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COMPOSE DIELECTRIQUE ET METHODE DE FABRICATION.
L'invention se rapporte à des composes organiques diélectriques ainsi qu'aux méthodes pour l'obtention de ces composés.
Divers composés organiques halogénés, tels que le naphthalène chloraté et le diphényl chloraté, ont été proposés comme diélectriques dans les transformateurs, les condensateurs et les autres appareils électriques, soit directement utilisés dans la forme d'isolants liquides ou solides entourant l'appa- reil et renfermés dans un réceptable convenable, soit sous forme de diélectriques liquides pour imprégner les espaces poreux d'autres isolants ou diélectriques, en particulier des isolants poreux et fibreux, comme du papier, de la fibre ou autre.
Bien que le diphényl chloraté ait été utilisé jusqu'à présent avec succès comme diélectrique, d'autres composés halogénés, en particulier des naphthalènes chloratés, n'ont pas
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donné entière satisfaction par cuite de leurs faibles pro- priétés diélectriques et électriques.
Un des buts de la présente invention est de réa- liser un composé diélectrique perfectionné du genre ci-dessus mentionné, ainci qu'une méthode propre à obtenir ce produit. un but plus particulier de l'invention est de réa- liser un nouveau procédé pour transformer des naphthalènes chloratés n'offrant que de faibles propriétés diélectriques et électriques en des composés de caractéristiques élevées.
Sur le dessin ci-joint on a représenté aux figures 1 et 2 des diagrammes montrant quelques unes des caractéristiques perfectionnées des nouveaux composés diélectriques obtenus par les méthodes décrites.
Conformément aux buts mentionnés ci-dessus, et suivant des caractéristiques qui seront mieux comprises par la suite, le composé diélectrique conforme à l'invention con- siste principalement en un produit de condensation des naphtha- lènes chlorates, en particulier des naphthalènes chlorates in- férieurs, et des chlorures de sulfure, ou quelqu'autres compo- sés convenables, capables de produire du chlorure de sulfure pendant la réaction.
Une méthode pour la réalisation de l'invention consiste à condenser les naphtalènes inférieurs, tels que les naphtalènes monochlorés, dichlorés et trichlorés, ou un mé- lange de ceux-ci en diverses proportions, avec un ou plusieurs chlorures de sulfure, tels que du sulfure monochlorure et di- chlorure, de préférence en présence d'un catalyseur. Suivant un mode particulier de réalisation de l'invention, le cataly- seur consiste en oxyde d'aluminium activé.
Le produit de condensation, ou résine, obtenu de cette manière, offre différentes qualités suivant le rapport existant entre les naphtalènes chloratés et le chlorure de
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sulfure utilisé. Si la quantité de naphtalène chloraté est maintenue constante, le degré de densité de la résine obtenue varie d'huiles mobiles légères à des huiles visqueuses et à des solides, avec des quantités accrues de chlorures de sulfure utilisées. Une résine solide peut aussi être obtenue d'une résine huileuse en enlevant quelques chloronaphthalènes non réagit au moyen d'une distillation dans le vide ou la vapeur, ou par quelqu'autres moyens convenables.
Le succès de la condensation dépend principalement du choix du catalyseur utilisé. Ainsi que cela a été constaté, de l'oxyde d'aluminium convient bien pour une telle condensa- tion.
Quand de l'oxyde d'aluminium activé est utilisé comme catalyseur, pratiquement tout le chlorure combiné avec le sulfure est éliminé comme chlorure hydrogéné, l'hydrogène étant dérivé de la matière d'hydrogène carbone qui résulte de la formation du nouveau sulfure carboné. Donc l'atome de sul- fure réunit deux groupes de chlorure naphthyl avec la formation d'un sulfure ou d'un disulfure.
