FR3111639A1 - Composition aqueuse pour la lubrification des systèmes mécaniques - Google Patents
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Abstract
Composition aqueuse pour la lubrification des systèmes mécaniques La présente demande concerne une composition lubrifiante aqueuse comprenant au moins : de l’eau, de préférence de l’eau déionisée ; au moins un polyalkylène glycol ; au moins un composé antigel choisi parmi les glycols; et au moins un composé phosphoré. Elle concerne également l’utilisation d’une telle composition lubrifiante aqueuse, pour la lubrification et le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique. Figure pour l’abrégé : Néant
Description
La présente invention concerne le domaine des compositions lubrifiantes, notamment des compositions lubrifiantes pour la lubrification des systèmes mécaniques, tels que des roulements, des engrenages, des paliers ou des moteurs. En particulier, la présente invention concerne des compositions lubrifiantes à base aqueuse.
Les compositions lubrifiantes, dites encore « lubrifiants » sont couramment mises en œuvre dans des systèmes mécaniques, pour réduire les frottements entre les pièces et ainsi protéger les pièces contre l’usure. Outre les phénomènes d’usure, les frottements peuvent s’opposer au mouvement relatif des pièces en contact et induire des pertes d’énergie préjudiciables à un fonctionnement optimal du système mécanique.
Les lubrifiants sont mis en œuvre pour de multiples applications, par exemple pour le travail des métaux, notamment pour les opérations de déformation de métaux, pour les turbines à gaz ou à vapeur dans les domaines de l’aéronautique, du naval, du transport ferroviaire et de la production d’électricité, pour des systèmes de propulsion des véhicules à moteur, par exemple pour la lubrification des roulements, des engrenages, d’un moteur, etc.
Par exemple, dans le domaine des lubrifiants pour moteurs ou transmissions de véhicules à moteurs, la formulation de lubrifiants représente un enjeu important dans la mesure où ils permettent d’agir sur la consommation de carburant, et par conséquent sur les émissions de dioxyde de carbone,vialeur impact sur les forces de frottements générées entres les différents organes des véhicules à moteur.
Les lubrifiants les plus répandus sont des lubrifiants à base d’hydrocarbures. Ces lubrifiants hydrocarbonés sont classiquement composés d’une ou plusieurs huiles de base, auxquelles sont généralement associés des additifs dédiés à stimuler les performances lubrifiantes des huiles de base, comme par exemple des additifs modificateurs de frottement.
D’autre part, la friction entre les pièces en mouvement génère de la chaleur, et il peut être nécessaire d’assurer conjointement un refroidissement des systèmes mécaniques. Ce refroidissement est typiquement assuré par un fluide de refroidissement, distinct du lubrifiant hydrocarboné, comme par exemple de l’air, un fluide aqueux, tel que l’eau ou encore par un mélange d’eau et d’un glycol.
De nos jours, le développement de nouveaux lubrifiants doit prendre en considération de nouvelles contraintes visant à s’affranchir de l’utilisation de solvants toxiques ou potentiellement toxiques, ou encore à réduire leur impact sur l’environnement et les émissions de dioxyde de carbone. A ce titre, les formulations à base d’eau présentent un intérêt croissant.
Si l’eau est excellent fluide de refroidissement, elle ne présente pas, en revanche, des propriétés tribologiques requises pour un lubrifiant, en particulier en termes de réduction du frottement et de protection des pièces contre l’usure.
Des compositions lubrifiantes à base d’eau, supplémentée par divers additifs, ont déjà été étudiées. Par exemple, le document US 2012/0149616 propose un lubrifiant aqueux comprenant, outre de l’eau, des polyalkylènes glycol hydrosolubles, des émulsifiants, des additifs antigels de type alkylène glycol ou glycérol, des additifs anticorrosion, des additifs anti-mousses et des additifs réducteurs de frottement.
La présente invention vise à proposer une nouvelle composition à base d’eau, présentant des propriétés tribologiques adaptées à sa mise en œuvre pour la lubrification de systèmes mécaniques.
Plus particulièrement, la présente invention concerne, selon un premier de ses aspects, une composition lubrifiante aqueuse comprenant au moins :
- de l’eau, de préférence de l’eau déionisée ;
- au moins un polyalkylène glycol ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré.
- de l’eau, de préférence de l’eau déionisée ;
- au moins un polyalkylène glycol ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré.
Par « composition aqueuse » au sens de la présente invention, on entend désigner une composition comprenant de l’eau à titre de fluide de base, autrement dit à titre de solvant majoritaire. En particulier, l’eau, de préférence déionisée, représente de préférence plus de 35 % massique de la masse totale de la composition lubrifiante.
Dans la suite du texte, on désignera par « composition lubrifiante aqueuse » ou « lubrifiant aqueux », une composition lubrifiante selon l’invention.
Contre toute attente, les inventeurs ont découvert qu’il est possible, en supplémentant l’eau par l’association spécifique d’au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, d’au moins un composé phosphoré et d’au moins un polyalkylène glycol, d’accéder à une formulation aqueuse présentant d’excellentes propriétés tribologiques.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente ainsi des performances en termes de réduction des frottements entre les pièces en mouvement dans un système mécanique, équivalentes, voire même améliorées, comparativement à celles atteintes à l’aide d’un lubrifiant conventionnel à base d’huile(s) hydrocarbonée(s).
Les compositions aqueuses selon l’invention s’avèrent ainsi adaptées à une mise en œuvre en tant que lubrifiants, en particulier pour la lubrification de pièces en mouvement dans un système mécanique. Elles peuvent ainsi être employées dans tous les systèmes et pour toutes applications, en substitution des lubrifiants conventionnels hydrocarbonés. Des exemples d’application sont donnés dans la suite du texte.
