Brevet FR2124312A1 — publié le 19720922

la présente invention concerne des graisses épaissies avec des polyurées contenant au moins quatre groupes urée liés par des groupes hydrocarbonés. Depuis leur avènement qui date de plusieurs années, 5 les graisses épaissies aux polyurées ont trouvé de nombreux débouchés dans toutes les branches de l'industrie, leur stabilité remarquable aux températures atteignant 177°C est la raison pour laquelle on les a adoptées dans de nombreuses, applications nécessitant des graisses de qualité supérieure, 10 par exemple la fabrication de paliers fermés ei$.sine pour des moteurs électriques de faible puissance. Dans de nombreuses applications de la lubrification, il est désirable qu'une graisse ait la propriété de "durcir" au cisaillement (propriété définie par une réduction de la 15 pénétration ASTMD-217, notamment la pénétrabilité après malaxage, produite par cisaillement de la graisse), le durcissement au cisaillement réduit la tendance de la graisse à se décomposer en service et à fuir des paliers. Il implique également -une dispersion plus efficace de l'agent épaississant dans l'huile 20 de base, en donnant une graisse de pénétration désirée, avec un minimum d'agent épaississant. Pour cette raison, otarie aussi parfois d'une "dispersion de cisaillement". le brevet des Etats-Unis d'Amérique 1T° 3 242 210 décrit des composés de polyurée portant quatre à huit groupes 25 urée attachés et terminés par des radicaux hydrocarbonés. le brevet des Etats-Unis d'Amérique ÏT0 3 243 372 décrit des compositions de graisse à base d'une huile de viscosité lubrifiante et de l'agent épaississant du type polyurée5défini dans le brevet cité en premier lieu. Ces deux brevets décrivent 30 le malaxage de graisses à base de polyurées à des pressions 2 atteignant 560 kg/cm dans des malaxeurs du type "à extrusion", des c'est-à-dire/ soupapes classiques a pointeau, dans lesquelles la majeure partie du cisaillement a lieu au niveau de l'épaule-ment d'admission de la soupape plutôt que sur une longue dis.tance. 35 le brevet des Etats-Unis d'Amérique ET0 2 870 090 décrit le cisaillement de graisses au lithium à base d'acides hydroxyliques gras, sous faible chute de pression. 72 03160 2 2124312 la figure unique du dessin annexé est un graphique qui illutre l'effet remarquable du procédé de l'invention ; il s'agit de la représentation graphique des résultats des exemples démontrant le durcissement au cisaillement des graisses à 5 base de polyurées et l'inaptitude des graisses classiques à durcir au cisaillement, ces dernières graisses étant illustrées par une graisse à l'hydroxystéarate de lithium. On vient de découvrir que certaines graisses à base de polyurées peuvent être durcies au cisaillement par extrusion 10 d'un gel d'huile composée de la polyurée utilisée comme agent épaississant et d'une huile de base, dans un conduit d'homogénéisation ayant une aire de section droite n'excédant 2 - pas 0,645 cm et une longueur non inférieure à 1,27 mm^ sous -une pression et à une vitesse de charge suffisantes pour 15 soumettre la graisse à une vitesse moyenne de cisaillement 4 -1 d'au moins 5 x 10 secondes . la pression manométrique 2 peut être de 70 à 105 kg/cm et la vitesse de charge peut varier de 1,7 à 2000 cm^/s. l'invention concerne un procédé perfectionné de pro-20 duction de certaines graisses à base de polyurées. Elle permet de produire des graisses de qualité N1G-I donnée, contenant sensiblement moins d'agent épaississant que la quantité jusqu'à présent requise pour de telles graisses. A titre de variante, comme indiqué par l'expression "durcissement au cisaillement", 25 une graisse produite au moyen du procédé perfectionné de la présente invention, avec une teneur donnée en agent épaississant, est sensiblement plus dure qu'une graisse analogue contenant la même quantité d'agent épaississant,mais produite au moyen d'un procédé antérieur quelconque. Dans un cas ou dans l'autre, 30 ce procédé permet une