Quand des catalyseurs autres que des oxydes d'alu- minium sont utilisés, il se produit une cubstitution de pro- duits et la formation d'autres produits qui peuvent être pré- judiciables dans certains cas à cause de leur instabilité. On a trouvé que l'emploi d'oxydes d'aluminium actifs comme cata- lyseur éliminait tous les produits indésirables. Une quantité plus théorique de chlorure d'hydrogène est réalisée pendant la réaction.
D'autres catalyseurs comme l'aluminium, --le zinc, le fer ou des chlorures ou des sulfures de ces métaux, ou encore d'autres métaux, bien que pouvant être utilisés effec- tivement, ont été trouvés moins recommandables, bien que d'autres matières actives puissent être employées avec des
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avantages égaux suivant les circonstances ou les conditions particulières
Par le procédé décrit, der naphthalènes chloratés possédant de faibles propriétés diélectriques cont transfor- més en des produits de condensation ou résines ayant de bonnes propriétés diélectriques ou antres caractéristiques électriques.
Parmi les avantages réalises par la présente invention, on peut citer:
1)- Une constante diélectrique élevée avec des variations relativement faibles pour une rangée importante de températures. La constante diélectrique observée dans les essais réalisés variait de 3.9 à 4.1 pour une rangée de tem- pératures allant de 20 à 100 centigrades. La constante dié- lectrique à 25 C du papier imprégné Kraft a été trouvée égale à 5.2 .
2)- Facteur de puissance faible des condensateurs imprégnés pour une grande rangée de températures. Suivant les essais réalisés., le facteur de puissance à luOO cycles a été trouvé variant de 0.25% à la température ambiante de la chambre à 0.5 à la température de 95 centigrades (voir fig. 2).
3)- Grande résistance d'isolation qui a été trouvée égale à 6. 000 mégohms par miorofarad pour un condensateur utilisant du papier Kraft imprégné du composé décrit dans cette invention.
4) - Tension de rupture élevée, trouvée égale à une valeur voisine de 3800 volts en courant continu pour un conden- sateur utilisant 3 couches de papier Araft de 0.007 mm d'é- paisseur, et imprégné du nouveau composé décrit.
5)- stabilité chimique.
6)- Aucune tendance à la crystallisation.
7)- Aucune inflammabilité.
Les courbes montrées figures 1 et 2 montrent
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respectivement, d'une manière plus détaillée, les changements cn capacité et en puissance d'un dispositif à capacité im- prégné de la nouvelle matière diélectrique préparée conformé- ment à l'invention- Ces courbes se rapportent à un condensa- teur enroulé avec trois couches de papier ilraft d'une épaisseur égale à 0.007 mm.
On a montré ci-après, à titre d'exemple, un procédé pratique de réalisation de l'invention. Les réactifs utilisés sont:
1)- 2. 25 molécules de monochloronaphthalènes ou un mélange de naphthalènes chloratés.
2) - 1 molécule de chlorure de sulfure.
3) - Un mélange d'aluminium actif passant dans un tamis de 700 à 1300 mailles par dcm2 (enciron 6% ou moins du poids total des réactifs).
Dans la réalisation du procédé, les 2.25 molécules de monochloronaphthalène sec ou un mélange de naphthalène chlorate tel qu'un mélange composé de 60% de monochloronaphtha- lène, 30% de dichloronaphthalène, et de 10% de trichloronaphtha- lène, sont introduits dans un flacon ou autre réceptable con- venable. Cette matière est chauffée à 70 centigrades puis l'on ajoute 50 grammes d'oxyde d'aluminium actif. Aussitôt que celui-ci a été introduit, du chlorure de sulfure est légè- rement ajouté d'une manière convenable quelconque, tandis que la masse est vigoureusement mélangée. La vitesse d'addition du chlorure de sulfure doit être maintenue constante. La température est portée de 90 à 95 centigrades pendant que l'on ajoute le chlorure de sulfure et ensuite est maintenue constante à cette valeur.
L'opération doit durer environ six heures. La masse est alors mélangée pendant quelques heures jusqu'à ce que le chlorure d'hydrogène n'est plus éliminé.