Ainsi, la présente demande concerne, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour la lubrification des pièces en mouvement dans un système mécanique, en particulier dans un système de propulsion de véhicule, et plus particulièrement au niveau de la partie transmission d’un système de propulsion de véhicule.
La présente demande concerne également l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour réduire les frottements entre les pièces en mouvement dans un système mécanique, en particulier dans un système de propulsion de véhicule, ainsi que l’utilisation d’une composition aqueuse lubrifiante selon l’invention pour réduire l’usure des pièces dans un système mécanique, en particulier dans un système de propulsion de véhicule.
L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, un procédé de lubrification d’un système mécanique (ou de pièces dans un système mécanique), comprenant au moins une étape de mise en contact d’au moins une pièce dudit système mécanique avec une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention.
De manière avantageuse, une composition selon l’invention associe de bonnes propriétés de refroidissement liées à la présence de l’eau, et de bonnes propriétés tribologiques, en particulier de réduction des frottements et de résistance à l’usure. Ainsi, une composition aqueuse selon l’invention peut avantageusement assurer la double fonction de lubrification et de refroidissement.
Ainsi, la présente invention concerne également l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour la lubrification et le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique, en particulier dans un système de propulsion de véhicule.
Il est ainsi possible de tirer profit d’une composition aqueuse selon l’invention pour s’affranchir de la mise en œuvre de deux fluides distincts, d’un côté un fluide de refroidissement, de l’autre, un fluide lubrifiant.
Également, une composition selon l’invention présente l’avantage d’être aisée à formuler. Elle présente, outre les propriétés conjointes de refroidissement et de lubrification, une bonne stabilité. De manière avantageuse, elle présente également de bonnes propriétés anticorrosion.
Selon une variante d’application, une composition lubrifiante aqueuse peut être mise en œuvre pour la lubrification d’un moteur ou de la transmission dans un véhicule à moteur. Ces utilisations comprennent la mise en contact d’au moins un élément du moteur ou de la transmission, en particulier de la boîte de vitesse ou du pont, avec une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet avantageusement d’agir efficacement sur la consommation de carburantviason impact sur les forces de frottements générées entre les différents organes de véhicules à moteur. En particulier, une composition lubrifiante aqueuse s’avère tout particulièrement avantageuse pour réduire les frottements dans les boîtes de vitesses, dans les différentiels de ponts et/ou dans la culasse, afin de limiter la consommation de carburant des véhicules à moteur.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente ainsi avantageusement de bonnes propriétés en termes de réduction de la consommation de carburant des véhicules à moteur, dites encore propriétés de « Fuel Eco ».
L’invention concerne ainsi, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire la consommation de carburant d’un moteur, en particulier d’un moteur de véhicule, lubrifié au moyen de cette composition.
Elle concerne également l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire la consommation de carburant d’un véhicule équipé d’une transmission, notamment d’un pont ou d’une boîte de vitesse, lubrifiée au moyen de cette composition.
D’autres caractéristiques, variantes et avantages d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description et des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Les expressions « compris entre … et … », « allant de … à … », « formé de … à … », et « variant de … à … », doivent se comprendre bornes incluses, sauf mention contraire.
Dans la description et les exemples, sauf indication contraire, les pourcentages sont des pourcentages pondéraux. Les pourcentages sont donc exprimés en masse par rapport à la masse totale de la composition. La température est exprimée en degré Celsius sauf indication contraire, et la pression est la pression atmosphérique, sauf indication contraire.
Description détaillée
COMPOSITION AQUEUSE
Comme évoqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, dit encore lubrifiant aqueux, est une formulation comprenant de l’eau à titre de solvant majoritaire.
Au sens de l’invention, par « solvant majoritaire » on entend signifier que l’eau est présente en plus grande quantité que tout autre solvant éventuellement présent dans la composition. De préférence, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins 35 % massique d’eau, en particulier d’eau déionisée, de préférence entre 35 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 40 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
De manière avantageuse, outre son rôle de solvant, l’eau permet d’accéder à une composition lubrifiante présentant de bonnes propriétés de refroidissement, et pouvant être mise en œuvre comme fluide de refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique.
Selon un mode de réalisation particulier, l’eau mise en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est de l’eau déionisée, dite encore eau déminéralisée.
Une eau déionisée ne comprend pas d’ions, tels que les ions Ca2+et HCO3 -généralement présents dans l’eau, qui sont responsables de la conduction de l’électricité dans l’eau.
La mise en œuvre d’une eau déionisée est donc particulièrement avantageuse dans le cadre de l’utilisation du lubrifiant aqueux selon l’invention pour des applications requérant un fluide conduisant peu, voire pas du tout, l’électricité, comme par exemple pour la mise en œuvre du lubrifiant aqueux pour la lubrification et le refroidissement de systèmes mécaniques comprenant un circuit électrique, par exemple des moteurs électriques ou hybrides, en particulier dans des véhicules électriques ou hybrides.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention se différencie donc des lubrifiants classiquement mis en œuvre dans les systèmes mécaniques, qui comprennent une proportion majoritaire d’une ou plusieurs huiles de base non solubles dans l’eau.
Par « huile non soluble dans l’eau », on entend notamment une huile qui ne se dissout substantiellement pas dans l’eau à température ambiante (à environ 25 °C). En particulier, une huile non soluble dans l’eau présente une solubilité dans l’eau inférieure à 0,2 g/L, à température ambiante.
Il s’agit notamment des huiles de bases lubrifiantes appartenant aux groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) et leurs mélanges.
De préférence, une composition lubrifiante aqueuse selon la présente invention comprend moins de 5 % massique d’huile(s) de base non soluble(s) dans l’eau, de préférence moins de 2 % massique, plus préférentiellement moins de 1 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est totalement exempte d’huile non soluble dans l'eau.
