FR3072969B1 - Composition lubrifiante grand froid - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne le domaine des lubrifiants et fournit une composition lubrifiante comprenant au moins une huile de base dont la viscosité cinématique mesurée à 40°C inférieure ou égale à 10 mm2/s et doit le point d'écoulement est inférieur ou égal à -50 °C et au moins un épaississait, ladite composition lubrifiante ayant un point d'écoulement inférieur ou égal à - 55°C.
Description
COMPOSITION LUBRIFIANTE GRAND FROID L’invention concerne le domaine des lubrifiants et notamment le domaine des compositions lubrifiantes utilisées en tant que fluide hydraulique, plus particulièrement mises en œuvre à de très faibles températures.
Le développement des activités en climat polaire (en Russie, Sibérie par exemple) nécessite l’adaptation de certains engins de travaux publics, tels que des engins de chantier, des pelles, des engins de convoyage, afin de permettre leur fonctionnement à des températures inférieures à -40°C. De tels engins ne peuvent fonctionner avec les compositions hydrauliques usuelles dans de telles conditions de température.
Pour fonctionner à de telles températures, il est nécessaire que la composition lubrifiante possède un point d’écoulement très bas, généralement inférieur à -55°C et un indice de viscosité généralement supérieur à 300 afin de permettre de stabiliser la viscosité de la composition lubrifiante quelle que soit la température.
Ainsi les compositions lubrifiantes destinées à être utilisées à des températures inférieures à -40°C peuvent comprendre des huiles de base présentant un indice de viscosité élevé, telles que les silicones, mais ce type d’huile est cher et peu adapté à une utilisation industrielle. Il est connu d’additiver une huile de base minérale très fluide avec un polymère permettant d’améliorer son indice de viscosité. C’est le cas notamment des fluides hydrauliques qui combinent une huile de base naphténique ou paraffinique très fluide avec un polymère permettant d’améliorer l’indice de viscosité, tel que le polyméthacrylate de méthyle (PMMA).
Un problème rencontré lors de l’utilisation à des températures inférieures à -40°C de tels fluides hydrauliques est la mauvaise stabilité au cisaillement de ces fluides, qui peut se traduire par une perte importante de viscosité cinématique du fluide. Cette mauvaise stabilité au cisaillement est due à l’ajout, généralement important (de 30 à 50% en masse de matière active), de polymère dans la composition lubrifiante.
Un autre problème rencontré lors de l’utilisation à des températures inférieures à -40°C de tels fluides hydrauliques est la mauvaise stabilité au stockage de ces fluides, qui peut se traduire par une démixion du polymère et de l’huile de base.
Outre la mauvaise résistance au cisaillement, une telle composition lubrifiante peut ne pas être compatible avec les joints de l’installation, notamment les joints nitriles, du fait du choix de l’huile de base. Il est notamment possible d’observer un gonflement des joints nitriles au contact de la composition lubrifiante.
Il existe donc un besoin de disposer de compositions lubrifiantes permettant le fonctionnement d’engins à de basses températures, par exemple à des températures inférieures à -40°C, notamment en milieu polaire, œs compositions ayant de préférence une bonne stabilité au cisaillement, une bonne stabilité au stockage et une compatibilité avec les joints acceptable.
Il a maintenant été trouvé que la combinaison d’une huile de base associant un très bas point d’écoulement et une faible viscosité cinématique à 40°C avec un épaississant permet de fournir une composition lubrifiante stable au stockage ayant elle-même un point d’écoulement très bas, permettant le fonctionnement d’engins à très basse température et assurant de préférence une bonne stabilité au cisaillement et une bonne compatibilité avec les joints.
Ainsi l’invention fournit une composition hydraulique qui permet d’apporter une solution à tout ou partie des problèmes des compositions lubrifiantes destinées à être utilisées à très basse température.
La présente invention fournit une composition lubrifiante comprenant : - au moins une huile de base dont la viscosité cinématique mesurée à 40°C est inférieure ou égale à 10 mm2/s et dont le point d’écoulement est inférieur ou égal à -50°C ; et - au moins un épaississant choisi parmi : • les polyalkylène glycol (PAG) comprenant au moins 50% en masse de motifs oxydes de butylène et ayant une viscosité cinématique mesurée à 100°C selon la norme ASTM D445 (2015) supérieure ou égale à 50 mm7s, une viscosité cinématique mesurée à 40°C selon la rorme ASTM D445 (2015) supérieure ou égale à 500 mm7s et un Indice de Viscosité mesuré selon la norme ASTM D2270 (2012) supérieur ou égal à 160; • les polyéthylèneglycols alcoxylés, linéaires ou branchés ; et • leurs mélanges ; ladite composition lubrifiante ayant un point d’écoulement inférieur ou égal à - 55 °C.
