Brevet FR2494712A1 — publié le 19820528

La présente invention concerne des compositions d'huileslubrifianteset leur utilisation pour réduire la consommation de carburant dans des moteurs à combustion interne. Elle a plus particulièrement trait à des composi- tions d'huiles lubrifiantes moteur contenant des 1,2-alcane- diols à longue chaine. Par suite de la crise liée à la décroissance des réserves de combustible fossile et de l'accroissement rapide des prix de ce combustible, on a attaché une grande impor- tance à la réduction de la quantité de carburant consommée, entre autres, par les moteurs de véhicules automobiles. Il importe donc beaucoup de trouver des lubrifiants qui réduisent la friction globale dans un moteur, donc de réduire les besoins d'énergie de ce dernier. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 4 201 684 fait connaltre des huiles lubrifiantes contenant des amides, esters ou ester-amides d'acides gras sulfurés d'amines alkoxylées, qui réduisent la friction entre les surfaces métalliques coulissantes dans des moteurs à combustion interne. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 4 167 486 enseigne des huiles lubrifiantes contenant certains esters d'acides portant des doubles liaisons ou le dimère ou le trimère de ces esters d'acides. Des réductions de la consom- mation de carburant dans un moteur à combustion interne sont revendiquées par l'utilisation des huiles lubrifiantes dans le carter du moteur. Pour autant que l'on sache, aucun effort n'a été tenté pour placer des huiles lubrifiantes contenant les alcane-1,2-diols de la présente invention dans le carter d'un moteur à combustion interne. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N0 3 649 538 enseigne un procédé de lubrification d'aluminium dans une opération de formage de l'aluminium, avec un lubrifiant comprenant une huile minérale et 0,1 à 30 % en volume d'un 1,2-diol en C10 à C30. Conformément à la présente invention, les huiles lubrifiantes sont offertes pour réduire la friction entre des surfaces métalliques coulissantes dans le carter de moteurs à combustion interne. La réduction de friction résulte de l'addition à l'huile lubrifiante de petites quantités d'un alcane-1,2-diol de formule: R - CH - CH 1 * 2 OH OH dans laquelle R est un radical alkyle contenant 8 à 28 atomes de carbone, ou de leurs mélanges. Selon un autre de ses aspects, l'invention propose un procédé pour réduire la consormation de carburant d'un moteur à combustion interne par traitement des surfaces mobiles de ce moteur avec les compositions comprenant une quantité dominante d'un lubrifiant renfermant une quantité réduisant la consommation de carburant des alcane-1,2-diols de formule I ou de leurs mélanges. Les alcane-1,2-diols de formule I que l'on peut utiliser dans la présente invention sont ceux qui comportent à 30, de préférence 10 à 20 atomes de carbone. On peut utiliser des composés à un seul nombre d'atomes de carbone tels que le décane-1,2-diol, l'octadécane-1,2-diol, l'éicosane- 1,2-diol, le tricontane-1,2-diol, etc., mais on donne la préférence à un mélange de plusieurs nombres d'atomes de carbone. Des exemples représentatifs comprennent les 1,2- diols d'alcanes ayant 10 à 30 (inclus) atomes de carbone; les 1,2-diols d'alcanes ayant 12, 14, 16, 18 et 20 atomes de carbone; les 1,2-diols d'alcanes ayant 15 à 20 (inclus) atomes de carbone; les 1,2-diols d'alcanes ayant 15 à 18 (inclus) atomes de carbone; les 1,2-diols d'alcanes ayant à 24 (inclus) atomes de carbone; les 1,2-diols d'alcanes ayant 24, 26 et 28 atomes de carbone, etc. L'huile lubrifiante contient avantageusement un mélange d'alcane-1,2-diols de formule I ayant 15 à 18 atomes de carbone. Les diols que l'on peut utiliser conformément à l'invention sont disponibles dans le commerce ou sont préparés aisément à partir de la 1oléfine correspondante par des procédés bien connus dans l'art antérieur. Par exemple, on fait tout d'abord réagir l'oléfine avec un peracide tel que l'acide peroxyacétique ou avec le peroxyde d'hydrogène plus l'acide formique pour former un alcane- 1,2-époxyde qui est aisément hydrolysé, avec catalyse par un acide ou une base, en l'alc'ane-1,2-diol. Dans un autre procédé, l'oléfine est tout d'abord halogénée en un 1,2- dihalogènalcane puis hydrolysée en un alcane-1,2-diol par réaction d'abord avec l'acétate de sodium puis avec l'hydroxyde de sodium. Des 1-oléfines peuvent être obtenues par craquage thermique de cires. Ce procédé produit des oléfines de tous nombres d'atomes de