Brevet FR3134814A1 — publié le 20231027

Composition lubrifiante aqueuse comprenant un ester de l’acide gallique La présente demande concerne une composition lubrifiante aqueuse, comprenant au moins : - de l’eau ; - au moins un polyalkylène glycol ; - au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; - au moins un ester de l’acide gallique ; et - au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre 8 et 15. Elle concerne également l’utilisation d’une telle composition lubrifiante aqueuse, pour la lubrification et/ou le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique ou à titre de fluide hydraulique. Elle concerne enfin l’utilisation d’au moins un ester de l’acide gallique, à titre d’additif pour améliorer les propriétés tribologiques, d’une composition lubrifiante aqueuse. Composition lubrifiante aqueuse comprenant un ester de l’acide gallique La présente invention a trait au domaine des compositions lubrifiantes. Ces compositions lubrifiantes peuvent être mises en œuvre pour différentes applications, en particulier en tant que fluides hydrauliques, pour la lubrification et/ou le refroidissement de divers systèmes mécaniques, tels que des roulements, des engrenages, des paliers ou des moteurs. Plus particulièrement, la présente invention vise à proposer une nouvelle composition lubrifiante à base aqueuse Les compositions lubrifiantes, dites encore « lubrifiants », sont couramment mises en œuvre dans des systèmes mécaniques, pour réduire les frottements entre les pièces et ainsi les protéger contre l’usure. Outre les phénomènes d’usure, les frottements peuvent s’opposer au mouvement relatif des pièces en contact et induire des pertes d’énergie préjudiciables à un fonctionnement optimal du système mécanique. Les lubrifiants sont mis en œuvre pour de multiples applications, par exemple pour le travail des métaux, notamment pour les opérations de déformation de métaux, pour les turbines à gaz ou à vapeur dans les domaines de l’aéronautique, du naval, du transport ferroviaire et de la production d’électricité, pour des systèmes de propulsion des véhicules à moteur, par exemple pour la lubrification des roulements, des engrenages, d’un moteur, etc. Par exemple, dans le domaine des lubrifiants pour moteurs ou transmissions de véhicules à moteurs, la formulation de lubrifiants représente un enjeu important dans la mesure où ils permettent d’agir sur la consommation de carburant et, par conséquent, sur les émissions de dioxyde de carbone, via leur impact sur les forces de frottements générées entres les différents organes des véhicules à moteur. Quelle que soit l’application visée, les lubrifiants les plus répandus sont des lubrifiants à base d’hydrocarbures, classiquement composés d’une ou plusieurs huiles de base, auxquelles sont généralement associés des additifs dédiés à stimuler les performances lubrifiantes des huiles de base, comme par exemple des additifs modificateurs de frottement. D’autre part, la friction entre les pièces en mouvement génère de la chaleur, et il peut être nécessaire d’assurer, conjointement à la lubrification, un refroidissement des systèmes mécaniques ou des pièces usinées. Ce refroidissement est typiquement assuré par un fluide de refroidissement, distinct du lubrifiant hydrocarboné, comme par exemple de l’air, un fluide aqueux, tel que l’eau ou encore par un mélange d’eau et d’un glycol. De nos jours, le développement de nouveaux lubrifiants doit prendre en considération de nouvelles contraintes visant à s’affranchir de l’utilisation de solvants toxiques ou potentiellement toxiques, ou encore à réduire leur impact sur l’environnement et les émissions de dioxyde de carbone. A ce titre, les formulations à base d’eau présentent un intérêt croissant. Si l’eau est excellent fluide de refroidissement, elle ne présente pas, en revanche, des propriétés tribologiques requises pour un lubrifiant, en particulier en termes de réduction du frottement et de protection des pièces contre l’usure. Des compositions lubrifiantes à base d’eau, supplémentée par divers additifs, ont déjà été étudiées. D’une manière générale, ces lubrifiants aqueux sont ainsi constitués d’une fraction aqueuse et d’une fraction organique. Par exemple, le document US 2012/0149616 propose un lubrifiant aqueux comprenant, outre de l’eau, des polyalkylène glycols hydrosolubles, des émulsifiants, des additifs antigels de type alkylène glycol ou glycérol, des additifs anticorrosion, des additifs anti-mousses et des additifs réducteurs de frottement. On peut également citer le document EP 3 042 946 qui propose un fluide de travail des métaux, exempt d’huile et d’émulsifiant, comprenant un polymère de type cellulosique. Toutefois, l’usage des composés organiques proposés jusqu’à présent pour les lubrifiants aqueux (polyalkylène glycols, tensioactifs organiques, biocomposants), ne permet pas d’accéder à des propriétés lubrifiantes suffisantes dans des conditions sévères (conditions de température et/ou pression élevée, contacts mécaniques sévères, cisaillement élevé…), dites encore conditions de lubrification en « régime limite » (définies par exemple dans le