Brevet FR3127953A1 — publié le 20230414

Composé spiro comme additif détergent dans des lubrifiants destinés à des systèmes de motorisation La présente demande concerne l’utilisation, à titre d’additif détergent dans une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, d’un composé spiro de formule (I) dans laquelle M est un atome choisi parmi le bore et l’aluminium ; R représentent, indépendamment l’un de l’autre, un groupement hydrocarboné comprenant de 1 à 50 atomes de carbone ; et n1 et n2 valent, indépendamment l’un de l’autre, 0, 1 ou 2. Elle concerne également certains composés de formule (I), une composition lubrifiante destinée à la lubrification d’un système de motorisation, comprenant une ou plusieurs huiles de base et au moins un composé spiro de formule (I) ainsi qu’un procédé de lubrification d’un système de motorisation mettant en œuvre une telle composition. Composé spiro comme additif détergent dans des lubrifiants destinés à des systèmes de motorisation La présente invention concerne le domaine des compositions lubrifiantes, notamment des compositions lubrifiantes pour la lubrification des systèmes de motorisation, mobiles ou stationnaires, notamment des moteurs essence, Diesel, à gaz (naturel liquéfié, comprimé ou à hydrogène) ou dual fuel, en particulier de véhicules automobiles légers et poids lourds. Elle concerne plus particulièrement l’utilisation de composés spiro spécifiques à titre d’additifs détergents dans des compositions lubrifiantes destinées à la lubrification de ces systèmes de motorisation. De manière avantageuse, l’invention permet d’accéder à un lubrifiant possédant une teneur amoindrie en détergents métalliques classiquement mis en œuvre dans le domaine des lubrifiants et, par conséquent, présentant un taux de cendres, notamment de cendres sulfatées, réduit, tout en maintenant de bonnes propriétés de détergence. Les compositions lubrifiantes, dites encore « les lubrifiants », sont communément mises en œuvre dans les moteurs à des fins principales de réduction des forces de frottement entre les différentes pièces métalliques en mouvement dans les moteurs. Elles sont en outre efficaces pour prévenir une usure prématurée voire un endommagement de ces pièces, et en particulier de leur surface. Pour ce faire, une composition lubrifiante est classiquement composée d’une huile de base à laquelle sont généralement associés plusieurs additifs, comme par exemple des additifs modificateurs de frottement, dédiés à stimuler les performances lubrifiantes de l’huile de base, mais aussi à procurer des performances supplémentaires. De fait, les lubrifiants destinés à la lubrification des moteurs, par exemple des moteurs Diesel, doivent satisfaire plusieurs exigences. Ils doivent ainsi combiner de bonnes performances anti-usure, anti-corrosion, ainsi que de bonnes propriétés de détergence et de dispersion pour réduire la formation de dépôt. En particulier, il est indispensable que les lubrifiants, notamment pour des moteurs à essence, Diesel, à gaz (naturel liquéfié, comprimé ou à hydrogène) ou dual fuel, possèdent de bonnes propriétés de détergence. De fait, la combustion incomplète du carburant produit des suies qui peuvent entraîner des dépôts de boues, ainsi que des dépôts de carbone et de vernis. Dans le cas de carburants gazole ou essence, le soufre résiduel dans le carburant brûle dans la chambre de combustion pour produire des acides dérivés du soufre. Ces acides sont responsables de la corrosion et de l’usure dans le moteur et accélèrent la dégradation de l’huile. Des additifs détergents sont ainsi ajoutés aux huiles de base pour éviter la formation de dépôts à la surface des pièces métalliques, nocifs pour le moteur, par dissolution des produits secondaires d’oxydation et de combustion, et ainsi augmenter la durée de vie du moteur. Les additifs détergents couramment employés sont des sels métalliques, notamment des sulfonates, phénates, salicylates de métaux alcalins, en particulier de calcium ou magnésium, surbasés ou non. Cependant, ces détergents métalliques sont