Titre de l'invention : utilisation d’une base biodégradable lubrifiante, son procédé de préparation et composition lubrifiante comprenant ladite base lubrifiante

Domaine technique de l'invention

La présente invention concerne le domaine technique des lubrifiants biodégradables et de préférence biosourcés.

En particulier, la présente invention porte sur une nouvelle utilisation d’une base lubrifiante biodégradable composée d’esters d’huile végétale pour des applications lubrifiantes, notamment afin de lubrifier des engrenages, des tubes d’étambot et autres équipements utilisés dans le domaine maritime ou encore des chaînes de tronçonneuses utilisées dans les exploitations forestières. La présente invention porte également sur le procédé de préparation de cette base lubrifiante. Enfin, la présente invention se rapporte également à une composition lubrifiante comprenant ladite base lubrifiante et à son utilisation pour lubrifier des dispositifs et/ou des machines mises en œuvre dans des applications industrielles marines et terrestres.

Etat de la technique

La lubrification est un procédé ayant vocation à réduire le frottement entre deux éléments en mouvement. L’introduction d’un lubrifiant entre deux pièces permet donc de réduire la friction et donc les effets négatifs qui en découlent, comme l’usure, la fatigue, la corrosion des pièces, la casse, etc.

Ainsi, une composition lubrifiante doit, d’une part, répondre à des performances techniques particulières, notamment en termes de viscosité, d’indice de viscosité, de rhéologie (à froid comme à chaud) et de point éclair. La viscosité est choisie en fonction de l’application et du système à lubrifier. A titre d’exemple, les engrenages industriels requièrent des grades relativement visqueux, préférentiellement ISO VG 220 et ISO VG 320, tandis que les huiles d’étambot requièrent préférentiellement des grades ISO VG 100 et ISO VG 150.

D’autre part, la prise en compte de l’environnement et sa protection sont devenus des enjeux majeurs. En effet, une partie des lubrifiants utilisés en exploitation forestière ou en milieu marin (navires et structures offshores, etc.) est susceptible d’être dispersée dans l’environnement et peut être source de pollution des mers/océans, des sols, des eaux de ruissellement et des nappes phréatiques. A titre d’exemple, dans le cas des huiles qui assurent la lubrification permanente des chaînes de tronçonneuses, des gouttes d’huiles tombent sur le sol continuellement : il s’agit là d’une lubrification perdue et les quantités d’huiles déversées dans l’environnement sont significatives. Les mêmes problèmes de pollution se posent avec les fluides hydrauliques utilisées sur des machines : dans ce cas il ne s’agit plus de lubrification perdue mais de dispersion des lubrifiants dans le milieu ambiant à la suite de fuites par défaut d’étanchéité ou de ruptures accidentelles des flexibles et joints inhérentes au fonctionnement de ces machines.

Des solutions ont été proposées dans l’art antérieur.

A titre d’exemple, des compositions lubrifiantes à base d’iso-stéarate d’alkyle ou de néo-polyol ont été développées et peuvent notamment correspondre aux produits commerciaux Nycobase SNG, NB 8318S, Nycobase STM et Nycobase SMP. Ces esters sont notamment formés à partir de l’acide iso-stéarique (iso-C18) issu de la fabrication industrielle de l’acide dimère. Ces esters présentent notamment des grades visqueux allant de ISO VG 46 à ISO VG 150, norme NF ISO 3448, qui conviennent aux besoins des procédés de lubrification. Néanmoins, leur synthèse reste relativement confidentielle et limitée pour les raisons suivantes :

- la production limitée de cet acide iso-stéarique, lequel est un co-produit minoritaire de la fabrication de l’acide gras dimère, et est donc d’une part dépendant de la production de ce dernier et d’autre part reste industriellement difficile d’accès dans l’optique d’un usage plus massif ;

- la nature complexe du mélange industriel de l’acide iso-stéarique dont la pureté oscille entre 60% et 80% ;

- la qualité variable d’un fabricant à un autre, se traduit par des compositions différentes (teneurs variables en insaponifiables, structures cycliques, etc.) générant une difficulté à sécuriser des approvisionnements de qualité ; et

- la qualité variable d’un lot à un autre peut conduire à des variations des propriétés applicatives, par exemple à des propriétés interfaciales, problématiques.

Il existe ainsi un besoin de disposer de nouvelles compositions lubrifiantes qui soient biodégradables et ainsi plus respectueuses de l’environnement par rapport aux lubrifiants traditionnels dérivés du pétrole, tout en conservant des performances techniques au moins similaires, à savoir des compositions présentant des grades visqueux assez élevés allant de ISO VG 46 à ISO VG 150, voire plus.

Il existe également un besoin dans l’état de la technique de disposer de nouvelles compositions lubrifiantes biodégradables et de préférence biosourcées, ayant des performances techniques adéquates, avec des propriétés interfaciales améliorées, tout en étant facile à mettre en œuvre, à savoir tout en étant facilement réalisable au niveau de son procédé de préparation.

Il existe également un besoin dans l’état de la technique de disposer de nouvelles compositions lubrifiantes qui présentent une bonne résistance à l’hydrolyse et qui seraient ainsi particulièrement adaptées pour les applications mannes.

Le but de la présente invention est ainsi de proposer une nouvelle composition lubrifiante qui réponde au moins en partie aux besoins susmentionnés.