Manuel des Techniques de l’ingénieur, Introduction à la tribologie, Partie 2.1, Jean Frêne et Hamid Zaïdi, date de publication 10 septembre 2011 ). Ces lubrifiants aqueux sont ainsi susceptibles de conduire à la formation de dépôts carbonés sur les pièces mécaniques lors de leur utilisation en régime limite. L’usage de ces lubrifiants aqueux implique en conséquence des conditions de rodage et des matériaux ou une conception des pièces spécifiques, ce qui représente un frein à leur usage généralisé en remplacement des lubrifications conventionnels hydrocarbonés. Il a également déjà été proposé de mettre en œuvre dans les formulations aqueuses des nanoparticules de lubrifiant solide (nanodiamant, MoS 2 , WS 3 , graphite, etc.) en suspension dans un fluide aqueux. Malheureusement, l’utilisation de ces particules solides n’est pas sans poser des problèmes de stabilité, de mise en œuvre du lubrifiant et de sécurité d’un point de vue toxicologie. En conséquence, les lubrifiants aqueux proposés jusqu’à ce jour ne permettent pas de concurrencer les lubrifiants hydrocarbonés. Ainsi, il demeure un besoin de pouvoir développer de nouveaux systèmes d’additivation permettant de conférer au fluide aqueux des performances de lubrification satisfaisantes, notamment dans des conditions sévères et, tout au moins, des performances équivalentes à celles obtenues avec les lubrifiants conventionnels hydrocarbonés. Il a par exemple été proposé dans la demande WO 2021/1259851 une nouvelle formulation de lubrifiant à base d’eau, comprenant du glycérol et de l’hypéricine. On peut encore citer la demande WO 2021/259853 qui propose une composition lubrifiante aqueuse comprenant un polyalkylène glycol, un composé antigel et un composé phosphoré. La présente invention vise précisément à proposer un nouveau lubrifiant aqueux, présentant des propriétés tribologiques particulièrement avantageuses, en particulier de bonnes propriétés de réduction des frottements et de résistance à l’usure, permettant sa mise en œuvre dans des applications imposant des contraintes de lubrification sévères, en particulier dans des conditions de pression et de contrainte de cisaillement élevées. Plus particulièrement, la présente invention concerne, selon un premier de ses aspects, une composition lubrifiante aqueuse, comprenant au moins : - de l’eau ; - au moins un polyalkylène glycol ; - au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; - au moins un ester de l’acide gallique ; et - au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre 8 et 15. Par « composition aqueuse » au sens de la présente invention, on entend désigner une composition comprenant de l’eau à titre de fluide de base, autrement dit à titre de solvant majoritaire. En particulier, l’eau représente de préférence plus de 35 % massique de la masse totale de la composition lubrifiante. Dans la suite du texte, on désignera par « composition lubrifiante aqueuse » ou « lubrifiant aqueux », une composition lubrifiante selon l’invention telle que définie précédemment. L’acide gallique se trouve à l’état naturel dans différentes plantes et est connu pour ses propriétés antioxydantes, antitumorales et antibactériennes. Par ailleurs certains esters d’acide galliques ont déjà été proposés comme additifs antioxydant dans le domaine agroalimentaire (le gallate de propyle est connu sous la dénomination d’antioxydant « E310 ») ou dans des huiles végétales (Lida A. Quinchia et al. , Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2011, 29, 12917-12924). En revanche, à la connaissance des inventeurs, il n’a jamais été proposé de mettre en œuvre des esters de l’acide gallique dans des lubrifiants aqueux, et encore moins dans le but d’améliorer leurs performances tribologiques. Contre toute attente, les inventeurs ont découvert qu’il est possible, en mettant en œuvre l’association spécifique d’au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, d’au moins un ester de l’acide gallique et d’au moins un polyalkylène glycol, d’accéder à une formulation aqueuse présentant d’excellentes propriétés tribologiques. En particulier, comme illustré dans les exemples qui suivent, il est possible, en supplémentant une formulation aqueuse, contenant un mélange d’eau, d’au moins un polyalkylène glycol, d’au moins un additif régulateur de pH maintenant le pH de ladite formulation entre 8 et 15, et d’au moins un composé antigel de type glycol, par un ester de l’acide gallique, tel que le gallate d’octyle ou de lauryle, d’accéder à un fluide lubrifiant présentant des propriétés tribologiques améliorées. De manière avantageuse, un lubrifiant aqueux selon l’invention présente ainsi de bonnes performances en termes de réduction des frottements, en particulier dans des conditions de mise en œuvre sévères. L’invention concerne ainsi l’utilisation d’au moins un ester de l’acide gallique à titre d’additif pour améliorer les propriétés tribologiques, en particulier en termes de réduction des frottements, d’une composition aqueuse comprenant par ailleurs au moins : de l’eau, au moins un polyalkylène glycol, au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, et