WO2023203000A1 - Composition lubrifiante aqueuse comprenant un ester de l'acide gallique - Google Patents

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Yun LONG
Maria Isabel DE BARROS BOUCHET
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Totalenergies Onetech
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Definitions

  • Aqueous lubricating composition comprising a gallic acid ester
  • the present invention relates to the field of lubricating compositions. These lubricating compositions can be used for different applications, in particular as hydraulic fluids, for the lubrication and/or cooling of various mechanical systems, such as bearings, gears, bearings or motors.
  • the present invention aims to propose a new aqueous-based lubricating composition
  • Lubricating compositions also called “lubricants”, are commonly used in mechanical systems to reduce friction between parts and thus protect them against wear. In addition to wear phenomena, friction can oppose the relative movement of the parts in contact and induce energy losses detrimental to optimal operation of the mechanical system.
  • Lubricants are used for multiple applications, for example for metalworking, in particular for metal deformation operations, for gas or steam turbines in the fields of aeronautics, naval, rail transport and the production of electricity, for propulsion systems of motor vehicles, for example for the lubrication of bearings, gears, a motor, etc.
  • the formulation of lubricants represents an important issue insofar as they make it possible to act on fuel consumption and, consequently, on carbon dioxide emissions. carbon, via their impact on the friction forces generated between the different components of motor vehicles.
  • hydrocarbon-based lubricants conventionally composed of one or more base oils, to which are generally associated additives dedicated to boosting the lubricating performance of the base oils, such as for example friction modifier additives.
  • friction between moving parts generates heat, and it may be necessary to ensure, together with lubrication, cooling of mechanical systems or machined parts.
  • This cooling is typically provided by a cooling fluid, distinct from the hydrocarbon lubricant, such as for example air, an aqueous fluid, such as water or even by a mixture of water and a glycol.
  • water is an excellent cooling fluid, it does not, however, have the tribological properties required for a lubricant, particularly in terms of reducing friction and protecting parts against wear.
  • aqueous lubricants are thus made up of an aqueous fraction and an organic fraction.
  • document US 2012/0149616 proposes an aqueous lubricant comprising, in addition to water, water-soluble polyalkylene glycols, emulsifiers, anti-freeze additives of the alkylene glycol or glycerol type, anti-corrosion additives, anti-foam additives and friction reducing additives.
  • aqueous lubricants polyalkylene glycols, organic surfactants, biocomponents
  • aqueous lubricants do not provide sufficient lubricating properties under severe conditions (temperature and/or pressure conditions).
  • high, severe mechanical contacts, high shear, etc. also known as “limit regime” lubrication conditions (defined for example in the Engineering Techniques Manual, Introduction to tribology, Part 2.1, Jean Frêne and Hamid Za ⁇ di , publication date September 10, 2017).
  • limit regime lubrication conditions
  • aqueous lubricants therefore involves running-in conditions and specific materials or design of parts, which represents an obstacle to their widespread use as a replacement for conventional hydrocarbon lubrication.
  • nanoparticles of solid lubricant nanoparticles of solid lubricant (nanodiamond, M0S2, WS3, graphite, etc.) suspended in an aqueous fluid.
  • solid lubricant nanoparticles of solid lubricant (nanodiamond, M0S2, WS3, graphite, etc.) suspended in an aqueous fluid.
  • the use of these solid particles is not without posing problems of stability, use of the lubricant and safety from a toxicological point of view.
  • a new formulation of water-based lubricant comprising glycerol and hypericin, was proposed in application WO 2021/1259851.
  • the present invention aims precisely to propose a new aqueous lubricant, having particularly advantageous tribological properties, in particular good friction reduction and wear resistance properties, allowing its implementation in applications imposing severe lubrication constraints. , especially under conditions of high pressure and shear stress.
  • the present invention relates, according to a first of its aspects, to an aqueous lubricating composition, comprising at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof;
  • aqueous composition within the meaning of the present invention, is meant a composition comprising water as base fluid, in other words as the majority solvent.
  • water preferably represents more than 35% by weight of the total mass of the lubricating composition.
  • aqueous lubricating composition or “aqueous lubricant” will be designated a lubricating composition according to the invention as defined above.
  • Gallic acid is found naturally in different plants and is known for its antioxidant, antitumor and antibacterial properties. Furthermore, certain gallic acid esters have already been proposed as antioxidant additives in the food industry (propyl gallate is known under the name “E310” antioxidant) or in vegetable oils (Lida A. Quinchia et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 29, 12917-12924).
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, of at least one ester of gallic acid and of at least a polyalkylene glycol, to access an aqueous formulation having excellent tribological properties.
  • an aqueous lubricant according to the invention thus has good performance in terms of reducing friction, in particular under severe operating conditions.
  • the invention thus relates to the use of at least one ester of gallic acid as an additive to improve the tribological properties, in particular in terms of reducing friction, of an aqueous composition further comprising at least: water, at least one polyalkylene glycol, at least one antifreeze compound chosen from glycols, and at least one pH regulating additive maintaining the pH of said composition between 8 and 15.
  • the aqueous lubricating compositions formulated according to the invention allow a reduction in wear and friction such that they can be considered "super-lubricating", namely that the friction phenomena can be considered insignificant, or even harmed, even under severe lubrication conditions.
  • This phenomenon of extreme reduction of wear and friction between moving mechanical parts is known under the term “superlubricity” in English.
  • aqueous lubricating compositions according to the invention even under conditions of severe lubrication regime, thus authorize their widespread use. They thus prove suitable for use as lubricants for multiple applications, in particular as hydraulic fluids, for the lubrication and/or cooling of various mechanical systems, in particular under severe lubrication conditions. They can thus be used in all systems and for all applications, replacing conventionally used lubricants, in particular hydrocarbon lubricants. Application examples are given later in the text.
  • the invention thus relates, according to another of its aspects, to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention, for the lubrication and/or cooling of moving parts in a mechanical system, for example for the lubrication and /or cooling of mobile or stationary motor systems, or as hydraulic fluid.
  • the present application also relates to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention, to reduce friction between moving parts in a mechanical system, as well as the use of an aqueous lubricating composition according to the invention to reduce friction. wear of parts in a mechanical system.
  • an aqueous lubricant according to the invention can be used to reduce friction and/or wear of moving parts in a mobile or stationary motor system, for example at the transmission part of 'a vehicle propulsion system.
  • An aqueous lubricant according to the invention can also be used to reduce friction and/or wear of the various components, particularly metallic ones, in a hydraulic system.
  • a composition according to the invention combines good cooling properties linked to the presence of water, and good tribological properties, in particular friction reduction and wear resistance.
  • an aqueous composition according to the invention can advantageously provide the dual function of lubrication and cooling.
  • composition according to the invention has the advantage of being easy to formulate.
  • it also has good anti-corrosion properties.
  • gallic acid esters used in a composition according to the invention can advantageously be biosourced.
  • biosourced we mean any component of plant or animal origin, preferably plant-based.
  • a lubricating composition according to the invention formed mainly of water, and comprising at least one biosourced additive, thus meets expectations in terms of reducing the use of substances harmful to the environment, while achieving lubrication performance. equivalent to those of conventional oil-based lubricants.
  • an aqueous lubricating composition according to the present invention advantageously has a very good capacity to solubilize the different compounds that it comprises, in particular, said antifreeze compound(s), said gallic acid ester(s) and said polyalkylene glycol(s).
  • percentages are weight percentages. The percentages are therefore expressed in mass relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention is a formulation comprising water as the majority solvent.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least 20% by weight of water, in particular deionized water, preferably at least 30% by weight, in particular between 35% and 90% by weight, more preferably between 40%. and 75% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • water By its role as solvent, water allows, at the desired pH of said composition, to solubilize the polyalkylene glycol(s), the glycol-type antifreeze compound(s) and the gallic acid ester(s), as well as any additive optionally present in the composition, in particular chosen from those detailed in the remainder of the text.
  • water in addition to its role as a solvent, water provides access to a lubricating composition having good cooling properties, and which can be used as a cooling fluid for moving parts in a mechanical system.
  • the water used in an aqueous lubricating composition according to the invention is osmosis or demineralized water, more preferably deionized water.
  • osmosis water within the meaning of the present invention, is meant water having undergone purification, in particular by a reverse osmosis process, in order to reduce the content of organic and/or mineral compounds, for example to a lower content. at 5.0% by weight, preferably less than 1.0% by weight.
  • reverse osmosis water can be “deionized water”, in other words water having undergone purification in order to reduce the content of ions, such as Ca 2+ and HCO3' ions generally present in water.
  • deionized water does not include ions.
  • deionized water is therefore particularly advantageous in the context of the use of the aqueous lubricant according to the invention for applications requiring a fluid that conducts little, if at all, electricity, such as for example for use of the aqueous lubricant for the lubrication and cooling of mechanical systems comprising an electrical circuit, for example electric or hybrid motors, in particular in electric or hybrid vehicles.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention therefore differs from lubricants conventionally used in mechanical systems, which comprise a majority proportion of one or more base oils not soluble in water.
  • oil not soluble in water we mean in particular an oil which does not dissolve substantially in water at room temperature (at approximately 25°C).
  • an oil that is not soluble in water has a solubility in water of less than 0.2 g/L, at room temperature.
  • an aqueous lubricating composition according to the present invention comprises less than 5% by weight of oil(s) not soluble in water, preferably less than 2% by weight, more preferably less than 1% by weight, for example relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention is completely free of oil not soluble in water.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one polyalkylene glycol.
  • Polyalkylene glycols are chosen from water-soluble polyalkylene glycols.
  • soluble in water is meant a polyalkylene glycol having a solubility in water of at least 10 g/L, preferably at least 500 g/L, in water at room temperature (approximately 25°C).