Présentation de l'invention

A cet effet, la présente invention concerne une composition lubrifiante comprenant une base lubrifiante et au moins un additif, ladite base lubrifiante comprenant au moins un composé de formule (I) biosourcé et biodégradable, dans laquelle ledit au moins un composé de formule (I) répond à la formule suivante :

[Chem. 1 ] Style : AppBody-Chemical dans laquelle Ri , R2 et R3 sont indépendamment des groupes hydrocarbonés saturés, linéaires ou ramifiés, comprenant au moins 16 atomes de carbone, au moins un groupe parmi Ri, R2 et Rs est ramifié sur sa chaîne hydrocarbonée par au moins un groupe ester O- CO-R4 dans laquelle R4 est un radical alkyl linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 6 atomes de carbone.

D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses de la base lubrifiante conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes : - les groupes hydrocarbonés Ri, R2 et R3 comprennent de 18 à 24 atomes de carbone, de préférence de 18 à 20 atomes de carbone ;

- le groupe R4 du groupe ester -O-CO-R4 est choisi parmi un radical : méthyle, éthyle, propyle ou iso-propyle ;

- sur ladite base lubrifiante conforme à l’invention dont au moins une chaîne hydrocarbonée parmi Ri, R2 et R3 est ramifiée par le groupe ester -O-CO-R4, celui-ci est positionné en position 9, 10 ou 12 ou en position 14 ;

- au moins deux groupes hydrocarbonés parmi Ri, R2 et Rs et de préférence tous les groupes hydrocarbonés Ri, R2 et Rs sont ramifiés par le groupe ester -O-CO- R ₄ ;

- la base lubrifiante comprend également au moins un autre composé lubrifiant biodégradable, différent du composé de formule (I), tel qu’un iso-stéarate d’alkyle ou de néo-polyol, une polyalphaoléfine (PAO), une huile minérale ou un de leurs mélanges ;

- la base lubrifiante présente une tendance au moussage, mesurée selon la norme ASTM D 892, variant de 0 à 200 mL, de préférence variant de 0 à 100 mL et typiquement variant de 0 à 50 mL ;

- la base lubrifiante présente un temps de désémulsion, mesuré selon la norme ASTM D 1401 , allant de 0 à 30 minutes, de préférence allant de 0 à 15 minutes et typiquement allant de 0 à 10 minutes ;

- la base lubrifiante présente un temps de désaération de l’huile, mesuré selon la norme NF ISO 9120, décembre 1999, allant de 1 à 10 minutes, de préférence allant de 1 à 5 minutes et typiquement allant de 1 à 3 minutes,

- la base lubrifiante présente une résistance à l’hydrolyse, mesurée selon la norme Def stan 05-50 part 61 , qui varie de 300 à 3500 heures, de préférence de 600 à 3000 heures et va typiquement de 750 à 900 heures.

La présente invention concerne encore un procédé de préparation d’une base lubrifiante telle que définie ci-dessus, comprenant au moins les étapes suivantes :

(i) la préparation dudit au moins un composé de formule (I) tel que défini ci- dessus,

(ii) optionnellement, le mélange du composé de formule (I) obtenu à l’issue de l’étape (i) avec au moins un autre composé lubrifiant biodégradable, dans lequel l’étape de préparation (i) dudit composé de formule (I) comprend les étapes successives suivantes et de préférence comprend uniquement les trois étapes suivantes :

(a) la fourniture d’une huile végétale préalablement hydrogénée ou l’hydrogénation d’une huile végétale, ladite huile végétale étant composée d’au moins un triglycéride comprenant au moins 50% (% relatif déterminé par CPG) d’acides gras ayant au moins une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire ou ramifiée, comprenant au moins 16 atomes de carbone, de préférence au moins 18 atomes de carbone, un desdits acides gras étant ramifié par au moins groupe hydroxyle -OH ;

(b) l’estérification sélective au niveau dudit au moins groupe hydroxyle - OH de ladite huile végétale hydrogénée obtenue à l’issue de l’étape (a) avec un anhydride organique, tel qu’un anhydride d’acide ;

(c) la récupération d’un ester d’huile végétale répondant à la formule (I).

Selon une caractéristique de l’invention, l’huile végétale est choisie parmi une ou plusieurs des huiles suivantes : l’huile de de ricin, l’huile de lesquerella ou tout autre huile comprenant au moins 50% d’acides gras (% relatif déterminé par CPG) choisis parmi : l’acide ricinoléique (C18 :1 -OH), l’acide densipoléique (C18 :2-OH), l’acide lesquerolique (C20 :1 -OH), ou encore l’acide auricolique (C20 :2-OH).

La présente invention se rapporte également à une composition lubrifiante caractérisée en ce qu’elle comprend une base lubrifiante obtenue selon le procédé de préparation tel que défini ci-dessus et au moins un additif.

En général, ledit au moins additif est choisi parmi un ou plusieurs des composés suivants : un anti-oxydant, un agent anti-usure, un inhibiteur de corrosion de métaux, un agent passivant, un agent améliorant l’indice de viscosité, un détergent ou un agent dispersant, un agent anti-mousse, un tensioactif, un agent gonflant, un agent tackifiant, un stabilisant, un agent de charge, un agent de stabilisation contre l’hydrolyse, un additif adapté aux pressions extrêmes, un pigment et un agent qui masquent les odeurs, ou encore un additif d’amélioration du point d’écoulement.

La présente invention se rapporte également à l’utilisation de la composition lubrifiante selon l’invention pour lubrifier des dispositifs et/ou des machines mis en œuvre dans des applications industrielles, mannes et/ou terrestres, tels que des tubes d’étambot. Ainsi, selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante est choisie parmi les graisses industrielles, les lubrifiants marins, les lubrifiants pour engrenage, les lubrifiants automobiles, en particulier pour transmissions automobiles, les lubrifiants poids lourds, les lubrifiants pour le travail des métaux et les lubrifiants pour les tubes d’étambot.

Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l’invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.

De plus, diverses autres caractéristiques de l’invention ressortent de la description annexée qui illustrent des formes, non limitatives, de réalisation de l’invention.

