Brevet FR2508461A1 — publié le 19821231

Additifs multifonctionnels pour lubrifiants. L'invention a pour objet des additifs multifonctionnels pour lubrifiants du type dit sans cendre et des procédés pour leur préparation. Plus particulièrement, l'invention a pour objet la préparation d'additifs antiusure, anti-oxydant, anti-corrosion et anti-rouille solubles dans des huiles minérales et/ou synthétiques et utilisés pour la formulation de lubrifiants pour moteurs à combustion interne, de fluidede transmis- sion et de fluideshydrauliques. Les sels métalliques d'acides O,O-dialkyldithiophospho- riques et plus particulièrement des sels de zinc, ont été utilisés universellement depuis de nombreuses années comme additifs anti-oxydant et anti-usure pour les huiles pour moteurs et fluidesde transmission. Ces sels métalliquesprésentent les inconvénients dus en particulier à leur teneur élevée en cendre et ceci devient de moins en moins négligeable par suite de la tendance présente à soumettre le lubrifiant à des conditions de service de plus en plus sévères On exige du lubrifiant des performances de plus en plus sévères et des durées d'utilisation de plus en plus longues et on y arrive généralement en augmentant les quantités d'additifs,plus spécialement en ce qui concerne l'inhibition de l'oxydation Dans le cas desdithiophosphates métalliques cette tendance conduit à une augmentation de la teneur en cendre du lubrifiant Il est bien connu que les additifs ayant une teneur élevée en cendre peuvent conduire à des dépôts nuisibles sur les surfaces lubrifiées, réduisant ainsi considérablement l'efficacité du lubrifiantjusqu'au point o des usures catastrophiques se produisent Pour cette raison, les dithiophosphates exempts de cendre, l& plupart desquels sont à base de sels amino d'acides O,O-dialkyldithiophosphoriques deviennent de plus en plus utilisés. L'invention concerne les dithiophosphates du type sans cendre qui ne présentent pas d'inconvénients résultant de la teneur en cendre De plus, ils ont un pouvoir anti-rouille élevé, ce qui ensemble avec leurs caractéristiques anti-oxydant et anti-usure inchangées, augmentent l'étendue de leur utili- sation touten permettant de simplifier la formulation. L'objet de la présente invention est par conséquent un additif multifonctionnel sans cendre ayant des propriétés anti-usure et anti-oxydant comparables à celles de dialkyl- dithiophosphatesde zinc, plus un pouvoir anti-rouille élevé. L'additif multifonctionnel peut être préparé en faisant réaair: a) un acide 0,O Ldialkyldithiophosphorique de formule: RIO S P /\ R 20 SE o R 1 et R 2, identiques ou différents, sont des radicaux d'hydrocarbure, de préférence des radicaux alkyle contenant de 3 à 20 atomes de carbone, avec b) une 2-oxazoline substituée de formule: R. R 4 C CH 2 1 I i N O S / C R o R 3 désigne un groupe hydrocarbure, plus particulièrement un alkyle saturé ou non saturé, contenant de 1 à 30 atomes de carbone, et R 4 et R 5, identiques ou différents, désignent un atome d'hydrogène ou des groupes hydrocarbures, de préférence alkyle, contenant de 1 à 5 atomes de carbone ou des groupes méthylol; ou bien avec -3 b') une imidazoline substituée de formule: a C _ N R 6 U 12 c C -R? N o R 6 et R 7, identiques ou différents, désignent des groupes hydrocarbure saturés ou non saturés, de préférence alkyle, contenant de 1 à 30 atomes de carbone L'utilisation du produit dans lequel R 6 désigne l'hydrogène et R 7 désigne CH 2 CH 20 H, a été trouvée particulièrement avantageuse. L'oxazoline peut être préparé en faisant réagir un amino-alcool approprié avec un acide carboxylique L'amino- alcool doit être du type 2-amino-l-alcanol 2,2 '-disubstitué comprenant 2 ou 3 groupes hydroxyle, et représenté par la formule: R 8 H 2 N C _ Cho 20 o lessubstituan R et R 9 représentent un groupe alkyle ou hydroxyalkyle Le produit préféré est celui dans lequel les deux substituants sont du type hydroxyalkyle, notamment -(CH 2)n OH o N désigne 1, 2 ou 3. L'imidazoline peut être préparée à partir du 1,2- diaminoéthane et un acide carboxylique comme décrit dans le brevet US 2 267 965 Dans les deux cas, l'acide isostéarique est particulièrement préféré. On peut préparer l'additif multifonctionnel soit en traitant l'acide dithiophosphorique avec un composé azoté du type