Avantageusement, la composition lubrifiante selon l’invention a un point d’écoulement inférieur ou égal à -60°C. Des points d’écoulementde -55, -56, -57, -58, -59, -60, -61, -62, -63, -64, -65°C peuvent être cités à titre d’exempë.
Le point d’écoulement de la composition lubrifiante est mesuré selon la norme ASTM D97.
De façon avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention possède un haut indice de viscosité supérieur ou égal à 300 et un très bas point d’écoulement inférieur ou égal à -55°C. Ainsi et de façon avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut être utilisée à des températures extrêmes et notamment à des températures inférieures à -40°C. Par ailleurs, de façon avantageuse, la compostion de l’invention présente une bonne stabilité au cisaillement et une bonne stabilité au stockage.
Avantageusement, l’huile de base de la composition lubrifiante selon l’invention est caractérisée par une viscosité cinématique mesurée à 40 °C inférieure ou égale à 10mm2/s, de préférence la viscosité cinématique à 40°C est comprise entre 1 et 10 mm2/s, de préférence entre 2 et 10 mm2/s, encore plus préférentiellement entre 2 et 8 mm2/s et avantageusement la viscosité cinématique à 40°C de l’huile de base est comprise entre 2 et 4 mm2/s.
La viscosité de l’huile de base de la composition selon l’invention à 40°C est mesurée selon la norme ISO 3104 du 15 juillet 1997.
De manière avantageuse, l’huile de base de la composition lubrifiante selon l’invention est caractérisée par un point d’écoulement inférieur ou égal à -50°C.
Le point d’écoulement est mesuré selon la norme ISO 3016 du 1er août 1994.
La ou les huiles de base utilisées dans les compositions lubrifiantes selon l’invention doivent présenter les caractéristiques physiques ci-dessus et peuvent être choisies dans une large gamme. L'huile de base de la composition lubrifiante utilisée selon l’invention peut notamment être choisie parmi des huiles minérales, bio-sourcées, animales, végétales ou les huiles synthétique. La ou les huiles de base selon l’invention peuvent être des huiles biosourcées, des huiles d’origine végétale, minérale ou synthétique, choisies parmi les huiles des groupes III à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) (tableau A), seules ou en mélanges.
Tableau A
Les huiles de base minérales utiles selon l’invention incluent tous types de bases obtenues par distillation atmosphérique et sous vide du pétrole brut, suivies d’opérations de raffinage telles qu’extraction au solvant, désalphatage, déparaffinage au solvant, hydrotraitement, hydrocraquage, hydroisomérisation et hydrofinition et présentant les caractéristiques de point d’écoulement et de viscosité décrites ci-dessus. Des mélanges d’huiles synthétiques et minérales peuvent également être employés.
De préférence, la ou les huiles de base de la composition lubrifiante selon l’invention sont choisies parmi les huiles du groupe IV ou les huiles de groupe V.
De préférence, la ou les huiles de base de la composition lubrifiante selon l’invention sont choisies parmi les huiles biosourcées.
Les huiles de base des compositions lubrifiantes utilisées selon l’invention peuvent également être choisies parmi les huiles biosourcées telles qu’issues de l’hydrogénation d’une biomasse végétale.
La biomasse végétale peut être une huile végétale, un ester ou un triglycéride issu de cette huile végétale.
De préférence, l’huile de base de groupe V selon l’invention est choisie parmi les huiles iso-paraffiniques de préférence contenant plus de 90% en masse d’iso-paraffine, de préférence plus de 95% et plus particulièrement plus de 98% et présentant une teneur en
aromatiques inférieure à 300 ppm, préférentiellement inférieure à 100 ppm, préférentiellement inférieure à 50 ppm, encore plus préférentiellement inférieure à 20 ppm. De manière générale, la teneur en aromatique est mesurée par UV.
De manière préférée, cette huile de base contient moins de 3% en masse de naphtène, préférentiellement moins de 1%, et encore plus préférentiellement moins de 100ppm.
De manière préférée, cette huile de base est caractérisée par un ratio massique iso-paraffine/n-paraffine supérieur ou égal à 12 :1, de préférence supérieur ou égal à 15:1, et avantageusement supérieur ou égal à 20 :1.
De manière préférée, cette huile de base comprend de 6 à 30 atomes de carbone, de préférence de 8 à 24, et de manière encore plus avantageuse de 9 à 20.
De manière préférée, cette huile de base contient moins de 5 ppm, de préférence moins de 3 ppm, et de manière avantageuse moins de 0,5 ppm de soufre.
De manière préférée, cette huile de base est caractérisée par un point d’ébullition compris entre 100 et 400 °C, de préférence entre 150 et 400Ό, plus préférentiellement entre 200 et 400 °C, encore plus préférentiellement entre 220 et 340 °C et avantageusement entre 250 et 340 °C.
