LUBRIFIANT A BASE DE PHOSPHOLIPIDE ET D'UN COMPOSE BASIQUE La présente invention concerne un lubrifiant. Plus particulièrement, elle concerne un lubrifiant utile dans le travail de déformation des métaux, tels que l'emboutissage et le forgeage. Dans ce type d'application, le lubrifiant sert à faciliter le travail de déformation, en réduisant les forces de frottement entre poinçon, métal et matrice.

Actuellement, on utilise comme lubrifiant des composés oléagineux. Ceux-ci posent des problèmes d'environnement, en particulier dans la mesure où ils ne sont pas facilement biodégradables, et où il est nécessaire d'utiliser des solvants pour dégraisser le métal après déformation.

Selon l'invention, on se propose de fournir un lubrifiant non oléagineux, à base de phospholipide et d'un composé basique organique ou minéral, en suspension dans 1 'eau.

Les phospholipides sont des composés polaires dont la molécule présente une fraction lipophile et une fraction hydrophile. Ils ne sont pas solubles, mais dispersables dans l'eau.

Par composé basique organique, on entend ici les aminés et leurs dérivés.

Par composé basique minéral, on entend une base d'un métal du groupe IJa du tableau périodique des éléments. Entre autres avantages, le lubrifiant de l'invention peut être éliminé du métal embouti à l'aide d'un solvant aqueux, grâce a ses fractions hydrophiles. Il est d'autre part facilement biodégradable, de sorte qu'il ne pose pas de problèmes d'environnement. Comme source de phospholipide, les inventeurs se sont particulièrement intéressés aux lécithines, et plus particulièrement à la lécithine de soja. L'invention sera dès lors décrite dans ce qui suit en se référant à cette dernière, mais elle n'est cependant pas limitée à ce type de produits, et d'autres phospholipides analogues conviendront également.

Un but de 1' invention est donc de fournir une composition lubrifiante constituée d'une suspension dans l'eau d'un mélange de phospholipides et d'un composé basique minéral ou organique. Selon une autre caractéristique de l'invention, la composition est constituée, sur base du poids total de la composition, de:

- 5 à 40% en poids de phospholipides

- 5 à 40% en poids du composé basique - 90 à 20% en poids d'eau.

Selon d'autres caractéristiques de l'invention, les phospholipides sont présents sous la forme de lécithine; la lécithine est de la lécithine de soja; le composé basique est au moins partiellement en suspension; le composé basique est une amine ou un dérivé d'aminé; le composé basique est un hydroxyde d'un métal du groupe lia du tableau périodique des éléments; la composition comprend de plus un acide, pour neutraliser l'alcalinité du composé basique après son interaction avec les phospholipides. D'autres aspects, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront de la description qui suit.

La lécithine de soja brute est un mélange d'environ 60% en poids de lipides polaires (insolubles dans l'acétone) constitués essentiellement de phospholipides, et d'environ 40% en poids de lipides non polaires (solubles dans l'acétone) constitués d'huile, d'acides gras libres et de stérols.

Les phospholipides de la lécithine sont des glycérophospholipides de formule générale H ₂ C - O - X

Y - 0 - CH

H ₂ C - O - P - 0 - Z

IQJ

dans laquelle X et Y représentent chacun indépendamment un radical acyle d'acide palmitique, d'acide stéarique, d'acide oléique, d'acide linoléique, d'acide linolénique et analogue; Y représente l'hydrogène, et X un radical acyle tel que ci-dessus; Z représente la choline, 1 ' éthanolamine, l'inositol ou l'hydrogène.

Actuellement, les lécithines sont utilisées essentiellement pour leurs propriétés émulsifiantes (dues à la présence de fractions hydrophiles et de fractions lipophiles), par exemple dans des lubrifiants et dans l'industrie alimentaire, et également comme base d' onguents.

La lécithine seule, en suspension dans l'eau, ne possède pas, ou peu de propriétés lubrifiantes. De manière surprenante, les inventeurs ont maintenant découvert que l'addition d'un composé basique organique (amine ou dérivé) ou minéral (métal du groupe lia du tableau périodique des éléments) à la lécithine en suspension aqueuse améliorait grandement les propriétés lubrifiantes de la composition, comme on le verra ci-après.

