Brevet FR2276372A1 — publié le 19760123

La présente invention concerne une composition lubrifiante et, plus particulièrement, une composition lubrifiante appropriée à la lubrification d'engrenages tels que des engrenages hypoïdes. Jusqu'à une date assez récente, les huiles pour engrenages ont fourni des résultats satisfaisants par l'emploi d'additifs "extrtme pression" de type classique, tels que des terpènes phosphosulfurés. Toutefois, on éprouve de plus en plus des difficultés, en particulier dans l'utilisation d'engrenages "vierges", c 'est-à-dire non phosphatés, en raison du fait que, dans les conditions de service actuelles, I'huile doit supporter des oon- traintes croissantes.Par exemple, l'utilisation d'engrenages de plus faibles dimensions impose de plus fortes contraintes aux composants, les engrenages sont logés dans de plus petitS mentis, ce qui laisse moins de place ponr le lubrifiant, les fabricants de moteurs demandent que les vidanges d'huile soient moins fréquen tes, les engrenages tournent à de plus grandes vitesses et les pertes de chaleur par le carter des engrenages sont réduites en raison du moindre écoulement d'air dA au profilage des oarrosserie# Tous ces facteurs conduisent i de plus fautes températures de fonc tionnement des engrenages. L'invention a pour objet une composition lubrifiante convenant à la lubrification des engrenages et qui est essentiellement caractérisée par le fait qu'elle aomprend une huile lubrifiante et une combinaison de soufre et d'un agent d'amélioration de l'indice de viscosité. Cet agent d'amélioration de l'indice de viscosité est, suivant un mode de réalisation préféré de l'invention, un additif dispersant. Les additifs dispersants sont des polymères d'un poids moléculaire assez élevé, solubles dans les huiles et dérivés de monomères non polaires, tels que les polyméthacrylates, les polyisobutylènes, les copolymères d'oléfines, le polystyrène ou des copolymères de styrène ayant été copolymérisés avec des quantités mineures de monomères polaires (ou sur lesquels ont été greffées des quantités mineures de monomères polaires) pour communiquer au polymère des qualités d'agent de dispersion. Suivant un autre mode de réalisation, ces qualités d'agent de dispersion peuvent être communiquées par hydrolyse partielle ou par réaction avec des composés chimiques autres que l'eau ou la vapeur d'eau. On peut aussi utiliser, comme agent d'amélioration de l'indice de viscosité, des additifs non dispersants que sont les polyméthacrylates non polaires et autres composés non polaires mentionnés ci-dessus, mais dans de tels cas il peut Autre souhaitable, bien que non essentiel, d'ajouter un autre type d'agent dispersant tel qu'un succinimide ou autre produit analogue. La combinaison de soufre et d'agent d'amélioration de l'indice de viscosité, contenue dans la composition lubrifiante suivant l'invention, peut être préparée séparément par chauffage du soufre élémentaire avec l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité à une température d'au moins environ 6o0c, de préférence comprise entre 70 et 1200C et, plus particulièrement, à environ 900C, le soufre étant utilisé en des proportions mineureS allant par exemple jusqu'à 20% et, de préférence, comprises entre 1 et 10% en poids par rapport au poids de l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité, compté à l'état pur.Toutefois, suivant un autre mode de réalisation, préféré suivant l'invention, on prépare avantageusement la composition lubrifiante directement, par dissolution de l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité dans l'huile lubrifiante, addition du soufre et chauffage du mélange à une température maximale d'environ 1200C. De préférence, dans la composition lubrifiante suivant l'invention, la combinaison de soufre et d'agent d'amélioration de l'indice de viscosité est présente en une quantité qui, exprimée en agent d'amélioration de l'indice de viscosité compté à l'état pur, est