FR3104609A1 - Composition lubrifiante pour limiter le frottement - Google Patents
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Abstract
Composition lubrifiante pour limiter le frottement La présente demande concerne une composition lubrifiante comprenant, par rapport au poids total de la composition lubrifiante : - au moins une huile de base ; - de 0,005 à 10% en poids d’au moins un modificateur de frottement organique polymérique; et - de 0,005 à 10% en poids d’au moins un ester qui est un produit de la réaction d’estérification entre un monoalcool saturé ou insaturé, linéaire, cyclique ou ramifié ayant entre 1 et 10 atomes de carbone et un polyacide carboxylique ou entre un polyol linéaire, cyclique ou ramifié et un monoacide carboxylique, saturé ou insaturé, linéaire, cyclique ou ramifié ayant entre 1 et 10 atomes de carbone, ledit modificateur de frottement organique polymérique étant le produit de réaction entre : a) au moins une sous-unité polymère hydrophobe qui comprend un polymère hydrophobe choisi parmi les polyoléfines, les polyacryliques et les polystyrènes; b) au moins une sous-unité polymère hydrophile qui comprend un polymère hydrophile choisi parmi les polyéthers, les polyesters et les polyamides ; c) éventuellement au moins un fragment de squelette capable de lier ensemble des sous-unités polymères; et d) éventuellement un groupe de terminaison de chaîne. Figure pour l'abrégé : Néant
Description
La présente demande concerne de nouvelles compositions lubrifiantes, notamment pour réduire le frottement entre des pièces mécaniques, de préférence entre deux pièces d’un moteur, tel qu’un moteur de véhicule. Par exemple, les compositions lubrifiantes selon l’invention peuvent être utilisées pour lubrifier un moteur à combustion interne, notamment un moteur de véhicule, en particulier de véhicule automobile.
Les lubrifiants ont pour objectif de réduire les phénomènes de friction et d’usure des pièces mécaniques, notamment dans les moteurs de véhicules, et plus particulièrement de véhicules automobiles.
Pour réduire ces phénomènes de friction, il est connu d’incorporer des modificateurs de frottements dans les lubrifiants.
Parmi les modificateurs de frottements, les composés organomolybdène représentent une famille de composés dont les propriétés de réduction des phénomènes de friction ont été largement décrites. Toutefois, il est connu de l’homme du métier que l’utilisation de composés organomolybdène, notamment de composés organomolybdène comprenant un groupement dithiocarbamate, peut provoquer une aggravation des phénomènes d’usure de pièces mécaniques. D’autres solutions ont alors été proposées pour réduire les frottements entre deux pièces mécaniques.
Parmi ces autres solutions, des modificateurs de frottement organique polymérique sont actuellement parfois utilisés. A titre de modificateurs de frottement organique polymérique, on peut citer le produit de réaction d’une polyoléfine éventuellement fonctionnalisée, d’un polyéther, d’un polyol et d’un groupe terminal acide carboxylique. Le document WO2011/107739 décrit des modificateurs de frottement organique polymérique.
Ce type de modificateur de frottement polymérique permet d’atteindre des coefficients de frottement entre pièces mécaniques qui restent parfois trop élevés pour les applications envisagées.
Il existe donc un intérêt tout particulier dans la fourniture de compositions lubrifiantes permettant de réduire le frottement entre pièces mécaniques.
Un objectif de la présente demande est de fournir des compositions lubrifiantes permettant de réduire le frottement entre des pièces mécaniques.
D’autres objectifs encore apparaîtront à la lecture de la description de l’invention qui suit.
Ces objectifs sont remplis par la présente invention qui fournit une composition lubrifiante comprenant, par rapport au poids total de la composition lubrifiante:
- au moins une huile de base;
- de 0,005 à 10% en poids d’au moins un modificateur de frottement organique polymérique ; et
- de 0,005 à 10% en poids d’au moins un ester qui est un produit de la réaction d’estérification entre un monoalcool, saturé ou insaturé, linéaire, cyclique ou ramifié ayant entre 1 et 10 atomes de carbone et un polyacide carboxylique ou entre un polyol linéaire, cyclique ou ramifié et un monoacide carboxylique, saturé ou insaturé, linéaire, cyclique ou ramifié ayant entre 1 et 10 atomes de carbone,
ledit modificateur de frottement organique polymérique étant le produit de réactionentre :
a) au moins une sous-unité polymère hydrophobe qui comprend un polymère hydrophobe choisi parmi les polyoléfines, les polyacryliques et les polystyrènes;
b) au moins une sous-unité polymère hydrophile qui comprend un polymère hydrophile choisi parmi les polyéthers, les polyesters et les polyamides;
c) éventuellement au moins un fragment de squelette capable de lier ensemble des sous-unités polymères; et
d) éventuellement un groupe de terminaison de chaîne.
Plus particulièrement, les inventeurs ont découvert de manière surprenante que la combinaison d’un modificateur de frottement organique polymérique du type précité et d’un ester préférentiellement choisi parmi les esters de glycérol, les esters d’acide citrique, les esters d’acide tartrique et leur mélange permettait d’améliorer de manière significative le coefficient de frottement entre des pièces mécaniques.
En effet, il a été découvert par les inventeurs que l’ester choisi plus particulièrement parmi les esters de glycérol, les esters d’acide citrique, les esters d’acide tartrique et leur mélange permet de booster de manière surprenante l’effet du modificateur de frottement organique polymérique.
