Brevet FR2491085A1 — publié le 19820402

La présente invention concerne des compositions liquides destinées à être utilisées comme lubrifiants et/ou comme fluides fonctionnels. De nombreux lubrifiants et fluides fonctionnels comprennent une proportion dominante d'un liquide de base tel qu'une huile hydrocarbonée et une proportion secondaire d'un ou plusieurs additifs destinés à améliorer des caractéristiques particulières du liquide de base. Par exemple, la viscosité d'huiles hydrocarbonées décroît lorsque la température s'élève, et des additifs sont incorporés aux huiles pour réduire le degré de variation de la viscosité. Un liquide présentant une réduction relativement grande de viscosité lorsque la température s'élève est considéré comme ayant un faible indice de viscosité (IV), tandis qu'un liquide dont la viscosité décroît relativement peu lorsque la température croît est considéré comme un liquide ayant un haut indice de viscosité. Les additifs améliorant l'indice de viscosité sont souvent des composés organiques macromoléculaires qui sont susceptibles d'une dégradation lorsqu'ils sont soumis à des efforts de cisaillement, tels que les efforts qui apparaissent lorsque la composition liquide à laquelle ils sont incorporés passe dans une pompe. La dégradation réduit l'effet d'amélioration de l'indice de viscosité des additifs, et en conséquence, l'indice de viscosité de la composition décroît au cours de l'utilisation. L'invention concerne, selon l'un de ses aspects, une composition liquide pouvant être utilisée comme lubrifiant ou comme fluide fonctionnel, consistant en une émulsion stable (comme défini ci-après) comprenant une phase dispersée formée d'un hydrocarbure liquide, une phase continue formée d'un liquide organique bouillant à une température supérieure à 1500C et très stable du point de vue chimique aux températures auxquelles la composition doit être exposée pendant son utilisation, et au moins un émulsionnant qui est au moins légèrement soluble dans les composants des deux phases de l'émulsion dans toute la plage de températures à laquelle la composition doit être exposée, le liquide organique étant sensiblement non miscible à l'hydrocarbure liquide, le rapport en volume du liquide organique à l'hydrocarbure liquide étant compris dans la plage de 1:3 à 3:1 et la composition ayant une viscosité dans la plage de 2.10'6 à 1 10-3 m2/s. On entend désigner par émulsion "stable" une émulsion qui n'est pas cassée dans une mesure appréciable dans la plage des températures auxquelles elle doit être exposée. La composition a une viscosité propre à l'accomplissement de ses fonctions, c'est-à-dire dans la plage des viscosités nécessaires pour des lubrifiants liquides et des fluides hydrauliques, c'est-à-dire de 2.10#6 à 1.10 3 m2/s, de préférence de 1.10 5 à 5.10 4 m2/s. La composition de l'invention présente une très faible variation de viscosité dans une plage déterminée de températures (c'est-à-dire un très haut indice de viscosité entre les extrêmes de la plage de températures). Cette plage de températures dépend des composants de l'émulsion, et une composition ayant un haut indice de viscosité dans une plage particulière de températures peut être formulée par le choix correct des composants de l'émulsion comme cela est évident pour l'homme de l'art. L'hydrocarbure liquide peut être une huile minérale ou une huile synthétique ayant une viscosité à 37,8 C de 5.10- 6 à-1.10-4 m2/s, de préférence de 1,10-5 à 4.10-5 m2/s. L'indice de viscosité de l'hydrocarbure liquide se situe de préférence dans une plage de 30 à 90, par exemple dans la plage de 60 à 90. Des huiles synthétiques convenables sont des alkylbenzènes ou des polymères hydrogénés d'oléfines légères. Les huiles minérales sont de préférence celles que l'on obtient à partir d'un pétrole brut par distillation. On peut utiliser des huiles minérales de type ou de caractère aromatique ou naphténique. Le liquide organique est tout liquide doué d'une stabilité chimique notable aux températures auxquelles la composition est exposée, et peut être constitué par ou peut contenir un liquide ou un mélange de liquides choisis entre les glycols, les polyalkylène-glycols (notamment les polyéthylène-glycols), les polyols, les alcanolamines et les amides. Des exemples de liquides ci-dessus sont l'éthylèneglycol, le propylène-glycol, le diéthylène-glycol, le glycérol, la mono-éthanolamine, la diéthanolamine, la triéthanolamine, le formamide et le N-diméthylformamide. Des exemples de mélanges de liquides organiques comprennent un mélange d'éthylène-glycol et de formamide, un mélange d'alcanolamines, un