Description détaillée de l’invention

La Demanderesse s’est attachée au développement de nouvelles compositions lubrifiantes à base d’esters à longues chaînes grasses saturées ramifiées destinées à être utilisées aussi bien à chaud qu’à froid pour des besoins de lubrification, tel que pour la lubrification de machine et/ou de dispositif (terrestres ou en mer).

La Demanderesse s’est également attachée à développer de nouvelles compositions lubrifiantes biosourcées et biodégradables répondant en outre à l’Ecolabel Européen sur les lubrifiants (NF511 ).

A cet effet, la présente invention porte sur une base lubrifiante comprenant au moins un composé ester de formule (I) biosourcé et biodégradable pouvant être utilisée afin de lubrifier des dispositifs et/ou des machines, tels que des éoliennes et tubes d’étambot, dans laquelle ledit au moins composé de formule (I) répond à la formule suivante : [Chem. 1] Style : AppBody-Chemical dans laquelle Ri , R2 et R3 sont indépendamment des groupes hydrocarbonés saturés, linéaires ou ramifiés, comprenant au moins 16 atomes de carbone, au moins un groupe parmi Ri, R2 et Rs est ramifié sur sa chaîne hydrocarboné par au moins un groupe ester O- CO-R4 dans laquelle R4 est un radical alkyl linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone, de préférence de 1 à 6 atomes de carbone.

Du fait de ses caractéristiques, la base lubrifiante selon l’invention présente à la fois des propriétés de lubrification adéquates, tout en étant respectueuse de l’environnement.

En particulier, elle présente d’une part un haut niveau de biodégradabilité, une haute teneur en carbone renouvelable et une origine non-palme permettant ainsi de limiter son impact environnemental. En effet, les esters à longues chaînes grasses saturées selon l’invention sont biosourcés et sont par exemple issus d’une ou plusieurs huiles végétales, comme l’huile de ricin ou encore l’huile de lesquerella. Ces esters sont en outre biodégradables et répondent à l’Ecolabel Européen sur les lubrifiants (NF511 ). Ils présentent de plus une toxicité aquatique faible, voire nulle.

D’autre part, comme cela sera démontré dans la partie expérimentale ci-dessous, la base lubrifiante selon l’invention présente une résistance élevée à l’hydrolyse et des propriétés interfaciales améliorées, notamment par rapport aux esters visqueux obtenus à partir de l’acide iso-stéarique mentionnés plus haut dans la description de l’art antérieur. Elle possède en outre un grade de viscosité généralement compris entre 135 et 165 cSt comparable à l’iso-stéarate (simple) le plus visqueux disponible sur le marché (grade ISO VG 150).

Selon l’invention, par « biosourcé », on entend une base lubrifiante entièrement ou au moins partiellement fabriquée à partir de matières d’origine biologique (par exemple végétale ou animale) issues de ressources renouvelables, telle qu’une huile végétale.

Également, selon l’invention, par « base lubrifiante biodégradable », on entend son aptitude à être dégradée par les microorganismes présents dans le milieu naturel. L’action des bactéries sur le lubrifiant en présence d’eau et d’oxygène le transforme, dans des conditions thermiques et temporelles idéales, en dioxyde de carbone, en sels minéraux et en eau.

Il existe plusieurs façons de mesurer la biodégradabilité. a) Test CEC L33 A 93 La biodégradabilité primaire mesure la disparition du composé de départ après un temps donné. Le test homologué CEC L33 A 93 réalisé en milieu liquide est le plus couramment utilisé. Au-delà d’un taux de 90% de dégradation, la substance présente une biodégradabilité élevée. Une huile d’origine végétale présente un taux de dégradation de 90% après 120 jours d’expérimentation. En revanche, le lubrifiant d’origine minérale n’est dégradé qu’à 70% sur la même durée. b) Test OCDE 301 B

La biodégradabilité ultime se base sur la quantité de dioxyde de carbone émis pendant un temps donné (test homologué OCDE 301 B). Cette mesure est plus contraignante et les produits biodégradables atteignent des taux moins élevés que pour la biodégradabilité primaire. Ce critère reflète mieux la biodégradabilité réelle des produits car il prend en compte l’assimilation totale du produit par les organismes vivants. La biodégradabilité ultime déterminée en réacteur à partir d’un milieu sol, atteint un taux de dégradation de plus de 70% pour les biolubrifiants contre seulement 30% pour le lubrifiant d’origine minérale.

La base lubrifiante selon l’invention présente ici un taux de dégradation supérieur ou égale à 90% lors de l’essai test CEC L 33 A93 et un taux de dégradation égale ou supérieur à 70%, de préférence égale ou supérieur à 75% et généralement égale ou supérieur à 80% déterminé selon le test OCDE 301 B.

La structure des composés de formule (I) (esters) selon l’invention va être décrite ci-après.

Tel que mentionné ci-dessus, les groupes hydrocarbonés Ri, R2 et R3 des composés de formule (I) sont indépendamment des groupes hydrocarbonés saturés, linéaires ou ramifiés comprenant au moins 16 atomes de carbone, au moins un de ces groupes est ramifié par le groupe ester O- CO-R4 (à savoir la fonction ester ne se situe pas en terminaison des groupes hydrocarbonés Ri, R2 ou encore R3).

Par « au moins 16 atomes de carbone », on entend une chaîne hydrocarbonée comprenant le nombre de carbone suivant ou tout intervalle entre ces valeurs : 16 ;

17 ; 18 ; 19 ; 20 ; 21 ; 22 ; 23 ; 24 ; 25 ; 26 ; 27 ; 28 ; 29 ; 30 ; etc.

