Brevet FR2593514A1 — publié le 19870731

COMPOSITION LUBRIFIANTE DE TRAVAIL DES METAUX COMPRENANT UNE HUILE MINERALE ET UN ESTER D'ALKOXYALKYLE Arrière-plan de l'invention La présente invention a pour objet des compositions lubrifiantes et plus spécifiquement des émulsions lubrifiantes comprenant une huile minérale et de l'eau qui conviennent à l'utilisation dans des opérations de travail des métaux telles que par exemple le laminage à froid et le laminage à chaud de l'aluminium et des alliages d'aluminium. Dans le laminage de métaux tels que l'aluminium et les alliages d'aluminium, il est habituel d'inonder les cylindres et la pièce laminée par un agent de refroidissement pour évacuer la chaleur dégagée dans l'opération. Il est également habituel d'utiliser un agent de refroi- dissement et une émulsion qui comprend de l'eau, une huile minérale et divers additifs facilitant le roulement de la charge et réduisant le frottement entre les cylindres et la pièce laminée. Pour présenter de bonnes performances dans l'industrie, le fluide lubrifiant doit satis- faire à plusieurs exigences importantes. On peut exiger un lubrifiant satisfaisant destiné au travail des métaux, qu'il ait des propriétés anti-corrosives et qu'il soit stable dans les conditions opératoires. En outre, le lubrifiant ne doit pas produire de dépôts sur les cylindres et la pièce laminée pendant l'opé- ration de laminage. Ces dépôts proviennent du séchage du fluide et ils sont difficiles à enlever. D'autres exigences importantes résident dans la nécessité d'éviter une formation excessive de mousse et d'obtenir une émulsion suffisamment stable pour mouiller l'outil et la pièce laminée. On connaît dans l'art antérieur des émulsions lubrifiantes qui contiennent de l'eau et une huile minérale. Cependant, il est toujours nécessaire d'améliorer les performances de ces émulsions lubrifiantes. Le but principal de l'invention est de fournir une émulsion lubrifiante convenant au laminage des métaux et peu enclin à former des 259 3 5 1 4 dépôts sur les cylindres et la pièce laminée pendant l'opération de laminage dans laquelle l'on utilise cette émulsion soit réduite. C'est encore un but de la présente invention de fournir une composition lubrifiante à base d'huile minérale dans laquelle un ester d'alkoxyalkyle constitue le principal additif conférant la résistance du film. D'autres buts et avantages de l'invention apparaitront à l'homme de l'art à.la lecture de la description détaillée qui va suivre. Résumé de l'invention La présente invention a donc pour objet une composition lubri- fiante qui comprend en majorité une huile minérale et en minorité un ester d'alkoxyalkyle. L'ester a la formule: R2COO(CH2CH20)nR1 dans laquelle: n = 1 ou 2, R1 représente un groupe alkyle en C1 à C8; et R2 représente un groupe alkyle ou alkényle en C7 à C19. Une émulsion lubrifiante destiné au travail des métaux se prépare en émulsionnant environ 2 à 10% en poids de la composition dans environ 90 a 98% en poids d'eau. Une émulsion que l'on préfère est constituée d'environ 3 à 7% en poids de la composition émulsionnée dans environ 93 à 97% en poids d'eau. Une émulsion que l'on préfère particulièrement est constituée d'environ 5% en poids de la composition dans environ 95% en poids d'eau. La composition lubrifiante comprend environ 60 à 95% en poids d'huile minérale et environ 5 à 40% en poids d'ester, habituellement environ 60 à 80% en poids d'huile minérale et environ 20 à 40% en poids d'ester et de préférence environ 65 à 75% en poids d'huile minérale et environ 25 à 35% en poids d'ester. Une composition que l'on préfère particulièrement comprend environ 30% en poids d'ester dissous dans environ 70% en poids d'huile minérale. Dans l'ester, R1 peut de préférence représenter un