De préférence, le modificateur de frottement organique polymérique présente une masse moléculaire moyenne en poids allant de 1000 à 30000 Daltons, préférentiellement allant de 1500 à 25000 Daltons, avantageusement allant de 2000 à 20000 Daltons. La masse moléculaire moyenne en poids peut être mesurée par chromatographie d’exclusion stérique.
Selon un mode de réalisation de l’invention, le modificateur de frottement organique polymérique est tel que défini dans la demande WO2011/107739.
De préférence, la sous-unité polymère hydrophobe du modificateur de frottement organique polymérique comprend un polymère hydrophobe dérivé d'un polymère d'une mono-oléfine comprenant 2 à 6 atomes de carbone, ladite mono-oléfine étant de préférence choisi parmi l'éthylène, le propylène, le butène et l'isobutène, plus préférablement étant l'isobutène, et ledit polymère d'une mono-oléfine contenant une chaîne de 15 à 500, de préférence de 50 à 200 atomes de carbone.
La sous-unité polymère hydrophile du modificateur de frottement organique polymérique comprend un polymère hydrophile choisi parmi les polyéthers, les polyamides et les polyesters, de préférence choisi parmi les polyéthers.
La sous-unité polymère hydrophile est, de préférence, linéaire ou ramifiée.
Le polyester est par exemple choisi parmi le polyéthylène téréphtalate, le polylactide et la polycaprolactone.
Le polyéther est par exemple choisi parmi les polyglycérols et les polyalkylènes glycol.
Selon un mode de réalisation particulièrement préféré, la sous-unité polymère hydrophile comprend un polymère hydrophile qui est un polymère d'un alkylène glycol soluble dans l'eau. De préférence, la sous-unité polymère hydrophile comprend un polymère hydrophile qui est un polyéthylène glycol (PEG), de préférence un PEG ayant un poids moléculaire variant de 300 à 5 000 Daltons, de manière avantageuse variant de 400 à 1 000 Daltons, en particulier variant de 400 à 800 Daltons.
Par exemple, la sous-unité polymère hydrophile comprend un polymère hydrophile choisi parmi le PEG400, le PEG600et le PEG1000.-
Selon un autre mode de réalisation, la sous-unité polymère hydrophile comprend un copolymère poly(éthylène-propylène glycol) ou poly(éthylène-butylène glycol).
Alternativement, la sous-unité polymère hydrophile comprend un polymère hydrophile choisi parmi les polyéthers et les polyamides dérivés de diols et de diamines,
respectivement, lesdits diols et diamines contenant au moins un groupement fonctionnel choisi parmi des groupements acides, par exemple un groupement acide carboxylique, des groupements sulfonyles par exemple un groupement sulfonylstyrène, des groupements amines, par exemple la tétraéthylènepentamine (TEPA) ou la polyéthylène imine (PEI), et des groupements hydroxyles, par exemple, des mono- ou copolymères à base de sucres.
Selon un mode de réalisation, certaines des sous-unités polymères hydrophobes et des sous-unités polymères hydrophiles peuvent être liées de manière à former des unités de copolymère séquencé. Les sous-unités polymères hydrophobes et les sous-unités polymères hydrophiles aptes à former des unités de copolymère séquencé comprennent des groupes fonctionnels qui leur permettent de se lier les unes aux autres.
De préférence, la sous-unité polymère hydrophobe comporte au moins un groupement diacide ou anhydride, ledit groupement diacide ou anhydride étant introduit dans la sous-unité polymère hydrophobe par réaction avec un diacide ou un anhydride insaturé, par exemple l'anhydride maléique. La sous-unité polymère hydrophobe comportant au moins un groupement diacide ou anhydride est apte à réagir par estérification avec une sous-unité polymère hydrophile à terminaison hydroxyle, par exemple un polyalkylèneglycol.
En variante, la sous-unité polymère hydrophobe comporte au moins un groupement époxyde, ledit groupement époxyde étant introduit dans la sous-unité polymère hydrophobe par une réaction d'époxydation avec un peracide, par exemple l'acide perbenzoïque ou peracétique. La sous-unité polymère hydrophobe comportant au moins un groupement époxyde est apte à réagir avec une sous-unité polymère hydrophile à terminaison hydroxyle et/ou acide.
Dans une autre variante encore, la sous-unité polymère hydrophobe comporte au moins une terminaison insaturée, ladite terminaison insaturée étant par réaction d’estérification entre au moins un groupement hydroxyle de la sous-unité polymère hydrophile et un acide monocarboxylique insaturé, par exemple des acides vinyliques, en particulier de l'acide acrylique ou méthacrylique. La sous-unité polymère hydrophobe comporte au moins une terminaison insaturée est apte à réagir par copolymérisation de radicaux libres avec une sous-unité polymère hydrophobe de type polyoléfine.
De manière préférentielle, la sous-unité polymère hydrophobe comprend un anhydride polyisobutylène succinique (PIBSA), ayant un poids moléculaire variant de 300 à 5000 Daltons, de préférence variant de 500 à 1500 Daltons, en particulier variant de 800 à 1200 Daltons. L’anhydride polyisobutylène succinique est issu de la maléinisation d’un polyisobutylène, en particulier issu de la réaction entre un polyisobutylène ayant un groupe terminal insaturé et de l'anhydride maléique.