  • the polyalkylene glycols can be more particularly formed of C1-C4 alkylene oxide units, preferably C1-C3, more particularly C2-C3.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least 50% by weight, in particular at least 80% by weight, more preferably at least 90% by weight of propylene oxide and/or oxide units.
  • 'ethylene It may be a copolymer, possibly random, ethylene oxide/propylene oxide.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a weight average molecular mass (Mw) of between 100 and 50,000 g. mol 1 , preferably between 5,000 and 25,000 g.mol 1 .
  • Weight average molecular mass can be measured by gel permeation chromatography (GPC).
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity measured at 100°C (KV100), according to the ASTM D445 standard, of between 100 and 25,000 mm 2 /s, in particular between 150 and 10,000 mm 2 /s.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity measured at 40°C (KV40), according to the ASTM D445 standard, of between 500 and 100,000 mm 2 /s, more particularly between
  • the flash point of a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention is preferably greater than or equal to 160°C, in particular greater than or equal to 220°C. Flash point can be measured by ISO 2592 or ASTM D92.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a viscosity index measured according to standard ASTM D2270, between 100 and 800, preferably between 250 and 550.
  • said polyalkylene glycol compound(s) can be used in an aqueous lubricating composition according to the invention in a content of at least 5.0% by weight, preferably between 5.0% and 50% by weight, plus preferably between 10% and 40% by weight, in particular between 10% and 20% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise a single polyalkylene glycol or a mixture of several different polyalkylene glycols.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise a mixture of at least two distinct polyalkylene glycols, more particularly at least one polyalkylene glycol of low weight average molecular mass and at least one polyalkylene glycol of high weight average molecular mass.
  • the combination of at least one polyalkylene glycol of low weight average molecular mass and at least one polyalkylene glycol of high weight average molecular mass is particularly advantageous in order to obtain good solubilization of the different compounds introduced into the composition.
  • aqueous lubricant ANTIFREEZE COMPOUND
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof.
  • Glycols are diols in which the two hydroxyl groups are carried by different carbon atoms, preferably by vicinal carbon atoms.
  • the glycols are alkylene glycols, in particular having from 2 to 10 carbon atoms, in particular from 2 to 6 carbon atoms.
  • alkylene glycols in particular having from 2 to 10 carbon atoms, in particular from 2 to 6 carbon atoms.
  • monoethylene glycol, diethylene glycol and propylene glycol can be cited.
  • the antifreeze compound can also be chosen from glycerol, diglycerol, triglycerol and mixtures thereof.
  • the antifreeze compound used according to the invention is chosen from monoethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, glycerol and their mixtures.
  • the antifreeze compound is diethylene glycol.
  • said antifreeze compound(s) can be used in an aqueous lubricating composition according to the invention in a content of at least 5.0% by weight, preferably between 5.0% and 45% by weight, more preferably between 10% and 35% by weight, in particular between 20% and 35% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one gallic acid ester.
  • Said gallic acid ester(s) are advantageously used in a form that is soluble or emulsifiable in water, in particular in the form of ionic salts.
  • a lubricating composition according to the invention may comprise a single gallic acid ester or a mixture of at least two distinct gallic acid esters.
  • a gallic acid ester means an ester formed between gallic acid and at least one alcohol.
  • a gallic acid ester may comprise several ester functions resulting from the reaction of the carboxylic acid function of gallic acid and several hydroxyl functions of a polyol.
  • An ester of gallic acid can thus be a monoester or polyester, in particular a diester or a triester of gallic acid.
  • a gallic acid ester can be formed between gallic acid and at least one monoalcohol or a polyol, for example a monoalcohol or a diol.
  • ком ⁇ онент we mean for the purposes of the invention a compound formed of a hydrocarbon chain, of the alkyl or alkenyl type carrying a single alcohol function, as opposed to a “polyol” comprising at least two alcohol functions. .
  • It may preferably be an ester formed between gallic acid and one or more monoalcohols.
  • Said monoalcohol(s), identical or different, preferably comprise between 1 and 24 carbon atoms, preferably between 3 and 20 carbon atoms, in particular between 3 and 18 carbon atoms, more preferably between 6 and 16 carbon atoms, for example example between 8 and 14 carbon atoms.
  • the said monoalcohol(s) are linear monoalcohols, in particular saturated.
  • a gallic acid ester suitable for the present invention may more particularly correspond to the following formula (I): in which R represents a hydrocarbon chain, linear or branched, saturated, mono- or poly-unsaturated, preferably a linear and saturated hydrocarbon chain, in C1-C24, preferably in C3-C20, more preferably in C3-C18, in particular in C ⁇ -CI ⁇ , for example in C8-C14-
  • a gallic acid ester according to the invention is obtained from gallic acid and a monoalcohol chosen from propan-l-ol, butan-l-ol, octan-l-ol and dodecan-l-ol, in particular chosen from octan-l-ol and dodecan-l-ol.
  • a gallic acid ester according to the invention is chosen from octyl gallate, lauryl gallate, and mixtures thereof.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises, as ester(s) of gallic acid, at least lauryl gallate.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises, as ester(s) of gallic acid, at least octyl gallate.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can use a single ester of gallic acid, in particular lauryl gallate or octyl gallate, preferably lauryl gallate.
  • gallic acid ester(s) used according to the invention may be commercially available or prepared according to synthesis methods known to those skilled in the art. These synthesis methods more particularly implement an esterification reaction between at least one hydroxyl function of an alcohol and the carboxylic acid function of gallic acid.
  • the gallic acid ester(s) can advantageously be biosourced, namely that they can be obtained from biomass.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise between 0.001% and 10% by weight of gallic acid ester(s), in particular such as defined above, preferably between 0.01 % and 5% by mass, more preferably between 0.1% and 2% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one pH regulating additive, more particularly an “alkaline buffer”, making it possible to maintain the alkaline pH of the lubricating composition.
  • Said pH-regulating additive(s) more particularly make it possible to maintain the pH of said lubricating composition between 8 and 15.
  • the said pH regulator(s) by ensuring that the pH of the aqueous lubricating composition is maintained between 8 and 15, makes it possible in particular to prevent corrosion of the metal surfaces, but also to promote the solubilization of the different compounds in the lubricating composition, in particular of the or polyalkylene glycol(s), antifreeze compound(s) and gallic acid ester(s), in particular as defined above.
  • the pH regulating additive(s) make it possible to maintain the pH of the aqueous lubricating composition between 8.5 and 14, more particularly between 9 and 13, or for example between 8 and 11.
  • the pH regulating additive(s) are chosen from amines, more particularly from alkanolamines and amino alcohols.
  • alkanolamines such as dimethylethanolamine (DMEA), ethanolamines, such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA), triethanolamine (TEA), isopropanolamines, such as mono-isopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA) and triisopropanolamine (TIPA); diglycolamine (DGA); ethylene amines, such as ethylene diamine (EDA), diethylene triamine (DETA), triethylene tetramine (TETA) and tetraethylene pentamine (TEPA); cyclamines, such as cyclohexylamine; 2-amino-2-ethyl-1,3-propanediol; 2-amino-2-methyl-l-propanol; and their mixtures.
  • DMEA dimethylethanolamine
  • MEA monoethanolamine
  • DEA diethanolamine
  • TIPA triethanolamine
  • isopropanolamines such as mono-isoprop
  • the pH regulating additive(s) are chosen from alkanolamines, in particular ethanolamines, and more particularly from dimethylethanolamine (DMEA), triethanolamine (TEA) and their mixture, more particularly dimethylethanolamine.
  • DMEA dimethylethanolamine
  • TEA triethanolamine
  • composition may comprise one or more pH regulating additives making it possible to maintain the desired pH of the aqueous lubricating composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one alkanolamine, in particular dimethylethanolamine (DMEA) and/or triethanolamine (TEA), as a pH regulating additive.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises an ethanolamine, in particular triethanolamine (TEA) as a pH regulating additive.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise from 0.1% to 10% by weight of pH regulating additive(s) making it possible to maintain the pH of the composition between 8 and 15, in particular as defined previously, in particular chosen from alkanolamines, preferably from 0.5% to 5% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may optionally comprise, in addition to at least one pH regulating additive making it possible to maintain the pH of the lubricating composition between 8 and 15, in particular as defined above, one or more additive(s) separate pH regulators, called “additional pH regulator additive(s)”.
  • pH regulating additive(s) are chosen so as not to affect the overall pH of the aqueous lubricating composition, maintained by the presence of said(s). pH regulating additives as described previously between 8 and 15.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; preferably diethylene glycol;
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may also comprise various other additives.
  • additive(s) are compatible with their use in an aqueous medium.
  • the additives are used in a form that is soluble or emulsifiable in water, for example in the form of salts or ionic liquids.
  • Said additive(s) are of course chosen with regard to the intended application for the aqueous lubricant.
  • Such additives may be more particularly chosen from anti-foam agents, biocides, corrosion inhibitors, anti-wear and/or extreme pressure additives, sequestering agents, metal passivating agents, dyes, dispersants. , emulsifying agents, and mixtures thereof.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise one or more additives chosen from anti-foaming agents, corrosion inhibitors, metal passivating agents, dyes, and mixtures thereof.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may more particularly comprise from 0.1 to 10% by weight of additives, in particular from 1.0 to 8.0% by weight of additives, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one corrosion inhibitor agent.
  • Corrosion inhibitors advantageously make it possible to reduce or even prevent corrosion of metal parts.
  • the nature of said corrosion inhibitor(s) can be chosen with regard to the metal to be protected against corrosion, such as aluminum, steel, galvanized steel, yellow metals, for example copper or brass.
