EP4514931A1 - Lubrifiant aqueux pour le travail des metaux - Google Patents

Lubrifiant aqueux pour le travail des metaux

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EP4514931A1
EP4514931A1 EP23723503.1A EP23723503A EP4514931A1 EP 4514931 A1 EP4514931 A1 EP 4514931A1 EP 23723503 A EP23723503 A EP 23723503A EP 4514931 A1 EP4514931 A1 EP 4514931A1
Authority
EP
European Patent Office
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lubricating composition
weight
chosen
oxide units
propylene oxide
Prior art date
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Pending
Application number
EP23723503.1A
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German (de)
English (en)
Inventor
Veronique VERROUL
Richard Frelechoux
Mickael Ponsardin
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TotalEnergies Onetech SAS
Original Assignee
TotalEnergies Onetech SAS
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Filing date
Publication date
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    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/244—Metal working of specific metals
    • C10N2040/246—Iron or steel

Definitions

  • the invention relates to an aqueous lubricant intended for use in metalworking, in particular for machining (turning, milling, drilling, sawing, threading among others), forming, cutting, stamping or rolling.
  • metal parts particularly aluminum or steel.
  • Lubricants are traditionally used for metalworking. There are aqueous lubricants and non-aqueous lubricants, also called organic lubricants.
  • the water-based formulations currently on the market are generally in emulsion form and generally do not meet all expectations for the machining of metal parts, particularly aluminum, from a part quality, performance (speed) point of view. , feed), tool life. Tests carried out with products intended primarily for steel may present limitations on aluminum, a softer material requiring the addition of specific additives.
  • Aqueous fluids comprising poly(alkylene glycol) exist. They generally do not meet all the expectations of manufacturers for use for both steel and aluminum.
  • the present invention provides a lubricating composition having improved lubrication properties for the machining of metal parts, in particular aluminum and steel, but also for the forming, cutting, stamping or even rolling of metal parts.
  • poly(alkylene glycol) being chosen from block copolymers comprising ethylene oxide units and propylene oxide units,
  • the lubricating composition according to the invention comprises water and:
  • poly(alkylene glycol) comprising alkylene oxide units comprising from 2 to 16 carbon atoms, preferably from 2 to 8 carbon atoms, said poly(alkylene glycol)(s) being chosen (s) among block copolymers comprising ethylene oxide units and propylene oxide units,
  • polyetheramine chosen from monoamines, diamines and triamines comprising units chosen from alkylene oxides comprising from 2 to 8 carbon atoms, preferably from 2 to 4 carbon atoms, for example relative to the total weight of the lubricating composition.
  • the poly(alkylene glycol)(s) are chosen from block copolymers comprising ethylene oxide units and propylene oxide units, and mixtures thereof, preferably from block copolymers comprising ethylene oxide units and propylene oxide units.
  • propylene oxide units and mixtures thereof more preferably among ethylene oxide-propylene oxide diblock copolymers and propylene oxide-ethylene oxide-propylene oxide triblock copolymers or ethylene oxide-propylene oxide-oxide ethylene, and mixtures thereof.
  • each poly(alkylene glycol) has a viscosity at 40°C ranging from 10 to 1000 mm 2 /s, preferably from 15 to 500 mm 2 /s, more preferably from 20 to 400 mm 2 / s.
  • the polyetheramine(s) are chosen from monoamines comprising ethylene oxide units and/or propylene oxide units, diamines comprising ethylene oxide units and/or propylene oxide units, and mixtures thereof, preferably among diamines comprising ethylene oxide units and/or propylene oxide units.
  • the invention also relates to the use of the lubricating composition according to the invention as a fluid for working metals, the metals being preferably chosen from steel and aluminum.
  • the composition is used for machining metals and/or for forming and/or for cutting and/or for stamping and/or for rolling metals.
  • the invention also relates to the use of 0.5 to 30% by weight of polyetheramines in a lubricating composition comprising water and 1 to 60% by weight of poly(alkylene glycol), relative to the total weight of the lubricating composition, for improving the lubricating properties during metalworking using said lubricating composition.
  • the lubricating composition is as defined in the present invention.
  • the 0.5 to 30% by weight of polyetheramines are used to improve the lubricating properties of the lubricating composition during machining and/or during forming and/or during cutting, and/or or when stamping and/or rolling metals.
  • the invention makes it possible to provide a multi-service lubricating composition since it can be applied equally to aluminum surfaces and steel surfaces.
  • the invention makes it possible to provide a lubricating composition having a good toxicological profile and a low impact on the environment.
  • the invention makes it possible to provide a lubricating composition which does not generate oil deposits on the ground, which increases operator safety.
  • the invention relates to a lubricating composition
  • a lubricating composition comprising water and:
  • the PAG(s) of the lubricating composition according to the invention are chosen from PAGs comprising ethylene oxide units and propylene oxide units.
  • the PAG(s) used in the lubricating composition according to the invention corresponds to formula (I):
  • R represents a hydrogen atom or alkyl group, linear or branched, comprising from 1 to 5 carbon atoms;
  • A represents an alkyl group, linear or branched, comprising from 2 to 16 carbon atoms, preferably from 2 to 8 carbon atoms, more preferably from 2 to 4, or even from 2 to 3 carbon atoms. carbon; z represents an integer greater than or equal to 2, preferably an integer greater than or equal to 4, it being understood that at least one radical A is an ethylene group and at least one radical A is a propylene group.
  • the PAG(s) of the lubricating composition according to the invention are chosen from block copolymers comprising ethylene oxide units and propylene oxide units, and mixtures thereof, preferably from block copolymers comprising ethylene oxide units and propylene oxide units and mixtures thereof, more preferably among ethylene oxide-propylene oxide diblock copolymers and propylene oxide-ethylene oxide-propylene oxide triblock copolymers and mixtures thereof.
  • block copolymers comprising ethylene oxide units and propylene oxide units within the meaning of the present invention, is meant copolymers comprising at least one block resulting from the polymerization of ethylene glycol and at least one block resulting from the polymerization of propylene glycol. They can then be called PEG/PPG.
  • ethylene oxide-propylene oxide diblock copolymers within the meaning of the present invention is meant copolymers consisting of two blocks, a block resulting from the polymerization of ethylene glycol and a block resulting from the polymerization of propylene glycol. They can then be called PEG-PPG.
  • propylene oxide-ethylene oxide-propylene oxide triblock copolymers within the meaning of the present invention is meant copolymers consisting of three blocks, sequenced, a block resulting from the polymerization of propylene glycol, a block resulting from the polymerization of ethylene glycol and a block resulting from the polymerization of propylene glycol (in that order). They can then be called PPG-PEG-PPG.
  • the PAG(s) used in the invention may optionally comprise terminal alkyl groups, for example chosen from linear or branched alkyl comprising from 1 to 5 carbon atoms. Preferably, the PAG(s) used in the invention do not comprise such terminal alkyl groups.
  • the lubricating composition comprises at least one PAG comprising -OCH2CH2- units and -OCH2CH(CH3)- units such that the mass ratio between the OCH2CH2 units and the OCH2CH(CH3) units ranges from 0.1 to 0.9, preferably 0.2 to 0.7, more preferably 0.25 to 0.5.