sus-mentionné synthétisé de façon séparée et à des moment différents ou plus simplement en synthétisant l'acide en présence du composé azoté neutralisant Le produit d'addition est formé avec des rendements élevés et peut être préparé en ajoutant au moins un atome-gramme d'azote par mole d'acide dithiophosphorique. La réaction de neutralisation peut être mise en oeuvre avec ou sans solvant, à une température de O-1000 C, de préférence à une température de 20 C et dans une atmosphère inerte Le temps de réaction qui peut varier selon la nature des substituants ne doit pas dépasser 4 à 5 heures. La disparition des réactifs et la formation du produit d'addition peuvent être suivies au cours de la réaction de neutralisation par des moyens chromatographiques et/ou spectro- scopiques normaux. L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples non limitatifs ci-après. EXEMPLE 1 On prépare les oxazolinesutilisés pour neutraliser 1 ' acide dithiophosphorique en faisant réagir l'acide isostéa- rique avec l'amino-alcool choisi,de la façon suivante: On ajoute chaque fois à 282 g ( 1 mole) d'acide isostéarique placé dans un réacteur en verre à quatre tubulaires: a) dans un premier cas, 121 g ( 1 mole) de 2-amino-2-hydroxy- méthyl-l,3-propanediol; b) dans un second cas, 105 g ( 1 mole) de 2-amino-2-méthyl-1,3- propanediol; c) dans un troisième cas, 89 g ( 1 mole) de 2-amino-2-méthyl-1- propanol. On élève la température desmélangesréactionnels respec- tifs à 160-170 C jusqu'à récolter la quantité d'eau prévue. EXEMPLE 2 On ajoute 130 g ( 1 mole)d'alcool 2-tsooctylique, à une température de 4060 C, en l'espace de 3 heures, à 55 g de P 255 ( 0,25 mole) dans 150 ml de toluène On élève la température du mélange réactionnel à 80-90 C et on maintient à cette tempé- rature pendant 5 heures jusqu'à la disparition de P 255 La solution filtrée est prête pour la réaction de neutralisation subséquente. EXEMPLE 3 21,2 g de 4-hydroxyméthyl-2-isoheptadecenyl-oxazoline préparée selon l'exemple 1 sont ajoutés à une solution de 21,6 g d'acide diisooctyldithiophosphorique ( 0,06 mole) dans 50 ml de toluène On maintient le mélange réactionnel sous agitation dans une atmosphère inerte pendant 3 heures à 20 C La trans- formation complète des réactifs en produits d'addition est contrôlée par chromatographie en couche mince utilisant du gel de silice 60 F 254 comme phase stationnaire et un mélange de toluène/méthanol dans le rapport 70:30 en poids comme éluant. Le produit obtenu est homogène et soluble dans les huiles minérales. EXEMPLE 4 On ajoute, comme dans l'exemple précédent, 20,2 g de 4,4 'bis(hydroxymnéthyl)-2-isoheptadecenyl-oxazoline, préparée selon l'exemple 1 b, à une solution de 21,6 g d'acide diisooctyldithiophosphorique ( 0,06 mole) dans 50 ml de toluène. Le produit de neutralisation obtenu avec un rendement dépassant 95 %, après 4 heures de mélange à 20 C, est homogène et contrairement à l'oxazoline initiale, il est soluble dans les huiles minérales. EXEMPLE 5 On ajoute, comme dans les deux exemples précédents, 22,1 g de 4-méthyl-2isoheptadecenyloxazoline préparée selon l'exemple 1 c à une solution de 21,6 g d'acide diisooctyldithio- phosphorique ( 0,06 mole) dans 50 ml de toluène. La durée de réaction à 20 C est de 2 heures 1/2 Le produit obtenu est soluble dans les huiles minérales. EXEMPLE 6 26,1 g ( 0,08 mole) de 1-hydroxyéthyl-2-heptadecenyl- imidazoline sont ajoutés à une solution de 28 g d'acide diisooctyldithiophosphorique ( 0,08 mole) dans 50 ml de toluène. Pour évaluer les additifs selon l'invention, on utilise comme référence un dithiophosphate de zinc préparé à partir du même acide dithiophosphorique que celui utilisé pour la synthèse des composés sus-indiqués. On constate, au cours de cette évaluation, un pouvoir élevé anti-rouille en addition au pouvoir anti-usure et anti-oxydant caractéristique des dithiophosphates métalliques classiques. Pouvoir anti-usure On évalue le pouvoir anti-usure des additifs selon l'invention au moyen d'une machine d'usure à quatre bi Ies en utilisant des billes d'acier et en opérant dans les conditions suivantes: vitesse angulaire 126 rad/s charge 40 da N température de l'huile 750 C durée de l'essai 1 h Le tableau 1 indique les résultats exprimés sous forme de diamètre d'usure en mm pour l'huile SN 150 telle