Les huiles de base des compositions lubrifiantes selon l’invention peuvent également être choisies parmi les polyalphaoléfines (PAO) telle que la PA02, les huiles « gas to liquid » (GTL), comme le GTL2, des huiles biosourcées comme le farnesane, des isoparaffines obtenues par procédé d’hydrocraquage et d’hydrodéaromatisation comme celles de la gamme ISANE® commercialisées par TOTAL FLUIDES, ou des huiles aliphatiques déaromatisées comme les huiles Hydroseal® commercialisées par TOTAL FLUIDES.
Les fluides apolaires tels que ceux de la gamme Berylane® commercialisées par TOTAL FLUIDES, peuvent également être utilisés comme huiles de base de même que plus globalement les fluides renouvelables.
De préférence, l’huile de base de groupe IV selon l’invention est choisie parmi les polyalphaoléfines (PAO) telle que la PA02.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention comprenant de 50 à 85 % en masse d’huile de base par rapport à la masse totale de la composition, préférentiellement de 55 à 80%, plus préférentiellement de 60 à 75%.
Outre l’huile de base choisie parmi les huiles des groupes III à V définies ci-dessus, la composition lubrifiante selon l’invention peut éventuellement comprendre une huile de base secondaire dans une faible proportion. L’huile de base secondaire de la composition selon l’invention est choisie parmi les huiles de base des groupes I ou II selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) (tableau A), seule ou en mélange.
De préférence, la teneur en huile de base secondaire de la composition lubrifiante selon l’invention est inférieure ou égale à 10%, de préférence inférieure ou égale à 5% en masse par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante
La composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un épaississant choisi parmi : • les polyalkylène glycol (PAG) comprenant au moins 50% en masse de motifs oxydes de butylène et ayant une viscosité cinématique mesurée à 100°C selon la norme ASTM D445 (2015) supérieure ou égale à 50 mm7s, une viscosité cinématique mesurée à 40°C selon la norme ASTM D445 (2015) supérieure ou égale à 500 mm7s et un Indice de Viscosité mesuré selon la norme ASTM D2270 (2012) supérieur ou égal à 160; • les polyéthylèneglycols alcoxylés, linéaires ou ramifiés ; et • leurs mélanges.
Dans le cadre de la présente demande, on entend par épaississant un composé, de préférence un composé polymérique utilisé afin d’augmenter la viscosité cinématique de l’huile de base et caractérisé par un facteur d’épaississement inférieur à 1. Le facteur d’épaississement correspond au ratio entre la viscosité spécifique à 98°C (210°F) et la viscosité spécifique à 37°C (100°F). Le facteur d’paississement est notamment défini dans la publication « Influence of base oil refining on the performance of viscosity index improvers » H. Singh et al. (Wear, 118, 33-56,1987), en page 47.
Il doit bien être compris, dans le cadre de la présente invention, que l’huile de base et le PAG sont deux composés distincts.
De préférence, le PAG de l’invention comprend au moins 80% en masse de motifs oxyde de butylène.
De manière encore plus préférée, le PAG de l’invention est un PAG dont les motifs alkylènes sont uniquement des motifs oxyde de butylène.
Le PAG de l’invention est donc décrit comme un PAG dont les motifs oxyde d’alkylène sont choisis parmi des motifs oxyde de butylène avec au moins 50% en masse, de préférence au moins 80% en masse, encore plus préféré 100% en masse, de motifs oxyde de butylène.
De manière particulièrement avantageuse, le PAG de l’invention est soluble dans l’huile de base, et de façon avantageuse quelle que soit la température.
De préférence, le PAG est obtenu par polymérisation ou copolymérisation d’oxydes de butylène.
Notamment le PAG de l’invention peut être préparé selon les méthodes connues notamment décrites dans US20120108482 et notamment par réaction d’un ou plusieurs alcools comprenant de 2 à 12 atomes de carbone, notamment polyol, de préférence diol, avec des oxyde de butylène et oxyde de propylène. Les alcools sont notamment des diols et de façon préférée le 1,2-propanediol. L’oxyde de butylène peut être choisi entre le 1,2-oxyde de butylène ou le 2,3-oxyde de butylène, de préférence le 1,2-oxyde de butylène.
Dans le cas où le PAG ne comprend que des motifs oxyde de butylène, le procédé décrit dans US20120108482 est adapté à la mise en œuvre unique d’oxyde de butylène.
De préférence, le PAG de l’invention comprend de 25 à 300 moles de motifs oxyde de butylène, de préférence de 50 à 200 moles.
De préférence, le PAG de l’invention comprend un ratio O/C (atome d’oxygène/atome de carbone) en poids compris entre 0,29 et 0,38, de préférence compris entre 0,29 et 0,35.
De préférence, le PAG de l’invention présente une masse molaire comprise entre 5000 et 200000 g/mol.
De préférence, le PAG de l’invention présente une viscosité cinématique, mesurée à 100°C selon la norme ASTM D445 (2015), comprise ente 50 et 500 mm2/s, une viscosité cinématique, mesurée à 40°C selon la norme ASTM D445 (2015), comprise entre 500 et 4500 mm2/s et un Indice de Viscosité, mesuré selon la norme ASTM D2270 (2012), compris entre 160 et 300.
