Brevet FR3059677A1 — publié le 20180608

Composition lubrifiante comprenant des mono-éthers de glycérol L'invention concerne le domaine des modificateurs de frottements, et notamment des modificateurs de frottements organiques. Plus particulièrement, l'invention concerne une composition lubrifiante comprenant un modificateur de frottement choisi parmi les mono- éthers de glycérol. L'invention concerne également l'utilisation de cette composition lubrifiante pour lubrifier un moteur. Un des objectifs majeurs de l'industrie automobile actuelle est à la réduction de consommation de carburant des moteurs, en particulier des moteurs de véhicules automobiles, et ainsi l'amélioration du « Fuel Eco » des véhicules. Diminuer les frottements dans un moteur est un moyen efficace de parvenir à une économie de carburant. Ainsi, de nombreuses recherches ont été menées sur les modificateurs de frottement. Parmi les modificateurs de frottement, quatre grands groupes se distinguent : les nanoparticules, les polymères, les composés organomolybdène et les molécules organiques. Si les nanoparticules et les polymères sont peu utilisés aujourd'hui, ce n'est pas le cas des composés organomolybdène qui représentent la famille la plus importante de modificateurs de frottement. Le modificateur de frottement inorganique le plus connu et le plus utilisé est le dithiocarbamate de molybdène (MoDTC). Ces modificateurs de frottements inorganiques, bien que très efficaces, présentent certains inconvénients. En effet, ils peuvent induire un certain encrassage et une corosion des pièces du moteur. Par ailleurs, ils ne sont actifs qu'à haute température et peuvent détériorer certains type de surface en carbone amorphe (DLC). En outre, d'un point de vue écologique, il est nécessaire de réduire la teneur en éléments soufrés ou phosphorés des compositions lubrifiantes utilisées. Ainsi, les modificateurs de frottement organiques sont étudiés et classiquement utilisés. Il est apparu que les esters de glycérol étaient efficaces, et en particulier le mono-oléate de glycérol est le plus utilisé commercialement. Il présente les avantages de ne pas contenir de cendres, de phosphore ou de soufre et d'être produit à partir de matières premières renouvelables. Toutefois ses propriétés en tant que modificateur de frottement sont inférieures à celles du dithiocarbamate de molybdène. L'utilisation des éthers de glycérol en tant que modificateur de frottement est également connue. Ainsi, la demande JPS5925890 décrit l'utilisation d'éthers de glycérol comprenant une chaîne alkyle comprenant de 4 à 28 atomes de carbone. La demande JP2000273481 3059677 2 décrit également l'utilisation des éthers de glycérol comprenant une chaîne alkyle comprenant plus de 14 carbones en tant que modificateurs de frottement. Il existe donc un intérêt à proposer de nouveaux modificateurs de frottement permettant de gagner en efficacité. 5 Ainsi, un objectif de la présente invention est de fournir un modificateur de frottement ainsi qu'une composition lubrifiante comprenant ce modificateur de frottement palliant tout ou partie des inconvénients précités. Un autre objectif de la présente invention est de fournir un modificateur de frottement 10 organique issu de matières premières renouvelables qui n'a pas les défauts du MoDTC et qui est efficace à basse température. Un autre objectif encore de la présente invention est de fournir une composition lubrifiante permettant de diminuer le frottement et donc réduire la consommation de carburant de ce moteur, de préférence de véhicule automobile. 15 La présente invention a ainsi pour objet une composition lubrifiante comprenant : au moins une huile de base ; et au moins un mono-éther de glycérol caractérisé en ce que l'une des fonctions alcool du glycérol forme une fonction éther avec un groupe R 20 alkyle ou alkylène, linéaire ou ramifié, comprenant de 5 à 8 atomes de carbone, de préférence de 6 à 7 atomes de carbone, de préférence 6 atomes de carbone. De façon avantageuse, le groupe R du mono-éther de glycérol selon l'invention forme une 25 liaison éther avec n'importe quel atome d'oxygène du glycérol, qu'il soit lié à un des deux carbones primaires ou au carbone secondaire du glycérol. De manière avantageuse selon l'invention, le mono-éther de glycérol est choisi parmi les mono-éthers de glycérol de formule (I) ou (Il), pris seuls ou en mélange : OH OR HO OR HO OH 30 (I) 3059677 3 dans lesquels R représente un groupe alkyle ou alkylène, linéaire ou ramifié, comprenant de 5 à 8 atomes de carbone, de préférence de 6 à 7 atomes de carbone, de préférence 6 atomes de carbone. 