exploitation plus efficace de l'agent épaississant et,par conséquent,la réduction du coût dés matières premières de production de la graisse. l'invention concerne, par conséquent, un procédé perfectionné de production de certaines graisses aux polyurées, comme 35 défini ci-après, procédé dans lequel un "gel" d'huile lubrifiante, épaissiejpar une polyurée,est durci au cisaillement, jusqu'à la consistance désirée de la graisse, par èxtrusion à travers un 72 03160 3 2124312 conduit d'homogénéisation ayant une aire de section droite 2 n'excédant pas 0,645 cm et dont la longueur n'est pas inférieure à 1,27 mm, sous une pression et à une vitesse de charge suffisantes pour engendrer, dans la graisse, une vitesse moyenne 4 —1 5 de cisaillement au moins égale à 5 x 10 secondes . Ce procédé perfectionné nécessite que le gel (qui peut ou non avoir la consistance d'une graisse molle) soit extrudé à travers un conduit d'homogénéisation ayant une longueur de parcours d'au moins 1,27 mm et une aire de section droite n'excédant pas 10 0,645 cm . La section droite du conduit ne nécessite aucune configuration .particulière, pour autant que l'aire de section 2 2 droite ne dépasse pas 0,645 cm , et habituellement 0,322 cm . L'aire de section droite se situe habituellement dans la gamme 9 2 de 0,0064 à 0,322 cm , de préférence entre 0,0139 et 0,258 cm , 15 Dans le cas d'une configuration typique, la section droite du conduit est annulaire, car la graisse est extrudée devant la face d'un piston à l'intérieur d'un cylindre. On trouve une telle configuration dans l'appareil appelé homogénéiseur "Manton Gaulin". l'aire de section droite peut varier pendant le 20 traitement, pour autant que l'aire maximale n'excède pas les dimensions indiquées ci-dessus, la longueur de parcours du conduit doit être d'au moins 1,27 mm, habituellement d'au moins 1,03 mm et de préférence d'au moins 2-,54 mm. Des longueurs de parcours sensiblement plus longues sont satisfaisantes, 25 mais inutiles. Toutefois, sur un parcours moins long, le gel n'est pas soumis à un cisaillement et une homogénéisation suffisants pour produire un durcissement important au cisaillement. Ce type de conduit d'homogénéisation diffère notablement 30 des "malaxeurs à extrusion" décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 3 242 210 et N° 3 243 372 précités. Dans les malaxeurs du type antérieur, le cisaillement se manifeste, essentiellement, en totalité, au point de jeu minimal entre la soupape à pointeau et le siège de soupape. Un faible 35 degré de cisaillement se manifeste également sur une courte distance juste en aval de ce point de jeu minimal, mais cette distance n'excède pas 0,76 mm. 72 03160 4 2124312 le gel doit être soumis à une vitesse moyenne de ci- 4 -1 saillement d'au moins 5x10 secondes . la vitesse de cisaille- 5 7 -1 ment se situe .habituellement dans la gamme de 10-10 secondes , 5 6 -1 de préférence dans la gamme d'environ 2 x 10—1 x 10 secondes 5 l'expression "vitesse moyenne de cisaillement" est définie dans "NlOrl Spokesman», XXXII, 2, 59 (Mai 1968). On peut .obtenir des vitesses de cisaillement dans ces gammes dans quelque appareillage classique de malaxage, par exemple dans des malaxeurs du type à stator et rotor. 10 Toutefois, un tel appareil ne produit pas le durcissement au cisaillement que l'on obtient au moyen du conduit homogénéiseur décrit ci-dessus. Ceci sera illustré par un exemple donné plus loin. la pression que l'on fait agir sur la graisse est au 2 15 moins égale à 70 kg/cm . Elle se situe habituellement dans la N 2 gamme de 70 à 1050 kg/cm , de préférence dan§4.a gamme de 2 140 à 455 kg/cm . Pendant des opérations ordinaires, la pression 2 est habituellement maintenue entre environ 280 et 420 kg/cm . •Z le débit volumétrique de charge du gel est d'au moins 1,7 cm /s *Z 20 et se situe habituellement dans la gamme de 1,7 à 2000 cm /s, de préférence entre 8 et 1000 cm /s. Ces deux paramètres sont en relation avec l'aire de section droite du conduit et permettent de produire- la vitesse moyenne requise de cisaillement de la matière traversant le conduit. 