Généralement, les groupes hydrocarbonés Ri, R2 et R3 comprennent de 18 à 24 atomes de carbone, de préférence de 18 à 22 atomes de carbone et typiquement de

18 à 20 atomes de carbone. Par « groupe alkyle », on désigne un groupe hydrocarboné saturé linéaire ou ramifié comprenant de 1 à 10 atomes de carbone (Ci à Cio), de préférence de 1 à 6 atomes de carbone (Ci à Ce). Selon l’invention, « 1 à 10 atomes de carbone » comprend les valeurs suivantes et tout intervalle entre ces valeurs : 1 ; 2 ; 3 ; 4 ; 5 ; 6 ; 7 ; 8 ; 9 ; 10.

En général, le groupe R4 du groupe ester -O-CO-R4 est choisi parmi un radical : méthyle, éthyle, propyle ou encore iso-propyle.

En particulier, au moins deux groupes hydrocarbonés parmi Ri, R2 et R3 et typiquement tous les groupes hydrocarbonés parmi Ri, R2 et Rs sont ramifiés par le groupe ester -O-CO-R4

Comme cela sera décrit ci-après, les composés de formule (I) peuvent être formés par estérification à partir d’une huile végétale hydrogénée qui comprend au moins un acide gras ramifié par un groupe hydroxyle (non à terminaison hydroxyle), telle que l’huile de ricin (C18 :1 -OH) ou l’huile de lesquerella (C20 :2-OH).

La réaction d’estérification s’effectue en effet au niveau du groupe hydroxyle - OH de ces huiles. Ainsi, les groupes hydrocarbonés Ri, R2 et R3 peuvent correspondre aux chaînes hydrocarbonées des acides gras contenus dans ces huiles. Lorsque la réaction d’estérification est réalisée à partir de l’huile de ricin, tous les groupes hydrocarbonés Ri, R2 et Rs sont ramifiés par un groupe ester -O-CO-R4 et lorsque la réaction d’estérification est réalisée à partir de l’huile de lesquerella, deux groupes hydrocarbonés parmi Ri, R2 et R3 comprennent un groupe ester -O-CO-R4.

Avantageusement, sur ladite au moins une chaîne hydrocarbonée Ri, R2 et R3 du ou des composés de formule (I) ramifié par le groupe ester -O-CO-R4, celui-ci est positionné en position 9, 10, 12 ou en position 14 et est typiquement en position 12 ou en position 14.

La base lubrifiante peut également comprendre au moins un autre composé lubrifiant biodégradable, différent du composé de formule (I), tel qu’un iso-stéarate d’alkyle, par exemple en C1-C10 ou de néo-polyol, une polyalphaoléfine (PAO), une huile minérale ou un de leurs mélanges.

La base lubrifiante selon l’invention présente avantageusement les caractéristiques suivantes :

- une couleur Gardner, mesurée selon la norme ASTM 1544 variant de 1 à 8, de préférence de 1 à 5 et va typiquement de 1 à 2 ; - une masse volumique, mesurée selon la norme ASTM D4052, variant de 0,930 à 0,970, de préférence de 0,940 à 0,960 et typiquement de 0,950 à 0,960 ;

- une viscosité à 100°C, mesurée selon la norme ISO 3104 avec un viscosimètre de laboratoire du type cannon fenske, variant de 16 à 22 mm ² /s, de préférence de 18 à 20 mm ² /s et typiquement de 18.5 à 19.5 mm ² /s ;

- une viscosité à 40°C, mesurée selon la norme ISO 3104 avec un viscosimètre de laboratoire du type cannon fenske, variant de 100 mm ² /s à 200 mm ² /s, de préférence de 130 mm ² /s à 170 mm ² /s et typiquement de 160 mm ² /s à 165 mm ² /s ;

- un indice de viscosité, mesuré selon la norme ISO 2909, variant de 110 à 170, de préférence de 125 à 155 et typiquement de 130 à 135 ;

- un indice d’acide de la base lubrifiante, en mgKOH/g, mesuré selon la norme ISO 6618, variant de 0 à 0,5, de préférence de 0 à 0,20 et typiquement de 0 à 0,05 ;

- un indice d’hydroxyle, mesuré selon la norme ASTM E 222B, variant de 0 à 10, de préférence de 0 à 5 et typiquement de 0 à 3 ;

- un indice d’iode, en g/100 d’huile, mesuré selon la norme ISO 3961 , variant de 0 à 10, de préférence de 0 à 5 et typiquement de 0 à 3 ;

- un point éclair COC, mesuré selon la norme ASTM D92, variant de 250 à 320, de préférence de 265 à 310 et typiquement de 295 à 305 ;

- une résistance à l’hydrolyse, mesurée selon la norme Def stan 05-50 part 61 , variant de 300 à 3500 heures, de préférence de 600 à 3000 heures et typiquement de 750 à 900 heures ;

- une tendance au moussage, qui correspond au volume de mousse mesuré dans une éprouvette graduée après cinq minutes de soufflage d’air à travers ladite base lubrifiante, mesurée selon la norme ASTM D 892 réalisé à trois séquences de températures : séquence 1 à 24°C, séquence 2 à 93,5 °C, puis refroidissement jusqu’à la séquence 3 à 24 °C, variant de 0 à 200 mL, de préférence de 0 à 100 mL et typiquement de 0 à 50 mL, et idéalement ne mousse pas ;

- un temps de désémulsion, mesuré selon la norme ASTM D 1401 , variant de 0 à 30 minutes, de préférence de 0 à 15 minutes et typiquement de 0 à 10 minutes (selon la méthode ASTM D 1401 , un volume connu d’huile (40 ml) est mélangé avec de l’eau (40 ml) ; la durée requise pour que les deux fluides se séparent est mesurée en minutes ; plus la séparation est rapide, meilleure est la désémulsion) ; - un temps de désaération de l’huile, mesuré selon la norme NF ISO 9120, décembre 1999, variant de 1 à 10 minutes, de préférence de 1 à 5 minutes et typiquement de 1 à 3 minutes (en particulier, la désaération est le temps, en minutes, au bout duquel l’air dispersé dans la base lubrifiante est réduit à 0,2% du volume total, à une température prescrite ; autrement dit la désaération est le temps nécessaire au bout duquel la base lubrifiante parvient, par elle-même, à réduire l’air qu’elle contient).

