EP4168519A1 - Composition aqueuse pour la lubrification des systemes de motorisation - Google Patents

Composition aqueuse pour la lubrification des systemes de motorisation

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EP4168519A1
EP4168519A1 EP21732933.3A EP21732933A EP4168519A1 EP 4168519 A1 EP4168519 A1 EP 4168519A1 EP 21732933 A EP21732933 A EP 21732933A EP 4168519 A1 EP4168519 A1 EP 4168519A1
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EP
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lubricating composition
composition according
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aqueous lubricating
mass
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Benoît THIEBAUT
Chantal Boyer
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TotalEnergies Onetech SAS
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    • C10N2040/25—Internal-combustion engines

Definitions

  • the present invention relates to the field of lubricating compositions, in particular lubricating compositions for lubricating mechanical systems, such as bearings, gears, bearings or motors.
  • the present invention relates to aqueous-based lubricating compositions for the lubrication of a mobile or stationary motor system.
  • Lubricating compositions also called “lubricants”, are commonly used in mechanical systems, to reduce the friction between the parts and thus protect the parts against wear. In addition to the phenomena of wear, friction can oppose the relative movement of the parts in contact and induce energy losses detrimental to optimal operation of the mechanical system.
  • Lubricants are used for multiple applications, for example for metalworking, in particular for metal deformation operations, for gas or steam turbines in the fields of aeronautics, naval, rail transport. and power generation, for propulsion systems of motor vehicles, for example for the lubrication of bearings, gears, an engine, etc.
  • the formulation of lubricants represents an important issue insofar as they make it possible to act on fuel consumption, and therefore on carbon dioxide emissions. , via their impact on the frictional forces generated between the various components of motor vehicles.
  • hydrocarbon-based lubricants are hydrocarbon-based lubricants. These hydrocarbon-based lubricants are conventionally composed of one or more base oils, which are generally associated with additives dedicated to stimulating the lubricating performance of base oils, such as, for example, friction modifying additives. On the other hand, the friction between the moving parts generates heat, and it may be necessary to jointly provide cooling of the mechanical systems. This cooling is typically provided by a cooling fluid, distinct from the hydrocarbon lubricant, such as, for example, air, an aqueous fluid, such as water or else by a mixture of water and a glycol.
  • a cooling fluid distinct from the hydrocarbon lubricant, such as, for example, air, an aqueous fluid, such as water or else by a mixture of water and a glycol.
  • Lubricating compositions based on water have already been studied.
  • document US 2012/0149616 proposes an aqueous lubricant comprising, in addition to water, water-soluble polyalkylene glycols, emulsifiers, antifreeze additives of alkylene glycol or glycerol type, anti-corrosion additives, anti-foam additives and friction reducing additives.
  • the present invention aims to provide a new water-based composition, exhibiting tribological properties suitable for its use for the lubrication of mechanical systems.
  • the present invention relates, according to a first of its aspects, to an aqueous lubricating composition for the lubrication of a stationary or mobile motorization system, comprising at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; and
  • aqueous composition is intended to denote a composition comprising water as base fluid, in other words as predominant solvent.
  • the water preferably deionized, preferably represents more than 35% by mass of the total mass of the lubricating composition.
  • osmosis water is intended to denote water which has undergone purification, in particular by a reverse osmosis process, in order to reduce the content of organic and / or mineral compounds, for example to a lower content. at 5.0% by weight, preferably less than 1.0% by weight.
  • the expressions “demineralized water” or even “ultrapure water” will be considered as equivalent or synonymous with the expression “reverse osmosis water”.
  • the reverse osmosis water can be “deionized water”, in other words water which has undergone purification in order to reduce the content of ions, such as the Ca 2+ and HCO 3 ions generally present in the water.
  • deionized water does not contain ions.
  • aqueous lubricant composition or “aqueous lubricant” will denote a lubricating composition according to the invention, intended for lubricating moving parts in a mechanical system, and more particularly intended for lubricating a motorization system. mobile or stationary.
  • motorization system within the meaning of the present invention, is meant a system comprising all the mechanical parts necessary for the targeted mobile or stationary application and including at least one motor. It may be a combustion, gas, in particular hydrogen, ammonia, electric or hybrid engine system, depending on the nature of the engine (s) included in the engine system: combustion engine, gas engine, in particular hydrogen, ammonia and / or electric.
  • a “mobile” motorization system is more particularly a motorization system implemented in vehicles, including light vehicles, heavy-duty vehicles, so-called “off-road” mobile machines, or even marine vehicles.
  • a mobile motorization system thus corresponds more particularly to the propulsion system of a vehicle.
  • propulsion system within the meaning of the present invention is understood to denote a system comprising the mechanical parts necessary for propelling a vehicle.
  • the propulsion system more particularly includes an engine, a transmission and possibly a battery.
  • the battery itself is generally made up of a set of electric accumulators, called cells.
  • the mobile motorization system is a propulsion system for an electric or hybrid vehicle.
  • the propulsion system thus more particularly includes an electric motor comprising the rotor-stator assembly of the power electronics (dedicated to speed regulation), a transmission and a battery.
  • electric vehicle within the meaning of the present invention is meant a vehicle comprising an electric motor as the sole means of propulsion while a hybrid vehicle comprises a combustion engine and an electric motor as combined means of propulsion.
  • a "stationary" motorization system within the meaning of the invention is a motorization system including a stationary motor. It can, for example, find applications in devices for the production of electrical energy. It may in particular be a gas engine system, in particular a stationary gas engine.
  • the inventors have discovered that it is possible, by supplementing water with the specific combination of at least one antifreeze compound chosen from glycols, at least one phosphorus compound and at least one polyalkylene glycol, to access an aqueous formulation exhibiting excellent tribological properties.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention thus exhibits performances in terms of reduction of the friction between the moving parts in a mechanical system, which are equivalent, or even improved, compared to those achieved using a lubricant.
  • aqueous compositions according to the invention thus prove to be suitable for use as lubricants, for the lubrication of moving parts in a mechanical system, more precisely for the lubrication of a mobile or stationary motor system. They can thus be used in all systems and for all applications, replacing conventional hydrocarbon lubricants. Examples of application are given in the remainder of the text.
  • the present application relates, according to another of its aspects, G use of an aqueous lubricating composition according to the invention, for the lubrication of parts in movement in a mechanical system, more precisely for the lubrication of a mobile or stationary motorization system.
  • the present application relates in particular to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention for the lubrication of a mobile motorization system, in particular of a vehicle propulsion system, and more particularly of a vehicle propulsion system. electric or hybrid vehicle.
  • the present application also relates to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention, for reducing the friction between the moving parts in a mechanical system, in particular in a mobile or stationary motorization system, more particularly in a propulsion system.
  • vehicle as well as G use of an aqueous lubricating composition according to the invention to reduce the wear of parts in a mechanical system, in particular in a mobile or stationary motorization system, more particularly in a vehicle propulsion system.
  • the invention also relates, according to another of its aspects, to a method of lubricating a mechanical system (or parts in a mechanical system), in particular in a mobile or stationary motorization system, more particularly in a propulsion system.
  • vehicle comprising at least one step of bringing at least one part of said mechanical system into contact with an aqueous lubricating composition according to the invention.
  • a composition according to the invention combines good cooling properties linked to the presence of water, and good tribological properties, in particular reduction of friction and resistance to wear.
  • an aqueous composition according to the invention can advantageously perform the dual function of lubrication and cooling.
  • the present invention also relates to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention, for the lubrication and cooling of moving parts in a mechanical system, in particular in a mobile or stationary motorization system, more particularly in a vehicle propulsion system.
  • the present application relates in particular to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention, for the lubrication and cooling of a cooling system.
  • mobile motorization in particular of a vehicle propulsion system, and more particularly of an electric or hybrid vehicle propulsion system.
  • a composition according to the invention has the advantage of being easy to formulate. It has, in addition to the joint cooling and lubricating properties, good stability. Advantageously, it also has good anticorrosion properties.
  • an aqueous lubricating composition can be used for the lubrication of an engine or the transmission in a motor vehicle. These uses include contacting at least one element of the engine or transmission, in particular the gearbox or axle, with an aqueous lubricating composition according to the invention.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention advantageously makes it possible to act effectively on fuel consumption via its impact on the frictional forces generated between the various components of motor vehicles.
  • an aqueous lubricating composition is found to be particularly advantageous for reducing friction in gearboxes, in axle differentials and / or in the cylinder head.
  • a lubricating composition according to the invention not only makes it possible to reduce wear, but also to limit the energy losses responsible for overconsumption of fuel.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention thus advantageously exhibits good properties in terms of reducing the fuel consumption of motor vehicles, also called “Fuel Eco” properties and, in fact, participates in the reduction of CO 2 emissions. .
  • the invention thus relates, according to another of its aspects, to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention for reducing the fuel consumption of an engine, in particular of a vehicle engine, lubricated by means of this composition. It also relates to G use of an aqueous lubricating composition according to the invention for reducing the fuel consumption of a vehicle equipped with a transmission, in particular a axle or a gearbox, lubricated by means of this composition. .
  • the percentages are weight percentages. The percentages are therefore expressed by mass relative to the total mass of the composition. Temperature is expressed in degrees Celsius unless otherwise specified, and pressure is atmospheric pressure, unless otherwise specified.
  • Ligure 1 represents the friction torques measured by a "cylinder head” test for a composition in accordance with the invention (II) and a comparative composition (Cl), over a speed range ranging from 400 rev / min to 2000 rev / min.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention is a formulation comprising water, in particular deionized water, as the main solvent.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least 35% by weight of water, in particular deionized water, preferably between 35% and 90% by weight, more preferably between 40% and 75% by weight, relative to to the total mass of the composition.
  • water in addition to its role as a solvent, water provides access to a lubricating composition exhibiting good cooling properties, and which can be used as a cooling fluid for moving parts in a mechanical system.
  • the water used in an aqueous lubricating composition according to the invention is deionized water, also called demineralized water.
  • Deionized water does not contain ions, such as the Ca 2+ and HCO 3 ions commonly found in water, which are responsible for the conduction of electricity in water.
  • deionized water is therefore particularly advantageous in the context of the use of the aqueous lubricant according to the invention for applications requiring a fluid which conducts little, if at all, electricity, such as for example for use of the aqueous lubricant for the lubrication and cooling of mechanical systems comprising an electrical circuit, for example electric or hybrid motors, in particular in electric or hybrid vehicles.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention therefore differs from lubricants conventionally used in mechanical systems, which comprise a majority proportion of one or more base oils not soluble in water.
  • oil insoluble in water is meant in particular an oil which does not dissolve substantially in water at room temperature (at about 25 ° C).
  • an oil which is insoluble in water has a solubility in water of less than 0.2 g / L at room temperature.
  • an aqueous lubricating composition according to the present invention comprises less than 5% by mass of base oil (s) not soluble in water, preferably less than 2% by mass, more preferably less than 1% by mass. , relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention is completely free from oil which is insoluble in water.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one polyalkylene glycol.
  • the polyalkylene glycols are chosen from water-soluble polyalkylene glycols.
  • water-soluble is intended to denote a polyalkylene glycol having a solubility in water of at least 10 g / L, preferably of at least 500 g / L, in water at ambient temperature (approximately 25 ° C).
  • the polyalkylene glycols can be more particularly formed of C1-C4, preferably C1-C3, more particularly C2-C3 alkylene oxide units.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least 50% by weight, in particular at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight of propylene oxide and / or oxide units.