  • the PAG(s) used in the lubricating composition according to the invention corresponds to one of formulas (II) to (V):
  • R represents a hydrogen atom or a saturated, linear or branched alkyl group, comprising from 1 to 5 carbon atoms; x and x', identical or different, represents an integer greater than or equal to 2, preferably greater than or equal to 4, y and y', identical or different, represents an integer greater than or equal to 2.
  • x, x', y and y' are, independently of each other, an integer ranging from 2 to 30, preferably 4 to 25, advantageously 6 to 20.
  • x is an integer ranging from 2 to 30, preferably from 4 to 25, advantageously from 6 to 20, and the sum y+y' ranges from 8 to 45, preferably from 12 to 40, more preferably from 20 to 35.
  • y is an integer ranging from 2 to 30, preferably from 4 to 25, advantageously from 6 to 20, and the sum x+x' ranges from 8 to 45, preferably from 12 to 40, more preferably from 20 to 35.
  • R is a hydrogen atom.
  • each PAG entering into the lubricating composition according to the invention corresponds to formula (IV) in which R is a hydrogen atom, where x, y and y' are each independently of each other chosen from integers ranging from 6 to 20 and the sum y+y' goes from 20 to 35.
  • each PAG entering into the lubricating composition according to the invention has a molecular mass ranging from 500 to 10000 g/mol, preferably from 800 to 5000 g/mol, more preferably from 1100 to 3000 g/mol .
  • each PAG entering into the lubricating composition according to the invention has a viscosity at 40°C ranging from 10 to 1000 mm 2 /s, preferably from 15 to 500 mm 2 /s, more preferably from 20 at 400 mm 2 /s.
  • Viscosity at 40°C can be measured according to ASTM D7042.
  • the PAG(s) represent 1 to 60% by weight, preferably 5 to 50% by weight, more preferably 10 to 40% by weight, of the total weight of the lubricating composition (reduced to 100% by weight).
  • PAGs are commercially available products.
  • Polyetheramine (PEA) PEA
  • the PEA(s) used in the lubricating composition according to the invention are chosen from monoamines, diamines and triamines comprising one or more units chosen from alkylene oxides comprising from 2 to 8 carbon atoms. , preferably from 2 to 4 carbon atoms.
  • the PEA(s) entering into the lubricating composition are different from the PAGs entering into the lubricating composition.
  • the PEA(s) used in the lubricating composition according to the invention are chosen from monoamines comprising ethylene oxide units and/or propylene oxide units, the diamines comprising ethylene oxide units and /or propylene oxide units, and mixtures thereof, preferably among diamines comprising ethylene oxide units and/or propylene oxide units.
  • monoamine comprising ethylene oxide units and/or propylene oxide units within the meaning of the present invention, is meant a compound comprising a single amine function and comprising (i) a block resulting from the polymerization of ethylene glycol and/or (ii) a block resulting from the polymerization of propylene glycol.
  • diamine comprising ethylene oxide units and/or propylene oxide units within the meaning of the present invention, is meant a compound comprising exactly two amine functions and comprising (i) a block resulting from the polymerization of ethylene glycol and/or (ii) a block resulting from the polymerization of propylene glycol.
  • the PEA(s) used in the lubricating composition according to the invention are chosen from primary amines.
  • the PEA(s) used in the lubricating composition according to the invention are chosen from diamines comprising ethylene oxide units and propylene oxide units.
  • the PEA used in the lubricating composition according to the invention may comprise a mixture of PEA, in particular a mixture of PEA of formula (VI), (Vlbis) (VII), (Vllbis), (VIII), (Vlllbis), (IX) and/or (X).
  • the PEA(s) used in the lubricating composition according to the invention comprises, relative to the total weight of the PEA, at least 50% by weight, preferably at least 70% by weight, preferably at least 90% by weight. % by weight, of PEA corresponding to formula (VI), preferably in which r and s are such that the molecular mass ranges from 1000 to 3000 g/mol.
  • PEAs are commercially available products.
  • the lubricating composition according to the invention is an aqueous lubricating composition.
  • Water may represent 10 to 90% by weight of the total weight of the lubricating composition or 20 to 60% by weight of the total weight of the lubricating composition.
  • the pH regulator can be chosen from the family of amines, in particular alkanolamines and amino alcohols or even from the family of alkaline bases.
  • 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
  • the lubricating composition further comprises at least one additive chosen from alkaline bases, alkanolamines and mixtures thereof, the alkanolamines being preferably chosen from monoethanolamine, diethanolamine, triethanolamine, diglycolamine, mono-isopropanolamine, diisopropanolamine, triisopropanolamine, methyldiethanol amine, 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol and their mixtures, and the alkaline bases being preferably chosen from potassium hydroxide and sodium hydroxide.
  • the lubricating composition comprises from 1 to 50% by weight of a pH regulating additive, preferably from 10 to 40% by weight, relative to the total weight of the lubricating composition, said pH regulating additive being preferably chosen from amines, preferably from alkanolamines, such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA), mono-isopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA), triisopropanolamine (TIPA), methyldiethanol amine (MDEA), 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol and mixtures thereof.
  • amines preferably from alkanolamines, such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA), mono-isopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA
  • the lubricating composition comprises at least one corrosion inhibitor, preferably at least one organic corrosion inhibitor.
  • organic corrosion inhibitors mention may be made of aliphatic monocarboxylic acids, in particular having from 4 to 15 carbon atoms, for example octanoic acid, aliphatic dicarboxylic acids having from 4 to 15 carbon atoms, for example decane dioic (sebacic acid), undecane dioic acid, dodecane dioic acid, isononanoic acid or their mixtures, polycarboxylic acids optionally neutralized by triethanolamine, such as 1,3,5-triazine-2 acid ,4,6-tri-(6-aminocaproic), alkanoylamidocarboxylic acids, in particular isononanoylamidocaproic acid, 6-[[(4-methylphenyl)sulfonyl]amino]hexanoic 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 may in particular comprise from 0.01% to 15% by weight of corrosion inhibitor(s), preferably from 1.0% to 13% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • the mass ratio between the proportion of PAG and the proportion of PEA is greater than or equal to 1, preferably greater than or equal to 2.
  • the lubricating composition according to the invention comprises water and: - from 1 to 60% by weight, preferably from 5 to 50% by weight, more preferably from 10 to 40% by weight, of PAG comprising alkylene oxide units comprising from 2 to 8 carbon atoms, preferably from 2 to 4 carbon atoms,
  • PEA chosen from monoamines, diamines and triamines comprising units chosen from alkylene oxides comprising from 2 to 8 carbon atoms, preferably from 2 to 4 carbon atoms, relative to the total weight of the lubricating composition.
  • the lubricating composition according to the invention comprises water and:
  • PAG comprising alkylene oxide units comprising from 2 to 8 carbon atoms, preferably from 2 to 4 carbon atoms,
  • PEA chosen from monoamines, diamines and triamines comprising units chosen from alkylene oxides comprising from 2 to 8 carbon atoms, preferably from 2 to 4 carbon atoms,
  • amines different from a PEA
  • said amine being able to be an alkanolamine, for example chosen among monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA), mono-isopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA), triisopropanolamine (TIPA), methyldiethanol amine (MDEA ), 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol and their mixtures, relative to the total weight of the lubricating composition.
  • MDEA monoethanolamine
  • DEA diethanolamine
  • TIPA triisopropanolamine
  • MDEA 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol
  • 2-amino-2-methyl-1-propanol and their mixtures relative to the total weight of the lubricating composition.