  • the inorganic corrosion inhibitors may be cited nitrites, sulphites, silicates, borates, sodium, potassium, calcium or magnesium phosphates, alkali metal phosphates, hydroxides, molybdates, zinc, magnesium or nickel sulfates.
  • alkanolamines such as triethanolamine
  • aliphatic monocarboxylic acids in particular having from 4 to 15 carbon atoms, for example octanoic acid
  • aliphatic dicarboxylic acids having from 4 to 15 atoms.
  • of carbon for example decane dioic acid, undecane dioic acid, dodecane dioic acid or mixtures thereof
  • polycarboxylic acids optionally neutralized by triethanolamine, such as 1,3,5-triazine-2 acid, 4,6-tri-(6-aminocaproic), alkanoylamidocarboxylic acids, in particular isononanoylamidocaproic acid, and mixtures thereof.
  • Borated amides, products of the reaction of amines or amino alcohols with boric acid can also be used.
  • the corrosion inhibitor(s) are distinct from the pH regulating additive(s) making it possible to maintain the pH of the lubricating composition between 8 and 15, and defined previously.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise from 0.1% to 5% by weight of corrosion inhibitor(s), preferably from 0.5% to 4% by weight, more preferably from 1% to 2.5 % by mass, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof;
  • At least one pH regulating additive making it possible to maintain the pH of the lubricating composition between 8 and 15, in particular as defined above, in particular chosen from alkanolamines;
  • At least one corrosion inhibitor in particular at least one organic corrosion inhibitor, more particularly chosen from aliphatic monocarboxylic acids.
  • Anti-wear/extreme pressure additive is particularly chosen from aliphatic monocarboxylic acids.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one anti-wear and/or extreme pressure additive. Their function is to reduce wear and the coefficient of friction, or to prevent metal-metal contact by forming a protective film adsorbed on these surfaces.
  • anti-wear additives there is a wide variety of anti-wear additives, among which can be cited those chosen from phosphosulfur additives such as metal alkylthiophosphates or their salts.
  • Additives which do not provide phosphorus may also be suitable, such as, for example, polysulphides, in particular sulfur-containing olefins.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one extreme pressure additive chosen from sulfur-containing fatty acids, and dimercaptothiadiazoles, preferably used in their neutralized, emulsifiable or water-soluble form. water.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least one extreme pressure additive of sulfur fatty acid type, preferably in a neutralized form, in particular by inorganic alkalizing agents or alkanolamines.
  • Sulfur-containing fatty acids can comprise from 8 to 22 carbon atoms, preferably from
  • the quantity of sulfur according to the ASTM D2622 standard provided by said sulfurized fatty acid(s) may be between 5% and 30% by weight, in particular between 10% and 20% by weight.
  • the quantity of sulfur active at 150°C according to the ASTM D 1662 standard provided by said sulfur-containing fatty acid(s) in the aqueous lubricating composition according to the invention is greater than or equal to 2% by weight, in particular between 5 and 10% by weight, relative to the total mass of the lubricating composition.
  • active sulfur within the meaning of the present invention is understood to mean the sulfur that a chemical compound is capable of giving up or releasing when this compound is placed under the conditions of the ASTM D1662 standard.
  • ASTM D-1662 defines an active sulfur level of a compound at a given temperature as a difference expressed as a percentage weight of sulfur content before and after reaction of a sample of this sulfur compound with a given quantity of copper for a fixed time.
  • the quantity of sulfur active at 150°C (ASTM DI 662 standard) in the aqueous lubricating composition of the invention can influence its performance under extreme pressure.
  • This quantity of sulfur active at 150°C (ASTM D1662) in the lubricating composition must not be too low, otherwise satisfactory extreme pressure behavior cannot be obtained. It must not be too high, to avoid a risk of corrosion, particularly with respect to metals and metal alloys, particularly with respect to copper.
  • said sulfur fatty acid(s) are preferably used in an aqueous lubricating composition according to the invention in their form neutralized by an alkalizing agent, such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or an alkanolamine. , such as monoethanolamine, triethanolamine, monoisopropanolamine, diisopropanolamine and triisopropanolamine.
  • an alkalizing agent such as sodium hydroxide, potassium hydroxide, or an alkanolamine.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise between 0.01% and 10% by weight of anti-wear and/or extreme pressure additive(s), in particular sulfur-containing fatty acid(s), such as as defined above, preferably between 0.2% and 5% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • anti-wear and/or extreme pressure additive(s) in particular sulfur-containing fatty acid(s), such as as defined above, preferably between 0.2% and 5% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one anti-foam additive. Antifoams prevent the lubricating fluid from foaming.
  • This may be, for example, an anti-foaming agent based on polysiloxanes or acrylate polymers.
  • the anti-foaming agent is chosen from three-dimensional siloxanes.
  • the anti-foam agents can be polar polymers such as polymethylsiloxanes or poly acrylates.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise from 0.001% to 3.0% by weight of anti-foam additive(s), preferably from 0.005% to 1.5% by weight, more preferably 0.01 % to 1.0% by weight, relative to the total mass of the lubricating composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof;
  • At least one pH regulating additive making it possible to maintain the pH of the lubricating composition between 8 and 15, in particular as defined above, in particular chosen from alkanolamines;
  • anti-foam additive in particular chosen from three-dimensional siloxanes.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one metal passivating agent.
  • Metal passivating agents help protect metal parts by promoting the formation of metal oxide on their surface.
  • the metal passivating agents can for example be chosen from triazole derivatives, such as tetrahydrobenzotriazole (THBTZ), tolyltryazole (TTZ), benzotriazole (BTZ), amines substituted by a triazole group, such as N,N -bis(2- ethylhexyl)-1,2,4-triazol-l-yl methanamine, N'-bis(2-ethylhexyl)-4-methyl-lH-benzotriazol-l-methyl-amine, N,N- bis(heptyl)-ar-methyl-lH-benzotriazole-l-methanamine, N,N-bis(nonyl)-ar-methyl-lH-benzotriazole-l-methanamine, N,N-bis(decyl)-ar-methyl - IH-benzotriazole-1-methanamine, N,N-bis(undecyl)-ar-methyl-1H-benzotri
  • the metal passivating agents are chosen from tetrahydrobenzotriazole (THBTZ), tolyltriazole (TTZ), benzotriazole (BTZ), and their salts, taken alone or in mixtures.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise from 0.01% to 2.0% by weight of metal passivating agent(s), preferably from 0.1% to 1.0% by weight, more preferably from 0 .2% to 0.8% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof;
  • At least one pH regulating additive making it possible to maintain the pH of the lubricating composition between 8 and 15, in particular as defined above, in particular chosen from alkanolamines;
  • At least one metal passivating agent in particular chosen from triazole derivatives, more particularly chosen from tetrahydrobenzotriazole, tolyltriazole, benzotriazole, and their salts, taken alone or in mixtures.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise one or more dyes.
  • Colors can be natural or synthetic, usually organic.
  • the dyes which can be used in an aqueous lubricating composition can be more particularly chosen from natural or synthetic water-soluble dyes, for example the dyes 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, betanin (beet), carmine, chlorophyllin, methylene blue, anthocyanins (enocianin, black carrot and hibiscus), xanthenes, caramel and riboflavin.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise between 0.01% and 2.0% by weight of dye(s), preferably between 0.01% and 1.5% by weight, more preferably between 0.02% and 1 .0% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof;
  • At least one pH regulating additive making it possible to maintain the pH of the lubricating composition between 8 and 15, in particular as defined above, in particular chosen from alkanolamines;
  • At least one dye in particular chosen from xanthenes.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise one or more emulsifying agents, also called emulgators. Their function is to generate stable emulsions in water.
  • the emulsifying agents may be more particularly non-ionic, such as for example ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids, ethoxylated fatty amides; anionic, for example KOH, NaOH soaps; sulphonates; cationic, such as quaternary ammonium compounds; or even carboxylic acid esters that are soluble or emulsifiable in water.
  • non-ionic such as for example ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids, ethoxylated fatty amides
  • anionic for example KOH, NaOH soaps
  • sulphonates for example cationic, such as quaternary ammonium compounds
  • carboxylic acid esters that are soluble or emulsifiable in water.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise from 0.01% to 10% by weight of emulsifying agent(s), preferably from 0.1% to 5.0% by weight, relative to the total mass. of the lubricating composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one sequestering agent.
  • Sequestering agents also called chelating agents, make it possible to limit the encrustation of metal ions in the composition.
  • sequestering agents examples include those derived from phosphonic acids and phosphonates, such as diethylenetriaminepentamethyl phosphonic acid (DTPMPA), amino tri(methylene phosphonic) acid (ATMP), acid hydroxyethane-diphosphonic acid (HEDP), 1,1-hydroxyethylidene 1,1-diphosphonate, 2-hydroxyethylamine di(methylene phosphonic) acid (HEAMBP), diethylene triamino penta(methylene phosphonic) acid (DTMP), multifunctional organic acids and hydroxy acids, such as ethylene diamine tetraacetic acid (EDTA), pteroyl-L-glutamic acid (PGLU), polyorganic acids, such as maleic acid and polyaspartic acid , polysaccharides and carbohydrates, such as inulin, carboxymethylinulin and carboxymethylchitosan.
  • DTPMPA diethylenetriaminepentamethyl phosphonic acid
  • ATMP amino tri(methylene phosphonic) acid
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise from 0.001% to 2.0% by weight of sequestering agent(s), preferably from 0.01% to 1.0% by weight, relative to the total mass of the composition. .
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one biocidal and/or fungicidal agent.
  • Biocides and fungicides can be used to improve the biological stability of the composition by limiting the proliferation of bacteria, fungi and yeasts in the lubricating fluid.
  • Such biocides may be chosen from parabens, aldehydes, reactive acetylacetone compounds, isothiazolinones, phenolic compounds, acid salts, halogenated compounds, quaternary ammoniums, certain alcohols and mixtures thereof.