La base lubrifiante selon l’invention présente également des propriétés interfaciales accrues au contact de l’air et de l’eau.

Elle possède en effet des propriétés de résistance à l’hydrolyse renforcées dans les environnements marins, aqueux ou encore humides. En particulier, la base lubrifiante selon l’invention présente une stabilité à l’hydrolyse, mesurée selon la norme Def stan 05-50 part 61 , supérieure ou égale à 300 heures et typiquement supérieure ou égale à 600 heures. A titre d’exemple, la base lubrifiante selon l’invention présente une stabilité à l’hydrolyse, mesurée selon la norme Def stan 05- 50 part 61 variant de préférence de 650 heures à 3000 heures, en particulier de 750 heures à 900 heures et typiquement de 780 heures à 900 heures. La résistance à l’hydrolyse de la base lubrifiante selon l’invention est ainsi de 25% à 100% supérieure à celle d’un iso-stéarate de grade de viscosité identique tel que défini ci-dessus.

Selon l’invention, « une gamme supérieure ou égale à 300 heures » inclut les valeurs suivantes ou tout intervalle entre ces valeurs : 300 ; 350 ; 400 ; 450 ; 500 ; 550 ; 560 ; 570 ; 580 ; 590 ; 600 ; 610 ; 620 ; 630 ; 640 ; 650 ; 660 ; 670 ; 680 ; 690 ;

700 ; 710 ; 720 ; 730 ; 740 ; 750 ; 760 ; 770 ; 780 ; 790 ; 800 ; 810 ; 820 ; 830 ; 840 ;

850 ; 860 ; 870 ; 880 ; 890 ; 900 ; 910 ; 920 ; 930 ; 940 ; 950 ; 1000 ; 1100 ; 1200 ;

1300 ; 1400 ; 1500 ; 1600 ; 1700 ; 1800 ; 1900 ; 2000 ; 2100 ; 2200 ; 2300 ; 2400 ;

2500 ; 2600 ; 2700 ; 2800 ; 2900 ; 3000 ; 3100 ; 3200 ; 3300 ; 3400 ; 3500 ; etc.

La présente invention se rapporte également à un procédé de préparation d’une base lubrifiante telle que définie ci-dessus.

En particulier, le procédé selon l’invention permet notamment d’obtenir des composés de formule (I) composant la base lubrifiante selon l’invention, à savoir des esters à longues chaînes grasse ramifiés à partir d’au moins une huile végétale et ce en une seule étape et peut être résumé de la façon suivante : Huile végétale + anhydride organique — ester d’huile végétale + acide organique.

A titre d’exemple, le schéma réactionnel peut être le suivant : [Chem. 3]

R ₅ = pentyle

R _s =methyle, ethyle, propyle

Style : AppBody-Chemical

A cet effet, le procédé de préparation de la base lubrifiante selon l’invention comprend au moins les étapes suivantes :

(i) la préparation dudit au moins un composé de formule (I) tel que susmentionné,

(ii) optionnellement, le mélange du composé de formule (I) obtenu à l’issue de l’étape (i) avec au moins un autre composé lubrifiant biodégradable, dans lequel l’étape de préparation (i) dudit composé de formule (I) comprend les étapes successives suivantes :

(a) la fourniture d’une huile végétale préalablement hydrogénée ou l’hydrogénation d’une huile végétale, ladite huile végétale (hydrogénée ou non) étant composée d’au moins un triglycéride comprenant au moins 50% (% relatif déterminé par CPG) d’acides gras ayant au moins une chaîne hydrocarbonée, saturée ou insaturée, linéaire ou ramifiée, comprenant au moins 16 atomes de carbone, de préférence au moins 18 atomes de carbone, un desdits acides gras étant ramifié par au moins groupe hydroxyle -OH ;

(b) l’estérification sélective au niveau dudit au moins groupe hydroxyle - OH dudit au moins acide gras de ladite huile végétale hydrogénée obtenue à l’issue de l’étape (a) avec un anhydride organique, tel qu’un anhydride d’acide ; la récupération d’un ester d’huile végétale répondant à la formule (I) et d’un éventuel acide organique.

De préférence, l’huile végétale de l’étape (a) comprend au moins un triglycéride de formule suivante :

[Chem. 2]

Style : AppBody-Chemical dans laquelle les groupes hydrocarbonés Ri , R2 ou R3 sont tels que définis ci- dessus hormis qu'au moins un groupe parmi Ri, R2 et Rs est ramifié sur sa chaîne hydrocarboné par au moins un groupe hydroxyle -OH.

Généralement, au moins deux groupes et typiquement les trois groupes parmi Ri , R2 et Rs sont ramifiés sur leurs chaînes hydrocarbonées par au moins un groupe hydroxyle -OH.

En particulier, l’étape (b) d’estérification s’effectue sur ladite au moins une chaîne hydrocarbonée Ri, R2 et R3 en position 9, 10, 12 ou en position 14.