  • the lubricating composition according to the invention comprises water and:
  • PAG chosen from ethylene oxide-propylene oxide diblock copolymers and triblock oxide copolymers propylene-ethylene oxide-propylene oxide and their mixtures
  • the lubricating composition according to the invention comprises water and:
  • PAG chosen from ethylene oxide-propylene oxide diblock copolymers and triblock oxide copolymers propylene-ethylene oxide-propylene oxide and their mixtures
  • PEA chosen from diamines comprising ethylene oxide units and/or units propylene oxide
  • amines different from a PEA
  • said amine being able to be an alkanolamine, for example chosen among monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA), mono-isopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA), triisopropanolamine (TIPA), methyldiethanol amine (MDEA ), 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol and their mixtures, relative to the total weight of the lubricating composition.
  • MDEA monoethanolamine
  • DEA diethanolamine
  • TIPA triisopropanolamine
  • MDEA 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol
  • 2-amino-2-methyl-1-propanol and their mixtures relative to the total weight of the lubricating composition.
  • the lubricating composition according to the invention comprises water and:
  • PEA corresponding to formula (IV) or formula (VI) such as defined above in which the integers r, s and t are such that the molecular mass of the PEA ranges from 1000 to 3000 g/mol; relative to the total weight of the lubricating composition.
  • the lubricating composition according to the invention comprises water and: - from 1 to 60% by weight, preferably from 5 to 50% by weight, more preferably from 10 to 40% by weight, of PAG corresponding to the formula (IVbis):
  • the aqueous lubricating composition is substantially free of metal particles, in particular free of metal particles not solubilized at room temperature.
  • the lubricating compositions tested are detailed in Table 1. The percentages are expressed as percentages by weight relative to the total weight of the composition.
  • the protocol is as follows: the force torque exerted by the spindle integrating the drill is measured for each hole, an average of the power generated is calculated; torque versus time per hole is recorded; the temperature before/after each hole is measured; an average is calculated; the relative torque and the temperature increase of the composition tested is calculated relative to the reference.
  • composition CI1 (see table 1) is compared to a commercial composition comprising an oil-in-water emulsion comprising neither PAG nor PEA (CC2) marketed for working steel.
  • test protocol is as follows:
  • the machine is a semi-industrial machine tool.
  • the power drift during machining is determined, as well as the diameter drift (also called metrological drift).
  • Example 3 Tests measuring lubricating properties (friction coefficient)
  • the lubricating compositions tested are detailed in Table 4. The percentages are expressed as percentages by weight relative to the total weight of the composition.
  • PAG triblock block copolymer successively comprising propylene oxide, ethylene oxide and propylene oxide units, having a molecular mass ranging from 1100 to 3000 g/mol;
  • PEA polyether diamine comprising only propylene oxide units and having a molecular mass ranging from 1000 to 3000 g/mol
  • pH regulator amine
  • additives additives conventionally used in fluids intended for metalworking, including in particular an anti-corrosion and an antioxidant.
  • compositions described in Table 4 are diluted to 10% in water.
  • the aim of this test is to measure the extreme pressure properties of the compositions.
  • the CC3 and CI2 lubricating compositions are tested and compared, using a 4-ball test 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 entirely 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 weld together, preventing the rotation of the upper ball on the 3 others. The greater the load, the higher the extreme pressure power.
  • compositions CC3 and CI2 are also evaluated and compared using a Plint SRV test.
  • the Plint SRV type test is carried out according to publication JSAE 9436260 (Frictional Characteristics of Organomolybdenum Compound with Addition of Sulfurized Additives Takashi Kikuchi, Yoko Yonekura, Kenyu Akiyama (Toyota Motor Corporation), pp. 105-108, 13) with the characteristics :
  • the lubricating composition according to the invention comprising the combination of a PAG and a PEA makes it possible to obtain excellent properties, both for the machining of aluminum and for the machining of steel, with excellent service life, reduced power generation and very good extreme pressure properties.

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Abstract

L'invention concerne une composition lubrifiante comprenant de l'eau et : - de 1 à 60% en poids de poly(alkylène glycol), - de 0,5 à 30% en poids de polyétheramine, par rapport au poids total de la composition lubrifiante. L'invention concerne également l'utilisation de ladite composition lubrifiante comme fluide pour le travail des métaux, les métaux étant de préférence choisis parmi l'acier et l'aluminium.

Description

DESCRIPTION
TITRE : LUBRIFIANT AQUEUX POUR LE TRAVAIL DES METAUX
DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
L’invention concerne un lubrifiant aqueux destiné à être utilisé pour le travail des métaux, en particulier pour l’usinage (tournage, fraisage, perçage, sciage, filetage entre autres), le formage, la découpe, l’estampage ou encore le laminage de pièces métalliques, notamment en aluminium ou en acier.
ETAT DE LA TECHNIQUE
Des lubrifiants sont traditionnellement utilisés pour le travail des métaux. Il existe des lubrifiants aqueux et des lubrifiants non-aqueux, aussi appelés lubrifiants organiques.
Les formulations base aqueuse actuellement sur le marché sont généralement sous forme d’émulsion et ne répondent généralement pas à toutes les attentes pour l’usinage de pièces métalliques, notamment l’aluminium, d’un point de vue qualité des pièces, performances (vitesse, avance), durée de vie outils. Les essais réalisés avec les produits destinés principalement à l’acier peuvent présenter des limites sur l’aluminium, matériau plus mou nécessitant l’apport d’additifs spécifiques.
Des fluides aqueux comprenant des poly(alkylène glycol) existent. Ils ne répondent généralement pas à toutes les attentes des industriels pour une utilisation à la fois pour l’acier et pour l’aluminium.
Les documents CN108977264, CN108998187, W02021/250210 et US5744432 divulguent des fluides aqueux pour le travail des métaux. Ces documents ne divulguent pas la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention.
La présente invention propose une composition lubrifiante présentant des propriétés de lubrification améliorées pour l’usinage de pièces métalliques, notamment l’aluminium et l’acier, mais également pour le formage, la découpe, l’estampage ou encore le laminage de pièces métalliques.
RESUME DE L’INVENTION
L’invention concerne une composition lubrifiante comprenant de l’eau et :
- de 1 à 60% en poids de poly(alkylène glycol), ledit ou lesdits poly(alkylène glycol) étant choisi(s) parmi les copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène,
- de 0,5 à 30% en poids de polyétheramine, par rapport au poids total de la composition lubrifiante. Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de l’eau et :
- de 5 à 50% en poids de poly(alkylène glycol) comprenant des motifs oxyde d’alkylène comportant de 2 à 16 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone, ledit ou lesdits poly(alkylène glycol) étant choisi(s) parmi les copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène,
- de 1 à 20% en poids de polyétheramine choisies parmi les monoamines, les diamines et les triamines comportant des motifs choisis parmi les oxydes d’alkylène comportant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone, par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend en outre au moins un additif choisi parmi les bases alcalines, les alcanolamines et leurs mélanges, les alcanolamines étant de préférence choisies parmi la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, la diglycolamine, la mono-isopropanolamine, la diisopropanolamine, la triisopropanolamine, la méthyldiéthanol amine, le 2-amino-2-éthyle- 1 ,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-1 -propanol et leurs mélanges, et les bases alcalines étant de préférence choisies parmi l’hydroxyde de potassium et l’hydroxyde de sodium.