  • 'ethylene It can be a copolymer, in particular random, ethylene oxide / propylene oxide.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has an average molar mass by mass (Mn) of between 1000 and 20,000 g. mol 1 , preferably between 5,000 and 15,000 g. mol 1 .
  • the number average molar mass can be measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity measured at 100 ° C (KV100), according to the ASTM D445 standard, of between 100 and 5000 mm 2 / s, in particular between 150 and 3000 mm 2 / s, and more particularly between 500 and 3000 mm 2 / s.
  • KV100 kinematic viscosity measured at 100 ° C
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity measured at 40 ° C (KV40), according to the ASTM D445 standard, between 500 and 30,000 mm 2 / s, more particularly between 1,000 and 25,000 mm 2 / s, or even between 5,000 and 25,000 mm 2 / s.
  • KV40 kinematic viscosity measured at 40 ° C
  • the flash point of a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention is preferably greater than or equal to 160 ° C, in particular greater than or equal to 220 ° C.
  • the flash point can be measured by ISO 2592 or ASTM D92.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a viscosity index measured according to standard ASTM D2270, of between 100 and 800, preferably between 250 and 550.
  • said polyalkylene glycol compound (s) can be used in an aqueous lubricating composition according to the invention in a content of at least 5.0% by weight, preferably between 5.0% and 50% by weight, more preferably between 10% and 40% by weight, in particular between 15% and 30% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof.
  • Glycols are diols in which the two hydroxyl groups are carried by different carbon atoms, preferably by vicinal carbon atoms.
  • the glycols are alkylene glycols, in particular having 2 to 10 carbon atoms, in particular 2 to 6 carbon atoms.
  • alkylene glycols in particular having 2 to 10 carbon atoms, in particular 2 to 6 carbon atoms.
  • monoethylene glycol diethylene glycol and propylene glycol.
  • the antifreeze compound can also be chosen from glycerol, diglycerol, triglycerol and their mixtures.
  • the antifreeze compound used according to the invention is chosen from monoethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerol and their mixtures.
  • the antifreeze compound is monoethylene glycol.
  • the said antifreeze compound (s) can be used in an aqueous lubricating composition according to the invention in a content of at least 5.0% by weight, preferably between 5.0% and 35% by weight, more preferably. between 10% and 35% by weight, in particular between 15% and 30% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one phosphorus compound, that is to say a compound comprising at least one phosphorus atom.
  • the phosphorus compounds considered according to the invention do not add sulfur.
  • Said phosphorus compound (s) are advantageously used in a form soluble or emulsifiable in water, in particular in the form of ionic salts.
  • the phosphorus compound can be chosen from amine phosphates; phosphates such as phosphate esters, in particular alkyl, alkenyl or aryl phosphates; polyphosphates; phosphonates such as esters of phosphonates, in particular alkyl, alkenyl or aryl phosphonates; polyphosphonates; carbamyl phosphates; phosphinates; and their mixtures.
  • the phosphorus compound (s) are preferably present in an aqueous lubricating composition according to the invention in the form of salts, in particular in the form of phosphate, phosphonate or phosphinate ions neutralized by an appropriate counterion.
  • the salts can be alkali or alkaline earth metal, ammonium, alkanolamines, in particular C2-C8, or alkaneamines, in particular C2-C8, phosphate, phosphonate or phosphinate salts.
  • Examples of compounds which are particularly suitable for the invention are phosphate esters, phosphonate esters and their salts, preferably phosphate esters and their salts.
  • the phosphate esters also called phosphoric acid esters, can be obtained by reaction of at least one alcohol, linear or branched, ethoxylated or not, preferably at least one alcohol comprising between 1 and 18 carbon atoms, in particular between 1 and 14 carbon atoms, in particular between 1 and 12 carbon atoms, more preferably between 2 and 8 carbon atoms, on phosphorus pentoxide of formula P2O5 or on phosphoric acid.
  • the phosphorus compound used in an aqueous composition according to the invention is chosen from phosphate esters, in particular alkyl, alkenyl or aryl phosphates, in particular aryl phosphates, more particularly ethoxylated aryl phosphates.
  • a compound can in particular be chosen from ethoxylated tridecyl alcohol phosphate ester, ethoxylated tristyrylphenol phosphate, and mixtures thereof.
  • the phosphate esters can be used in acidic or neutralized form, in particular using a pH regulating additive, in particular chosen from ethanolamines, such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA); triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA) isopropanolamines, such as monoisopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA) and triisopropanolamine (TIPA), ethylene amines, such as ethylene diamine (EDA), diethylene triamine (DETA), triethylene tetramine (TETA) and tetraethylene pentamine (TEPA), alkanolamines, such as methyldiethanol amine (MDEA), cyclamines, such as cyclohexylamine, 2-amino-2-ethyl- 1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol and mixtures thereof.
  • ethanolamines such as monoethanolamine (MEA), di
  • the phosphorus compound used in an aqueous composition according to the invention is chosen from the salts of phosphate esters, in particular the alkali metal salts of phosphate esters, in particular of alkyl phosphate esters. or C1-C8 dialkyl.
  • Such a compound can in particular be chosen from potassium butylphosphate, potassium dibutylphosphate and mixtures thereof.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise less than 5.0% by mass of phosphorus compound (s) as defined above, in particular in the form of salt (s), in particular salt (s) of phosphate esters, preferably from 0.1% to 5.0% by weight, more preferably from 0.5% to 3.0% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can comprise a phosphorus content ranging from 0.016% to 0.40% by mass, in particular from 0.04% to 0.24% by mass and more particularly from 0 .08% to 0.16% by mass.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can comprise a phosphorus content ranging from 0.010 to 0.40% by weight, in particular from 0.014 to 0.16% by weight and more particularly from 0.04% to 0.10. % by mass.
  • the phosphorus content can be measured by ICP (for "Inductively Coupled Plasma” in English).
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises:
  • - water preferably deionized water
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; preferably chosen from monoethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerol and their mixtures; and
  • phosphorus compound in particular chosen from phosphate esters or their salts, in particular from:
  • alkali metal salts of phosphate esters in particular of alkyl or dialkyl phosphate esters of Ci-Cs, for example chosen from potassium butylphosphate, potassium dibutylphosphate;
  • alkenyl or aryl phosphates for example selected from ethoxylated tridecyl alcohol phosphate ester, ethoxylated tristyrylphenol phosphate; and
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can further comprise various additives.
  • additives are compatible with their use in an aqueous medium.
  • the additives are used in a form soluble or emulsifiable in water, for example in the form of salts or ionic liquids.
  • Said additive (s) are of course chosen with regard to the intended application for the aqueous lubricant.
  • a person skilled in the art will take care to choose the possible additives and / or their quantity in such a way that the advantageous properties of the aqueous lubricating composition according to the invention, in particular the tribological properties, in particular of reduction of friction and protection of parts against wear, and cooling, are not altered by the addition envisaged.
  • Such additives can be more particularly chosen from anti-foam agents, biocides, pH regulators, corrosion inhibitors, anti-wear and / or extreme pressure additives, sequestering agents, metal passivators, colorants, dispersants, emulsifying agents, and mixtures thereof.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can comprise one or more additives chosen from anti-foam agents, extreme pressure agents, corrosion inhibitors, pH regulators, metal passivators, colorants, and their mixtures.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may more particularly comprise from 0.1 to 10% by mass of additives, in particular from 1.0 to 8.0% by mass of additives, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise at least one corrosion inhibitor agent.
  • Corrosion inhibitors advantageously reduce or even prevent corrosion of metal parts.
  • the nature of said corrosion inhibitor (s) can be chosen with regard to the metal to be protected against corrosion, such as aluminum, steel, galvanized steel, yellow metals, for example copper or brass.
  • the inorganic corrosion inhibitors may be mentioned nitrites, sulphites, silicates, borates, sodium, potassium, calcium or magnesium phosphates, alkali metal phosphates, hydroxides, molybdates, sulphates of zinc, magnesium or nickel.
  • alkanolamines such as triethanolamine
  • aliphatic monocarboxylic acids in particular having from 4 to 15 carbon atoms, for example octanoic acid
  • aliphatic dicarboxylic acids having from 4 to 15 atoms.
  • carbon for example decane dioic acid, undecane dioic acid, dodecane dioic acid or mixtures thereof
  • polycarboxylic acids optionally neutralized with triethanolamine, such as l, 3,5-triazine-2,4,6-tri- (6-aminocaproic) acid
  • alkanoylamidocarboxylic acids in particular isononanoylamidocaproic acid, and mixtures thereof.
  • Borated amides, products of the reaction of amines or amino alcohols with boric acid can also be used.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can in particular comprise from 0.1% to 5% by mass of corrosion inhibitor (s), preferably from 0.5% to 4% by mass, more preferably from 1% to 2.5. % by mass, relative to the total mass of the composition.
  • corrosion inhibitor s
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise at least one antiwear and / or extreme pressure additive. Their function is to reduce wear and the coefficient of friction, or to prevent metal-to-metal contact by forming a protective film adsorbed on these surfaces.
  • anti-wear additives there is a wide variety of anti-wear additives, among which may be mentioned those chosen from phosphosulfur additives such as metal alkylthiophosphates or their salts.
  • Additives which do not provide phosphorus may also be suitable, such as, for example, polysulfides, in particular sulfur-containing olefins.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one extreme pressure additive chosen from sulfur-containing fatty acids and dimercaptothiadiazoles, preferably used in their neutralized, emulsifiable or soluble form. water.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one extreme pressure additive of the sulfur fatty acid type, preferably in a neutralized form, in particular by inorganic basifying agents or alkanolamines.
  • the sulfur-containing fatty acids can contain from 8 to 22 carbon atoms, preferably from
  • the quantity of sulfur according to standard ASTM D2622 provided by said sulfur-containing fatty acid (s) may be between 5% and 30% by weight, in particular between 10% and 20% by weight.
  • the amount of active sulfur at 150 ° C according to the ASTM D 1662 standard provided by the said sulfur fatty acid (s) in the aqueous lubricating composition according to the invention is greater than or equal to 2% by mass, in particular between 5 and 10% by mass, relative to the total mass of the lubricating composition.
  • active sulfur is understood to mean the sulfur that a chemical compound is capable of yielding or of liberating when this compound is placed under the conditions of standard ASTM D1662.
  • ASTM D-1662 standard defines an active sulfur content of a compound at a given temperature as a difference expressed as a percentage by weight of the sulfur content before and after reacting a sample of this sulfur-containing compounds with a given quantity of copper for a fixed time.
  • the amount of active sulfur at 150 ° C (ASTM DI 662) in the aqueous lubricating composition of the invention can influence its performance under extreme pressure.
  • This quantity of active sulfur at 150 ° C. (ASTM DI 662) in the lubricating composition must not be too low, otherwise satisfactory extreme pressure behavior cannot be obtained. It must not be too high, to avoid a risk of corrosion, in particular with respect to metals and metal alloys, in particular with regard to copper.
  • said sulfur-containing fatty acid (s) are preferably used in an aqueous lubricating composition according to the invention in their form neutralized by an alkalinizing agent, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or an alkanolamine. , such as monoethanolamine, triethanolamine, monoisopropanolamine, diisopropanolamine and triisopropanolamine.
