WO2023275308A1 - Composition lubrifiante aqueuse pour le travail des métaux - Google Patents

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WO2023275308A1
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Véronique VERROUL
Richard Frelechoux
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Totalenergies Onetech
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    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working

Definitions

  • the present invention relates to the field of lubricating compositions, and more particularly to lubricating compositions used in metalworking processes, such as operations for machining metal parts.
  • the present invention relates to aqueous-based lubricating compositions.
  • 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 that are detrimental to the optimal functioning of the mechanical system.
  • Lubricants are used for multiple applications, from the lubrication of combustion vehicle engines to the lubrication of equipment used for machining operations, what is commonly called the work of metals, in particular for metal deformation operations.
  • Metalworking more generally corresponds to the implementation of mechanical or metallurgical processes, both diversified or more specialized, which can be defined as shaping, cutting or jointing processes. This can also concern any mechanical transformation of metal, such as machining (turning, milling, drilling, sawing, threading, among others), forming, cutting, stamping or rolling.
  • Operations relating to metalworking particularly require the use of lubricating compositions, with the aim of reducing the friction forces between the metal parts in contact and preventing their premature wear, while advantageously guaranteeing cooling of the latter. .
  • compositions or metalworking fluids are also commonly designated under the names “compositions or metalworking fluids”, “lubricants or machining fluids” or “lubricants or cutting fluids”.
  • the lubricant formulations used for such machining operations are lubricants composed mainly of one or more base oils, with which are generally associated additives dedicated to stimulating the lubricating performance of base oils, such as friction modifier additives.
  • these lubricant formulations are classified according to the type of oil they contain. Thereby :
  • Non-renewable fluids are those comprising mineral oils, such as paraffinic, aromatic or naphthenic oils, in their base formulation;
  • Mineral fluids of synthetic origin are those comprising mineral oils or chemically modified petrochemical derivatives, in their base formulation such as, for example, polyalphaolefins, polyalkylene glycols and hydrogenated mineral oils;
  • Renewable fluids of synthetic origin are those comprising chemically modified vegetable or animal oils, in their basic formulation such as, for example, vegetable oil esters, sulphited, oxidized, esterified vegetable oils or sulphated animal oils .
  • mixed Some formulations, called mixed, include a mixture of the oils listed above in their base formulation.
  • the best known are called semi-synthetic oils and correspond to a mixture of synthetic and mineral oils.
  • oils or greases in lubricating compositions for metalworking has several disadvantages.
  • oil-based lubricants generally have low resistance to microbial attack, poor cooling properties or even a negative impact on the working environment, health or safety.
  • Lubricants in emulsion form comprising an aqueous phase added to an oily phase
  • these lubricants exhibit poor stability partly due to water hardness and/or salinity.
  • water-based compositions have shown some interest. These formulations generally include water, supplemented with various additives in order to guarantee the tribological properties required for lubricants, in particular in terms of reducing friction and protecting parts against wear.
  • document GB 1 272 100 proposes an aqueous lubricant for metalworking comprising (1) a linear polypropylene glycol or an ethylene oxide/propylene oxide copolymer with a molecular weight of between 2000 and 9000 Da, and (2 ) a polyvinyl pyrrolidone, a cellulose ether or a triethanolamine phosphate.
  • gummy residues appear after the machining operations. Once the machining equipment has stopped, the lubricant, subjected to ambient dehydration, is likely to lead to the formation of salts which, combined with the polymers present in the lubricant, can form relatively viscous and insoluble residues. in the aqueous phase, referred to as “gummy residues”.
  • the present invention aims precisely to meet this need. Disclosure of Invention
  • the present invention thus proposes a new aqueous lubricating composition having tribological properties, in particular extreme pressure and anti-wear, suitable for its implementation for metalworking, and leading to a low formation, or even the absence, gummy residues after its use in the machining equipment.
  • an aqueous lubricating composition comprising at least:
  • the present invention relates, according to a first of its aspects, to an aqueous lubricating composition, in particular for metalworking, comprising at least:
  • water-soluble polyalkylene glycol and/or alkoxylated, preferably ethoxylated, castor oil are not used as emulsifiers.
  • aqueous composition within the meaning of the present invention, is meant a composition comprising water as base fluid, in other words as majority solvent.
  • the water preferably by reverse osmosis, preferably represents at least 50% by mass of the total mass of the lubricating composition.
  • aqueous lubricating composition or “aqueous lubricant” will denote a water-based lubricating composition according to the invention.
  • osmosed water within the meaning of the present invention, is meant water which has 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 to 5.0% by weight, preferably less than 1.0% by weight.
  • osmosed water can be “deionized water”, in other words water having undergone purification in order to reduce the content of ions, such as the Ca 2+ and HCO 3 ions generally present in water.
  • deionized water does not include ions.
  • the inventors have discovered that the combined implementation of at least one polyalkylene glycol and at least one alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated, provides access to an aqueous fluid having excellent tribological properties , adapted to its implementation as a lubricant for metalworking, while leading to a very low formation of gummy residues after use.
  • the combination of at least one polyalkylene glycol and an alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated, at the level of an aqueous lubricating composition more particularly has a synergistic effect on the reduction of the formation of gummy residues after use, while not impacting, or even improving, the anti-wear and extreme-pressure properties of the aqueous lubricant.
  • the invention thus relates to the use of the combination of at least one water-soluble polyalkylene glycol and at least one alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated, in an aqueous lubricating composition, to reduce its propensity to form gummy residues after its use as a lubricant for metalworking.
  • the combination of at least one polyalkylene glycol and at least one alkoxylated castor oil does not impact the tribological properties of the lubricant formulation, in in particular the friction reduction performance under extreme pressure conditions.
  • the aqueous lubricating composition according to the invention thus has good anti-wear and extreme-pressure properties, and even, surprisingly, improved anti-wear and/or extreme-pressure properties compared to a composition not comprising alkoxylated castor or polyalkylene glycol according to the invention.
  • the anti-wear and extreme-pressure properties can be evaluated by an extreme-pressure 4-ball test, in particular according to the ASTM D2783 standard, as detailed in the examples below.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention makes it possible to achieve high weld load values, without a significant increase in the wear diameter, which testifies to its excellent tribological properties.
  • aqueous compositions according to the invention prove to be particularly advantageous for use as lubricants for metalworking. They can thus be used as metalworking fluids, for various applications, replacing the lubricants conventionally used, in particular hydrocarbon lubricants.
  • the invention thus relates, according to another of its aspects, to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention, as a lubricant in a metalworking process.
  • An aqueous composition according to the invention can be more particularly used as a lubricant in any metal machining operation, for example in processes for shaping, cutting, jointing or any other transformation of the metal such as metal forming. , stamping, rolling, etc.
  • the invention also relates to a process for working metals using, as lubricant, an aqueous lubricating composition according to the invention.
  • Said method comprises in particular a step of applying an aqueous lubricating composition according to the invention on the surface of at least a part of the machining tool (or apparatus) and/or of a metal workpiece.
  • the lubricating fluid according to the invention advantageously makes it possible to reduce the friction between the tool or the machining apparatus and the machined metal part.
  • the present invention also relates to the use of an aqueous lubricating composition according to the invention for reducing, or even preventing (avoiding), the formation of gummy residues after a metal machining operation involving said composition as a lubricating fluid.
  • aqueous lubricating composition for reducing friction during a metal machining operation, in particular friction between the machining tool and the metal part, as well only to reduce, or even prevent, the appearance of gummy residues after a metal machining operation involving said composition as a lubricating fluid.
  • the invention also relates, according to another of its aspects, to a method for lubricating the tool (or apparatus) implemented for a metal machining operation and/or a metal workpiece, comprising at at least one step of bringing part of the surface of said tool and/or of said part into contact with at least one aqueous lubricating composition according to the invention.
  • a lubricating composition according to the invention formed mainly from water, has little toxicological impact, in particular for the people using this lubricant.
  • water is the predominant solvent of an aqueous lubricant according to the invention, the treated surface is correctly lubricated.
  • the presence of a significant proportion of water facilitates the cleaning of metal surfaces and the removal of the lubricant after machining, in particular by simply passing or rinsing with water.