25 les graisses aux polyurées que l'on peut durcir au cisaillement, au moyen du procédé de l'invention,sont les graisses décrites dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique K° 3 242 210 et N° 3 243 372 précités, la description détaillée de ces deux brevets ne sera pas répétée dans le présen-tynémoire, 30 car il est facile de s'y référer. On donnera seulement un aperçu sommaire de cette description. les polyurées utilisées comme agents épaississants sont obtenues par réaction d'un diisocyanate, d'une diamine, d'un monoisocyanate ou d'une monoamine généralement in situ 35 dans le fluide à épaissir, le produit réactionnel formé est un mélange de molécules de polyurée de différentes longueurs de chaîne, ayant une moyenne d'au moins quatre groupes urée atta 72 03160 5 2124312 chés par des radicaux hydrocarbylène et terminés à chaque extrémité de/chaîne par un radical hydrocarbyle. Le terme "hydrocarbylène" utilisé dans le présent mémoire désigne ion radical organique divalent composé uniquement d'atomes de carbone et 5 d'hydrogène et qui peut être de nature aliphatique, alicyclique et/ou aromatique et par exemple alkaryle, aralkyle, etc., dont les deux valences libres sont portées sur des atomes différents de carbone; le terme "hydrocarbyle" désigne un radical organique monovalent composé uniquement d'atomes de 10 carbone et d'hydrogène et qui peut être de nature aliphatique, aromatique et/ou alicyclique, par exemple aralkyle, alkaryle, etc. Par conséquent, la molécule moyenne de polyurée contient au moins quatre paires de groupes hydrocarbonés et urée. Chaque molécule de polyurée contient ordinairement deux 15 groupes hydrocarbylène différents, l'un dérivé de la diamine et l'autre du diisocyanate. Chacun de ces groupes comprend deux à 30 atomes de carbone, habituellement 2 à 20 atomes de carbone et de préférence 2 à 12 atomes de carbone. Les groupes hydrocarbylèné préférés dérivés d'une diamine sont des groupes 20 aliphatiques contenant 0 à 2 sites d'insaturation oléfinique j ce sont, de préférence, des groupes alkylène. On mentionne les groupes éthylène, propylène, octylène, etc. Les groupes hydrocarbylène préférés qui dérivent du diisocyanate sont aromatiques et contiennent de préférence 6 à 9 atomes de carbone. 25 Ce sont des groupes phénylène, toluylène, tolylène, etc. Les radicaux hydrocarbyle peuvent être identiques et dériver d'une diamine ou d'un diisocyanate individuel. Toutefois, habituellement,ils dérivent d'un mélange de 2 ou plusieurs diamines ou diisocyanates, par exemple des mélanges tels 30 que les aminés grasses du tallb'l et les aminés grasses du suif. Chaque radical hydrocarbyle contient 6 à 30 atomes de carbone, habituellement 10 à 25 atomes de carbone, et de préférence 12 à 25 atomes de carbone. On préfère que chaque radical hydrocarbyle soit aliphatique et ne contienne pas 35 plus de deux sites d'insaturation oléfinique. Les polyurées sont faciles à préparer par mélange de diisocyanates et de diamines avec des monoisocyanates 72 03160 6 2124312 ou des mono-amines dans la proportion convenable pour former un mélange désiré de polyurées. la température de réaction pour former la polyurée utilisée comme agent épaississant se situe généralement dans la gamme de 20 à 100°C, notamment 5 dans la gamme de 20 à 75°C environ. la réaction elle-même est exothermique ; toutefois, un chauffage ou un refroidissement externe est désirable. De nombreux exemples convenables de monoamines, de monoisocyanates,diamines et diisocyanates sont donnés dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 3 242 210 10 et 3.243 372 précités. On pourra se référer à ces exemples. Les polyurées ont un équilibre polaire/non polaire, c'est-à-dire qu'il y a au moins environ 6, habituellement au moins environ 8,atomes de carbone par groupe urée, mais moinqâe 20, et habituellement moins de 16,atomes