Lubrifiants - Additifs à action chimique

Abstract

Malgre les progres continuels du raffinage du petrole et de la petrochimie, les huiles de base minerales ou synthetiques pures ne possedent pratiquement jamais toutes les proprietes requises pour leurs principales applications automobiles, industrielles, marines ou aeronautiques. Aussi, est-il necessaire d’incorporer aux lubrifiants finis (huiles et graisses) des additifs dont la teneur peut varier de moins de 1 % pour certaines huiles industrielles a plus de 25 % pour les dernieres huiles pour moteurs Diesel de vehicules industriels tres sollicites ou pour certains lubrifiants de travail des metaux. Les additifs sont destines soit a renforcer certaines proprietes intrinseques des huiles de base comme le point d’ecoulement, l’indice de viscosite, la resistance a l’oxydation, les proprietes antiusure et antifriction ou le pouvoir de protection antirouille, soit a leur apporter des proprietes qu’elles ne possedent pas (ou peu) naturellement comme la detergence, le pouvoir dispersif, l’alcalinite en vue de neutraliser les composes acides, le pouvoir de protection contre la corrosion des metaux non ferreux, ou les proprietes extreme-pression (EP). Dans certains cas, ils peuvent aussi combattre des defauts apportes par d’autres additifs. Ainsi, les additifs antimousse evitent la formation de mousses entrainee par la presence dans le lubrifiant d’additifs tensioactifs comme les detergents, les dispersants, les agents emulsifiants des fluides aqueux ou meme les additifs d’onctuosite et les antirouilles. La formulation d’un lubrifiant contenant de nombreux additifs, parfois jusqu’a vingt, est une operation generalement longue, qui peut demander deux a trois ans d’etudes, qui requiert une grande experience et un savoir-faire pluridisciplinaire et qui est souvent fort couteuse car reposant sur de nombreux essais en laboratoire, sur bancs d’essai ou en service. Ainsi, par exemple, le prix d’un seul essai sur moteur oscille entre 15 000 et 75 000 euros et il faut en realiser un grand nombre pour qualifier une formule d’huile moteur. Il ne faut pas croire qu’un additif donne agit dans n’importe quelle condition. En realite, son action depend de quatre ensembles de facteurs principaux : sa nature chimique , son degre de purete et sa concentration dans l’huile (ou la graisse) ; l es interactions avec les autres additifs presents dans la formule. Dans certains cas, il peut y avoir antagonisme entre deux additifs. Ainsi, un additif antiusure peut perdre de son efficacite en presence d’un additif plus polaire que lui qui, par exemple, va former un film barriere, solidement adsorbe sur les surfaces, s’opposant physiquement a l’adsorption de l’additif antiusure – c’est le cas d’un additif detergent ou d’un additif antirouille – ou, encore, va le « sequestrer » au sein du liquide en l’empechant d’agir au niveau des surfaces ; c’est ce qui se passe en presence d’additifs dispersants. Naturellement, il convient d’eviter ou de limiter ces antagonismes. Dans d’autres cas, au contraire, il y a synergie, c’est-a-dire que les effets benefiques obtenus par l’association de deux ou de plusieurs additifs sont superieurs a ceux obtenus separement avec chaque produit. Des effets synergiques bien connus concernent, par exemple, l’association de deux (ou trois) additifs antioxydants : un inhibiteur radicalaire (phenol et/ou amine aromatique) et un destructeur d’hydroperoxydes (dithiophosphate de zinc). D’autres synergies sont relatives aux proprietes antifriction, antiusure et extreme pression des lubrifiants ; ce sont celles des associations de corps gras ou de derives de corps gras avec des additifs extreme-pression soufres, d’additifs EP soufres avec des additifs antiusure phosphores, d’additifs EP soufres avec des additifs EP chlores, etc. Bien entendu, le formulateur tire profit de ces synergies ; la nature des huiles de base : composition chimique, purete, degre de raffinage, grade de viscosite, etc. Ainsi, moins les huiles minerales raffinees au solvant ou hydrotraitees contiennent d’hydrocarbures aromatiques et d’impuretes soufrees, azotees et oxygenees, plus elles sont receptives aux additifs antioxydants et antiusure. Plus une huile de base presente un pouvoir solvant eleve du, par exemple, a une forte aromaticite ou a des fonctions ester ou ether, moins les additifs a action de surface comme les antiusure et les extreme-pression se montrent efficaces. Ces derniers additifs sont plus actifs, car plus mobiles, dans une huile de base fluide que dans une huile visqueuse, etc. ; l es conditions tribologiques de fonctionnement du mecanisme a lubrifier conditionnant le regime de lubrification : temperature de contact, pression de contact, vitesses de glissement et, eventuellement, de roulement, rheologie du film d’huile, type d’ambiance (atmosphere neutre, oxydante, corrosive, humide, poussiereuse...), presence de vibrations, etat de la mecanique (usure, jeux, rugosite et etats de surface, accumulation de depots sur les surfaces...) et, naturellement, nature des materiaux des surfaces. Ainsi, tel dialkyldithiophosphate de zinc a chaine alkyle courte, tres antiusure en presence de metaux ferreux ou de molybdene, peut etre sans effet, ou meme avoir un effet nefaste, en presence d’une surface chromee. Celle-ci, en revanche, appreciera les diaryldithiophosphates de zinc a chaine longue ainsi que les biphenols encombres et les esters visqueux. Il existe des molecules d’additifs ne possedant qu’une seule fonction tandis que d’autres, a structure souvent plus complexe, sont multifonctionnelles. C’est ainsi le cas des dialkyldithiophosphates de zinc, a la fois antioxydants, antiusure, anticorrosifs et legerement dispersants. C’est aussi le cas des additifs detergents de type alkylphenate sulfure de calcium ou de magnesium dont la structure phenolique et la presence de soufre leur conferent des proprietes antioxydantes interessantes ; de plus, le soufre leur procure une efficacite antiusure non negligeable et si, par ailleurs, ils sont rendus alcalins par dispersion colloidale de carbonate de calcium ou de magnesium, ils sont aussi dotes d’un caractere antiacide. On utilise aussi la possibilite de greffer sur une molecule ayant une action specifique, par exemple un polymere ameliorant l’indice de viscosite, un motif chimique destine a lui conferer une autre propriete comme un pouvoir dispersif du au greffage d’un motif polaire azote, par exemple. Cet ensemble sur les additifs se compose de deux articles : [BM 5 343] Lubrifiants. Additifs a action chimique ; [BM 5 344] Lubrifiants. Additifs a action physique ou physiologique, qui est lui-meme complete par : [Doc.BM 5 344] Lubrifiants. Additifs. « Pour en savoir plus ». Le lecteur pourra aussi, avantageusement, consulter les articles parus dans ce traite concernant les lubrifiants : Lubrifiants- Proprietes et caracteristiques [BM 5 341] Lubrifiants. Constitution.