  • the percentages are percentages by weight. The percentages are therefore expressed by mass relative to the total mass of the composition. Temperature is in degrees Celsius unless otherwise specified, and pressure is atmospheric pressure unless otherwise specified.
  • 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 50% by weight of water, in particular osmosis water, preferably between 50% and 90% by weight, more preferably between 60% and 75% by weight, relative to the total mass of the composition.
  • water makes it possible to solubilize the polyalkylene glycol(s) and the alkoxylated, preferably ethoxylated, castor oil used according to the invention, as well as any additive optionally present in the composition, in particular chosen among those detailed in the following text.
  • water in addition to its role as a solvent, water provides access to a lubricating composition having good cooling properties, useful in the field of metal machining.
  • the water used in an aqueous lubricating composition according to the invention is deionized water or osmosed water.
  • deionized water does not include ions, such as the Ca 2+ and HCO 3 ions generally present in water, which are responsible for the conduction of electricity in the water.
  • the use of 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 or no electricity.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention differs from hydrocarbon lubricants, which comprise a major proportion of one or more base oils which are not soluble in water.
  • water-insoluble oil is meant in particular an oil which does not substantially dissolve in water at room temperature (at about 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 20% by mass of base oil(s) which are not soluble in water, preferably less than 10% by mass, in particular less than 5% by mass , relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention is completely free of oil which is not soluble in water.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises from 0.1 to 15% by weight of at least one polyalkylene glycol.
  • a lubricating composition according to the invention may comprise a single polyalkylene glycol, or a mixture of at least two distinct polyalkylene glycols, in particular as described below.
  • Polyalkylene glycols are homo- or co-polymers made up of alkylene oxide units.
  • polyalkylene glycols are not used in a composition according to the invention as emulsifiers.
  • the polyalkylene glycols are soluble in water.
  • water-soluble is meant a polyalkylene glycol having a solubility in water of at least 10 g/L, preferably of at least 500 g/L, in water at room temperature (about 25°C).
  • the polyalkylene glycols can be more particularly formed from 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 mass of propylene oxide and/or ethylene oxide units.
  • It may be a copolymer, in particular a random one, comprising ethylene oxide, propylene oxide and/or butylene oxide units.
  • it may be a copolymer, in particular a random one, of ethylene oxide/propylene oxide.
  • a polyalkylene glycol used in an aqueous lubricating composition according to the invention has a mass-average molar mass (Mn) of between 100 and 25,000 g. mol 1 , preferably between 5,000 and 21,000 g. mol 1 .
  • the number average molecular weight 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 5000 mm 2 /s, in particular between 150 and 3000 mm 2 /s, for example between 1500 and 3000 mm 2 /s or between 100 and 250 mm 2 /s.
  • KV100 kinematic viscosity measured at 100° C.
  • 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 30,000 mm 2 /s, more particularly between 1,000 and 25,000 mm 2 /s, for example between 10,000 and 25,000 mm 2 /s or between 500 and 2,500 mm 2 /.
  • KV40 kinematic viscosity measured at 40° C.
  • 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., for example between 220° C. and 300° C. °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 the ASTM D2270 standard, of between 100 and 800, preferably between 250 and 550.
  • Such polyalkylene glycols may be commercially available or synthesized according to methods known to those skilled in the art. They can be obtained for example by polymerization or copolymerization of alkylene oxides having between 2 and 4 carbon atoms.
  • synthesis is for example detailed in document US 2012/0108482, by reaction between one or more alcohols having between 2 and 12 carbon atoms, in particular polyols, such as diols, with alkylene oxides, in particular ethylene oxide, propylene oxide and/or butylene oxide.
  • the alcohol can preferably be a diol, in particular 1,2-propanediol.
  • the said polyalkylene glycol compound(s) are used in an aqueous lubricating composition according to the invention in a content of between 0.1% and 15% by weight, more preferably between 1% and 10% by weight, in particular between 2% and 5 % by mass, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises from 0.1 to 15% by mass of at least one alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated.
  • alkoxylated castor oil in particular ethoxylated, is not used in a composition according to the invention as an emulsifier.
  • a lubricating composition according to the invention may comprise a single alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated, or a mixture of at least two distinct particular alkoxylated castor oils, in particular as described below.
  • Castor oil is composed of fatty acid triglycerides, mainly Ci 6 to Ci 8 fatty acid. More particularly, ricinolein, triglyceride of ricinoleic acid (Cis fatty acid) is the major constituent of castor oil.
  • An alkoxylated castor oil is formed from alkoxylated triglycerides.
  • a lubricating composition according to the invention comprises an alkoxylated (Ci-C4) castor oil, preferably ethoxylated.
  • a lubricating composition according to the invention uses an ethoxylated castor oil. It can be obtained by ethoxylation of castor oil with ethylene oxide, or even by transesterification of castor oil with a polyethylene glycol.
  • a lubricating composition according to the invention uses an ethoxylated castor oil, obtained by reaction of castor oil with ethylene oxide, in a molar ratio castor oil: oxide of ethylene between 1:1 and 1:100.
  • An ethoxylated castor oil used in a lubricating composition according to the invention may in particular comprise at least 20 oxyethylene groups, preferably from 35 to 45 oxyethylene groups.
  • it is an ethoxylated castor oil obtained by reaction of castor oil with ethylene oxide, in a castor oil: ethylene oxide molar ratio of approximately
  • the alkoxylated, preferably ethoxylated, castor oil, in particular as described above, is used at a rate of 0.1% to 15% by mass, relative to the total mass of the composition, in particular of 1% to 10% by mass, and more particularly from 2% to 5% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may also comprise various additives.
  • the said additive(s) are compatible with their use in an aqueous medium.
  • the additives are implemented in a form that is soluble or emulsifiable in water, for example in the form of salts or ionic liquids.
  • the said additive(s) are of course chosen with regard to the intended application for the aqueous lubricant.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise one or more additives chosen from anti-foaming agents, biocides, pH regulators, corrosion inhibitors, sequestering agents, metal passivating agents, colorants, dispersants, emulsifying agents, wetting agents, and mixtures thereof.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise one or more additives chosen from anti-foaming agents, biocides, pH regulators, corrosion inhibitors, sequestering agents, metal passivating agents, emulsifying agents and their mixtures.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may more particularly comprise from 1 to 50% by mass of additives, in particular from 5 to 40% by mass of additives, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one corrosion inhibiting agent.
  • Corrosion inhibitors advantageously 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.
  • organic corrosion inhibitors mention may be made of aliphatic monocarboxylic acids, in particular having from 4 to 15 carbon atoms, for example octanoic acid, aliphatic dicarboxylic acids having from 4 to 15 carbon atoms, for example dioic decane (sebacic acid), undecane dioic acid, dodecane dioic acid, isononanoic acid or mixtures thereof, polycarboxylic acids optionally neutralized by triethanolamine, such as l,3,5-triazine-2 acid ,4,6-tri-(6-aminocaproic), alkanoylamidocarboxylic acids, in particular isononanoylamidocaproic acid, 6-[[(4-methylphenyl)sulfonyl]amino]hexanoic acid, and their mixtures. Borated amides, products of the reaction of amines or amino-alcohols with boric acid, can also be used.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise from 0.01% to 15% by mass of corrosion inhibitor(s), preferably from 1.0% to 13% by mass, relative to the total mass of the composition. .
  • 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.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise between 0.001% and 50% by mass of anti-wear and/or extreme-pressure additive(s), in particular sulfur fatty acid(s), as defined above, preferably between 0.2% and 5% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • anti-wear and/or extreme-pressure additive(s) in particular sulfur fatty acid(s), as defined above, preferably between 0.2% and 5% by weight, relative to the total weight of the composition.
  • composition according to the invention combining at least one polyalkylene glycol and at least one alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated, has good anti-wear and extreme pressure properties, even in the absence of additives. anti-wear and/or extreme-pressure annexes.
  • a lubricating composition according to the invention comprises less than 1% by mass of anti-wear and/or extreme pressure additives, in particular less than 0.5% by mass, in particular less than 0, 1% by weight of anti-wear and/or extreme-pressure additives, or even is free of anti-wear and/or extreme-pressure additive.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one antifoam additive. Defoamers prevent foaming of the lubricating fluid.