au moins un additif régulateur de pH maintenant le pH de ladite composition entre 8 et 15. En particulier, les compositions lubrifiantes aqueuses formulées selon l’invention permettent une réduction de l’usure et des frottements telle qu’elles peuvent être considérées comme « super-lubrifiantes », à savoir que les phénomènes de friction peuvent être considérés comme insignifiants, voire nuls, et ce même dans des conditions de lubrification sévères. Ce phénomène de réduction extrême de l’usure et du frottement entre des pièces mécaniques en mouvement est connu sous le terme « superlubricity » en langue anglaise. Les bonnes propriétés tribologiques des compositions lubrifiantes aqueuses selon l’invention, même en condition de régime sévère de lubrification, autorisent ainsi leur usage généralisé. Elles s’avèrent ainsi adaptées à une mise en œuvre en tant que lubrifiants pour de multiples applications, notamment en tant que fluides hydrauliques, pour la lubrification et/ou le refroidissement de divers systèmes mécaniques, en particulier dans des conditions de lubrification sévères. Elles peuvent ainsi être employées dans tous les systèmes et pour toutes applications, en substitution des lubrifiants conventionnellement mis en œuvre, notamment des lubrifiants hydrocarbonés. Des exemples d’application sont donnés dans la suite du texte. L’invention concerne ainsi, selon un autre de ses aspects, l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour la lubrification et/ou le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique, par exemple pour la lubrification et/ou le refroidissement de systèmes de motorisation mobiles ou stationnaires, ou à titre de fluide hydraulique. La présente demande concerne également l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention, pour réduire les frottements entre les pièces en mouvement dans un système mécanique, ainsi que l’utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse selon l’invention pour réduire l’usure des pièces dans un système mécanique. A titre d’exemple, un lubrifiant aqueux selon l’invention peut être mis en œuvre pour réduire les frottements et/ou l’usure des pièces en mouvement dans un système de motorisation mobile ou stationnaire, par exemple au niveau de la partie transmission d’un système de propulsion de véhicule. Un lubrifiant aqueux selon l’invention peut encore être mis en œuvre pour réduire les frottements et/ou l’usure des différents composants, notamment métalliques, dans un système hydraulique. De manière avantageuse, une composition selon l’invention associe de bonnes propriétés de refroidissement liées à la présence de l’eau, et de bonnes propriétés tribologiques, en particulier de réduction des frottements et de résistance à l’usure. Ainsi, une composition aqueuse selon l’invention peut avantageusement assurer la double fonction de lubrification et de refroidissement. Il est ainsi possible de tirer profit d’une composition aqueuse selon l’invention pour s’affranchir de la mise en œuvre de deux fluides distincts, d’un côté un fluide de refroidissement, de l’autre, un fluide lubrifiant. Également, une composition selon l’invention présente l’avantage d’être aisée à formuler. De manière avantageuse, elle présente également de bonnes propriétés anticorrosion. Enfin, les esters de l’acide gallique mis en œuvre dans une composition selon l’invention peuvent avantageusement être biosourcés. Par « biosourcé », on désigne tout composant d’origine végétale ou animale, de préférence végétale. Une composition lubrifiante selon l’invention, formée majoritairement d’eau, et comprenant au moins un additif biosourcé, répond ainsi aux attentes en termes de réduction de l’usage de substances néfastes pour l’environnement, tout en accédant à des performances de lubrification équivalentes à celles des lubrifiants conventionnels à base huileuse. Enfin, une composition lubrifiante aqueuse selon la présente invention présente avantageusement une très bonne capacité à solubiliser les différents composés qu’elle comprend, en particulier le ou lesdits composé(s) antigel, le ou lesdits ester(s) de l’acide gallique et le ou lesdits polyalkylène glycol(s). D’autres caractéristiques, variantes et avantages d’une composition lubrifiante aqueuse 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. Les expressions « compris entre … et … », « allant de … à … », « formé de … à … », et « variant de … à … », doivent se comprendre bornes incluses, sauf mention contraire. Dans la description et les exemples, sauf indication contraire, les pourcentages sont des pourcentages pondéraux. Les pourcentages sont donc exprimés en masse par rapport à la masse totale de la composition. Composition lubrifiante aqueuse comprenant au moins : - de l’eau ; - au moins un polyalkylène glycol ; - au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, de préférence les alkylène glycols ; le glycérol ; le diglycérol ; le triglycérol, et leurs mélanges ; - au moins un ester de l’acide gallique ; et - au moins un additif régulateur de pH, permettant de maintenir le pH de ladite composition lubrifiante entre 8 et 15. