Brevet FR2549079A1 — publié le 19850118

-1 La présente invention concerne les huiles de laminage à froid (qu'on appellera simplement par la suite "huile de laminage") pour des tôles d'acier, que l'on applique au laminage à froid des tôles d'acier et qui pos5 sèdent un excellent pouvoir lubrifiant, une bonne stabilité de lubrification et la propriété de réapprovisionnement en huile fraîche. On prépare les huiles de laminage en ajoutant divers agents d'émulsionnement et de dispersion à des mélanges qu'on obtient en ajoutant des agents d'amélioration de l'onctuosité, des additifs de pression extrême, des anti-oxydants et des produits similaires à des huiles animales ou végétales telles que le suif, l'huile de palmier, etc, divers esters synthétiques, des huiles miné15 rales ou des huiles mixtes de ces derniers Au laminage, on pulvérise sur les cylindres de travail un liquide obtenu par émulsionnement et dispersion d'une huile de laminage en une concentration convenable (qu'on appellera ciaprès "liquide réfrigérant") par agitation mécanique dans 20 une cuve (qu'on appellera par la suite "cuve de réfrigération") afin de refroidir ces cylindres et la surface des tôles d'acier et ensuite on remet en circulation ce liquide. Pour élever la productivité, on a envisagé depuis 25 peu de temps d'effectuer un laminage à grande vitesse et la fabrication continue des tôles d'acier A cette fin, il est nécessaire que l'huile de laminage ait un excellent pouvoir lubrifiant et surtout une bonne stabilité de lubrification. Le pouvoir lubrifiant et la stabilité de lubrification sont tributaires de la composition de l'huile -2 de laminage et ils sont également fortement affectés par l'importance des changements du degré d'adhérence à la tôle d'acier (degré de revêtement) Plus précisément, un moindre degré de revêtement est à l'origine d'une lubri5 fication insuffisante et il provoque des variations de la lubrification même dans le cas d'un degré de revêtement beaucoup plus important pour autant qu'une variation de ce degré de revêtement provoque une absence d'uniformité En conséquence, on préfère pour un pouvoir lubri10 fiant et une stabilité de lubrification favorables que le degré de revêtement soit très bon et en outre uniforme. D'autre part, le degré de revêtement est en rapport notable avec la grosseur des particules de l'huile de laminage dans un liquide réfrigérant à pulvériser (le degré de re15 vêtement devient petit lorsque les particules sont petites), de sorte que le pouvoir lubrifiant est tributaire de la grosseur des particules de l'huile de laminage. Cette grosseur de particules subit une forte influence des conditions d'agitation Dans cet ordre d'idées, étant 20 donné qu'un liquide réfrigérant passe par les pompes, les ajutages et les canalisations de retour par l'effet de circulation en plus de l'agitation du liquide réfrigérant dans les cuves de réfrigération dans le cas du laminage, les conditions d'agitation varient également Même dans 25 ces conditions, comme mentionné plus haut, on voudrait que la grosseur des particules de l'huile de laminage soit uniforme et stable. Les agents d'émulsionnement et de dispersion non-ioniques ou anioniques ont été utilisés pour les huiles de laminage D'une part, les particules d'huile de laminage présentent une répartition granulométrique très étendue allant de 2 à 40 microns, en raison de la formation des particules plus fines sous l'effet de l'agitation et de formation de plus grosses particules sous 2549079, -3 l'effet de la coagulation En raison de cette absence d'uniformité, le degré de revêtement devient lui aussi non uniforme de sorte que le pouvoir lubrifiant varie facilement. A la suite de diverses études, on a réussi à résoudre ces problèmes en utilisant, un composé cationique de haut poids moléculaire à titre d'agent d'émulsionnement et de dispersion On a déjà utilisé des composés cationiques de haut poids moléculaire pour des substances 10 organiques comme coagulant et stabilisant de la dispersion On sait qu'une petite