L'action ou l'effet de synergie du composé basique sur les phospholipides n'est à ce jour pas comprise, et les inventeurs ne souhaitent être limités à aucune théorie particulière à ce sujet. La présence du composé basique rend le pH de la composition lubrifiante alcalin, et il peut être utile d'ajouter un acide pour neutraliser la composition. Cet acide n'a pas d'autres fonctions que la neutralisation, et sera dès lors généralement quelconque, pour autant qu'il n'ait pas d'effets secondaires indésirables. Sans y être limité, on peut ainsi utiliser H ₂ S0 ₄ , H ₃ P0 ₄ , CH ₃ -CH ₂ OH, CHOOH, et analogues.

A ce sujet, il est toutefois important de souligner que l'acide de neutralisation éventuel doit être ajouté à la composition de lubrifiant, c'est-à-dire après mise en suspension du mélange de phospholipides et de composé basique, et non au composé basique seul, avant son

incorporation dans la composition. Les inventeurs ont en effet remarqué que, si l'acide est ajouté au composé basique avant l'ajout de ce dernier aux phospholipides en suspension, l'effet lubrifiant n'est pas atteint. II se produit dès lors bien, entre les phospholipides et le composé basique, une interaction ou une réaction qui n'est pas obtenue avec le sel ou l'ester correspondant. Ainsi, le stéarate de calcium est par exemple connu comme épaississant pour de l'huile, mais n'apporte aucun effet de synergie avec les phospholipides selon l'invention. De même, une composition à base des sels carbonate de calcium ou phosphate tricalcique, n'assure pas une lubrification efficace. Ceci est à comparer à une composition selon l'invention, contenant de 1 ' hydroxyde de calcium, qui conserve ses propriétés lubrifiantes même après neutralisation, comme on le verra ci-après.

De préférence, la lécithine utilisée dans le lubrifiant de l'invention est de la lécithine dégraissée, pour faciliter la mise en suspension dans l'eau. Ce peut également être de la lécithine modifiée, par exemple pour améliorer ses propriétés hydrophiles, et donc sa dispersibilité dans des milieux aqueux et polaires. Ainsi, on peut utiliser de la lécithine hydroxylée, hydrolysée, acétylée ou analogue. La lécithine modifiée peut également être ou non dégraissée.

La proportion phospholipides/composé basique est un paramètre important de l'invention, dans la mesure où il existe une synergie entre les deux composants, et où l'effet lubrifiant est absent en dessous d'une certaine proportion de composé basique. D'autre part, on ne note plus d'amélioration significative des propriétés lubrifiantes de la composition au-delà d'une proportion sensiblement égale de phospholipides et de composé basique, de sorte qu'il n'y a pas d'intérêt à augmenter la quantité de composé basique sensiblement au-delà de cette proportion puisque, en particulier dans le cas d'un composé basique minéral, cela augmente la quantité de résidus sur les

outils d'emboutissage, ce qui peut à la longue poser des problèmes d'encrassement de l'outil.

L'eau n'a par contre qu'un effet de dilution, et ne change pas les propriétés de lubrification, de sorte que la quantité d'eau n'est pas un paramètre important de l'invention. La quantité d'eau doit simplement être choisie en fonction de la fluidité souhaitée, et donc de l'applicabilité du lubrifiant sur les surfaces métalliques. Ainsi, lorsque la quantité d'eau devient faible, par exemple de l'ordre de 20% en poids de la composition totale, la composition devient très pâteuse, et difficile à appliquer; d'autre part, lorsque la quantité d'eau devient trop grande, par exemple de l'ordre de 90% en poids de la composition totale, le lubrifiant devient trop dilué, et il ne reste plus suffisamment de composant "actif" de phospholipides/composé basique pour assurer la lubrification. La quantité d'eau sera donc adaptée chaque fois en fonction des besoins et de la méthode d'application (pulvérisation, aspersion, brossage, et analogue). En pratique, les compositions lubrifiantes de l'invention contiendront également les adjuvants classiques, tels que des anti-oxydants, des agents anticorrosion, et analogues.

