FR3127952A1 - Carbodiimide as an additive in lubricants for powertrains to improve compatibility with elastomers - Google Patents
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Abstract
Carbodiimide comme additif dans des lubrifiants destinés à des systèmes de motorisation pour améliorer la compatibilité avec les élastomères La présente invention concerne une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, comprenant au moins une ou plusieurs huiles de base, au moins un additif carbodiimide et au moins un additif organique basique améliorant le TBN ; ainsi qu’un procédé de lubrification d’un système de motorisation mettant en œuvre une telle composition lubrifiante. Elle concerne également l’utilisation d’au moins un additif carbodiimide dans une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, pour améliorer sa compatibilité avec les élastomères.Carbodiimide as an additive in lubricants intended for motorization systems to improve compatibility with elastomers The present invention relates to a lubricating composition intended for a motorization system, comprising at least one or more base oils, at least one carbodiimide additive and the least one basic organic TBN-enhancing additive; as well as a process for lubricating an engine system using such a lubricating composition. It also relates to the use of at least one carbodiimide additive in a lubricating composition intended for an engine system, to improve its compatibility with elastomers.
Description
La présente invention concerne le domaine des compositions lubrifiantes, notamment des compositions lubrifiantes pour la lubrification des systèmes de motorisation mobiles ou stationnaires. Elle concerne plus particulièrement l’utilisation de carbodiimides à titre d’additifs dans des compositions lubrifiantes pour améliorer leur compatibilité avec les élastomères, en particulier avec les matériaux élastomères des joints présents au niveau des systèmes de motorisation.The present invention relates to the field of lubricating compositions, in particular lubricating compositions for the lubrication of mobile or stationary motorization systems. It relates more particularly to the use of carbodiimides as additives in lubricating compositions to improve their compatibility with elastomers, in particular with the elastomer materials of seals present in motorization systems.
De manière avantageuse, l’invention permet notamment d’améliorer la compatibilité avec les élastomères de lubrifiants mettant en œuvre un ou plusieurs additifs organiques basiques améliorant l’indice de base total (TBN) de ladite composition.Advantageously, the invention makes it possible in particular to improve the compatibility with the elastomers of lubricants implementing one or more basic organic additives improving the total base number (TBN) of said composition.
Les compositions lubrifiantes, dites encore « les lubrifiants », sont communément mises en œuvre dans les moteurs à des fins principales de réduction des forces de frottement entre les différentes pièces métalliques en mouvement dans les moteurs. Elles sont en outre efficaces pour prévenir une usure prématurée voire un endommagement de ces pièces, et en particulier de leur surface.Lubricating compositions, also called “lubricants”, are commonly used in engines for the main purposes of reducing the frictional forces between the various moving metal parts in the engines. They are also effective in preventing premature wear or even damage to these parts, and in particular to their surface.
Pour ce faire, une composition lubrifiante est classiquement composée d’une huile de base à laquelle sont généralement associés plusieurs additifs dédiés à stimuler les performances lubrifiantes de l’huile de base, comme par exemple des additifs modificateurs de frottement, mais aussi à procurer des performances supplémentaires.To do this, a lubricating composition is conventionally composed of a base oil with which are generally associated several additives dedicated to stimulating the lubricating performance of the base oil, such as for example friction modifier additives, but also to providing additional performance.
De fait, les lubrifiants destinés à la lubrification des moteurs, par exemple des moteurs à gaz, en particulier à hydrogène ou au gaz naturel, ou des moteurs dual-fuel (par exemple moteurs mixtes gaz/essence ou gaz/gazole), doivent satisfaire plusieurs exigences. Ils doivent ainsi combiner de bonnes performances anti-usure, anti-corrosion, de bonnes propriétés de détergence et de dispersion pour réduire la formation de dépôts.In fact, lubricants intended for the lubrication of engines, for example gas engines, in particular hydrogen or natural gas, or dual-fuel engines (for example mixed gas/petrol or gas/diesel engines), must satisfy several requirements. They must therefore combine good anti-wear and anti-corrosion performance, good detergency and dispersion properties to reduce the formation of deposits.
Les moteurs à combustion interne produisent des sous-produits acides. Ces produits acides peuvent par exemple provenir de la combustion du carburant ou encore d’impuretés provenant du carburant ou de la composition lubrifiante, provoquant la formation d’oxydes soufrés qui, en présence d’eau, sont hydrolysés en sous-produits acides. Ces sous-produits acides ont des effets néfastes sur les performances du lubrifiant moteur, ainsi que directement sur le moteur. Ils peuvent notamment provoquer des problèmes de corrosion, d’usure et de dépôts au niveau des pièces métalliques du moteur.Internal combustion engines produce acidic by-products. These acid products may, for example, come from the combustion of the fuel or from impurities from the fuel or from the lubricating composition, causing the formation of sulfur oxides which, in the presence of water, are hydrolyzed into acid by-products. These acidic by-products have detrimental effects on the performance of the engine lubricant, as well as directly on the engine. In particular, they can cause problems of corrosion, wear and deposits in the metal parts of the engine.
Il est par conséquent nécessaire que les lubrifiants puissent neutraliser ces matières acides, afin de réduire, voire de prévenir les dommages qu’ils peuvent induire au niveau du système de motorisation.It is therefore necessary for lubricants to be able to neutralize these acid materials, in order to reduce or even prevent the damage they can cause to the engine system.
Des détergents surbasés par des sels métalliques insolubles, par exemple à base de carbonate de calcium ou de magnésium, ont été couramment utilisés pour neutraliser ces sous-produits.Detergents overbased with insoluble metal salts, for example based on calcium or magnesium carbonate, have been commonly used to neutralize these by-products.
Cependant, ces détergents métalliques, par exemple à base de phénolate et de sulfonate, sont générateurs de cendres et par conséquent indésirables.However, these metal detergents, for example based on phenolate and sulfonate, are ash generators and therefore undesirable.