Les PAG utilisés dans le cadre de l’invention sont tels que décrits dans la demande de brevet US2014/303053 et incorporés par référence dans la présente description.
Les polyéthylèneglycols alcoxylés utilisés dans le cadre de l’invention sont tels que décrits dans la demande de brevet US2016/348024 et incorporés par référence dans la présente description.
De préférence, les polyéthylèneglycols alcoxylés selon l’invention sont de formule générale (I)
où m est un nombre entier compris entre 0 et 30, m'est un nombre entier compris entre 0 et 30, (m + m') est un nombre entier compris entre 1 et 60, k est un nombre entier compris entre 2 et 50, et
Ri désigne un radical alkyle non substitué, linéaire ou ramifié, ayant 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,22, 23, 24, 25, 26, 27 ou 28 atomes de carbone, moyennant quoi les concaténations désignées par k, m et m 'sont réparties pour former une structure polymérique séquencée.
Plus préférentiellement, les polyéthylèneglycols alcoxylés selon l’invention sont de formule générale (II)
où m est un nombre entier compris entre 1 et 50, m'est un nombre entier compris entre 1 et 50, (m + m') est un nombre entier compris entre 1 et 90, n est un nombre entier compris entre 0 et 75,
n' est un nombre entier compris entre 0 et 75, P est un nombre entier compris entre 0 et 90, P' est un nombre entier compris entre 0 et 90, k est un nombre entier compris entre 2 et 50,
Ri désigne un radical alkyle non substitué, linéaire ou ramifié, ayant 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18,19, 20, 21,22, 23, 24, 25, 26, 27 ou 28 atomes de carbone R2 représente -CH2-CH3, et R3 représente -CH3.
Tel qu'utilisé dans la présente invention, "ramifié" désigne une chaîne d'atomes avec une ou plusieurs chaînes latérales attachées à celle-ci. La ramification se produit par le remplacement d'un substituant, par exemple un atome d'hydrogène, par un radical alkyle lié par covalence.
Tel qu'utilisé dans la présente invention, "Alkyle radical" désigne une fraction constituée uniquement d'atomes de carbone et d'hydrogène et ne contenant aucune double liaison.
De préférence, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que défini dans l’invention a une viscosité cinématique compris entre 40 mm2/s et 1300 mm2/s, plus préférablement compris entre 50 mm2/s et 1200 mm2/s, de manière encore plus préférée compris entre 70 mm2/s à 1000 mm2/s, le plus préférablement compris entre 100 mm2/s et 500 mm2/s, à 40 ° C, déterminée selon ASTM D 445.
De préférence, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que défini dans l’invention a une viscosité cinématique compris entre 10 mm2/s et 100 mm2/s, plus préférablement compris entre 12 mm2/s et 80 mm2/s, encore plus préférentiellement compris entre 14 mm2/s et 65 mm2/s, de manière préférée compris entre 15 mm2/s et 60 mm2/s, à 100°C, déterminée selon ASTM D 445.
De préférence, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que défini dans l’invention a un indice de viscosité entre 100 et 300, plus préférablement entre 120 et 280, encore plus préférablement compris entre 140 et 250, déterminé selon ASTM D 2270. Avantageusement, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que défini dans l’invention a un indice de viscosité de 200 ± 60, plus préférablement de 200 ± 50, encore plus préférablement de 200 ± 40, le plus préférablement de 200 ± 30, déterminé selon la norme ASTM D 2270.
De préférence, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que défini dans l’invention a un point d'écoulement compris - 60°C et 20°C, plus préférabèment compris entre - 50°C et 15°C, de manière encore plus préférée compris entre -50°C et 5°C, de manière préférée compris entre -50°C et - 5°C, déterminée selon DINISO 3016.
De préférence, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que dans l’invention a une masse moléculaire moyenne en poids Mw compris entre 500 et 20 000 g/mol, plus préférablement compris entre 2 000 et 15 000 g/mol, encore plus avantageusement compris entre 3000 et 12000 g/mol, de manière préférée compris entre 4000 à 10000 g/mol, en particulier compris entre 4000 et 8000 g/mol, déterminé selon la norme DIN 55672-1.
De préférence, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que dans l’invention a une polydispersité compris entre 1,05 et 1,60, plus préférablement compris entre 1,05 et 1,50, le plus préférablement compris entre 1,10 et 1,45, déterminé selon DIN 55672-1.
De préférence, le polyéthylèneglycol alcoxylé tel que dans l’invention a un indice d'hydroxyle compris entre 5 et 50 mg de KOH/g, plus préférablement compris entre 5 et 40 mg de KOH/g, de manière préférée compris entre 5 et 35 mg KOH/g, déterminé selon DIN 53240.