POLYALKYLENE GLYCOL
Comme indiqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un polyalkylène glycol.
Les polyalkylène glycols (notés « PAG ») sont choisis parmi les polyalkylène glycols solubles dans l’eau.
Par « soluble dans l’eau » on entend désigner un polyalkylène glycol ayant une solubilité dans l’eau d’au moins 10 g/L, de préférence d’au moins 500 g/L, dans l’eau à température ambiante (environ 25 °C).
Les polyalkylène glycols peuvent être plus particulièrement formés d’unités oxyde d’alkylène en C1-C4, de préférence en C1-C3, plus particulièrement en C2-C3.
Avantageusement, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins 50 % massique, en particulier au moins 80 % massique, plus préférentiellement au moins 90 % massique d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’éthylène. Il peut s’agir d’un copolymère, en particulier statistique, oxyde d’éthylène / oxyde de propylène.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une masse molaire moyenne massique (Mn) comprise entre 1000 et 20 000 g.mol-1, de préférence entre 5 000 et 15 000 g.mol-1.
La masse molaire moyenne en nombre peut être mesurée par chromatographie à perméation de gel (GPC).
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445, comprise entre 100 et 5 000 mm²/s, en particulier entre 150 et 3 000 mm²/s, et plus particulièrement entre 500 et 3 000 mm²/s.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une viscosité cinématique mesurée à 40 °C (KV40), selon la norme ASTM D445, comprise entre 500 et 30 000 mm²/s, plus particulièrement entre 1 000 et 25 000 mm²/s, voire entre 5 000 et 25 000 mm²/s.
Le point éclair d’un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est de préférence supérieur ou égale à 160 °C, en particulier supérieur ou égale à 220 °C. Le point éclair peut être mesuré par la norme ISO 2592 ou ASTM D92.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente un indice de viscosité mesuré selon la norme ASTM D2270, compris entre 100 et 800, de préférence entre 250 et 550.
En particulier, le ou lesdits composés polyalkylène glycol peuvent être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention en une teneur d’au moins 5,0 % massique, de préférence comprise entre 5,0 % et 50 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 40 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
COMPOSE ANTIGEL
Comme indiqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges.
Ces composés sont connus pour leur action antigel, autrement dit pour réduire la température de congélation de la composition.
Les glycols sont des diols dans lesquels les deux groupes hydroxyle sont portés par des atomes différents de carbone, de préférence par des atomes de carbone vicinaux.
De préférence, les glycols sont des alkylène glycols, en particulier ayant de 2 à 10 atomes de carbone, en particulier de 2 à 6 atomes de carbones. A titre d’exemples, peuvent être cités le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol et le propylène glycol.
Le composé antigel peut encore être choisi parmi le glycérol, le diglycérol, le triglycérol et leurs mélanges.
De préférence le composé antigel mis en œuvre selon l’invention est choisi parmi le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges. De préférence, le composé antigel est le monoéthylène glycol.
En particulier, le ou lesdits composés antigel peuvent être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention en une teneur d’au moins 5,0 % massique, de préférence comprise entre 5,0 % et 35 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 35 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
COMPOSE PHOSPHORÉ
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un composé phosphoré, c’est-à-dire un composé comprenant au moins un atome de phosphore. De préférence, les composés phosphorés considérés selon l’invention n’apportent pas de soufre.
Le ou lesdits composés phosphorés sont avantageusement mis en œuvre sous une forme soluble ou émulsionnable dans l’eau, en particulier sous la forme de sels ioniques.
En particulier, le composé phosphoré peut être choisi parmi les phosphates d’amine ; les phosphates tels que les esters de phosphate, en particulier les phosphates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle ; les polyphosphates ; les phosphonates tels que les esters de phosphonates, en particulier les phosphonates d’alkyle, d’alcényle ou d’aryle ; les polyphosphonates ; les carbamyl-phosphates ; les phosphinates ; et leurs mélanges.
Le ou les composés phosphorés sont de préférence présents dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention sous la forme de sels, en particulier sous la forme d’ions phosphate, phosphonate ou phosphinate neutralisés par un contre-ion approprié.
Les sels peuvent être des sels de métaux alcalins ou alcalino-terreux, d’ammonium, d’alcanolamines, en particulier en C2-C8, ou d’alcaneamines, en particulier en C2-C8, de phosphate, de phosphonate ou de phosphinate.
Des exemples de composés convenant tout particulièrement à l’invention sont les esters de phosphate, les esters de phosphonate et leurs sels, de préférence les esters de phosphate et leurs sels.
Les esters de phosphate, dits encore esters d’acide phosphorique, peuvent être obtenus par réaction d’au moins un alcool, linéaire ou ramifié, éthoxylé ou non, de préférence d’au moins un alcool comportant entre 1 et 12 atomes de carbone, plus préférentiellement entre 2 et 8 atomes de carbone, sur du pentoxyde de phosphore de formule P205ou sur l’acide phosphorique.
De préférence, le composé phosphoré mis en œuvre dans une composition aqueuse selon l’invention est choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8.
Un tel composé peut notamment être choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges.
De tels composés phosphorés ont déjà été proposés à titre d’agents antistatiques dans des fluides hydrauliques. Néanmoins, à la connaissance des inventeurs, de tels composés n’ont jamais été mis en œuvre dans des compositions lubrifiantes aqueuses.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre moins de 5,0 % massique de composé(s) phosphoré(s) tel(s) que défini(s) ci-dessus, en particulier sous la forme de sel(s), notamment de sel(s) d’esters de phosphate, de préférence de 0,1 % à 5,0 % massique, plus préférentiellement de 0,5 % à 3,0 % massique, par rapport à la masse totale de composition.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre une teneur en phosphore allant de 0,016 % à 0,4 % massique, en particulier de 0,04 % à 0,24 % massique et plus particulièrement de 0,08 % à 0,16 % massique. La teneur en phosphore peut être mesurée par ICP (pour « Inductively Coupled Plasma » en langue Anglaise).