  • the biocides can be chosen from optionally substituted benzisothiazolinones (BIT), such as N-butyl-1,2-benzisothiazolin-3-one, methylisothiazolinones (MIT), mixtures of methylisothiazolinone and chloromethylisothiazolinone (MIT/ CMIT), orthophenyl-phenol (OPP) or its sodium salt, 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate (IPBC), chloro-cresol and N,N-methylene-bis-morpholine (MBM); sorbic acid; preferably from orthophenyl-phenol (OPP) or its sodium salt, 3-iodo-2-propynylbutylcarbamate, chloro-cresol, benzisothiazolinones and N,N-methylene-isomorpholine.
  • BIT optionally substituted benzisothiazolinones
  • BIT optionally substituted benzisothiazolinone
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise between 0.01% and 10% by weight of biocide(s) and/or fungicide(s), preferably between 0.5% and 5.0% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises at least:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; preferably diethylene glycol;
  • At least one pH regulating additive making it possible to maintain the pH of the lubricating composition between 8 and 15, in particular as defined above, in particular chosen from alkanolamines;
  • additives chosen from anti-foaming agents, corrosion inhibitors, metal passivating agents, dyes, in particular as defined above.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise:
  • At least one polyalkylene glycol in particular as defined above; - from 5.0% to 35% of at least one antifreeze compound, chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; preferably diethylene glycol;
  • additives chosen from anti-foaming agents, corrosion inhibitors, metal passivating agents, dyes, in particular as defined above.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may consist of:
  • At least one antifreeze compound chosen from glycols, preferably alkylene glycols; glycerol; diglycerol; triglycerol, and mixtures thereof; preferably diethylene glycol;
  • each of the additives specifically described above can be introduced alone, or in combination with at least one other of the additives specifically described, which defines different embodiments of an aqueous lubricating composition according to the invention.
  • particular embodiments of the invention are defined by an aqueous lubricating composition according to the invention, comprising at least water, one or more polyalkylene glycol(s); one or more antifreeze compounds, one or more gallic acid esters, in particular as defined above, one or more pH regulating additives in particular as defined above, preferably in the proportions indicated above, and comprising in in addition to one or more of the other addenda specifically detailed in the text.
  • a lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity, measured at 40 ° C (KV40), according to standard ASTM D445 (ISO 3104) of between 10 and 1000 mm 2 /s, in particular between 20 and 300 mm 2 /s and more particularly between 25 and 80 mm 2 /s.
  • KV40 kinematic viscosity
  • the kinematic viscosity, measured at 100 °C (KV100), according to standard ASTM D445 (ISO 3104), of a lubricating composition according to the invention can advantageously be between 3 and 50 mm 2 /s, in particular between 4 and 25 mm 2 /s and more particularly between 5 and 10 mm 2 /s.
  • a lubricating composition according to the invention has a kinematic viscosity, measured at -10 ° C (KV-10), according to standard ASTM D445 (ISO 3104) of between 200 and 600 mm 2 /s, in particular between 250 and 500 mm 2 /s and more particularly between 275 and 400 mm 2 /s.
  • KV-10 kinematic viscosity
  • an aqueous lubricating composition formulated according to the invention in particular as described previously, has excellent properties. tribological, particularly in terms of friction reduction and wear resistance, which makes it particularly well suited to use as a lubricating fluid.
  • Aqueous lubricating compositions can find various applications. Generally speaking, they can be used as lubricating fluid for systems and applications, replacing conventional hydrocarbon lubricants. The invention is thus not limited to a particular application of the aqueous lubricants according to the invention, the development which follows being given solely by way of illustration and not limitation.
  • the mechanical parts lubricated using a lubricating composition according to the invention can be made of any material conventionally used in the fields concerned, in particular of metal, such as steel, galvanized steel, stainless steel, yellow metals, but also ceramic or polymer material.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may be intended to lubricate moving parts in a mechanical system, and more particularly intended to lubricate a mobile or stationary motor system.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can thus be used for the lubrication and/or cooling of gears, bearings, bearings, such as rolling or sliding bearings or even motors.
  • motorization system within the meaning of the present invention, we mean a system comprising all the mechanical parts necessary for the targeted mobile or stationary application and including at least one motor. It may be a combustion, gas, in particular hydrogen, ammonia, electric or hybrid engine system, depending on the nature of the engine(s) included in the engine system: combustion engine, gas, in particular hydrogen, ammonia and/or electric.
  • a “stationary” motorization system within the meaning of the invention is a motorization system including a stationary motor. It can find applications, for example, in electrical energy production devices. It may in particular be a gas engine system, in particular a stationary gas engine.
  • 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.
  • a mobile motor system can thus be a propulsion system for a vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
  • propulsion system within the meaning of the present invention, we mean a system comprising the mechanical parts necessary for the propulsion of a vehicle.
  • the propulsion system more particularly includes a motor, for example an electric motor comprising the rotor-stator assembly of the power electronics (dedicated to speed regulation), a transmission and possibly a battery.
  • the battery itself is generally made up of a set of electrical accumulators, called cells.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention advantageously makes it possible to act effectively on fuel consumption via its impact on the friction forces generated between the different components of motor vehicles.
  • an aqueous lubricating composition proves particularly advantageous for reducing friction in gearboxes, in axle differentials and/or in the cylinder head.
  • a lubricating composition according to the invention makes it possible not only to reduce wear, but also to limit energy losses responsible for overconsumption of fuel.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention thus advantageously has good properties in terms of reducing the fuel consumption of motor vehicles, also known as “Fuel Eco” properties and, in fact, contributes to the reduction of CO2 emissions.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can find an interesting application for the lubrication and/or cooling of an electric or hybrid vehicle propulsion system, and more particularly of the engine, the power electronics, the transmission and /or battery.
  • An aqueous composition according to the invention can be used both as a cooling fluid and as a lubricant, for example in a propulsion system of an electric or hybrid vehicle.
  • a composition according to the invention allows joint access to good properties in terms of cooling and lubrication of the parts of the propulsion system of an electric or hybrid vehicle, such as an electric motor of an electric or hybrid vehicle. It is particularly effective for cooling the power electronics and/or the rotor and/or the stator of an electric motor. It also provides lubrication of the bearings located between the rotor and the stator of an electric motor of an electric or hybrid vehicle.
  • composition according to the invention advantageously makes it possible to effectively cool the battery present in an electric or hybrid vehicle.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention can be used as a break-in lubricant, for example for the break-in of mobile or stationary motor systems.
  • new or refurbished mechanical systems may require, during the first start-ups, appropriate lubrication in order to avoid initial damage to the surface of the parts until the mechanical system reaches its optimal operation.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can also find applications as a hydraulic fluid, in particular in hydraulic actuators (cylinders/motors) or machine assemblies on request.
  • hydraulic fluids are subjected to constant mechanical stress and high shear due to their constant passage through a pump in order to maintain appropriate pressure in the hydraulic system.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention advantageously makes it possible to reduce friction forces and wear under severe operating conditions, such as those encountered in hydraulic systems.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention can be used for the lubrication of the various moving parts in a hydraulic system. It can also ensure heat transfer between the different components of a hydraulic system. All of the applications detailed above make it possible to illustrate certain advantageous implementations of an aqueous lubricating composition according to the invention.
  • composition according to the invention make it possible to define uses according to the invention which are also particular, advantageous or preferred.
  • the tribological properties can be evaluated by a test on a rotating ball-disk tribometer (also called ball-plane) of the Linear Reciprocating Tribometer type. This test makes it possible in particular to evaluate the performance of lubricants in terms of friction in mixed/limit mode depending on the load, pressure or speed conditions applied.
  • a rotating ball-disk tribometer also called ball-plane
  • This test makes it possible in particular to evaluate the performance of lubricants in terms of friction in mixed/limit mode depending on the load, pressure or speed conditions applied.
  • the coefficient of friction of the lubricating compositions tested is determined at 40°C by placing a hardened steel ball of approximately 2 cm in diameter, for example 1.905 cm in diameter, on a hardened steel plane.
  • the tribometer can be a device from the Laboratory of Tribology Dynamic Systems (LTDS). This device makes it possible to put a steel ball and a steel plane into relative motion in order to determine the coefficients of friction/friction for a given lubricating composition, while varying various properties such as speed, load, and temperature.
  • the hardened steel surface is reference AISI 52100 with a mirror finish and the ball is also reference AISI 52100 made from hardened steel.
  • the applied load is 10 N and the rotation speed varies from 1 mm/s to 2500 mm/s.
  • the coefficient of friction is in particular determined at a rotation speed of 3 mm/s.
  • solubilization of all the ingredients in the lubricating composition is assessed visually at the end of the formulation. Solubilization is considered satisfactory if the composition is transparent. On the contrary, it is considered that the solubilization is insufficient if the composition presents a cloudiness or precipitation.
  • the pH of the compositions is measured at the end of formulation using a pH meter.
  • a reference aqueous lubricating composition not comprising a gallic acid ester, was formulated by simply mixing at room temperature, the following components, in the mass percentages indicated in Table 1 below. The percentages are therefore expressed in mass relative to the total mass of the composition.
  • the pH regulator is an alkanolamine such as dimethylethanolamine, and makes it possible to maintain the pH of the composition between 8 and 15.
  • aqueous lubricating compositions (II, 12, 13 and 14) according to the invention are formulated by adding, at room temperature, a gallic acid ester to the reference composition, in the mass proportions detailed in the table 2 below. [Table 2]
  • aqueous lubricating compositions according to the invention (15, 16, 17 and 18) are formulated according to the following protocol.
  • Polyalkylene glycol and diethylene glycol are added to deionized water in the following proportions: deionized water 3/7, diethylene glycol 3/7 and polyalkylene glycol 1/7.