comprise entre 1 et 90%, de préférence entre 2 et 50% et, mieux encore, entre 5 et 20% par rapport au poids total de la composition. Bien entendu, la proportion d'agent d'amélioration de l'indice de viscosité mise en oeuvre dépend de son poids moléculaire ou, en d'autres termes, de sa viscosité et on la calcule normalement pour que le mélange total soit conforme aux spécifications SAE 80, 90 ou 140, ctest-à-dire que sa viscosité à 98,9 C soit, respectivement, d'environ 10, 17 ou 30 cSk. Bien que l'invention ne soit limitée à aucune interprétation particulière des phénomènes, on pense que la combinaison de soufre et d'agent d'amélioration de l'indice de viscosité, telle que réalisée dans une composition suivant l'invention, peut avoir pour résultat la formation de nouveaux produits de réaction, bien que l'on estime que ceci ne puisse se produire qu'aux températures atteintes dans des conditions de fonctionnement, par exemple à l'interface d'un engrenage. Dans le cas de compositions suivant l'invention qui sont destinées à des engrenages hypoldes, on préfère qu'elles contiennent également des additifs extrême pression de type connu, par exemple des hydrocarbures phosphosulfurés et sulfurés, tels que des terpènes phosphosulfurés et sulfurés. En fait, l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité sulfuré suivant l'invention peut être utilisé conjointement avec des concentrés mixtes d'additifs, entièrement préparés et de type connu. De tels concentrés mixtes peuvent contenir plusieurs additifs anti-usure et aussi, généralement, des inhibiteurs de corrosion (y compris des désactivateurs vis-à-vis du cuivre), des antimousses et d'autres additifs connus. De tels concentrés mixtes sont difficiles à analyser et leur composition exacte est tenue secrète par leurs fabricants. L'huile de base est normalement une huile minérale d'une viscosité convenable mais, dans certains cas, il peut être souhaitable d'utiliser des lubrifiants synthétiques tels que des esters et autres produits analogues. La description qui va suivre, en r8f8rence aux exemples fournis sous forme de tableaux et indiqués à titre non limitatif, permettra de bien comprendre comment l'invention peut être mise en pratique. Dans les tableaux I et Il des pages 6 à 8 ---, les exemples conformes à l'invention sont, seuls, affectés d'un numéro. Ceux qui ne sont pas numérotés sont fournis simplement à titre de comparaison. Dans les deux tableaux et pour simplifier l'écriture, on utilise l'appellation "produit VI" pour désigner l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité. Des essais ont été effectués avec la machine à quatre billes et leurs résultats sont co mS##réaSîed s le tableau I. Dans ce tableau, l'huile de base est une hui e raffinée par solvant et dont la viscosité à 500C est de 2,50 Engler. Le produit VI type A est un agent d'amélioration de l'indice de viscosité disponible sur le marché sous l'appellation #573O" et provenant de la Société Rohm Gobe. Il s'agit vraisemblablement d'un polyméthacrylate d'alkyle copolymérisé avec une faible proportion de N-vinylpyrrolidone pour lui conférer une aptitude à la dispersion et dont le poids moléculaire est d'environ 150 000. Le produit VI type B est un agent d'amélioration de l'indice de viscosité disponible sur le marché sous l'appellation SV 34" ec provenant également de la Société Rohm GmbH. C'est un polyméthacrylate d'alkyle non dispersant. Le produit VI type C provient également de la Société Rohm GmbH. Il est vendu sous l'appellation "4158" et c'est un additif dispersant dérivé du produit SV 34" précité. Le produit VI type D est un agent#d'amé1ioration de l'indice de viscosité vendu sous la marque "Indopol H 300. Il s'agit vraisemblablement d'un polyisobutylène d'un poids moléculaire de 1290. Le produit VI type E est un produit Exxon disponible sur le marché sous l'appellation ECA 6710". Selon le fabricant, c'est un copolymère d'oléfines et il s'agit vraisemblablement d'un