  • the anti-foaming agent may, for example, be an anti-foaming agent based on polysiloxanes or acrylate polymers.
  • the anti-foaming agent is chosen from three-dimensional siloxanes.
  • the anti-foaming agents can be polar polymers such as polymethylsiloxanes or polyacrylates.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise from 0.001% to 3.0% by mass of antifoam additive(s), preferably from 0.005% to 1.5% by mass, relative to the total mass of the lubricating composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one pH regulating additive, in particular an alkaline buffer.
  • the pH regulator makes it possible to maintain the desired pH of the lubricating composition, in particular in order to preserve an alkaline pH, advantageously between 8 and 11, so as in particular to prevent corrosion of the metal surfaces.
  • the pH regulator can be chosen from the family of amines, in particular alkanolamines and amino alcohols.
  • ethanolamines such as monoethanolamine (MEA), diethanolamine (DEA); triethanolamine (TEA), diglycolamine (DGA) isopropanolamines, such as mono-isopropanolamine (MIPA), diisopropanolamine (DIPA) and triisopropanolamine (TIPA), ethylene amines, such as ethylene diamine (EDA), diethylene triamine (DETA), triethylene tetramine (TETA) and tetraethylene pentamine (TEPA), alkanolamines, such as methyldiethanol amine (MDEA), cyclamines, such as cyclohexylamine, 2-amino-2-ethyl- 1,3-propanediol, 2-amino-2-methyl-1-propanol and mixtures thereof.
  • MIPA monoethanolamine
  • DGA diglycolamine
  • MIPA mono-isopropanolamine
  • DIPA diisopropanolamine
  • TIPA triiso
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may in particular comprise from 1% to 25% by mass of pH regulator additive(s), preferably from 5% to 20% by mass, relative to the total mass of the composition. .
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one metal-passivating agent.
  • Metal passivators protect metal parts by promoting the formation of metal oxide on their surface.
  • the metal passivating agents may for example be chosen from triazole derivatives, such as tetrahydrobenzotriazole (THBTZ), tolyltryazole (TTZ), benzotriazole (BTZ), amines substituted with a triazole group, such as N,N-bis(2-ethylhexyl)-l,2,4-triazol-l-yl methanamine, N'-bis(2 ethylhexyl)- 4-Methyl-lH- benzotriazol-l-methyl-amine, N,N-bis(heptyl)-ar-methyl-lH-benzotriazol-l-methanamine, N,N-bis(nonyl)-ar-methyl-lH -benzotriazole-l-methanamine, N,N-bis(decyl)-ar-methyl-1H-benzotriazole-1-methanamine, N,N-bis(undecyl)-ar-methyl-1H-benz
  • 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 mass of metal-passivating agent(s), preferably from 0.1% to 1.0% by mass, more preferably from 0 2% to 0.8% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise one or more colorants.
  • Dyes can be natural or synthetic, usually organic.
  • the dyes that can be used in an aqueous lubricating composition can be more particularly chosen from natural water-soluble dyes or synthetic, e.g. 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 (beetroot), carmine, a chlorophyllin, methylene blue, anthocyanins (enocianine, black carrot and hibiscus), 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 0.0% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise one or more emulsifying agents, also called emulsifiers. Their function is to generate stable emulsions in water.
  • the emulsifying agents can be more particularly nonionic, such as for example ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids, compounds resulting from the reaction between propylene oxide, ethylenediamine and optionally ethylene oxide, amides ethoxylated fats; anionic, for example soaps of KOH, NaOH; sulphonates; cationics, such as quaternary ammonium compounds; or alternatively water-soluble or emulsifiable carboxylic acid esters.
  • nonionic such as for example ethoxylated fatty alcohols, ethoxylated fatty acids, compounds resulting from the reaction between propylene oxide, ethylenediamine and optionally ethylene oxide, amides ethoxylated fats
  • anionic for example soaps of KOH, NaOH
  • sulphonates cationics, such as quaternary ammonium compounds
  • cationics such as quaternary ammonium compounds
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may comprise from 0.01% to 10% by mass of emulsifying agent(s), preferably from 0.1% to 5.0% by mass, 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 incrustation 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), hydroxyethanediphosphonate (HEDP), 1-hydroxyethylidene 1,1-diphosphonate, 2- hydroxyethylamine di(methylene phosphonic) (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), organic polyacids, 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 mass of sequestering agent(s), preferably from 0.01% to 1.0% by mass, relative to the total mass of composition.
  • An aqueous lubricating composition according to the invention may comprise at least one biocidal agent with fungicidal and/or bactericidal action.
  • Biocides 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 can 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 mass of biocide(s), preferably between 0.1% and 5.0% by mass, relative to the total mass of the composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention comprises: - at least 50% by weight of water, preferably reverse osmosis water;
  • additives chosen from anti-foaming agents, biocides, pH regulators, corrosion inhibitors, sequestering agents, metal passivating agents, emulsifying agents, and mixtures thereof, the contents being expressed relative to the total mass of the lubricating composition.
  • an aqueous lubricating composition according to the invention may consist of:
  • additives chosen from anti-foaming agents, biocides, pH regulators, corrosion inhibitors, sequestering agents, metal passivating agents, emulsifying agents, and mixtures thereof, the contents being expressed relative to the total mass of the lubricating composition, and the remainder consisting of water, preferably osmosed water.
  • composition according to the invention make it possible to define uses according to the invention which are also particular, advantageous or preferred.
  • the extreme pressure measurement is carried out by rotating a stainless steel ball on three stainless steel balls, also kept immobile, the 4 balls being entirely covered with a film of lubricant. A load is applied to the balls and gradually increased (every minute according to the parameters above) until the balls weld together. The balls are changed before each increase in load.
  • the extreme pressure power corresponds to the value of the load from which the 4 balls are welded, preventing the rotation of the upper ball on the 3 others.
  • This method also makes it possible to evaluate the anti-wear properties of a lubricating composition. During the gradual increase in load, it is possible to determine, at each level, the diameter of wear on the 3 balls. The smaller the wear diameter, the more effective the lubricant is in preventing wear (or seizing) of parts.
  • the wear diameter values provided in the following examples are those obtained for the load value preceding the welding of the balls.
  • the test for evaluating the formation of gummy residues is taken from standard ISO/TS 12-927 part B.6, for which the time and temperature parameters have been adapted. This standard makes it possible to simulate the residual gummy stickiness of a product. Thus, this test makes it possible to assess whether a product remaining on the machine when stopped after machining, for example left in the open air, will tend to cause a blockage phenomenon on restarting, due to the presence of sticky dried residues on the tooling.
  • gummy residues is quantified by measuring the mass of water-insoluble residues after use of the composition. To do this, the composition to be tested is placed in a ventilated oven at a temperature of 90° C. for 20 hours. The mass of composition is measured before and after passing through the oven. The composition is then dissolved in osmosed water for 15 minutes at ambient temperature and with mechanical stirring at a speed of 600 revolutions/minute. The insoluble residues correspond to the gummy residues formed. These are filtered and weighed to determine the quantity in milligrams. The greater the quantity of residues, the more this means that the lubricating composition will have a tendency to form undesirable gummy residues, after its use as a lubricant in machining machines.
  • Example 1 Preparation of the lubricating compositions II, C1 and C2
  • aqueous lubricating composition according to the invention (II), and two comparative aqueous lubricating compositions, C1 not comprising polyalkylene glycol and C2 not comprising alkoxylated castor oil, were formulated according to the protocol below, in the mass percentages indicated in the following table 1.
  • the formulation protocol is as follows:
  • the alkoxylated castor oil is dissolved in reverse osmosis water.
  • the solution is stirred for 30 minutes at ambient temperature (around 20° C.). At this stage, the solution may not be clear.
  • the other components are added as follows: introduction of the pH-regulating additive(s), then of the corrosion-inhibiting additive(s) by heating the mixture to a temperature of 40 to 50°C.
  • the solution is stirred using a magnetic bar for a period ranging from 1 hour to 1 hour 30 minutes.