En particulier, les spécifications en termes de « bas taux de cendres » (LOW SAPS), élaborées par l’Association des Constructeurs Automobiles Européens (ACEA), imposent aux compositions lubrifiantes des teneurs limites en cendres sulfatées (générées par la présence de métaux), en soufre et en phosphore, d’où l’appellation « Low SAPS » pour « Low Sulfated Ashes, Phosphorus, Sulfur ». En effet, le soufre, le phosphore et les cendres sulfatées peuvent endommager les systèmes de post traitements installés sur les véhicules. Les cendres sont notamment néfastes pour les filtres à particules (FAP).In particular, the specifications in terms of "low ash content" (LOW SAPS), drawn up by the Association of European Automobile Manufacturers (ACEA), impose on lubricating compositions limit contents of sulphated ash (generated by the presence of metals) , sulfur and phosphorus, hence the name “Low SAPS” for “Low Sulfated Ashes, Phosphorus, Sulfur”. In fact, sulphur, phosphorus and sulphated ash can damage post-treatment systems installed on vehicles. Ashes are particularly harmful for particulate filters (FAP).
Il a ainsi été proposé de mettre en œuvre, à titre d’alternative aux détergents métalliques surbasés, des additifs organiques basiques, ne générant pas de cendres, aptes à réagir avec les acides et les neutraliser.It has thus been proposed to implement, as an alternative to overbased metallic detergents, basic organic additives, which do not generate ashes, capable of reacting with acids and neutralizing them.
Ces additifs organiques basiques permettent ainsi d’accroître l’indice de base total, dit TBN pour « Total Base Number » de la composition lubrifiante, sans impacter le taux de cendres sulfatées, afin de respecter les teneurs limites imposées pour les lubrifiants « Low SAPS ». Ils sont encore communément désignés sous l’appellation « TBN booster ».These basic organic additives thus make it possible to increase the total base number, known as TBN for "Total Base Number" of the lubricating composition, without impacting the rate of sulphated ash, in order to comply with the limit contents imposed for "Low SAPS" lubricants. ". They are still commonly referred to as "TBN booster".
Le TBN, mesuré selon la norme ASTM D2896, est une mesure de la basicité du lubrifiant, et donc de sa capacité à neutraliser l’acidité se développant dans le lubrifiant en cours de fonctionnement. Il est exprimé en milligrammes d’hydroxyde de potassium par gramme d’échantillon d’huile lubrifiante (mg KOH/g).TBN, measured according to ASTM D2896, is a measure of the basicity of the lubricant, and therefore of its ability to neutralize acidity that develops in the lubricant during operation. It is expressed in milligrams of potassium hydroxide per gram of lubricating oil sample (mg KOH/g).
En particulier, des additifs aminés, par exemple de type amines alkylées et aromatiques, n’engendrant pas de cendres, ont été proposés comme alternative aux détergents métalliques surbasés.In particular, amine additives, for example of the alkylated and aromatic amine type, which do not generate ash, have been proposed as an alternative to overbased metallic detergents.
Malheureusement, cette additivation du lubrifiant par de tels additifs organiques basiques, notamment par des additifs aminés, est susceptible d’induire des effets néfastes pour ce qui est de la compatibilité du lubrifiant avec les élastomères et, par conséquent, d’entrainer une dégradation des matériaux des joints élastomères, en particulier des joints en fluoropolymère (Nersasianet al., Asle Transactions, volume 23, 4, 343-352).Unfortunately, this additivation of the lubricant by such basic organic additives, in particular by amine additives, is likely to induce harmful effects as regards the compatibility of the lubricant with the elastomers and, consequently, to lead to a degradation of the materials of elastomeric seals, in particular fluoropolymer seals (Nersasian et al ., Asle Transactions, volume 23, 4, 343-352).
La dégradation du matériau élastomère d’un joint peut se traduire par exemple par un gonflement, un rétrécissement, une fragilisation du joint, et peut entraîner une défaillance du joint, telle que des fuites de joint, ce qui nuit aux performances du moteur et peut également endommager le moteur.Degradation of the elastomeric material of a gasket can result in things like swelling, shrinkage, embrittlement of the gasket, and can lead to gasket failure, such as gasket leaks, which adversely affects engine performance and can also damage the engine.
Dès lors, la quantité introduite de tels additifs organiques basiques doit être étroitement contrôlée afin d’assurer une compatibilité satisfaisante pour ne pas impacter les matériaux élastomères mis en œuvre au niveau du système de motorisation, par exemple au niveau des joints. En conséquence, l’augmentation du TBN du lubrifiantvial’ajout de tels additifs est limitée par la quantité en additifs organiques basiques, par exemple en amines, acceptable pour ne pas induire une dégradation conséquente des joints.Consequently, the quantity introduced of such basic organic additives must be closely controlled in order to ensure satisfactory compatibility so as not to impact the elastomeric materials used at the level of the motorization system, for example at the level of the seals. Consequently, the increase in the TBN of the lubricant via the addition of such additives is limited by the quantity of basic organic additives, for example of amines, acceptable so as not to induce a consequent degradation of the seals.
Pour améliorer la compatibilité de compositions lubrifiantes avec des joints en fluoropolymère, le document US 2014/0315768 propose par exemple un additif comprenant au moins un atome d’iode, en particulier un iodure d’alkyle tel que l’iodododécane.To improve the compatibility of lubricating compositions with fluoropolymer seals, document US 2014/0315768 proposes, for example, an additive comprising at least one iodine atom, in particular an alkyl iodide such as iodododecane.