  • the solution is stirred for 15 minutes at a temperature of approximately 60°C in the presence of a magnetic stirrer.
  • the gallic acid ester is then added.
  • the pH regulator additive Triethanolamine (TEA) or dimethylethanolamine (DMEA) is added to the formulation.
  • compositions 15 to 18 are detailed in Table 3 below.
  • compositions in accordance with the invention (II, 12, 13 and 14) have a significantly reduced coefficient of friction compared to the reference composition, not using ester of the invention. 'gallic acid.
  • the aqueous lubricating compositions according to the invention have particularly advantageous friction reduction performances, in particular under severe lubrication conditions.
  • compositions according to the invention (15, 16, 17 and 18) are transparent, reflecting good solubilization of the different ingredients they contain. Consequently, the aqueous lubricating compositions according to the invention have a very good ability to solubilize the various compounds which they comprise, in particular the antifreeze compound(s), the ester(s) of gallic acid and polyalkylene glycol(s).

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Abstract

La présente demande concerne une composition lubrifiante aqueuse, comprenant au moins: - de l'eau; - 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; - au moins un ester de l'acide gallique; et - au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre (8) et (15). Elle concerne également l'utilisation d'une telle composition lubrifiante aqueuse, pour la lubrification et/ou le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique ou à titre de fluide hydraulique. Elle concerne enfin l'utilisation d'au moins un ester de l'acide gallique, à titre d'additif pour améliorer les propriétés tribologiques, d'une composition lubrifiante aqueuse.

Description

Description
Titre : Composition lubrifiante aqueuse comprenant un ester de l’acide gallique
Domaine technique
La présente invention a trait au domaine des compositions lubrifiantes. Ces compositions lubrifiantes peuvent être mises en œuvre pour différentes applications, en particulier en tant que fluides hydrauliques, pour la lubrification et/ou le refroidissement de divers systèmes mécaniques, tels que des roulements, des engrenages, des paliers ou des moteurs.
Plus particulièrement, la présente invention vise à proposer une nouvelle composition lubrifiante à base aqueuse
Technique antérieure
Les compositions lubrifiantes, dites encore « lubrifiants », sont couramment mises en œuvre dans des systèmes mécaniques, pour réduire les frottements entre les pièces et ainsi les protéger 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, via leur impact sur les forces de frottements générées entres les différents organes des véhicules à moteur.
Quelle que soit l’application visée, les lubrifiants les plus répandus sont des lubrifiants à base d’hydrocarbures, 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 à la lubrification, un refroidissement des systèmes mécaniques ou des pièces usinées. 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. D’une manière générale, ces lubrifiants aqueux sont ainsi constitués d’une fraction aqueuse et d’une fraction organique.
Par exemple, le document US 2012/0149616 propose un lubrifiant aqueux comprenant, outre de l’eau, des polyalkylène glycols 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.
On peut également citer le document EP 3 042 946 qui propose un fluide de travail des métaux, exempt d’huile et d’émulsifiant, comprenant un polymère de type cellulosique.
Toutefois, l’usage des composés organiques proposés jusqu’à présent pour les lubrifiants aqueux (polyalkylène glycols, tensioactifs organiques, biocomposants), ne permet pas d’accéder à des propriétés lubrifiantes suffisantes dans des conditions sévères (conditions de température et/ou pression élevée, contacts mécaniques sévères, cisaillement élevé...), dites encore conditions de lubrification en « régime limite » (définies par exemple dans le Manuel des Techniques de l’ingénieur, Introduction à la tribologie, Partie 2.1, Jean Frêne et Hamid Zaïdi, date de publication 10 septembre 2017). Ces lubrifiants aqueux sont ainsi susceptibles de conduire à la formation de dépôts carbonés sur les pièces mécaniques lors de leur utilisation en régime limite.
L’usage de ces lubrifiants aqueux implique en conséquence des conditions de rodage et des matériaux ou une conception des pièces spécifiques, ce qui représente un frein à leur usage généralisé en remplacement des lubrifications conventionnels hydrocarbonés.
Il a également déjà été proposé de mettre en œuvre dans les formulations aqueuses des nanoparticules de lubrifiant solide (nanodiamant, M0S2, WS3, graphite, etc.) en suspension dans un fluide aqueux. Malheureusement, l’utilisation de ces particules solides n’est pas sans poser des problèmes de stabilité, de mise en œuvre du lubrifiant et de sécurité d’un point de vue toxicologie.
En conséquence, les lubrifiants aqueux proposés jusqu’à ce jour ne permettent pas de concurrencer les lubrifiants hydrocarbonés.
Ainsi, il demeure un besoin de pouvoir développer de nouveaux systèmes d’additivation permettant de conférer au fluide aqueux des performances de lubrification satisfaisantes, notamment dans des conditions sévères et, tout au moins, des performances équivalentes à celles obtenues avec les lubrifiants conventionnels hydrocarbonés.
Il a par exemple été proposé dans la demande WO 2021/1259851 une nouvelle formulation de lubrifiant à base d’eau, comprenant du glycérol et de l’hypéricine. On peut encore citer la demande WO 2021/259853 qui propose une composition lubrifiante aqueuse comprenant un polyalkylène glycol, un composé antigel et un composé phosphoré.
Exposé de l’invention
La présente invention vise précisément à proposer un nouveau lubrifiant aqueux, présentant des propriétés tribologiques particulièrement avantageuses, en particulier de bonnes propriétés de réduction des frottements et de résistance à l’usure, permettant sa mise en œuvre dans des applications imposant des contraintes de lubrification sévères, en particulier dans des conditions de pression et de contrainte de cisaillement élevées.
Plus particulièrement, la présente invention concerne, selon un premier de ses aspects, une composition lubrifiante aqueuse, comprenant au moins :
- de l’eau ;
- 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 ;
- au moins un ester de l’acide gallique ; et
- au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre 8 et 15.
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 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 telle que définie précédemment.
L’acide gallique se trouve à l’état naturel dans différentes plantes et est connu pour ses propriétés antioxydantes, antitumorales et antibactériennes. Par ailleurs certains esters d’acide galliques ont déjà été proposés comme additifs antioxydant dans le domaine agroalimentaire (le gallate de propyle est connu sous la dénomination d’antioxydant « E310 ») ou dans des huiles végétales (Lida A. Quinchia et al., Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 29, 12917-12924).
En revanche, à la connaissance des inventeurs, il n’a jamais été proposé de mettre en œuvre des esters de l’acide gallique dans des lubrifiants aqueux, et encore moins dans le but d’améliorer leurs performances tribologiques.
Contre toute attente, les inventeurs ont découvert qu’il est possible, en mettant en œuvre l’association spécifique d’au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, d’au moins un ester de l’acide gallique et d’au moins un polyalkylène glycol, d’accéder à une formulation aqueuse présentant d’excellentes propriétés tribologiques.
En particulier, comme illustré dans les exemples qui suivent, il est possible, en supplémentant une formulation aqueuse, contenant un mélange d’eau, d’au moins un polyalkylène glycol, d’au moins un additif régulateur de pH maintenant le pH de ladite formulation entre 8 et 15, et d’au moins un composé antigel de type glycol, par un ester de l’acide gallique, tel que le gallate d’octyle ou de lauryle, d’accéder à un fluide lubrifiant présentant des propriétés tribologiques améliorées. De manière avantageuse, un lubrifiant aqueux selon l’invention présente ainsi de bonnes performances en termes de réduction des frottements, en particulier dans des conditions de mise en œuvre sévères.
L’invention concerne ainsi l’utilisation d’au moins un ester de l’acide gallique à titre d’additif pour améliorer les propriétés tribologiques, en particulier en termes de réduction des frottements, d’une composition aqueuse comprenant par ailleurs au moins : de l’eau, au moins un polyalkylène glycol, au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, et au moins un additif régulateur de pH maintenant le pH de ladite composition entre 8 et 15.
En particulier, les compositions lubrifiantes aqueuses formulées selon l’invention permettent une réduction de l’usure et des frottements telle qu’elles peuvent être considérées comme « super- lubrifiantes », à savoir que les phénomènes de friction peuvent être considérés comme insignifiants, voire nuis, et ce même dans des conditions de lubrification sévères. Ce phénomène de réduction extrême de l’usure et du frottement entre des pièces mécaniques en mouvement est connu sous le terme « superlubricity » en langue anglaise.
Les bonnes propriétés tribologiques des compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention, même en condition de régime sévère de lubrification, autorisent ainsi leur usage généralisé. Elles s’avèrent ainsi adaptées à une mise en œuvre en tant que lubrifiants pour de multiples applications, notamment en tant que fluides hydrauliques, pour la lubrification et/ou le refroidissement de divers systèmes mécaniques, en particulier dans des conditions de lubrification sévères. Elles peuvent ainsi être employées dans tous les systèmes et pour toutes applications, en substitution des lubrifiants conventionnellement mis en œuvre, notamment des lubrifiants hydrocarbonés. Des exemples d’application sont donnés dans la suite du texte.
L’invention concerne ainsi, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour la lubrification et/ou le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique, par exemple pour la lubrification et/ou le refroidissement de systèmes de motorisation mobiles ou stationnaires, ou à titre de fluide hydraulique. La présente demande concerne également F utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour réduire les frottements entre les pièces en mouvement dans un système mécanique, ainsi que l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire l’usure des pièces dans un système mécanique.
A titre d’exemple, un lubrifiant aqueux selon l’invention peut être mis en œuvre pour réduire les frottements et/ou l’usure des pièces en mouvement dans un système de motorisation mobile ou stationnaire, par exemple au niveau de la partie transmission d’un système de propulsion de véhicule.