quantité d'un composé cationique de haut poids moléculaire exerce un effet coagulant alors qu'un fort effet stabilisant de la dispersion est observé quand on utilise une quantité relativement élevée 15 d'un composé cationique de haut poids moléculaire Il en est ainsi du fait qu'une substance organique reçoit une charge négative par agitation de sorte que la substance organique chargée est électriquement adsorbée sur le composé cationique de haut poids moléculaire et ceci forte20 ment En outre, dans le cas o l'on utilise une petite proportion d'un composé cationique de haut poids moléculaire, le potentiel de surface des particules est neutralisé de sorte qu'un tel composé cationique de haut poids moléculaire fait preuve d'un effet coagulant D'autre part, quand on utilise une quantité importante d'un tel composé cationique de haut poids moléculaire, ce composé de haut poids moléculaire couvre les particules pour leur conférer un potentiel positif à la surface de sorte que la coagulation est empêchée par l'effet résultant de ré30 pulsion électrique ainsi que par l'effet d'empêchement stérique de la macromolécule, et on observe une stabilité de la dispersion. Z 549079 -4 Quand on utilise un composé cationique de haut poids moléculaire pour une huile de laminage à titre d'agent d'émulsionnement et de dispersion, attendu qu'un tel composé de poids moléculaire élevé possède une excellente résistance à la coagulation, les particules formées dans l'éventualité d'une agitation vigoureuse ne sont pas coagulées et sortent de façon stable même si la force d'agitation s'affaiblit En outre, étant donné que l'agent d'emulsionnement et de dispersion est un composé de haut 10 poids moléculaire, un tel composé comprend une multitude de particules fines de sorte que des particules relativement grosses peuvent se former En résultat, la répartition granulométrique est étroite et précise Dans un tel cas, on peut régler la grosseur des particules par la structure et le poids moléculaire du composé cationique de haut poids moléculaire à utiliser. Cependant, le composé cationique de haut poids moléculaire ne réduit guère la-tension interfaciale, bien qu'un tel composé soit excellent pour ce qui-est de la stabilité de l'émulsion et de la dispersion Pour cette raison, un composé cationique de haut poids moléculaire n'est pas avantageux en ce qui concerne la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion de sorte que l'énergie nécessaire pour l'émulsionnement et la dispersion 25 est plus élevée que dans les cas classiques Ainsi, un tel composé cationique de haut poids moléculaire n'émulsionne pas et ne disperse pas l'huile de laminage dans le liquide réfrigérant facilement au stade du réapprovisionnement de sorte qu'on n'obtient pas la concentration 30 recherchée En résultat, le réapprovisionnement doit amener plus d'huile de laminage qu'il n'était nécessaire et on se heurte au problème d'une augmentation du prix de l'huile de laminage En outre, on rencontre des ennuis 2549079, -5 tels qu'une variation du pouvoir lubrifiant étant donné que l'huile qui n'a pas été émulsionnée et dispersée mais qui flotte est entraînée sur un mode non uniforme dans le circuit de circulation. La présente invention a pour but de fournir des huiles de laminage à froid pour tôles d'acier, qui puissent se conformer a l'accélération du laminage ainsi qu'à la continuation de la production des tôles d'acier et avec lesquelles on puisse obtenir les avantages décrits plus haut de l'addition des composés cationiques de haut poids moléculaire et éliminer leurs inconvénients. Selon l'invention, la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion d'une huile de laminage dans un liquide réfrigérant est remarquablement rehaussée par 15 l'addition d'un surfactif non ionique à l'huile de laminage et, d'autre part, la stabilité d'émulsion et de dispersion de l'huile de laminage dans un liquide réfrigérant est très fortement rehaussée par l'addition à cette huile d'un composé cationique de haut poids moléculaire En