CH651284A5 - Process for the preparation of a compound for a dielectric fluid for transformers and its use - Google Patents

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CH651284A5
CH651284A5 CH4531/82A CH453182A CH651284A5 CH 651284 A5 CH651284 A5 CH 651284A5 CH 4531/82 A CH4531/82 A CH 4531/82A CH 453182 A CH453182 A CH 453182A CH 651284 A5 CH651284 A5 CH 651284A5
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Sergio Nebel
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Ugine Kuhlmann
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Description

Le but de la présente invention est principalement de résoudre ce problème. L'invention se propose donc de fournir un procédé de préparation de composés pour fluides diélectriques pour transformateurs, remplaçant les Askarels, avec une constante diélectrique sensiblement de la même valeur. En même temps, l'invention se propose de résoudre ce problème grâce à un procédé de préparation qui soit applicable à des coûts raisonnables et, par conséquent, fondamentalement économique.
On a trouvé de façon surprenante, et c'est ce qui constitue l'objet de l'invention, que les buts évoqués ci-dessus pouvaient être atteints par un procédé selon lequel on prépare un composé de formule générale:
(I)
( CH, ) 3 y
35 dans laquelle n, x, y, z ont pour valeur 1 ou 2,
a) en soumettant à chloruration de l'orthochlorotoluène technique pour donner un mélange d'isomères de dichlorotoluène,
b) en halogénant le méthyle desdits isomères de dichlorotoluène,
et
40 c) en soumettant à la réaction de Friedel et Crafts les produits obtenus dans les réactions a et b.
Par le terme d'orthochlorotoluène technique, on entend couramment un mélange d'isomères du monochlorotoluène, dans lequel l'isomère ortho est présent en pourcentage égal ou supérieur à 75% 45 et, généralement, à 90%.
Plus particulièrement, selon l'invention, il est prévu de soumettre l'orthochlorotoluène technique à chloruration avec Cl2 gazeux en présence de catalyseurs comme FeCl3 ou FeCl3 + S, à des températures modérées, par exemple entre 50 et 100°C, pour donner un mé-50 lange d'isomères de dichlorotoluène dans des rapports isomériques déterminés.
Puis on soumet ce mélange d'isomères de dichlorotoluène à l'ha-logénation du méthyle, de préférence par voie photochimique, encore à température modérée; on fait alors réagir le produit ainsi ob-55 tenu selon Friedel et Crafts sur un mélange d'isomères de dichlorotoluène, ces derniers également produits par chloruration de l'orthochlorotoluène technique, comme il a été dit plus haut.
La réaction de Friedel et Crafts conduit ainsi à un mélange de composés de ladite formule I. En particulier, le produit final préféré M pour les buts de l'invention est donné par un mélange de tétrachlorodiarylméthanes de ladite formule II, comme il a été dit plus haut.
Afin de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention, un exemple, non limitatif, d'application pratique va être décrit.
65
Exemple:
30 mol d'un mélange d'isomères de dichlorotoluène, obtenu à partir d'orthochlorotoluène technique par halogénation avec Cl2 à
50 C, catalysés par du FeCl3 anhydre et séparés par rectification de la masse, sont placés dans un réacteur de 6 1, équipé d'une lampe à UV, d'un agitateur, d'un réchauffeur et d'un réfrigérant.
A 80; C, on envoie lentement du Cl2 (jusqu'à un maximum de 5 mol).
Dans un second réacteur identique, on place 10 g de FeCl3 anhydre et on ajoute en Vi h la masse de réaction précédente. On a un fort dégagement de HCl et on règle la vitesse d'addition, ou le chauffage, de façon que la température reste à environ 80: C.
Au bout de 2 h supplémentaires, la réaction de Friedel et Crafts est achevée.
On lave la masse avec de l'eau, plusieurs fois si nécessaire, puis on rectifie sous vide avec une colonne de 30 plateaux jusqu'à élimination totale du dichlorotoluène en excès.
On agite la masse résiduelle pendant au moins 3 h avec 10 g de Na2C03 anhydre à 250eC, puis elle est soumise à la distillation sous vide poussé, obtenant ainsi une huile claire qui représente environ 85% du produit total dans la chaudière, constitué de tétrachlorodiarylméthanes.
On a déduit expérimentalement qu'en mélangeant 60% de tétrachlorodiarylméthanes de l'invention et 40% de trichlorobenzènes, on obtient un fluide de constante diélectrique comprise entre 4,0 et 4,2 (à 90°C - 50 Hz).
Ces valeurs sont pratiquement identiques à celles des Askarels connus. '
Le fluide de l'invention se révèle donc très avantageux à employer comme diélectrique dans des transformateurs, car la distribution de ladite fatigue entre l'isolant solide et le fluide est analogue au cas des transformateurs dans les Askarels.
Il est à remarquer qu'en mélangeant les tétrachlorodiarylméthanes de l'invention (60 parties) avec 40 parties d'une composition:
trichlorotoluènes 77% environ dichlorotoluènes 23% environ on obtient un fluide diélectrique ayant une constante encore plus basse, comprise entre 3,9 et 4,1 (à 90e C-50 Hz).
Les avantages de l'invention telle qu'elle a été définie en substance peuvent être compris à la lumière des brèves considérations techniques suivantes : la molécule du tétrachlorodiarylméthane comprend deux anneaux benzéniques substitués, reliés entre eux par un pont méthylénique — CH2 —. En correspondance des liaisons — CH2— anneau, une rotation des groupes le long de l'axe de la liaison elle-même est possible. Cette rotation se révèle seulement partiellement limitée par des empêchements stériques des substituants sur les anneaux benzéniques.
Si les moments dipolaires de ces anneaux benzéniques, qui dépendent de la position de leurs substituants, sont maintenus bas en valeur absolue, également le moment moyen statistique de toute la
651 284
molécule du diarylméthane aura une valeur basse. Cela étant dit, il faut considérer que, selon ce qui est prévu d'après la technique connue par chloruration à basse température (par exemple 50" C) du toluène, on obtient des dérivés dichlorés selon les distributions isomé-riques approximatives indiquées sur le tableau ci-dessous:
Dichlorotoluène
Chloruration avec catalyse FeCl3 du toluène
Chloruration avec catalyse FeCl3 + S du toluène
Isomère 2-3
8% environ
6% environ
Isomère 2-4
43% environ
34% environ
Isomère 2-5
20% environ
38% environ
Isomère 2-6
18%) environ
7% environ
Isomère 3-4
11 % environ
15%i environ
A partir des moments mesurés ou calculés de chacun des isomères susdits, il est possible de calculer avec une certaine approximation l'apport de chaque composant au moment global du mélange.
Ce moment est compris entre 1,6 et 1,7 debye.
Si l'on considère ce que propose l'invention, dans des conditions d'opération analogues, en partant de l'orthochlorotoluène, il y a formation des isomères selon le tableau suivant:
Dichlorotoluène
Chloruration avec catalyse FeCl3 de l'orthochlorotoluène
Chloruration avec catalyse FeCl3 + S de l'orthochlorotoluène
Isomère 2-3
15% environ
13% environ
Isomère 2-4
12% environ
21%) environ
Isomère 2-5
39% environ
55%> environ
Isomère 2-6
34% environ
11 % environ
Si l'on emploie l'orthochlorotoluène technique à bas contenu d'isomère para, le 3-4 dichlore est seulement présent en traces négligeables.
Ce composé présente une valeur de ji très élevée (environ 3 debyes). En calculant l'apport de chaque composant au moment global apparent du mélange, on trouve une valeur de (i comprise entre 1,1 et 1,2 debye. En conséquence, les tétrachlorodiarylméthanes préparés à partir d'orthochlorotoluène technique possèdent une constante diélectrique plus faible que ceux préparés à partir du toluène.
Enfin, si l'on considère que l'orthochlorotoluène technique constitue une matière première disponible à bas prix et sans difficulté, on voit que l'invention permet de réaliser avantageusement les buts initialement envisagés.
3
5
10
15
20
25
30
35
40
45
R