Un lubrifiant aqueux selon l’invention peut encore être mis en œuvre pour réduire les frottements et/ou l’usure des différents composants, notamment métalliques, dans un système hydraulique.
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.
H 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. De manière avantageuse, elle présente également de bonnes propriétés anticorrosion.
Enfin, les esters de l’acide gallique mis en œuvre dans une composition selon l’invention peuvent avantageusement être biosourcés. Par « biosourcé », on désigne tout composant d’origine végétale ou animale, de préférence végétale.
Une composition lubrifiante selon l’invention, formée majoritairement d’eau, et comprenant au moins un additif biosourcé, répond ainsi aux attentes en termes de réduction de l’usage de substances néfastes pour l’environnement, tout en accédant à des performances de lubrification équivalentes à celles des lubrifiants conventionnels à base huileuse.
Enfin, une composition lubrifiante aqueuse selon la présente invention présente avantageusement une très bonne capacité à solubiliser les différents composés qu’elle comprend, en particulier le ou lesdits composé(s) antigel, le ou lesdits ester(s) de l’acide gallique et le ou lesdits polyalkylène glycol(s).
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.
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 20 % massique d’eau, en particulier d’eau déionisée, de préférence au moins 30 % massique, notamment entre 35 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 40 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Par son rôle de solvant, l’eau permet, au pH souhaité de ladite composition, de solubiliser le ou les polyalkylène glycol(s), le ou les composés antigel de type glycols et le ou les esters de l’acide gallique, ainsi que tout additif optionnellement présent dans la composition, en particulier choisi parmi ceux détaillés dans la suite du texte. 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 une eau osmosée ou déminéralisée, plus préférentiellement une eau déionisée.
Par « eau osmosée » au sens de la présente invention, on entend désigner une eau ayant subi une purification, notamment par un procédé d’osmose inverse, afin de réduire la teneur en composés organiques et/ou minéraux, par exemple à une teneur inférieure à 5,0 % en poids, de préférence inférieure à 1,0 % en poids. Dans la suite du texte, les expressions « eau déminéralisée » ou encore « eau ultrapure » seront considérées comme équivalentes ou synonymes de l’expression « eau osmosée ». En particulier, l’eau osmosée peut être une « eau déionisée », autrement dit une eau ayant subi une purification afin de réduire la teneur en ions, tels que les ions Ca2+ et HCO3’ généralement présents dans l’eau. De préférence une eau déionisée ne comprend pas d’ions.
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) 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, éventuellement 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 moléculaire moyenne en poids (Mw) comprise entre 100 et 50 000 g. mol 1, de préférence entre 5 000 et 25 000 g.mol 1.
La masse moléculaire moyenne en poids 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 25 000 mm2/s, en particulier entre 150 et 10 000 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 100 000 mm2/s, plus particulièrement entre
I 000 et 95 000 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 glycols 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 10 % et 20 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
II est entendu qu’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un unique polyalkylène glycol ou un mélange de plusieurs polyalkylène glycols différents.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un mélange d’au moins deux polyalkylène glycols distincts, plus particulièrement d’au moins un polyalkylène glycol de faible masse moléculaire moyenne en poids et d’au moins un polyalkylène glycol de haute masse moléculaire moyenne en poids.
Il relève des compétences générales de l'Homme du métier d'ajuster la nature et la teneur en polyalkylène glycols de faible et haute masse moléculaire moyenne en poids du mélange de polyalkylène glycols, au regard notamment de la viscosité visée pour la composition lubrifiante finale.
L’association d’au moins un polyalkylène glycol de faible masse moléculaire moyenne en poids et d’au moins un polyalkylène glycol de haute masse moléculaire moyenne en poids est tout particulièrement avantageuse afin d’obtenir une bonne solubilisation des différents composés introduits dans la composition lubrifiante aqueuse. 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 diéthylène 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 45 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 35 % massique, en particulier entre 20 % et 35 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
ESTER DE L’ACIDE GALLIQUE
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un ester de l’acide gallique.
Le ou lesdits esters de l’acide gallique sont avantageusement mis en œuvre sous une forme soluble ou émulsionnable dans l’eau, en particulier sous la forme de sels ioniques.
Il est entendu qu’une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre un unique ester de l’acide gallique ou un mélange d’au moins deux esters de l’acide gallique distincts. Au sens de l’invention, un ester de l’acide gallique s’entend d’un ester formé entre l’acide gallique et au moins un alcool.
Un ester de l’acide gallique peut comprendre plusieurs fonctions esters résultant de la réaction de la fonction acide carboxylique de l’acide gallique et de plusieurs fonctions hydroxyles d’un polyol.
Un ester de l’acide gallique peut ainsi être un monoester ou polyester, notamment un diester ou un triester de l’acide gallique.
En particulier, un ester de l’acide gallique peut être formé entre l’acide gallique et au moins un monoalcool ou un polyol, par exemple un monoalcool ou un diol.
Par « monoalcool », on entend désigner au sens de l’invention un composé formé d’une chaine hydrocarbonée, de type alkyle ou alcényle porteuse d’une unique fonction alcool, au contraire d’un « polyol » comprenant au moins deux fonctions alcool.
Il peut s’agir de préférence d’un ester formé entre l’acide gallique et un ou plusieurs monoalcools.
Le ou lesdits monoalcools, identiques ou différents, comprennent de préférence entre 1 et 24 atomes de carbone, de préférence entre 3 et 20 atomes de carbone, notamment entre 3 et 18 atomes de carbone, plus préférentiellement entre 6 et 16 atomes de carbone, par exemple entre 8 et 14 atomes de carbone.
De préférence, le ou lesdits monoalcools sont des monoalcools linéaires, en particulier saturés.
Un ester de l’acide gallique convenant à la présente invention peut répondre plus particulièrement à la formule (I) suivante :
Figure imgf000013_0001
dans laquelle R représente une chaine hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, saturée, mono- ou poly-insaturée, de préférence une chaîne hydrocarbonée linéaire et saturée, en C1-C24, de préférence en C3-C20, plus préférentiellement en C3-C18, notamment en CÔ-CIÔ, par exemple en C8-C14- Dans un mode de réalisation particulier, un ester de l’acide gallique selon l’invention est obtenu à partir de l’acide gallique et d’un monoalcool choisi parmi le propan- l-ol, le butan- l-ol, l’octan-l-ol et le dodécan-l-ol, en particulier choisi parmi l’octan-l-ol et le dodécan- l-ol.
Avantageusement, un ester de l’acide gallique selon l’invention est choisi parmi le gallate d’octyle, le gallate de lauryle, et leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend, à titre d’ester(s) de l’acide gallique, au moins du gallate de lauryle.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend, à titre d’ester(s) de l’acide gallique, au moins du gallate d’octyle.
Dans un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut mettre en œuvre un unique ester de l’acide gallique, en particulier du gallate de lauryle ou du gallate d’octyle, de préférence du gallate de lauryle.
Le ou les esters de l’acide gallique mis en œuvre selon l’invention peuvent être disponibles dans le commerce ou préparés selon des méthodes de synthèse connues de l’homme du métier. Ces méthodes de synthèse mettent plus particulièrement en œuvre une réaction d’estérification entre au moins une fonction hydroxyle d’un alcool et la fonction acide carboxy lique de l’acide gallique.
Le ou les esters de l’acide gallique peuvent être avantageusement biosourcés, à savoir qu’ils peuvent être obtenus à partir de la biomasse.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre entre 0,001 % et 10 % massique d’ester(s) de l’acide gallique, en particulier tel(s) que défini(s) ci-dessus, de préférence entre 0,01 % et 5 % massique, plus préférentiellement entre 0,1 % et 2 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
ADDITIF REGULATEUR DE PH
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins un additif régulateur de pH, plus particulièrement un « tampon alcalin », permettant de maintenir le pH alcalin de la composition lubrifiante. Le ou lesdits additifs régulateurs de pH permettent plus particulièrement de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre 8 et 15.
Le ou lesdits régulateurs de pH, en assurant un maintien du pH de la composition lubrifiante aqueuse entre 8 et 15, permettent notamment de prévenir une corrosion des surfaces métalliques, mais également de favoriser la solubilisation des différents composés dans la composition lubrifiante, en particulier du ou des polyalkylène glycol(s), du ou des composé(s) antigel et du ou des ester(s) de l’acide gallique, en particulier tels que définis précédemment.
Avantageusement, le(s) additif(s) régulateur de pH permettent de maintenir le pH de la composition lubrifiante aqueuse entre 8,5 et 14, plus particulièrement entre 9 et 13, ou par exemple entre 8 et 11.
En particulier, le(s) additif(s) régulateur de pH sont choisis parmi les amines, plus particulièrement parmi les alcanolamines et les alcools aminés.
A titre d’additifs régulateur de pH peuvent être cités les alcanolamines, telle que la diméthyléthanolamine (DMEA), les éthanolamines, telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA), la triéthanolamine (TEA), les isopropanolamines, telles que la mono-isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA) et la triisopropanolamine (TIPA) ; la diglycolamine (DGA) ; les éthylène amines, telles que l’éthylène diamine (EDA), la diéthylène triamine (DETA), la triéthylène tétramine (TETA) et la tétraéthylène pentamine (TEPA) ; les cyclamines, tels que la cyclohexylamine ; le 2-amino-2-éthyle-l,3- propanediol ; le 2-amino-2-méthyle-l -propanol ; et leurs mélanges.
De préférence, le(s) additif(s) régulateur de pH sont choisis parmi les alcanolamines, en particulier les éthanolamines, et plus particulièrement parmi la diméthyléthanolamine (DMEA), la triéthanolamine (TEA) et leur mélange, plus particulièrement est la diméthyléthanolamine .