vue 20 de ne pas inhiber la stabilité de l'émulsion et de la dispersion, le surfactif non ionique qu'on doit ajouter présente un indice d'amphipathie (I A) de 12 ou plus calculé par le procédé Atlas et la proportion ajoutée varie entre 0,1 et 5 %, de préférence entre 0,3 et 3 % Si la va25 leur I A est inférieure à 12, les effets des composés cationiques à haut poids moléculaire sont compromis En outre, si l'addition d'un tel surfactif non ionique est inférieure à 0, 1 %, on ne constate aucun effet alors qu'avec plus de 5 % d'addition, on empêche le composé cationique 30 à haut poids moléculaire de produire l'effet escompté. Le surfactif non-ionique contient des groupes hydrophiles et des groupes lipophiles, et l'indice d'am- -6 phipathie est le rapport numérique des groupes hydrophiles aux groupes lipophiles Une valeur I A plus élevée se traduit par une proportion pondérale plus élevée des groupes hydrophiles Dans la présente invention, on cal5 cule la valeur I A par le procédé Atlas Le surfactif non-ionique diminue la tension interfaciale et élargit l'interface même avec une agitation faible, de sorte que la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion est meilleure Cependant, étant donné que le surfactif nonionique existe dans l'interface entre les particules d'huile de laminage et l'eau, ce surfactif non-ionique qui est fortement adsorbé sur les particules d'huile de laminage empêche l'adsorption du composé cationique de poids moléculaire élevé sur les particules d'huile de la15 minage Plus le caractère lipophile est fort, c'est-à-dire plus l'indice I A du surfactif non-ionique est faible, plus d'adsorption sur les particules d'huile de laminage sera forte de sorte que le degré d'inhibition devient remarquable Quand le caractère lipophile baisse pour pré20 senter une valeur I A de 12 ou plus, le surfactif non-ionique présente une propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion dans le liquide réfrigérant, puis le surfactif se sépare des particules de laminage car son pouvoir d'adsorption sur les particules d'huile de laminage 25 est faible; en résultat, un composé cationique de haut poids moléculaire est facilement adsorbé sur les particules d'huile de laminage de sorte que le surfactif non-ionique compromet à peine les effets avantageux du composé cationique de haut poids moléculaire Cependant, il existe 30 un effet de concentration et quand l'addition du surfactif non-ionique dépasse 5 %, il détruit les effets avantageux du composé cationique de haut poids moléculaire. D'autres buts, caractéristiques et avantages de 2549079, l'invention ressortiront de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un graphique montrant l'effet de l'indice d'amphipathie (I A) du surfactif non-io5 nique sur la propriété d'émulsionnement et de dispersion la figure 2 est un graphique qui indique l'effet de l'addition d'un surfactif non-ionique sur la stabilité de l'émulsion et de la dispersion; et la figure 3 est un graphique qui indique chaque 10 répartition granulométrique pour les huiles testées et aussi pour les huiles comparatives. L'effet de l'addition d'un surfactif non-ionique à huile de laminage sur la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion est indiqué dans le Tableau I. Tableau I Quantité ajoutée i de surfactif nonionique (%) O 0,1 0,2 0,3 0,5 1 3 5 Propriété initiale d 'émulsionnement et de dispersion Nota: Composition de l'huile de laminage utilisée: Huile de base (matière à émulsionner): suif Surfactif non-ionique: monooléate de polyoxyéthylène-sorbitanne (OE: 20 moles I.A: 15,0) 2549079 ú -8- Estimation de la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion: t Très bonne O Bonne x Médiocre L'effet de la valeur I A d'un surfactif non-ionique sur la propriété d'émulsionnement et de dispersion est indiqué sur la figure 1 o la composition de l'huile testée est comme suit: Suif: 98 % Composé cationique de haut poids moléculaire: 1 % Surfactif non-ionique: 1 % % Comme il est évident à l'examen de la figure 1, 15 on