Toutefois, l’ajout d’un tel additif ne permet pas d’accéder à une amélioration de la compatibilité de la composition lubrifiante vis-à-vis des différents types d’élastomères pouvant être utilisés au niveau des joints des systèmes de motorisation, par exemple pour des motorisations à gaz ou des motorisations de poids lourds, avec lesquels le lubrifiant est en contact, notamment vis-à-vis d’élastomères éthylène-acryliques.However, the addition of such an additive does not provide access to an improvement in the compatibility of the lubricating composition with respect to the different types of elastomers that can be used at the level of the seals of motorization systems, for example for gas engines or engines of heavy goods vehicles, with which the lubricant is in contact, in particular vis-à-vis ethylene-acrylic elastomers.
La présente invention vise à proposer un moyen pour améliorer la compatibilité des lubrifiants avec les différents élastomères pouvant être utilisés dans les joints des systèmes de motorisation avec lesquels le lubrifiant est en contact, notamment dans le cadre de la formulation de lubrifiants incorporant des additifs organiques basiques, notamment aminés, mis en œuvre pour augmenter le TBN du lubrifiant.The present invention aims to provide a means for improving the compatibility of lubricants with the various elastomers that can be used in the seals of motorization systems with which the lubricant is in contact, in particular in the context of the formulation of lubricants incorporating basic organic additives. , in particular amines, used to increase the TBN of the lubricant.
Les carbodiimides sont connus comme agents anti-hydrolyse dans la formulation de matériaux de type caoutchouc et plastiques, notamment pour des polyesters, polyamides et polyuréthanes thermoplastiques.Carbodiimides are known as anti-hydrolysis agents in the formulation of materials of the rubber and plastic type, in particular for polyesters, polyamides and thermoplastic polyurethanes.
Par ailleurs, dans le domaine des lubrifiants, le document US 5,614,483 décrit la mise en œuvre de carbodiimides comme additifs stabilisateurs dans une base lubrifiante contenant des groupes ester pour empêcher la décomposition hydrolytique.Furthermore, in the field of lubricants, document US Pat. No. 5,614,483 describes the use of carbodiimides as stabilizing additives in a lubricant base containing ester groups to prevent hydrolytic decomposition.
Les carbodiimides ont également été proposés pour améliorer la stabilité à l’oxydation, les performances anti-rouille ou anti-corrosion des lubrifiants. Par exemple, le document US3,346,496 propose la mise en œuvre de carbodiimides comme antioxydants et comme agents de protection contre la corrosion, en combinaison avec des antioxydants diphényl amine ou hydroquinolines.Carbodiimides have also been proposed to improve the oxidation stability, anti-rust or anti-corrosion performance of lubricants. For example, the document US3,346,496 proposes the implementation of carbodiimides as antioxidants and as protective agents against corrosion, in combination with diphenyl amine or hydroquinolin antioxidants.
Le document WO 00/22074 propose d’associer un additif acide anti-rouille et un désactivateur d’acide tel qu’un carbodiimide, pour formuler une huile lubrifiante présentant une stabilité à l’oxydation améliorée et des performances anti-rouille.Document WO 00/22074 proposes combining an acid anti-rust additive and an acid deactivator such as a carbodiimide, to formulate a lubricating oil having improved oxidation stability and anti-rust performance.
Le document EP 0 992 571 décrit encore la mise en œuvre d’un carbodiimide avec une amine N-phényl-naphthyl spécifique pour améliorer la stabilité à l’oxydation d’huiles minérales.Document EP 0 992 571 further describes the use of a carbodiimide with a specific N-phenyl-naphthyl amine to improve the oxidation stability of mineral oils.
On peut encore citer le document EP 2 290 043 qui décrit la mise en œuvre d’un carbodiimide liposoluble en association avec un sel métallique d’acide dithiophosphorique, pour améliorer les propriétés d’anti-corrosion de la composition lubrifiante.Mention may also be made of document EP 2 290 043 which describes the use of a fat-soluble carbodiimide in combination with a metal salt of dithiophosphoric acid, to improve the anti-corrosion properties of the lubricating composition.
Également, le document US 2006/0122077 décrit la mise en œuvre d’un carbodiimide, en combinaison avec un acide carboxylique comprenant de 2 à 24 atomes de carbone, pour améliorer les propriétés d’inhibition de corrosion, de lubrification et de compatibilité au plomb, dans une composition pour des transmissions de puissance.Also, document US 2006/0122077 describes the use of a carbodiimide, in combination with a carboxylic acid comprising from 2 to 24 carbon atoms, to improve the properties of corrosion inhibition, lubrication and compatibility with lead. , in a composition for power transmissions.
En revanche, il n’a jamais été proposé de mettre en œuvre des additifs carbodiimides afin d’accroître la compatibilité d’un lubrifiant, destiné à un système de motorisation, avec les élastomères, en particulier les élastomères des joints présents au niveau des systèmes de motorisation.On the other hand, it has never been proposed to implement carbodiimide additives in order to increase the compatibility of a lubricant, intended for a motorization system, with the elastomers, in particular the elastomers of the seals present at the level of the systems of motorization.
La présente invention concerne, selon un premier de ses aspects, une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, comprenant au moins :
- une ou plusieurs huiles de base ;
- au moins un additif carbodiimide ; et
- au moins un additif organique basique améliorant l’indice de base total de ladite composition, en particulier de type polyalkylamine.The present invention relates, according to a first of its aspects, to a lubricating composition intended for a motorization system, comprising at least:
- one or more base oils;
- at least one carbodiimide additive; And
- at least one basic organic additive improving the total base number of said composition, in particular of the polyalkylamine type.
Le ou les additifs organiques basiques, dits « TBN booster », mis en œuvre dans une composition lubrifiante selon l’invention, permettent d’accroître l’indice de base total tel que défini précédemment, noté TBN, de la composition ; autrement dit sont aptes à neutraliser les acides provenant par exemple de la combustion des gaz ou de sous-produits de décomposition chimique, et permettent d’accéder à des performances de détergence améliorées.The basic organic additive(s), called “TBN booster”, used in a lubricating composition according to the invention, make it possible to increase the total base index as defined above, denoted TBN, of the composition; in other words, are able to neutralize acids resulting for example from the combustion of gases or chemical decomposition by-products, and provide access to improved detergent performance.