Les unités de copolymère séquencé telles que décrites ci-dessus sont directement liées les unes aux autres.
Alternativement, les unités de copolymère séquencé, unités telles que décrites ci-dessus sont liées par ledit au moins un fragment de squelette.
Le fragment de squelette est choisi parmi les polyols et les acides polycarboxyliques, de préférence parmi les polyols.
Le polyol est choisi parmi les diols, les triols, les tétraols, les dimères ou trimères de diol, triol ou tétraol et les polymères à chaîne allongée de diol, triol ou tétraol.
De préférence, le polyol est choisi parmi le glycérol, le néopentyl glycol, le triméthyloléthane, le triméthylolpropane, le triméthylolbutane, le pentaerthyritol, le dipentaerthyritol, le tripentaerthyritol et le sorbitol.
De manière avantageuse, le polyol est le glycérol.
L’acide polycarboxylique est choisi parmi les acides dicarboxyliques et les acides tricarboxyliques. De préférence, l’acide polycarboxylique est un acide dicarboxylique, preférentiellement un acide dicarboxylique à chaîne droite, plus préférentiellement un acide dicarboxylique ayant une longueur de chaîne comprise entre 2 et 10 atomes de carbone.
Avantageusement, l’acide polycarboxylique est choisi parmi l'acide oxalique, l’acide malonique, l’acide succinique, l’acide glutarique, l’acide adipique, l’acide pimélique, l’acide subérique, l’acide azélaïque, l’acide sébacique et l'acide maléique.
De manière avantageuse, l’acide polycarboxylique est l’acide adipique.
Alternativement, le fragment de squelette est choisi parmi les anhydrides alcénylsucciniques (ASA) de faible poids moléculaire, de préférence parmi les anhydrides alcénylsucciniques en C18.
Le choix du fragment de squelette capable de lier ensemble les unités de copolymère séquencé est adapté selon le cas où la liaison des unités se situe entre deux sous-unités polymères hydrophobes, entre deux sous-unités polymères hydrophiles ou entre une sous-unité polymère hydrophobe et une sous-unité polymère hydrophobe.
Les fragments de squelette compris dans le modificateur de frottement organique polymérique sont de nature identique ou différente.
Le nombre d'unités de copolymère séquencé comprises dans le modificateur de frottement organique polymérique varie de 1 à 20, de préférence de 1 à 15, préférentiellement de 1 à 10, avantageusement de 1 à 7.
Lorsque le produit de la réaction de production du modificateur de frottement organique polymérique se termine par un groupe réactif (par exemple les groupements hydroxyles du PEG), il peut être souhaitable ou utile dans certaines circonstances d'introduire un groupe de terminaison de chaîne à l'extrémité du produit de la réaction.
De préférence, le groupe de terminaison de chaîne est choisi parmi les acides carboxyliques gras, préférentiellement parmi les acides en C12 à C22, linéaires ou ramifiés, saturés ou insaturés, plus préférentiellement parmi l'acide laurique, l'acide érucique, l'acide isostéarique, l'acide palmitique, l'acide oléique et l'acide linoléique, avantageusement parmi l'acide palmitique, l'acide oléique et l'acide linoléique.
De préférence, le modificateur de frottement organique polymérique mis en œuvre dans la présente invention a un indice d'acide inférieur à 20, préférentiellement inférieur à 15.
La réaction par laquelle est produit le modificateur de frottement organique polymérique mis en œuvre dans la présente invention est un processus en une étape ou en plusieurs étapes.
Selon un mode de réalisation spécifique, le modificateur de frottement organique polymérique mis en œuvre dans la présente invention est le produit de réactiond’une polyoléfine fonctionnalisée, d’un polyéther, d’un polyol et d’un groupe terminal acide carboxylique.
La composition lubrifiante selon l’invention comprend de 0,005 à 10% en poids, de préférence de 0,05 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 3% en poids, de préférence encore de 0,2 à 2% en poids, de modificateur(s) de frottement organique(s) polymérique(s) tels que définis ci-dessus, par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
La composition lubrifiante selon l’invention comprend de 0,005 à 10% en poids, de préférence de 0,05 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 3% en poids, de préférence encore de 0,2 à 2% en poids, d’au moins un ester choisi parmi les esters de glycérol, les esters d’acide citrique, les esters d’acide tartrique, et leur mélange, par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
L’ester mis en œuvre selon l’invention peut être un mono-, un di- ou un tri-ester. Il peut s’agir d’un mélange de mono-, di- et/ou tri-esters. De préférence, l’ester mis en œuvre selon l’invention comprend au moins un triester.
De préférence, l’ester est choisi parmi les esters de glycérol, les esters d’acide citrique et leur mélange.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l'ester de glycérol est un ester du glycérol et d'un acide carboxylique présentant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone. De préférence, l’acide carboxylique est un monoacide carboxylique. Dans une variante de l'invention, l'ester du glycérol est choisi parmi les heptanoates de glycérol et leurs mélanges.
Les acides carboxyliques employés pour préparer l'ester de glycérol sont des acides carboxyliques saturés ou insaturés, linéaires, cycliques ou ramifiés, éventuellement substitués par des groupements hydroxyles et/ou époxydes.