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend :
- de l’eau, de préférence de l’eau déionisée ;
- au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges.
- au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges.
ADDITIFS
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre en outre divers additifs.
Il est entendu que le ou lesdits additifs sont compatibles avec leur mise en œuvre en milieu aqueux. Avantageusement, les additifs sont mis en œuvre sous une forme soluble ou émulsionnable dans l’eau, par exemple sous la forme de sels ou de liquides ioniques.
Le ou lesdits additifs sont bien entendu choisis au regard de l’application visée pour le lubrifiant aqueux.
Bien entendu, l’homme du métier veillera à choisir les éventuels additifs et/ou leur quantité de telle manière que les propriétés avantageuses de la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, en particulier les propriétés tribologiques, notamment de réduction des frottement et protection des pièces contre l’usure, et de refroidissement, ne soient pas altérées par l’adjonction envisagée.
De tels additifs peuvent être plus particulièrement choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, des agents émulsifiants, et leurs mélanges.
Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre plus particulièrement de 0,1 à 10 % massique d’additifs, en particulier de 1,0 à 8,0 % massique d’additifs, par rapport à la masse totale de la composition.
Inhibiteur de corrosion
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent inhibiteur de corrosion. Les inhibiteurs de corrosion permettent avantageusement de réduire voire d’empêcher la corrosion des pièces métalliques. La nature du ou desdits inhibiteurs de corrosion peut être choisie au regard du métal à protéger contre la corrosion, tel que l’aluminium, l’acier, l’acier galvanisé, les métaux jaunes, par exemple le cuivre ou le laiton.
Parmi les inhibiteurs de corrosion inorganiques peuvent être cités les nitrites, les sulfites, les silicates, les borates, les phosphates de sodium, potassium, calcium ou magnésium, les phosphates de métaux alcalins, les hydroxydes, les molybdates, les sulfates de zinc, de magnésium ou de nickel.
Parmi les inhibiteurs de corrosion organiques peuvent être cités les alcanolamines, telle que la triéthanolamine, les acides aliphatiques monocarboxyliques, en particulier ayant de 4 à 15 atomes de carbone, par exemple l’acide octanoïque, les acides aliphatiques dicarboxyliques ayant de 4 à 15 atomes de carbone, par exemple l’acide décane dioïque, l’acide undécane dioïque, l’acide dodécane dioïque ou leurs mélanges, les acides polycarboxyliques éventuellement neutralisés par la triéthanolamine, tel que l’acide 1,3,5-triazine-2,4,6-tri-(6-aminocaproïque), les acides alcanoylamidocarboxyliques, en particulier l’acide isononanoylamidocaproïque, et leurs mélanges. Les amides boratés, produits de la réaction d’amines ou d’amino-alcools avec de l’acide borique, peuvent également être utilisés.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 0,1 % à 5 % massique d’inhibiteur(s) de corrosion, de préférence de 0,5 % à 4 % massique, plus préférentiellement de 1 % à 2,5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Additif anti-usure/extrême-pression
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif anti-usure et/ou extrême-pression. Leur fonction est de réduire l’usure et le coefficient de friction, ou encore d’empêcher le contact métal-métal par formation d’un film protecteur adsorbé sur ces surfaces.
Il existe une grande variété d’additifs anti-usure, parmi lesquels peuvent être cités ceux choisis parmi les additifs phosphosoufrés comme les alkylthiophosphates métalliques ou leurs sels.
Des additifs n’apportant pas de phosphore peuvent également convenir, tels que, par exemple, les polysulfures, notamment les oléfines soufrées.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un additif extrême-pression choisis parmi les acides gras soufrés, et les dimercaptothiadiazoles, de préférence mis en œuvre sous leur forme neutralisée, émulsionnable ou soluble dans l’eau. Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un additif extrême-pression de type acide gras soufré, de préférence sous une forme neutralisée, en particulier par des agents alcalinisant inorganiques ou alcanolamines.
Les acides gras soufrés peuvent comprendre de 8 à 22 atomes de carbone, de préférence de 12 à 18 atomes de carbone.
La quantité de soufre selon la norme ASTM D2622 apportée par le ou lesdits acides gras soufrés peut être comprise entre 5 % et 30 % massique, en particulier entre 10 % et 20 % massique.
De préférence, la quantité de soufre actif à 150°C selon la norme ASTM D 1662 apportée par le ou lesdits acides gras soufrés dans la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est supérieure ou égale à 2 % massique, en particulier compris entre 5 et 10 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante .
On entend « par soufre actif » au sens de la présente invention, le soufre qu’un composé chimique est capable de céder ou de libérer lorsqu’on place ce composé dans les conditions de la norme ASTM D1662. La norme ASTM D-1662 définit un taux de soufre actif d’un composé à une température donnée comme une différence exprimée en pourcentage pondéral de teneur en soufre avant et après réaction d’un échantillon de ce composés soufré avec une quantité donnée de cuivre pendant un temps fixe.
La quantité de soufre actif à 150°C (norme ASTM D1662) dans la composition lubrifiante aqueuse de l’invention peut influer sur ses performances en extrême-pression. Cette quantité de soufre actif à 150°C (ASTM D1662) dans la composition lubrifiante ne doit pas être trop basse, sinon on ne peut obtenir un comportement extrême-pression satisfaisant. Elle ne doit pas être trop élevée, pour éviter un risque de corrosion, notamment vis-à-vis des métaux et alliages métalliques, notamment vis-à-vis du cuivre.