Le vase à réaction doit être placé de manière à pouvoir être
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refroidi avec de l'eau afin de ramener dans le vase à réac- tion le chlorure de sulfure ou le naphthalène chloraté qui peut être volatilisé. Le chlorure d'hydrogène et la petite quantité de sulfure d'hydrogène sot éliminées pendant la condensation.
Le produit résineux obtenu de cette manière est alors traité avec un dissolvant tel que de la benzine, et séparé du catalyseur par filtration. La solution est ensuite lavée avec de l'eau et neutralisée. Le dissolvant est distillé la vapeur et la résine ainsi obtenue est libérée de l'eau en chauffant dans un vase vide d'air. Le composé résineux final ainsi obtenu a une couleur,pâle orange et peut être amélioré et purifié par l'emploi de petites quantités d'alumina actif comme agent absorbant.
Bien que l'invention ait été décrite en envisageant un cas particulier, il est évident qu'elle est susceptible de recevoir des applications beaucoup plus étendus, des quantités variées de naphthalènes chloratés et de chlorures de sulfure pouvant être employées suivant les avantages recherchés sans sortir du domaine de l'invention.
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DIELECTRIC COMPOUND AND METHOD OF MANUFACTURING.
The invention relates to dielectric organic compounds as well as to methods for obtaining these compounds.
Various halogenated organic compounds, such as chlorated naphthalene and chlorate diphenyl, have been proposed as dielectrics in transformers, capacitors and other electrical devices, either directly used in the form of liquid or solid insulators surrounding the device. and enclosed in a suitable receptacle, either in the form of liquid dielectrics to impregnate the pore spaces with other insulators or dielectrics, in particular porous and fibrous insulators, such as paper, fiber or the like.
Although diphenyl chlorate has heretofore been used successfully as a dielectric, other halogenated compounds, in particular chlorinated naphthalenes, have not
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given complete satisfaction by firing their low dielectric and electrical properties.
One of the aims of the present invention is to produce an improved dielectric compound of the type mentioned above, as well as a method suitable for obtaining this product. a more particular aim of the invention is to provide a new process for converting chlorinated naphthalenes which offer only low dielectric and electrical properties into compounds with high characteristics.
In the accompanying drawing are shown in Figures 1 and 2 diagrams showing some of the improved characteristics of the new dielectric compounds obtained by the methods described.
In accordance with the objects mentioned above, and according to characteristics which will be better understood hereinafter, the dielectric compound according to the invention consists mainly of a condensation product of naphthalene chlorates, in particular of naphthalene chlorates. fuels, and sulfide chlorides, or other suitable compounds capable of producing sulfide chloride during the reaction.
One method for carrying out the invention is to condense lower naphthalenes, such as monochlorinated, dichlorinated and trichlorinated naphthalenes, or a mixture thereof in various proportions, with one or more sulfide chlorides, such as sodium chloride. sulfide monochloride and dichloride, preferably in the presence of a catalyst. According to a particular embodiment of the invention, the catalyst consists of activated aluminum oxide.
The condensation product, or resin, obtained in this way, offers different qualities according to the ratio existing between the chlorinated naphthalenes and the chloride of
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sulfide used. If the amount of chlorinated naphthalene is kept constant, the degree of density of the obtained resin varies from light mobile oils to viscous oils and solids, with increased amounts of sulfide chlorides used. A solid resin can also be obtained from an oily resin by removing some unreacted chloronaphthalenes by means of vacuum or steam distillation, or by some other suitable means.
The success of the condensation depends mainly on the choice of the catalyst used. As has been found, aluminum oxide is well suited for such condensation.
When activated aluminum oxide is used as a catalyst, substantially all of the chloride combined with the sulfide is removed as hydrogen chloride, the hydrogen being derived from the carbon hydrogen material which results in the formation of new carbon sulfide. So the sulfur atom unites two groups of naphthyl chloride with the formation of a sulfide or a disulfide.