5 De préférence, le mono-éther de glycérol selon l'invention est choisi parmi les composés de formule (I). De préférence, le mono-éther de glycérol selon l'invention est choisi parmi les composés de formule (II). De préférence, le mono-éther de glycérol selon l'invention est un mélange d'au moins un 10 composé de formule (I) et d'au moins un composé de formule (II). Avantageusement, la composition lubrifiante selon l'invention comprend de 0,01% à 5% en masse de mono-éther de glycérol selon l'invention par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante. De manière préférée, la composition lubrifiante comprend de 15 0,01% à 2% en masse, de préférence de 0,1% à 1,5% en masse de mono-éther de glycérol tel que définit auparavant, par rapport à la masse totale de la composition lubrifiante. Les mono-éthers de glycérol selon l'invention peuvent être obtenus par toute technique 20 connue de l'homme du métier. Notamment, une voie de synthèse préférée pour la préparation des mono-éthers de glycérol de l'invention consiste en la réaction entre le glycérol et un alcool ROH, R ayant la définition donnée ci-dessus. La réaction d'éthérification entre le glycérol et un alcool est de préférence mise en oeuvre en présence d'un catalyseur acide, de préférence un catalyseur hétérogène acide ou un 25 catalyseur homogène acide. De préférence, les catalyseurs hétérogènes acides sont choisis parmi les zéolithes, des résines ou des oxydes d'alumine. Parmi les résines on peut notamment citer les résines polymères perfluorées tel que le Nafion® NR50, les résines échangeuses de cations tel que le Dowex 50wx8, ou parmi les 30 résines échangeuses d'ions aux propriétés acides telles que les Amberlyst® 15 et 36. Parmi les zéolithes on peut notamment citer les mordénites, les zéolithes ZMS-5 de type MFI, les zéolithes BEA ou les faujasites. De préférence, le catalyseur hétérogène acide est une zéolithe, de préférence une zéolithe de type mordénite, de préférence une mordénite avec un rapport Si/AI de 11. 3059677 4 De préférence, les catalyseurs acides homogènes sont choisis parmi l'acide phosphorique, l'acide para-toluènesulfonique (APIS) et l'acide triflique. De préférence le catalyseur homogène acide est l'acide para-toluènesulfonique (APIS). 5 De manière avantageuse selon l'invention et dans le but de privilégier la synthèse du mono-éther de glycérol, la quantité de catalyseur homogène acide mise en jeu dans la réaction est comprise entre 1% et 10 % molaire par rapport à la teneur en glycérol, de préférence elle est comprise entre 1% et 2,5% molaire. De manière avantageuse, la quantité de catalyseur hétérogène mise en jeu dans la réaction est comprise entre 1 et 10 5% molaire par rapport à la teneur en glycérol, de préférence elle est de 3,5% molaire. Le rapport molaire alcool/glycérol est optimisé afin d'obtenir le meilleur rendement possible en mono-éther de glycérol tout en limitant les réactions secondaires de formation d'oligomères de glycérol. De préférence, le rapport molaire alcool/glycérol est compris entre 1/6 et 3/1, de préférence il est de 1/1. 15 La réaction d'éthérification peut également, dans un autre mode de réalisation, être réalisée à partir du di-éther issu de la réaction de l'alcool sur lui-même. La réaction d'éthérification du glycérol peut être menée dans tout type de réacteur connu de l'homme du métier. De manière avantageuse, elle est menée en autoclave. Les conditions de température, pression et la durée de réaction d'éthérification du glycérol 20 peuvent être déterminées de manière usuelle par l'homme du métier. De manière avantageuse, la réaction est menée à une température comprise entre 80 et 200°C, de préférence comprise entre 130 et 160°C, par exempleelle