  • an alkalinizing agent such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or an alkanolamine.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise between 0.01% and 10% by mass of anti-wear and / or extreme pressure additive (s), in particular sulfur-containing fatty acid (s), such as as defined above, preferably between 0.2% and 5% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • s anti-wear and / or extreme pressure additive
  • sulfur-containing fatty acid such as as defined above
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise at least one anti-foam additive. Defoamers help prevent foaming of the lubricating fluid.
  • an anti-foaming agent based on polysiloxanes or on acrylate polymers.
  • the anti-foam agent is chosen from three-dimensional siloxanes.
  • the anti-foaming agents can be polar polymers such as polymethylsiloxanes or polyacrylates.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise from 0.001% to 3.0% by weight of anti-foaming additive (s), preferably from 0.005% to 1.5% by weight, more preferably from 0.01 % to 1.0% by mass, relative to the total mass of the lubricating composition.
  • anti-foaming additive s
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise at least one pH regulating additive, in particular an alkaline buffer.
  • the pH regulator makes it possible to maintain the desired pH of the lubricating composition, in particular in order to preserve an alkaline pH, advantageously between 8 and 11, so in particular to prevent corrosion of the metal surfaces.
  • the pH regulator can be chosen from the family of amines, in particular alkanolamines and amino alcohols.
  • ethanolamines such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA); triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA) isopropanolamines, such as mono-isopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA) and triisopropanolamine (TIPA), ethylene amines, such as ethylene diamine (EDA), diethylene triamine (DETA), triethylene tetramine (TETA) and tetraethylene pentamine (TEPA), alkanolamines, such as methyldiethanol amine (MDEA), cyclamines, such as cyclohexylamine, 2-amino-2-ethyl- 1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol and mixtures thereof.
  • MIPA monoethanolamine
  • DGA diglycolamine
  • MIPA mono-isopropanolamine
  • DIPA diisopropanolamine
  • TIPA triiso
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can in particular comprise from 0.1% to 10% by mass of additive (s) regulating the pH, preferably from 0.5% to 5% by mass, relative to the mass. total composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise at least one metal passivating agent.
  • Metal passivators protect metal parts by promoting the formation of metal oxide on their surface.
  • the metal passivating agents can for example be chosen from triazole derivatives, such as tetrahydrobenzotriazole (THBTZ), tolyltryazole (TTZ), benzotriazole (BTZ), amines substituted with a triazole group, such as N, N -bis (2-ethylhexyl) -l, 2,4-triazol-1-yl methanamine, N'-bis (2 ethylhexyl) -4-methyl-1H-benzotriazol-1-methyl-amine, N, N- bis (heptyl) -ar-methyl-lH-benzotriazole-l- methanamine, N, N-bis (nonyl) -ar-methyl-lH-benzotriazole-l-methanamine, N, N-
  • the metal passivating agents are chosen from tetrahydrobenzotriazole (THBTZ), tolyltriazole (TTZ), benzotriazole (BTZ), and their salts, taken alone or as mixtures.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise from 0.01% to 2.0% by weight of metal passivating agent (s), preferably from 0.1% to 1.0% by weight, more preferably from 0.2. % to 0.8% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • metal passivating agent s
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise one or more dyes.
  • the dyes can be natural or synthetic, generally organic.
  • the dyes which can be used in an aqueous lubricating composition can be more particularly chosen from natural or synthetic water-soluble dyes, for example the dyes FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33, DC Orange 4, DC Yellow 5, DC Yellow 6, DC Yellow 8, FDC Green 3, DC Green 5, FDC Blue 1, betanin (beet), carmine, a chlorophyllin, methylene blue, anthocyanins (enocianin, black carrot and hibiscus), caramel and riboflavin.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise between 0.01% and 2.0% by mass of dye (s), preferably between 0.01% and 1.5% by mass, more preferably between 0.02% and 1. , 0% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise one or more emulsifying agents, also called emulsifiers. Their function is to generate stable emulsions in water.
  • the emulsifying agents can be more particularly nonionic, such as, for example, ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids, ethoxylated fatty amides; anionic, eg KOH, NaOH soaps; sulphonates; cationic, such as quaternary ammonium compounds; or else water-soluble or emulsifiable carboxylic acid esters.
  • nonionic such as, for example, ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids, ethoxylated fatty amides
  • anionic eg KOH, NaOH soaps
  • sulphonates cationic, such as quaternary ammonium compounds
  • cationic such as quaternary ammonium compounds
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can comprise from 0.01% to 10% by mass of emulsifying agent (s), preferably from 0.1% to 5.0% by mass, relative to the total mass. of the lubricating composition.
  • emulsifying agent s
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise at least one sequestering agent.
  • Sequestering agents also called chelating agents, limit the encrustation of metal ions in the composition.
  • sequestering agents examples include those derived from phosphonic acids and phosphonates, such as diethylenetriaminepentamethyl phosphonic acid (DTPMPA), amino tri (methylene phosphonic) acid (ATMP), acid hydroxyethane- diphosphonic acid (HEDP), 1-hydroxylethylidene 1,1-diphosphonate, 2-hydroxyethylamine di (methylene phosphonic) acid (HEAMBP), diethylene triamino penta (methylene phosphonic) (DTMP), organic acids multifunctional and hydroxy acids, such as ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), pteroyl- L-glutamic acid (PGLU), organic polyacids, such as maleic acid and polyaspartic acid, polysaccharides and carbohydrates, such as inulin, carboxymethylinulin and carboxymethylchitosan.
  • DTPMPA diethylenetriaminepentamethyl phosphonic acid
  • ATMP amino tri (methylene phosphonic) acid
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise from 0.001% to 2.0% by mass of sequestering agent (s), preferably from 0.01% to 1.0% by mass, relative to the total mass of the composition. .
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can comprise at least one biocidal and / or fungicidal agent.
  • Biocides and fungicides can be used to improve the biological stability of the composition by limiting the proliferation of bacteria, fungi and yeasts in the lubricating fluid.
  • Such biocides can be chosen from parabens, aldehydes, reactive acetylacetone compounds, isothiazolinones, phenolic compounds, acid salts, halogenated compounds, quaternary ammoniums, certain alcohols and their mixtures.
  • the biocides can be chosen from optionally substituted benzisothiazolinones (BIT), such as N-butyl-1,2-benzisothiazolin-3-one, methylisothiazolinones (MIT), mixtures of methylisothiazolinone and chloromethylisothiazolinone (MIT / CMIT), orthophenyl-phenol (OPP) or its sodium salt, 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate (IPBC), chloro-cresol and N, N-methylene-bis-morpholine (MBM); sorbic acid; preferably from orthophenyl-phenol (OPP) or its sodium salt, 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate, chloro-cresol, benzisothiazolinones and N, N-methylene-isomorpholine.
  • BIT optionally substituted benzisothiazolinones
  • BIT optionally substituted benzisothiazolin
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise between 0.01% and 10% by mass of biocide (s) and / or fungicide (s), preferably between 0.5% and 5.0% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; preferably chosen from monoethylene glycol;
  • phosphorus compound in particular chosen from phosphate esters and their salts, in particular from:
  • alkali metal salts of phosphate esters in particular of alkyl or dialkyl phosphate esters of Ci-Cs, for example chosen from potassium butylphosphate, potassium dibutylphosphate;
  • alkenyl or aryl phosphates for example selected from ethoxylated tridecyl alcohol phosphate ester, ethoxylated tristyrylphenol phosphate; and
  • additives chosen from anti-foaming agents, extreme -pressure agents, corrosion inhibitors, pH regulators, metal passivators, colorants, emulsifying agents, sequestering agents, and mixtures thereof, the contents being expressed relative to the total mass of the lubricating composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may consist of:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; preferably chosen from monoethylene glycol;
  • phosphorus compound in particular chosen from phosphate esters and their salts, in particular from: - alkali metal salts of phosphate esters, in particular of alkyl or dialkyl phosphate esters of C 1 -C 8, for example chosen from potassium butylphosphate, potassium dibutylphosphate;
  • alkenyl or aryl phosphates for example selected from ethoxylated tridecyl alcohol phosphate ester, ethoxylated tristyrylphenol phosphate; and
  • additives chosen from anti-foaming agents, extreme -pressure agents, corrosion inhibitors, pH regulators, metal passivators, colorants, emulsifying agents, sequestering agents, and mixtures thereof, the contents being expressed relative to the total mass of the lubricating composition; the remainder being water, preferably deionized water.
  • a lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity, measured at 40 ° C (KV40), according to the standard ASTM D445 (ISO 3104) of between 10 and 1000 mm 2 / s, in particular between 20 and 300 mm 2 / s and more particularly between 25 and 80 mm 2 / s.
  • KV40 kinematic viscosity
  • the kinematic viscosity, measured at 100 ° C (KV100), according to standard ASTM D445 (ISO 3104), of a lubricating composition according to the invention can advantageously be between 3 and 50 mm 2 / s, in particular between 4 and 25 mm 2 / s and more particularly between 5 and 10 mm 2 / s.
  • a lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity, measured at -10 ° C (KV-10), according to the standard ASTM D445 (ISO 3104) of between 200 and 600 mm 2 / s, in particular between 250 and 500 mm 2 / s and more particularly between 275 and 400 mm 2 / s.
  • KV-10 kinematic viscosity
  • an aqueous lubricating composition formulated according to the invention exhibits excellent tribological properties, in particular in terms of reduction of friction and resistance to wear, which makes it particularly well suited. for use as a lubricating fluid.
  • Aqueous lubricating compositions can find various applications. In general, they can be used as lubricating fluid for systems and applications, replacing conventional hydrocarbon lubricants.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can thus be used for the lubrication of gears, bearings, bearings, such as rolling or sliding bearings or even motors.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can be used to lubricate mobile motorization systems, in particular for the lubrication of the various components of motor vehicles, in particular of the transmission or of an engine, in particular the cylinder head of an internal combustion engine, for example of a vehicle engine. It advantageously reduces friction between parts of a vehicle's propulsion system, such as the transmission and the engine.
  • a lubricating composition according to the invention exhibits excellent properties in terms of reductions in fuel consumption (“Fuel Eco” properties).
  • An internal combustion engine is generally divided into a part referred to as “top-engine” formed by at least one cylinder head assembled on the “bottom-engine”.
  • a cylinder head is a part ensuring the top closure of the cylinder (s) of an engine. It distributes the intake gases in the combustion chamber, via the intake duct and intake valves, and the delivery of the combustion gases, via an exhaust duct and exhaust valves.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention makes it possible to significantly reduce the friction in a vehicle engine cylinder head.
  • a lubricating composition according to the invention can also be used for the lubrication of transmission components of motor vehicles, in particular of transmission for light or heavy vehicles, for example gearboxes and / or axles.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can be used for working metals, for example for the transformation of metals, for example aluminum, steel, galvanized steel, yellow metals.
  • a lubricating composition according to the invention formed predominantly of water, has little toxicological impact, in particular for people. implementing this lubricant.
  • water is the predominant solvent for an aqueous lubricant according to the invention, the treated surface is correctly lubricated.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can also find an advantageous application for the lubrication of a propulsion system of an electric or hybrid vehicle, and more particularly of the engine, of the power electronics, of the transmission and / or of the transmission. drums.
  • aqueous composition according to the invention can thus be used both as a cooling fluid and as a lubricant, for example in a propulsion system of an electric or hybrid vehicle.
  • a composition according to the invention allows joint access to good properties in terms of cooling and lubrication of parts of the propulsion system of an electric or hybrid vehicle.