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’eau est de l’eau osmosée, en particulier de l’eau déionisée. Composition lubrifiante aqueuse selon la revendication 1 ou 2, comprenant au moins 20 % massique d’eau, en particulier d’eau déionisée, de préférence au moins 30 % massique, notamment entre 35 % et 90 % massique, plus préférentiellement entre 40 % et 75 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le(s) additif(s) régulateur de pH sont choisis parmi les alcanolamines, en particulier les éthanolamines, et plus particulièrement parmi la diméthyléthanolamine, la triéthanolamine, et leur mélange, plus particulièrement est la diméthyléthanolamine. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que la teneur en additif(s) régulateur de pH est comprise entre 0,1 % et 10 % massique, de préférence entre 0,5 % et 5 % massique, par rapport à la masse totale de la composition Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le(s)dit(s) polyalkylène glycol(s) comprend au moins 50 % massique, en particulier au moins 80 % massique, plus préférentiellement au moins 90 % massique d’unités oxyde de propylène et/ou oxyde d’éthylène, en particulier le(s)dit(s) polyalkylène glycol(s) est un copolymère oxyde d’éthylène/oxyde de propylène. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le(s)dit(s) polyalkylène glycol(s) présente(nt) une viscosité cinématique mesurée à 100 °C (KV100), selon la norme ASTM D445, comprise entre 100 et 25 000 mm²/s, en particulier entre 150 et 10 000 mm²/s. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins 5,0 % massique de polyalkylène glycol(s), de préférence entre 5,0 % et 50 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 40 % massique, en particulier entre 10 % et 20 % massique, par rapport à la masse totale de la composition. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit composé antigel est choisi parmi le monoéthylène glycol, le diéthylène glycol, le propylène glycol, le glycérol et leurs mélanges, en particulier est le diéthylène glycol. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant au moins 5,0 % massique de composé(s) antigel, de préférence entre 5,0 % et 45 % massique, plus préférentiellement entre 10 % et 35 % massique, en particulier entre 20 % et 35 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit ester de l’acide gallique est obtenu à partir d’un monoalcool comprenant entre 1 et 24 atomes de carbone, de préférence entre 3 et 20 atomes de carbone, notamment entre 3 et 18 atomes de carbone, plus préférentiellement entre 6 et 16 atomes de carbone, par exemple entre 8 et 14 atomes de carbone, en particulier choisi parmi l’octan-1-ol et le dodécan-1-ol. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit ester de l’acide gallique est de formule (I) : dans laquelle R représente une chaine hydrocarbonée, linéaire ou ramifiée, saturée, mono- ou poly-insaturée, de préférence une chaîne hydrocarbonée linéaire et saturée, en C 1 -C 24 , de préférence en C 3 -C 20 , plus préférentiellement en C 3 -C 1 8 , notamment en C 6 -C 1 6 , par exemple en C 8 -C 1 4 , de préférence ledit ester de l’acide gallique est le gallate de lauryle. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant entre 0,001 % et 10 % massique d’ester(s) de l’acide gallique, en particulier entre 0,01 % et 5 % massique, plus particulièrement entre 0,1 % et 2 % massique par rapport à la masse totale de la composition. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant en outre au moins un additif choisi parmi des agents anti-mousses, des biocides, des inhibiteurs de corrosion, des additifs anti-usure et/ou extrême-pression, des agents séquestrant, des agents passivant les métaux, des colorants, des dispersants, des agents émulsifiant, et leurs mélanges, de préférence choisi parmi des agents anti-mousses, des inhibiteurs de corrosion, des agents passivant les métaux, des colorants, et leurs mélanges. Composition lubrifiante aqueuse selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant moins de 5 % massique d’huile(s) non soluble(s) dans l’eau, de préférence moins de 2 % massique, plus préférentiellement moins de 1 % massique, par rapport à la masse totale de ladite composition, ladite composition étant plus particulièrement exempte d’huile non soluble dans l’eau. Utilisation d’une composition lubrifiante aqueuse telle que définie selon l’une quelconque des revendications précédentes, pour la lubrification et/ou le refroidissement des pièces en mouvement dans un système mécanique, par exemple pour la lubrification et/ou le refroidissement de systèmes de motorisation mobiles ou stationnaires, ou à titre de fluide hydraulique. Utilisation d’au moins un ester de l’acide gallique, en particulier tel que défini selon la revendication 11 ou 12, à titre d’additif pour améliorer les propriétés tribologiques, en particulier en termes de réduction des frottements, d’une composition aqueuse comprenant par ailleurs au moins : de l’eau, au moins un polyalkylène glycol et au moins un composé antigel choisi parmi les glycols, et au moins un additif régulateur de pH maintenant le pH de ladite composition entre 8 et 15.