De préférence, l’acide carboxylique utilisé pour préparer l’ester de glycérol est linéaire et saturé et présente une chaîne hydrocarbonée constituée d’atomes de carbone et d’hydrogène. Autrement dit, selon un mode de réalisation particulier, l’acide carboxylique utilisé pour préparer l’ester de glycérol ne comprend pas d’hétéroatomes autres que ceux de la fonction acide.
Dans un mode de réalisation, l'ester de glycérol est obtenu à partir de matières premières d'origine renouvelable. Les acides carboxyliques utilisables pour former l’ester de glycérol sont par exemple des acides carboxyliques issus d'huiles végétales, corps gras, d'origine animale ou végétale tels que l'acide butyrique, l'acide valérique, l'acide caproïque, l'acide heptylique, l'acide caprylique, l'acide pélargonique, l'acide caprique, l'acide crotonique, l'acide iso-crotonique, l'acide sorbique, l'acide isovalérique, pris seuls ou mélange. Dans un autre mode de réalisation, l'ester de glycérol est obtenu à partir de matières premières d'origine fossile. On parle alors d'acides carboxyliques synthétiques. On peut aussi utiliser des acides carboxyliques synthétiques tels que l'acide butanoïque, l'acide pentanoïque, l'acide hexanoïque, l'acide heptanoïque, l'acide octanoïque, l'acide nonanoïque, l'acide décanoïque, pris seuls ou mélange.
On peut obtenir les esters de glycérol mis en œuvre dans l’invention par des méthodes bien connues de l’homme du métier, par exemple en faisant réagir les acides carboxyliques avec du glycérol. Ces réactions chimiques, bien connues de l'homme du métier, peuvent avoir lieu avec ou sans catalyseur, avec ou sans solvant.
Selon un mode de réalisation, l’ester du glycérol mis en œuvre dans la composition lubrifiante selon l’invention est le triheptanoate de glycérol.
Selon un mode de réalisation, l’ester d’acide tartrique est un ester d’acide tartrique et d’un alcool présentant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone. De préférence, l’alcool utilisé pour préparer l’ester d’acide tartrique est un monoalcool.
Dans un mode de réalisation de l’invention, l’ester d’acide tartrique est choisi parmi les triesters d’acide tartrique.
Selon un mode de réalisation, l’ester d’acide citrique est un ester d’acide citrique et d’un alcool présentant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone. De préférence, l’alcool utilisé pour préparer l’ester d’acide citrique est un monoalcool.
Dans un mode de réalisation de l’invention, l’ester d’acide citrique est choisi parmi les triesters d’acide citrique.
Les alcools employés pour préparer l'ester d’acide citrique ou l’ester d’acide tartrique sont des alcools saturés ou insaturés, linéaires, cycliques ou ramifiés, éventuellement substitués par des groupements acides et/ou époxydes.
De préférence, l’alcool utilisé pour préparer l’ester d’acide citrique ou l’ester d’acide tartrique est linéaire et saturé et présente une chaîne hydrocarbonée constituée d’atomes de carbone et d’hydrogène. Autrement dit, selon un mode de réalisation particulier, l’alcool utilisé pour préparer l’ester d’acide citrique ou l’ester d’acide tartrique ne comprend pas d’hétéroatomes autres que ceux de la fonction hydroxyle.
On peut obtenir les esters d’acide citrique ou les esters d’acide tartrique mis en œuvre dans l’invention par des méthodes bien connues de l’homme du métier, par exemple en faisant réagir l’acide citrique ou l’acide tartrique avec un ou plusieurs alcools. Ces réactions chimiques, bien connues de l'homme du métier, peuvent avoir lieu avec ou sans catalyseur, avec ou sans solvant.
Selon un mode de réalisation, l’ester d’acide citrique est choisi parmi le triéthylcitrate, le tributylcitrate et leur mélange.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’ester de la composition lubrifiante est choisi parmi:
- un triester du glycérol et d'un monoacide carboxylique présentant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone; et
- un triester d’acide citrique et d’un monoalcool présentant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone; et
- leur mélange.
Selon un mode de réalisation de l’invention, l’ester de la composition lubrifiante est choisi parmi le triheptanoate de glycérol, le triéthylcitrate, le tributylcitrate et leur mélange.
La composition lubrifiante selon l’invention comprend une ou plusieurs huiles de base, de préférence en une quantité d’au moins 50% en poids, de préférence encore d’au moins 60% en poids, voire d’au moins 70% en poids, par rapport au poids total de la composition lubrifiante.
La ou les huiles de base peuvent être choisies parmi les huiles de base lubrifiantes minérale, synthétique ou naturelle, animale ou végétale, connues de l’Homme du métier.
Les huiles de base utilisées dans les compositions lubrifiantes selon l’invention peuvent être des huiles d’origines minérales ou synthétiques appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) (tableau 1) ou leurs mélanges.
| Teneur en saturés | Teneur en soufre | Indice de viscosité (VI) | |
| Groupement I Huiles minérales |
< 90% | > 0,03% | 80 ≤ VI < 120 |
| Groupement II Huiles hydrocraquées |
≥ 90% | ≤ 0,03% | 80 ≤ VI < 120 |
| Groupement III Huiles hydrocraquées ou hydro-isomérisées |
≥ 90% | ≤ 0,03% | ≥ 120 |
| Groupement IV | Polyalphaoléfines (PAO) | ||
| Groupement V | Esters, PAG et autres bases non incluses dans les groupes I à IV |
Tableau 1
Les huiles de base minérales selon l’invention incluent tous types d’huiles de base obtenues par distillation atmosphérique et sous vide du pétrole brut, suivies d’opérations de raffinage telles qu’extraction au solvant, désalphatage, déparaffinage au solvant, hydrotraitement, hydrocraquage, hydroisomérisation et hydrofinition.
