LU84292A1 - Fluide dielectrique pour transformateurs et son procede de preparation - Google Patents
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Description
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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 de trichlorobenzènes. En eus, 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 tétrachlorodiarylmétbanes de formule générale:
Cl ci ch3 (n) ci 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 Ne 7904259.
; On connaît une méthode pour préparer les tétrachlorodiarylmé- i thanes susdits à partir du toluène; selon cette méthode de prépa- ! ration, le toluène est soumis à chloruration pour donner du dj- ! chlorotoluène; une partie du dichlorotoluène est ensuite soumise ï à chloruration du méthyle, par exemple par voie photochimique, ï pour donner du chlorure de dichlorobenzyle; enfin, on effectue
Itme réaction de Friedel-Crafts entre le chlorure de dichlorobenzyle et le dichlorotoluène.
s i\ · - 3 -
En mélangeant 60 parties de tôtrachloro^iarylnéthanes ainsi obtenus avec 40 parties de trichlorobenzènes, on obtient un flui- -de 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 «’e la brar—-->-che savent qu'une valeur de constante diélectrique plus élevée entraîne une plus grande fatigue de l'isolant solide qui est interposé entre les enroulements. 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.
Le but de la présente invention est principalement de résoudre ce problème. L'invention se propose donc de fournir des flui-des 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 gr" =“ ce 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 en utilisant un fluide diélectrique pour transformateurs caractérisé par le fait qu'il comprenait un composé de . formule générale: yA* 1 - (CHY (ch3) y y-i J v n / , - 4 - dans laquelle n, x, y, z, ont pour valeur 1 ou 2, quand il est obtenu a) en. soumettant à chloruration de 1’orthochlorotoluène technique pour donner un mélange fl'isomères de dichlorotoluène, b) en halogénant le méthyle de dits isomères de dichlorotoluène et c) en soumettant à la réaction de Friedel et Crafts les produits obtenus dans lesdits passages a) et b)·
Par le terme d·orthochlorotoluène technique on entend couramment un mélange d'isomères du raonochlorotoluène, dans lequel 1*isomère ortho est présent en pourcentage égal ou supérieur à 75% et, généralement, à 9056.
Plus particulièrement, selon l’invention, il est prévu de sou-. mettre 1’orthochlorotoluène technique à chloruration avec Cl ga-. zeux en présence de catalyseurs comme, par exemple, FeCl^ ou
FeCl + S, à des températures modérées, par exemple entre 50° C
u et 100e C, pour donner un mélange d’isomères de dichlorotoluène dans des rapports isomériques déterminés.
Puis on soumet ce mélange d’isomères dé dichlorotoluène à 1’halogénation du méthyle par voie photochimique, encore à température modérée; on fait alors réagir le produit ainsi obtenu selon Friedel et Crafts sur un mélange d’isomères de dichlorotoluène, ces derniers également produits par chloruration de 1’orthochloroto-luène technique comme il a été dit plus haut.
La réaction de Friedel et Crafts conduit ainsi à un mélange de composés de lad.ite formule (I). En particulier, le produit final préféré pour les buts de l’invention est donné par un mélange de tétrachlorodiarylméthanes de ladite formule (II), comme il a été dit plus haut.
h • - 5 - I ’ < i Afin de mieux comprendre les caractéristiques de l'invention, i ; . un exemple, non limitatif, d»application pratique va être décrit.
;
' EXEMPLE
j 30 moles d'un mélange d'isomères de dichlorotoluène, obtenu îj à partir d' orthochlorotoluène technique par halogénation avec Cl0 à 50e C, catalysé par FeCl anhydre et séparées par rectification de la masse, sont placées dans un réacteur de 6 litres, équipé d'une lampe à U.Y·* d'un agitateur, d'un réchauffeur et d'un réfri gérant.
I A 80° C on envoie lentement Cl^ (jusqu'à un maximum de 5 moles ! Pans un second réacteur identique, on place 10 g de FeCl^ an hydre, et l'on ajoute en # h.' la masse de réaction précédente. On : * a un fort dégagement d'HCl, et l'on règle la vitesse d'addition, ï, ou le chauffage, de façon à ce que la température reste à environ ! 80° c.