  • the following compounds are then added, sequentially every 5 minutes, in the following order and always with stirring: passivator( s), sequestering agent(s), PAG, then optionally wetting agent(s), antifoam agent(s) and biocide(s).
  • the additive(s) are chosen from anti-corrosion agents, passivators, sequestering agents, pH regulators, antifoams and biocides.
  • Example 2 Characterization of the compositions according to the invention and comparisons
  • Tribological properties were measured for each composition, as detailed in the protocol above.
  • Composition II according to the invention has a welding load equivalent to that obtained for comparative composition C2 and better than that obtained for comparative composition C1, and a wear diameter of the same order of magnitude.
  • a lubricating composition in accordance with the invention incorporating at least one polyalkylene glycol and alkoxylated castor oil, has excellent extreme pressure and anti-wear properties, equivalent or even better than those obtained with a composition not comprising no such combination of ingredients. Furthermore, the gummy residues were quantified for each composition, and the results are provided in Table 3 below.
  • Composition II according to the invention has a mass of insoluble compounds, corresponding to the gummy residues, significantly lower than those obtained for the comparative compositions C1 and C2.
  • a lubricating composition in accordance with the invention combining at least one polyalkylene glycol and alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated, advantageously makes it possible to lead to significantly reduced amounts of gummy residues, after its use at the level of the machining equipment.
  • aqueous lubricating composition according to the invention (12) was formulated according to the protocol below, in the mass percentages indicated in the following table 4.
  • the additive(s) are chosen from anti-corrosion agents, passivators, sequestering agents, pH regulators, antifoams and biocides.
  • Example 4 Characterization of the composition according to the invention
  • composition 12 The tribological properties were measured for composition 12 according to the invention, as detailed in the protocol described above.
  • Composition 12 according to the invention has a high welding load. It also has a small wear diameter.
  • a lubricating composition in accordance with the invention incorporating at least one polyalkylene glycol and alkoxylated castor oil, has excellent extreme pressure and anti-wear properties.
  • Composition 12 according to the invention has zero mass of insoluble compounds, corresponding to the gummy residues.
  • a lubricating composition in accordance with the invention combining at least one polyalkylene glycol and alkoxylated castor oil, in particular ethoxylated, advantageously makes it possible to lead to significantly reduced amounts of gummy residues, after its use at the level of the machining equipment.

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Abstract

L'invention concerne une composition lubrifiante aqueuse, comprenant au moins : - de l'eau; - de 0,1 % à 15 % massique d'au moins un polyalkylène glycol soluble dans l'eau; et - de 0,1 % à 15 % massique d'au moins une huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée. Elle concerne également l'utilisation d'une telle composition lubrifiante aqueuse à titre de lubrifiant dans un procédé de travail des métaux, en particulier pour réduire, voire prévenir, la formation de résidus gommeux.

Description

Description
Titre : Composition lubrifiante aqueuse pour le travail des métaux Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des compositions lubrifiantes, et plus particulièrement des compositions lubrifiantes mises en œuvre dans les procédés de travail des métaux, telles que les opérations d’usinage de pièces métalliques. En particulier, la présente invention concerne des compositions lubrifiantes 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 G 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, de la lubrification des moteurs de véhicules à combustion à la lubrification de l’appareillage mis en œuvre pour des opérations d’usinage, ce que l’on appelle dans le langage courant le travail des métaux, notamment pour des opérations de déformation de métaux.
Le travail des métaux correspond plus généralement à la mise en œuvre de procédés mécaniques ou métallurgiques, à la fois diversifiés ou plus spécialisés, qui peuvent être définis comme des procédés de conformation, de découpe ou de jointage. Cela peut également concerner toute transformation mécanique du métal, telle que l’usinage (tournage, fraisage, perçage, sciage, filetage entre autres), le formage, la découpe, l’estampage ou encore le laminage.
Les opérations relatives au travail des métaux nécessitent tout particulièrement la mise en œuvre de compositions lubrifiantes, dans le but de réduire les forces de friction entre les parties en métal en contact et de prévenir leur usure prématurée, tout en garantissant avantageusement un refroidissement de ces dernières.
Ces compositions lubrifiantes, dédiées à la lubrification dans des procédés d’usinage des métaux, sont également couramment désignées sous les dénominations « compositions ou fluides de travail des métaux », « lubrifiants ou fluides d’usinage » ou encore « lubrifiants ou fluides de coupe ».
Classiquement, les formulations lubrifiantes mises en œuvre pour de telles opérations d’usinage sont des lubrifiants composés majoritairement 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’une manière générale, ces formulations lubrifiantes sont classées au regard du type d’huile qu’elles intègrent. Ainsi :
- Les fluides minéraux, non-renouvelables, sont ceux comprenant des huiles minérales, telles que les huiles paraffiniques, aromatiques ou naphténiques, dans leur formulation de base ;
- Les fluides renouvelables, d’origine végétale ou animale, sont ceux comprenant des huiles végétales, animales ou des graisses dans leur formulation de base ;
- Les fluides minéraux d’origine synthétique sont ceux comprenant des huiles minérales ou des dérivés pétrochimiques chimiquement modifiés, dans leur formulation de base comme, par exemple, des polyalphaoléfines, des polyalkylène glycols et des huiles minérales hydrogénées ;
- Les fluides renouvelables d’origine synthétique sont ceux comprenant des huiles végétales ou animales chimiquement modifiées, dans leur formulation de base comme, par exemple, des esters d’huiles végétales, des huiles végétales sulfitées, oxydées, estérifiées ou encore des huiles animales sulfatées.
Certaines formulations, dites mixtes, comprennent un mélange des huiles listées ci-dessus dans leur formulation de base. Les plus connues sont appelées les huiles semi- synthétiques et correspondent à un mélange d’huiles synthétiques et minérales.
Cependant, l’utilisation d’huiles ou de graisses dans des compositions lubrifiantes pour le travail des métaux présentent plusieurs désavantages. En particulier, les lubrifiants à base huileuse présentent généralement une faible résistance aux attaques microbiennes, de faibles propriétés de refroidissement ou encore un impact négatif sur l’environnement de travail, la santé ou encore la sécurité.
Des lubrifiants sous forme d’émulsion, comprenant une phase aqueuse ajoutée à une phase huileuse, ont ainsi été développés. Cependant, ces lubrifiants présentent une faible stabilité en partie due à la dureté de l’eau et/ou à la salinité. Dans le but de résoudre les problèmes liés à la mise en œuvre de formulations lubrifiantes à base d’huiles dans des applications pour le travail des métaux, des compositions à base d’eau ont montré un certain intérêt. Ces formulations comprennent généralement de l’eau, supplémentée par divers additifs afin de garantir les propriétés tribologiques requises pour les lubrifiants, en particulier en termes de réduction du frottement et de protection des pièces contre l’usure.
A titre d’exemples, on peut ainsi citer les documents WO 2009/106359 et WO 2012/163550 qui décrivent des compositions lubrifiantes aqueuses comprenant notamment de l’eau et des sels de carboxyméthylcellulose.
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 entre 0,1 et 2 % en poids d’un polymère de type cellulosique.
Enfin, le document GB 1 272 100 propose un lubrifiant aqueux pour le travail des métaux comprenant (1) un polypropylène glycol linéaire ou un copolymère oxyde d’éthylène/oxyde de propylène de masse moléculaire comprise entre 2 000 et 9000 Da, et (2) une polyvinyle pyrrolidone, un éther de cellulose ou un phosphate de triéthanolamine.
Malheureusement, la mise en œuvre de lubrifiants aqueux pour une application dans le travail des métaux présente un désavantage majeur lié à la formation de ce que l’on nomme des « résidus gommeux ».
Ces résidus gommeux apparaissent postérieurement aux opérations d’usinage. Une fois l’appareillage d’usinage à l’arrêt, le lubrifiant, soumis à une déshydratation ambiante, est susceptible de conduire à la formation de sels qui, combinés aux polymères présents au niveau du lubrifiant, peuvent former des résidus relativement visqueux et insolubles en phase aqueuse, désignés sous la dénomination « résidus gommeux ».