Des mélanges d’huiles synthétiques et minérales peuvent également être employés.
Il n’existe généralement aucune limitation quant à l’emploi de bases lubrifiantes différentes pour réaliser les compositions lubrifiantes selon l’invention, si ce n’est qu’elles doivent avoir des propriétés, notamment de viscosité, indice de viscosité, teneur en soufre, résistance à l’oxydation, adaptées à leur utilisation.
Les huiles de bases des compositions lubrifiantes selon l’invention peuvent également être choisies parmi les huiles synthétiques, telles certains esters d’acides carboxyliques et d’alcools, et parmi les polyalphaoléfines. Les polyalphaoléfines utilisées comme huiles de base sont par exemple obtenues à partir de monomères comprenant de 4 à 32 atomes de carbone, par exemple à partir d’octène ou de décène, et dont la viscosité à 100 °C est comprise entre 1,5 et 15 mm2.s-1selon la norme ASTM D445. Leur masse moléculaire moyenne est généralement comprise entre 250 et 3 000 selon la norme ASTM D5296.
Selon un mode de réalisation particulier, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de 60 à 99,5% en poids d’huiles de base, de préférence de 70 à 99,5% en poids d’huiles de base, par rapport au poids total de la composition.
De nombreux additifs additionnels peuvent être utilisés pour cette composition lubrifiante selon l’invention.
Les additifs additionnels préférés pour la composition lubrifiante selon l’invention sont choisis parmi les additifs détergents, les additifs anti-usure différents des additifs phospho-soufrés, les additifs modificateurs de frottement différents des modificateurs de frottement organiques polymériques définis ci-dessus, les additifs extrême pression, les dispersants, les améliorants du point d’écoulement, les agents anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges.
Les phosphates d’amines sont des additifs anti-usure qui peuvent être employés dans la composition lubrifiante selon l’invention. Toutefois, le phosphore apporté par ces additifs peut agir comme poison des systèmes catalytiques des automobiles car ces additifs sont générateurs de cendres. On peut minimiser ces effets en substituant partiellement les phosphates d’amines par des additifs n’apportant pas de phosphore, tels que, par exemple, les polysulfures, notamment les oléfines soufrées.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre de 0,01 à 6% en masse, préférentiellement de 0,05 à 4% en masse, plus préférentiellement de 0,1 à 2% en masse par rapport à la masse totale de composition lubrifiante, d’additifs anti-usure et d’additifs extrême-pression.
De préférence, la composition lubrifiante selon l’invention comprend, par rapport au poids total de composition lubrifiante :
- au moins 50% en poids, de préférence au moins 60% en poids, de préférence encore au moins 70% en poids, d’une ou plusieurs huiles de base ;
- de 0,005 à 10% en poids, de préférence de 0,05 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 3% en poids, de préférence encore de 0,2 à 2% en poids, d’un ou plusieurs modificateurs de frottement organiques polymériques ;
- de 0,005 à 10% en poids, de préférence de 0,05 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 3% en poids, de préférence encore de 0,2 à 2% en poids, d’un ou plusieurs esters choisis parmi les esters de glycérol, les ester d’acide citrique, les esters d’acide tartrique et leur mélange ;
- éventuellement de 0,005 à 30% en poids, de préférence de 0,1 à 25% en poids, de préférence encore de 1 à 20% en poids, d’un ou plusieurs additifs fonctionnels différents des modificateurs de frottement organiques polymériques et des esters de glycérol des esters d’acide citrique et des esters d’acide tartrique, de préférence choisis parmi les additifs détergents, les additifs anti-usure différents des additifs phospho-soufrés, les additifs modificateurs de frottement, les additifs extrême pression, les dispersants, les améliorants du point d’écoulement, les agents anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre au moins un additif modificateur de frottement additionnel différent des modificateurs de frottement organiques polymériques définis précédemment. L’additif modificateur de frottement additionnel peut être choisi parmi un composé apportant des éléments métalliques et un composé exempt de cendres. Parmi les composés apportant des éléments métalliques, on peut citer les complexes de métaux de transition tels que Sb, Sn, Fe, Cu, Zn, Mo dont les ligands peuvent être des composés hydrocarbonés comprenant des atomes d’oxygène, d’azote, de soufre ou de phosphore.
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 N,N'-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 C1- C10, de préférence un groupement alkyle en C1-C6, 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 NR7R8R9dans laquelle R7représente un groupement aliphatique ou un groupement aromatique, éventuellement substitué, R8représente un groupement aromatique, éventuellement substitué, R9représente un atome d’hydrogène, un groupement alkyle, un groupement aryle ou un groupement de formule R10S(O)zR11dans laquelle R10représente un groupement alkylène ou un groupement alkenylène, R11représente un groupement alkyle, un groupement alcényle ou un groupement aryle et z représente 0, 1 ou 2.