  • a composition according to the invention makes it possible to cool and lubricate an electric motor of an electric or hybrid vehicle. It is particularly effective in cooling the power electronics and / or the rotor and / or the stator of an electric motor. It also lubricates the bearings located between the rotor and the stator of an electric motor of an electric or hybrid vehicle.
  • a composition according to the invention makes it possible to ensure the lubrication of the transmission, when it is present, in particular the reduction gear, of an electric or hybrid vehicle. Also, a composition according to the invention advantageously makes it possible to effectively cool the battery present in an electric or hybrid vehicle.
  • composition according to the invention it is for example possible, by using a single composition according to the invention, to ensure both the cooling of the battery and the lubrication of the transmission, in particular the reduction gear, in a electric or hybrid vehicle.
  • the particular, advantageous or preferred characteristics of the composition according to the invention make it possible to define uses according to the invention which are also particular, advantageous or preferred.
  • compositions in terms of friction gain is measured using a cylinder head bench.
  • An engine cylinder head is driven by an electric generator to measure, by a torque sensor, the drive friction generated by the contact between the cam and the push rods.
  • Rotation speed increase cycles are carried out for each temperature according to the following protocol:
  • the values are calculated over the last 30 seconds of each soak, and are averages over the last 2 cycles of each temperature.
  • compositions in terms of friction gain are evaluated using two 4-ball tests according to the ASTM D2783 standard, adapted with the following parameters:
  • the extreme pressure measurement is carried out by rotating a stainless steel ball on three stainless steel balls also held stationary, the 4 balls being completely covered with a film of lubricant. A load is applied to the balls and gradually increased (from 10kg to 10kg) until the balls weld together. The balls are changed before each increase in load.
  • the extreme pressure power corresponds to the value of the load from which the 4 balls are welded, preventing the rotation of the upper ball on the 3 others.
  • the anti-wear properties of the lubricating compositions according to the invention were evaluated according to standard ASTM D2670, using a FALEX tribometer, under the following test conditions: specimens: FALEX steel; running-in time: 300 s; test duration: 180 min; break-in load: 445 N; test load: 1335 N; speed: 290 rpm; and ambient temperature.
  • aqueous lubricating composition (II) according to the invention and a comparative lubricating composition (C1) based on base oils of group II and of group III, were formulated by simple mixing, at room temperature, of the following components, in the mass percentages indicated in Table 1 below. The percentages are therefore expressed by mass relative to the total mass of the composition.
  • the friction torque induced by the aqueous lubricating composition according to the invention (II) is compared for each speed and each temperature with the torque induced by the comparative oily lubricating composition (Cl), in accordance with the measurement protocol defined above.
  • the aqueous lubricating composition II according to the invention exhibits torque values that are always lower than those obtained for the comparative lubricating composition Cl.
  • aqueous lubricating composition II exhibits a significant friction gain compared to the use of a lubricating composition comprising at least one hydrocarbon base fluid (comparative composition C1).
  • aqueous lubricating compositions according to the invention have properties in terms of Fuel Eco improved compared to the lubricating compositions based on oil.
  • Three lubricating compositions in accordance with the invention (12, 13 and 14) were formulated by simple mixing, at room temperature, of the following components, in the percentages by weight indicated in Table 2 below. The percentages are therefore expressed by mass relative to the total mass of the composition.
  • compositions II, 12, 13 and 14 according to the invention exhibit high load values, and therefore very good extreme pressure properties. Also, compositions II, 12, 13 and 14 according to the invention exhibit low wear values and therefore very good antiwear properties.

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Abstract

La présente demande concerne une composition lubrifiante aqueuse pour la lubrification d'un système de motorisation stationnaire ou mobile, comprenant au moins : de l'eau déionisée; au moins un polyalkylène glycol; au moins un composé antigel choisi parmi les glycols; et au moins un composé phosphoré. Elle concerne également l'utilisation d'une telle composition lubrifiante aqueuse, pour la lubrification et le refroidissement d'un système de motorisation stationnaire ou mobile.

Description

Description
Titre : COMPOSITION AQUEUSE POUR UA UUBRIFICATION DES SYSTEMES DE MOTORISATION
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des compositions lubrifiantes, notamment des compositions lubrifiantes pour la lubrification des systèmes mécaniques, tels que des roulements, des engrenages, des paliers ou des moteurs. En particulier, la présente invention concerne des compositions lubrifiantes à base aqueuse pour la lubrification d’un système de motorisation mobile ou stationnaire.
Technique antérieure
Les compositions lubrifiantes, dites encore « lubrifiants » sont couramment mises en œuvre dans des systèmes mécaniques, pour réduire les frottements entre les pièces et ainsi protéger les pièces contre G usure. Outre les phénomènes d’usure, les frottements peuvent s’opposer au mouvement relatif des pièces en contact et induire des pertes d’énergie préjudiciables à un fonctionnement optimal du système mécanique.
Les lubrifiants sont mis en œuvre pour de multiples applications, par exemple pour le travail des métaux, notamment pour les opérations de déformation de métaux, pour les turbines à gaz ou à vapeur dans les domaines de l’aéronautique, du naval, du transport ferroviaire et de la production d’électricité, pour des systèmes de propulsion des véhicules à moteur, par exemple pour la lubrification des roulements, des engrenages, d’un moteur, etc.
Par exemple, dans le domaine des lubrifiants pour moteurs ou transmissions de véhicules à moteurs, la formulation de lubrifiants représente un enjeu important dans la mesure où ils permettent d’agir sur la consommation de carburant, et par conséquent sur les émissions de dioxyde de carbone, via leur impact sur les forces de frottements générées entres les différents organes des véhicules à moteur.
Les lubrifiants les plus répandus sont des lubrifiants à base d’hydrocarbures. Ces lubrifiants hydrocarbonés sont classiquement composés d’une ou plusieurs huiles de base, auxquelles sont généralement associés des additifs dédiés à stimuler les performances lubrifiantes des huiles de base, comme par exemple des additifs modificateurs de frottement. D’autre part, la friction entre les pièces en mouvement génère de la chaleur, et il peut être nécessaire d’assurer conjointement un refroidissement des systèmes mécaniques. Ce refroidissement est typiquement assuré par un fluide de refroidissement, distinct du lubrifiant hydrocarboné, comme par exemple de l’air, un fluide aqueux, tel que l’eau ou encore par un mélange d’eau et d’un glycol.
De nos jours, le développement de nouveaux lubrifiants doit prendre en considération de nouvelles contraintes visant à s’affranchir de l’utilisation de solvants toxiques ou potentiellement toxiques, ou encore à réduire leur impact sur l’environnement et les émissions de dioxyde de carbone. A ce titre, les formulations à base d’eau présentent un intérêt croissant.
Si l’eau est excellent fluide de refroidissement, elle ne présente pas, en revanche, des propriétés tribologiques requises pour un lubrifiant, en particulier en termes de réduction du frottement et de protection des pièces contre l’usure.
Des compositions lubrifiantes à base d’eau, supplémentée par divers additifs, ont déjà été étudiées. Par exemple, le document US 2012/0149616 propose un lubrifiant aqueux comprenant, outre de l’eau, des polyalkylènes glycol hydrosolubles, des émulsifiants, des additifs antigels de type alkylène glycol ou glycérol, des additifs anticorrosion, des additifs anti-mousses et des additifs réducteurs de frottement.
Exposé de l’invention
La présente invention vise à proposer une nouvelle composition à base d’eau, présentant des propriétés tribologiques adaptées à sa mise en œuvre pour la lubrification de systèmes mécaniques.
Plus particulièrement, la présente invention concerne, selon un premier de ses aspects, une composition lubrifiante aqueuse pour la lubrification d’un système de motorisation stationnaire ou mobile, comprenant au moins :
- de l’eau déionisée ;
- au moins un polyalkylène glycol ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré. Par « composition aqueuse » au sens de la présente invention, on entend désigner une composition comprenant de l’eau à titre de fluide de base, autrement dit à titre de solvant majoritaire. En particulier, l’eau, de préférence déionisée, représente de préférence plus de 35 % massique de la masse totale de la composition lubrifiante.
Par « eau osmosée » au sens de la présente invention, on entend désigner une eau ayant subi une purification, notamment par un procédé d’osmose inverse, afin de réduire la teneur en composés organiques et/ou minéraux, par exemple à une teneur inférieure à 5,0 % en poids, de préférence inférieure à 1,0 % en poids. Dans la suite du texte, les expressions « eau déminéralisée » ou encore « eau ultrapure » seront considérées comme équivalentes ou synonymes de l’expression « eau osmosée ». En particulier, l’eau osmosée peut être une « eau déionisée », autrement dit une eau ayant subi une purification afin de réduire la teneur en ions, tels que les ions Ca2+ et HCO3 généralement présents dans l’eau. De préférence une eau déionisée ne comprend pas d’ions.
Dans la suite du texte, on désignera par « composition lubrifiante aqueuse » ou « lubrifiant aqueux », une composition lubrifiante selon l’invention, destinée à lubrifier les pièces en mouvement dans un système mécanique, et plus particulièrement destinée à lubrifier un système de motorisation mobile ou stationnaire.
Par « système de motorisation » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant toutes les pièces mécaniques nécessaires à l’application mobile ou stationnaire visée et incluant au moins un moteur. Il peut s’agir d’un système de motorisation à combustion, à gaz, notamment à hydrogène, à ammoniaque, électrique ou hybride, suivant la nature du ou des moteurs inclus dans le système de motorisation : moteur à combustion, à gaz, notamment à hydrogène, à ammoniaque et/ou électrique.
Un système de motorisation « mobile » est plus particulièrement un système de motorisation mis en œuvre dans des véhicules, incluant les véhicules légers, les véhicules poids-lourds, les machines mobiles dites « off road », ou encore les véhicules marins.
Un système de motorisation mobile correspond ainsi plus particulièrement au système de propulsion d’un véhicule.
Par « système de propulsion » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant les pièces mécaniques nécessaires à la propulsion d’un véhicule. Le système de propulsion englobe plus particulièrement un moteur, une transmission et éventuellement une batterie. La batterie est elle-même généralement constituée d’un ensemble d’accumulateurs électriques, appelés cellules.
Avantageusement, le système de motorisation mobile est un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride. Le système de propulsion englobe ainsi plus particulièrement un moteur électrique comprenant l’ensemble rotor-stator de l’électronique de puissance (dédié à la régulation de la vitesse), une transmission et une batterie.
Par « véhicule électrique » au sens de la présente invention, on entend désigner un véhicule comprenant un moteur électrique comme unique moyen de propulsion alors qu’un véhicule hybride comprend un moteur à combustion et un moteur électrique comme moyens de propulsion combinés.
Un système de motorisation « stationnaire » au sens de l’invention est un système de motorisation incluant un moteur stationnaire. Il peut trouver par exemple des applications dans des dispositifs de production d’énergie électrique. Il peut s’agir en particulier d’un système de motorisation à gaz, en particulier d’un moteur à gaz stationnaire.
Contre toute attente, les inventeurs ont découvert qu’il est possible, en supplémentant l’eau par l’association spécifique d’au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, d’au moins un composé phosphoré et d’au moins un polyalkylène glycol, d’accéder à une formulation aqueuse présentant d’excellentes propriétés tribologiques.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente ainsi des performances en termes de réduction des frottements entre les pièces en mouvement dans un système mécanique, équivalentes, voire même améliorées, comparativement à celles atteintes à l’aide d’un lubrifiant conventionnel à base d’huile(s) hydrocarbonée(s).