Les polyéthylèneglycols alcoxylés selon l’invention sont obtenus en faisant réagir au moins un polymère séquencé polyéthylèneglycol avec au moins un époxyalcane en C8-C30 et éventuellement au moins un époxyde choisi dans le groupe constitué par l'oxyde d'éthylène, l'oxyde de propylène et l'oxyde de butylène en présence d'au moins un catalyseur.
Dans le cas où au moins un époxyde choisi dans le groupe consistant en oxyde d'éthylène, oxyde de propylène et oxyde de butylène est utilisé, le au moins un époxyalcane en C8-C30 et le au moins un époxyde choisi dans le groupe constitué par oxyde d'éthylène, oxyde de propylène et l'oxyde de butylène peut être soit ajouté sous la forme d'un mélange d'époxydes pour obtenir un copolymère aléatoire, soit par portions, chaque portion contenant un époxyde différent, pour obtenir un copolymère séquencé.
De préférence, le au moins un époxy-alcane en C8-C30 est choisi dans le groupe constitué par le 1, 2- époxyoctane; 1, 2-époxynonane; 1, 2-époxydécane; 1, 2-époxyundécane; 1, 2-époxydodécane; Le 1,2-époxytridécane; 1, 2-époxytétradécane; 1, 2-époxypentadécane; 1, 2-époxyhexadécane; 1, 2-époxyheptadécane; 1, 2- époxyoctadécane; 1, 2-époxynonadécane; 1,2-époxyicosane; 1, 2-époxyunicosane; 1, 2-époxydocosane; 1, 2-époxytricosane; 1, 2-époxytétracosane; 1, 2-époxypentacosane; 1, 2-époxyhexacosane; Le 1,2-époxyheptacosane; Le 1,2-époxyoctacosane; 1, 2-époxynonacosane et 1,2-époxytriacontane.
La composition lubrifiante selon l’invention comprend entre 5 et 50% en masse de matière active d’épaississant, plus particulièrement entre 10 et 45% en masse de matière active d’épaississant, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante, de préférence de 15 à 45%.
De préférence, la composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un améliorateur de l’indice de viscosité choisi parmi les (polyalkyl)méthacrylates (PAMA) et les polyisoprène-styrène hydrogénés (PISH).
Il doit être compris que dans la présente invention, l’épaississant et l’améliorateur de l’indice de viscosité compris dans la composition lubrifiante sont deux composés différents, notamment deux composés de nature chimique différente.
De préférence, la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre en outre entre 5 et 20% en masse de matière active d’améliorateur de viscosité par rapport à la masse totale de la composition, de préférence de 5 à 15%.
Les PAMA ou les PISH contenus dans la composition selon l’invention sont des polymères pouvant se trouver sous n’importe quelle configuration, linéaire, greffé, peigne ou en étoile.
Les PAMA peuvent être caractérisés par une masse molaire comprise entre 55000 et 80000 g/mol, la masse molaire étant mesurée par GPC-3D.
En particulier, l’améliorateur de viscosité est choisi parmi les PAMA.
Comme exemple de PAMA selon l’invention, on peut citer le Viscoplex 7-200® de la société Evonik.
Les poids moléculaires des améliorateurs de viscosité selon l’invention sont par exemple compris entre 55 000 et 100000 g.mol1.
La composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un ou plusieurs additifs.
Les additifs préférés pour la composition lubrifiante utilisée selon l’invention sont choisis parmi les additifs anti-usure, les additifs extrême pression, les additifs modificateurs de frottement, les antioxydants, les additifs détergents, les dispersants, les agents antimousse, les désémulsifiants, les améliorants de lubricité et leurs mélanges.