Des alkyl phénols sulfurisés ou leurs sels de métaux alcalins et alcalino-terreux peuvent également être utilisés comme additifs antioxydants.
Une autre classe d’additifs antioxydants est celle des composés cuivrés, par exemples les thio- ou dithio-phosphates de cuivre, les sels de cuivre et d’acides carboxyliques, les dithiocarbamates, les sulphonates, les phénates, les acétylacétonates de cuivre. Les sels de cuivre I et II, les sels d’acide ou d’anhydride succiniques peuvent également être utilisés.
La composition lubrifiante selon l’invention peut contenir tous types d’additifs antioxydants connus de l’homme du métier.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante comprend au moins un additif antioxydant exempt de cendres.
De manière également avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention comprend de 0,5 à 2% en poids par rapport à la masse totale de la composition, d’au moins un additif antioxydant.
La composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un additif détergent.
Les additifs détergents permettent généralement de réduire la formation de dépôts à la surface des pièces métalliques par dissolution des produits secondaires d’oxydation et de combustion.
Les additifs détergents utilisables dans la composition lubrifiante selon l’invention sont généralement connus de l’homme de métier. Les additifs détergents peuvent être des composés anioniques comprenant une longue chaîne hydrocarbonée lipophile et une tête hydrophile. Le cation associé peut être un cation métallique d’un métal alcalin ou alcalino-terreux.
Les additifs détergents sont préférentiellement choisis parmi les sels de métaux alcalins ou de métaux alcalino-terreux d’acides carboxyliques, les sulfonates, les salicylates, les naphténates, ainsi que les sels de phénates. Les métaux alcalins et alcalino-terreux sont préférentiellement le calcium, le magnésium, le sodium ou le baryum.
Ces sels métalliques comprennent généralement le métal en quantité stœchiométrique ou bien en excès, donc en quantité supérieure à la quantité stœchiométrique. Il s’agit alors d’additifs détergents surbasés; le métal en excès apportant le caractère surbasé à l’additif détergent est alors généralement sous la forme d’un sel métallique insoluble dans l’huile, par exemple un carbonate, un hydroxyde, un oxalate, un acétate, un glutamate, préférentiellement un carbonate.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre de 2 à 4% en poids d’additif détergent par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
De manière également avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un additif abaisseur de point d’écoulement.
En ralentissant la formation de cristaux de paraffine, les additifs abaisseurs de point d’écoulement améliorent généralement le comportement à froid de la composition lubrifiante selon l’invention.
Comme exemple d’additifs abaisseurs de point d’écoulement, on peut citer les polyméthacrylates d’alkyle, les polyacrylates, les polyarylamides, les polyalkylphénols, les polyalkylnaphtalènes, les polystyrènes alkylés.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut également comprendre au moins un agent dispersant.
L’agent dispersant peut être choisi parmi les bases de Mannich, les succinimides et leurs dérivés.
De manière également avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre de 0,2 à 10% en masse d’agent dispersant par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
La composition lubrifiante de la présente invention peut également comprendre au moins un polymère supplémentaire pouvant améliorer l’indice de viscosité. Comme exemples de polymère supplémentaire améliorant l’indice de viscosité, on peut citer les esters polymères, les homopolymères ou les copolymères, hydrogénés ou non- hydrogénés, du styrène, du butadiène et de l’isoprène, les polyméthacrylates (PMA).
La présente invention concerne également l’utilisation de la composition lubrifiante telle que définie plus haut pour la lubrification de pièces métalliques, en particulier pour la lubrification de moteur, notamment moteur à combustion interne, par exemple de moteur de véhicule.
De façon avantageuse, la composition lubrifiante selon l’invention permet de réduire les frottements, notamment entre deux pièces mécaniques, par exemple deux pièces d’un moteur, notamment moteur à combustion interne, par exemple de moteur de véhicule.
Ainsi, l’invention concerne l’utilisation de la composition lubrifiante selon l’invention pour réduire l’usure de pièces mécaniques, par exemple des pièces d’un moteur, notamment d’un moteur de véhicule.
La présente demande concerne également un procédé de lubrification de pièces mécaniques, notamment dans un moteur, tel qu’un moteur à combustion interne, comprenant au moins une étape de mise en contact d’au moins une pièce avec une composition lubrifiante selon l’invention.
La présente invention va maintenant être décrite à l’aide d’exemples non limitatifs.
Exemple 1: Compositions lubrifiantes
Les compositions du tableau 2 (CL: composition lubrifiante selon l’invention; CC: composition comparative) ont été préparées en mélangeant à 60°C l’ester et/ou le modificateur de frottement polymérique dans une composition comprenant l’huile de base, l’améliorant d’indice de viscosité et le paquet d’additifs, pour obtenir les proportions indiquées dans le tableau 2. Les pourcentages indiqués sont rapportés à 100% en poids de composition lubrifiante incluant l’ester et/ou le modificateur de frottement polymérique.