De préférence, le ou les poly(alkylène glycol) sont choisis parmi les copolymères blocks comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène, et leurs mélanges, de préférence parmi les copolymères blocks comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène et leurs mélanges, de préférence encore parmi les copolymères dibloc oxyde d’éthylène-oxyde de propylène et les copolymères tribloc oxyde de propylène-oxyde d’éthylène-oxyde de propylène ou oxyde d’éthylène-oxyde de propylène- oxyde d’éthylène, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, chaque poly(alkylène glycol) présente une masse moléculaire allant de 500 à 10000 g/mol, de préférence de 800 à 5000 g/mol, de préférence encore de 1100 à 3000 g/mol.
Selon un mode de réalisation, chaque poly(alkylène glycol) présente une viscosité à 40°C allant de 10 à 1000 mm2/s, de préférence de 15 à 500 mm2/s, de préférence encore de 20 à 400 mm2/s.
Selon un mode de réalisation, le ou les polyétheramines sont choisis parmi les monoamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène, les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène, et leurs mélanges, de préférence parmi les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène.
Selon un mode de réalisation, chaque polyétheramine présente une masse moléculaire allant de 500 à 5000 g/mol, de préférence de 1000 à 3000 g/mol.
L’invention concerne également l’utilisation de la composition lubrifiante selon l’invention comme fluide pour le travail des métaux, les métaux étant de préférence choisis parmi l’acier et l’aluminium.
De préférence, la composition est utilisée pour l’usinage des métaux et/ou pour le formage et/ou pour la découpe et/ou pour l’estampage et/ou pour le laminage des métaux.
L’invention concerne également l’utilisation de 0,5 à 30% en poids de polyétheramines dans une composition lubrifiante comprenant de l’eau et de 1 à 60% en poids de poly(alkylène glycol), par rapport au poids total de la composition lubrifiante, pour améliorer les propriétés de lubrification lors du travail des métaux à l’aide de ladite composition lubrifiante.
De préférence, la composition lubrifiante est telle que définie dans la présente invention.
Selon un mode de réalisation, les 0,5 à 30% en poids de polyétheramines sont utilisées pour améliorer les propriétés de lubrification de la composition lubrifiante lors de l’usinage et/ou lors du formage et/ou lors de la découpe, et/ou lors de l’estampage et/ou lors du laminage des métaux.
L’invention permet de fournir une composition lubrifiante multi-service puisqu’elle peut être appliquée indifféremment sur de surfaces d’aluminium et des surfaces d’acier.
L’invention permet de fournir une composition lubrifiante ayant un bon profil toxicologique et un faible impact sur l’environnement.
L’invention permet de fournir une composition lubrifiante qui ne génère pas de dépôt d’huile sur le sol, ce qui augmente la sécurité des opérateurs.
La composition lubrifiante selon l’invention présente des propriétés de lubrification améliorées, sur l’aluminium mais également sur l’acier.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION
L’invention concerne une composition lubrifiante comprenant de l’eau et :
- de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, de polyalkylène glycol, ledit ou lesdits poly(alkylène glycol) étant choisi(s) parmi les copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène, de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, de polyétheramine, par rapport au poids total de la composition lubrifiante, ladite composition lubrifiante pouvant être sous forme d’une solution ou sous forme d’une émulsion, de préférence sous forme d’une solution.
Polyalkylène glycol (PAG)
Selon l’invention, le ou les PAG de la composition lubrifiante selon l’invention sont choisis parmi les PAG comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène.
Selon un mode de réalisation, le ou les PAG mis en œuvre dans la composition lubrifiante selon l’invention répond à la formule (I) :
R-(OA)ZOH (I) dans laquelle :
R représente un atome d’hydrogène ou groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 5 atomes de carbone ;
A, tous identiques ou différents, représente un groupe alkyle, linéaire ou ramifié, comprenant de 2 à 16 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence encore de 2 à 4, voire de 2 à 3 atomes de carbone ; z représente un entier supérieur ou égale à 2, de préférence un entier supérieur ou égal à 4, étant entendu qu’au moins un radical A est un groupe éthylène et au moins un radical A est un groupe propylène.
Selon un mode de réalisation, le ou les PAG de la composition lubrifiante selon l’invention sont choisis parmi les copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène, et leurs mélanges, de préférence parmi les copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène et leurs mélanges, de préférence encore parmi les copolymères dibloc oxyde d’éthylène-oxyde de propylène et les copolymères tribloc oxyde de propylène-oxyde d’éthylène-oxyde de propylène et leurs mélanges.
En particulier, lorsque le PAG est choisi parmi les copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène, la composition lubrifiante présente de meilleures performances pour le travail des métaux. Par « copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène » au sens de la présente invention, on entend des copolymères comprenant au moins un bloc issu de la polymérisation d’éthylène glycol et au moins un bloc issu de la polymérisation de propylène glycol. Ils peuvent alors être dénommés PEG/PPG.
Par « copolymères dibloc oxyde d’éthylène-oxyde de propylène » au sens de la présente invention, on entend des copolymères constitués de deux blocs, un bloc issu de la polymérisation d’éthylène glycol et un bloc issu de la polymérisation de propylène glycol. Ils peuvent alors être dénommés PEG-PPG.
Par « copolymères tribloc oxyde de propylène-oxyde d’éthylène-oxyde de propylène » au sens de la présente invention, on entend des copolymères constitués de trois blocs, séquencés, un bloc issu de la polymérisation de propylène glycol, un bloc issu de la polymérisation d’éthylène glycol et un bloc issu de la polymérisation de propylène glycol (dans cet ordre). Ils peuvent alors être dénommés PPG-PEG-PPG.
Le ou les PAG mis en œuvre dans l’invention peuvent éventuellement comprendre des groupes terminaux alkyle, par exemple choisi parmi les alkyle linéaire ou ramifié comportant de 1 à 5 atomes de carbone. De préférence, le ou les PAG mis en œuvre dans l’invention ne comprennent pas de tels groupements terminaux alkyle.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante comprend au moins un PAG comprenant des motifs -OCH2CH2- et des motifs -OCH2CH(CH3)- tels que le ratio massique entre les motifs OCH2CH2 et les motifs OCH2CH(CH3) va de 0,1 à 0,9, de préférence de 0,2 à 0,7, de préférence encore de 0,25 à 0,5.
Selon un mode de réalisation, le ou les PAG mis en œuvre dans la composition lubrifiante selon l’invention répond à l’une des formules (II) à (V) :
R-(OCH2CH2)x(OCH2CH(CH3))yOH (II) ;
R-(OCH2CH(CH3))y(OCH2CH2)xOH (III) ;
R-(OCH2CH(CH3))y(OCH2CH2)x(OCH2CH(CH3))y’OH (IV) ;
R-(OCH2CH2)x(OCH2CH(CH3))y(OCH2CH2)x’OH (V) ; dans lesquelles :
R représente un atome d’hydrogène ou un groupe alkyle saturé, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 5 atomes de carbone ; x et x’, identique ou différent, représente un entier supérieur ou égal à 2, de préférence supérieur ou égal à 4, y et y’, identique ou différent, représente un entier supérieur ou égal à 2. De préférence, dans les composés de formule (II), (III), (IV) ou (V) selon l'invention, x, x’, y et y’ sont indépendamment les uns des autres, un entier allant de 2 à 30, de préférence de 4 à 25, avantageusement de 6 à 20.