Les compositions aqueuses selon l’invention s’avèrent ainsi adaptées à une mise en œuvre en tant que lubrifiants, pour la lubrification de pièces en mouvement dans un système mécanique, plus précisément pour la lubrification d’un système de motorisation mobile ou stationnaire. Elles peuvent ainsi être employées dans tous les systèmes et pour toutes applications, en substitution des lubrifiants conventionnels hydrocarbonés. Des exemples d’application sont donnés dans la suite du texte.
Ainsi, la présente demande concerne, selon un autre de ses aspects, G utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour la lubrification des pièces en mouvement dans un système mécanique, plus précisément pour la lubrification d’un système de motorisation mobile ou stationnaire.
La présente demande concerne en particulier G utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour la lubrification d’un système de motorisation mobile, en particulier d’un système de propulsion de véhicule, et plus particulièrement d’un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride.
La présente demande concerne également G utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour réduire les frottements entre les pièces en mouvement dans un système mécanique, en particulier dans un système de motorisation mobile ou stationnaire, plus particulièrement dans un système de propulsion de véhicule, ainsi que G utilisation d’une composition aqueuse lubrifiante selon l’invention pour réduire l’usure des pièces dans un système mécanique, en particulier dans un système de motorisation mobile ou stationnaire, plus particulièrement dans un système de propulsion de véhicule. L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, un procédé de lubrification d’un système mécanique (ou de pièces dans un système mécanique), en particulier dans un système de motorisation mobile ou stationnaire, plus particulièrement dans un système de propulsion de véhicule, comprenant au moins une étape de mise en contact d’au moins une pièce dudit système mécanique avec une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention.
De manière avantageuse, une composition selon l’invention associe de bonnes propriétés de refroidissement liées à la présence de l’eau, et de bonnes propriétés tribologiques, en particulier de réduction des frottements et de résistance à l’usure. Ainsi, une composition aqueuse selon l’invention peut avantageusement assurer la double fonction de lubrification et de refroidissement.
Ainsi, la présente invention concerne également G utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour la lubrification et le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique, en particulier dans un système de motorisation mobile ou stationnaire, plus particulièrement dans un système de propulsion de véhicule.
La présente demande concerne en particulier G utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour la lubrification et le refroidissement d’un système de motorisation mobile, en particulier d’un système de propulsion de véhicule, et plus particulièrement d’un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride.
Il est ainsi possible de tirer profit d’une composition aqueuse selon l’invention pour s’affranchir de la mise en œuvre de deux fluides distincts, d’un côté un fluide de refroidissement, de l’autre, un fluide lubrifiant.
Également, une composition selon l’invention présente l’avantage d’être aisée à formuler. Elle présente, outre les propriétés conjointes de refroidissement et de lubrification, une bonne stabilité. De manière avantageuse, elle présente également de bonnes propriétés anticorrosion.
Selon une variante d’application, une composition lubrifiante aqueuse peut être mise en œuvre pour la lubrification d’un moteur ou de la transmission dans un véhicule à moteur. Ces utilisations comprennent la mise en contact d’au moins un élément du moteur ou de la transmission, en particulier de la boîte de vitesse ou du pont, avec une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet avantageusement d’agir efficacement sur la consommation de carburant via son impact sur les forces de frottements générées entre les différents organes de véhicules à moteur. En particulier, une composition lubrifiante aqueuse s’avère tout particulièrement avantageuse pour réduire les frottements dans les boîtes de vitesses, dans les différentiels de ponts et/ou dans la culasse.
En réduisant ainsi les frottements entre les pièces en mouvement au niveau du système de propulsion du véhicule, une composition lubrifiante selon l’invention permet non seulement de réduire l’usure, mais aussi de limiter les déperditions d’énergie responsables d’une surconsommation de carburant.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente ainsi avantageusement de bonnes propriétés en termes de réduction de la consommation de carburant des véhicules à moteur, dites encore propriétés de « Fuel Eco » et, de fait, participe à la réduction des émissions de CO2.
L’invention concerne ainsi, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire la consommation de carburant d’un moteur, en particulier d’un moteur de véhicule, lubrifié au moyen de cette composition. Elle concerne également G utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire la consommation de carburant d’un véhicule équipé d’une transmission, notamment d’un pont ou d’une boîte de vitesse, lubrifiée au moyen de cette composition.
D’autres caractéristiques, variantes et avantages d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description et des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Les expressions « compris entre ... et ... », « allant de ... à ... », « formé de ... à ... », et « variant de ... à ... », doivent se comprendre bornes incluses, sauf mention contraire.
Dans la description et les exemples, sauf indication contraire, les pourcentages sont des pourcentages pondéraux. Les pourcentages sont donc exprimés en masse par rapport à la masse totale de la composition. La température est exprimée en degré Celsius sauf indication contraire, et la pression est la pression atmosphérique, sauf indication contraire.
Brève description des dessins
La Ligure 1 représente les couples de frottement mesurés par un essai « banc de culasse » pour une composition conforme à l’invention (II) et une composition comparative (Cl), sur une plage de régime allant de 400 tr/min à 2000 tr/min.
Description détaillée COMPOSITION AQUEUSE
Comme évoqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, dit encore lubrifiant aqueux, est une formulation comprenant de l’eau, en particulier de l’eau déionisée, à titre de solvant majoritaire.
Au sens de l’invention, par « solvant majoritaire » on entend signifier que l’eau est présente en plus grande quantité que tout autre solvant éventuellement présent dans la composition. De préférence, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins 35 % massique d’eau, en particulier d’eau déionisée, de préférence entre 35 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 40 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de la composition. De manière avantageuse, outre son rôle de solvant, l’eau permet d’accéder à une composition lubrifiante présentant de bonnes propriétés de refroidissement, et pouvant être mise en œuvre comme fluide de refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique. Selon un mode de réalisation particulier, l’eau mise en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est de l’eau déionisée, dite encore eau déminéralisée. Une eau déionisée ne comprend pas d’ions, tels que les ions Ca2+ et HCO3 généralement présents dans l’eau, qui sont responsables de la conduction de l’électricité dans l’eau.
La mise en œuvre d’une eau déionisée est donc particulièrement avantageuse dans le cadre de l’utilisation du lubrifiant aqueux selon l’invention pour des applications requérant un fluide conduisant peu, voire pas du tout, l’électricité, comme par exemple pour la mise en œuvre du lubrifiant aqueux pour la lubrification et le refroidissement de systèmes mécaniques comprenant un circuit électrique, par exemple des moteurs électriques ou hybrides, en particulier dans des véhicules électriques ou hybrides.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention se différencie donc des lubrifiants classiquement mis en œuvre dans les systèmes mécaniques, qui comprennent une proportion majoritaire d’une ou plusieurs huiles de base non solubles dans l’eau.
Par « huile non soluble dans l’eau », on entend notamment une huile qui ne se dissout substantiellement pas dans l’eau à température ambiante (à environ 25 °C). En particulier, une huile non soluble dans l’eau présente une solubilité dans l’eau inférieure à 0,2 g/L, à température ambiante.
Il s’agit notamment des huiles de bases lubrifiantes appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) et leurs mélanges.
De préférence, une composition lubrifiante aqueuse selon la présente invention comprend moins de 5 % massique d’huile(s) de base non soluble(s) dans l’eau, de préférence moins de 2 % massique, plus préférentiellement moins de 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est totalement exempte d’huile non soluble dans l'eau. PPLY ALKYLENE GLYCOL
Comme indiqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un polyalkylène glycol.
Les polyalkylène glycols (notés « PAG ») sont choisis parmi les polyalkylène glycols solubles dans l’eau.
Par « soluble dans l’eau » on entend désigner un polyalkylène glycol ayant une solubilité dans l’eau d’au moins 10 g/L, de préférence d’au moins 500 g/L, dans l’eau à température ambiante (environ 25 °C).
Les polyalkylène glycols peuvent être plus particulièrement formés d’unités oxyde d’alkylène en C1-C4, de préférence en C1-C3, plus particulièrement en C2-C3. Avantageusement, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins 50 % massique, en particulier au moins 80 % massique, plus préférentiellement au moins 90 % massique d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’éthylène. Il peut s’agir d’un copolymère, en particulier statistique, oxyde d’éthylène / oxyde de propylène.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une masse molaire moyenne massique (Mn) comprise entre 1000 et 20000 g. mol 1, de préférence entre 5 000 et 15 000 g. mol 1.
La masse molaire moyenne en nombre peut être mesurée par chromatographie à perméation de gel (GPC).
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445, comprise entre 100 et 5 000 mm2/s, en particulier entre 150 et 3 000 mm2/s, et plus particulièrement entre 500 et 3 000 mm2/s.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une viscosité cinématique mesurée à 40 °C (KV40), selon la norme ASTM D445, comprise entre 500 et 30000 mm2/s, plus particulièrement entre 1 000 et 25 000 mm2/s, voire entre 5 000 et 25 000 mm2/s.
Le point éclair d’un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est de préférence supérieur ou égale à 160 °C, en particulier supérieur ou égale à 220 °C. Le point éclair peut être mesuré par la norme ISO 2592 ou ASTM D92. De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente un indice de viscosité mesuré selon la norme ASTM D2270, compris entre 100 et 800, de préférence entre 250 et 550.
En particulier, le ou lesdits composés polyalkylène glycol peuvent être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention en une teneur d’au moins 5,0 % massique, de préférence comprise entre 5,0 % et 50 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 40 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
COMPOSE ANTIGEL
Comme indiqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges.
Ces composés sont connus pour leur action antigel, autrement dit pour réduire la température de congélation de la composition.
Les glycols sont des diols dans lesquels les deux groupes hydroxyle sont portés par des atomes différents de carbone, de préférence par des atomes de carbone vicinaux.
De préférence, les glycols sont des alkylène glycols, en particulier ayant de 2 à 10 atomes de carbone, en particulier de 2 à 6 atomes de carbones. A titre d’exemples, peuvent être cités le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol et le propylène glycol.
Le composé antigel peut encore être choisi parmi le glycérol, le diglycérol, le triglycérol et leurs mélanges.
De préférence le composé antigel mis en œuvre selon l’invention est choisi parmi le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges. De préférence, le composé antigel est le monoéthylène glycol.
En particulier, le ou lesdits composés antigel peuvent être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention en une teneur d’au moins 5,0 % massique, de préférence comprise entre 5,0 % et 35 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 35 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale la composition. COMPOSE PHOSPHORE
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un composé phosphoré, c’est-à-dire un composé comprenant au moins un atome de phosphore. De préférence, les composés phosphorés considérés selon l’invention n’apportent pas de soufre. Le ou lesdits composés phosphorés sont avantageusement mis en œuvre sous une forme soluble ou émulsionnable dans l’eau, en particulier sous la forme de sels ioniques.
En particulier, le composé phosphoré peut être choisi parmi les phosphates d’amine ; les phosphates tels que les esters de phosphate, en particulier les phosphates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle ; les polyphosphates ; les phosphonates tels que les esters de phosphonates, en particulier les phosphonates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle ; les polyphosphonates ; les carbamyl-phosphates ; les phosphinates ; et leurs mélanges.
Le ou les composés phosphorés sont de préférence présents dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention sous la forme de sels, en particulier sous la forme d’ions phosphate, phosphonate ou phosphinate neutralisés par un contre-ion approprié.