groupe alkyle à chalne droite saturée en C4 à C8. Le groupe R2 peut de préférence représenter un groupe alkyle ou alkényle à chaîne droite en Cil à C17 et il représente de préférence un groupe alkyle saturé ou alkényle mono- insaturé en C17. Quelques esters d'alkoxyalkyles que l'on préfère selon l'invention sont les: stéarate de butoxyéthyle, oléate de butoxyéthyle, stéarate de méthoxyéthyle et oléate de méthoxyéthyle. On préfère parti- culièrement le stéarate de butoxyéthyle. Quelques autres esters qui conviennent sont les suivants: octanoate de méthoxyéthoxyéthyle; 2octénoate de méthoxyéthoxyéthyle; décanoate de méthoxyéthoxyéthyle; 10undécanoate de méthoxyéthoxyéthyle; laurate de méthoxyéthoxyéthyle; oléate de méthoxyêthoxyéthyle; laurate de méthoxyéthyle; laurate d'éthoxyéthyle; laurate de butoxyéthyle; laurate de diéthoxyéthyle; laurate de butoxyêthoxyéthyle; octanoate de méthoxyéthyle; et 2-octê- noate de mêthoxyéthyle. Ces esters d'alkoxyalkyles ont typiquement un indice d'acide inférieur à environ 1 mg KOH/g d'ester. Une émulsion que l'on préfère particulièrement ne contient sensi- blement pas d'acides gras, d'esters d'acides gras, ni de savons. La composition lubrifiante peut encore être constituée d'environ % en poids d'un acide mono- ou dicarboxylique en C8 à C40, de préfé- rence d'environ 0,5 à 4% en poids. Une proportion d'environ 3% en poids d'acides gras est convenable. Quelques acides acceptables sont par exemple: l'acide laurique, l'acide isostéarique, l'acide oléique, l'acide palmitique et les "acides dimères". L'acide peut être présent sous forme libre ou salifiée avec une amine convenable telle que par exemple la triéthanolamine. Description d'un mode de réalisation préféré On a trouvé que l'émulsion lubrifiante destiné au travail des métaux selon l'invention était utile pour les opérations de fabrication des métaux, y compris le laminage, l'étirage, l'emboutissage et pour l'usage de métaux ferreux et non ferreux. L'émulsion convient particu- lièrement au laminage à chaud et au laminage à froid de l'aluminium et des alliages d'aluminium sous forme de feuille et de tôle. Le terme "laminage à chaud" se rapporte à un laminage qui a lieu à une température initiale du métal d'approximativement 232 à 538 C (450 à 1 000 F) pour les alliages d'aluminium. On utilise de façon typique le laminage à chaud pour réduire des barreaux d'alliage d'aluminium de plusieurs pouces d'épaisseur en feuilles dont l'épaisseur est d'environ 0,32 cm (1/8 pouce). Le terme "laminage à froid" se rapporte à un laminage dans lequel la température initiale du métal est comprise entre la température ambiante et environ 232 C (450 F) pour les alliages d'aluminium. La température initiale du métal est d'habitude au voisinage de la 4 2593 5 1 4 température ambiante. On utilise de façon typique le laminage pour réduire l'épaisseur 0,32 cm environ (1/8 pouce) de feuilles d'alliage d'aluminium. Le principal constituant de la composition lubrifiante selon l'invention est une huile minérale. Une huile de pétrole légère dont la composition lui confère une viscosité d'environ 3 à 5 cSt à 40 C est celle que l'on préfère pour le laminage à froid. Une huile plus lourde doit être choisie pour le laminage a chaud en vue de produire une composition lubrifiante dont la viscosité est d'environ 29 à 76 cSt à 40 C. La composition lubrifiante comprend également une proportion mineure d'un ester d'alkoxyalkyle dont la formule générale est: R2COO(CH2CH20)nRi dans laquelle: n = 1 ou 2; R1 représente un groupe alkyle en C1 à C8; et R2 représente un groupe alkyle ou alkényle en C7 à C19. Quelques esters que l'on préfère sont par exemple: le stéarate de butoxyéthyle, l'oléate de butoxyéthyle, le stbarate de méthoxyéthyle et l'oléate de méthoxyéthyle. L'ester