de carbone 15 par groupe urée. Les polyurées renferment habituellement 4, 6, .quatre ou 8 groupes uree par molecule. Celles qui portent/groupesuree par molécule (c'est-à-dire les tétraurées) sont normalement préférées, et les proportions des divers corps réactionnels sont ordinairement choisies de manière que le type prédominant 20 de la molécule de polyurée dans le mélange réactionnel soit la tétraurée. L'huile lubrifiante ou le fluide (ou l'huile de base) qui est gélifié et épaissi par la polyurée dans le procédé de l'invention peut être l'une quelconque de nombreuses huiles 25 de viscosité lubrifiante. On préfère des huiles minérales hydrocarbonées telles que des huiles de base naphténiques et paraffiniques et des mélanges d'huiles hydrocarbonées de base. On mentionne des huiles neutres, des huiles lubrifiantes de base à haute viscosité, des huiles blanches, etc. On préfère 30 particulièrement les huiles neutres, notamment les huiles neutres lourdes (c'est-à-dire celles qui ont une viscosité Saybolt à 38°C d'au moins 300 secondes universelles). L'huile de base peut aussi être une huile hydrocarbonée de synthèse telle qu'une oléfine polymérisée. Parmi ces huiles hydrocarbonées 35 synthétiques, on préfère les alpha-oléfines polymérisées. Des huiles non. hydrocarbonées synthétiques peuvent aussi être utilisées comme huile de base. Ce sont des oxydes de polypropylène, 72 03160 7 2124312 des esters d'acide carboxylique, des esters de silicone, etc. Ces huiles ont normalement des viscosités Saybolt comprises dans la gamme de 35 à 50 000 secondes universelles à 38°C. la polyurée utilisée comme agent épaississant est 5 présente dans l'huile à une concentration de 2 à 25 ^ en poids et, de préférence,de 6 à 15 ^ en poids. Ce procédé perfectionné permet de former une graisse à la polyurée de consistance donnée (c'est-à-dire de pénétration donnée) en utilisant une plus faible concentration en agent épaississant que cela n'a 10 été nécessaire jusqu'à présent. les graisses aux polyurées peuvent contenir, le cas échéant, certains additifs destinés à améliorer leurs propriétés. Parmi ces additifs, on mentionne principalement les inhibiteurs de rouille et les agents d'extrême-pression. 15 De nombreux exemples convenables de ces additifs sont connus. le procédé perfectionné de l'invention est illustré par les exemples suivants. Toutes les quantités y sont exprimées en poids. Exemple 1 20 On prépare un gel épaissi à la polyurée en faisant réagir 54 parties d'éthylène-diamine, 306 parties de diisocyanate de toluène et 504 parties d'aminé grasse ' du tallSI, in situ dans 8993 parties d'une huile neutre hydroearbonee 600. On prévoit également 146 parties d'un mélange d'antioxydants, d'inhibiteurs 25 de rouille et de colorants du commerce. Ce gel, contenant 10 ^ d'agent épaississant, est malaxé dans un malaxeur classique à stator et rotor, ce qui donne un gel ayant une pénétration après pétrissage de 282, correspondant à une graisse de qualité NIGI N° 2. 30 Ce gel est ensuite extrudé dans un homogénéiseur "Manton G-aulin" qui présente un conduit d'homogénéisation ayant une longueur de parcours de 0,333 mm, à un débit d'environ -z — 13 cm /s. la section droite du conduit est variable, son aire 2 ' étant généralement comprise entre environ 0,0032 et 0,161 cm , 2 35 mais ne dépassant pas 0,251 cm , On fait varier la pression pour produire différentes vitesses de cisaillement. Dans chaque cas indiqué ci-après, le gel est extrudé en une seule fois à travers le conduit d'homogénéisation, le durcissement 72 03160 8 2124312 au cisaillement effectué par augmentation du cisaillement est indiqué sur le tableau I suivant, et représenté graphiquement sur la figure unique du dessin annexé, TABLEAU I Numéro de Pression mano- Vitesse moyenne Pénétration l'essai métrique approximative _ après malaxage, kg/cm2 de cisaillement, ASTMD-217 secondes"^ 1 35 10 000 276 10 2 350 60 000 270 3 700 400 000 235 Il ressort de ces résultats qu'une graisse