De préférence, le ou lesdits additifs « TBN booster » présentent un indice de base, dit BN (pour « Base number » en terminologie anglo-saxonne), mesuré selon la norme ASTM D2896, supérieur à 10 mg KOH/g et jusqu’à 1200 mg KOH/g d’additif, en particulier supérieur ou égal à 50 mg KOH/g d’additif et plus particulièrement supérieur ou égal à 100 mg KOH/g d’additif.Preferably, the said “TBN booster” additive(s) have a base number, called BN (for “Base number” in English terminology), measured according to the ASTM D2896 standard, greater than 10 mg KOH/g and up to 1200 mg KOH/g of additive, in particular greater than or equal to 50 mg KOH/g of additive and more particularly greater than or equal to 100 mg KOH/g of additive.
De préférence, le ou lesdits additifs « TBN booster » sont choisis parmi :
(a) des additifs polyalkylamines ;
(b) des additifs liquides ioniques à base de guanidinium, d’ammonium ou de phosphonium ; (c) des additifs produits de la réaction entre au moins :
. un acide hydroxybenzoïque, optionnellement substitué par un groupe hydrocarboné ; ou un sel de métal alcalin ou alcalino-terreux de celui-ci, optionnellement surbasé ;
. un composé boré ; et
. un composé aminé ;
et leurs mélanges.Preferably, the said “TBN booster” additive or additives are chosen from:
(a) polyalkylamine additives;
(b) ionic liquid additives based on guanidinium, ammonium or phosphonium; (c) additives produced from the reaction between at least:
. a hydroxybenzoic acid, optionally substituted by a hydrocarbon group; or an alkali or alkaline earth metal salt thereof, optionally overbased;
. a boron compound; And
. an amine compound;
and their mixtures.
Des exemples de ces additifs « TBN booster » sont détaillés plus précisément dans la suite du texte.Examples of these "TBN booster" additives are detailed in more detail in the following text.
Selon un mode de réalisation particulier, le ou lesdits additifs « TBN booster » sont choisis parmi des polyalkylamines.According to one particular embodiment, the said “TBN booster” additive or additives are chosen from polyalkylamines.
Une telle composition lubrifiante présente avantageusement une compatibilité améliorée avec les élastomères, en particulier avec les élastomères des joints présents au niveau des systèmes de motorisation, avec lesquels elle est destinée à entrer en contact.Such a lubricating composition advantageously has improved compatibility with the elastomers, in particular with the elastomers of the seals present at the level of the motorization systems, with which it is intended to come into contact.
De fait, comme illustré dans les exemples qui suivent, les inventeurs ont découvert qu’il est possible, en supplémentant un lubrifiant, en particulier comprenant un ou plusieurs additifs organiques basiques, notamment de type polyalkylamine, mis en œuvre pour augmenter le TBN du lubrifiant, par un additif carbodiimide, d’améliorer de manière significative la compatibilité du lubrifiant avec les élastomères et, en particulier, de réduire/limiter de manière avantageuse les effets néfastes associés à la mise en œuvre desdits additifs organiques basiques « TBN booster ».In fact, as illustrated in the examples which follow, the inventors have discovered that it is possible, by supplementing a lubricant, in particular comprising one or more basic organic additives, in particular of the polyalkylamine type, used to increase the TBN of the lubricant , by a carbodiimide additive, to significantly improve the compatibility of the lubricant with elastomers and, in particular, to advantageously reduce/limit the harmful effects associated with the implementation of said basic organic additives “TBN booster”.
L’invention concerne ainsi, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’au moins un additif carbodiimide dans une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, en particulier dans une composition lubrifiante comprenant au moins un additif organique basique améliorant le TBN, pour améliorer sa compatibilité avec les élastomères, en particulier avec les élastomères des joints du système de motorisation avec lesquels la composition lubrifiante est destinée à entrer en contact.The invention thus relates, according to another of its aspects, to the use of at least one carbodiimide additive in a lubricating composition intended for an engine system, in particular in a lubricating composition comprising at least one basic organic additive improving TBN , to improve its compatibility with the elastomers, in particular with the elastomers of the seals of the motorization system with which the lubricating composition is intended to come into contact.
Comme indiqué dans les exemples, la compatibilité des élastomères peut être évaluée selon la norme CEC L-112-16, commune pour les moteurs Diesel de poids lourds et moteurs à gaz, qui référence la compatibilité sur quatre types d’élastomère différents : « RE6 » pour un fluoroélastomère, « RE7 » pour un polyacrylate, « RE8 » pour un nitrile et « RE9 » pour un éthylène acrylique.As indicated in the examples, the compatibility of elastomers can be evaluated according to the CEC L-112-16 standard, common for heavy-duty diesel engines and gas engines, which references compatibility on four different types of elastomer: “RE6 for a fluoroelastomer, "RE7" for a polyacrylate, "RE8" for a nitrile and "RE9" for an ethylene acrylic.
Cette compatibilité se traduit par une absence d’altération physique ou chimique de l’élastomère et donc par le maintien des coefficients de traction/friction et d’élongation à la rupture à des niveaux satisfaisants.This compatibility results in an absence of physical or chemical alteration of the elastomer and therefore in the maintenance of the tensile/friction coefficients and elongation at break at satisfactory levels.