est soluble dans l'huile minérale et il joue le rôle d'additif de renforcement du film. Le stéarate de butoxyéthyle est un ester que l'on préfère particu- lièrement. Cet ester disponible dans le commerce a un point de congéla- tion de 14 C, un point d'ébullition supérieur à 200 C et une viscosité de 11 cp à 25 C. La composition lubrifiante comprend environ 5 à 40% en poids d'ester, de préférence de 25 à 35% en poids, dissous dans une huile minérale. Les compositions contenant environ 30% en poids d'ester dissous dans environ 70% en poids d'huile minérale sont celles que l'on préfère particulièrement. Environ 2 à 10% en poids de la composition décrite ci-dessus sont émulsionnés dans environ 90 à 98% en poids d'eau pour former une émul- sion lubrifiante destinée au travail des métaux. La phase huileuse de l'émulsion peut éventuellement contenir environ 0,5 à 4% en poids d'un acide mono- ou dicarboxylique en C8 à C40. L'acide oléique, l'acide isostéarique et l'acide laurique sont des acides monocarboxyliques convenables et l'acide linoléique dimérisé 2593 5 14 représente un acide dicarboxylique convenable. Les acides gras diméres sont disponibles dans le commerce sous le nom "d'acides dimères" et contiennent habituellement un total d'environ 32 a 36 atomes de carbone. Ces acides résultent de la dimérisation des acides gras poly-insaturés contenant de 16 à 18 atomes de carbone. Par exemple, le terme "acides diméres en C16 a C18" se rapporte à un produit de dimérisation dispo- nible dans le commerce d'un mélange d'acides gras poly-insaturés en C16 a C18. L'acide gras peut être présent dans l'émulsions sous forme libre ou il peut être salifié par une alkanolamine soluble dans l'eau. Quel- ques alkanolamines convenables sont par exemple les: monoéthanolamine, diéthanolamine, triéthanolamine, diméthyléthanolamine, diéthyl-éthanol- amine, amino-éthyl-éthanolamine, méthyl-diéthanolamine, N-acétyl- éthanolamine, phényléthanolamine, phényldiéthanolamine, mono-, di- et triisopropanolamine, et des mélanges de l'une quelconque des alkanol- amines précédentes. Les alkanolamines que l'on préfère sont la trié- thanolamine, le diéthanolamine et l'éthyldiisopropanolamine. Lorsque l'on ajoute une alkanolamine, elle constitue en général environ 0,4 à 3,5% en poids de la phase dispersée. L'émulsion lubrifiante destinée au travail des métaux peut également comprendre d'autres additifs qui sont souhaitables dans certaines conditions. Ces additifs comprennent des biocides, des agents anti-oxydants, des agents anti-corrosion et des agents tensio-actifs. Deux émulsions lubrifiantes destinées au travail des métaux sont décrites dans les exemples suivants. EXEMPLE 1 huile minérale................. 70% en poids stéarate de butoxyéthyle..... 30% en poids..DTD: EXEMPLE 2 30. huile minérale................. 77% en poids stéarate de butoxyéthyle. .... 20% en poids acide oléique.................. 3% en poids Les compositions des exemples 1 et 2 sont chacune émulsionnées dans de l'eau dans la proportion d'environ 5% en poids de la composition pour environ 95% en poids d'eau. L'émulsion lubrifiante destinée au travail des métaux préparée à partir de la composition de l'exemple 1 a été testée sur un laminoir à cylindres Stanat en laminant à froid des..DTD: 6 2593514 feuilles des alliages d'aluminium 1100-0 et 5182-0. L'émulsion de l'exemple 1 a été comparée avec une émulsion de l'art antérieur conte- nant un acide gras, un ester d'acide gras et une huile minérale. La réduction des forces exercées sur le cylindre et la qualité de la surface (brillance/tâches) obtenues par emploi de l'émulsion de l'exemple 1 sont équivalentes ou supérieures à celles obtenues par emploi d'émulsions de laminage à froid traditionnelles contenant toutes des acides gras. Les exemples précédents ne sont pas limitatifs. Plusieurs autres modifications et modes de réalisation de la présente invention viendront à la pensée de l'homme de l'art sans s'écarter de l'esprit et de la portée des revendications suivantes. 