En général, l’huile végétale est choisie parmi une ou plusieurs des huiles suivantes : l’huile de de ricin, l’huile de lesquerella ou tout autre huile comprenant au moins 50% d’acides gras (% relatif déterminé par CPG) choisis parmi : l’acide ricinoléique (18 :1 -OH), l’acide densipoléique (18 :2-OH), l’acide lesquerolique (20 :1 - OH), ou encore l’acide auricolique (20 :2-OH).

Typiquement, l’huile végétale est choisie parmi : l’huile de de ricin, l’huile de lesquerella ou leur mélange.

L’étape (a) d’hydrogénation d’une huile végétale est connue de l’homme du métier et ne sera pas plus détaillée ci-après. Alternativement, il est possible d’obtenir une huile végétale telle que définie ci-dessus préalablement hydrogénée.

L’étape d’estérification (b) s’effectue ainsi entre l’huile végétale hydrogénée et un anhydride organique.

De préférence, l’anhydride organique est un anhydride d’acide, tel qu’un anhydride acétique, un anhydride butyrique ou encore un anhydride isobutyrique.

Celui-ci est introduit dans l’huile végétale hydrogénée de préférence en continu à un débit pouvant allant de 0,05L/h/kg à 0,2 L/h/kg d’huile végétale hydrogénée, de préférence de 0,06L/h/kg à 0, 15L/h/kg d’huile végétale hydrogénée et typiquement de 0,08L/h/kg à 0,12L/h/kg d’huile végétale hydrogénée. En général, l’anhydride organique est ajouté en continu (au mélange d’huile végétale hydrogénée) à un débit de 0,01 L/h/kg d’huile végétale hydrogénée ou en une seule fois.

L’étape d’estérification (b) est généralement réalisée à une température inférieure à 200°C, comprise en particulier entre 90°C et 150°C, de préférence entre 100°C et 140°C et typiquement entre 110°C et 130°C.

Cette étape (b) dure en général de 3 à 7 heures, en particulier de 4 à 6 heures et typiquement environ 5 heures.

Il est idéal de surveiller l’indice d’hydroxyle par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) jusqu’à ce que l’indice d’hydroxyle IOH soit inférieur ou égale à 1 mg KOH/g.

A l’issue de cette étape d’estérification (b) et avant de procéder à la récupération du composé de formule (I) selon l’invention (c), il est possible (mais non nécessaire) d’effectuer les étapes intermédiaires suivantes.

(b1 ) Une étape d’étêtage

Lors de cette étape, il est procédé à l’élimination de l’acide organique formé en chauffant le produit obtenu à l’issue de l’étape (b) à une température supérieure au point d’ébullition de l’acide organique. Le point d’ébullition de l’anhydride acétique est par exemple de 139°C à pression atmosphérique. Cette étape peut ainsi être effectuée à une température comprise entre 140°C et 200°C, de préférence entre 150°C et 190°C et en général entre 160°C et 170°C. Afin de réduire la température opératoire, un vide peut être appliqué lors de cette étape. En fonction de la température et du vide choisis, cette étape (b1 ) peut durer de 1 à 5 heures, de préférence de 2 à 4 heures et dure généralement 3 heures. Il est idéal de surveiller l’acide par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) jusqu’à ce que l’indice d’hydroxyle IOH soit inférieur ou égal à 2 mg KOH/g et que l’indice d’acide soit inférieur ou égal à 1 mg KOH/g, de préférence inférieur ou égal à 0,5 mg KOH/g (ISO 6618).

(b2) Une étape de refroidissement

Lors de cette étape, la température du produit issue de l’étape (b1 ) est abaissée à une température inférieure ou égale à 60°C, de préférence inférieure ou égale à 50°C et typiquement inférieure ou égale à 40°C.

(b3) Une étape de neutralisation

Lors de cette étape, il est procédé à la neutralisation du produit refroidi issu de l’étape (b2). Pour cela, il est utilisé de 0,5 à 1 % d’additif neutralisant, en masse, par rapport à la masse totale du produit issu de l’étape (b2) ; le produit est ensuite introduit dans un réacteur sous vide afin d’éliminer l’eau, chauffé à une température maximale de 80°C jusqu’à la déshydratation du milieu, puis le produit est généralement placé sur filtre du type filtre presse, par exemple sur lit de Dicalite®.

(b4) Une étape de filtration fine

Lors de cette étape, le produit issu de l’étape (b4) est éventuellement placé sur un filtre permettant une filtration fine, tel qu’un filtre Gauthier® par exemple à une température maximale de 70°C.

À la suite de cette étape (b4), un ester de formule (I) est récupéré (étape(c) du procédé) et le cas échéant un acide organique si celui-ci n’a pas été éliminé au cours de la réaction d’estérification.

Le procédé de préparation selon l’invention présente de nombreux avantages. Tout d’abord, il met ainsi en œuvre une étape d’estérification (b) généralement réalisée à une température inférieure à celles des réactions d’estérification classiques et donc moins énergivore que ces dernières (la température est de l’ordre de 120- 160°C contre 220-260°C pour une réaction d’estérification classique). Par ailleurs, les rampes de chauffage et de refroidissement appliquées lors du procédé de préparation (étape d’estérification (b)/étape d’étêtage (b1 )/étape de refroidissement (b2)) sont plus courtes. Les durées de chaque étape et surtout le nombre d’étapes mises en œuvre à partir de l’huile extraite et raffinée de départ sont en outre réduits, notamment en comparaison de la production de l’iso-stéarate mentionné dans la description de l’art antérieur. En effet, la production de l’iso-stéarate nécessite au moins quatre étapes de synthèse depuis l’huile raffinée (i.e. : hydrolyse de l’huile de colza en acides gras/ dimérisation et production d’isotéarique/hydrogénation et distillation/estérification en acide iso-stéarique) contre deux pour le procédé selon l’invention.