Il est entendu que la composition peut comprendre un ou plusieurs additifs régulateurs de pH permettant de maintenir le pH souhaité de la composition lubrifiante aqueuse.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins une alcanolamine, en particulier la diméthyléthanolamine (DMEA) et/ou la triéthanolamine (TEA), à titre d’additif régulateur de pH. Selon un autre mode de réalisation, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend une éthanolamine, en particulier la triéthanolamine (TEA) à titre d’additif régulateur de pH.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 0,1 % à 10 % massique d’additif(s) régulateur(s) de pH permettant de maintenir le pH de la composition entre 8 et 15, en particulier tels que définis précédemment, notamment choisis parmi les alcanolamines, de préférence de 0,5 % à 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut éventuellement comprendre, outre au moins un additif régulateur de pH permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini ci-dessus, un ou plusieurs additif(s) régulateur de pH distincts, dit « additif(s) régulateur de pH annexe(s) ».
Dans ce cas, il est entendu que la nature et la teneur en additif(s) régulateur de pH annexe(s) sont choisies de sorte à ne pas affecter le pH global de la composition lubrifiante aqueuse, maintenu de par la présence du ou desdits additifs régulateurs de pH tels que décrits précédemment entre 8 et 15.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins :
- au moins 35 % massique d’eau, en particulier 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 du diéthylène glycol ;
- de 0,001% à 10 % massique d’au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que décrit ci-dessus, notamment du gallate de lauryle ; et
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines. AUTRES ADDITIFS
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre en outre divers autres 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 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 inhibiteurs de corrosion, 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 l,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.
De préférence, le ou les inhibiteur(s) de corrosion sont distincts du ou des additif(s) régulateur de pH permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, et définis précédemment.
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.
Dans un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins :
- de l’eau ;
- 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 ;
- au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que défini précédemment ;
- au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines ; et
- au moins un inhibiteur de corrosion, en particulier au moins un inhibiteur de corrosion organique, plus particulièrement choisi parmi les acides aliphatiques monocarboxyliques. 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.
11 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 choisi 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 DI 662) 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 tridimensionnelles.
Également, les agents anti-mousses peuvent être des polymères polaires tels que les polyméthylsiloxanes ou les poly acrylates.
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. Dans un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins :
- de l’eau ;
- 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 ;
- au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que défini précédemment ;
- au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines ; et
- au moins un additif anti-mousse, en particulier choisi parmi les siloxanes tridimensionnelles.
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)-l,2,4-triazol-l-yl méthanamine, la N'-bis(2 éthylhexyl)-4-méthyl-lH- benzotriazol-l-méthyl-amine, la N,N-bis(heptyl)-ar-methyl-lH-benzotriazole-l- méthanamine, N,N-bis(nonyl)-ar-methyl-lH-benzotriazole-l-méthanamine, N,N- bis(décyl)-ar-méthyl- IH-benzo triazole- 1 -méthanamine, N,N-bis(undécyl)-ar-méthyl- 1H- benzotriazole-1 -méthanamine, N,N-bis(dodécyl)-ar-méthyl-lH-benzotriazole-l- méthanamine, N,N-bis(2-éthylhexyl)-ar-méthyl-lH-benzotriazole-l-méthanamine, les 1,2,4-triazoles, les benzimidazoles, les 2-alkyldithiobenzimidazoles, les 2- alkyldithiobenzo thiazole s, les 2-(N, N-dialkyldithiocarbamoyl)benzothiazoles, les 2,5- bis(alkyldithio)-l,3,4-thiadiazoles, tels que le 2,5-bis(tert-octyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le
2.5-bis(tert-nonyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-decyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le
2.5-bis(tert-undecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-dodecyldithio)-l,3,4- thiadiazole, le 2,5-bis(tert-tridecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-tetradecyldithio)- 1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-pentadecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert- hexadecyldithio)- 1,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-heptadecyldithio)-l,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)-l,3,4-thiadiazole, les 2,5-bis(N,N- dialkyldithiocarbamoyl)-l,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.
Dans un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins :
- de l’eau ;
- 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 ;
- au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que défini précédemment ;
- au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines ; et
- au moins un agent passivant les métaux, en particulier choisi parmi les dérivés du triazole, plus particulièrement choisi parmi le tétrahydrobenzotriazole, le tolyltriazole, le benzotriazole, et leurs sels, pris seuls ou en mélanges.
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), les xanthènes, 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.
Dans un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend au moins :
- de l’eau ;
- 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 ;
- au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que défini précédemment ;
- au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines ; et
- au moins un colorant, en particulier choisi parmi les xanthènes.
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 carboxy lique 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 -hydroxy léthylidène, l’acide de 2- hydroxyéthy lamine 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-l,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 :
- de l’eau, en particulier 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 du diéthylène glycol ;
- au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que décrit ci-dessus, notamment du gallate de lauryle ;
- au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines ; et
- un ou plusieurs autres additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des inhibiteurs de corrosion, des agents passivant les métaux, des colorants, en particulier tels que définis ci- dessus.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre :
- au moins 35 % massique d’eau, en particulier 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 du diéthylène glycol ;
- de 0,001 % à 10 % massique d’au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que décrit ci-dessus, notamment du gallate de lauryle ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs autres additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des inhibiteurs de corrosion, des agents passivant les métaux, des colorants, en particulier tels que définis ci-dessus.
Plus particulièrement, 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 du diéthylène glycol ;
- de 0,01 % à 5 % massique d’au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que décrit ci-dessus, notamment du gallate de lauryle ;
- de 0,1 % à 10 % massique d’au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de la composition lubrifiante entre 8 et 15, en particulier tel que défini précédemment, notamment choisi parmi les alcanolamines ; et
- éventuellement de 0,1 % à 10 % massique d’un ou plusieurs autres additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des inhibiteurs de corrosion, des agents passivant les métaux, des colorants, en particulier tels que définis ci-dessus ; les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante, le reste étant constitué d’eau, en particulier d’eau déionisée. Il est entendu que les différents modes de réalisation particuliers décrits précédemment peuvent être combinés, dans la mesure du possible, pour définir d’autres modes de réalisation particuliers.
En particulier, chacun des additifs spécifiquement décrits ci-dessus peut être introduit seul, ou en combinaison avec au moins un autre des additifs spécifiquement décrits, ce qui définit différentes variantes de réalisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention. Autrement dit, des modes de réalisation particuliers de l’invention sont définis par une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, comprenant au moins de l’eau, un ou plusieurs polyalkylène glycol(s) ; un ou plusieurs composés antigels, un ou plusieurs esters de l’acide gallique, en particulier tels que définis précédemment, un ou plusieurs additifs régulateurs de pH en particulier tels que définis précédemment, de préférence dans les proportions indiquées ci-dessus, et comprenant en outre un ou plusieurs des autres additifs détaillés spécifiquement dans le texte.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention présente une viscosité cinématique, mesurée à 40 °C (KV40), selon la norme ASTM D445 (ISO 3104) comprise entre 10 et 1000 mm2/s, en particulier entre 20 et 300 mm2/s et plus particulièrement entre 25 et 80 mm2/s.
La viscosité cinématique, mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445 (ISO 3104), d’une composition lubrifiante selon l’invention peut être avantageusement comprise entre 3 et 50 mm2/s, en particulier entre 4 et 25 mm2/s et plus particulièrement entre 5 et 10 mm2/s.
De manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention présente une viscosité cinématique, mesurée à -10 °C (KV-10), selon la norme ASTM D445 (ISO 3104) comprise entre 200 et 600 mm2/s, en particulier entre 250 et 500 mm2/s et plus particulièrement entre 275 et 400 mm2/s.
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. L’invention n’est ainsi pas limitée à une application particulière des lubrifiants aqueux selon l’invention, le développement qui suit étant donné uniquement à titre illustratif et non limitatif.
Les pièces mécaniques lubrifiées à l’aide d’une composition lubrifiante selon l’invention peuvent être en tout matériau conventionnellement utilisé dans les domaines concernés, en particulier en métal, tel que l’acier, l’acier galvanisé, l’acier inoxydable, les métaux jaunes, mais également en céramique ou en matériau polymère.
Il est entendu que la surface de ces différents matériaux peut être revêtue, par exemple par un revêtement DLC (pour « Diamon Like Carbon » en langue anglaise).
A titre d’illustration d’application envisageable, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut être destinée à lubrifier les pièces en mouvement dans un système mécanique, et plus particulièrement destinée à lubrifier un système de motorisation mobile ou stationnaire.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut ainsi être mise en œuvre pour la lubrification et/ou le refroidissement d’engrenages, de roulements, de paliers, tels que des paliers à roulement ou à glissement ou encore de moteurs.
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. Il peut s’agir d’un système de motorisation à combustion, à gaz, notamment à hydrogène, à ammoniaque, électrique ou hybride, 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.
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. 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.
Un système de motorisation mobile peut être ainsi un système de propulsion d’un véhicule, en particulier d’un véhicule électrique ou hybride.
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, par exemple un moteur électrique comprenant l’ensemble rotor-stator de l’électronique de puissance (dédié à la régulation de la vitesse), une transmission et éventuellement une batterie. La batterie est elle- même généralement constituée d’un ensemble d’accumulateurs électriques, appelés cellules. Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet avantageusement d’agir efficacement sur la consommation de carburant via son 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.
En réduisant ainsi les frottements entre les pièces en mouvement au niveau du système de propulsion du véhicule, une composition lubrifiante selon l’invention permet non seulement de réduire l’usure, mais aussi de limiter les déperditions d’énergie responsables d’une surconsommation de carburant.
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 » et, de fait, participe à la réduction des émissions de CO2.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut trouver une application intéressante pour la lubrification et/ou le refroidissement d’un système de propulsion de véhicule électrique ou hybride, et plus particulièrement du moteur, de l’électronique de puissance, de la transmission et/ou de la batterie.