obtient des résultats favorables quand la valeur I A est de 12 ou plus. L'effet de l'addition d'un surfactif non-ionique sur la stabilité de l'émulsion et de la dispersion est indiqué sur la figure 2 o la composition de l'huile tes20 tée est comme suit: Suif: % comolémen- - Composé cationique de haut P M. Surfactif non-ionique taire: 1 % x% % lComme surfactif non-ionique, on utilise le monooléate de polyoxyéthylènesorbitanne (OE: 20 moles, I A: 15,0), x% = O à 6 %l. -9 Comme il est évident à l'examen de la figure 2, on obtient des résultats favorables quand l'addition du surfactif non-ionique est de 5 % ou moins. La variation des grosseurs des particules appa5 raissant sur les figures 1 et 2 est déterminée par l'équation suivante: Variation de grosseur des particules (pm) = A B dans laquelle A désigne la granulométrie moyenne dans le cas d'une agitation à 10 000 t/min pendant 10 30 minutes à l'aide d'un homomélangeur, et B désigne la granulométrie moyenne dans le cas d'une agitation supplémentaire à 5.000 t/min pendant 30 minutes à l'aide d'un homomélangeur. Dans ce cas, la plus faible variation de la grosseur des particules correspond à la stabilité la plus favorable de l'émulsion et de la dispersion On effectue egalement ce même test à une concentration de 3 % et à une température de 600 C On utilise le sel d'acide acétique de méthacrylate de N,N-dim&thylaminoéthyle (poids moléculaire moyen '7 x 10) à titre de composé cationique de haut poids moléculaire. Parmi les surfactifs non-ioniques qu'on utilise dans la présente invention, on peut citer les éthers a 125 kyliques de polyoxyéthylène, les éthers alkylphényliques de polyoxyéthylène, les esters alkyliques de polyoxyéthylène, les esters alkyliques de polyoxyéthylène-sorbitanne et similaires ayant chacun une valeur I A de 12 ou plus par le procédé Atlas. D'une part, parmi les composés cationiques de -10 haut poids moléculaire de l'invention, on peut citer les sels d'un acide organique tel que l'acide formique, acétique, propionique ou similaire, ou d'un acide minéral tel que l'acide phosphorique, borique ou similaire de polyméthacrylates (ou polyacrytates) de N,N-dialkylaminoalkyle, de N,Ndialkylaminoalkyl-polyméthacrylamides (ou polyacrylamides), des polyaminesulfones, des polyéthylèneimines, des acides polyacryliques (ou acides polyméthacryliques), des hydrazides et des U-N,N-diméthylaminopo10 ly-' -capramides et similaires. Les exemples suivants servent à illustrer l'invention sans aucunement en limiter la portée. On observe la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion (le résultat est indiqué dans le 15 Tableau II) en se basant sur une estimation visuelle à l'aide d'un appareil à tester le désémulsionnement (agitation: 1500 t/min) en utilisant chaque huile testée (concentration 10 %, température 60 C) comme on le verra par la suite En outre, on observe la stabilité de l'é20 mulsion et de la dispersion en mesurant la distribution granulométrique et la grosseur moyenne des particules en ce qui concerne les particules d'huile de laminage après agitation d'une huile testée à une concentration de 3 % et à une température de 60 C à 10 000 t/min pendant 30 minutes à l'aide d'un homomélangeur, ainsi que la répartition granulométrique et la grosseur moyenne des particules de l'huile de laminage après une nouvelle agitation de l'huile testée à une vitesse beaucoup plus faible de 5.000 t/min pendant 30 minutes de plus en utilisant un 30 compteur Coulter Les résultats concernant la grosseur moyenne des particules et la distribution granulométrique qu'on obtient après une telle mesure sont indiqués dans -11 le Tableau II et sur la figure 3 respectivement On effectue la même mesure sur chaque huile comparative et les résultats apparaissent également dans le Tableau II et sur la figure 3 respectivement. Huile testée 1 parties Suif 98 Monooléate de polyoxyéthylène-sorbitanne (OE: 20 moles, I A: 15,0) 1 Sel d'acide acétique de polyméthacrylate 10 de N,N-diméthylaminoéthyle (P M moyen: 7 x 104) Huile testée 2 Suif 