mélange d'éthylène-glycol et de polyéthylène-glycols. Le liquide organique constituant la phase continue peut renfermer une petite proportion d'eau, de préférence moins de 30 % de son poids. De préférence, le rapport en volume du liquide organique à l'hydrocarbure liquide se situe dans la plage de 1:2 à 2:1. L'émulsionnant ou le mélange d'émulsionnants est choisi de manière à former une émulsion stable avec l'hydro- carbure liquide et le liquide organique utilisés dans la composition. De préférence, l'émulsionnant ou au moins l'un des émulsionnants du mélange est de nature non ionique. Les mélanges que l'on apprécie comprennent deux émulsionnants non ioniques ou un surfactant non ionique et un surfactant anionique. La composition peut renfermer 2 à 10 % en poids d'émulsionnants, de préférence 4 à 10 % en poids. Une émulsion stable comprenant une huile minérale dans le formamide peut être formée au moyen d'un système d'émulsionnants dont l'équilibre hydro-lipophile a une valeur de 11 à 13, le mélange d'émulsionnants étant formé de deux émulsionnants non ioniques dont l'un a un équilibre hydro-lipophile supérieur à 14 et l'autre un équilibre hydrolipophile inférieur à 10. Une émulsion stable comprenant une huile minérale dans l'éthylène-glycol peut être formée en utilisant un surfactant non ionique ayant un équilibre hydro-lipophile au minimum égal à 16, ou un système d'émulsionnants tel que celui qui renferme 1 partie en poids d'alcool laurylique et 3 parties en poids de laurylsulfate de diéthanolamine. On peut former une émulsion stable d'une huile minérale dans un mélange de 80 e d'éthylène-glycol et 20 % d'eau en utilisant un système d'émulsionnants non ioniques dont l'équilibre hydro-lipophile a une valeur de 13 à 15. Les exemples ci-dessus sont des exemples représentatifs d'un grand- nombre d'émulsions conformes à l'invention, et l'homme de l'art est à même de choisir des émulsionnants ou des systèmes d'émulsionnants adaptés aux liquides de la phase dispersée et de la phase continue. Outre le haut indice de viscosité propre aux compositions de l'invention dans une plage limitée de températures, ces compositions ont d'excellentes propriétés lubrifiantes et peuvent avoir des caractéristiques qui les rendent aptes à être utilisées comme fluides hydrauliques. Les compositions peuvent renfermer des additifs qui améliorent leurs propriétés, ces additifs étant solubles dans l'une ou l'autre des phases. L'invention concerne, selon un autre de ses aspects, un procédé de lubrification de surfaces en mouvement les unes par rapport aux autres, procédé qui consiste à disposer entre les surfaces une composition du type défini ci-dessus. L'invention concerne aussi un circuit hydraulique dont le fluide hydraulique est une composition du type défini ci-dessus. On donne ci-après un exemple pratique illustrant la présente invention. Exemple On prépare une composition formée d'une émulsion dont la phase dispersée est une huile minérale et dont la phase continue consiste en éthylène-glycol. L'huile minérale présente les caractéristiques suivantes Densité à 150C 0,895 Point d'éclair (Cleveland, vase ouvert) 1820C Viscosité à 37,80C 2,30.10## m2/s Viscosité à 98,90C 4,03.10#6 m2/s Indice de viscosité 68 On dissout dans cette huile 2,5 % de son poids d'un émulsionnant ou d'un surfactant non ionique ayant un équilibre hydro-lipophile de 16,4. Le surfactant est le produit de condensation d'une mole d'alcool oléocétylique et de 25 moles d'oxyde d'éthylène. On disperse dans 1 partie en volume d'éthylèneglycol 1 partie en volume de l'huile contenant l'émulsionnant dissous. La composition ainsi obtenue est une émulsion stable (elle n'est pas cassée après 2 semaines aux températures ambiantes), dont la viscosité a une valeur pratiquement constante de 1,20.10## 4 m2/s entre 30 et 600C. L'addition d'une petite quantité de sulfate de lauryle tend à améliorer davantage la stabilité. Les caractéristiques de viscosité en fonction de la température, dans la plage de 30 à 600C, sont inhabituelles et étaient inattendues. La composition est en outre douée de propriétés lubrifiantes inattendues. Cela est mis en évidence par les essais suivants. La composition a été éprouvée dans la machine d'extrême-pression à quatre billes, conformément à la méthode ASTM D-2783. A titre de comparaison, le même essai a été conduit avec l'huile minérale seule et avec l'éthylène-glycol seul. On a obtenu les résultats suivants Huile Glycol Composition minérale de l'invention Charge de grippage (N) 313,8 353,0 441,3 Charge de soudure (N) 1098,3 1098,3 1098,3 Charge moyenne de Herz 113,8 137,3 