De préférence, dans la formule (IV), x est un entier allant de 2 à 30, de préférence de 4 à 25, avantageusement de 6 à 20, et la somme y+y’ va de 8 à 45, de préférence de 12 à 40, de préférence encore de 20 à 35.
De préférence, dans la formule (V), y est un entier allant de 2 à 30, de préférence de 4 à 25, avantageusement de 6 à 20, et la somme x+x’ va de 8 à 45, de préférence de 12 à 40, de préférence encore de 20 à 35.
De préférence, dans les composés de formule (II), (III), (IV) ou (V) du PAG entrant dans la composition lubrifiante selon l'invention, R est un atome d’hydrogène.
Selon un mode de réalisation, chaque PAG entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention répond à la formule (IV) dans laquelle R est un atome d’hydrogène, où x, y et y’ sont chacun indépendamment les uns des autres choisis parmi les entiers allant de 6 à 20 et la somme y+y’ va de 20 à 35.
Selon un mode de réalisation, chaque PAG entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention présente une masse moléculaire allant de 500 à 10000 g/mol, de préférence de 800 à 5000 g/mol, de préférence encore de 1100 à 3000 g/mol.
Selon un mode de réalisation, chaque PAG entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention présente une viscosité à 40°C allant de 10 à 1000 mm2/s, de préférence de 15 à 500 mm2/s, de préférence encore de 20 à 400 mm2/s.
La viscosité à 40°C peut être mesurée selon la norme ASTM D7042.
Selon un mode de réalisation, chaque PAG entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention présente un point d’écoulement inférieur à 0°C, de préférence inférieur à -15°C, de préférence encore inférieur à -20°C.
Le point d’écoulement peut être mesuré selon la norme ISO 3016.
Le ou les PAG représentent de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, du poids total de la composition lubrifiante (ramenée à 100% en poids).
Les PAG sont des produits disponibles commercialement. Polyétheramine (PEA)
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention sont choisies parmi les monoamines, les diamines et les triamines comportant un ou plusieurs motifs choisis parmi les oxydes d’alkylène comportant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone.
Dans le cadre de la présente invention, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante sont différents des PAG entrant dans la composition lubrifiante.
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention sont choisies parmi les monoamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène, les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène, et leurs mélanges, de préférence parmi les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène.
Par « monoamine comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène » au sens de la présente invention, on entend un composé comportant une unique fonction amine et comprenant (i) un bloc issu de la polymérisation d’éthylène glycol et/ou (ii) un bloc issu de la polymérisation de propylène glycol.
Par « diamine comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène » au sens de la présente invention, on entend un composé comportant exactement deux fonctions amine et comprenant (i) un bloc issu de la polymérisation d’éthylène glycol et/ou (ii) un bloc issu de la polymérisation de propylène glycol.
De préférence, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention sont choisies parmi les amines primaires.
Selon un mode de réalisation particulier, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention sont choisies parmi les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène.
Par « diamine comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène » au sens de la présente invention, on entend un composé comportant exactement deux fonctions amine et comprenant (i) un bloc issu de la polymérisation d’éthylène glycol et (ii) un bloc issu de la polymérisation de propylène glycol.
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention répond à la formule (VI), (Vlbis) (VII), (VI Ibis), (VIII), (VI I Ibis), (IX) et/ou (X) :
H3C-(OCH2CH2)r(OCH2CH(CH3))s-NH2 (VI)
H3C-(OCH2CH(CH3))s-(OCH2CH2)r-NH2 (Vlbis) H2N-CH(CH3)-CH2-(OCH2CH(CH3))t-NH2 (VII)
H2N-CH(CH3)-CH2-(OCH2CH2)r-NH2 (Vllbis)
H2N-CH(CH3)-CH2-(OCH2CH(CH3))U(OCH2CH2)V(OCH2CH(CH3))W-NH2 (VIII)
H2N-CH(CH3)-CH2-(OCH2CH2)U(OCH2CH(CH3))V(OCH2CH2)W-NH2 (Vlllbis)
H3C-(OCH2CH2)r-NH2 (IX)
H3C-(OCH2CH(CH3))t-NH2 (X) dans lesquelles: r représente un nombre entier supérieur ou égal à 2, de préférence supérieur ou égal à 5, de préférence encore supérieur ou égal à 8 ; s représente un nombre entier supérieur ou égal à 2, de préférence supérieur ou égal à 5, de préférence encore supérieur ou égal à 8 ; t représente un nombre entier supérieur ou égal à 6, de préférence supérieur ou égal à 10, de préférence encore supérieur ou égal à 15 ; u représente un nombre entier supérieur ou égal à 2, de préférence supérieur ou égal à 5, de préférence encore supérieur ou égal à 8 ; v représente un nombre entier supérieur ou égal à 2, de préférence supérieur ou égal à 5, de préférence encore supérieur ou égal à 8 ; w représente un nombre entier supérieur ou égal à 2, de préférence supérieur ou égal à 5, de préférence encore supérieur ou égal à 8 ; étant entendu que : r+s est supérieur ou égal à 6, de préférence supérieur ou égal à 10, de préférence encore supérieur ou égal à 15 dans la formule (VI) et (Vlbis) et que : u+v+w est supérieur ou égal à 6, de préférence supérieur ou égal à 10, de préférence encore supérieur ou égal à 15 dans la formule (VIII) et (Vlllbis).
Le PEA mis en œuvre dans la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre un mélange de PEA, notamment un mélange de PEA de formule (VI), (Vlbis) (VII), (Vllbis), (VIII), (Vlllbis), (IX) et/ou (X).
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend au moins un PEA répondant à l’une des formules (VI), (VII) ou (VIII).
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention comprend au moins 50% en poids de PEA répondant à la formule (VI), (VII) et/ou (VIII), par rapport au poids total des PEA.
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention comprend, par rapport au poids total des PEA, au moins 50% en poids, de préférence au moins 70% en poids, de préférence au moins 90% en poids, de PEA répondant à la formule (VII), de préférence dans laquelle t est un entier allant de 6 à 70, de préférence de 10 à 60, de préférence encore de 15 à 50.
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention comprend, par rapport au poids total des PEA, au moins 50% en poids, de préférence au moins 70% en poids, de préférence au moins 90% en poids, de PEA répondant à la formule (VI), de préférence dans laquelle r et s sont tels que la masse moléculaire va de 1000 à 3000 g/mol.
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention répond à la formule (VII), de préférence dans laquelle t est un entier allant de 6 à 70, de préférence de 10 à 60, de préférence encore de 15 à 50.
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention répond à la formule (VI), de préférence dans laquelle r et s sont tels que la masse moléculaire va de 1000 à 3000 g/mol.
Selon un mode de réalisation, le ou les PEA entrant dans la composition lubrifiante selon l’invention présente une masse moléculaire allant de 500 à 5000 g/mol, de préférence de 1000 à 3000 g/mol.
Le ou les PEA représentent de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, du poids total de la composition lubrifiante (ramenée à 100% en poids).
Les PEA sont des produits disponibles commercialement.
Composition lubrifiante
La composition lubrifiante selon l’invention est une composition lubrifiante aqueuse. L’eau peut représenter de 10 à 90% en poids du poids total de la composition lubrifiante ou de 20 à 60% en poids du poids total de la composition lubrifiante.