à la polyurée de qualité moyenne 2 peut être durcie jusqu'à la qualité 2 ou 3 sans aucune augmentation de la quantité requise 15 d'agent épaississant.Ceci est un net avantage par rapport aux procédés/technique antérieure, qui ont toujours requis jusqu'à présent un agent épaississant supplémentaire pour donner des graisses plus dures. Exemple 2 20 Pour illustrer l'effet exercé par le procédé de l'invention sur les graisses classiques, on prépare une graisse à l'hydroxystéarate de lithium sous la forme d'un gel. On la malaxe dans le même malaxeur à stator et rotor jusqu'à une pénétration,après pétrissage,de 286, ce qui équivaut essentiel-25 lement à la consistance de la graisse à la polyurée de l'exemple 1. Ce gel malaxé est ensuite soumis au procédé de l'invention par passage à travers le conduit d'homogénéisation ' dans les mêmes conditions que la graisse à la polyurée de l'exemple 1. Les résultats sont donnés sur le tableau II 30 suivant et illustrés sur le graphique du dessin annexé. TABLEAU II Numéro Pression manomé- Vitesse moyenne ap- Pénétration de trique, kg/cm2 proximative de ci- après mala- 1'essai saillement, secon- xage, ASTM ■z 35 des 4 35 10 000 284 5 350 60 000 301a 6 700 400 000 303a 72 03160 9 2124312 a Moyenne de deux essais. Il y a lieu de remarquer qu'au lieu d'être durciegéu cisaillement, les graisses classiques se ramollissent notablement dans le procédé de l'invention. Ce comportement 5 est évidemment désavantageux dans de nombreux types d'applications à la lubrification. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite qu'à titre explicatif, mais nullement limitatif et qu'elle est susceptible de diverses variantes sans sortir 10 de son cadre. 72 03160 10 2124312 REVENDICATIONS 1. Procédé de durcissement au cisaillement de graisses épaissies au moyen de polyurées, procédé caractérisé par le fait qu'il consiste à extruder un gel essentiellement formé 5 d'un liquide lubrifiant et d'une polyurée utilisée comme agent épaississant, à travers un conduit d'homogénéisation, ayant 2 une aire de section droite n'excédant pas 0,645 cm et une longueur non inférieure à 1,27 mm, à uh débit volumétrique de charge d'au moins 1,7 cm /s sous une pression manometrique 2 10 d'au moins 70 kg/cm et à une vitesse moyenne de cisaillement 4 -1 d'au moins 5 x 10 secondes . 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que la vitesse moyenne de cisaillement est comprise 5 7 -1 " dans la gamme de 10 à 10 secondes , de préférence dans la 5 6—1 15 gamme de 2 x 10 à 1 x 10 secondes 3* Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le débit volumétrique est situé dans la gamme de "5 3 1,7 à 2000 cm /s, de préférence dans la gamme de 8 à 1000 cm /s. 4. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé 20 par le fait que la pression manométrique est comprise dans la 2 ~ gamme de 140 à 455 kg/cm , de préférence dans la gamme de 280 à 420 kg/cm2. 5. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit d'homogénéisation a une aire de section 2 25 droite au maximum égale à 0,322 cm . 6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que le conduit d'homogénéisation a une longueur au minimum égale à 2,03 mm, de préférence au minimum égale à 2,54 mm. 30 7. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que liquide lubrifiant est une huile minérale hydrocarbonée. 8. Composition de graisse à la polyurée, caractérisée par le fait qu'elle est le produit de réaction d'une diamine, 35 d'un diisocyanate et d'une mono-amine ou d'un monisocyanate in situ dans un liquide lubrifiant durci au cisaillement au moyen du procédé suivant la revendication 1. 72 03160 n 2124312 9. Composition suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que le liquide lubrifiant est une huile minérale hydrocarbonée, de préférence une huile neutre lourde. 10. Composition suivant la revendication 8, caractérisée par le fait que le liquide lubrifiant est une oléfine poly-mérisée, de préférence une alpha-oléfine polymérisée.