De manière avantageuse, l’ajout de l’additif carbodiimide permet d’améliorer la compatibilité du lubrifiant, non seulement vis-à-vis des élastomères de type fluoropolymère, mais également sur l’ensemble des types d’élastomères considérés selon cette norme et qui peuvent être exposés au lubrifiant au sein du système de motorisation.Advantageously, the addition of the carbodiimide additive makes it possible to improve the compatibility of the lubricant, not only with respect to elastomers of the fluoropolymer type, but also with all the types of elastomers considered according to this standard and that may be exposed to lubricant within the drive system.
De manière avantageuse, la possibilité d’accroître la compatibilité du lubrifiantvial’ajout d’un additif carbodiimide selon l’invention autorise la mise en œuvre dans le lubrifiant d’additifs organiques basiques, exempt de cendres, en particulier d’additifs aminés tels que décrits dans la suite du texte, en particulier en des quantités supérieures à celles pouvant être considérées en l’absence d’additif carbodiimide, sans impacter négativement les propriétés de compatibilité du lubrifiant avec les élastomères.Advantageously, the possibility of increasing the compatibility of the lubricant via the addition of a carbodiimide additive according to the invention allows the implementation in the lubricant of basic organic additives, free of ash, in particular amine additives as described in the remainder of the text, in particular in amounts greater than those which can be considered in the absence of carbodiimide additive, without negatively impacting the properties of compatibility of the lubricant with elastomers.
L’invention concerne encore un procédé ou une méthode pour améliorer la compatibilité avec les élastomères, en particulier avec les joints, d’une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, en particulier d’une composition lubrifiante mettant en œuvre un ou plusieurs additifs organiques basiques améliorant le TBN du lubrifiant, de préférence une ou plusieurs polyalkylamines, comprenant l’ajout à ladite composition d’au moins un additif carbodiimide.The invention also relates to a process or a method for improving the compatibility with elastomers, in particular with seals, of a lubricating composition intended for a motorization system, in particular of a lubricating composition implementing one or more additives basic organic lubricant TBN improvers, preferably one or more polyalkylamines, comprising adding to said composition at least one carbodiimide additive.
La mise en œuvre d’un additif carbodiimide selon l’invention, en association avec un ou plusieurs additifs organiques basiques, permet ainsi de palier l’effet néfaste de ces derniers sur la compatibilité du lubrifiant avec les élastomères, et ainsi de réduire les dommages du lubrifiant sur le matériau élastomère des joints.The implementation of a carbodiimide additive according to the invention, in combination with one or more basic organic additives, thus makes it possible to overcome the harmful effect of the latter on the compatibility of the lubricant with the elastomers, and thus to reduce the damage lubricant on the elastomeric material of the seals.
L’invention permet ainsi avantageusement de formuler un lubrifiant comprenant une teneur accrue d’additifs basiques organiques sans cendres, en particulier de polyalkylamines, sans pour autant altérer la compatibilité du lubrifiant avec les élastomères, notamment les élastomères de joints.The invention thus advantageously makes it possible to formulate a lubricant comprising an increased content of ashless organic basic additives, in particular of polyalkylamines, without however altering the compatibility of the lubricant with elastomers, in particular seal elastomers.
En tirant profit de la mise en œuvre de composés organiques basiques à titre d’additifs « TBN boosters », en lieu et place des détergents métalliques conventionnels, engendrant des cendres, il est ainsi possible d’accéder à un lubrifiant présentant un indice de base total TBN élevé, en particulier adapté à l’usage souhaité pour le lubrifiant, tout en maintenant un faible taux en cendres.By taking advantage of the use of basic organic compounds as "TBN booster" additives, instead of conventional metallic detergents, which generate ash, it is thus possible to access a lubricant with a base number High total TBN, particularly suitable for the intended use for the lubricant, while maintaining a low ash content.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut ainsi combiner un TBN élevé, un faible taux en cendres, notamment en cendres sulfatées, et de bonnes propriétés de compatibilité avec les élastomères.A lubricating composition according to the invention can thus combine a high TBN, a low ash content, in particular sulphated ash, and good compatibility properties with elastomers.
En particulier, une composition lubrifiante selon l’invention peut présenter avantageusement un TBN, mesuré selon la norme ASTM D2896 d’au moins 1 mg KOH/g de composition lubrifiante, en particulier d’au moins 2 mg KOH, notamment d’au moins 3 mg KOH par gramme de composition lubrifiante.In particular, a lubricating composition according to the invention may advantageously have a TBN, measured according to the ASTM D2896 standard, of at least 1 mg KOH/g of lubricating composition, in particular of at least 2 mg KOH, in particular of at least 3 mg KOH per gram of lubricating composition.
Une composition lubrifiante selon l’invention peut présenter avantageusement une faible teneur en cendres sulfatées. En particulier, la teneur en cendres sulfatées d’une composition lubrifiante selon l’invention peut être inférieure ou égale à 1,3 % massique, en particulier inférieure ou égale à 1 % massique, plus particulièrement inférieure ou égale à 0,8 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition lubrifiante. Le taux de cendres sulfatées peut être mesuré selon la norme ASTM D874.A lubricating composition according to the invention can advantageously have a low sulphated ash content. In particular, the sulfated ash content of a lubricating composition according to the invention may be less than or equal to 1.3% by mass, in particular less than or equal to 1% by mass, more particularly less than or equal to 0.8% by mass , relative to the total mass of said lubricating composition. The sulphated ash content can be measured according to the ASTM D874 standard.
L’invention concerne, selon un autre de ses aspects, un procédé ou une méthode pour accroître le TBN d’une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, en particulier d’une composition lubrifiante à faible taux de cendres, sans impacter le taux de cendres de ladite composition ni sa compatibilité avec les élastomères, comprenant l’ajout à ladite composition lubrifiante d’au moins un additif organique basique améliorant le TBN, en particulier d’au moins un additif de type polyalkylamine, en association avec au moins un additif carbodiimide.The invention relates, according to another of its aspects, to a process or a method for increasing the TBN of a lubricating composition intended for an engine system, in particular of a lubricating composition with a low ash content, without impacting the rate of ash of the said composition nor its compatibility with the elastomers, comprising the addition to the said lubricating composition of at least one basic organic additive improving the TBN, in particular of at least one additive of the polyalkylamine type, in combination with at least one carbodiimide additive.