est menée à 150°C. De manière avantageuse selon l'invention, la réaction est menée pendant au moins 5 heures, de préférence pendant 5 à 48 heures. La durée de réaction peut être égale à 24 25 heures ou 48 heures. De manière avantageuse selon l'invention, le procédé comprend une étape de purification. Cette étape de purification peut comprendre les étapes suivantes : extraction liquide-liquide et/ou distillation fractionnée sous pression réduite. L'extraction liquide-liquide est menée en présence d'un couple de solvants, déterminable de manière usuelle 30 par l'homme du métier. De préférence, le couple acétonitrile/heptane peut être employé. De manière avantageuse, au moins une extraction liquide-liquide est menée, de préférence au moins deux. De manière encore plus préférée, trois extractions liquide-liquide sont réalisées. 35 De manière préférée selon l'invention, pendant l'étape de distillation, l'alcool initial et le mono-éther de glycérol sont séparés. 3059677 5 De manière avantageuse, le procédé selon l'invention permet d'obtenir sélectivement des mono-éthers de glycérol. La composition lubrifiante selon l'invention comprend au moins une huile de base. 5 La ou les huiles de base utilisée(s) dans les compositions lubrifiantes selon l'invention peuvent être choisies dans une large gamme. L'huile de base de la composition lubrifiante utilisée selon l'invention peut notamment être choisie parmi des huiles minérales, synthétiques ou naturelles, bio-sourcées, animales, végétales connues de l'homme du métier. 10 La ou les huiles de base selon l'invention peuvent être des huiles d'origine minérale ou synthétique, choisies parmi les huiles des groupes I à V selon les classes définies dans la classification API (ou leurs équivalents selon la classification ATIEL) (tableau A), seules ou en mélanges. Teneur en Teneur en Indice de saturés soufre viscosité (VI) Groupement I Huiles minérales 0,03 % 80 VI REVENDICATIONS1. Composition lubrifiante comprenant : - au moins une huile de base ; et - au moins un mono-éther de glycérol caractérisé en ce que l'une des fonctions alcool du glycérol forme une fonction éther avec un groupe R alkyle ou alkylène, linéaire ou ramifié, comprenant de 5 à 8 atomes de carbone. 2. Composition lubrifiante selon la revendication 1 comprenant : - au moins une huile de base ; et - au moins un mono-éther de glycérol de formule (I) ou (II), pris seul ou en mélange OH OR HOOR HOOH (I) (Il) dans lequel R représente un groupe alkyle ou alkylène, linéaire ou ramifié, comprenant de 5 à 8 atomes de carbone. 3. Composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2 dans laquelle R représente un groupe alkyle ou alkylène, linéaire ou ramifié comprenant de 6 à 7 atomes de carbone. 4. Composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 dans laquelle R représente un groupe alkyle ou alkylène, linéaire ou ramifié comprenant 6 atomes de carbone. 5. Composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 comprenant de 0,01% à 5% en masse, de préférence de 0,01% à 2% en masse, de préférence de 0,1 à 1,5% en masse de mono-éther de glycérol défini selon les revendications 1 à 4. 3059677 19 6. Utilisation d'une composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour lubrifier un moteur, de préférence un moteur de véhicule automobile. 5 7. Utilisation d'une composition lubrifiante selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 pour diminuer le frottement dans un moteur, de préférence un moteur de véhicule automobile. 8. Utilisation d'une composition lubrifiante selon l'une quelconque des 10 revendications 1 à 5 pour réduire la consommation de carburant d'un moteur, de préférence un moteur de véhicule automobile. 9. Utilisation d'un mono-éther de glycérol tel que défini selon l'une quelconque des revendications 1 à 4 dans une composition lubrifiante pour diminuer le 15 frottement dans un moteur ou pour réduire la consommation de carburant d'un moteur, de préférence un moteur de véhicule automobile . 10. Méthode de lubrification d'un moteur de véhicule automobile comprenant la mise en oeuvre d'une composition lubrifiante selon l'une quelconque des 20 revendications 1 à 5.