; . ^ i Au bout de 2 heures supplémentaires la réaction de Friedel et
Crafts est achevée.
j On.lave la masse avec de l'eau, plusieurs fois si nécessaire, i j puis on rectifie sous vide avec une colonne de 30 plateaux jus- !» ; * qu'à élimination totale' du dichlorotoluène en excès.
On agite la masse résiduelle pendant au moins 3 heures avec 10 g de NaoC0 anhydre à 250e C, puis elle est soumise à la dis-2 3 tillàtion sous vide poussé, obtenant ainsi une huile claire qui représente environ 85®ô du produit total dans la chaudière, cons-! titué de tétrachlorodiarylméthanes. .
On a déduit expérimentalement qu'en mélangeant 60?£ de tétra- i fl/\ -6- chlorodiarylméthanes de l'invention et 40?o de trichlorobenzènes, on obtient un fluide de constante diélectrique comprise entre 4,0 . et 4,2 (à 90e C - 50 Hz).
Ces valeurs sont pratiquement identiques à celles des Askarols connus.
Le fluide de l'invention s'avère donc très avantageux à employ comme diélectrique dans des transformateurs car la distribution de ladite "fatigue" entre l'isolant solide et le fluide résulte analo gue au cas des transformateurs dans les Askarels.
Il faut ajouter qu'en mélangeant les tétrachlorodiarylmcthanes de l'invention (60 parties) avec 40 parties d»Une composition: Triclilorotoluènes 77°o environ
bichlorotoluènes 235o M
on obtient un fluide diélectrique ayant une constante encore plus 1 basse, comprise entre 3,9 et 4,1 (à 90° C - 50 Hz)»
Les avantages do l'invention telle qu'elle a été définie en substance peuvent être compris à la lumière des brèves considérations techniques suivantes: la molécule du tétrachlorodiarylmé-{ thane comprend deux anneaux benzéniques substitues, relies entre • , eux par un pont méthylénique - CI^ corresPon,1ance ^es sons " - Cil - anneau ", une rotation des groupes le long de l'a- m · xe de la liaison elle-même est possible. Cette rotation s'avère 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 i » » */» « « h - < - en valeur absolue, également le moment moyen statistique Tc ^ou te la molécule du ^iarylméthane aura une valeur basse· Ce?£ étant âit, il faut considérer que, selon ce qui est prévu d'aprrß la technique connue, par chloruration à basse température (p'*' exoin pie 50* C) du toluène, on obtient des dérivés «Uchlorés se *on les distributions isomériques approximatives indiquées sur le tableau ci-dessous:
DlCIILORO Chloruration avec Chloruration r *ec
ΦΛΤΙΡΜΡ catalyse FeCl du catalyse FeCl + S
TOLUENE 3 toluène du toluène isomère 2-3 8% environ - 6% envirr*^ » 2 - 4 43% " 34% ”
0 2 - 5 20% " 38% M
« 2-6 18% " 7% « « 3-4 11% '« 15% " . * « # - -— — - A partir des moments mesurés ou calculés de chacun der res susdits, il est possible de calculer avec une certain? 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 de;· coa^i" „ ^ tions d'opération analogues, en partant de l'orthochlorot- -uene» il y a formation des isomères selon le tableau suivant: / · · • » ·/ ' (h .
Claims (5)
- 2. Fluide diélectrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit composé est le tétrachlorodiaryliaéthane de formule: Cl Cl ch3 . <}» Cl ci - • ·
- 3. Fluide diélectrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est constitué par un composé de ladite formule générale (I) on mélange avec un solvant choisi entre: trichloro- I benzènes, trichlorotoluène, dichlorotoluène, ou un mélange de ceux-ci*
- 14. Fluide diélectrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend un composé stabilisant, tel que le té- ! :| traphénylétain, ou un composé époxydique. \ h ’"A" - 10 -
- 5. Procédé pour la préparation fl*un fluide diélectrique selon l'une, ou plusieurs, des revendications précédentes, caractérise par le fait qu'il .comprend comme passage de départ la chloruratior d1orthochlorotoluène technique pour donner un mélange d>isomères de dichlorotoluène.
- 6. Fluide et procédé essentiellement comme ils ont été décrit« en particulier dans l’exemple donné. VKllU e A f * i *
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