| Composition lubrifiante | CL1 (% en poids) | CL2 (% en poids) | CL3 (% en poids) | CL4 (% en poids) | CL5 (% en poids) | CC1 (% en poids) | CC2 (% en poids) |
| triéthylcitrate | 1 | 2 | 0,5 | - | - | - | 1 |
| tributylcitrate | - | - | - | 1 | - | - | |
| Triheptanoate de glycérol | - | - | - | 1 | - | - | - |
| Modificateur de frottement organique selon l’invention* | 0,5 | 0,5 | 0,25 | 0,5 | 0,5 | 0,5 | - |
| Paquet d’additif 1** | 13,3 | 12,3 | 14,05 | 13,3 | 13,3 | 14,3 | 13,8 |
| Améliorant d’indice de viscosité(copolymère oléfinique) | 6,1 | 6,1 | 6,1 | 6,1 | 6,1 | 6,1 | 6,1 |
| Huile de base de groupe III | 79,1 | 79,1 | 79,1 | 79,1 | 79,1 | 79,1 | 79,1 |
Tableau 2. Compositions lubrifiantes selon l’invention et comparatives
*Modificateur de frottement organique selon l’invention qui est le produit de réactionentre :
a) une sous-unité polymère hydrophobe qui comprend un polymère hydrophobe choisi parmi les polyoléfines, les polyacryliques et les polystyrènes;
b) une sous-unité polymère hydrophile qui comprend un polymère hydrophile choisi parmi les polyéthers, les polyesters et les polyamides;
c) éventuellement au moins un fragment de squelette capable de lier ensemble des sous-unités polymères; et
d) éventuellement un groupe de terminaison de chaîne.
** comprenant des détergents, dispersants, antioxydants et anti-usure
Les compositions du tableau 3 (CL: composition lubrifiante selon l’invention; CC: composition comparative) ont été préparées en mélangeant à 60°C l’ester et/ou le modificateur de frottement polymérique dans une composition comprenant l’huile de base, l’améliorant d’indice de viscosité et le paquet d’additifs, pour obtenir les proportions indiquées dans le tableau 3. Les pourcentages indiqués sont rapportés à 100% en poids de composition lubrifiante incluant l’ester et/ou le modificateur de frottement polymérique.
| Composition lubrifiante | CL7 (% en poids) | CC3 (% en poids) | CC4 (% en poids) |
| triéthylcitrate | 1 | - | - |
| Modificateur de frottement organique selon l’invention | 0,5 | - | 0,5 |
| Paquet d’additif 2* | 10,7 | 10,9 | 10,8 |
| Améliorant d’indice de viscosité(polymères acrylique) | 5,8 | 5,9 | 5,9 |
| Huiles de base de groupe III et IV | 82 | 83,2 | 82,8 |
Tableau 3. Compositions lubrifiantes selon l’invention et comparatives
* comprenant des détergents, dispersants, antioxydants et anti-usure.
Exemple 2: Résultats des tests tribologiques
Les tests tribologiques ont été réalisés dans les conditions suivantes:
| Glissement continu | Charge | 30N (0,96 Gpa) |
| Température | 100 °C | |
| SRR | 50% | |
| Vitesse entraînement | 0,1 m/s | |
| Temps (min) | 5 15 30 60 120 |
|
| Stribeck | Charge | 30N (0,96 Gpa) |
| Température | 100 °C | |
| SRR | 50% | |
| Vitesse entraînement | 3 à 0,007 m/s |
Tableau 4. Conditions des tests tribologiques
Le coefficient de friction des compositions lubrifiantes testées est déterminé à 100°C en utilisant un dispositif MTM (Machine de traction ou Mini Traction Machine) mettant en œuvre une bille en acier trempé de 2 cm de diamètre sur un plan en acier trempé.
Le dispositif MTM peut être un dispositif de chez PCS Instruments. Ce dispositif permet de mettre en mouvement relatif une bille d'acier et un plan en acier afin de déterminer les coefficients de friction pour une composition lubrifiante donnée tout en faisant varier diverses propriétés comme la vitesse, la charge, et la température.
Le plan en acier trempé est de référence AISI 52100 avec une finition miroir (Ra inf. à 0,01 µm) et la bille est également de référence AISI 52100 réalisée en acier trempé.
La charge appliquée est de 30 N (0,96 Gpa) et la vitesse de rotation varie de 0,007 m/s à 3 m/s.
Approximativement 50 ml de composition lubrifiante testée a été introduite dans le dispositif. La bille est engagée face contre plan, ladite bille et ledit plan étant actionnés indépendamment de sorte à créer un contact mixte roulement/glissement.
Le coefficient de friction est mesuré et enregistré par l’intermédiaire d’un capteur de force.
Le test est mis en œuvre pour une durée de 121 minutes (alternant les périodes dites de glissement continu et «stribeck»). La vitesse est initialement maintenue constante à 0,1 m/s et à chaque intervalle défini dans le tableau, la vitesse passe de 3 à 0,007 m/s durant une minute avant de revenir à une vitesse de 0,1 m/s à la fin de ladite période définie.
On mesure ainsi le coefficient de friction en fonction de la vitesse définie.