Bien entendu, les différents modes de réalisation décrits ci-avant pour l’utilisation des composés de formule (I) s’appliquent également pour le procédé de préparation et ne seront pas reprises ci-après (et inversement, les différents modes de réalisation décrits ci-avant pour le procédé de préparation selon l’invention s’appliquent également pour l’utilisation selon l’invention).

La présente invention se rapporte également à une composition lubrifiante, caractérisée en ce qu’elle comprend une base lubrifiante telle que définie ci-dessus ou obtenue selon le procédé de préparation susmentionné et au moins un additif. De préférence, ledit au moins additif est choisi parmi un ou plusieurs des composés suivants : un anti-oxydant, un agent anti-usure, un inhibiteur de corrosion de métaux, un agent passivant, un agent améliorant l’indice de viscosité, un détergent ou un agent dispersant, un agent anti-mousse, un tensioactif, un agent gonflant, un agent tackifiant, un stabilisant, un agent de charge, un agent de stabilisation contre l’hydrolyse, un additif adapté aux pressions extrêmes, un pigment et un agent qui masquent les odeurs, ou encore un additif d’amélioration du point d’écoulement.

Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante comprend, en masse, par rapport à sa masse totale :

- de 85% à 99 %, de préférence de 95% à 99 % et typiquement de 98% à 99% de ladite base lubrifiante, et

- de 1 % à 15 %, de préférence de 1 % à 5 % et typiquement de 1 % à 2% dudit au moins additif.

A titre d’exemple, la composition lubrifiante selon l’invention, comprenant, en masse, par rapport à sa masse totale :

- au moins 90% (a) de ladite base lubrifiante comprenant elle-même au moins 50% en masse dudit au moins composé de formule (I) ;

- de 1 % à 5% d’au moins un antioxydant ;

- de 1 % à 5% d’au moins un agent anti-usure ;

- 0% à 3% d’additif d’amélioration du point d’écoulement et

- de 0,01 % à 0,3% d’au moins un inhibiteur de corrosion de métaux.

L’additif antioxydant peut être par exemple choisi parmi les antioxydants de type phénolique ou aminé.

Les additifs antioxydants peuvent notamment être choisis parmi les phénols stériquement encombrés, les esters de phénol stériquement encombrés et les phénols stériquement encombrés comprenant un pont thioéther, les diphénylamines, les diphénylamines substituées par au moins un groupement alkyle en C1 -C12, l’s N,N'- dialkyle-aryle-diamines et leurs mélanges.

Les composés aminés sont une autre classe d’additifs antioxydants pouvant être utilisés, éventuellement en combinaison avec les additifs antioxydants phénoliques. Des exemples de composés aminés sont les amines aromatiques, par exemple les amines aromatiques de formule NR ¹⁰ R ¹¹ R ¹² dans laquelle R ¹⁰ représente un groupement aliphatique ou un groupement aromatique, éventuellement substitué, R ¹¹ représente un groupement aromatique, éventuellement substitué, R ¹² représente un atome d’hydrogène, un groupement alkyle, un groupement aryle ou un groupement de formule R ¹³ S(O)zR ¹⁴ dans laquelle R ¹³ représente un groupement alkylène ou un groupement alkenylène, R ¹⁴ représente un groupement alkyle, un groupement alcényle ou un groupement aryle et z représente 0, 1 ou 2.

Les additifs anti-usure protègent les surfaces en frottement par formation d’un film protecteur adsorbé sur ces surfaces. Il existe une grande variété d’additifs antiusure. De manière préférée, les additifs anti-usure sont choisis parmi des additifs phosphosoufrés comme les alkylthiophosphates métalliques, en particulier les alkylthiophosphates de zinc, et plus spécifiquement les dialkyldithiophosphates de zinc ou ZnDTP. Les composés préférés sont de formule Zn((SP(S)(OQ ² )(OQ ³ ))2, dans laquelle Q ² et Q ³ , identiques ou différents, représentent indépendamment un groupement alkyle, préférentiellement un groupement alkyle comportant de 1 à 18 atomes de carbone.

En ralentissant la formation de cristaux de paraffine, les additifs améliorants de point d’écoulement améliorent généralement le comportement à froid de la composition. Comme exemple d’additifs améliorant de point d’écoulement, on peut citer les polyméthacrylates d’alkyle, les polyacrylates, les polyarylamides, les polyalkylphénols, les polyalkylnaphtalènes, les polystyrènes alkylés.

L’inhibiteur de corrosion ou agent passivant peut être choisi parmi les polyisobutènes anhydrides succiniques, les sulfonates thiadiazoles ou les mercaptobenzothiazoles.

La composition lubrifiante est compatible avec un élastomère à base d’esters de formule (I), tel qu’un élastomère standard FKM, HNBR ou encore AU. A titre d’exemple, l’élastomère FKM commercialisé sous les marques Viton® de DuPont, Tecnoflon® de Solvay Solexis S.p.A et Dyneon® de 3M est un élastomère constitué d’environ 80 % de fluoroélastomères et possédant une excellente résistance à la chaleur (utilisation de -10°C à 250 °C), aux carburants et aux produits chimiques agressifs.

Bien entendu, les différents modes de réalisation décrits ci-avant pour l’utilisation des composés de formule (I) ou le procédé de préparation décrit ci-dessus s’appliquent également pour la composition lubrifiante (et inversement) et ne seront pas reprises ci-après.

La présente invention se rapporte également à l’utilisation de la composition lubrifiante pour lubrifier des dispositifs et/ou des machines mis en œuvre dans des applications industrielles marines et terrestres.