L'invention va maintenant être décrite plus en détail en liaison avec des exemples spécifiques d'utilisation de compositions à base de phospholipides dans un test d' emboutissage.

Dans tous les exemples ont a utilisé comme presse d'emboutissage une machine de marque R+K type A 15, fournissant une pression maximale de 15 tonnes, fabriquée par le firme Roell Amsler.

Les éprouvettes servant au test d'emboutissage étaient des éprouvettes constituées de disques de 70 mm de diamètre et de 0,8 mm d'épaisseur, en acier inox 304. La lécithine utilisée dans les exemples est de la lécithine de soja dégraissée, contenant au moins 97% en poids de lipides polaires, mise dans le commerce sous la

dénomination LIPOPUR par la société Lucas Meyer.

Le test consiste à former, à l'aide de la presse d'emboutissage, des cylindres de 35 mm de diamètre et d'une profondeur d'environ 32 mm (la profondeur varie avec la qualité du lubrifiant).

Dans tous le.; tests, la force de maintien de 1 ' éprouvette (force exercée sur le serre-flan maintenant l'éprouvette) est de 5000 Kg (PM=5000).

Exemple 1 (référence) - Emboutissage à l'aide d'un lubrifiant oléagineux connu

On emboutit une éprouvette en utilisant un lubrifiant classique à base d'huile minérale, de haute efficacité, mis dans le commerce par Kluber Lubrication sous la dénomination Presspate SEM 95/800. Le résultat d'un essai effectué sur inox 304 est présenté à la figure 1, sous la forme d'un diagramme force/déplacement, présentant la force agissant sur le poinçon en fonction de son déplacement, et donc de la profondeur de l'emboutissage. Exemple 2 (comparaison) - Utilisation de la lécithine seule

Dans cet exemple, le lubrifiant classique est remplacé par un lubrifiant constitué de 20% en poids de lécithine de soja et de 80% en poids d'eau.

Le résultat de l'essai sur une éprouvette en inox 304 est présenté à la figure 2.

Comme on peut le voir sur le diagramme, l'essai échoue par rupture du métal .

Exemple 3 (comparaison) - Utilisation d'une base minérale seule Dans cet exemple, le lubrifiant classique est remplacé par un lubrifiant constitué de 20% en poids d'hydroxyde de calcium et de 80% en poids d'eau.

Le résultat de l'essai sur une éprouvette en inox 304 est présenté à la figure 3. Comme on peut le voir sur le diagramme, l'essai échoue par rupture du métal . Exemple 4 (invention) - Utilisation de lécithine + base

minérale

Dans cet exemple, le lubrifiant classique est remplacé par un lubrifiant selon l'invention, constitué de 10% en poids de lécithine de soja, et de 10% en poids d'hydroxyde de calcium dans 80% en poids d'eau

Le résultat de l'essai sur une éprouvette en inox 304 est présenté à la figure 4.

Comme on peut le voir en comparant le diagramme de la figure 4 et celui de la figure 1 , ce lubrifiant se montre supérieur au lubrifiant classique, puisque la force nécessaire pour l'emboutissage est sensiblement moindre que dans le cas de la figure 1.

Exemple 5 (invention) - Utilisation de lécithine + base organique Dans cet exemple, le lubrifiant classique est remplacé par un lubrifiant selon l'invention, constitué de 10% en poids de lécithine de soja, de 10% en poids de stéarylamine (une stéarylamine mise dans le commerce par la société Hoechst, sous la dénomination commerciale Genamin SH 100 et de 80% en poids d'eau.

Le résultat de l'essai sur une éprouvette en inox 304 est présenté à la figure 5.

Comme on peut le voir en comparant le diagramme de la figure 4 et celui de la figure 1 , ce lubrifiant se montre sensiblement égal au lubrifiant classique, puisque la force nécessaire pour 1 ' emboutissage est égale à celle requise dans le cas de la figure 1. Exemple 6 (invention) - neutralisation

Dans cet exemple, on souhaite montrer l'effet d'une neutralisation de la composition.