La composition lubrifiante peut se présenter sous la forme d’une solution ou d’une émulsion.
Si la composition est sous la forme d’une émulsion, il s’agira typiquement d’une émulsion huile-dans-eau lorsqu’elle est mise en œuvre pour le travail des métaux, l’huile pouvant être choisie parmi les huiles minérales, les huiles végétales, les huiles animales. Selon le mode de réalisation où la composition lubrifiante est sous la forme d’une émulsion, la partie huile de l’émulsion représentera typiquement de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 40% en poids, du poids de la composition lubrifiante.
Selon un mode de réalisation préféré, la composition lubrifiante selon l’invention est sous la forme d’une solution. En effet, les ingrédients de la composition lubrifiante sont de préférence choisis de tels sortes qu’ils sont solubles ou solubilisés dans l’eau.
Au sens de la présente invention, une « solution » contient une seule phase et se distingue d’une émulsion pouvant contenir plusieurs phases et se distingue d’une dispersion pouvant contenir des particules non solubilisées.
Ainsi, selon un mode de réalisation préféré, la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention n’est pas sous la forme d’une émulsion.
La composition lubrifiante selon l'invention peut comprendre en outre au moins un additif choisi parmi les additifs classiquement utilisés par l'homme du métier dans les compositions lubrifiantes pour le travail des métaux, de préférence, au moins un additif choisi parmi les régulateurs de pH, les anti-corrosion, les anti-mousses, les biocides, les agents mouillants, les modificateurs de frottement, les additifs antigel, de préférence les anti-mousses et les biocides, seuls ou en mélange.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend en outre 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 ou encore dans la famille des bases alcalines.
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-1 ,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-1 -propanol et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante comprend en outre au moins un additif choisi parmi les bases alcalines, les alcanolamines et leurs mélanges, les alcanolamines étant de préférence choisies parmi la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, la diglycolamine, la mono-isopropanolamine, la diisopropanolamine, la triisopropanolamine, la méthyldiéthanol amine, le 2-amino-2-éthyle- 1 ,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-1 -propanol et leurs mélanges , et les bases alcalines étant de préférence choisies parmi l’hydroxyde de potassium et l’hydroxyde de sodium.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante comprend de 1 à 50% en poids d’un additif régulateur de pH, de préférence de 10 à 40% en poids, par rapport au poids total de la composition lubrifiante, ledit additif régulateur de pH étant de préférence choisi parmi les amines, de préférence parmi les alcanolamines, telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA), la mono- isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA), la triisopropanolamine (TIPA), la méthyldiéthanol amine (MDEA), le 2-amino-2-éthyle-1 ,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle- 1 -propanol et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante comprend au moins un inhibiteur de corrosion, de préférence au moins un inhibiteur de corrosion organique.
Parmi les inhibiteurs de corrosion organiques peuvent être cités 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 (acide sébacique), l’acide undécane dioïque, l’acide dodécane dioïque, l’acide isononanoïque ou leurs mélanges, les acides polycarboxyliques éventuellement neutralisés par la triéthanolamine, tel que l’acide 1 ,3,5-triazine-2,4,6-tri-(6- aminocaproïque), les acides alcanoylamidocarboxyliques, en particulier l’acide isononanoylamidocaproïque, l’acide 6-[[(4-méthylphényl)sulfonyl]amino]hexanoïque, 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 0,01 % à 15 % en poids d’inhibiteur(s) de corrosion, de préférence de 1 ,0 % à 13 % en poids, par rapport au poids total de la composition.
Selon un mode de réalisation, le rapport massique entre la proportion de PAG et la proportion de PEA (PAG/PEA) est supérieur ou égal à 1 , de préférence supérieur ou égal à 2.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de l’eau et : - de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, de PAG comprenant des motifs oxyde d’alkylène comportant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone,
- de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, de PEA choisies parmi les monoamines, les diamines et les triamines comportant des motifs choisis parmi les oxydes d’alkylène comportant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone, par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de l’eau et :
- de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, de PAG comprenant des motifs oxyde d’alkylène comportant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone,
- de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, de PEA choisies parmi les monoamines, les diamines et les triamines comportant des motifs choisis parmi les oxydes d’alkylène comportant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone,
- de 1 à 50% en poids, de préférence de 10 à 40% en poids, de préférence encore de 15 à 35% en poids, d’amines, différentes d’une PEA, ladite amine pouvant être une alcanolamine, par exemple choisie parmi la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA), la mono- isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA), la triisopropanolamine (TIPA), la méthyldiéthanol amine (MDEA), le 2-amino-2-éthyle-1 ,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-1 -propanol et leurs mélanges, par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de l’eau et :
- de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, de PAG choisis parmi les copolymères dibloc oxyde d’éthylène- oxyde de propylène et les copolymères tribloc oxyde de propylène-oxyde d’éthylène-oxyde de propylène et leurs mélanges,
- de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, de PEA choisies parmi les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène, par rapport au poids total de la composition lubrifiante. Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de l’eau et :
- de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, de PAG choisis parmi les copolymères dibloc oxyde d’éthylène- oxyde de propylène et les copolymères tribloc oxyde de propylène-oxyde d’éthylène-oxyde de propylène et leurs mélanges,
- de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, de PEA choisies parmi les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène,
- de 1 à 50% en poids, de préférence de 10 à 40% en poids, de préférence encore de 15 à 35% en poids, d’amines, différentes d’une PEA, ladite amine pouvant être une alcanolamine, par exemple choisie parmi la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA), la mono- isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA), la triisopropanolamine (TIPA), la méthyldiéthanol amine (MDEA), le 2-amino-2-éthyle-1 ,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-1 -propanol et leurs mélanges, par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de l’eau et :
- de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, de PAG répondant à la formule (I Ibis) :
H-(OCH2CH2)xx(OCH2CH(CH3))yyOH (llbis) ; dans laquelle : xx et yy sont des entiers supérieurs ou égaux à 0 tels que le PAG a une masse moléculaire allant de 1000 à 3000 g/mol ;
- de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, de PEA répondant à la formule (IV) ou à la formule (VI) telles que définies ci-dessus dans lesquelles les entiers r, s et t sont tels que la masse moléculaire du PEA va de 1000 à 3000 g/mol ; par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de l’eau et : - de 1 à 60% en poids, de préférence de 5 à 50% en poids, de préférence encore de 10 à 40% en poids, de PAG répondant à la formule (IVbis) :
H-(OCH2CH(CH3))yy(OCH2CH2)xx(OCH2CH(CH3))yy’OH (IVbis) ; dans laquelle : xx, yy et yy’ sont des entiers allant de 6 à 20, la somme yy+yy’ va de 20 à 35, xx, yy et yy’ sont tels que le PAG a une masse moléculaire allant de 1000 à 3000 g/mol et tels que le ratio massique entre les motifs OCH2CH2 et les motifs OCH2CH(CH3) va de 0,2 à 0,7;
- de 0,5 à 30% en poids, de préférence de 1 à 20% en poids, de préférence encore de 2 à 15% en poids, de PEA répondant à la formule (VI) ou à la formule (VII) telles que définies ci-dessus dans lesquelles les entiers r, s et t sont tels que la masse moléculaire du PEA va de 1000 à 3000 g/mol ; par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
De préférence, la composition lubrifiante aqueuse est substantiellement exempte de particules métalliques, en particulier exempte de particules métalliques non solubilisées à température ambiante.