Les résidus gommeux adhèrent sur les parois de l’outillage et sont susceptibles d’engendrer un blocage de l’outil d’usinage, nécessitant généralement des opérations indésirables de maintenance sur la machine.
Ainsi, il demeure un besoin de disposer d’une composition lubrifiante aqueuse, pour le travail des métaux, engendrant peu ou pas de résidus gommeux, tout en maintenant, voire en améliorant, les propriétés tribologiques du lubrifiant, notamment en termes de propriétés anti-usure et extrême-pression.
La présente invention vise précisément à répondre à ce besoin. Exposé de l’invention
La présente invention propose ainsi une nouvelle composition lubrifiante aqueuse présentant des propriétés tribologiques, en particulier extrême-pression et anti-usure, adaptées à sa mise en œuvre pour le travail des métaux, et conduisant à une faible formation, voire à l’absence, de résidus gommeux après son utilisation au niveau de l’appareillage d’usinage.
Plus particulièrement, il est décrit une composition lubrifiante aqueuse, en particulier pour le travail des métaux, comprenant au moins :
- de l’eau, de préférence de l’eau osmosée ;
- de 0,001 à 80 % massique d’au moins un polyalkylène glycol ; et
- de 0,001 à 50 % massique d’au moins une huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale de la composition.
Ainsi, la présente invention concerne, selon un premier de ses aspects, une composition lubrifiante aqueuse, en particulier pour le travail des métaux, comprenant au moins :
- de l’eau, de préférence de l’eau osmosée ;
- de 0,1 % à 15 % massique d’au moins un polyalkylène glycol soluble dans l’eau ; et
- de 0,1 % à 15 % massique d’au moins une huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale de la composition.
En particulier, le polyalkylène glycol soluble dans l’eau et/ou l’huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée, ne sont pas mis en œuvre à titre d’émulsifiants.
Par « composition aqueuse » au sens de la présente invention, on entend désigner une composition comprenant de l’eau à titre de fluide de base, autrement dit à titre de solvant majoritaire. En particulier, l’eau, de préférence osmosée, représente de préférence au moins 50 % 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 à base d’eau selon l’invention.
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.
Contre toute attente, les inventeurs ont découvert que la mise en œuvre combinée d’au moins un polyalkylène glycol et d’au moins une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, permet d’accéder à un fluide aqueux présentant d’excellentes propriétés tribologiques, adaptées à sa mise en œuvre comme lubrifiant pour le travail des métaux, tout en conduisant à une très faible formation de résidus gommeux après usage.
Ainsi, comme illustré dans les exemples qui suivent, il est possible, en supplémentant une formulation aqueuse, par l’association d’au moins un polyalkylène glycol et d’au moins une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, d’accéder à un fluide lubrifiant conduisant à une formation de résidus gommeux significativement réduite.
La combinaison d’au moins un polyalkylène glycol et d’une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, au niveau d’une composition lubrifiante aqueuse présente plus particulièrement un effet synergique sur la réduction de la formation des résidus gommeux après usage, tout en n’impactant pas, voire même en améliorant, les propriétés anti-usure et extrême-pression du lubrifiant aqueux.
La propension d’une formulation lubrifiante à former des résidus gommeux peut être évaluée comme décrit dans les exemples qui suivent.
Il est ainsi décrit l’utilisation de la combinaison d’au moins un polyalkylène glycol et d’au moins une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, dans une composition lubrifiante aqueuse, pour réduire sa propension à former des résidus gommeux après sa mise en œuvre comme lubrifiant pour le travail des métaux.
L’invention concerne ainsi l’utilisation de la combinaison d’au moins un polyalkylène glycol soluble dans l’eau et d’au moins une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, dans une composition lubrifiante aqueuse, pour réduire sa propension à former des résidus gommeux après sa mise en œuvre comme lubrifiant pour le travail des métaux.
Par ailleurs, la combinaison d’au moins un polyalkylène glycol et d’au moins une huile de ricin alcoxylée n’ impacte pas les propriétés tribologiques de la formulation lubrifiante, en particulier les performances de réductions des frottements, dans les conditions d’extrême- pression.
La composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente ainsi de bonnes propriétés anti-usure et extrême-pression, voire même, de manière surprenante, des propriétés anti usure et/ou extrême -pression améliorées comparativement à une composition ne comprenant pas d’huile de ricin alcoxylée ou de polyalkylène glycol selon l’invention.
Les propriétés anti-usure et extrême-pression peuvent être évaluées par un test 4 billes extrême-pression, en particulier selon la norme ASTM D2783, tel que détaillé dans les exemples ci-après. Comme démontré dans les exemples, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention permet d’atteindre des valeurs de charge de soudure élevées, sans augmentation significative du diamètre d’usure, ce qui témoigne de ses excellentes propriétés tribologiques.
Ainsi, les compositions aqueuses selon l’invention s’avèrent particulièrement avantageuses pour une mise en œuvre en tant que lubrifiants pour le travail des métaux. Elles peuvent ainsi être employées à titre de fluides de travail des métaux, pour diverses applications, en substitution des lubrifiants conventionnellement mis en œuvre, notamment des lubrifiants hydrocarbonés.
L’invention concerne ainsi, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, à titre de lubrifiant dans un procédé de travail des métaux.
Une composition aqueuse selon l’invention peut être plus particulièrement mise en œuvre à titre de lubrifiant dans toute opération d’usinage des métaux, par exemple dans des procédés de conformation, de découpe, de jointage ou toute autre transformation du métal telle que le formage, l’estampage, le laminage, etc.
Elle peut être destinée à être mise en œuvre pour le travail de métaux variés, tels que l’aluminium, l’acier, l’acier galvanisé ou encore les métaux jaunes.
L’invention concerne encore un procédé pour le travail des métaux mettant en œuvre, à titre de lubrifiant, une composition aqueuse lubrifiante selon l’invention. Ledit procédé comprend en particulier une étape d’application d’une composition aqueuse lubrifiante selon l’invention à la surface d’au moins une partie de l’outil (ou appareillage) d’usinage et/ou d’une pièce à usiner en métal.
Le fluide lubrifiant selon l’invention permet avantageusement de réduire les frictions entre l’outil ou l’appareillage d’usinage et la pièce métallique usinée.
La présente invention concerne également l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire, voire prévenir (éviter), la formation de résidus gommeux après une opération d’usinage de métaux faisant intervenir ladite composition à titre de fluide lubrifiant.
Elle concerne plus particulièrement l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire les frottements au cours d’une opération d’usinage des métaux, en particulier les frottements entre l’outil d’usinage et la pièce métallique, ainsi que pour réduire, voire prévenir, l’apparition de résidus gommeux après une opération d’usinage de métaux faisant intervenir ladite composition à titre de fluide lubrifiant.
L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, un procédé de lubrification de l’outil (ou appareillage) mis en œuvre pour une opération d’usinage de métaux et/ou d’une pièce à usiner en métal, comprenant au moins une étape de mise en contact d’une partie de la surface dudit outil et/ou de ladite pièce, avec au moins une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention.
Enfin, de manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention, formée majoritairement d’eau, présente peu d’impact toxicologique notamment pour les personnes mettant en œuvre ce lubrifiant. De façon avantageuse, quand bien même l’eau est le solvant majoritaire d’un lubrifiant aqueux selon l’invention, la surface traitée est correctement lubrifiée.
De plus, la présence d’une proportion importante en eau permet de faciliter le nettoyage des surfaces métalliques et l’élimination du lubrifiant après usinage, notamment par simple passage ou rinçage à l’eau.
D’autres caractéristiques, variantes et avantages d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description et des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif de l’invention. Les expressions « compris entre ... et ... », « allant de ... à ... », « formé de ... à ... », et « variant de ... à ... », doivent se comprendre bornes incluses, sauf mention contraire.
Dans la description et les exemples, sauf indication contraire, les pourcentages sont des pourcentages pondéraux. Les pourcentages sont donc exprimés en masse par rapport à la masse totale de la composition. La température est exprimée en degré Celsius sauf indication contraire, et la pression est la pression atmosphérique, sauf indication contraire.