Claims (5)

651 284 REVENDICATIONS
1. Procédé de préparation d'un composé-pour fluide diélectrique pour transformateurs, répondant à la formule:
(I)
(CH3)y
dans laquelle n, x, y et z ont pour valeur 1 ou 2, caractérisé en ce que: a) l'on soumet à chloruration de l'orthochlorotoluène techni- 15 que pour donner un mélange d'isomères de dichlorotoluène, puis b) on halogène le méthyle desdits isomères de dichlorotoluène, et c) on soumet à la réaction de Friedel et Crafts les produits obtenus dans les réactions (a) et (b).
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le com- 2o posé obtenu est le tétrachlorodiarylméthane de formule:
Cl
\ w „ /^n3
W)~CH2-
(II)
Cl
3. Fluide diélectrique pour transformateurs, contenant un composé de formule (I) préparé par le procédé selon la revendication 1.
4. Fluide diélectrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il contient le composé de ladite formule (I) en mélange avec un solvant choisi parmi les trichlorobenzènes, trichlorotoluène, dichlorotoluène ou un mélange de ceux-ci.
5. Fluide diélectrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un composé stabilisant, tel que le tétraphénylétain, ou un composé époxydique.
On sait que les Askarels, utilisés pendant des décennies comme huiles ininflammables diélectriques, le plus souvent comme liquides isolants pour transformateurs, sont constitués par un mélange de polychlorodiphényles et trichlorobenzènes. En eux, la présence de trichlorobenzène sert à réduire la viscosité du fluide afin d'augmenter l'échange thermique entre le noyau de la machine et les parois externes ou les radiateurs de refroidissement.
Lors de l'étude pour la mise au point d'un liquide chloruré organique ininflammable, remplaçant les polychlorodiphényles, on a proposé un fluide constitué par des tétrachlorodiarylméthanes de formule générale:
Cl \
ai)
Cl dilués justement avec des trichlorobenzènes pour obtenir la viscosité optimale pour l'emploi désiré. Cette proposition est l'objet de la demande de brevet français N° 7904259.
On connaît une méthode pour préparer les tétrachlorodiarylméthanes susdits à partir du toluène; selon cette méthode de préparation, le toluène est soumis à chloruration pour donner du dichlorotoluène; une partie du dichlorotoluène est ensuite soumise à chloruration du méthyle, par exemple par voie photochimique, pour donner du chlorure de dichlorobenzyle; enfin, on effectue une réaction de Friedel et Crafts entre le chlorure de dichlorobenzyle et le dichlorotoluène.
En mélangeant 60 parties de tétrachlorodiarylméthanes ainsi obtenus avec 40 parties de trichlorobenzènes, on obtient un fluide qui, après purification, présente une constante diélectrique (90" C - 50 Hz) > 4,4. Cette valeur de constante diélectrique est supérieure à celle des Askarels pour transformateurs, qui est comprise environ entre 4,0 et 4,1. Les techniciens de la branche savent qu'une valeur de constante diélectrique plus élevée entraîne une plus grande fatigue de l'isolant solide qui est interposé entre les roulements. Bien qu'elle soit généralement acceptée par les utilisateurs car, jusqu'à présent, on n'a pas proposé de solutions alternatives valables, il s'agit là d'un problème d'une certaine importance.
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