La composition lubrifiante selon l’invention peut être préparée par simple mélange des ingrédients, selon toutes méthodes connues de l’homme du métier pour obtenir une solution. Si la composition comprend un biocide et/ou un anti-mousse, ledit biocide et ledit anti-mousse sont de préférence ajoutés à la fin de la préparation de la composition.
Applications
L’invention concerne également l’utilisation de la composition lubrifiante selon l’invention, comme fluide pour le travail des métaux, en particulier pour l’usinage des métaux (incluant notamment le tournage, fraisage, perçage, sciage, ou encore filetage), le formage des métaux, la découpe des métaux, l’estampage des métaux ou encore le laminage des métaux, ces métaux étant de préférence choisis parmi l’acier et l’aluminium.
La composition lubrifiante peut éventuellement être diluée avant son utilisation, en particulier lorsqu’elle est mise en œuvre pour l’usinage des métaux.
La composition lubrifiante selon la présente invention est particulièrement bien adaptée pour l’usinage des métaux, en particulier pour le tournage, le fraisage, le perçage, le sciage et/ou le filetage.
La présente invention concerne également un procédé de lubrification des surfaces en métal pour le travail de ces surfaces, notamment aluminium ou acier, comprenant la mise en contact de la composition lubrifiante selon l'invention avec la surface en métal, notamment aluminium ou acier, par exemple par dépôt de la composition lubrifiante sur la surface en métal.
Selon un mode de réalisation, le procédé de lubrification selon l’invention comprend en outre une étape d’usinage et/ou de formage et/ou de découpe et/ou d’estampage et/ou de laminage dudit métal (revêtu de la composition lubrifiante), l’usinage incluant notamment le tournage, fraisage, perçage, sciage, ou encore filetage. De préférence, ladite étape supplémentaire est une étape d’usinage des métaux, en particulier tournage, fraisage, perçage, sciage et/ou filetage.
Les inventeurs ont en effet observé que la combinaison d’un PAG et d’une PEA permettait d’obtenir une composition lubrifiante ayant d’excellentes propriétés de lubrification pour le travail des métaux, et en particulier pour l’acier et l’aluminium.
La composition lubrifiante selon l’invention présente ainsi une universalité en ce qu’elle peut être utilisée à la fois pour l’usinage de l’acier et à la fois pour l’usinage de l’aluminium.
La composition lubrifiante selon l’invention présente ainsi une excellente durée de vie et un cycle d’utilisation très élevé, notamment plus élevé que les fluides de l’état de la technique à base d’huile minérale.
L’invention a également pour objet l’utilisation de 0,5 à 30% en poids de polyétheramines (PEA) dans une composition lubrifiante comprenant de l’eau et de 1 à 60% en poids de polyalkylène glycol (PAG), par rapport au poids total de la composition lubrifiante, pour améliorer les propriétés de lubrification d’une surface métallique, telle qu’une surface d’aluminium ou d’acier. En particulier, l’utilisation de PEA dans une solution comprenant de l’eau et du PAG permet de réduire la puissance générée lors du travail des métaux.
Le ou les PEA mis en œuvre dans l’utilisation précitée peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques et préférences décrites ci-dessus dans le cadre de la composition lubrifiante selon l’invention.
Le ou les PAG mis en œuvre dans l’utilisation précitée peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques et préférences décrites ci-dessus dans le cadre de la composition lubrifiante selon l’invention.
La composition lubrifiante résultante de l’utilisation précitée peut présenter une ou plusieurs des caractéristiques et préférences décrites ci-dessus dans le cadre de la composition lubrifiante selon l’invention.
EXEMPLES Dans la suite de la présente description, des exemples sont donnés à titre illustratif de la présente invention et ne visent en aucun cas à en limiter la portée.
Exemple 1 : Essais mesurant la dérive de puissance d’usinage nécessaire à la broche en aluminium pour réaliser l’opération
Les compositions lubrifiantes testées sont détaillées dans le tableau 1 . Les pourcentages sont exprimés en pourcentages en poids par rapport au poids total de la composition.
Les ingrédients utilisés sont les suivants :
PAG = copolymère tribloc séquencé comportant successivement des motifs oxyde de propylène, oxyde d’éthylène et oxyde de propylène, ayant une masse moléculaire allant de 1100 à 3000 g/mol ;
PEA = polyéther diamine comportant uniquement des motifs oxyde de propylène et ayant une masse moléculaire allant de 1000 à 3000 g/mol ; régulateur de pH = amine ; additifs = additifs classiquement utilisés dans les fluides destinés au travail des métaux, comprenant notamment un anti-corrosion, un anti-oxydant, un émulsionnant.
[Table 1]
Les compositions lubrifiantes CC1 et Cl 1 sont testées et comparées.
Ce test a pour objectif de mesurer le couple obtenu en perçant 7 trous consécutifs sur un matériau en aluminium, à l’aide d’une machine de test Microtap. Le test est mis en œuvre en coupe. Lors du perçage une vitesse de 600 rpm est mise en œuvre pour percer un pré-trou d’une profondeur de 6 mm, avec un pas de vis entre 2 et 5 mm.
Les résultats sont exprimés en pourcentage de gain par rapport à une composition lubrifiante commercialisée pour l’usinage de l’aluminium (dite « référence »).
Le test est mis en œuvre à température ambiante. Pour ce test, les compositions lubrifiantes décrites dans le tableau 1 sont diluées à 10% dans l’eau.
Une goutte de composition lubrifiante à tester est introduite dans chaque trou, le trou est rempli à 100% avec la composition lubrifiante, en évitant les bulles d’air.
Le protocole est le suivant : le couple de force exercée par la broche intégrant le foret est mesuré pour chaque trou, une moyenne de puissance générée est calculée ; le couple en fonction du temps par trou est enregistré ; la température avant/après chaque trou est mesuré ; une moyenne est calculée ; le couple relatif et l’augmentation de température de la composition testée est calculée par rapport à la référence.
Les résultats sont indiqués dans le tableau 2. Le résultat (le couple) est exprimé en pourcentage par rapport à la composition de référence.
[Table 2]
Les résultats du tableau 2 montrent que la composition lubrifiante selon l’invention Cl 1 génère significativement moins de puissance pour la lubrification de la pièce en aluminium. La composition lubrifiante selon l’invention a donc de meilleures propriétés que la composition comparative CC1.
Exemple 2 : Essais mesurant la durée de vie sur acier
Dans cet exemple, la composition CI1 (voir tableau 1) est comparée à une composition commerciale comportant une émulsion d’huile dans l’eau ne comprenant ni PAG ni PEA (CC2) commercialisée pour le travail de l’acier.
Pour ce test, la composition Cl 1 décrites dans le tableau 1 est diluée à 8%.
Le protocole de test est le suivant :
La machine est une machine-outil semi-industrielle. L’outil en acier est utilisé pour réaliser 460 trous, successivement, sur une plaque en acier dans les conditions suivantes : vitesse de rotation de la broche N = 6478 tours/min vitesse de coupe Vc = 203 m/min vitesse d’avance par tour F = 0,3 mm/trou profondeur de perçage 42 mm diamètre 10 mm
Le diamètre des trous est mesuré, ainsi que la puissance nécessaire pour réaliser les trous.