Comme évoqué précédemment, le ou lesdits acides gras soufrés sont de préférence mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention sous leur forme neutralisée par un agent alcalinisant, tel que l’hydroxyde sodium, l’hydroxyde de potassium, ou une alcanolamine, telles que la monoéthanolamine, la triéthanolamine, la monoisopropanolamine, la diisopropanolamine et la triisopropanolamine.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre entre 0,01 % et 10 % massique d’additif(s) anti-usure et/ou extrême-pression, en particulier d’acide(s) gras soufré(s), tels que définis ci-dessus, de préférence entre 0,2% et 5% massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Anti-mousse
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif anti-mousse. Les antimousses permettent d’empêcher le moussage du fluide lubrifiant.
Il peut s’agir par exemple d’un agent anti-mousse à base de polysiloxanes ou de polymères acrylates. De préférence, l’agent anti-mousse est choisi parmi les siloxanes tri-dimensionnelles.
Également, les agents anti-mousses peuvent être des polymères polaires tels que les polyméthylsiloxanes ou les polyacrylates.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,001 % à 3,0 % massique d’additif(s) anti-mousse, de préférence de 0,005 % à 1,5 % massique, plus préférentiellement de 0,01 % à 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Régulateur de pH
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif régulateur de pH, en particulier un tampon alcalin. Le régulateur de pH permet de maintenir le pH souhaité de la composition lubrifiante, en particulier afin de préserver un pH alcalin, avantageusement compris entre 8 et 11, de manière notamment à prévenir une corrosion des surfaces métalliques.
Le régulateur de pH peut être choisi dans la famille des amines, en particulier des alcanolamines et des alcools aminés.
Il peut s’agir notamment d’un additif régulateur de pH choisi parmi les éthanolamines, telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA) ; la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA) les isopropanolamines, telles que la mono-isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA) et la triisopropanolamine (TIPA), les éthylène amines, telles que l’éthylène diamine (EDA), la diéthylène triamine (DETA), la triéthylène tétramine (TETA) et la tétraéthylène pentamine (TEPA), les alcanolamines, telle que la méthyldiéthanol amine (MDEA), les cyclamines, tels que la cyclohexylamine, le 2-amino-2-éthyle-1,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-1-propanol et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 0,1 % à 10 % massique d’additif(s) régulateur(s) de pH, de préférence de 0,5 % à 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Agents passivant les métaux
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent passivant les métaux. Les agents passivant les métaux permettent de protéger les pièces métalliques en favorisant la formation d’oxyde métallique à leur surface.
Les agents passivant les métaux peuvent être par exemple choisis parmi des dérivés du triazole, tels que le tétrahydrobenzotriazole (THBTZ), le tolyltryazole (TTZ), le benzotriazole (BTZ), les amines substituées par un groupe triazole, tels que la N,N-bis(2-éthylhexyl)-1,2,4-triazol-1-yl méthanamine, la N′-bis(2 éthylhexyl)-4-méthyl-1H-benzotriazol-1-méthyl-amine, la N,N-bis(heptyl)-ar-methyl-1H-benzotriazole-1-méthanamine, N,N-bis(nonyl)-ar-methyl-1H-benzotriazole-1-méthanamine, N,N-bis(décyl)-ar-méthyl-1H-benzotriazole-1-méthanamine, N,N-bis(undécyl)-ar-méthyl-1H-benzotriazole-1-méthanamine, N,N-bis(dodécyl)-ar-méthyl-1H-benzotriazole-1-méthanamine, N,N-bis(2-éthylhexyl)-ar-méthyl-1H-benzotriazole-1-méthanamine, les 1,2,4-triazoles, les benzimidazoles, les 2-alkyldithiobenzimidazoles, les 2-alkyldithiobenzothiazoles, les 2-(N, N-dialkyldithiocarbamoyl)benzothiazoles, les 2,5-bis(alkyldithio)-1,3,4-thiadiazoles, tels que le 2,5-bis(tert-octyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-nonyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-decyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-undecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-dodecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-tridecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-tetradecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-pentadecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-hexadecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-heptadecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-octadecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-nonadecyldithio)-1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-eicosyldithio)-1,3,4-thiadiazole, les 2,5-bis(N,N-dialkyldithiocarbamoyl)-1,3,4-thiadiazoles, les 2-alkyldithio-5-mercaptothiadiazoles, et leurs mélanges.
De préférence les agents passivant les métaux sont choisis parmi le tétrahydrobenzotriazole (THBTZ), le tolyltriazole (TTZ), le benzotriazole (BTZ), et leurs sels, pris seuls ou en mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 0,01 % à 2,0 % massique d’agent(s) passivant les métaux, de préférence de 0,1 % à 1,0 % massique, plus préférentiellement de 0,2 % à 0,8 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Colorants
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs colorants. Les colorants peuvent être naturels ou synthétiques, généralement organiques.
Les colorants pouvant être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse peuvent être plus particulièrement choisis parmi des colorants hydrosolubles naturels ou synthétiques, par exemple les colorants FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33, DC Orange 4, DC Yellow 5, DC Yellow 6, DC Yellow 8, FDC Green 3, DC Green 5, FDC Blue 1, la bétanine (betterave), le carmin, une chlorophylline, le bleu de méthylène, les anthocyanes (enocianine, carotte noire et hibiscus), le caramel et la riboflavine.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre entre 0,01 % et 2,0 % massique de colorant(s), de préférence entre 0,01 % et 1,5 % massique, plus préférentiellement entre 0,02 % et 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Agents émulsifiants
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs agents émulsifiants, également appelés émulgateurs. Leur fonction est de générer des émulsions stables dans l’eau.