quelle, pour le diisooctyldithiophosphate de zinc et pour les additifs préparés selon l'invention Les additifs pour lesquels on évalue les performances d'usure comparatives sont présents dans l'huile SN 150 à la même concentration en phosphore de 0,07 %. Tableau 1 Additif Diamètre d'usure (mm) SN 150 0,95 3 0,44 4 0,45 0,40 6 0,40 7 0,45 7 correspond au diisooctyldithiophosphate de zinc. Il résulte des données du tableau que les nouveaux dithiophosphates exempts de cendre améliorent sensiblement le comportement lubrifiant en ce qui concerne l'usure,de la même façon que le dithiophosphate de zinc. Pouvoir anti-oxydant L'une des premières actions des dithiophosphates métalliques est, de façon connue, leur action anti-oxydante. Afin d'évaluer cette propriété dans le cas des additifs selon l'invention, on utilise un essai d'oxydation au cours duquel on fait barbotter de l'air en présence de bandes de cuivre et de fer Dans ce but, on immerge une bande de cuivre et une bande de fer dans un tube à essai contenant 50 g d'une solution de divers additifs examinés dans l'huile SN 450, tous les additifs ayant la môme concentration de 0,07 % en phosphore. On place le tube A essai dans un bain à une température réglée à 175 C et on fait passer un courant d'air à travers la _rature e% de 1 ression, oendant 48 heures solution à un débit de 50 l//n a-des condtions normales de emp- La viscosité de l'huile à 40 C avant et après l'essai d'oxydation est choisie comme la quantité indiquant le pouvoir anti-oxydant Moindre est l'épaississement de l'huile, meilleur est le pouvoir anti-oxydant de l'additif. Tableau 2 Additif Viscosité à 40 C Avant Après Huile SN 150 30,15 40,78 3 30,82 32,15 4 30,93 31,03 30,56 31,67 6 31,46 32,72 7 30,62 31,29 Comme dans le cas du dithiophosphate de zinc, les additifs sans cendre sus-indiqués limitent la viscosité d'une huile soumise à un procédé d'oxydation, exerçant ainsi l'action anti-oxydante recherchée. Pouvoir anti-rouille On sait que certains dérivés d'oxazoline et d'imidazoline possèdent la caractéristique de former une pellicule sur des surfaces métalliques et pour cette raison, on les utilise comme additifs anti-rouille dans les lubrifiants Il était par conséquent indiqué de contrôler si ce comportement était également présent dans les sels d'acide dithiophosphoriques. On a évalué le pouvoir anti-rouille selon le procédé ASTM D 655. On introduit 300 ml d'huile à examiner dans un becher de 400 ml On place ensuite le becher dans un bain approprié maintenu à la température de 60 C On immerge dans l'huile à examiner une éprouvette cylindrique en acier On ajoute 30 ml d'eau distillée tout en agitant pendant 30 minutes après l'immersion de l'éprouvette L'essai est continué pendant 24 heures à partir du moment o l'on a ajouté l'eau. Les résultats figurent au tableau 3. Tableau 3 Additif Résultat 3 satisfaisant 4 satisfaisant 6 satisfaisant 7 forte rouille Ces caractéristiques ensemble avec l'absence de cendre différencient les additifs selon l'invention des dithiophos- phates classiques, leur communiquant plus d'avantages. Par ce moyen, les dithiophosphates aquièrent un pouvoir supplémentaire qui les rend plus avantageux et élargit leur application, permettant en même temps une simplification et des économies dans la formulation des huiles. REVENDICATIONS 1 Additifs multifonctionnels pour lubrifiants ayant un pouvoir antiusuree Lanti-oxydant, ensemble avec un pouvoir anti-rouille élevé, prépares en faisant réagir un acide O,O'-dialkyldithiophosphorique de formule: RO 55 R 20 SH o R 1 et R 2, identiques ou différents, désignent des radicaux alkyle contenant de 3 à 10 atomes de carbone, avec un dérivé azoté choisi parmi: a) une 2-oxazoline substituée de formule: R R 4 c CH 2 N O / R 23 o R 3 désigne un groupe alkyle saturé ou non saturé contenant de 1 à 30 atomes de carbone; R 4 et R 5, identiques ou différents, désignent hydrogène ou un groupe alkyle ayant de 1 à 5 atomes de carbone, et b) une imidazoline substituée de formule: c N _R 6 I H 2 C O R 7 \N17 o R 6 et R, identiques ou différents, désignent des groupes alkyle saturés ou non saturés ayant de 1 à 30 atomes de carbone. 2 Additifs multifonctionnels pour lubrifiants préparés selon la revendication 1, la réaction s'effectuant à une température comprise entre O et 1000 C.