Les sels peuvent être des sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux, d’ammonium, d’alcanolamines, en particulier en C2-C8, ou d’alcaneamines, en particulier en C2-C8, de phosphate, de phosphonate ou de phosphinate.
Des exemples de composés convenant tout particulièrement à l’invention sont les esters de phosphate, les esters de phosphonate et leurs sels, de préférence les esters de phosphate et leurs sels.
Les esters de phosphate, dits encore esters d’acide phosphorique, peuvent être obtenus par réaction d’au moins un alcool, linéaire ou ramifié, éthoxylé ou non, de préférence d’au moins un alcool comportant entre 1 et 18 atomes de carbone, en particulier entre 1 et 14 atomes de carbone, notamment entre 1 et 12 atomes de carbone, plus préférentiellement entre 2 et 8 atomes de carbone, sur du pentoxyde de phosphore de formule P2O5 ou sur l’acide phosphorique.
De préférence, le composé phosphoré mis en œuvre dans une composition aqueuse selon l’invention est choisi parmi les esters de phosphate, en particulier les phosphates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle, en particulier les phosphates d’aryle, plus particulièrement les phosphates d’aryle éthoxylé. Un tel composé peut notamment être choisi parmi l’ester de phosphate d’alcool tridécylique éthoxylé, le phosphate de tristyrylphénol éthoxylé, et leurs mélanges.
Les esters de phosphate peuvent être mis en œuvre sous forme acide ou neutralisée, en particulier à l’aide d’un additif régulateur de pH, en particulier choisi parmi les éthanolamines, telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA) ; la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA) les isopropanolamines, telles que la mono- isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA) et la triisopropanolamine (TIPA), les éthylène amines, telles que l’éthylène diamine (EDA), la diéthylène triamine (DETA), la triéthylène tétramine (TETA) et la tétraéthylène pentamine (TEPA), les alcanolamines, telle que la méthyldiéthanol amine (MDEA), les cyclamines, tels que la cyclohexylamine, le 2- amino-2-éthyle-l,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-l-propanol et leurs mélanges.
Avantageusement, le composé phosphoré mis en œuvre dans une composition aqueuse selon l’invention est choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en Ci-Cs.
Un tel composé peut notamment être choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges.
Certain de ces composés phosphorés ont déjà été proposés à titre d’agents antistatiques dans des fluides hydrauliques. Néanmoins, à la connaissance des inventeurs, de tels composés n’ont jamais été mis en œuvre dans des compositions lubrifiantes aqueuses.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre moins de 5,0 % massique de composé(s) phosphoré(s) tel(s) que défini(s) ci-dessus, en particulier sous la forme de sel(s), notamment de sel(s) d’esters de phosphate, de préférence de 0,1 % à 5,0 % massique, plus préférentiellement de 0,5 % à 3,0 % massique, par rapport à la masse totale de composition.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre une teneur en phosphore allant de 0,016 % à 0,40 % massique, en particulier de 0,04 % à 0,24 % massique et plus particulièrement de 0,08 % à 0,16 % massique. De manière avantageuse, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre une teneur en phosphore allant de 0,010 à 0,40 % massique, en particulier de 0,014 à 0,16 % massique et plus particulièrement de 0,04 % à 0,10 % massique.
La teneur en phosphore peut être mesurée par ICP (pour « Inductively Coupled Plasma » en langue Anglaise).
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend :
- de l’eau, de préférence de l’eau déionisée ;
- au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les esters de phosphate ou leurs sels, en particulier parmi :
- les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en Ci-Cs, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium ;
- les phosphates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle éthoxylés, par exemple choisis parmi l’ester de phosphate d'alcool tridécylique éthoxylé, le phosphate de tristyrylphénol éthoxylé ; et
- leurs mélanges.
ADDITIFS
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre en outre divers additifs.
Il est entendu que le ou lesdits additifs sont compatibles avec leur mise en œuvre en milieu aqueux. Avantageusement, les additifs sont mis en œuvre sous une forme soluble ou émulsionnable dans l’eau, par exemple sous la forme de sels ou de liquides ioniques.
Le ou lesdits additifs sont bien entendu choisis au regard de l’application visée pour le lubrifiant aqueux. Bien entendu, l’homme du métier veillera à choisir les éventuels additifs et/ou leur quantité de telle manière que les propriétés avantageuses de la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, en particulier les propriétés tribologiques, notamment de réduction des frottement et protection des pièces contre l’usure, et de refroidissement, ne soient pas altérées par l’adjonction envisagée.
De tels additifs peuvent être plus particulièrement choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, des agents émulsifiants, et leurs mélanges.
Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre plus particulièrement de 0,1 à 10 % massique d’additifs, en particulier de 1,0 à 8,0 % massique d’additifs, par rapport à la masse totale de la composition.
Inhibiteur de corrosion
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent inhibiteur de corrosion. Les inhibiteurs de corrosion permettent avantageusement de réduire voire d’empêcher la corrosion des pièces métalliques. La nature du ou desdits inhibiteurs de corrosion peut être choisie au regard du métal à protéger contre la corrosion, tel que l’aluminium, l’acier, l’acier galvanisé, les métaux jaunes, par exemple le cuivre ou le laiton. Parmi les inhibiteurs de corrosion inorganiques peuvent être cités les nitrites, les sulfites, les silicates, les borates, les phosphates de sodium, potassium, calcium ou magnésium, les phosphates de métaux alcalins, les hydroxydes, les molybdates, les sulfates de zinc, de magnésium ou de nickel.
Parmi les inhibiteurs de corrosion organiques peuvent être cités les alcanolamines, telle que la triéthanolamine, les acides aliphatiques monocarboxyliques, en particulier ayant de 4 à 15 atomes de carbone, par exemple l’acide octanoïque, les acides aliphatiques dicarboxyliques ayant de 4 à 15 atomes de carbone, par exemple l’acide décane dioïque, l’acide undécane dioïque, l’acide dodécane dioïque ou leurs mélanges, les acides polycarboxyliques éventuellement neutralisés par la triéthanolamine, tel que l’acide l,3,5-triazine-2,4,6-tri-(6- aminocaproïque), les acides alcanoylamidocarboxyliques, en particulier l’acide isononanoylamidocaproïque, et leurs mélanges. Les amides boratés, produits de la réaction d’amines ou d’amino-alcools avec de l’acide borique, peuvent également être utilisés.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 0,1 % à 5 % massique d’inhibiteur(s) de corrosion, de préférence de 0,5 % à 4 % massique, plus préférentiellement de 1 % à 2,5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Additif anti-usure/extrême-pression
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif anti-usure et/ou extrême-pression. Leur fonction est de réduire l’usure et le coefficient de friction, ou encore d’empêcher le contact métal-métal par formation d’un film protecteur adsorbé sur ces surfaces.
11 existe une grande variété d’additifs anti-usure, parmi lesquels peuvent être cités ceux choisis parmi les additifs phosphosoufrés comme les alkylthiophosphates métalliques ou leurs sels.
Des additifs n’apportant pas de phosphore peuvent également convenir, tels que, par exemple, les polysulfures, notamment les oléfines soufrées.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un additif extrême-pression choisi parmi les acides gras soufrés, et les dimercaptothiadiazoles, de préférence mis en œuvre sous leur forme neutralisée, émulsionnable ou soluble dans l’eau. Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un additif extrême-pression de type acide gras soufré, de préférence sous une forme neutralisée, en particulier par des agents alcalinisant inorganiques ou alcanolamines.
Les acides gras soufrés peuvent comprendre de 8 à 22 atomes de carbone, de préférence de
12 à 18 atomes de carbone.
La quantité de soufre selon la norme ASTM D2622 apportée par le ou lesdits acides gras soufrés peut être comprise entre 5 % et 30 % massique, en particulier entre 10 % et 20 % massique. De préférence, la quantité de soufre actif à 150°C selon la norme ASTM D 1662 apportée par le ou lesdits acides gras soufrés dans la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est supérieure ou égale à 2 % massique, en particulier compris entre 5 et 10 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
On entend par « soufre actif » au sens de la présente invention, le soufre qu’un composé chimique est capable de céder ou de libérer lorsqu’on place ce composé dans les conditions de la norme ASTM D1662. La norme ASTM D-1662 définit un taux de soufre actif d’un composé à une température donnée comme une différence exprimée en pourcentage pondéral de teneur en soufre avant et après réaction d’un échantillon de ce composés soufré avec une quantité donnée de cuivre pendant un temps fixe.
La quantité de soufre actif à 150°C (norme ASTM DI 662) dans la composition lubrifiante aqueuse de l’invention peut influer sur ses performances en extrême-pression. Cette quantité de soufre actif à 150°C (ASTM DI 662) dans la composition lubrifiante ne doit pas être trop basse, sinon on ne peut obtenir un comportement extrême -pression satisfaisant. Elle ne doit pas être trop élevée, pour éviter un risque de corrosion, notamment vis-à-vis des métaux et alliages métalliques, notamment vis-à-vis du cuivre.
Comme évoqué précédemment, le ou lesdits acides gras soufrés sont de préférence mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention sous leur forme neutralisée par un agent alcalinisant, tel que l’hydroxyde sodium, l’hydroxyde de potassium, ou une alcanolamine, telles que la monoéthanolamine, la triéthanolamine, la monoisopropanolamine, la diisopropanolamine et la triisopropanolamine.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre entre 0,01 % et 10 % massique d’additif(s) anti-usure et/ou extrême-pression, en particulier d’acide(s) gras soufré(s), tels que définis ci-dessus, de préférence entre 0,2% et 5% massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Anti-mousse
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif anti-mousse. Les antimousses permettent d’empêcher le moussage du fluide lubrifiant.
Il peut s’agir par exemple d’un agent anti-mousse à base de polysiloxanes ou de polymères acrylates. De préférence, l’agent anti-mousse est choisi parmi les siloxanes tri dimensionnelles. Également, les agents anti-mousses peuvent être des polymères polaires tels que les polyméthylsiloxanes ou les polyacrylates.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,001 % à 3,0 % massique d’additif(s) anti-mousse, de préférence de 0,005 % à 1,5 % massique, plus préférentiellement de 0,01 % à 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Régulateur de pH
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif régulateur de pH, en particulier un tampon alcalin. Le régulateur de pH permet de maintenir le pH souhaité de la composition lubrifiante, en particulier afin de préserver un pH alcalin, avantageusement compris entre 8 et 11, de manière notamment à prévenir une corrosion des surfaces métalliques.
Le régulateur de pH peut être choisi dans la famille des amines, en particulier des alcanolamines et des alcools aminés.