La dérive de puissance lors de l’usinage est déterminée, ainsi que la dérive du diamètre (aussi dénommée dérive métrologique). Plus la dérive est importante, moins longue est la durée de vie de la composition lubrifiante.
Les résultats sont présentés dans le tableau 3.
[Table 3]
Les résultats du tableau 3 montrent que la composition lubrifiante selon l’invention présente une meilleure durée de vie que la composition commerciale de l’état de la technique, et ce lors de l’usinage de pièces en acier.
Exemple 3 : Essais mesurant les propriétés lubrifiantes (coefficient de frottement)
Les compositions lubrifiantes testées sont détaillées dans le tableau 4. Les pourcentages sont exprimés en pourcentages en poids par rapport au poids total de la composition.
Les ingrédients utilisés sont les suivants :
PAG = copolymère tribloc séquencé comportant successivement des motifs oxyde de propylène, oxyde d’éthylène et oxyde de propylène, ayant une masse moléculaire allant de 1100 à 3000 g/mol ;
PEA = polyéther diamine comportant uniquement des motifs oxyde de propylène et ayant une masse moléculaire allant de 1000 à 3000 g/mol ; régulateur de pH = amine ; additifs = additifs classiquement utilisés dans les fluides destinés au travail des métaux, comprenant notamment un anti-corrosion et un anti-oxydant. [Table 4]
Pour ce test, les compositions décrites dans le tableau 4 sont diluées à 10% dans l’eau.
Ce test a pour objectif de mesurer les propriétés extrême-pression des compositions. Les compositions lubrifiantes CC3 et CI2 sont testées et comparées, à l’aide d’un test 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.
Les résultats sont indiqués dans le tableau 5. Pour ce test, les essais ont été mis en œuvre dans les conditions de dilution de la composition lubrifiante sur machine à savoir à une dilution comprise entre 8 et 10%.
[Table 5] Les résultats du tableau 5 montrent que la composition lubrifiante selon l’invention CI2 permet d’avoir de meilleurs propriétés extrême-pression que la composition lubrifiante comparative CC3.
Le pouvoir lubrifiant des compositions CC3 et CI2 est également évalué et comparé à l’aide d’un essai Plint SRV.
L'essai de type Plint SRV est réalisé selon la publication JSAE 9436260 (Frictional Characteristics of Organomolybdenum Compound with Addition of Sulfurized Additives Takashi Kikuchi, Yoko Yonekura, Kenyu Akiyama (Toyota Motor Corporation), pp. 105-108, 13) avec comme caractéristiques:
- course : 2,2 mm,
- fréquence : 30 Hz (0,13 m/s),
- charge : 150 N,
- températures (°C) : 40, 50, 60, 70.
Les résultats sont indiqués dans le tableau 6. Pour ce test, les essais ont été mis en œuvre dans les conditions de dilution de la composition lubrifiante sur machine à savoir à une dilution comprise entre 8 et 10%.
[Table 6]
Les résultats du tableau 6 montrent que la composition lubrifiante selon l’invention CI2 permet d’avoir de meilleures propriétés lubrifiantes que la composition comparative CC3, puisque les coefficients de frottement sont plus faibles, en particulier à haute température.
En résumé des exemples ci-dessus, la composition lubrifiante selon l’invention comprenant la combinaison d’un PAG et d’une PEA permet d’obtenir d’excellentes propriétés, à la fois pour l’usinage de l’aluminium et pour l’usinage de l’acier, avec une excellente durée de vie, une puissance générée réduite et de très bonnes propriétés extrême-pression.

Claims

REVENDICATIONS Composition lubrifiante comprenant de l’eau et :
- de 1 à 60% en poids de poly(alkylène glycol),
- de 0,5 à 30% en poids de polyétheramine, par rapport au poids total de la composition lubrifiante, ledit ou lesdits poly(alkylène glycol) étant choisi(s) parmi les copolymères blocks comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène. Composition lubrifiante selon la revendication 1 , comprenant de l’eau et :
- de 5 à 50% en poids de poly(alkylène glycol) comprenant des motifs oxyde d’alkylène comportant de 2 à 16 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone,
- de 1 à 20% en poids de polyétheramine choisies parmi les monoamines, les diamines et les triamines comportant des motifs choisis parmi les oxydes d’alkylène comportant de 2 à 8 atomes de carbone, de préférence de 2 à 4 atomes de carbone, par rapport au poids total de la composition lubrifiante, ledit ou lesdits poly(alkylène glycol) étant choisi(s) parmi les copolymères blocks comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène. Composition lubrifiante selon la revendication 1 ou 2, comprenant en outre au moins un additif choisi parmi les bases alcalines, les alcanolamines et leurs mélanges, les alcanolamines étant de préférence choisies parmi la monoéthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, la diglycolamine, la mono-isopropanolamine, la diisopropanolamine, la triisopropanolamine, la méthyldiéthanol amine, le 2-amino-2- éthyle-1 ,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-1 -propanol et leurs mélanges, et les bases alcalines étant de préférence choisies parmi l’hydroxyde de potassium et l’hydroxyde de sodium. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle le ou les poly(alkylène glycol) sont choisis parmi les copolymères blocks comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène et leurs mélanges, de préférence encore parmi les copolymères dibloc oxyde d’éthylène-oxyde de propylène et les copolymères tribloc oxyde de propylène-oxyde d’éthylène-oxyde de propylène et leurs mélanges. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle chaque poly(alkylène glycol) présente une masse moléculaire allant de 500 à 10000 g/mol, de préférence de 800 à 5000 g/mol, de préférence encore de 1100 à 3000 g/mol. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans laquelle chaque poly(alkylène glycol) présente une viscosité à 40°C allant de 10 à 1000 mm2/s, de préférence de 15 à 500 mm2/s, de préférence encore de 20 à 400 mm2/s. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans laquelle le ou les polyétheramines sont choisis parmi les monoamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène, les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène, et leurs mélanges, de préférence parmi les diamines comprenant des motifs oxyde d’éthylène et/ou des motifs oxyde de propylène. Composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans laquelle chaque polyétheramine présente une masse moléculaire allant de 500 à 5000 g/mol, de préférence de 1000 à 3000 g/mol. Utilisation de la composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comme fluide pour le travail des métaux, les métaux étant de préférence choisis parmi l’acier et l’aluminium. Utilisation selon la revendication 9, dans laquelle la composition est utilisée pour l’usinage des métaux et/ou pour le formage et/ou pour la découpe et/ou pour l’estampage et/ou pour le laminage des métaux. Utilisation de 0,5 à 30% en poids de polyétheramines dans une composition lubrifiante comprenant de l’eau et de 1 à 60% en poids de poly(alkylène glycol), par rapport au poids total de la composition lubrifiante, pour améliorer les propriétés de lubrification lors du travail des métaux à l’aide de ladite composition lubrifiante, ledit ou lesdits poly(alkylène glycol) étant choisi(s) parmi les copolymères blocs comprenant des motifs oxyde d’éthylène et des motifs oxyde de propylène. Utilisation selon la revendication 11 , dans laquelle la composition lubrifiante est telle que définie dans l’une quelconque des revendications 1 à 8. Utilisation selon la revendication 11 ou 12, pour améliorer les propriétés de lubrification de la composition lubrifiante lors de l’usinage et/ou lors du formage et/ou lors de la découpe, et/ou lors de l’estampage et/ou lors du laminage des métaux.
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