Description détaillée COMPOSITION AQUEUSE
Comme évoqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, dite 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 50 % massique d’eau, en particulier d’eau osmosée, de préférence entre 50 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 60 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Par son rôle de solvant, l’eau permet de solubiliser le ou les polyalkylènes glycols et l’huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée, mis en œuvre selon l’invention, 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, utiles dans le domaine de l’usinage des métaux.
Selon un mode de réalisation particulier, l’eau mise en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention est de l’eau déionisée ou eau osmosée. Avantageusement, une eau déionisée ne comprend pas d’ions, tels que les ions Ca2+ et HCO3 généralement présents dans l’eau, qui sont responsables de la conduction de l’électricité dans l’eau. La mise en œuvre d’une eau déionisée est donc particulièrement avantageuse dans le cadre de utilisation du lubrifiant aqueux selon l’invention pour des applications requérant un fluide conduisant peu, voire pas du tout, l’électricité.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention se différencie des lubrifiants hydrocarbonés, 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 désigner 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 20 % massique d’huile(s) de base non soluble(s) dans l’eau, de préférence moins de 10 % massique, en particulier moins de 5 % 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 de 0,1 à 15 % massique d’au moins un polyalkylène glycol.
Il est entendu qu’une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre un unique polyalkylène glycol, ou un mélange d’au moins deux polyalkylène glycols distincts, en particulier tels que décrits ci-après.
Les polyalkylène glycols (notés « PAG ») sont des homo- ou co-polymères constitués d’unités oxydes d’alkylène.
En particulier, les polyalkylène glycols ne sont pas mis en œuvre dans une composition selon l’invention à titre d’émulsifiants.
Selon l’invention, les polyalkylène glycols sont 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 d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’éthylène.
Il peut s’agir d’un copolymère, en particulier statistique, comprenant des unités oxyde d’éthylène, oxyde de propylène et/ou oxyde de butylène. De préférence, il peut s’agir d’un copolymère, en particulier statistique, oxyde d’éthylène/oxyde de propylène.
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une masse molaire moyenne massique (Mn) comprise entre 100 et 25 000 g. mol 1, de préférence entre 5 000 et 21 000 g. mol 1.
La masse molaire moyenne en nombre peut être mesurée par chromatographie à perméation de gel (GPC).
De préférence, un polyalkylène glycol mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention présente une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445, comprise entre 100 et 5 000 mm2/s, en particulier entre 150 et 3 000 mm2/s, par exemple entre 1500 et 3 000 mm2/s ou entre 100 et 250 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 30000 mm2/s, plus particulièrement entre 1 000 et 25 000 mm2/s, par exemple entre 10000 et 25 000 mm2/s ou entre 500 et 2 500 mm2/.
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, par exemple compris entre 220 °C et 300 °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. De tels polyalkylène glycols peuvent être disponibles dans le commerce ou synthétisés selon des méthodes connues de l’homme du métier. Ils peuvent être obtenus par exemple par polymérisation ou copolymérisation d’oxydes d’alkylène ayant entre 2 et 4 atomes de carbones. Un exemple de synthèse est par exemple détaillé dans le document US 2012/0108482, par réaction entre un ou plusieurs alcools ayant entre 2 et 12 atomes de carbone, en particulier des polyols, tels que des diols, avec des oxydes d’alkylène, en particulier oxyde d’éthylène, oxyde de propylène et/ou oxyde de butylène. L’alcool peut être de préférence un diol, en particulier le 1,2-propanediol.
Le ou lesdits composés polyalkylène glycol sont mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention en une teneur comprise entre 0,1 % et 15 % massique, plus préférentiellement entre 1 % et 10 % massique, en particulier entre 2 % et 5 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
HUILE DE RICIN ALCOXYLEE
Comme indiqué précédemment, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention comprend de 0,1 à 15 % massique d’au moins une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée.
En particulier, l’huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, n’est pas mis en œuvre dans une composition selon l’invention à titre d’émulsifiant.
Il est entendu qu’une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre une unique huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, ou un mélange d’au moins deux huiles de ricin alcoxylées particulières distinctes, en particulier telles que décrites ci-dessous.
L’huile de ricin est composée de triglycérides d’acide gras, majoritairement d’acide gras en Ci6 à Ci8. Plus particulièrement, la ricinoléine, triglycéride de l’acide ricinoléique (acide gras en Cis) est le constituant majeur de l’huile de ricin.
Une huile de ricin alcoxylée est formée de triglycérides alcoxylés.
De préférence, une composition lubrifiante selon l’invention comprend une huile de ricin (Ci-C4)alcoxylée, de préférence éthoxylée.
Elle peut être obtenue par alcoxylation de l’huile de ricin par un oxyde d’alkylène, en particulier en Ci à C4, ou encore par transestérification par un polyalkylène glycol, en particulier un poly(Ci-C4)alkylène glycol. De préférence, une composition lubrifiante selon l’invention met en œuvre une huile de ricin éthoxylée. Elle peut être obtenue par éthoxylation de l’huile de ricin par l’oxyde d’éthylène, ou encore par transestérification de l’huile de ricin par un polyéthylène glycol.
Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante selon l’invention met en œuvre une huile de ricin éthoxylée, obtenue par réaction de l’huile de ricin avec l’oxyde d’éthylène, dans un ratio molaire huile de ricin : oxyde d’éthylène compris entre 1 :1 et 1 :100.
Une huile de ricin éthoxylée mise en œuvre dans une composition lubrifiante selon l’invention peut comprendre en particulier au moins 20 groupes oxyéthylène, de préférence de 35 à 45 groupes oxyéthylène.
De préférence, il s’agit d’une huile de ricin éthoxylée obtenue par réaction de l’huile de ricin avec l’oxyde d’éthylène, dans un ratio molaire huile de ricin : oxyde d’éthylène d’environ
I : 35, notée « PEG-35-huile de ricin ».
Comme évoqué précédemment, l’huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée, en particulier telle que décrite précédemment, est mise en œuvre à raison de 0,1 % à 15 % massique, par rapport à la masse totale de la composition, notamment de 1 % à 10 % massique, et plus particulièrement de 2 % à 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
ADDITIFS
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre en outre divers additifs.
II 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 l’effet avantageux de réduction des résidus gommeux, postérieurement à la mise en œuvre de la composition lubrifiante pour le travail des métaux et les propriétés tribologiques, notamment des propriétés extrême -pression et protection des pièces contre l’usure, ne soient pas altérées par l’adjonction envisagée.
De tels additifs peuvent être plus particulièrement choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, des agents émulsifiants, des agents mouillant, et leurs mélanges. Avantageusement, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des agents émulsifiants et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre plus particulièrement de 1 à 50 % massique d’additifs, en particulier de 5 à 40 % 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 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 (acide sébacique), l’acide undécane dioïque, l’acide dodécane dioïque, l’acide isononanoïque 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, l’Acide 6-[[(4-méthylphényl)sulfonyl]amino]hexanoïque, et leurs mélanges. Les amides boratés, produits de la réaction d’amines ou d’amino-alcools avec de l’acide borique, peuvent également être utilisés.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 0,01 % à 15 % massique d’inhibiteur(s) de corrosion, de préférence de 1,0 % à 13 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Additif anti-usure/extrême-pression
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif anti-usure et/ou extrême-pression. Leur fonction est de réduire l’usure et le coefficient de friction, ou encore d’empêcher le contact métal-métal par formation d’un film protecteur adsorbé sur ces surfaces.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre entre 0,001 % et 50 % 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.
De manière avantageuse, une composition selon l’invention, associant au moins un polyalkylène glycol et au moins une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, présente de bonnes propriétés anti-usure et extrême-pression, même en l’absence d’additifs anti-usure et/ou extrême-pression annexes.
Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante selon l’invention comprend moins de 1 % massique d’additifs anti-usure et/ou extrême-pression, en particulier moins de 0,5 % massique, notamment moins de 0,1 % massique d’additifs anti-usure et/ou extrême-pression, voire est exempte d’additif anti-usure et/ou extrême -pression.
Anti-mousse
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif anti-mousse. Les antimousses permettent d’empêcher le moussage du fluide lubrifiant.