Les lubrifiants considérés selon l’invention, présentant une compatibilité améliorée avec les élastomères, peuvent être mis en œuvre pour divers systèmes de motorisation, mobiles ou stationnaires, en particulier pour des systèmes de motorisation comprenant un ou plusieurs matériaux élastomères, notamment des joints élastomères, avec le ou lesquels le lubrifiant est mis au contact.The lubricants considered according to the invention, having improved compatibility with elastomers, can be implemented for various motorization systems, mobile or stationary, in particular for motorization systems comprising one or more elastomeric materials, in particular elastomeric seals, with which the lubricant is brought into contact.
Par « système de motorisation » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant toutes les pièces mécaniques nécessaires à l’application mobile ou stationnaire visée et incluant au moins un moteur, en particulier un moteur à combustion interne. Il peut s’agir d’un système de motorisation à combustion, à gaz, notamment à hydrogène, à ammoniaque, électrique ou hybride, mixte (dual fuel), par exemple dual fuel gaz/essence ou gaz/gazole, suivant la nature du ou des moteurs inclus dans le système de motorisation : moteur à combustion, à gaz, notamment à hydrogène, à ammoniaque et/ou électrique.By "motorization system" within the meaning of the present invention, is meant a system comprising all the mechanical parts necessary for the intended mobile or stationary application and including at least one engine, in particular an internal combustion engine. It may be a combustion, gas, in particular hydrogen, ammonia, electric or hybrid, mixed (dual fuel) engine system, for example dual fuel gas/petrol or gas/diesel oil, depending on the nature of the or engines included in the engine system: combustion, gas, in particular hydrogen, ammonia and/or electric engine.
Un système de motorisation « mobile » est plus particulièrement un système de motorisation mis en œuvre dans des véhicules, incluant les véhicules légers, les véhicules poids-lourds, les machines mobiles dites « off road » ou encore les véhicules marins.A “mobile” motorization system is more particularly a motorization system implemented in vehicles, including light vehicles, heavy goods vehicles, so-called “off-road” mobile machines or even marine vehicles.
Un système de motorisation mobile correspond ainsi plus particulièrement au système de propulsion d’un véhicule.A mobile motorization system thus corresponds more particularly to the propulsion system of a vehicle.
Par « système de propulsion » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant les pièces mécaniques nécessaires à la propulsion d’un véhicule. Le système de propulsion englobe plus particulièrement un moteur, une transmission et éventuellement une batterie. La batterie est elle-même généralement constituée d’un ensemble d’accumulateurs électriques, appelés cellules.By "propulsion system" within the meaning of the present invention, is meant a system comprising the mechanical parts necessary for the propulsion of a vehicle. The propulsion system more particularly includes an engine, a transmission and optionally a battery. The battery is itself generally made up of a set of electric accumulators, called cells.
Un système de motorisation « stationnaire » au sens de l’invention est un système de motorisation incluant un moteur stationnaire. Il peut trouver par exemple des applications dans des dispositifs de production d’énergie électrique. Il peut s’agir en particulier d’un système de motorisation à gaz, en particulier d’un moteur à gaz stationnaire.A "stationary" motorization system within the meaning of the invention is a motorization system including a stationary motor. For example, it can find applications in devices for the production of electrical energy. It may in particular be a gas engine system, in particular a stationary gas engine.
De manière avantageuse, la composition lubrifiante considérée selon l’invention est mise en œuvre pour un système de motorisation à gaz, y compris des systèmes de motorisation au biogaz, notamment pour des moteurs au gaz naturel (gaz naturel liquéfié (GNL) ou gaz naturel comprimé (GNC), des moteurs à hydrogène ou encore des moteurs dual-fuel, pour lesquels il est impératif de contrôler à la fois la teneur en cendres et le TBN.Advantageously, the lubricating composition considered according to the invention is implemented for a gas engine system, including biogas engine systems, in particular for natural gas engines (liquefied natural gas (LNG) or natural gas (CNG), hydrogen engines or even dual-fuel engines, for which it is imperative to control both the ash content and the TBN.
Il peut s’agir d’une composition lubrifiante pour un système de motorisation à quatre temps, notamment pour des moteurs de poids lourd ou des moteur quatre-temps marins.It may be a lubricating composition for a four-stroke engine system, in particular for heavy-duty engines or marine four-stroke engines.
Selon un mode de réalisation particulier, le lubrifiant considéré selon l’invention est destiné à un moteur quatre temps fonctionnant au gaz, notamment à l’hydrogène ou au gaz naturel.According to a particular embodiment, the lubricant considered according to the invention is intended for a four-stroke engine operating on gas, in particular on hydrogen or on natural gas.
L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, un procédé ou une méthode de lubrification d’un système de motorisation, en particulier tel que décrit ci-dessus, comprenant une étape de mise en contact d’au moins une pièce mécanique dudit système avec une composition lubrifiante telle que définie ci-dessus.The invention also relates, according to another of its aspects, to a process or a method for lubricating a motorization system, in particular as described above, comprising a step of bringing at least one mechanical part into contact of said system with a lubricating composition as defined above.
D’autres caractéristiques, variantes et avantages de la mise en œuvre d’un additif carbodiimide 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.Other characteristics, variants and advantages of the implementation of a carbodiimide additive according to the invention will emerge better on reading the description and the examples which follow, given by way of illustration and not of limitation of the invention.