générateurs de cendres. Il est connu que les cendres, notamment sulfatées, ainsi que le phosphore et le souffre, peuvent endommager les systèmes de post-traitement des gaz d’échappement qui équipent désormais tous les nouveaux véhicules pour éliminer les émissions nocives telles que les NOx, le CO ou les suies. Or, les réglementations existantes et proposées sur les émissions environnementales obligent les constructeurs à développer des systèmes de post-traitement des gaz d’échappement de plus en plus efficaces. Les filtres à particules Diesel (FAP ou encore DPF pour « Diesel particulate filter » en terminologie anglo-saxonne), par exemple, qui capturent les particules (PM pour « Particle Matter » en terminologie anglo-saxonne) du flux d’échappement, permettent de réduire les émissions de particules d’échappement des véhicules Diesel avec une efficacité de filtration des suies supérieure à 95 %. Cependant, lorsque les matières particulaires imbrûlées, principalement dues aux cendres sulfatées (en particulier, à base de calcium, magnésium et zinc), le phosphore et le soufre (« SAPS ») sont captés par le filtre, la perte de charge du DPF augmente car les dépôts métalliques réduisent la porosité du filtre, réduisant sa perméabilité et augmentant la résistance à l’écoulement des gaz d’échappement. Du fait de ces effets négatifs sur les systèmes de post-traitement des gaz d’échappement, plusieurs équipementiers ont publié des directives concernant la composition physique et chimique des lubrifiants pour moteurs, y compris des spécifications en termes de « bas taux de cendres » (LOW SAPS). En raison de la réglementation toujours plus stricte en matière d’émissions nocives pour l’environnement, l’utilisation des détergents métalliques classiquement mis en œuvre dans les lubrifiants pourrait être encore plus restreinte au cours des prochaines années. Malheureusement, une simple diminution de la teneur en détergents métalliques se fait au détriment des propriétés de détergence du lubrifiant et est ainsi préjudiciable à la durée de vie du moteur. Par conséquent, des recherches se sont orientées vers le développement de nouveaux composés détergents à bas taux de cendres. Les demandes WO2018/220007 et WO2018/220009 proposent la mise en œuvre de composés dérivés de l’acide salicylique, produits de la réaction entre l’acide salicylique, un composé de bore et un composé aminé, par exemple de type polyamine, pour formuler des compositions lubrifiantes, combinant de bonnes propriétés anti-corrosion, de résistance à l’usure et de bonnes performances de détergence. La demande WO2006/022934 décrit une composition lubrifiante comprenant une huile lubrifiante et un additif détergent/anti-oxydant produit de la réaction entre un composé organique acide et un composé de bore. La présente invention vise à proposer un moyen pour améliorer les propriétés de détergence des lubrifiants, destinés aux systèmes de motorisation mobiles ou stationnaires, en particulier dans des véhicules légers et poids lourds, tout en réduisant la teneur en cendres. Plus particulièrement, l’invention concerne, selon un premier de ses aspects, l’utilisation, à titre d’additif détergent dans une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, d’au moins un composé spiro de formule (I) suivante : dans laquelle : M est un atome choisi parmi le bore (B) et l’aluminium (Al), en particulier est un atome de bore ; n1 et n2 valent, indépendamment l’un de l’autre, 0, 1 ou 2 ; et R représentent, indépendamment l’un de l’autre, un groupement hydrocarboné comprenant de 1 à 50 atomes de carbone, en particulier de 5 à 15 atomes de carbone. Par « additif détergent » au sens de la présente invention, on entend désigner un composé qui, introduit au niveau d’un lubrifiant, permet d’apporter et/ou accroître ses capacités de détergence et donc de diminuer, d’empêcher, voire de supprimer les dépôts dans le système de motorisation. On désignera plus simplement, dans la suite du texte, sous l’appellation « composé spiro » selon l’invention, un composé spiro de formule (I) telle que définie ci-dessus. Des exemples de composés spiro considérés selon l’invention sont décrits plus précisément dans la suite du texte. L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, une composition lubrifiante destinée à la lubrification d’un système de motorisation, en particulier d’un véhicule automobile léger ou poids-lourd, comprenant au moins : - une ou plusieurs huiles de base ; et - au moins un composé spiro tel que défini précédemment et détaillé dans la suite du texte. Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante selon l’invention comprend, outre le ou lesdits composés spiro selon l’invention, un ou plusieurs autres additifs détergents, en particulier choisis parmi les additifs détergents métalliques classiquement utilisés dans le domaine des lubrifiants, notamment à base de calcium ou de magnésium. Comme illustré dans les exemples qui suivent, les inventeurs ont découvert qu’il est possible, en supplémentant un lubrifiant par un composé spiro tel que défini précédemment, même en une faible teneur, d’accroître de manière significative les propriétés de détergence du lubrifiant. Les propriétés de détergence du lubrifiant peuvent être appréciées via l’évaluation des performances du lubrifiant en termes de stabilité thermique par un test « MCT » (pour « Micro Coking Test » en terminologie anglo-saxonne) selon la norme GFC Lu-27-T-07, comme décrit dans les exemples. Ce test rend compte de la tendance du lubrifiant à former des dépôts/vernis dans des conditions de hautes températures semblables à celles rencontrées dans les parties les plus chaudes du moteur (de 230°C à 280°C). Par ailleurs, comme illustré en exemple 2, la stabilité thermique du détergent suivant l’essai MCT, potentialisée par l’ajout du composé spiro selon l’invention, demeure élevée même en cas d’exposition prolongée du lubrifiant aux hautes températures. Ainsi, de manière avantageuse, une composition lubrifiante selon l’invention, supplémentée par un composé spiro tel que défini précédemment, conserve de bonnes capacités de détergence, même après une utilisation prolongée, autrement dit même lorsqu’elle est usagée. Par « usagée » au sens de l’invention, on entend désigner une composition lubrifiante mise en œuvre au cours d’au moins un intervalle de vidange, c’est-à-dire sur une distance parcourue par le véhicule comprise entre 10 000 et 30 000 km, de préférence entre 15 000 et 30 000 km. D’autre part, le ou lesdits composés spiro, mis en œuvre à titre d’additifs détergents selon l’invention, génèrent peu de cendres comparativement aux détergents métalliques classiques. Dès lors, la mise en œuvre d’un ou plusieurs composés spiro permet avantageusement d’accroître les capacités de détergence d’une composition lubrifiante, sans impacter négativement la teneur en cendres générées par le lubrifiant. Également, l’ajout d’un ou plusieurs composés spiro selon l’invention, aptes à accroître de manière significative les capacités de détergence du lubrifiant, permet de réduire la teneur en détergents métalliques classiquement mis en œuvre dans les lubrifiants, par exemple à base de calcium ou de magnésium, et indésirables compte-tenu des cendres qu’ils engendrent, tout en maintenant, voire même en améliorant, la capacité de détergence du lubrifiant, comparativement à un lubrifiant exempt de composé spiro. De manière avantageuse, il est ainsi possible de réduire les effets néfastes en termes de taux de cendres, notamment sulfatées, liés à l’utilisation des détergents métalliques classiques, sans pour autant impacter les propriétés de détergence du lubrifiant, voire même en améliorant la détergence. Une composition lubrifiante selon l’invention permet ainsi de combiner d’excellentes propriétés de détergence et un faible taux de cendres, en particulier de cendres sulfatées. Également, une composition lubrifiante selon l’invention présente avantageusement de bonnes propriétés en termes de réduction de la consommation de carburant des véhicules à moteur, dites encore propriétés de « Fuel Eco » et, de fait, participe