carbone. Des 1oléfines ayant un nombre pair d'atomes de carbone sont préparées par la réaction bien connue de "croissance" de l'éthylène. Des oléfines obtenues par l'un ou l'autre de ces procédés ont une structure essentiellement linéaire, avec peu ou pas de ramification. Des oléfines linéaires sont celles que l'on préconise pour la transformation en alcane-1,2-diols. Les huiles lubrifiantes utilisées dans le procédé de la présente invention renferment une quantité dominante d'une huile lubrifiante et environ 0,10 à 5,0 % en poids d'alcanediol de formule 1, de préférence 0, 5 à 4,0 % en poids et notamment 1 à 2 % en poids sur la base du poids de la composition totale. La quantité optimale d'alcanediols dans ces plages varie légèrement selon l'huile de base et les autres additifs présents dans l'huile. Des concentrés d'additifs entrent également dans le cadre de l'invention. Sous la forme d'un additif concen- tré, le diol est présent à une concentration allant de 5 à 50 % en poids. Les compositions lubrifiantes sont préparées par mélange, par des techniques classiques, de la quantité convenable de l'alcane-1,2-diol désiré avec l'huile lubri- fiante. Lorsqu'on prépare des concentrés, la quantité d'huile hydrocarbonée est limitée, mais elle est suffisante pour dissoudre la quantité désirée d'alcane-1,2-diol. Géné- ralement, le concentré contient suffisamment de diol pour permettre une dilution subséquente avec une à dix fois plus d'huile lubrifiante. Les alcane-1,2-diols de formule I peuvent être utilisés dans une huile minérale ou dans des huiles synthé- tiques de viscosité favorable à leur utilisation dans le carter d'un moteur à combustion interne. Des huiles moteur lubrifiantes ont une viscosité s'élevant jusqu'à environ SUS à 99 C. L'addition des alcane-1,2-diols à l'huile lubri- fiante comme décrit ci-dessus réduit la consommation de carburant tant pour des moteurs à compression que pour des moteurs à allumage par étincelle. Les huiles moteur lubrifiantes de la présente invention ont habituellement une viscosité allant jusqu'à environ 40 SAE. Parfois, de telles huiles moteur sont classées aux deux températures de -17,8 C et 99 C) à savoir SAE 10W40 ou SAE 5W30. L'huile minérale destinée à être utilisée comme huile de base dans la présente invention comprend des huiles paraffiniques, naphténiques et autres huiles qui sont ordi- nairement utilisées dans les compositions d'huiles lubri- fiantes. Les huiles hydrocarbonées synthétiques comprennent des alcanes à longue chaîne telles que des cétanes et des polymères oléfiniques tels que des trimères et des tétra- mères d'octène et de décène. Les huiles synthétiques avec lesquelles on peut les mélanger comprennent (1) les huiles du type d'esters telles que des esters de pentaérythritol d'acides monocarboxyliques ayant 2 à 20 atomes de carbone, (2) des éthers polyglycoliques, (3) des polyacétals et (4) des siloxanes liquides. Parmi les esters synthétiques, ceux qui sont préparés à partir d'acides polycarboxyliques et de monoalcools sont particulièrement utiles. On apprécie notamment les esters liquides préparés à partir de penta- érythritol ou de ses mélanges avec le di- et tri-penta- érythritol, et d'un acide monocarboxylique aliphatique contenant 1 à 20 atomes de carbone, ou des mélanges de ces acides. Des mélanges d'une huile minérale et d'une huile synthétique sont également utiles. Par exemple, des mélanges de 10 à 25 % en poids de trimère de 1-décène hydrogéné avec 75 à 90 % en poids d'une huile minérale de viscosité Saybolt à 37,8 C de 150 secondes universelles donnent une excellente base pour lubrifiant. Les huiles lubrifiantes sont habituellement formulées avec divers additifs. Ces additifs comprennent des anti-oxydants, des dispersants, des inhibiteurs de rouille, des détergents, des inhibiteurs de mousse, des composés métalliques basiques, des inhibiteurs de corrosion, des agents anti-usure, des agents améliorant l'indice de viscosité (IV), des agents anti-friction, des agents de gonflement des élastomères, des agents d'extrême-pression (EP), des agents abaissant le point d'écoulement et des désactivateurs des métaux. Tous ces additifs sont bien connus dans le domaine des huiles lubrifiantes. L'huile formulée classique contient de préférence des dispersants tels que des alcénylsuccinimides, des détergents tels que des hydrocarbylsulfonates ou des phénates de métaux alcalins ou alcalino- terreux ou leurs mélanges, de même que leurs dérivés métalliques rendus surbasiques ainsi que des agents