Le tableau 5 donne les résultats pour les compositions du tableau 2, exprimés en termes de coefficient de friction en fonction de la vitesse de glissement.
| Vitesse de 0,01 m/s | Vitesse de 0,1 m/s | |
| Coefficient de friction CC1 | 0,068 | 0,070 |
| Coefficient de friction CC2 | 0,133 | 0,112 |
| Coefficient de friction CL1 | 0,040 | 0,040 |
| Coefficient de friction CL2 | 0,022 | 0,021 |
| Coefficient de friction CL3 | 0,050 | 0,061 |
| Coefficient de friction CL4 | 0,048 | 0,047 |
| Coefficient de friction CL5 | 0,040 | 0,041 |
Le tableau 6 donne quant à lui les résultats pour les compositions du tableau 3, exprimés en termes de coefficient de friction en fonction de la vitesse de glissement.
| Vitesse de 0,01 mm/s | Vitesse de 0,1 mm/s | |
| Coefficient de friction CL7 | 0,073 | 0,065 |
| Coefficient de friction CC3 | 0,131 | 0,115 |
| Coefficient de friction CC4 | 0,142 | 0,122 |
Les résultats démontrent ainsi que :
- la valeur du coefficient de friction ne dépend pas de manière significative de la teneur en modificateur de frottement polymérique et/ou en ester.
- l’ester n’a pas d’effet notable sur le coefficient de friction lorsqu’il est utilisé seul, sans modificateur de frottement polymérique.
- existe une synergie entre l’ester défini dans la présente invention et les modificateurs de frottement polymérique au sein de la composition lubrifiante pour diminuer significativement le coefficient de friction et par conséquent pour limiter les frottements entre les pièces mécaniques.
Claims (9)
- Composition lubrifiante comprenant, par rapport au poids total de la composition lubrifiante :
- au moins une huile de base ;
- de 0,005 à 10% en poids d’au moins un modificateur de frottement organique polymérique; et
- de 0,005 à 10% en poids d’au moins un ester qui est un produit de la réaction d’estérification entre un monoalcool, saturé ou insaturé, linéaire, cyclique ou ramifié ayant entre 1 et 10 atomes de carbone et un polyacide carboxylique ou entre un polyol linéaire, cyclique ou ramifié et un monoacide carboxylique, saturé ou insaturé, linéaire, cyclique ou ramifié ayant entre 1 et 10 atomes de carbone,
ledit modificateur de frottement organique polymérique étant le produit de réaction entre :
a) au moins une sous-unité polymère hydrophobe qui comprend un polymère hydrophobe choisi parmi les polyoléfines, les polyacryliques et les polystyrènes;
b) au moins une sous-unité polymère hydrophile qui comprend un polymère hydrophile choisi parmi les polyéthers, les polyesters et les polyamides ;
c) éventuellement au moins un fragment de squelette capable de lier ensemble des sous-unités polymères; et
d) éventuellement un groupe de terminaison de chaîne. - Composition selon la revendication 1, dans laquelle le modificateur de frottement organique polymérique présente une masse moléculaire moyenne en poids allant de 1000 à 30000 Daltons.
- Composition selon l’une des revendications 1 ou 2, dans laquelle le modificateur de frottement organique polymérique est le produit de réactiond’une polyoléfine fonctionnalisée, d’un polyéther, d’un polyol et d’un groupe terminal acide carboxylique.
- Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans laquelle l’ester est choisi parmi :
- un triester du glycérol et d'un monoacide carboxylique présentant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 2 à 8 atomes de carbone ; et
- un triester d’acide citrique et d’un monoalcool présentant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 2 à 12 atomes de carbone, plus préférentiellement de 2 à 8 atomes de carbone ; et
- leur mélange. - Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans laquelle l’ester est choisi parmi le triheptanoate de glycérol, le triéthylcitrate, le tributylcitrate et leur mélange.
- Composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, comprenant, par rapport au poids total de composition lubrifiante :
- au moins 50% en poids, de préférence au moins 60% en poids, de préférence encore au moins 70% en poids, d’une ou plusieurs huiles de base ;
- de 0,005 à 10% en poids, de préférence de 0,05 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 3% en poids, de préférence encore de 0,2 à 2% en poids, d’un ou plusieurs modificateurs de frottement organiques polymériques ;
- de 0,005 à 10% en poids, de préférence de 0,05 à 5% en poids, de préférence de 0,1 à 3% en poids, de préférence encore de 0,2 à 2% en poids, d’un ou plusieurs esters choisis parmi les esters de glycérol, les ester d’acide citrique, les esters d’acide tartrique et leur mélange ;
- éventuellement de 0,005 à 30% en poids, de préférence de 0,1 à 25% en poids, de préférence encore de 1 à 20% en poids, d’un ou plusieurs additifs fonctionnels différents des modificateurs de frottement organiques polymériques et des esters de glycérol des esters d’acide citrique et des esters d’acide tartrique, de préférence choisis parmi les additifs détergents, les additifs anti-usure différents des additifs phospho-soufrés, les additifs modificateurs de frottement, les additifs extrême pression, les dispersants, les améliorants du point d’écoulement, les agents anti-mousse, les épaississants et leurs mélanges. - Utilisation de la composition selon l’une quelconque des revendications 1 à 6 pour réduire les frottements entre deux pièces mécaniques, de préférence entre deux pièces d’un moteur, tel qu’un moteur de véhicule.
- Utilisation selon la revendication 7 pour réduire l’usure des pièces, en particulier des pièces d’un moteur.
- Procédé de lubrification de pièces mécaniques, notamment dans un moteur, notamment moteur à combustion interne, comprenant au moins une étape de mise en contact d’au moins une pièce avec une composition lubrifiante selon l’une quelconque des revendications 1 à 6.
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