Les additifs anti-usure et les additifs extrême pression protègent les surfaces en frottement par formation d’un film protecteur adsorbé sur ces surfaces. Il existe une grande variété d’additifs anti-usure. Les additifs anti-usure peuvent être choisis parmi des additifs phospho-soufrés comme les alkylthiophosphates métalliques, en particulier les alkylthiophosphates de zinc, et plus spécifiquement les dialkyldithiophosphates de zinc ou ZnDTP. Les composés préférés sont de formule Zn((SP(S)(ORa)(ORb))2, dans laquelle Ra et Rb, identiques ou différents, représentent indépendamment un groupement alkyle, préférentiellement un groupement alkyle comportant de 1 à 18 atomes de carbone. De manière avantageuse pour la composition lubrifiante selon l’invention, les additifs antiusure peuvent également être choisis parmi les composés exempts de zinc tels que les phosphates d’amines, les phosphites par exemples les mono-, di- ou triesters de phosphite et les dithiocarbamates par exemples les dithiocarbamates d’amine. De manière avantageuse, la composition lubrifiante utilisée selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 6 % en masse, préférentiellement de 0,05 à 4 % en masse, plus préférentiellement de 0,1 à 2 % en masse par rapport à la masse totale de composition lubrifiante, d’additifs anti-usure et d’additifs extrême-pression.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre au moins un additif modificateur de frottement. L’additif modificateur de frottement peut être choisi parmi un composé apportant des éléments métalliques et un composé exempt de cendres. Parmi les composés apportant des éléments métalliques, on peut citer les complexes de métaux de transition tels que Mo, Sb, Sn, Fe, Cu, Zn dont les ligands peuvent être des composés hydrocarbonés comprenant des atomes d’oxygène, d’azote, de soufre ou de phosphore. Les additifs modificateurs de frottement exempt de cendres sont généralement d’origine organique et peuvent être choisis parmi les monoesters d’acides gras et de polyols, les amines alcoxylées, les amines grasses alcoxylées, les époxydes gras, les époxydes gras de borate ; les amines grasses ou les esters de glycérol d’acide gras. Selon l’invention, les composés gras comprennent au moins un groupement hydrocarboné comprenant de 10 à 24 atomes de carbone. De manière avantageuse, la composition lubrifiante utilisée selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 2 % en masse ou de 0,01 à 5 % en masse, préférentiellement de 0,1 à 1,5 % en masse ou de 0,1 à 2% en masse par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante, d’additif modificateur de frottement.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre au moins un additif antioxydant. L’additif antioxydant permet généralement de retarder la dégradation de la composition lubrifiante en service. Cette dégradation peut notamment se traduire par la formation de dépôts, par la présence de boues ou par une augmentation de la viscosité de la composition lubrifiante. Les additifs antioxydants agissent notamment comme inhibiteurs radicalaires ou destructeurs d’hydropéroxydes. Parmi les additifs antioxydants couramment employés, on peut citer les additifs antioxydants de type phénolique, les additifs antioxydants de type aminé, les additifs antioxydants phosphosoufrés. Certains de ces additifs antioxydants, par exemple les additifs antioxydants phosphosoufrés, peuvent être générateurs de cendres. Les additifs antioxydants phénoliques peuvent être exempt de cendres ou bien être sous forme de sels métalliques neutres ou basiques. Les additifs antioxydants peuvent notamment être choisis parmi les phénols stériquement encombrés, les esters de phénol stériquement encombrés et les phénols stériquement encombrés comprenant un pont thioéther, les diphénylamines, les diphénylamines substituées par au moins un groupement alkyle en C1-C12, les Ν,Ν'-dialkyle-aryle-diamines et leurs mélanges. De préférence selon l’invention, les phénols stériquement encombrés sont choisis parmi les composés comprenant un groupement phénol dont au moins un carbone vicinal du carbone portant la fonction alcool est substitué par au moins un groupement alkyle en Cr C10, de préférence un groupement alkyle en CrC6, de préférence un groupement alkyle en C4, de préférence par le groupement ter-butyle. Les composés aminés sont une autre classe d’additifs antioxydants pouvant être utilisés, éventuellement en combinaison avec les additifs antioxydants phénoliques. Des exemples de composés aminés sont les amines aromatiques, par exemple les amines aromatiques de formule NRcRdRe dans laquelle Rc représente un groupement aliphatique ou un groupement aromatique, éventuellement substitué, Rd représente un groupement aromatique, éventuellement substitué, Re représente un atome d’hydrogène, un groupement alkyle, un groupement aryle ou un groupement de formule RfS(0)zR9 dans laquelle Rf représente un groupement alkylène ou un groupement alkenylène, R9 représente un groupement alkyle, un groupement alcényle ou un groupement aryle et z représente 0, 1 ou 2. Des alkyl phénols sulfurisés ou leurs sels de métaux alcalins et alcalino-terreux peuvent également être utilisés comme additifs antioxydants. Une autre classe d’additifs antioxydants est celle des composés cuivrés, par exemples les thio- ou dithio-phosphates de cuivre, les sels de cuivre et d’acides carboxyliques, les dithiocarbamates, les sulfonates, les phénates, les acétylacétonates de cuivre. Les sels de cuivre I et II, les sels d’acide ou d’anhydride succiniques peuvent également être utilisés. La composition lubrifiante utilisée selon l’invention peut contenir tous types d’additifs antioxydants connus de l’homme du métier. De manière avantageuse, la composition lubrifiante comprend au moins un additif antioxydant exempt de cendres. De manière également avantageuse, la composition lubrifiante utilisée selon l’invention comprend de 0,5 à 2 % en masse par rapport à la masse totale de la composition, d’au moins un additif antioxydant.
La composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un additif détergent. Les additifs détergents permettent généralement de réduire la formation de dépôts à la surface des pièces métalliques par dissolution des produits secondaires d’oxydation et de combustion. Les additifs détergents utilisables dans la composition lubrifiante utilisée selon l’invention sont généralement connus de l’homme de métier. Les additifs détergents peuvent être des composés anioniques comprenant une longue chaîne hydrocarbonée lipophile et une tête hydrophile. Le cation associé peut être un cation métallique d’un métal alcalin ou alcalino-terreux. Les additifs détergents sont préférentiellement choisis parmi les sels de métaux alcalins ou de métaux alcalino-terreux d’acides carboxyliques, les sulfonates, les salicylates, les naphténates, ainsi que les sels de phénates. Les métaux alcalins et alcalino-terreux sont préférentiellement le calcium, le magnésium, le sodium ou le baryum. Ces sels métalliques comprennent généralement le métal en quantité stoechiométrique ou bien en excès, donc en quantité supérieure à la quantité stoechiométrique. Il s’agit alors d’additifs détergents surbasés ; le métal en excès apportant le caractère surbasé à l’additif détergent est alors généralement sous la forme d’un sel métallique insoluble dans l’huile, par exemple un carbonate, un hydroxyde, un oxalate, un acétate, un glutamate, préférentiellement un carbonate. De manière avantageuse, la composition lubrifiante utilisée selon l’invention peut comprendre de 2 à 4% en masse d’additif détergent par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un agent dispersant. L’agent dispersant peut être choisis parmi les bases de Mannich, les succinimides et leurs dérivés. De manière également avantageuse, la composition lubrifiante utilisée selon l’invention peut comprendre de 0,2 à 10 % en masse d’agent dispersant par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
La composition lubrifiante peut comprendre également un additif anti-mousse choisi parmi les silicones et leurs dérivés, tels que les polysiloxanes et leurs dérivés. Un tel additif antimousse peut être le Bluesil 47V12500® commercialisé par la société Bluestar Silicones. L’additif anti-mousse de la composition lubrifiante selon l’invention peut également être choisi parmi les acryliques, tel que le PC1244® commercialisé par la société Mosanto.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante peut également comprendre un désémulsifiant choisi parmi les polyéthers et leurs dérivés tels que les composés Embreak 2W6975® commercialisé par la société Général Electric et Prochinor GR77® commercialisé par la société Arkema.
De préférence, la composition lubrifiante selon l’invention comprend au moins un additif choisi parmi les antioxydants, les anti-usure, les anti-mousse et les désémulsifiants.
De préférence, la composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un additif améliorant la lubricité, tels que les di-esters, tels que le sébaçate de 2-éthylhexyle.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention possède un indice de viscosité supérieur ou égal à 200, de préférence supérieur ou égal à 250, préférentiellement supérieur ou égal à 300 et un point d’écoulement compris entre -50 et -66°C, de préférence compris entre -55 et -63 °C. L’indice de viscosité est mesuré selon la norme ISO 2909 du 15 Décembre 2002.
Ces caractéristiques rendent la composition lubrifiante selon l’invention particulièrement favorable à une utilisation à des températures inférieures à -40°C.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention est caractérisée par une bonne résistance au cisaillement, c’est à dire une variation du KV100, mesurée selon la norme DIN 51350-6 datée du 1er août 1996, inférieure ou égale à 26%.
La composition lubrifiante selon l’invention est également caractérisée par sa compatibilité avec les joints, en particulier avec les joints nitriles qui est mesurée selon la norme NF E 46-610 datée du 1er février 2012. Deux caractéristiques sont mesurées pour assurer le critère de compatibilité avec les joints nitriles, la variation volume qui doit être comprise entre 0 et 12% et la variation dureté qui doit être comprise entre 0 et -7%.
La composition lubrifiante selon l’invention est particulièrement avantageuse pour son utilisation en tant que fluide hydraulique notamment pour des engins industriels à des températures inférieures à -40 °C. L’invention concerne également l’utilisation d’une composition lubrifiante selon l’invention en tant que composition lubrifiante pour compresseur rotatif, en particulier sous un climat polaire.
Selon l'invention, les caractéristiques particulières, avantageuses ou préférées de la composition lubrifiante selon l'invention, permettent de définir des utilisations selon l'invention qui sont également particulières, avantageuses ou préférées.
Les différents aspects de l'invention peuvent être illustrés par les exemples qui suivent. Exemple 1 : Préparation des compositions lubrifiantes selon l’invention CL1. CL2 et CL3
On mélange les différentes composantes des compositions lubrifiantes selon l'invention en fonction de la nature et des quantités de produits présentées dans le tableau 1.
Tableau 1 (1) PAG, KV100=680 mm2/s vendu commercialement par DOW sous la marque UCON-OSP 680.
<2) Modificateur de lubricité étant le sébaçate de 2-éthylhexyle. (3) Le paquet additif est un paquet additif commercial conventionnel comprenant notamment un anti-mousse, un additif anti-corosion, un additif anti-oxydant
Exemple 2 : Mesure des caractéristiques des compositions lubrifiantes CL1, CL2 et CL3
Les caractéristiques des compositions lubrifiantes CL1, CL2 et CL3 (viscosité cinématique, indice de viscosité et point d’écoulement) sont présentées dans le tableau 2.