d'extrême-pression et des agents anti-usure tels que des alkyl-,aryl-,alcaryl- ou aralkyl- dithiophosphates de zinc. En ce qui concerne plus particulièrement l'hydro- carbylsulfonate de métal alcalin ou de métal alcalino- terreux, le groupe hydrocarbyle peut être dérivé d'une fraction de pétrole, d'une fraction aromatique alkylée par voie de synthèse ou d'un groupe aliphatique tel que poly- isobutylène. On mentionne à titre d'exemples les sels de sodium, calcium, magnésium ou baryum de fractions sulfonées de pétrole ou de polyisobutylène qui a été sulfoné. Ces compositions sont bien connues dans l'art antérieur et comprennent des sulfonates neutres et rendus surbasiques dont les indices de basicité atteignent et dépassent environ 400. Dans une formulation ordinaire, on les utiliserait en une quantité représentant 10 à 300 mmoles/kgde métal alcalino-terreux et de préférence 10 à 60 mmoles/kg. Le phénate destiné à être utilisé dans la présente invention peut être l'un quelconque des additifs utilisés de façon classique dans des formulations d'huiles lubrifiantes, qui sont des sels de métaux alcalins ou de métaux alcalino-terreux de phénols aromatiques, ordinaire- ment de phénols aromatiques alkylés dont le groupe alkylant comprend environ 9 à environ 30 atomes de carbone. Le phénol peut être monoalkylé ou dialkylé. Des sels préconisés sont les sels de calcium, magnésium ou baryum. Les phénates peuvent être sulfurés et peuvent aussi être neutres ou rendus surbasiques, leurs indices de basicité atteignant ou dépassant 400. Ces phénates sont habituellement utilisés en quantités correspondant à 10-300 mmoles/kg de métal alcalin ou alcalino-terreux et notamment environ 10 à mmoles/kg. Le dialkyldithiophosphate de zinc contient 3 à 18 atomes de carbone dans chaque groupe alkyle. Ces compositions sont bien connues dans l'art antérieur. Des groupes alkyle appréciés contiennent 6 à 12 atomes de car- bone, bien qu'on puisse aussi utiliser des dialkyldithio- phosphates de zinc mixtes dans lesquels un groupe contient 3 ou 4 atomes de carbone et l'autre en contient 6 à 12. Les aryl-, alcaryl- ou aralkyldithiophosphates de zinc contiennent environ 6 à 30 atomes de carbone. Des groupes appréciés comprennent les groupes phényle, benzyle, octyl- phényle, et phényle à substitution tétrapropénylique, etc. Le succinimide présent dans la formulation est un alcénylsuccinimide préparé par réaction, par exemple, d'un anhydride polyisobuténylsuccinique avec une poly- éthylènepolyamine telle que la tétraéthylènepentamine. Le substituant alcényle est de préférence un groupe polyiso- butène ayant un poids moléculaire d'environ 800 à 5000. Des succinimides de ce type sont décrits dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique N 3 172 892 et N 3 219 666. L'alcénylsuccinimide peut être amené à réagir avec l'acide borique ou avec un composé similaire contenant du bore pour former des dispersants boratés utiles dans la présente invention. Les succinimides boratés sont englobés dans la définition du terme "alcénylsuccinimide". Comme mentionné ci-dessus, d'autres additifs d'emploi classique dans l'art antérieur peuvent être utilisés avec la formulation de la présente invention. Les formulations utilisées dans le commerce sont souvent des huiles multi- grade. De telles huiles sont obtenues par l'additon d'agents améliorant l'indice de viscosité comme cela est connu dans la pratique. Des exemples d'agents améliorant l'indice de viscosité comprennent des polyméthacrylates d'alkyle ou des copolymères éthylène-propylène ou des copolynères styrène-diène. Il est également possible d'utiliser un agent dispersant améliorant l'indice de viscosité. L'invention est illustrée par les exemples sui- vants, donnés à titre non limitatif. EXEMPLE 1 On charge dans un ballon de réaction de 3 litres 449 g (2 moles) d'alphaoléfines en C15 à C18 et 1046 ml (20 moles) d'acide formique à 88 %. On ajoute au mélange réactionnel sous agitation 453 ml de H202 (4 moles) au moyen d'une ampoule à brome, en une période de 10 minutes. Pendant l'addition, la température dans le ballon s'élève de 23 à 290C. La masse réactionnelle est chauffée lentement à 950C en une période de 4 heures, et commence alors à refluer. Le mélange réactionnel est ensuite refroidi à la température ambiante (250C) et agité pendant 96 heures. L'acide formique est chassé par évaporation à 950C et sous pression d'environ 16 kPa. La masse réactionnelle est diluée avec 500 ml d'un mélange de toluène (75) et de 1-butanol (25 %), neutralisée