,005 à 1 % en poids de particules de Ti02.
2. - Composition selon la revendication 1 , dans laquelle les particules ont une taille moyenne comprise entre 10 nm et 1 μηι.
3. - Composition selon l'une des revendications 1 ou 2, comprenant de 0,08 à 1 % en poids de composé organomolybdène par rapport au poids total de ladite composition.
4.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant de 0,01 à 0,8% en poids de particules de titane par rapport au poids total de ladite composition.
5. - Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle le composé organomolybdène est choisi parmi les complexes organiques du molybdène comprenant au moins un élément chimique molybdène (Mo) et au moins un ligand choisi parmi les ligands carboxylate, ester, amide, dithiophosphate ou dithiocarbamate.
6. - Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le composé organomolybdène est choisi parmi les complexes organiques du molybdène avec des ligands amide obtenus par réaction :
(i) d'un corps gras de type mono, di ou tri glycéride, ou acide gras,
(ii) d'une source aminée de formule (A) :
dans laquelle :
- X1 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote,
- X2 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote,
- n ou m représente 1 lorsque respectivement X1 ou X2 représente un atome d'oxygène,
- n ou m représente 2 lorsque respectivement X1 ou X2 représente un atome d'azote, (iii) et d'une source de molybdène choisie parmi le trioxyde de molybdène ou les molybdates, préférentiellement le molybdate d'ammonium.
7.- Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le composé organomolybdène comprend au moins un complexe organique du molybdène de formule (I I I) ou (IV), seul ou en mélan e :
dans laquelle :
X1 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
X2 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
n représente 1 lorsque X1 représente un atome d'oxygène et m représente 1 lorsque X2 représente un atome d'oxygène ;
n représente 2 lorsque X1 représente un atome d'azote et m représente 2 lorsque X2 représente un atome d'azote ;
Ri représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone ;
dans laquelle :
X1 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
X2 représente un atome d'oxygène ou un atome d'azote ;
n représente 1 lorsque X1 représente un atome d'oxygène et m représente 1 lorsque X2 représente un atome d'oxygène ;
n représente 2 lorsque X1 représente un atome d'azote et m représente 2 lorsque X2 représente un atome d'azote ; Ri représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone ;
R2 représente un groupement alkyle linéaire ou ramifié, saturé ou insaturé, comprenant de 4 à 36 atomes de carbone, préférentiellement de 4 à 20 atomes de carbone, avantageusement de 6 à 18 atomes de carbone.
8. - Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le composé organomolybdène est choisi parmi les complexes organiques du molybdène avec des ligands dithiophosphates ou les complexes organiques du molybdène avec des ligands dithiocarbamates.
9. - Composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle le composé organomolybdène est un composé dithiocarbamate de molybdène (MoDTC).
10. - Utilisation de la composition selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 pour la lubrification de moteur, notamment moteur à combustion interne, par exemple de moteur de véhicule.
1 1 .- Utilisation selon la revendication 10 pour réduire les frottements.
12.- Utilisation selon l'une des revendications 9 ou 10 pour réduire l'usure des pièces des moteurs.
13.- Procédé de lubrification de pièces mécaniques, notamment dans un moteur, notamment moteur à combustion interne, comprenant au moins une étape de mise en contact d'au moins une pièce avec une composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.
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