Une composition aqueuse selon l’invention peut être mise en œuvre à la fois comme fluide de refroidissement et comme lubrifiant, par exemple dans un système de propulsion 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 propulsion d’un véhicule électrique ou hybride, tel qu’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.
Egalement, 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.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut être mise en œuvre à titre de lubrifiant de rodage, par exemple pour le rodage des systèmes de motorisation mobiles ou stationnaires.
En effet, les systèmes mécaniques neufs ou remis à neuf peuvent nécessiter, lors des premiers démarrages, une lubrification appropriée afin d’éviter de premiers dommages en surface des pièces jusqu’à ce que le système mécanique atteigne son fonctionnement optimal.
Comme évoqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut trouver également des applications en tant que fluide hydraulique, en particulier dans des actionneurs hydrauliques (cylindres/moteurs) ou des assemblages de machines sur demande. En particulier, les fluides hydrauliques sont soumis à des contraintes mécaniques constantes et de cisaillement élevé du fait de leur passage contant dans une pompe afin de maintenir une pression appropriée dans le système hydraulique.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet avantageusement de réduire les forces de frottement et l’usure dans des conditions de mises en œuvre sévères, telles que celles rencontrées dans des systèmes hydrauliques.
Ainsi, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut être utilisée pour la lubrification des différentes pièces en mouvement dans un système hydraulique. Elle peut en outre assurer le transfert thermique entre les différents organes d’un système hydraulique. L’ensemble des applications détaillées ci-dessus permettent d’illustrer certaines mises en œuvre avantageuses d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention.
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.
Exemple
L’invention va maintenant être décrite au moyen des exemples suivants, donnés à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Evaluation des propriétés tribologiques
Les propriété tribologies peuvent être évaluées par un test sur tribomètre rotatif bille-disque (appelé également bille-plan) de type Tribomètre linéaire alternatif (ou « Linear reciprocating tribometer » en langue anglaise). Ce test permet notamment d’évaluer les performances de lubrifiants en termes de frottements en régime mixte/limite selon les conditions de charge, de pression ou de vitesse appliquées.
Le coefficient de friction des compositions lubrifiantes testées est déterminé à 40 °C en mettant en œuvre une bille en acier trempé d’environ 2 cm de diamètre, par exemple de 1,905 cm de diamètre, sur un plan en acier trempé.
Le tribomètre peut être un dispositif du Laboratoire de Tribologie Dynamique des Systèmes (LTDS). Ce dispositif permet de mettre en mouvement relatif une bille d'acier et un plan en acier afin de déterminer les coefficients de friction/frottement pour une composition lubrifiante donnée, tout en faisant varier diverses propriétés comme la vitesse, la charge, et la température. Le plan en acier trempé est de référence AISI 52100 avec une finition miroir et la bille est également de référence AISI 52100 réalisée en acier trempé.
La charge appliquée est de 10 N et la vitesse de rotation varie de 1 mm/s à 2 500 mm/s. Le coefficient de frottement est en particulier déterminé à une vitesse de rotation de 3 mm/s.
Approximativement 50 ml de composition lubrifiante testée ont été introduits dans le dispositif. La bille est engagée face contre plan, ladite bille et ledit plan étant actionnés indépendamment de sorte à créer un contact mixte roulement/glissement.
Le coefficient de friction est mesuré et enregistré par l’intermédiaire d’un capteur de force. Essais de solubilisation
La solubilisation de l’ensemble des ingrédients dans la composition lubrifiante est évaluée visuellement en fin de formulation. On considère que la solubilisation est satisfaisante si la composition est transparente. Au contraire, on considère que la solubilisation est insuffisante si la composition présente un trouble ou une précipitation.
Mesure du pH
Le pH des compositions est mesuré en fin de formulation à l’aide d’un pHmètre.
EXEMPLE 1
Préparation des compositions lubrifiantes
Une composition lubrifiante aqueuse de référence, ne comprenant pas d’ester de l’acide gallique, a été formulée 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. Le régulateur de pH est une alcanolamine telle que la diméthyléthanolamine, et permet de maintenir le pH de la composition entre 8 et 15.
[Tableau 1]
Figure imgf000032_0001
**) Mélange d’additifs comprenant un ou plusieurs additifs anti-corrosion, un ou plusieurs passivateurs, un ou plusieurs additifs anti-mousse et/ou un ou plusieurs colorants.
Quatre compositions lubrifiantes aqueuses (II, 12, 13 et 14) selon l’invention, sont formulées par ajout, à température ambiante, d’un ester de l’acide gallique dans la composition de référence, dans les proportions massiques détaillées dans le tableau 2 ci-dessous. [Tableau 2]
Figure imgf000033_0001
Quatre autres compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention (15, 16, 17 et 18) sont formulées selon le protocole suivant.
Le polyalkylène glycol et le diéthylène glycol sont ajoutés dans l’eau déionisée dans les proportions suivantes : Eau déionisé 3/7, diéthylène glycol 3/7 et polyalkylène glycol 1/7. La solution est agitée pendant 15 minutes à une température d’environ 60 °C en présence d’un agitateur magnétique.
L’ester de l’acide gallique est ensuite ajouté.
Enfin, l’additif régulateur de pH (Triéthanolamine (TEA) ou diméthyléthanolamine (DMEA)) est ajouté dans la formulation.
Les proportions massiques des compositions 15 à 18 sont détaillées dans le tableau 3 ci- dessous.
[Tableau 3]
Figure imgf000034_0001
EXEMPLE 2
Caractérisation des compositions
Le coefficient de friction est déterminé pour la composition de référence et les compositions (II, 12, 13 et 14) selon l’invention. Ces derniers sont rassemblés dans le tableau 4 suivant. [Tableau 4]
Figure imgf000034_0002
Il ressort de ces exemples que les compositions conformes à l’invention à l’invention (II, 12, 13 et 14) présentent un coefficient de frottement significativement réduits comparativement à la composition de référence, ne mettant pas en œuvre d’ester de l’acide gallique.
Par conséquent, les compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention présentent des performances en termes de réduction des frottements tout particulièrement avantageuses, en particulier dans des conditions de lubrification sévères.
Les compositions selon l’invention (15, 16, 17 et 18) sont transparentes, traduisant une bonne solubilisation des différents ingrédients qu’elles contiennent. Par conséquent, les compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention présentent une très bonne aptitude à solubiliser des différents composés qu’elles comprennent, en particulier du ou des composé(s) antigel, du ou des ester(s) de l’acide gallique et du ou des polyalkylène glycol(s).

Claims

Revendications
1. Composition lubrifiante aqueuse comprenant au moins :
- de l’eau ;
- 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 ;
- au moins un ester de l’acide gallique ; et
- au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre 8 et 15.
2. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’eau est de l’eau osmosée, en particulier de l’eau déionisée.
3. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins 20 % massique d’eau, en particulier d’eau déionisée, de préférence au moins 30 % massique, notamment entre 35 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 40 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
4. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le(s) additif(s) régulateur de pH sont choisis parmi les alcanolamines, en particulier les éthanolamines, et plus particulièrement parmi la diméthyléthanolamine, la triéthanolamine, et leur mélange, plus particulièrement est la diméthy léthanolamine .
5. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur en additif(s) régulateur de pH est comprise entre 0,1 % et 10 % massique, de préférence entre 0,5 % et 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition
6. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le(s)dit(s) polyalkylène glycol(s) 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 le(s)dit(s) polyalkylène glycol(s) est un copolymère oxyde d’éthylène/oxyde de propylène.
7. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le(s)dit(s) polyalkylène glycol(s) présente(nt) une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445, comprise entre 100 et 25 000 mm2/s, en particulier entre 150 et 10000 mm2/s.
8. 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 10 % et 20 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
9. 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, en particulier est le diéthylène glycol.
10. 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 45 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 35 % massique, en particulier entre 20 % et 35 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
11. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit ester de l’acide gallique est obtenu à partir d’un monoalcool comprenant entre 1 et 24 atomes de carbone, de préférence entre 3 et 20 atomes de carbone, notamment entre 3 et 18 atomes de carbone, plus préférentiellement entre 6 et 16 atomes de carbone, par exemple entre 8 et 14 atomes de carbone, en particulier choisi parmi l’octan-l-ol et le dodécan-l-ol.
12. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit ester de l’acide gallique est de formule (I) :
Figure imgf000037_0001
dans laquelle R représente une chaine hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, saturée, mono- ou poly-insaturée, de préférence une chaîne hydrocarbonée linéaire et saturée, en C1-C24, de préférence en C3-C20, plus préférentiellement en C3-C18, notamment en CÔ-CIÔ, par exemple en Cs-Ci4, de préférence ledit ester de l’acide gallique est le gallate de lauryle.
13. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant entre 0,001 % et 10 % massique d’ester(s) de l’acide gallique, en particulier entre 0,01 % et 5 % massique, plus particulièrement entre 0,1 % et 2 % massique par rapport à la masse totale de la composition.
14. 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 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 inhibiteurs de corrosion, des agents passivant les métaux, des colorants, et leurs mélanges.
15. 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.
16. Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour la lubrification et/ou le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique, par exemple pour la lubrification et/ou le refroidissement de systèmes de motorisation mobiles ou stationnaires, ou à titre de fluide hydraulique.
17. Utilisation d’au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que défini selon la revendication 11 ou 12, à titre d’additif pour améliorer les propriétés tribologiques, en particulier en termes de réduction des frottements, d’une composition aqueuse comprenant par ailleurs au moins : de l’eau, au moins un polyalkylène glycol et au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, et au moins un additif régulateur de pH maintenant le pH de ladite composition entre 8 et 15.
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