Dans la suite du texte, les expressions « compris entre … et … », « allant de … à … » et « variant de … à … » sont équivalentes et entendent signifier que les bornes sont incluses, sauf mention contraire.In the remainder of the text, the expressions “between … and …”, “ranging from … to …” and “varying from … to …” are equivalent and are intended to mean that the terminals are included, unless otherwise stated.
Dans le cadre de l’invention, on entend par :
- « alkyle », un groupe aliphatique saturé, linéaire ou ramifié ; par exemple, un alkyle en Cxà Czreprésente une chaîne carbonée saturée de x à z atomes de carbone, linéaire ou ramifiée ;
- « cycloalkyle », un groupe alkyle cyclique, par exemple un cycloalkyle en Cxà Czreprésente un groupe carboné cyclique de x à z atomes de carbone, par exemple un cyclopropyle, cyclobutyle, cyclopentyle, cyclohexyle, cycloheptyle ;
- « aryle », un groupe hydrocarboné aromatique mono- ou polycyclique, en particulier comprenant entre 6 et 10 atomes de carbones. A titre d’exemple de groupe aryle, on peut citer les groupes phényle ou naphtyle ;
- « aralkyle », un groupe aryle tel que défini précédemment, substitué par au moins un groupe alkyle tel que défini précédemment. Le groupe aralkyle peut être lié au reste de la molécule par la partie aryle ou alkyle du radical.
- « alkylène », un radical divalent, de préférence saturé, linéaire ou ramifié, dérivé d’un hydrocarbure par retrait de deux atomes d’hydrogènes sur des atomes de carbone distincts. Par exemple un groupe C1-C3-alkylène représente une chaine carbonée saturée, linéaire ou ramifiée, de 1 à 3 atomes de carbone, par exemple un méthylène, éthylène, 1-méthyléthylène ou propylène ;
- « alcényle », un groupe aliphatique, linéaire ou ramifié, mono- ou polyinsaturé ; par exemple contenant un ou deux insaturations éthyléniques ;
- « hydrocarboné », un composé ou un fragment d’un composé choisi parmi : un alkyle, un alcényle, un aryle, un aralkyle. Les groupes hydrocarbonés peuvent, le cas échéant, inclure des hétéroatomes.In the context of the invention, the following terms mean:
- "alkyl", a saturated, linear or branched aliphatic group; for example, a C x to C z alkyl represents a saturated carbon chain of x to z carbon atoms, linear or branched;
- “Cycloalkyl”, a cyclic alkyl group, for example a C x to C z cycloalkyl represents a cyclic carbon group of x to z carbon atoms, for example a cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl, cyclohexyl, cycloheptyl;
- “aryl”, a mono- or polycyclic aromatic hydrocarbon group, in particular comprising between 6 and 10 carbon atoms. By way of example of an aryl group, mention may be made of phenyl or naphthyl groups;
- "aralkyl", an aryl group as defined above, substituted by at least one alkyl group as defined above. The aralkyl group can be linked to the rest of the molecule through the aryl or alkyl part of the radical.
- "alkylene", a divalent radical, preferably saturated, linear or branched, derived from a hydrocarbon by removal of two hydrogen atoms from separate carbon atoms. For example, a C 1 -C 3 -alkylene group represents a saturated carbon chain, linear or branched, of 1 to 3 carbon atoms, for example a methylene, ethylene, 1-methylethylene or propylene;
- “alkenyl”, an aliphatic, linear or branched, mono- or polyunsaturated group; for example containing one or two ethylenic unsaturations;
- "hydrocarbon", a compound or a fragment of a compound chosen from: an alkyl, an alkenyl, an aryl, an aralkyl. The hydrocarbon groups can, if desired, include heteroatoms.
Claims (15)
- une ou plusieurs huiles de base ;
- au moins un additif carbodiimide ; et
- au moins un additif organique basique améliorant l’indice de base total de ladite composition, dit TBN.Lubricating composition intended for a motorization system, comprising at least:
- one or more base oils;
- at least one carbodiimide additive; And
- at least one basic organic additive improving the total base number of said composition, called TBN.
X-(-N=C=N-Y)q-N=C=N-Y (I)
dans laquelle :
chaque X et Y représentent, indépendamment l’un de l’autre, un radical hydrocarboné, saturé ou non, linéaire, ramifié ou cyclique, aromatique ou non, éventuellement substitué, comprenant de 6 à 60 atomes de carbone, en particulier de 8 à 20 atomes de carbone et plus particulièrement de 9 à 15 atomes de carbone ;
q vaut 0 ou est un entier allant de 1 à 100, en particulier de 1 à 50 et plus particulièrement de 1 à 40.Composition according to the preceding claim, characterized in that the said carbodiimide additive has the following formula (I):
X-(-N=C=NY) q -N=C=NY (I)
in which :
each X and Y represent, independently of each other, a hydrocarbon radical, saturated or not, linear, branched or cyclic, aromatic or not, optionally substituted, comprising from 6 to 60 carbon atoms, in particular from 8 to 20 carbon atoms and more particularly from 9 to 15 carbon atoms;
q is 0 or is an integer ranging from 1 to 100, in particular from 1 to 50 and more particularly from 1 to 40.