Il peut s’agir par exemple d’un agent anti-mousse à base de polysiloxanes ou de polymères acrylates. De préférence, l’agent anti-mousse est choisi parmi les siloxanes tri dimensionnelles. Également, les agents anti-mousses peuvent être des polymères polaires tels que les polyméthylsiloxanes ou les polyacrylates.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,001 % à 3,0 % massique d’additif(s) anti-mousse, de préférence de 0,005 % à 1,5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Régulateur de pH
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un additif régulateur de pH, en particulier un tampon alcalin. Le régulateur de pH permet de maintenir le pH souhaité de la composition lubrifiante, en particulier afin de préserver un pH alcalin, avantageusement compris entre 8 et 11, de manière notamment à prévenir une corrosion des surfaces métalliques.
Le régulateur de pH peut être choisi dans la famille des amines, en particulier des alcanolamines et des alcools aminés.
Il peut s’agir notamment d’un additif régulateur de pH choisi parmi les éthanolamines, telles que la monoéthanolamine (MEA), la diéthanolamine (DEA) ; la triéthanolamine (TEA), la diglycolamine (DGA) les isopropanolamines, telles que la mono-isopropanolamine (MIPA), la diisopropanolamine (DIPA) et la triisopropanolamine (TIPA), les éthylène amines, telles que l’éthylène diamine (EDA), la diéthylène triamine (DETA), la triéthylène tétramine (TETA) et la tétraéthylène pentamine (TEPA), les alcanolamines, telle que la méthyldiéthanol amine (MDEA), les cyclamines, tels que la cyclohexylamine, le 2-amino- 2-éthyle-l,3-propanediol, le 2-amino-2-méthyle-l-propanol et leurs mélanges.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut notamment comprendre de 1 % à 25 % massique d’additif(s) régulateur(s) de pH, de préférence de 5 % à 20 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Agents passivant les métaux
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent passivant les métaux. Les agents passivant les métaux permettent de protéger les pièces métalliques en favorisant la formation d’oxyde métallique à leur surface.
Les agents passivant les métaux peuvent être par exemple choisis parmi des dérivés du triazole, tels que le tétrahydrobenzotriazole (THBTZ), le tolyltryazole (TTZ), le benzotriazole (BTZ), les amines substituées par un groupe triazole, tels que la N,N-bis(2- éthylhexyl)-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- alkyldithiobenzothiazoles, 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)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-heptadecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le
2.5-bis(tert-octadecyldithio)-l,3,4-thiadiazole, le 2,5-bis(tert-nonadecyldithio)-l,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.
Colorants
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs colorants. Les colorants peuvent être naturels ou synthétiques, généralement organiques. Les colorants pouvant être mis en œuvre dans une composition lubrifiante aqueuse peuvent être plus particulièrement choisis parmi des colorants hydrosolubles naturels ou synthétiques, par exemple les colorants FDC Red 4, DC Red 6, DC Red 22, DC Red 28, DC Red 30, DC Red 33, DC Orange 4, DC Yellow 5, DC Yellow 6, DC Yellow 8, FDC Green 3, DC Green 5, FDC Blue 1, la bétanine (betterave), le carmin, une chlorophylline, le bleu de méthylène, les anthocyanes (enocianine, carotte noire et hibiscus), le caramel et la riboflavine.
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre entre 0,01 % et 2,0 % massique de colorant(s), de préférence entre 0,01 % et 1,5 % massique, plus préférentiellement entre 0,02 % et 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Agents émulsifiants
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre un ou plusieurs agents émulsifiants, également appelés émulgateurs. Leur fonction est de générer des émulsions stables dans l’eau.
Les agents émulsifiants peuvent être plus particulièrement non ioniques, comme par exemple des alcools gras éthoxylés, des acides gras éthoxylés, les composés issus de la réaction entre l’oxyde de propylène, l’éthylènediamine et éventuellement l’oxyde d’éthylène, des amides gras éthoxylés ; anioniques, par exemple des savons de KOH, de NaOH ; des sulphonates ; cationiques, tels que des composés ammonium quaternaire ; ou encore des esters d’acide carboxylique solubles ou émulsionnables dans l’eau.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre de 0,01 % à 10 % massique d’agent(s) émulsifiant, de préférence de 0,1 % à 5,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
Agents séquestrant
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent séquestrant. Les agents séquestrant, encore appelés agents chélatant, permettent de limiter l’incrustation d’ion métalliques dans la composition.
A titre d’exemples d’agents séquestrant, on peut citer ceux dérivés d’acides phosphoniques et des phosphonates, tels que l’acide diéthylènetriaminepentaméthyle phosphonique (DTPMPA), l’acide amino tri(méthylène phosphonique) (ATMP), l’acide hydroxyéthane- diphosphonique (HEDP), le 1,1 -diphosphonate de 1-hydroxyléthylidène, l’acide de 2- 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(s), de préférence de 0,01 % à 1,0 % massique, par rapport à la masse totale de la composition.
Biocides
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut comprendre au moins un agent biocide à action fongicide et/ou bactéricide. Les biocides 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), de préférence entre 0,1 % 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 50 % massique d’eau, de préférence d’eau osmosée ;
- de 0,1 % à 15 % massique d’au moins un polyalkylène glycol soluble dans l’eau, en particulier tel que défini précédemment ;
- de 0,1 % à 15 % massique d’au moins une huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée ; et
- éventuellement de 1 % à 50 % massique, en particulier de 5 à 40 % massique, d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des agents émulsifiants, et leurs mélanges, les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante.
En particulier, une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention peut consister en :
- 0,1 % à 15 % massique d’au moins un polyalkylène glycol soluble dans l’eau, en particulier tel que défini précédemment ;
- 0,l % à l5 % massique d’au moins une huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée ; et
- éventuellement de 1 % à 50 % massique, en particulier de 5 à 40 % massique, d’un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des agents émulsifiants, et leurs mélanges, les teneurs étant exprimées par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante, et le reste étant constitué d’eau, de préférence d’eau osmosée.
Selon l’invention, les caractéristiques particulières, avantageuses ou préférées de la composition selon l’invention, permettent de définir des utilisations selon l’invention qui sont également particulières, avantageuses ou préférées.
L’invention va maintenant être décrite au moyen des exemples suivants donnés bien entendu à titre illustratif et non limitatif de l’invention.
Exemple
Evaluation des propriétés tribologiques Les propriétés extrême-pression et anti-usure des compositions lubrifiantes sont évaluées par le test 4 billes selon la norme ASTM D2783 adaptée avec les paramètres suivants :
- vitesse proche de 1500 tours/minute,
- température ambiante, soit environ 20°C,
- durée de charge de 1 minute.
La mesure d’extrême-pression est réalisée par rotation d’une bille en acier inoxydable sur trois billes également en acier inoxydable maintenues immobiles, les 4 billes étant entièrement recouvertes d’un film de lubrifiant. Une charge est appliquée sur les billes et augmentée graduellement (toutes les minutes selon les paramètres ci-dessus) jusqu’à ce que les billes se soudent entre elles. Les billes sont changées avant chaque augmentation de la charge.
Le pouvoir extrême -pression correspond à la valeur de la charge à partir de laquelle les 4 billes se soudent, empêchant la rotation de la bille supérieure sur les 3 autres. Plus la charge est importante, plus le pouvoir extrême-pression est élevé.
Cette méthode permet également d’évaluer les propriétés anti-usure d’une composition lubrifiante. Pendant l’augmentation graduelle de charge, il est possible de déterminer, à chaque pallier, le diamètre d’usure sur les 3 billes. Plus le diamètre d’usure est faible, plus le lubrifiant est efficace pour prévenir l’usure (ou grippage) des pièces.
Les valeurs de diamètre d’usure fournies dans les exemples qui suivent sont celles obtenues pour la valeur de charge précédent la soudure des billes.
Il est courant de diluer les compositions avant la réalisation des essais de charge, et le taux de dilution est donc précisé dans les résultats ci-dessous.