2593 5 14 REVENDICATIONS 1.- Emulsion lubrifiante comprenant: (a) environ 90 à 98% en poids d'eau; et (b) environ 2 a 10% en poids d'une composition lubrifiante émulsionnée dans l'eau, cette composition comprenant environ 60 à 95% en poids d'huile minérale et environ 5 a 40% en poids d'un ester d'alkoxy- alkyle dont la formule est: R2COO(CH2CH20)nR1 dans laquelle: n = 1 ou 2 R1 représente un groupe alkyle en C1 à C8; et R2 représente un groupe alkyle ou alkényle en C7 à C19. 2.- Emulsion selon la revendication 1, comprenant environ 3 à 7% en poids de la composition lubrifiante émulsionnée dans environ 93 à 97% en poids d'eau. 3.- Emulsion selon la revendication 1, comprenant environ 5% en poids de composition lubrifiante dispersée dans environ 95% en poids d'eau. 4.Emulsion selon la revendication 1, comprenant environ 65 à 75% en poids d'huile minérale et environ 25 à 35% en poids de l'ester. 5.- Emulsion selon la revendication 1, dans laquelle R1 représente un groupe alkyle à chaine droite saturée en C4 à C8. 6.- Emulsion selon la revendication 1, dans laquelle R1 représente un groupe butyle. 7.- Emulsion selon la revendication 1, dans laquelle R2 représente un groupe alkyle ou alkényle à chaîne droite en C1l à C17. 8.- Emulsion selon la revendication 1, dans laquelle R2 représente un groupe alkyle saturé ou un groupe alkényle en C17 comportant une insaturation. 9.- Emulsion selon la revendication 1, dans laquelle cet ester d'alkoxyalkyle est choisi dans le groupe constitué par: le stéarate de butoxyéthyle, l'oléate de butoxyéthyle, le stéarate de méthoxyéthyle et l'oléate de méthoxyéthyle. 10.- Emulsion selon la revendication 1, dans laquelle cet ester d'alkoxyalkyle est le stéarate de butoxyéthyle. 11.- Composition selon la revendication 1, complétée par: (c) moins de 10% environ en poids (par rapport au poids de la composi- tion) d'un acide mono- ou dicarboxylique en C8 à C40. 12.- Emulsion selon la revendication 11, dans laquelle cet acide constitue environ 0,5 à 4% en poids de la composition. 13.- Emulsion selon la revendication 11, dans laquelle cet acide constitue environ 3% en poids de la composition. 14.- Emulsion selon la revendication 13, dans laquelle cet acide comprend l'acide oléique. 15.- Emulsion selon la revendication 11, ne contenant sensiblement pas d'acides gras, ni d'esters d'acides gras, ni de savons. 16.- Composition lubrifiante comprenant: (a) environ 60 à 95% en poids d'huile minérale, (b) environ 5 à 40% en poids d'un ester d'alkoxyalkyle dont la formule est: R2COO(CH2CH20)nR1 dans laquelle: n = 1 ou 2 R1 représente un groupe alkyle en C1 à C8; et R2 représente un groupe alkyle ou alkényle en C7 à C19; et (c) environ 0,5 à 1% en poids d'un acide monoou dicarboxylique en C8 à C40. 17.- Composition selon la revendication 16, dans laquelle cet ester est choisi dans le groupe constitué par: le stéarate de butoxyéthyle, l'oléate de butoxyéthyle, le stéarate de méthoxyéthyle et l'oléate de méthoxyéthyle. 18.- Composition selon la revendication 16, dans laquelle cet acide constitue environ 0,5 à 4% en poids de la composition. 19.- Composition selon la revendication 16, dans laquelle cet acide comprend l'acide oléique. 20.- Procédé de travail des métaux consistant à: (a) appliquer à un objet métallique une émulsion lubrifiante préparée selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, ou une composi- tion lubrifiante préparée selon l'une quelconque des revendica- tions 16 à 19; et (b) effectuer une opération de travail des métaux sur cet objet.