L’invention se rapporte également à un procédé de lubrification d’au moins un dispositif et/ou machine mis en œuvre dans des applications industrielles, mannes et/ou terrestres, ledit procédé comprenant la mise en contact de la composition lubrifiante selon l’invention avec au moins une pièce mécanique dudit dispositif et/ou de ladite machine.

Selon un mode de réalisation, la composition lubrifiante est choisie parmi les graisses industrielles, les lubrifiants marins, les lubrifiants pour engrenage, les lubrifiants automobiles, en particulier pour transmissions automobiles, les lubrifiants poids lourds, les lubrifiants pour le travail des métaux et les lubrifiants des tubes d’étambot.

De préférence, la composition lubrifiante est mise en œuvre pour lubrifier des engrenages.

Exemples

A°) Exemples de préparation de composés (I) selon l’invention

Exemple 1 : Procédé de préparation d’un composé de formule (I) (ester à longues chaînes grasses ramifié) obtenu par estérification d’huile de ricin avec un anhydride acétique.

Le procédé est réalisé à partir des matières premières suivantes dans les teneurs indiquées dans le tableau 1 ci-dessous :

[Tableau 1 ]

De façon générale, le procédé de préparation se déroule dans des conditions très douces (avec ou sans catalyseur) à une température de 120°C, en soutirant l’acide acétique formé au cours de la réaction d’estérification :

- on procède tout d’abord à une étape d’hydrogénation de l’huile de ricin, de sorte à obtenir une huile de ricin dont toutes les chaînes grasses hydrocarbonées ont été saturées ;

- on chauffe jusqu’à fusion complète l’huile de ricin hydrogénée à 120°C (la température de fusion théorique est de 90°C);

- on introduit l’anhydride acétique en continu à un débit de 0, 1 L/h/Kg d’huile de ricin hydrogénée ;

- on suit en parallèle l’indice d’hydroxyle par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) jusqu’à ce que l’indice d’hydroxyle IOH soit inférieur à 1 mg KOH/g ; l’ensemble de ces étapes dure en général 5 heures et on obtient un produit limpide ; on élimine ensuite l’acide acétique formé en augmentant la température de 120°C à 160°C (le point d’ébullition de l’acide acétique est de 118°C et celui de l’anhydride acétique est de 139°C à pression atmosphérique) pendant une durée de 3 heures à une pression de 2 mbar ;

- on refroidit ensuite le produit obtenu de 160°C à 40°C ;

- on neutralise le produit obtenu en ajoutant 0,5% à 1 % d’agent neutralisant et de noir (en masse par rapport à la masse totale de produit) / on met le produit obtenu dans un réacteur sous vide afin d’éliminer l’eau / on chauffe à une température maximale de 80°C jusqu’à déshydratation du milieu et on filtre sur Dicalite® ;

- on procède à une filtration sur filtre Gauthier® à une température maximale de 70°C, de façon à obtenir un produit limpide éclatant.

Exemple 2 : Procédé de préparation d’un composé de formule (I) (ester à longues chaînes grasses ramifié) obtenu par estérification d’huile de ricin avec un anhydride butyrique.

Pour cet exemple, on procède de même que pour l’exemple 1 , hormis que l’anhydride acétique est remplacé par l’anhydride butyrique dans les conditions annoncées dans le tableau 2 ci-dessous :

[Tableau 2]

Exemple 3 : Procédé de préparation d’un composé de formule (I) (ester à longues chaînes grasses ramifié) obtenu par estérification d’huile de ricin avec un anhydride isobutyrique.

Pour cet exemple, on procède de même que pour l’exemple 1 , hormis que l’anhydride acétique est remplacé par l’anhydride isobutyrique dans les conditions annoncées dans le tableau 3 ci-dessous : [Tableau 3]

Exemples 4 à 7 : Procédé de préparation d’une base lubrifiante selon l’invention. Des bases lubrifiantes selon l’invention ont été préparées en mélangeant, le composé de formule (I) de l’exemple 1 avec un iso-stéarate (NYCOBASE SMP commercialisé par la société NYCO) selon les teneurs massiques suivantes (en masse, par rapport à la masse totale de la composition de base lubrifiante ainsi formée) :

[Tableau 4] B°) Caractérisation des esters selon les exemples 1 à 7 décrits ci-dessus et d’un exemple comparatif (iso-stéarate)

Les bases lubrifiantes selon l’invention et préparées selon les exemples 1 à 4 présentent les caractéristiques suivantes (tableau 5). A titre de comparaison, l’exemple comparatif, nommé ci-après « Comp.1 » illustre une base lubrifiante composée à 100% de l’iso-stéarate mentionné ci-dessus (produit NYCOBASE SMP commercialisé par la société NYCO) :

[Tableau 5]

Comme le montre le tableau 5 ci-dessus, les bases lubrifiantes selon l’invention présentent des performances techniques de lubrification adéquates proches de l’exemple comparatif Comp.1 (iso-stéarate), notamment en termes de grade de viscosité, d’indice de viscosité et de point d’éclair. Cependant, ce tableau 5 montre également que les bases lubrifiantes selon l’invention présentent des propriétés interfaciales améliorées par rapport à ceux de l’Ex. Comp.1 : pas de problématique de moussage, temps de désémulsion et de désaération courts. Elles présentent en outre une meilleure stabilité à l’hydrolyse (résistance à l’hydrolyse) que l’Ex.Comp.1. Les compositions lubrifiantes selon l’invention présentent ainsi une stabilité renforcée dans les environnements marins, aqueux ou encore humides.

Le tableau 6 ci-dessous montre les performances techniques des compositions lubrifiantes des exemples 1 , 4 à 7 selon l’invention et de l’exemple Comp.1 : [Tableau 6]

Tel que mentionné ci-dessus, les composés de formule (I) présentent des performances techniques de lubrification adéquate.