Il peut s’agir notamment d’un additif régulateur de pH choisi parmi les éthanolamines, telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA) ; la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA) les isopropanolamines, telles que la mono-isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA) et la triisopropanolamine (TIPA), les éthylène amines, telles que l’éthylène diamine (EDA), la diéthylène triamine (DETA), la triéthylène tétramine (TETA) et la tétraéthylène pentamine (TEPA), les alcanolamines, telle que la méthyldiéthanol amine (MDEA), les cyclamines, tels que la cyclohexylamine, le 2-amino- 2-éthyle-l,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-l-propanol et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 0,1 % à 10 % massique d’additif(s) régulateur(s) de pH, de préférence de 0,5 % à 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Agents passivant les métaux
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent passivant les métaux. Les agents passivant les métaux permettent de protéger les pièces métalliques en favorisant la formation d’oxyde métallique à leur surface. Les agents passivant les métaux peuvent être par exemple choisis parmi des dérivés du triazole, tels que le tétrahydrobenzotriazole (THBTZ), le tolyltryazole (TTZ), le benzotriazole (BTZ), les amines substituées par un groupe triazole, tels que la N,N-bis(2- éthylhexyl)-l,2,4-triazol-l-yl méthanamine, la N'-bis(2 éthylhexyl)-4-méthyl-lH- benzotriazol-l-méthyl-amine, la N,N-bis(heptyl)-ar-methyl-lH-benzotriazole-l- méthanamine, N,N-bis(nonyl)-ar-methyl-lH-benzotriazole-l-méthanamine, N,N- bis(décyl)-ar-méthyl- IH-benzo triazole- 1 -méthanamine, N,N-bis(undécyl)-ar-méthyl- 1H- benzotriazole-1 -méthanamine, N,N-bis(dodécyl)-ar-méthyl-lH-benzotriazole-l- méthanamine, N,N-bis(2-éthylhexyl)-ar-méthyl-lH-benzotriazole-l-méthanamine, les
1.2.4-triazoles, les benzimidazoles, les 2-alkyldithiobenzimidazoles, les 2- alkyldithiobenzothiazoles, les 2-(N, N-dialkyldithiocarbamoyl)benzothiazoles, les 2,5- bis(alkyldithio)-l,3,4-thiadiazoles, tels que le 2,5-bis(tert-octyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le
2.5-bis(tert-nonyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-decyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le
2.5-bis(tert-undecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-dodecyldithio)-l,3,4- thiadiazole, le 2,5-bis(tert-tridecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-tetradecyldithio)-
1.3.4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-pentadecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert- hexadecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-heptadecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le
2.5-bis(tert-octadecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-nonadecyldithio)-l,3,4- thiadiazole, le 2,5-bis(tert-eicosyldithio)-l,3,4-thiadiazole, les 2,5-bis(N,N- dialkyldithiocarbamoyl)-l,3,4-thiadiazoles, les 2-alkyldithio-5-mercaptothiadiazoles, et leurs mélanges.
De préférence les agents passivant les métaux sont choisis parmi le tétrahydrobenzotriazole (THBTZ), le tolyltriazole (TTZ), le benzotriazole (BTZ), et leurs sels, pris seuls ou en mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon Tinvention peut notamment comprendre de 0,01 % à 2,0 % massique d’agent(s) passivant les métaux, de préférence de 0,1 % à 1,0 % massique, plus préférentiellement de 0,2 % à 0,8 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Colorants
Une composition lubrifiante aqueuse selon Tinvention peut comprendre un ou plusieurs colorants. Les colorants peuvent être naturels ou synthétiques, généralement organiques. Les colorants pouvant être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse peuvent être plus particulièrement choisis parmi des colorants hydrosolubles naturels ou synthétiques, par exemple les colorants FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33, DC Orange 4, DC Yellow 5, DC Yellow 6, DC Yellow 8, FDC Green 3, DC Green 5, FDC Blue 1, la bétanine (betterave), le carmin, une chlorophylline, le bleu de méthylène, les anthocyanes (enocianine, carotte noire et hibiscus), le caramel et la riboflavine.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre entre 0,01 % et 2,0 % massique de colorant(s), de préférence entre 0,01 % et 1,5 % massique, plus préférentiellement entre 0,02 % et 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Agents émulsifiants
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs agents émulsifiants, également appelés émulgateurs. Leur fonction est de générer des émulsions stables dans l’eau.
Les agents émulsifiants peuvent être plus particulièrement non ioniques, comme par exemple des alcools gras éthoxylés, des acides gras éthoxylés, des amides gras éthoxylés ; anioniques, par exemple des savons de KOH, de NaOH ; des sulphonates ; cationiques, tels que des composés ammonium quaternaire ; ou encore des esters d’acide carboxylique solubles ou émulsionnables dans l’eau.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,01 % à 10 % massique d’agent(s) émulsifiant, de préférence de 0,1 % à 5,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Agents séquestrant
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent séquestrant. Les agents séquestrant, encore appelés agents chélatant, permettent de limiter l’incrustation d’ion métalliques dans la composition.
A titre d’exemples d’agents séquestrant, on peut citer ceux dérivés d’acides phosphoniques et des phosphonates, tels que l’acide diéthylènetriaminepentaméthyle phosphonique (DTPMPA), l’acide amino tri(méthylène phosphonique) (ATMP), l’acide hydroxyéthane- diphosphonique (HEDP), le 1,1 -diphosphonate de 1-hydroxyléthylidène, l’acide de 2- hydroxyéthy lamine di(méthylène phosphonique) (HEAMBP), l’acide diéthylène triamino penta(méthylène phosphonique) (DTMP), les acides organiques multifonctionnels et les acide hydroxylés, tels que l’acide éthylène diamine tétra- acétique (EDTA), l’acide pteroyl- L-glutamique (PGLU), les polyacides organiques, tels que l’acide maléique et l’acide polyaspartique, les polysaccharides et les carbohydrates, tels que l’inuline, la carboxyméthylinuline et le carboxyméthylchitosane.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,001% à 2,0 % massique d’agent(s) séquestrant, de préférence de 0,01 % à 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Biocides et fongicides
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent biocide et/ou fongicide. Les biocides et fongicides peuvent être utilisés pour améliorer la stabilité biologique de la composition en limitant la prolifération des bactéries, champignons et levures dans le fluide lubrifiant.
De tels biocides peuvent être choisis parmi les parabènes, les aldéhydes, les composés acétylacétone réactifs, les isothiazolinones, les composés phénoliques, les sels d’acides, les composés halogénés, les ammoniums quaternaires, certains alcools et leurs mélanges.
De préférence, les biocides peuvent être choisis parmi les benzisothiazolinones (BIT) éventuellement substituées, telle que la N-butyl-l,2-benzisothiazolin-3-one, les méthylisothiazolinones (MIT), les mélanges de méthylisothiazolinone et de chlorométhylisothiazolinone (MIT/CMIT), l’orthophényl-phénol (OPP) ou son sel de sodium, le 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate (IPBC), le chloro-crésol et la N,N-méthylène- bis-morpholine (MBM) ; l’acide sorbique ; de préférence parmi l’orthophényl-phénol (OPP) ou son sel sodium, le 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate, le chloro-cresol, les benzisothiazolinones et la N,N-méthylène-isomorpholine.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre entre 0,01 % et 10 % massique de biocide(s) et/ou fongicide(s), de préférence entre 0,5 % et 5,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition. Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend :
- au moins 35 % massique d’eau, de préférence d’eau déionisée ;
- de 5,0 % à 50 % massique d’au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- de 5,0 % à 35 % d’au moins un composé antigel, choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les esters de phosphate et leurs sels, en particulier parmi :
- les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en Ci-Cs, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium ;
- les phosphates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle éthoxylés, par exemple choisis parmi l’ester de phosphate d’alcool tridécylique éthoxylé, le phosphate de tristyrylphénol éthoxylé ; et
- leurs mélanges ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême -pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, des agents émulsifiants, des agents séquestrant, et leurs mélanges, les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut consister en :
- de 5,0 % à 50 % massique d’au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- de 5,0 % à 35 % d’au moins un composé antigel, choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les esters de phosphate et leurs sels, en particulier parmi : - les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en Ci-Cs, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium ;
- les phosphates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle éthoxylés, par exemple choisis parmi l’ester de phosphate d'alcool tridécylique éthoxylé, le phosphate de tristyrylphénol éthoxylé ; et
- leurs mélanges ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême -pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, des agents émulsifiants, des agents séquestrant, et leurs mélanges, les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante ; le reste étant constitué d’eau, de préférence d’eau déionisée.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention présente une viscosité cinématique, mesurée à 40 °C (KV40), selon la norme ASTM D445 (ISO 3104) comprise entre 10 et 1000 mm2/s, en particulier entre 20 et 300 mm2/s et plus particulièrement entre 25 et 80 mm2/s.
La viscosité cinématique, mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445 (ISO 3104), d’une composition lubrifiante selon l’invention peut être avantageusement comprise entre 3 et 50 mm2/s, en particulier entre 4 et 25 mm2/s et plus particulièrement entre 5 et 10 mm2/s.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention présente une viscosité cinématique, mesurée à -10 °C (KV-10), selon la norme ASTM D445 (ISO 3104) comprise entre 200 et 600 mm2/s, en particulier entre 250 et 500 mm2/s et plus particulièrement entre 275 et 400 mm2/s.
APPLICATION
Comme mentionné précédemment, une composition lubrifiante aqueuse formulée selon l’invention, en particulier telle que décrite précédemment, présente d’excellentes propriétés tribologiques, notamment en termes de réduction des frottements et de résistance à l’usure, ce qui la rend particulièrement bien adaptée à une mise en œuvre comme fluide lubrifiant. Les compositions lubrifiantes aqueuses peuvent trouver diverses applications. D’une manière générale, elles peuvent être mises en œuvre comme fluide lubrifiant pour les systèmes et les applications, en substitution des lubrifiants conventionnels hydrocarbonés. Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut ainsi être mise en œuvre pour la lubrification d’engrenages, de roulements, de paliers, tels que des paliers à roulement ou à glissement ou encore de moteurs.
A titre d’exemple, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut être mise en œuvre pour lubrifier des systèmes de motorisation mobiles, en particulier pour la lubrification des différents organes de véhicules à moteur, notamment de la transmission ou d’un moteur, notamment la culasse d’un moteur à combustion interne, par exemple d’un moteur de véhicule. Elle permet avantageusement de réduire les frottements entre les pièces d’un système de propulsion d’un véhicule, tels que la transmission et le moteur.
Comme évoqué précédemment, une composition lubrifiante selon l’invention présente d’excellentes propriétés en termes de réductions de la consommation de carburant (propriétés « Fuel Eco »).
Un moteur à combustion interne est généralement divisé en une partie dénommée « haut- moteur » constituée par au moins une culasse assemblée sur le « bas-moteur ». Une culasse est une pièce assurant la fermeture haute du ou des cylindres d’un moteur. Elle assure la distribution des gaz d’admission dans la chambre de combustion, par l’intermédiaire du conduit d’admission et de soupapes d’admission, et le refoulement des gaz de combustion, par l’intermédiaire d’un conduit d’échappement et de soupapes d’échappement. Comme illustré dans les exemples, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet de réduire significativement les frottements dans une culasse de moteur de véhicule.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut encore être mise en œuvre pour la lubrification des organes de transmission de véhicules à moteur, notamment de transmission pour véhicules légers ou lourds, par exemple boîtes de vitesse et/ou ponts.
Dans une autre variante d’application, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut être mise en œuvre pour le travail des métaux, par exemple pour la transformation des métaux, par exemple l’aluminium, l’acier, l’acier galvanisé, les métaux jaunes.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention, formée majoritairement d’eau, présente peu d’impact toxicologique notamment pour les personnes mettant en œuvre ce lubrifiant. De façon avantageuse, quand bien même l’eau est le solvant majoritaire d’un lubrifiant aqueux selon l’invention, la surface traitée est correctement lubrifiée.
De plus, la présence d’une proportion importante en eau permet de faciliter le nettoyage de la surface à traiter, notamment par simple passage ou rinçage à l’eau.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut encore trouver une application intéressante pour la lubrification d’un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride, et plus particulièrement du moteur, de l’électronique de puissance, de la transmission et/ou de la batterie.