98 Stéarate de polyoxyéthylène (OE: 30 moles, I A: 16,0) 1 Sel d'acide acétique de polyméthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle (P M moyen: 7 x 104) Huile comparative 1 Suif 99 Sel d'acide acétique de polyméthacrylate de N,N-diméthylaminoéthyle (P M moyen: 7 x 104) Huile comparative 2 Suif 98 Trioléate de polyoxyéthylénesorbitanne (OE: 20 moles, I A: 11,0) 1 Sel d'acide acétique de polyméthacrylate de N,Ndiméthylaminoéthyle (P M moyen: 30 7 x 104) 1 -12 Tableau II 15 Propriété initiale Stabilité d'émulsion et de d'émulsionnement dispersion et de dispersion Grosseur moyenne Grosseur moyenne des particules des particules (prm) à 10 000 (pàn) à 5 000 t/min t/min huile testée 1 i 7,8 7,8 huile testée 2 7,7 7,9 uile compaative 1 x 7,9 7,9 huile comparative 2 4,7 6,7 Il ressort de ce Tableau II qu'aussi bien l'huile 1 et l'huile 2 sont excellentes en ce qui concerne la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion et aussi la stabilité de l'émulsion et de la dispersion, tandis que l'huile comparative 1 est excellente pour ce qui est la stabilité d'émulsion et de dispersion mais médiocre pour ce qui est de la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion et l'huile comparative 2 est excellente pour sa propriété initiale d'émulsionne25 ment et de dispersion mais la stabilité de l'émulsion et de la dispersion est médiocre. -13 Alors que dans les exemples, on utilise du suif comme huile de base, l'invention n'est pas limitée à l'emploi de cette matière et, bien entendu, l'invention englobe les diverses modifications dans lesquelles des huiles variées de laminage contenant des huiles mélangées ou des agents d'amélioration de l'onctuosité sont utilisées. Comme décrit plus haut, étant donné que l'huile de laminage à froid pour toues d'acier selon l'invention 10 contient un composé cationique de haut poids moléculaire et un slurfactif non-ionique ayant une valeur I A de 12 ou plus à titre d'a-ents d'émulsionnement et de dispersion, on benéficie d'avantages importants, à savoir que.les particules d'huile de laminage deviennent relative15 ment plus grosses, la propriété initiale d'émulsionnement et de dispersion et la stabilité de l'émulsion et de dispersion sont excellentes, ce qui permet un laminage à grande vitesse et la fabrication en continu de t 8 les d'acier, avec une éléevation correspondante de la productivité. -14 REVENDICATIONS 1 Huile de laminage à froid pour tôles d'acier, caractérisée en ce qu'elle comprend, à titre d'agents d'émulsionnement et de dispersion, un composé cationique de haut poids moléculaire et 0,1 à 5 % d'un surfactif non-ionique ayant un indice d'amphipathie de 12 ou plus. 2 Huile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend, à titre de surfactif non-ionique, une, deux ou plusieurs matières choisies parmi les éthers 10 aikyliques de polyoxyéthylène, les éthers alkylphényli ques de polyoxyéthy 11 ne, les esters alkyliques de polyoxyéthylène et les esters alkyliques de polyoxyéthylènesorbitanne. 3 Huile selon la revendication 1, caractérisée 15 en ce qu'elle comprend, à titre de composé cationique de haut poids moléculaire, une, deux ou plusieurs matières choisies parmi les sels d'un acide organique tels que l'acide formique, acétique, propionique ou similaire ou d'un acide minéral tel que l'acide phosphorique, borique 20 ou similaire de polyméthacrylates (ou polyacrylates) de N,N-dialkylaminoalkyle, de N,N-dialkylaminoalkylpolyméthacrylamides (ou polyacrylamides), de polyaminesulfones, de polyéthylèneimines, d'acide polyacrylique (ou polyméthacrylique), d'hydrazides et de -L,N,Ndiméthylaminopoly25 c capramides et similaires. 4 Huile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins l'une des huiles suivantes: huiles animales, huiles végétales, esters synthétiques et huiles minérales. -15 Huile selon la revendication 1, caract 6 risée en ce qu'elle comprend au moins un additif choisi parmi les agents d'amélioration de l'onctuosité, les additifs de pression extrême, les anti-oxydants et similaires.