Les agents émulsifiants peuvent être plus particulièrement non ioniques, comme par exemple des alcools gras éthoxylés, des acides gras éthoxylés, des amides gras éthoxylés ; anioniques, par exemple des savons de KOH, de NaOH ; des sulphonates ; cationiques, tels que des composés ammonium quaternaire ; ou encore des esters d’acide carboxylique solubles ou émulsionnables dans l’eau.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,01 % à 10 % massique d’agent(s) émulsifiant, de préférence de 0,1 % à 5,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Agents séquestrant
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent séquestrant. Les agents séquestrant, encore appelés agents chélatant, permettent de limiter l’incrustation d’ion métalliques dans la composition.
A titre d’exemples d’agents séquestrant, on peut citer ceux dérivés d’acides phosphoniques et des phosphonates, tels que l’acide diéthylènetriaminepentaméthyle phosphonique (DTPMPA), l’acide amino tri(méthylène phosphonique) (ATMP), l’acide hydroxyéthane-diphosphonique (HEDP), le 1,1-diphosphonate de 1-hydroxyléthylidène, l’acide de 2-hydroxyéthylamine di(méthylène phosphonique) (HEAMBP), l’acide diéthylène triamino penta(méthylène phosphonique) (DTMP), les acides organiques multifonctionnels et les acide hydroxylés, tels que l’acide éthylène diamine tétra-acétique (EDTA), l’acide pteroyl-L-glutamique (PGLU), les polyacides organiques, tels que l’acide maléique et l’acide polyaspartique, les polysaccharides et les carbohydrates, tels que l’inuline, la carboxyméthylinuline et le carboxyméthylchitosane.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,001% à 2,0 % massique d’agent(s) séquestrant, de préférence de 0,01 % à 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Biocides et fongicides
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent biocide et/ou fongicide. Les biocides et fongicides peuvent être utilisés pour améliorer la stabilité biologique de la composition en limitant la prolifération des bactéries, champignons et levures dans le fluide lubrifiant.
De tels biocides peuvent être choisis parmi les parabènes, les aldéhydes, les composés acétylacétone réactifs, les isothiazolinones, les composés phénoliques, les sels d’acides, les composés halogénés, les ammoniums quaternaires, certains alcools et leurs mélanges.
De préférence, les biocides peuvent être choisis parmi les benzisothiazolinones (BIT) éventuellement substituées, telle que la N-butyl-1,2-benzisothiazolin-3-one, les méthylisothiazolinones (MIT), les mélanges de méthylisothiazolinone et de chlorométhylisothiazolinone (MIT/CMIT), l’orthophényl-phénol (OPP) ou son sel de sodium, le 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate (IPBC), le chloro-crésol et la N,N-méthylène-bis-morpholine (MBM) ; l’acide sorbique ; de préférence parmi l’orthophényl-phénol (OPP) ou son sel sodium, le 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate, le chloro-cresol, les benzisothiazolinones et la N,N-méthylène-isomorpholine.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre entre 0,01 % et 10 % massique de biocide(s) et/ou fongicide(s), de préférence entre 0,5 % et 5,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend :
- au moins 35 % massique d’eau, de préférence d’eau déionisée ;
- de 5,0 % à 50 % massique d’au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- de 5,0 % à 35 % d’au moins un composé antigel, choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, des agents émulsifiants, des agents séquestrant, et leurs mélanges,
les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
- au moins 35 % massique d’eau, de préférence d’eau déionisée ;
- de 5,0 % à 50 % massique d’au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- de 5,0 % à 35 % d’au moins un composé antigel, choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, des agents émulsifiants, des agents séquestrant, et leurs mélanges,
les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut consister en :
- de 5,0 % à 50 % massique d’au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- de 5,0 % à 35 % d’au moins un composé antigel, choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, des agents émulsifiants, des agents séquestrant, et leurs mélanges,
les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante ;
le reste étant constitué d’eau, de préférence d’eau déionisée.
- de 5,0 % à 50 % massique d’au moins un polyalkylène glycol, en particulier tel que défini précédemment ;
- de 5,0 % à 35 % d’au moins un composé antigel, choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; de préférence choisi parmi le monoéthylène glycol ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un composé phosphoré, en particulier choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, des agents émulsifiants, des agents séquestrant, et leurs mélanges,
les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante ;
le reste étant constitué d’eau, de préférence d’eau déionisée.
APPLICATION
Comme mentionné précédemment, une composition lubrifiante aqueuse formulée selon l’invention, en particulier telle que décrite précédemment, présente d’excellentes propriétés tribologiques, notamment en termes de réduction des frottements et de résistance à l’usure, ce qui la rend particulièrement bien adaptée à une mise en œuvre comme fluide lubrifiant.
Les compositions lubrifiantes aqueuses peuvent trouver diverses applications. D’une manière générale, elles peuvent être mises en œuvre comme fluide lubrifiant pour les systèmes et les applications, en substitution des lubrifiants conventionnels hydrocarbonés.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut ainsi être mise en œuvre pour la lubrification d’engrenages, de roulements, de paliers, tels que des paliers à roulement ou à glissement ou encore de moteurs.
A titre d’exemple, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut être mise en œuvre pour la lubrification des différents organes de véhicules à moteur, notamment de la transmission ou d’un moteur, notamment la culasse d’un moteur à combustion interne, par exemple d’un moteur de véhicule. Elle permet avantageusement de réduire les frottements entre les pièces d’un système de propulsion d’un véhicule, tels que la transmission et le moteur.
Comme évoqué précédemment, une composition lubrifiante selon l’invention présente d’excellentes propriétés en termes de réductions de la consommation de carburant (propriétés « Fuel Eco »).