à la réduction des émissions de CO 2 . L’invention concerne encore un procédé ou une méthode pour accroître la capacité de détergence d’une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, mobile ou stationnaire, en particulier d’une composition lubrifiante mettant en œuvre une teneur réduite en détergents métalliques, comprenant l’ajout à ladite composition lubrifiante d’au moins un composé spiro selon l’invention. Le procédé ou la méthode selon l’invention permet avantageusement d’accroître la capacité de détergence de ladite composition, tout en maintenant un faible taux de cendres. Enfin, de manière avantageuse, en réduisant la teneur en détergents métalliques, notamment en détergents à base de calcium, le lubrifiant selon l’invention permet de réduire et/ou prévenir les phénomènes de combustion anormale du carburant, notamment le pré-allumage, en particulier le pré-allumage à basse vitesse (connus sous l’appellation « Low Speed Pre-Ignition » en anglais ou « LSPI ») et/ou le cliquetis dans un moteur lubrifié par un lubrifiant selon l’invention (Kocsis et al , " The Impact of Lubricant Volatility, Viscosity and Detergent Chemistry on Low Speed Pre-Ignition Behavior ", SAE Int. J. Engines, 10(3):1019-1035, 2017; Ritchie et al. , « Controlling Low-Speed Pre-Ignition in Modern Automotive Equipment, Part 3: Identification of Key Additive Component Types and Other Lubricant Composition Effects on Low-Speed Pre-Ignition », SAE Int. J. Engines, 9(2) : 832-840, 2016). Ainsi, le composé spiro est avantageusement mis en œuvre selon l’invention à titre d’additif détergent dans une composition lubrifiante, pour prévenir et/ou diminuer la combustion anormale du carburant, en particulier le pré-allumage, notamment le LSPI, et/ou le cliquetis, dans un moteur lubrifié au moyen de ladite composition lubrifiante. Par « combustion anormale », on entend tout phénomène au cours duquel tout ou une partie du mélange carburé est enflammé de façon non contrôlée au sein de la chambre de combustion d’un moteur, en particulier d’un moteur de véhicule, notamment de véhicule automobile. Par combustion anormale selon l’invention, on entend plus particulièrement les phénomènes de pré-allumage, incluant le pré-allumage à basse vitesse (LSPI) ; et le cliquetis, y compris le super-cliquetis ou méga-cliquetis qui peut suivre un événement de pré-allumage. Par « pré-allumage » selon l’invention, on entend inclure le phénomène de vibration basse fréquence produisant un effet sonore de ronflement (ou « Rumble » en anglais). Plus particulièrement, le « pré-allumage » est le pré-allumage à basse vitesse (LSPI). Les lubrifiants considérés selon l’invention, présentant avantageusement d’excellentes propriétés de détergence, un taux en cendres réduit, de bonnes propriétés de « Fuel Eco » et de réduction/prévention des phénomènes de combustion anormale du carburant, notamment du LSPI, peuvent être mis en œuvre pour divers systèmes de motorisation, mobiles ou stationnaires, en particulier pour des systèmes de motorisation comprenant un moteur Diesel, à essence, au gaz ou dual-fuel, en particulier Diesel ou à essence. Par « système de motorisation » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant toutes les pièces mécaniques nécessaires à l’application mobile ou stationnaire visée et incluant au moins un moteur, en particulier un moteur à combustion interne. Il peut s’agir d’un système de motorisation à combustion, à gaz, notamment à hydrogène, à ammoniaque, électrique ou hybride, suivant la nature du ou des moteurs inclus dans le système de motorisation : moteur à combustion, à gaz, notamment à hydrogène, à ammoniaque et/ou électrique. Un système de motorisation « mobile » est plus particulièrement un système de motorisation mis en œuvre dans des véhicules, incluant les véhicules légers, les véhicules poids-lourds, les machines mobiles dites « off road », ou encore les véhicules marins. Un système de motorisation mobile correspond ainsi plus particulièrement au système de propulsion d’un véhicule. Par « système de propulsion » au sens de la présente invention, on entend désigner un système comprenant les pièces mécaniques nécessaires à la propulsion d’un véhicule. Le système de propulsion englobe plus particulièrement un moteur, une transmission et éventuellement une batterie. La batterie est elle-même généralement constituée d’un ensemble d’accumulateurs électriques, appelés cellules. Un système de motorisation « stationnaire » au sens de l’invention est un système de motorisation incluant un moteur stationnaire. Il peut trouver par exemple des applications dans des dispositifs de production d’énergie électrique. Il peut s’agir en particulier d’un système de motorisation fonctionnant au gaz, en particulier d’un moteur fonctionnant au gaz stationnaire. Un « moteur Diesel » au sens de l’invention est un moteur à combustion dont le carburant est le gazole. Selon un mode de réalisation particulier, une composition lubrifiante selon l’invention est mise en œuvre dans un système de propulsion d’un véhicule automobile léger ou d’un poids-lourds, de préférence pour un moteur essence ou Diesel. Les compositions lubrifiantes selon l’invention sont particulièrement adaptées pour des systèmes de motorisation essence et Diesel, équipés de systèmes de post-traitement des gaz d’échappement, tels que des filtres à particules (DPF). L’invention concerne encore, selon un autre de ses aspects, un procédé ou une méthode de lubrification d’un système de motorisation, mobile ou stationnaire, notamment d’un moteur Diesel, à essence, au gaz ou dual-fuel, en particulier dans un véhicule automobile léger ou poids lourd, comprenant une étape de mise en contact d’au moins une pièce mécanique dudit système avec une composition lubrifiante telle que définie ci-dessus. D’autres caractéristiques, variantes et avantages de la mise en œuvre d’un composé spiro selon l’invention ressortiront mieux à la lecture de la description et des exemples qui suivent, donnés à titre illustratif et non limitatif de l’invention. Dans la suite du texte, les expressions « compris entre … et … », « allant de … à … » et « variant de … à … » sont équivalentes et entendent signifier que les bornes sont incluses, sauf mention contraire. présente un histogramme des résultats de cotation selon le test MCT pour les lubrifiants de référence 1 et 2 et pour les compositions lubrifiantes selon l’invention I1 et I2 supplémentées par un composé spiro selon l’invention, comme décrit en exemples 1 et 2. Utilisation, à titre d’additif détergent dans une composition lubrifiante destinée à un système de motorisation, d’au moins un composé spiro de formule (I) suivante dans laquelle M est un atome choisi parmi le bore et l’aluminium ; n1 et n2 valent, indépendamment l’un de l’autre, 0, 1 ou 2 ; et R représentent, indépendamment l’un de l’autre, un groupement hydrocarboné comprenant de 1 à 50 atomes de carbone, en particulier de 5 à 15 atomes de carbone. Utilisation selon la revendication précédente, ledit composé spiro étant de formule (I) dans laquelle les substituants R représentent, indépendamment l’un de l’autre, une chaîne aliphatique, linéaire ou ramifiée, en particulier une chaîne alkyle, de préférence linéaire, en C 1 à C 50 ; en particulier en C 3 à C 30 , notamment en C 5 à C 25 et plus particulièrement en C 8 à C 15 , plus préférentiellement en C 10 . Utilisation selon la revendication 1 ou 2, ledit composé spiro étant de formule (I) dans laquelle n1 et n2 valent 1, les groupements R étant identiques. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit composé spiro étant de formule (I) dans laquelle M est un atome de bore. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, le ou lesdits composés spiro étant mis en œuvre en une teneur comprise entre 0,1 et 20 % massique par rapport à la masse totale de ladite composition lubrifiante, de préférence comprise entre 0,2 et 15 % massique, de préférence encore entre 0,5 et 10 % massique, et plus préférentiellement entre 0,5 et 5,0 % massique. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite composition lubrifiante comprenant au moins un additif détergent métallique, distinct du composé spiro de formule (I), choisi parmi les sels de métaux alcalins ou de métaux alcalino-terreux, surbasés ou non, en particulier parmi les sels de calcium, les sels de magnésium et leurs mélanges. Utilisation selon la revendication précédente, le ou lesdits additifs détergents métalliques étant présents en une teneur inférieure ou égale à 15 % massique, en particulier inférieure ou égale à 10 % massique et plus particulièrement comprise entre 0,5 % et 5,0 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite composition comprenant une ou plusieurs huiles de base en une teneur d’au moins 50 % massique, par rapport à sa masse totale, en particulier d’au moins 60 % massique, plus particulièrement allant de 60 à 99 % massique et de préférence de 70 à 90 % massique. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite composition comprenant un ou plusieurs autres additifs, distincts du ou desdits composés spiro, choisi(s) parmi les additifs modificateurs de frottement, les additifs anti-usure, les additifs extrême pression, les antioxydants, les améliorants de l’indice de viscosité, les additifs abaisseurs du point d’écoulement, les dispersants, les agents anti-mousse, les épaississants, les inhibiteurs de corrosion, et leurs mélanges. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, ladite composition lubrifiante étant un lubrifiant pour un système de motorisation, mobile ou stationnaire, comprenant un moteur Diesel, à essence, au gaz ou dual-fuel, en particulier dans un véhicule automobile léger ou poids lourd. Utilisation selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour prévenir et/ou diminuer la combustion anormale du carburant, en particulier le pré-allumage, notamment le LSPI, et/ou le cliquetis, dans un système de motorisation lubrifié à l’aide de ladite composition lubrifiante. Composé spiro de formule (I) : dans laquelle : - M est un atome d’aluminium ; - n1 et n2 valent, indépendamment l’un de l’autre, 0, 1 ou 2, au moins l’un des n1 et n2 valant 1 ou 2 ; de préférence n1 et n2 valent 1 ; - les groupements R représentent, indépendamment l’un de l’autre, une chaîne aliphatique, linéaire ou ramifiée, en particulier une chaîne alkyle, de préférence linéaire, comprenant de 5 à 50 atomes de carbone, en particulier de 6 à 30 atomes de carbone, notamment de 8 à 25 atomes de carbone et plus particulièrement de 10 à 15 atomes de carbone. Composition lubrifiante destinée à la lubrification d’un système de motorisation, comprenant au moins : - une ou plusieurs huiles de base ; - au moins un composé spiro tel que défini dans l’une quelconque des revendications 1 à 5 et 12, - éventuellement un ou plusieurs additifs, distincts du ou desdits composés spiro, choisis parmi les autres additifs détergents, en particulier les additifs détergents métalliques, les modificateurs de frottement, les additifs anti-usure, les additifs extrême pression, les antioxydants, les améliorants de l’indice de viscosité (VI), les additifs abaisseurs du point d’écoulement (PPD), les dispersants, les agents anti-mousse, les épaississants, les inhibiteurs de corrosion, et leurs mélange. Composition lubrifiante selon la revendication précédente, ladite composition comprenant au moins un additif détergent métallique distinct du composé spiro de formule (I), en particulier choisi parmi les sels de calcium et de magnésium et leurs mélanges ; en particulier en une teneur inférieure ou égale à 15 % massique, notamment inférieure ou égale à 10 % massique et plus particulièrement comprise entre 0,5 % et 5,0 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition. Procédé de lubrification d’un système de motorisation, comprenant une étape de mise en contact d’au moins une pièce mécanique dudit système avec une composition lubrifiante telle que définie selon la revendication 13 ou 14, ledit système de motorisation comprenant en particulier un moteur Diesel, à essence, au gaz ou dual-fuel, plus particulièrement dans un véhicule automobile léger ou poids lourd.