Une composition aqueuse selon l’invention peut ainsi être mise en œuvre à la fois comme fluide de refroidissement et comme lubrifiant, par exemple dans un système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride. De manière avantageuse, une composition selon l’invention permet d’accéder conjointement à de bonnes propriétés en termes de refroidissement et de lubrification des pièces du système de propulsion d’un véhicule électrique ou hybride.
Plus particulièrement, une composition selon l’invention permet de refroidir et lubrifier un moteur électrique d’un véhicule électrique ou hybride. Elle s’avère notamment efficace pour refroidir l’électronique de puissance et/ou le rotor et/ou le stator d’un moteur électrique. Elle assure également la lubrification des roulements situés entre le rotor et le stator d’un moteur électrique d’un véhicule électrique ou hybride.
Avantageusement, une composition selon l’invention permet d’assurer la lubrification de la transmission, lorsqu’elle est présente, en particulier le réducteur, d’un véhicule électrique ou hybride. Également, une composition selon l’invention permet avantageusement de refroidir efficacement la batterie présente dans un véhicule électrique ou hybride.
Ainsi, de manière avantageuse, il est par exemple possible, en mettant en œuvre, une unique composition selon l’invention, d’assurer à la fois le refroidissement de la batterie et la lubrification de la transmission, en particulier le réducteur, dans un véhicule électrique ou hybride. Selon l’invention, les caractéristiques particulières, avantageuses ou préférées de la composition selon l’invention, permettent de définir des utilisations selon l’invention qui sont également particulières, avantageuses ou préférées.
L’invention va maintenant être décrite au moyen des exemples suivants donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Exemple
Mesure du frottement
Les performances des compositions en termes de gain de frottement sont mesurées à l’aide d’un banc de culasse.
Une culasse de moteur est entraînée par un générateur électrique afin de mesurer, par un capteur de couple, le frottement d’entraînement généré par le contact entre la came et les poussoirs.
Les essais sont réalisés à une pression fixée entre 2,5 et 3,5 bars (et à deux températures différentes :
- une température comprise entre 32 °C et 40 °C, dite « basse température » ; et
- une température comprise entre 58 °C et 62 °C, dite « haute température ».
Des cycles de montée en vitesse de rotation sont réalisés pour chaque température selon le protocole suivant :
- Rinçage du banc de culasse avec une huile de rinçage comprenant des additifs détergent, suivi d’un rinçage avec une composition lubrifiante de référence ;
- Une fois la première température de consigne atteinte, régler la pression en entrée culasse ;
- Lorsque la température de consigne est atteinte, lancer le programme de pilotage ;
- Succession de paliers d’environ 60 secondes de 500 t/min à 2000 t/min en augmentant progressivement de 50 t/min à chaque palier, (soit 30 paliers de 60 secondes - le passage entre chaque palier dure environ 2 secondes) ;
- Un palier de 60 secondes à 2000 t/min ;
- Succession de paliers d’environ 60 secondes de 2000 t/min à 500 t/min en diminuant progressivement de 50 t/min à chaque palier, (soit à nouveau 30 paliers de 60 secondes - le passage entre chaque palier dure environ 2 secondes) ; - Répéter la procédure pour la température suivante en ajustant la température de consigne à la température souhaitée.
Pour chaque température et chaque palier de vitesse, la moyenne du Couple de frottement, la température d’huile en entrée de culasse et l’écart-type sur les mesures de couple sont relevés.
Les valeurs sont calculées sur les 30 dernières secondes de chaque palier, et sont des moyennes sur les 2 derniers cycles de chaque température.
A la fin de l’essai : arrêter le moteur électrique, puis arrêter complètement le banc.
Mesure des propriétés Extrême-Pression
Les performances des compositions en termes de gain de frottement sont évaluées à l’aide de deux tests 4 billes selon la norme ASTM D2783, adaptés avec les paramètres suivants :
- vitesse proche de 1500 tours/minute,
- température ambiante, soit environ 20°C,
- durée de charge de 1 minute pour la mesure de charge de Soudure ou de 10 secondes pour la mesure de la dernière charge avant grippage,
- pression initiale de contact d’environ 3,5 GPa.
La mesure d’extrême-pression est réalisée par rotation d’une bille en acier inoxydable sur trois billes également en acier inoxydable maintenues immobiles, les 4 billes étant entièrement recouvertes d’un film de lubrifiant. Une charge est appliquée sur les billes et augmentée graduellement (de 10kg en 10kg) jusqu’à ce que les billes se soudent entre elles. Les billes sont changées avant chaque augmentation de la charge.
Le pouvoir extrême -pression correspond à la valeur de la charge à partir de laquelle les 4 billes se soudent, empêchant la rotation de la bille supérieure sur les 3 autres. Plus la charge est importante, plus le pouvoir extrême-pression est élevé.
Mesure des propriétés anti-usure
Les propriétés anti-usure des compositions lubrifiantes selon l’invention ont été évaluées selon la norme ASTM D2670, à l’aide d’un tribomètre FALEX, dans les conditions d’essai suivantes : éprouvettes : acier FALEX ; durée de rodage : 300 s ; durée d’essai : 180 min ; charge de rodage : 445 N ; charge d’essai : 1335 N ; vitesse : 290 tr/min ; et température ambiante.
EXEMPLE 1 Préparation de compositions lubrifiantes selon l’invention et comparative
Une composition lubrifiante aqueuse (II) selon l’invention, et une composition lubrifiante comparative (Cl) à base d’huiles de base du groupe II et du groupe III, ont été formulées par simple mélange, à température ambiante, des composants suivants, dans les pourcentages massiques indiqués dans le tableau 1 suivant. Les pourcentages sont donc exprimés en masse par rapport à la masse totale de la composition.
( 1 1 Teneur en Phosphore [%] du composé phosphoré
TABLEAU 1 EXEMPLE 2
Caractérisation des compositions selon l’invention et comparatives en termes de gain de frottement
Le couple de frottement induit par la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention (II) est comparé pour chaque régime et chaque température au couple induit par la composition lubrifiante huileuse comparative (Cl), conformément au protocole de mesure défini ci- dessus.
Les résultats sont résumés dans la Figure 1, et indiquent les couples de frottement pour chaque composition à une température donnée sur une plage de régime allant de 400 tr/min à 1800 tr/min. Plus le couple mesuré est faible, plus cela signifie que le gain de frottement est important.
La composition lubrifiante aqueuse II selon l’invention présente des valeurs de couple toujours inférieures à celles obtenues pour la composition lubrifiante comparative Cl.
Ceci démontre que la composition lubrifiante aqueuse II selon l’invention présente un gain de frottement important comparativement à la mise en œuvre d’une composition lubrifiante comprenant au moins un fluide de base hydrocarboné (composition comparative Cl).
En outre, plus les gains en friction sont importants, plus l’économie de carburant ou Fuel- Eco est importante. Ceci implique donc que les compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention présentent des propriétés en termes de Fuel Eco améliorées comparativement aux compositions lubrifiantes à base d’huile.
EXEMPLE 3
Préparation de compositions lubrifiantes conformes à l’invention
Trois compositions lubrifiantes conformes à l’invention (12, 13 et 14) ont été formulées par simple mélange, à température ambiante, des composants suivants, dans les pourcentages massiques indiqués dans le tableau 2 suivant. Les pourcentages sont donc exprimés en masse par rapport à la masse totale de la composition.
( 1 1 Teneur en Phosphore [%] du composé phosphoré
TABLEAU 2
EXEMPLE 4 Caractérisation des compositions selon l’invention et comparatives en termes de propriétés extrême-pression et anti-usure
Les propriétés extrême-pression et anti-usure des compositions lubrifiantes selon l’invention conformément aux protocoles de mesure définis ci-dessus.
Les résultats sont compilés dans le tableau 3 ci-dessous, et indiquent les valeurs de charge à la soudure , la dernière charge avant grippage et l’usure exprimée en pm. Plus la valeur de charge est élevée, meilleures sont les propriétés extrême -pression. Plus la valeur d’usure est faible, meilleures sont les propriétés anti-usure.
TABLEAU 3
Les compositions II, 12, 13 et 14 selon l’invention présentent des valeurs de charge élevées, et donc de très bonnes propriétés extrême -pression. Également, les compositions II, 12, 13 et 14 selon l’invention présentent des valeurs d’usure faibles et donc de très bonnes propriétés anti-usure.

Claims

Revendications
1. Composition lubrifiante aqueuse pour la lubrification d’un système de motorisation stationnaire ou mobile, comprenant au moins :
- de l’eau déionisée ;
- au moins un polyalkylène glycol ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré.
2. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1, comprenant au moins 35 % massique d’eau, en particulier d’eau déionisée, de préférence entre 35 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 40 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
3. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit polyalkylène glycol comprend au moins 50 % massique, en particulier au moins 80 % massique, plus préférentiellement au moins 90 % massique d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’éthylène, en particulier ledit polyalkylène glycol est un copolymère, en particulier statistique, d’oxyde d’éthylène/oxyde de propylène.
4. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit polyalkylène glycol présente une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445, comprise entre 100 et 5 000 mm2/s, en particulier entre 150 et 3 000 mm2/s, et plus particulièrement entre 500 et 3 000 mm2/s.
5. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins 5,0 % massique de polyalkylène glycol(s), de préférence entre 5,0 % et 50 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 40 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
6. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit composé antigel est choisi parmi le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges.
7. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins 5,0 % massique de composé(s) antigel, de préférence entre 5,0 % et 35 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 35 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
8. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit composé phosphoré est choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en Ci-Cs, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges.
9. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant moins de 5,0 % massique de composé(s) phosphoré(s), de préférence entre 0,1 % et 5,0 % massique, plus préférentiellement entre 0,5 % et 3,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
10. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un additif choisi parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, des agents émulsifiant, et leurs mélanges, de préférence choisi parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, et leurs mélanges.
11. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins un additif extrême-pression choisi parmi les acides gras soufrés et les dimercaptothiadiazoles, de préférence parmi les acides gras soufrés, plus préférentiellement sous une forme neutralisée, en particulier par des agents alcalinisant inorganiques ou alcanolamines.
12. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant moins de 5 % massique d’huile(s) non soluble(s) dans l’eau, de préférence moins de 2 % massique, plus préférentiellement moins de 1 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition, ladite composition étant plus particulièrement exempte d’huile non soluble dans l’eau.
13. Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour la lubrification d’un système de motorisation stationnaire ou mobile, de préférence d’un système de motorisation mobile.
14. Utilisation selon la revendication précédente, pour la lubrification d’un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride, en particulier du moteur, de l’électronique de puissance, de la transmission et/ou de la batterie d’un véhicule électrique ou hybride.
15. Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, pour la lubrification et le refroidissement d’un système de motorisation stationnaire ou mobile, de préférence d’un système de motorisation mobile.
16. Utilisation selon la revendication précédente, pour la lubrification et le refroidissement d’un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride, en particulier du moteur, de l’électronique de puissance, de la transmission et/ou de la batterie d’un véhicule électrique ou hybride.
17. Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, pour réduire la consommation de carburant d’un moteur, ou d’un véhicule équipé d’une transmission, notamment d’un pont ou d’une boîte de vitesse, ledit moteur ou ladite transmission étant lubrifié au moyen de cette composition.
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