Un moteur à combustion interne est généralement divisé en une partie dénommée « haut-moteur » constituée par au moins une culasse assemblée sur le « bas-moteur ». Une culasse est une pièce assurant la fermeture haute du ou des cylindres d’un moteur. Elle assure la distribution des gaz d’admission dans la chambre de combustion, par l’intermédiaire du conduit d’admission et de soupapes d’admission, et le refoulement des gaz de combustion, par l’intermédiaire d’un conduit d’échappement et de soupapes d’échappement. Comme illustré dans les exemples, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet de réduire significativement les frottements dans une culasse de moteur de véhicule.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut encore être mise en œuvre pour la lubrification des organes de transmission de véhicules à moteur, notamment de transmission pour véhicules légers ou lourds, par exemple boîtes de vitesse et/ou ponts.
Dans une autre variante d’application, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut être mise en œuvre pour le travail des métaux, par exemple pour la transformation des métaux, par exemple l’aluminium, l’acier, l’acier galvanisé, les métaux jaunes.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention, formée majoritairement d’eau, présente peu d’impact toxicologique notamment pour les personnes mettant en œuvre ce lubrifiant. De façon avantageuse, quand bien même l’eau est le solvant majoritaire d’un lubrifiant aqueux selon l’invention, la surface traitée est correctement lubrifiée.
De plus, la présence d’une proportion importante en eau permet de faciliter le nettoyage de la surface à traiter, notamment par simple passage ou rinçage à l’eau.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut encore trouver une application intéressante pour la lubrification d’un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride, et plus particulièrement du moteur, de l’électrique de puissance, de la transmission et/ou de la batterie.
Une composition aqueuse selon l’invention peut ainsi être mise en œuvre à la fois comme fluide de refroidissement et comme lubrifiant, par exemple dans un système de motorisation d’un véhicule électrique ou hybride. De manière avantageuse, une composition selon l’invention permet d’accéder conjointement à de bonnes propriétés en termes de refroidissement et de lubrification des pièces du système de motorisation d’un véhicule électrique ou hybride.
Plus particulièrement, une composition selon l’invention permet de refroidir et lubrifier un moteur électrique d’un véhicule électrique ou hybride. Elle s’avère notamment efficace pour refroidir l’électronique de puissance et/ou le rotor et/ou le stator d’un moteur électrique. Elle assure également la lubrification des roulements situés entre le rotor et le stator d’un moteur électrique d’un véhicule électrique ou hybride.
Avantageusement, une composition selon l’invention permet d’assurer la lubrification de la transmission, lorsqu’elle est présente, en particulier le réducteur, d’un véhicule électrique ou hybride. Également, une composition selon l’invention permet avantageusement de refroidir efficacement la batterie présente dans un véhicule électrique ou hybride.
Ainsi, de manière avantageuse, il est par exemple possible, en mettant en œuvre, une unique composition selon l’invention, d’assurer à la fois le refroidissement de la batterie et la lubrification de la transmission, en particulier le réducteur, dans un véhicule électrique ou hybride .
Selon l’invention, les caractéristiques particulières, avantageuses ou préférées de la composition selon l’invention, permettent de définir des utilisations selon l’invention qui sont également particulières, avantageuses ou préférées.
L’invention va maintenant être décrite au moyen des exemples suivants donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Mesure du frottement
Les performances des compositions en termes de gain de frottement sont mesurées à l’aide d’un banc de culasse.
Une culasse de moteur est entraînée par un générateur électrique afin de mesurer, par un capteur de couple, le frottement d’entraînement généré par le contact entre la came et les poussoirs.
Les essais sont réalisés à une pression fixée entre 2,5 et 3,5 bars (et à deux températures différentes :
- une température comprise entre 32 °C et 40 °C, dite « basse température » ; et
- une température comprise entre 58 °C et 62°C, dite « haute température ».
- une température comprise entre 32 °C et 40 °C, dite « basse température » ; et
- une température comprise entre 58 °C et 62°C, dite « haute température ».
Des cycles de montée en vitesse de rotation sont réalisés pour chaque température selon le protocole suivant :
- Rinçage du banc de culasse avec une huile de rinçage comprenant des additifs détergent, suivi d’un rinçage avec une composition lubrifiante de référence ;
- Une fois la première température de consigne atteinte, régler la pression en entrée culasse ;
- Lorsque la température de consigne est atteinte, lancer le programme de pilotage ;
- Succession de paliers d’environ 60 secondes de 500 t/min à 2000 t/min en augmentant progressivement de 50 t/min à chaque palier, (soit 30 paliers de 60 secondes - le passage entre chaque palier dure environ 2 secondes) ;
- Un palier de 60 secondes à 2000 t/min ;
- Succession de paliers d’environ 60 secondes de 2000 t/min à 500 t/min en diminuant progressivement de 50 t/min à chaque palier, (soit à nouveau 30 paliers de 60 secondes - le passage entre chaque palier dure environ 2 secondes) ;
- Répéter la procédure pour la température suivante en ajustant la température de consigne à la température souhaitée.
- Rinçage du banc de culasse avec une huile de rinçage comprenant des additifs détergent, suivi d’un rinçage avec une composition lubrifiante de référence ;
- Une fois la première température de consigne atteinte, régler la pression en entrée culasse ;
- Lorsque la température de consigne est atteinte, lancer le programme de pilotage ;
- Succession de paliers d’environ 60 secondes de 500 t/min à 2000 t/min en augmentant progressivement de 50 t/min à chaque palier, (soit 30 paliers de 60 secondes - le passage entre chaque palier dure environ 2 secondes) ;
- Un palier de 60 secondes à 2000 t/min ;
- Succession de paliers d’environ 60 secondes de 2000 t/min à 500 t/min en diminuant progressivement de 50 t/min à chaque palier, (soit à nouveau 30 paliers de 60 secondes - le passage entre chaque palier dure environ 2 secondes) ;
- Répéter la procédure pour la température suivante en ajustant la température de consigne à la température souhaitée.