Mesure de la formation de résidu gommeux
L’essai d’évaluation de la formation des résidus gommeux est repris de la norme ISO/TS 12- 927 partie B.6, pour laquelle les paramètres de temps et de température ont été adaptés. Cette norme permet de simuler l’aspect collant gommeux résiduel d’un produit. Ainsi, cet essai permet d’évaluer si un produit restant sur la machine à l’arrêt après usinage, par exemple laissé à l’air libre, aura tendance à provoquer un phénomène de blocage au redémarrage, dû à la présence des résidus séchés collant sur l’outillage.
La formation des résidus gommeux est quantifiée par mesure de la masse de résidus non solubles dans l’eau après utilisation de la composition. Pour ce faire, la composition à tester est placée dans une étuve ventilée à une température de 90°C pendant 20h. La masse de composition est mesurée avant et après passage dans l’étuve. La composition est ensuite solubilisée dans de l’eau osmosée pendant 15 minutes à température ambiante et sous agitation mécanique à une vitesse de 600 tours/minute. Les résidus non solubles correspondent aux résidus gommeux formés. Ces derniers sont filtrés et pesés pour en déterminer la quantité en milligrammes. Plus la quantité de résidus est importante, plus cela signifie que la composition lubrifiante aura tendance à former des résidus gommeux indésirables, après son utilisation comme lubrifiant dans des machines d’usinage.
Exemple 1 : Préparation des compositions lubrifiantes II, Cl et C2
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention (II), et deux compositions lubrifiantes aqueuses comparatives, Cl ne comprenant pas de polyalkylène glycol et C2 ne comprenant pas d’huile de ricin alcoxylée, ont été formulées selon le protocole ci-dessous, dans les pourcentages massiques indiqués dans le tableau 1 suivant.
Le protocole de formulation est le suivant :
L’huile de ricin alcoxylée est solubilisée dans l’eau osmosée. La solution est agitée pendant 30 minutes à température ambiante (avoisinant les 20°C). A ce stade, la solution peut ne pas être limpide.
Puis, les autres composants sont ajoutés comme suit : introduction du ou des additifs régulateurs de pH, puis du ou des additifs inhibiteurs de corrosion en chauffant le mélange à une température de 40 à 50 °C. La solution est agitée à l’aide d’un barreau aimanté pendant une durée allant de 1 heure à 1 heure 30. Les composés suivants sont ensuite ajoutés, séquentiellement toutes les 5 minutes, dans l’ordre suivant et toujours sous agitation : passivateur(s), agent(s) séquestrant, PAG, puis éventuellement agent(s) mouillant, agent(s) antimousse et biocide(s).
Enfin, on procède à une agitation finale d’une durée de 1 heure. [Tableau 1]
Figure imgf000023_0001
111 Le ou les additifs sont choisis parmi les anti-corrosion, les passivateurs, les agents séquestrants, les régulateurs de pH, les anti-mousse et les biocides. Exemple 2 : Caractérisation des compositions selon l’invention et comparatives
Les propriétés tribologiques ont été mesurées pour chaque composition, comme détaillé dans le protocole ci-dessus.
Les résultats sont compilés dans le tableau 2 ci-dessous.
[Tableau 2]
Figure imgf000023_0002
La composition II selon l’invention présente une charge à la soudure équivalente à celle obtenue pour la composition comparative C2 et meilleure que celle obtenue pour la composition comparative Cl, et un diamètre d’usure du même ordre de grandeur.
Ainsi, une composition lubrifiante conforme à l’invention, incorporant au moins un polyalkylène glycol et de l’huile de ricin alcoxylée, présente d’excellentes propriétés extrême-pression et anti-usure, équivalentes voire meilleures que celles obtenues avec une composition ne comprenant pas une telle association d’ingrédients. Par ailleurs, les résidus gommeux ont été quantifiés pour chaque composition, et les résultats sont fournis dans le tableau 3 ci-dessous.
[Tableau 3]
Figure imgf000024_0001
La composition II selon l’invention présente une masse en composés insolubles, correspondant aux résidus gommeux, significativement inférieure à celles obtenues pour les compositions comparatives Cl et C2.
Ainsi, une composition lubrifiante conforme à l’invention, associant au moins un polyalkylène glycol et de l’huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, permet avantageusement de conduire à des quantités de résidus gommeux significativement réduites, après son utilisation au niveau de l’appareillage d’usinage.
Exemple 3 : Préparation de la composition lubrifiante 12
Une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention (12) a été formulée selon le protocole ci-dessous, dans les pourcentages massiques indiqués dans le tableau 4 suivant.
Le protocole de formulation est identique à celui détaillé en exemple 1.
[Tableau 4]
Figure imgf000024_0002
111 Le ou les additifs sont choisis parmi les anti-corrosion, les passivateurs, les agents séquestrants, les régulateurs de pH, les anti-mousse et les biocides. Exemple 4 : Caractérisation de la composition selon l’invention
Les propriétés tribologiques ont été mesurées pour la composition 12 selon l’invention, comme détaillé dans le protocole décrit précédemment.
Les résultats sont compilés dans le tableau 5 ci-dessous. [Tableau 5]
Figure imgf000025_0001
La composition 12 selon l’invention présente une charge à la soudure élevée. Elle possède par ailleurs un diamètre d’usure faible.
Ainsi, une composition lubrifiante conforme à l’invention, incorporant au moins un polyalkylène glycol et de l’huile de ricin alcoxylée, présente d’excellentes propriétés extrême-pression et anti-usure.
Par ailleurs, les résidus gommeux ont été quantifiés pour la composition 12 selon l’invention, et les résultats sont fournis dans le tableau 6 ci-dessous. [Tableau 6]
Figure imgf000025_0002
La composition 12 selon l’invention présente une masse nulle en composés insolubles, correspondant aux résidus gommeux.
Ainsi, une composition lubrifiante conforme à l’invention, associant au moins un polyalkylène glycol et de l’huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, permet avantageusement de conduire à des quantités de résidus gommeux significativement réduites, après son utilisation au niveau de l’appareillage d’usinage.

Claims

Revendications
1. Composition lubrifiante aqueuse, en particulier pour le travail des métaux, comprenant au moins :
- de l’eau, de préférence de l’eau osmosée ;
- de 0,1 % à 15 % massique d’au moins un polyalkylène glycol soluble dans l’eau ; et
- de 0,1 % à 15 % massique d’au moins une huile de ricin alcoxylée, de préférence éthoxylée, les pourcentages étant exprimés par rapport à la masse totale de la composition.
2. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1, comprenant au moins 50 % massique d’eau, en particulier d’eau osmosée, de préférence entre 50 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 60 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition.
3. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle le ou lesdits polyalkylène glycols sont choisis parmi les copolymères, en particulier statistiques, comprenant des unités oxyde d’éthylène, oxyde de propylène et/ou oxyde de butylène.
4. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant de 1 % à 10 % massique de polyalkylène glycol(s), plus préférentiellement de 2 % à 5 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
5. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle l’huile de ricin alcoxylée est une huile de ricin éthoxylée, obtenue par réaction de l’huile de ricin avec l’oxyde d’éthylène, dans un ratio molaire huile de ricin : oxyde d’éthylène compris entre 1 : 1 et 1 :100, et en particulier de 1 :35.
6. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant de 1 % à 10 % massique d’huile(s) de ricin alcoxylée(s), et plus particulièrement de 2 % à 5 % massique, par rapport à la masse totale la composition.
7. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un ou plusieurs additifs choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, des agents émulsifiants, et leurs mélanges, en particulier choisis parmi des agents anti-mousses, des biocides, des régulateurs de pH, des inhibiteurs de corrosion, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des agents émulsifiants et leurs mélanges.
8. Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications précédentes à titre de lubrifiant dans un procédé de travail des métaux.
9. Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, pour réduire, voire prévenir, la formation de résidus gommeux après une opération d’usinage de métaux faisant intervenir ladite composition à titre de fluide lubrifiant.
10. Utilisation de la combinaison d’au moins un polyalkylène glycol soluble dans l’eau et d’au moins une huile de ricin alcoxylée, en particulier éthoxylée, dans une composition lubrifiante aqueuse, pour réduire sa propension à former des résidus gommeux après sa mise en œuvre comme lubrifiant pour le travail des métaux.
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