copolymère d'éthylène et de propylène. Le produit VI type F est aussi un produit Exxon. Il est disponible sur le marché sous l'appellation "ECA 503711 et c'est un additif dispersant dérivé du produit "ECA 6710" précité. Le produit VI type G est un autre produit Exxon disponible sur le marché sous l'appellation "Paratone 108". Il s'agit d'un polyisobutylène. Le produit VI type H est un produit de la Société Lubrizol, disponible sur le marché sous l'appellation "LZ 7401". C'est un copolymère de styrène et butadiène. Le produit VI type K est un autre produit de la Société Lubrizol, disponible sur le marché sous l'appellation "LZ 3702". C'est un additif dispersant, polymère du styrène. L'additif dispersant X est un produit de la Société Chevron, disponible sur le marché sous l'appellation "Oloa 1200". Il s'agit d'un polyisobuténylsuccinimide d'une polyamine et son poids moléculaire est de 1200. Dans le cas des exemples 1 à 4 on effectue la sulfuration de l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité par simple chauffage du produit, additionné de 0,5% de soufre, à environ 9000. Dans le cas des exemples 5 à 11, on chauffe à 90 C, avec 0,5% de soufre, l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité en mélange à l'huile de base. Les agents d'amélioration de l'indice de viscosité industriels sont tous des concentrés dans de l'huile minérale, généralement à une concentration d'environ 40%, mais les pourcentages en poids indiqués dans le tableau I se rapportent au poids réel du produit du commerce. Le soufre utilisé dans chacun des cas est de la fleur de soufre de qualité courante On peut voir, d'après les résultats indiqués dans les tableaux, que par la sulfuration de l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité, le point de grippage est notablement plus élevé que celui auquel on aboutit en utilisant seulement du soufre ou seulement l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité.C'est ainsi qu'employés seuls, le soufre élémentaire élève le point de grippage de l'huile de base d'environ 250 kg et l'agent d'amélio ration de l'indice de viscosité l'élève d'enXsiurloRu d'environ, tandis que l'agent d'amélioration de l'indice de viscos ,aoute 350 à 550kg au point de grippage de l'huile de base et, bien que les valeurs absolues puissent ne pas entre importantes, les comparaisons sont certainement valables. On voit également que l'invention peut être appliquée à tous les types d'agents d'amélioration de l'indice de viscosité industriellement disponibles. De plus, il est également apparu que le remplacement d'une huile de base paraffinique par une huile de base naphténique ou aromatique n'a que peu ou pas d'influence. Dans une autre série d'essais effectués avec des compositions contenant également un concentré mixte d'additifs couramment disponible sur le marché, les points de grippage ne sont pas relevés dans une mesure aussi importante mais la différence cons tatée entre l'utilisation d'un agent(suîfuré)d'amélioration de l'inW dice de viscosité et celle du même agent non sulfuré est significative. Les résultats de cette seconde série d'essais sont consignés dans le tableau Il. TABLEAU I Exemple n0 Mélange Point de grippage (kg) - huile de base, seule 150/160 - huile de base + 0,5 de soufre élémentaire 400/420 - huile de base : 75% VI dispersant, t A : 25% I huile de base : 75% VI dispersant, type A, sulfuré : 25% 650/700 - huile de base : 85%; VI, type B : 15% 180/190 2 huile de base : 85% VI, type B, sulfuré : 15% 500/550 - huile de base : VI dispersant, type C : 15% 190/200 3 huile de base : 85% VI dispersant, type C, sulfuré : 15% 650/700 - - huile de base : 90% VI, type D : 10%. 