Pour chaque température et chaque palier de vitesse, la moyenne du Couple de frottement, la température d’huile en entrée de culasse et l’écart-type sur les mesures de couple sont relevés.
Les valeurs sont calculées sur les 30 dernières secondes de chaque palier, et sont des moyennes sur les 2 derniers cycles de chaque température.
A la fin de l’essai : arrêter le moteur électrique, puis arrêter complètement le banc.
Exemple 1
Préparation des compositions lubrifiantes
Une composition lubrifiante aqueuse (I1) selon l’invention, et une composition lubrifiante comparative (C1) à base d’huiles de base du groupe II et du groupe III, ont été formulées par simple mélange, à température ambiante, des composants suivants, dans les pourcentages massiques indiqués dans le tableau 1 suivant. Les pourcentages sont donc exprimés en masse par rapport à la masse totale de la composition.
| Composition | Composition (I1) selon l’invention | Composition comparative (C1) |
| Huile de base Groupe II [%] | - | 71 |
| Huile de base Groupe III [%] | - | 15 |
| Eau déionisée [%] | 57,31 | - |
| Polyalkylèneglycol [%] | 17,65 | - |
| Monoethylène glycol [%] | 20,52 | - |
| Phosphate d'alcool neutralisé [%] | 1,0 | - |
| Acide gras soufré neutralisé [%] | 0,7 | - |
| Additifs anti-corrosion [%] | 1,39 | - |
| Passivateur [%] | 0,33 | - |
| Modificateur de frottement [%] | - | 0,5 |
| Additif abaisseur de point d’écoulement [%] | - | 0,2 |
| Additif anti-oxydant [%] | - | 1,5 |
| Additif régulateur de pH [%] | 1,07 | - |
| Additif anti-mousse [%] | 0,03 | - |
| Colorant [%] | 0,03 | - |
| Paquet d’additifs [%] | - | 12,3 |
Exemple 2
Caractérisation des
compositions selon l’invention et comparatives
en termes
de gain de frottement
Le couple de frottement induit par la composition lubrifiante aqueuse selon l’invention (I1) est comparé pour chaque régime et chaque température au couple induit par la composition lubrifiante huileuse comparative (C1), conformément au protocole de mesure définie ci-dessus.
Les résultats sont résumés dans la Figure 1, et indiquent les couples de frottement pour chaque composition à une température donnée sur une plage de régime allant de 400 tr/min à 1800 tr/min. Plus le couple mesuré est faible, plus cela signifie que le gain de frottement est important.
La composition lubrifiante aqueuseI1selon l’invention présente des valeurs de couple toujours inférieures à celles obtenues pour la composition lubrifiante comparativeC1.
Ceci démontre que la composition lubrifiante aqueuseI1selon l’invention présente un gain de frottement important comparativement à la mise en œuvre d’une composition lubrifiante comprenant au moins un fluide de base hydrocarboné (composition comparativeC1).
En outre, plus les gains en friction sont importants, plus l’économie de carburant ou Fuel-Eco est importante. Ceci implique donc que les compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention présentes des propriétés en termes de Fuel Eco améliorées comparativement aux compositions lubrifiantes à base d’huile.
Claims (14)
- Composition lubrifiante aqueuse comprenant au moins :
- de l’eau, de préférence de l’eau déionisée ;
- au moins un polyalkylène glycol ;
- au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; et
- au moins un composé phosphoré. - Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1, comprenant au moins 35 % massique d’eau, en particulier d’eau déionisée, de préférence entre 35 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 40 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
- Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ledit polyalkylène glycol comprend au moins 50 % massique, en particulier au moins 80 % massique, plus préférentiellement au moins 90 % massique d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’éthylène, en particulier ledit polyalkylène glycol est un copolymère, en particulier statistique, d’oxyde d’éthylène/oxyde de propylène.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit polyalkylène glycol présente une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445, comprise entre 100 et 5 000 mm²/s, en particulier entre 150 et 3 000 mm²/s, et plus particulièrement entre 500 et 3 000 mm²/s.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins 5,0 % massique de polyalkylène glycol(s), de préférence entre 5,0 % et 50 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 40 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit composé antigel est choisi parmi le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins 5,0 % massique de composé(s) antigel, de préférence entre 5,0 % et 35 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 35 % massique, en particulier entre 15 % et 30 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit composé phosphoré est choisi parmi les sels d’esters de phosphate, en particulier les sels de métaux alcalins d’esters de phosphate, en particulier d’esters de phosphate d’alkyle ou de dialkyle en C1-C8, par exemple choisi parmi le butylphosphate de potassium, le dibutylphosphate de potassium et leurs mélanges.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant moins de 5,0 % massique de composé(s) phosphoré(s), de préférence entre 0,1 % et 5,0 % massique, plus préférentiellement entre 0,5 % et 3,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un additif choisi parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, des agents émulsifiant, et leurs mélanges, de préférence choisi parmi des agents anti-mousses, des agents extrême-pression, des inhibiteurs de corrosion, des régulateurs de pH, des agents passivant les métaux, des colorants, et leurs mélanges.
- Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant moins de 5 % massique d’huile(s) non soluble(s) dans l’eau, de préférence moins de 2 % massique, plus préférentiellement moins de 1 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition, ladite composition étant plus particulièrement exempte d’huile non soluble dans l’eau.
- Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour la lubrification des pièces en mouvement dans un système mécanique, en particulier dans un système de propulsion de véhicule.
- Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, pour la lubrification et le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique, en particulier dans un système de propulsion de véhicule.
- Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, pour réduire la consommation de carburant d’un moteur, ou d’un véhicule équipé d’une transmission, notamment d’un pont ou d’une boîte de vitesse, ledit moteur ou ladite transmission étant lubrifié au moyen de cette composition.
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