avec 1 litre d'hydroxyde de sodium à % dans l'eau distillée, agitée pendant 1 heure au reflux (92aC) et transférée dans une ampoule à brome de 4 litres. La phase organique est séparée et lavée avec 500 ml de NaHSO3 0,6N. La phase organique est évaporée à l'évaporateur rotatif pendant une demiheure à 120OC/40 Pa. Le 1,2-diol d'alcane en C15 à C18 obtenu est une substance solide blanche cireuse et pèse 362,77 g. En procédant de façon similaire, on prépare un 1,2-diol d'alcane en C18 à C20, le 1,2-dodécanediol et le 1,2-hexadécanediol en remplaçant par l'alpha-oléfine appropriée des alpha-oléfines en C15 à C18 utilisées dans l'exemple 1 ci-dessus. EXEMPLE 2 On a effectue des essais qui démontrent les amé- liorations d'économie d'énergie obtenues par l'addition de compositions d'huile contenant les alcane-1,2-diols de l'invention au carter d'un moteur de véhicule automobile. Dans ces essais, on a fait fonctionner des moteurs Diesel à allumage par compression de 2,3 litres (Ford 302) à rendement constant avec des huiles lubrifiantes additionnées et non additionnées des alcane-1,2-diols. On a fait fonctionner les moteurs sur des dyna- momètres dans des conditions simulant une vitesse de 88,5 km/h, correspondant approximativement à la charge sur route. Cet essai a été répété plusieurs fois dans des conditions constantes avec l'huile de base puis plusieurs fois avec la même huile contenant 2 % en poids du 1,2-diol d'alcane en C15 à C18 de l'exemple 1. L'huile de base consistait en une huile ordinaire du commerce formulée en vue d'être utilisée dans un carter. Les compositions d'huile de l'invention contenant l'alcane-1,2diol se sont montrées aptes à réduire la consommation de carburant du moteur de 3 à 4 % en moyenne. Les comparaisons ont été faites avec une huile W30 entièrement formulée contenant 3 à 5 %-en poids d'un alcénylsuccinimide, 30 mmoles/kg d'hydrocarbylsulfonate de magnésium rendu surbasique, 20 mmoles/kg d'un phénate de calcium sulfuré rendu surbasique, 18 mmoles/kg de dialkyldithiophosphate de zinc et 5,5 % d'un agent améliorant l'indice de viscosité à base de polyméthacrylate. Des huiles moteur formulées contenant chacune 2 % en poids de 1,2-diol d'alcane en C18 à C20, de 1,2- dodécanediol ou de 1,2-hexadécanediol réduisent aussi effi- cacement la consommation de carburant d'un moteur à combustion interne. REVENDICATIONS 1. Huile lubrifiante formulée en vue de son utilisation dans le carter d'un moteur à combustion interne, caractérisée en ce qu'elle est additionnée d'environ 0,10 à 5,0 % en poids d'un alcane-1,2-diol de formule: R - CH - CH2 I I OH OH dans laquelle R est un radical alkyle contenant 8 à 28 atomes de carbone, ou de mélanges de ces diols. 2. Huile lubrifiante suivant la revendication 1, caractérisée en ce que l'alcane-1,2-diol contient 10 à 20 atomes de carbone. 3. Huile lubrifiante suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le diol consiste en un mélange de 1,2-diols contenant 15 à 18 atomes de carbone. 4. Huile lubrifiante suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce qu'elle con- tient 0,10 à 5,0 % en poids dudit alcane-1,2-diol sur la base du poids de la composition totale. 5. Huile lubrifiante suivant la revendication 4, caractérisée en ce qu'elle contient 0,5 à 4,0 % en poids dudit alcane-1,2-diol sur la base du poids de la composition totale. 6. Huile lubrifiante suivant la revendication 5, caractérisée en ce qu'elle contient 1 à 2 % en poids dudit alcane-1,2-diol sur la base du poids de la composition totale. 7. Procédé pour réduire la consommation de carburant d'un moteur à combustion interne, caractérisé en ce qu'il consiste à traiter les surfaces mobiles dudit moteur avec une composition comprenant une quantité domi- nante d'un lubrifiant renfermant une quantité, réduisant la consommation de carburant, d'un alcane-1,2-diol de formule: R - CH - CH OH OH dans laquelle R est un radical alkyle contenant 8 à 28 atomes de carbone, ou de mélanges de ces diols. 8. Procédé suivant la revendication 7, caracté- risé en ce que l'alcane-1, 2-diol contient 10 à 20 atomes de carbone. 9. Procédé suivant la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le diol comprend un mélange de 1,2- diols renfermant 15 à 18 atomes de carbone. 10. Procédé suivant l'une quelconque des reven- dications 7 à 9, caractérisé en ce que la composition contient 0,1 à 5 % en poids, de preférence 0,5 à 4,0 % en poids et notamment 1 à 2 % en poids, dudit alcane-1,2- diol sur la base du poids total de la composition.