X-N=C=N-Y (I’)
dans laquelle X et Y, identiques ou différents, représentent des radicaux de formule
dans laquelle :
* représente le site de liaison à un atome d’azote de la fonction carbodiimide ;
au moins l’un des R1et R2représente un groupe aliphatique, linéaire, ramifié ou cyclique, substitué ou non, saturé ou non, ou un groupe aromatique substitué ou non, comprenant de préférence de 2 à 20 atomes de carbone ;
l’autre des R1et R2représente un atome d’hydrogène ; un groupe aliphatique, linéaire, ramifié ou cyclique, substitué ou non, saturé ou non, ou un groupe aromatique substitué ou non, comprenant de préférence de 2 à 20 atomes de carbone ; et
R3représente un atome d’hydrogène, un groupe aliphatique, linéaire, ramifié ou cyclique, substitué ou non, saturé ou non, ou un groupe aromatique substitué ou non, comprenant de préférence de 2 à 20 atomes de carbone ; ledit groupe aromatique étant éventuellement condensé avec le cycle phényle le supportant.Composition according to Claim 1 or 2, characterized in that the said carbodiimide additive is a mono-carbodiimide of the following formula (I'):
XN=C=NY (I')
in which X and Y, identical or different, represent radicals of formula
in which :
* represents the site for binding to a nitrogen atom of the carbodiimide function;
at least one of R 1 and R 2 represents an aliphatic, linear, branched or cyclic, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated group, or a substituted or unsubstituted aromatic group, preferably comprising from 2 to 20 carbon atoms;
the other of R 1 and R 2 represents a hydrogen atom; an aliphatic, linear, branched or cyclic, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated group, or a substituted or unsubstituted aromatic group, preferably comprising from 2 to 20 carbon atoms; And
R 3 represents a hydrogen atom, an aliphatic, linear, branched or cyclic, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated group, or a substituted or unsubstituted aromatic group, preferably comprising from 2 to 20 carbon atoms; said aromatic group being optionally condensed with the phenyl ring supporting it.
dans laquelle R1et R2, identiques ou différents, en particulier identiques, représentent des groupes alkyles ramifiés en C3à C20, en particulier en C3à C10, notamment en C3à C6, et plus préférentiellement des groupes isopropyle ; et
R3représente un atome d’hydrogène ou groupe alkyle ramifié en C3à C20, en particulier en C3à C10, notamment en C3à C6, de préférence un atome d’hydrogène.Composition according to the preceding claim, characterized in that X and Y, which are identical or different, represent radicals of formula
in which R 1 and R 2 , identical or different, in particular identical, represent branched alkyl groups in C 3 to C 20 , in particular in C 3 to C 10 , in particular in C 3 to C 6 , and more preferentially groups isopropyl; And
R 3 represents a hydrogen atom or a branched C 3 to C 20 alkyl group, in particular C 3 to C 10 , in particular C 3 to C 6 , preferably a hydrogen atom.
(a) des additifs polyalkylamines ;
(b) des additifs liquides ioniques à base de guanidinium, d’ammonium ou de phosphonium ;
(c) des additifs produits de la réaction entre au moins :
. un acide hydroxybenzoïque, optionnellement substitué par un groupe hydrocarboné ; ou un sel de métal alcalin ou alcalino-terreux de celui-ci, optionnellement surbasé,
. un composé boré et
. un composé aminé ;
et leurs mélanges.Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that the said basic organic TBN-improving additive is chosen from:
(a) polyalkylamine additives;
(b) ionic liquid additives based on guanidinium, ammonium or phosphonium;
(c) additives produced from the reaction between at least:
. a hydroxybenzoic acid, optionally substituted by a hydrocarbon group; or an alkali or alkaline earth metal salt thereof, optionally overbased,
. a boron compound and
. an amine compound;
and their mixtures.
dans laquelle :
R4et R5représentent, indépendamment l’un de l’autre, un atome d’hydrogène ou un groupe alkyle ou alcényle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 22 atomes de carbone ;
R6et R7représentent, indépendamment l’un de l’autre, un groupe alkyle ou alcényle, linéaire ou ramifié, comprenant de 1 à 30 atomes de carbone, en particulier de 1 à 22 atomes de carbone ;
A1 et A2 représentent, indépendamment l’un de l’autre, un groupe alkylène en C1à C6; en particulier en C1à C4, de préférence des groupes propylène –(CH2)3- ; et
m vaut 0, 1, 2 ou 3, de préférence m vaut 1 ou 2.Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that the said basic organic additive improving the TBN is chosen from the polyalkylamines of formula (II):
in which :
R 4 and R 5 represent, independently of one another, a hydrogen atom or an alkyl or alkenyl group, linear or branched, comprising from 1 to 22 carbon atoms;
R 6 and R 7 represent, independently of each other, an alkyl or alkenyl group, linear or branched, comprising from 1 to 30 carbon atoms, in particular from 1 to 22 carbon atoms;
A1 and A2 represent, independently of each other, a C 1 to C 6 alkylene group; in particular C 1 to C 4 , preferably propylene –(CH 2 ) 3 – groups; And
m is 0, 1, 2 or 3, preferably m is 1 or 2.
dans laquelle :
R4et R5représentent, indépendamment l’un de l’autre, un atome d’hydrogène ou un groupe alkyle en C1à C6, en particulier en C1à C3et plus particulièrement un groupe méthyle ;
R6et R7représentent, indépendamment l’un de l’autre, un groupe alkyle en C1à C6, en particulier en C1à C3et plus particulièrement un groupe méthyle ;
et les polyalkylamines de formule (II-b)
dans laquelle :
R4et R5représentent des atomes d’hydrogène ; et
R6et R7représentent, indépendamment l’un de l’autre, un groupe alkyle en C8à C22, de préférence en C14à C18et plus préférentiellement en C16à C18.Composition according to any one of the preceding claims, characterized in that the said basic organic additive improving the TBN is chosen from the polyalkylamines of formula (II-a)
in which :
R 4 and R 5 represent, independently of one another, a hydrogen atom or a C 1 to C 6 alkyl group, in particular a C 1 to C 3 alkyl group and more particularly a methyl group;
R 6 and R 7 represent, independently of one another, a C 1 to C 6 alkyl group, in particular a C 1 to C 3 alkyl group and more particularly a methyl group;
and the polyalkylamines of formula (II-b)
in which :
R 4 and R 5 represent hydrogen atoms; And
R 6 and R 7 represent, independently of each other, a C 8 to C 22 , preferably C 14 to C 18 and more preferably C 16 to C 18 alkyl group.
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