Tabeau 2
Les viscosités cinématiques à 40°C et 100°C sont meurées selon la norme ISO 3104 du 15 juillet 1997.
Les compositions lubrifiantes selon l’invention possèdent de bonnes propriétés viscosantes, notamment à 40 et 100°C. L’indice de viscosité a été calculé selon la norme ISO 2909 du 15 décembre 2002.
Le point d’écoulement a été mesuré selon la norme ISO 3016 du 1er août 1994.
La perte de viscosité à 100°C après cisaillement KR_ 20H est mesurée selon la norme DIN 51350-6.
La perte de viscosité 100°C après cisaillement KRL20H montre que les compositions lubrifiantes selon l’invention ont une très bonne stabilité au cisaillement.
Les compositions lubrifiantes selon l’invention sont caractérisées par un point d’écoulement inférieur ou égale à -57°C et un indice de viscosité compris entre 252 et 289 et une perte de viscosité après cisaillement KRL très faible.
Ces caractéristiques montrent que les compositions lubrifiantes selon l’invention peuvent être utilisées en tant que fluide hydraulique dans des climats polaires. De plus, les
excellentes résistances au cisaillement (test KRL) en font des compositions lubrifiantes dont les propriétés en service sont maintenues.
Claims (12)
- REVENDICATIONS1. Composition lubrifiante comprenant : - au moins une huile de base dont la viscosité cinématique mesurée à 40°C est inférieure ou égale à 10 mm2/s et dont le point d’écoulement est inférieur ou égal à -50°C ; et - au moins un épaississant choisi parmi : • les polyalkylène glycol (PAG) comprenant au moins 50% en masse de motifs oxydes de butylène et ayant une viscosité cinématique mesurée à 100°C selon la norme ASTM D445 (2015) supérieure ou égale à 50 mm7s, une viscosité cinématique mesurée à 40°C selon la norme ASTM D445 (2015) supérieure ou égale à 500 mm2/s et un Indice de Viscosité mesuré selon la norme ASTM D2270 (2012) supérieur ou égal à 160 ; • les polyéthylèneglycols alcoxylés, linéaires ou ramifiés ; et • leurs mélanges ; ladite composition lubrifiante ayant un point d’écoulement inférieur ou égal à -55°C.
- 2. Composition selon la revendication 1, comprenant au moins un améliorateur de l’indice de viscosité choisi parmi les (polyalkyl)méthacrylates et les polyisoprène-styrène hydrogénés.
- 3. Composition selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle l’huile de base est choisie parmi les huiles du groupe III, IV ou V, de préférence parmi les huiles de groupe IV et/ou V.
- 4. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l’huile de base comprend plus de 90% en masse d’iso-paraffine, de préférence plus de 95%, et encore plus préférentiellement plus de 98%, et moins de 300ppm, préférentiellement moins de 100ppm, préférentiellement moins de 50ppm, encore plus préférentiellement moins de 20ppm d’aromatiques.
- 5. Composition selon la revendication 3 dans laquelle le ratio massique iso-paraffine/n-paraffine caractérisant l’huile de base est supérieur ou égal à 12:1, de préférence supérieur ou égal à 15:1, et avantageusement supérieur ou égal à 20:1.
- 6. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle l’huile de base présente une viscosité cinématique mesurée à 40°C comprise entre 1 et 10 mm2/s, de préférence comprise entre 2 et 10 mm2/s, encore plus préférentiellement comprise entre 2 et 8 mm2/s et encore plus préférentiellement entre 2 et 4 mm2/s.
- 7. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant de 50 à 85 % en masse d’huile de base par rapport à la masse totale de la composition, préférentiellement de 55 à 80%, plus préférentiellement de 60 à 75%.
- 8. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les PAG comprennent au moins 80% en masse de motifs oxyde de butylène.
- 9. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle les polyéthylèneglycols alcoxylés sont de formule générale (I)où m est un nombre entier compris entre 0 et 30, m' est un nombre entier compris entre 0 et 30, (m + m') est un nombre entier compris entre 1 et 60, k est un nombre entier compris entre 2 et 50,et R! désigne un radical alkyle non substitué, linéaire ou ramifié, ayant 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 ou 28 atomes de carbone, moyennant quoi les concaténations désignées par k, m et m 'sont réparties pour former une structure polymérique séquencée.
- 10. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle la teneur en matière active d’épaississant est comprise entre 5 et 50% en masse,par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante, de préférence de 10 et 45%.
- 11. Composition selon l’une quelconque des revendications précédentes comprenant de 5 à 20% en masse de matière active d’améliorateur de viscosité par rapport à la masse totale de la composition, de préférence de 5 à 15%.
- 12. Utilisation d’une composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications précédentes en tant que fluide hydraulique ou en tant que composition lubrifiante pour compresseur rotatif.
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