172,6 (N) Les propriétés anti-usure de la composition ont été estimées par la machine à quatre billes conformément à la méthode ASTM D-2266. On a conduit plusieurs essais en modifiant la température de la composition dans le mandrin. On a obtenu les résultats suivants Température, OC 30 40 50 60 75 Diamètre de la marque d'usure (mm) 0,79 0,77 0,72 0,71 0,69 Contrairement à ce que l'on observe avec les lubrifiants classiques, l'usure décroît en fonction de la température, dans la plage de 30 à 750C. Ce résultat est surprenant. Pour confirmer ce résultat inattendu, la composition conforme à l'invention et diverses huiles lubrifiantes minérales pures ont été soumises à une épreuve dans une machine à broche et disque du type décrit dans l'article SAE 690667 intitulé "Lubricity of Aviation Turbine Fuels" de R.A. Vere (Octobre 1969). La figure unique du dessin annexé est une représentation graphique des résultats obtenus. Sur ce graphique, la pression critique du régime élasto-hydrodynamique dans lequel il n'y a pas d'usure est projetée sur l'axe des ordonnées en fonction de la température, (OC) indiquée sur l'axe des abscisses. A des fins comparatives, des résultats représentatifs obtenus en utilisant trois huiles lubrifiantes minérales sont représentés également sur ce graphique. Les courbes A, B et C correspondent à ces trois huiles minérales. La courbe D correspond à la composition de l'invention. Ces résultats démontrent clairement que la performance de la composition conforme à l'invention s'améliore lorsque la température croît dans la plage de 30 à 80 OC, en contraste avec l'altération des propriétés lubrifiantes que l'on constate pour des huiles lubrifiantes minérales lorsque la température s'élève. REVENDICATIONS 1. Composition liquide destinée à être utilisée comme lubrifiant et/ou comme fluide fonctionnel, caractérisée en ce qu'elle comprend une émulsion stable, c'est-àdire une émulsion qui n'est pas sensiblement cassée dans la plage des températures auxquelles elle est exposée, formée d'une phase dispersée comprenant un hydrocarbure liquide, d'une phase continue comprenant un liquide organique bouillant à une température supérieure à 1500C et très stable du point de vue chimique aux températures auxquelles la composition doit être exposée pendant son utilisation et renfermant éventuellement une petite proportion d'eau, et au moins un émulsionnant qui est au moins légèrement soluble dans les composants des deux phases de l'émulsion dans toute la plage des températures auxquelles la composition doit être exposée, le liquide organique étant sensiblement non miscible à l'hydrocarbure liquide, le rapport en volume du liquide organique à l'hydrocarbure liquide se situant dans une plage de 1:3 à 3:1, de préférence dans la plage de 1:2 à 2:1 et la composition ayant une viscosité de 2.10 6 à 1.10 3m2/s. 2. Composition suivant la revendication 1, caractérisée en ce que sa viscosité se situe dans une plage de 1.10 5 à 5.10 4 m2/s. 3. Composition suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'hydrocarbure liquide est une huile minérale et/ou une huile synthétique dont la viscosité à 37,8 C se situe dans une plage de 5.10-6 à 1.10-4 m2/s, de préférence dans la plage de 1.10 5 à 4.10 5 m2/s. 4. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que l'indice de viscosité de l'hydrocarbure liquide se situe dans une plage de 30 à 90, de préférence dans la plage de 60 à 90. 5. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que l'hydrocarbure liquide est choisi entre des alkylbenzènes, des polymères hydrogénés d'oléfines légères, des distillats de pétrole et/ou leurs dérivés, et des mélanges d'au moins deux de ces catégories. 6. Composition suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les distillats de pétrole et/ou leurs dérivés sont de type ou de caractère aromatique ou naphténique. 7. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que le liquide organique est constitué par ou contient un liquide choisi entre des glycols, des polyalkylène-glycols, des polyols, des alcanolamines, des amides et un mélange d'au moins deux de ces composés. 8. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que l'émulsionnant est un émulsionnant non ionique. 9. Composition suivant l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'émulsionnant consiste en un système d'émulsionnants dont l'un au moins des composants est un émulsionnant non ionique. 10. Composition suivant la revendication 9, caractérisée en ce que le système d'émulsionnants comprend deux émulsionnants non ioniques ou un surfactant non ionique et un surfactant anionique.