Le diagramme de la figure 6 montre le résultat d'un test effectué sur une composition selon l'exemple 4, neutralisée jusqu'à pH 8 avec de l'acide phosphorique.

Le diagramme de la figure 7 montre le résultat d'un test effectué sur une composition selon l'exemple 5, neutralisée jusqu'à pH 8 avec de l'acide phosphorique.

Comme le montrent ces diagrammes, l'efficacité de la

composition lubrifiante est pratiquement inchangée par la neutralisation. Exemple 7 (comparaison)

Cet exemple a pour but de montrer l'effet d'une neutralisation du composé basique avant formation de la composition.

Dans cet exemple, du pyrophosphate de calcium Ca ₃ (P0 ₄ ) ₂ est mélangé à 10% en poids avec 10% en poids de lécithine et 80% en poids d'eau, pour obtenir une composition constituée des mêmes éléments que celle de l'exemple 6, mais avec le sel à la place de 1 ' hydroxyde.

Comme on le voit à partir du diagramme de la Figure 8, le test est négatif dans la mesure où 1 ' éprouvette se rompt. Ceci alors que le pyrophosphate de calcium est un lubrifiant solide connu, entre autre dans l'emboutissage.

Ceci démontre donc qu'il est essentiel de faire d'abord interagir le composé basique et la lécithine, avant neutralisation, le sel ou l'ester correspondant n'assurant pas avec la lécithine - ou plus généralement les phospholipides - l'effet de synergie de l'invention.

Comme on le voit à partir des exemples, la lécithine seule (exemple 2), et 1 ' hydroxyde de calcium seul (exemple 3) ne sont pas utiles comme lubrifiant d'emboutissage, à 20% en poids dans l'eau, tandis que la combinaison selon l'invention (exemple 4) de lécithine et d'hydroxyde de calcium dans les mêmes proportions (20%) donne un lubrifiant supérieur au lubrifiant classique, puisqu'il demande une moindre force d'emboutissage, et sollicite donc moins le métal.

Comme on le comprendra, il n'y a pas de seuil bien défini pour la limite inférieure de la concentration en phospholipides et en composé basique. Toutefois, à une concentration de l'ordre de 5% en poids de chaque composant, le résultat du test d'emboutissage devient aléatoire, étant parfois un succès et parfois un échec.

Une fois atteinte la concentration minimale, l'effet

lubrifiant est sensiblement indépendant de la concentration des composants phospholipidiques et basiques, comme le montrent les diagrammes des figures 9 et 10, se rapportant à des essais dans lesquels la proportion du composé basique, soit 1 'hydroxyde de calcium et la stéarylamine, respectivement, a été porté à 20%.

Comme indiqué dans l'introduction, la limite est ici celle imposée par la fluidité et l'applicabilité de la composition. Le composé basique à utiliser selon l'invention se trouvera généralement dans le commerce sous la forme d'une poudre sèche. La granulométrie de la poudre n'est en soi pas un paramètre de l'invention. Toutefois, les inventeurs ont observé que, lorsque la taille des particules augmente, il faut laisser s'écouler un plus long laps de temps entre la préparation de la composition et son utilisation, comme s'il fallait alors plus de temps à une réaction pour se produire, entre les phospholipides et la surface des particules de composé basique. Les inventeurs ont testé divers composés basiques, et ont trouvé que les meilleurs résultats étaient obtenus avec des composés non complètement solubles dans la suspension de phospholipides dans l'eau, dont une partie au moins reste donc en suspension, ou encore qui forment un mélange hétérogène avec les phospholipides en suspension. On peut ainsi citer à titre d'exemple 1 ' hydroxyde de baryum, 1 'hydroxyde de strontium et la propylène diamine de suif, en plus de 1 'hydroxyde de calcium et de la stéarylamine cités dans les exemples. D'autres composés apparaîtront à l'évidence à l'homme du métier, à la lecture de la présente description.

Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, qui n'ont été choisis qu'à titre d' exemple.