When catalysts other than aluminum oxides are used, there is a build-up of products and the formation of other products which can be detrimental in some cases because of their instability. The use of active aluminum oxides as a catalyst has been found to remove all unwanted products. A more theoretical amount of hydrogen chloride is made during the reaction.
Other catalysts such as aluminum, zinc, iron, or chlorides or sulphides of these metals, or other metals, although they can be used effectively, have been found to be less desirable, although other active ingredients can be used with
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equal benefits depending on circumstances or special conditions
By the process described, chlorinated naphthalenes having poor dielectric properties are transformed into condensation products or resins having good dielectric properties or other electrical characteristics.
Among the advantages achieved by the present invention, mention may be made of:
1) - A high dielectric constant with relatively small variations for a large range of temperatures. The dielectric constant observed in the tests carried out varied from 3.9 to 4.1 for a range of temperatures ranging from 20 to 100 centigrade. The dielectric constant at 25 ° C of Kraft impregnated paper was found to be 5.2.
2) - Low power factor of impregnated capacitors for a large range of temperatures. According to the tests carried out, the power factor at luOO cycles was found to vary from 0.25% at the ambient temperature of the chamber to 0.5 at a temperature of 95 centigrade (see FIG. 2).
3) - Large insulation resistance which has been found to be 6,000 megohms per miorofarad for a capacitor using Kraft paper impregnated with the compound described in this invention.
4) - High breaking voltage, found equal to a value close to 3800 volts in direct current for a capacitor using 3 layers of Araft paper of 0.007 mm thick, and impregnated with the new compound described.
5) - chemical stability.
6) - No tendency to crystallize.
7) - No flammability.
The curves shown in figures 1 and 2 show
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respectively, in more detail, the changes in capacitance and in power of a capacitor device impregnated with the new dielectric material prepared according to the invention. These curves relate to a capacitor wound with three layers of ilraft paper with a thickness equal to 0.007 mm.
A practical method of carrying out the invention has been shown below by way of example. The reagents used are:
1) - 2. 25 molecules of monochloronaphthalenes or a mixture of chlorinated naphthalenes.
2) - 1 molecule of sulphide chloride.
3) - A mixture of active aluminum passing through a sieve of 700 to 1300 meshes per dcm2 (approximately 6% or less of the total weight of the reactants).
In carrying out the process, the 2.25 molecules of dry monochloronaphthalene or a mixture of naphthalene chlorate such as a mixture made up of 60% monochloronaphthalene, 30% dichloronaphthalene, and 10% trichloronaphthalene, are introduced into a vial or other suitable receptacle. This material is heated to 70 centigrade and then 50 grams of active aluminum oxide are added. As soon as this has been introduced, sulphide chloride is added lightly in any suitable way, while the mass is vigorously mixed. The rate of addition of the sulfide chloride must be kept constant. The temperature is raised from 90 to 95 centigrade while adding the sulfur chloride and then is kept constant at this value.
The operation should take about six hours. The mass is then mixed for a few hours until the hydrogen chloride is no longer removed.
The reaction vessel should be placed so that it can be
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cooled with water in order to bring back into the reaction vessel the sulphide chloride or the chlorinated naphthalene which can be volatilized. Hydrogen chloride and the small amount of hydrogen sulfide are removed during condensation.
The resinous product obtained in this way is then treated with a solvent such as benzine, and separated from the catalyst by filtration. The solution is then washed with water and neutralized. The solvent is steam distilled and the resin thus obtained is released from the water by heating in an empty vessel. The final resinous compound thus obtained has a pale orange color and can be improved and purified by the use of small amounts of active alumina as an absorbent.
Although the invention has been described by considering a particular case, it is obvious that it is capable of receiving much more extensive applications, varying amounts of chlorinated naphthalenes and of sulphide chlorides being able to be used according to the desired advantages without going beyond within the scope of the invention.