160/170 4 huile de base : 90% VI, type D, sulfuré : 10% 500/550 - huile de base : VI, type E : 20 120 5 huile de base : 79,5% VI, type E :20% soufre :0,5% 560 - huile de base : 80% VI, dispersant, type F : 20% 130 6 huile de base : 79,5X VI, type F : 20% soufre : O, 5% 680 - huile de base : 75% VI, type G : 25% 140 7 huile de base : 74, 5% VI, type G : 25 % soufre : O, 5% 500 8 huile# de base : VI, type G : 25% soufre : O, 5% additif dispersant X : 2,0 600 - huile de base : 97,5% VI, type H : 2,5% 130 TABLEAU I (suite) Exemple n Mélange Point 9 huile de base : 96,5% VI, type H : 2,5% soufre : 0,5% 540 - huile de base : 95,5% VI, type H : 2,5% additif dispersant X : 2,0% 140 10 huile de base : 94,5% VI, type E : 2,5% soufre :0,5% additif dispersant X : 2,0% 670 - huile de base :75% VI, type K : 25% 130 11 huile de base : 74,5 VI, type K : 25% soufre 0,5% 600 TABLEAU Il Exemple n Mélange Point de grippage (kg, huile de base : 68,5% VI, type A : 25,0% produit "Deograndel R 2098" : 615 260/280 12 huile de base : VI, type A, sulfuré : 25,0% produit "Degrandel R 2098" :6,5% 280/300 huile de base :78,5% VI, type B : 15,0% produit "Deograndel R 2098" : 6,5% 220/240 13 huile de base : 78,5% VI, type B, sulfuré : 15,0% produit Deograndel R 2098" : 6,5% 320/340 huile de base : 78,5% VI, type C : 15,0% produit Deograndel R 209811 6,55S 240/260 14 huile de base : 78,5% VI, type C, sulfuré : 15,0% produit ',Deograndel R 2098" : 6,5% 280/300 huile de base : 83,5% VI, type D : 10,0% produit "Deograndel R 209811 : 6,5% 260/280 15 huile de base : 83,5% VI, type D, sulfuré produit "Deograndel R 2098" :6,5% 460/480 16 huile de base : 68,0% VI, type A : 25% soufre : produit "Anglamol 99" : 6,5P 440 17 huile de base :68% VI, type A : 25% soufre : 0,5% produit Anglamol 98A" : 6,5% 450 18 huile de base : 68% VI, type A : 25% soufre : 0,5% produit "HITEC E320" : 6,5% 450 Les produits Deograndel R 2098" (Deograndel), "Anglamol 99", "Anglamol 98A" (Lubrizol) et "HITEC E320'1 (Edwin Cooper & Co., Ltd) sont tous des concentrés mixtes d'additifs extrême pression disponibles industriellement et fabriqués par les Sociétés indiquées entre parenthèses. REVENDICATIONS 1.- Composition lubrifiante, notamment pour engrenages, caractérisée par le fait qu'elle comprend une huile lubrifiante et une combinaison de soufre et d'un agent d'amélioration de l'indice de viscosité. 2.- Composition suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit agent d'amélioration de l'indice de viscosité est un additif dispersant. 3.- Composition suivant la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée par le fait que ledit agent d'amélioration de l'indice de viscosité est à base d'un polymère soluble dans les huiles et choisi dans le groupe constitué par les polyméthacrylatea les polyisobutylènes, les copolymères d'oléfines, le polystyrène et les copolymères de styrène. 4.- Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la combinaison de soufre et d'un agent d'amélioration de l'indice de viscosité est telle que préparée par chauffage de soufre élémentaire avec ledit agent d'amélioration de l'indice de viscosité, à une température comprise entre 70 et 1200C. 5.- Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait qu'elle est obtenue par dissolution de l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité dans l'huile lubrifiante, addition du soufre et chauffage du mélange i une température maximale d'environ 1200C. 6.- Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait que la combinaison de soufre et d'agent d'amélioration de l'indice de viscosité contient du soufre en une proportion comprise entre 1 et 10% en poids par rapport au poids de l'agent d'amélioration de l'indice de viscosité. 7. - Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par le fait que la proportion de la combinaison de soufre et d'agent d'amélioration de l'indice de viscosité, exprimée en ledit agent compté à l'état pur, est comprise entre 1 et 905S en poids par rapport au poids total de la composition. 8.- Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée par le fait qu'elle contient un concentré mixte d'additifs tout préparé. 9.- Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée par le fait que l'huile lubrifiante est une huile minérale.