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" perfectionnements dans les compositions de matières pré-
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sentant des propriétés de résistance à Parc 1ctriqu z ------------------------=--=----=-=---------- 1 r ior ité d'une demande de brevet déposée allx Eta ta-Unis le 31 janvier 1929 aa nom de: Frazier Groff.
---------------------.---------------- ------ ------------- Cette invention est relative à des compositions de ca-
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ractère organiques, présentant un résistance lgaction de carbonisation duelà l'arc iUectrlqClEJ et oe à tt1l degré tel, qu'elles soient commercialement utilisables oomme iso- lants, pour les socles de commutateurs, d'interrtlpteare, etc.
Les produits organiques naturels, usuellement utilisés
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dans le champ éleútri'l1l6. sont le caoutchouc, la gomme la- que et autres résines naturelles et les produite organiques synthétiques, qui trouvent une large utilisation dans ce domaine, sont les résinoldes phénoliqaes ou produits de
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condensation résineux des corps phênoliques et de la formal- déhyde ou de matières brutes éCl/livalente8ten produits ré- sinueux synthétiques sont caractérisés par la propriété de pouvoir être transformés, 9 sous l'action de la chaleur, en' passant d'un état fusible, soluble ou de réaction potentiel-
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le, dans an état infusible et insoluble,
Les résinoldes phénoliqaes et des oompositions qui les comprennent, prépa- rés jl1sqa.'h présent, ont toutefois présentée ane faible résistance à l'action de carbonisation de l'arc électrique et ce, en particalier dans des conditions ou des voies d'ionisation pouvaient être développées, par exemple, dans le cas de la précipitation d'humidité sur la surface. Con-
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sdqaeument, on avait trouvé qae les compdsittona aa ú80lltch01E:. et aa carton comprimé à la gomme laqua, étaient sapérieuras à ce point de vile.
Selon la présente invention, on peat produire des rési-
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holdes phénoliqaes et des comp0sitions q,,i les comprennent, présentant an degré de résistance à l'action de carbonisa- tion de ltare électrique, qai sont comparables oa supériea- res aux compositions de caoutchouc durci oa au carton com- primé à la go nme laque.
Il est connu, hazan phénol peut réagir avec l'huile d'abrâsin oa aatrsàhailes grasses, en présence d'un agent favorisant, l'a réaction, pour donner an corps fluide et vis- queux et ce, :Lorsque la réaction est effectuée avec des ad-
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ditîons limitées d'an agent de durcissement, en donnanan
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produit résineax non réactif permanent ou solable, mais qui peat être rendu potentiellement réactif par de plus amples
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- additions d'an agent de durcissement, 2oar autant qae la de- manderesse le sache,il n'est pas connu jasqLit'c9 présent, que les >;ésino1des réactifs peuvent être obtenus en présence d'an agent favorisant la réaction, aniqueront à partir d'on phénol et de l'huile d'abrasin ca outres huiles grasses, c'est-à.-dire ;
sans 1.'aàdition d'un agent c3nelconqae de dar Cissement, et que de plus, ces résinoldes présentent ta pro- pri4té avantageuse, dans lear état de polymérisation ou de solidification ainsi qu'un degré élévé de résistance à l'ac-
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tion de carbonisation de l'arc 16ctri'llle et qu'ils sont applicables comme enduit pour le métal et antres matières,
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les dits endaits étant durables par caisson, adhésifs et résistants à l'arc électrique Il se fait cependant, que ces produits da phénol et de l'huile d'abrasin sont légère- ment réactifs, mais on a trouvé, que leur réactivit pont être considérablement augmentée par des additions limitées d'un agent de durcissement, qui, dans les conditions qui
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seront expliqaé5 si-après,
n'influencent d'aucune façon nuisi1.1e les propriétés de résistance à 1 ar;, pour donner conjointement avec des matières de charge, des composi- tions moulables ayant les propriétés commerciales utiles de la fluidité facile dans la moulage, de la rapidité de polymérisation et de pouvoir être déchargés à chaad du moule, tout en étant commercialement adaptés pour le moule- ge des isolants de Commutateurs, de magnétos et pièces si- milaires et atilisables de plus, dans la fabrication de com- positions d'enduit ainsi que poar l'agglomération oa le laminage de matières en feuilles.
Dans la réaction da phénol avec; l'huile d'abrasin.
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lorsque celle-ci est effectuée par éballi tion sous conden- sear à reflux, en présence deun agent favorisant la réac- tion, tel que l'acide phosphorique, le triglycéride dont l'huile est principalement constitué s unit apparemment avec trois proportions moléculaires de phénol. lorsque le phénol est présent en excès, sur ces proportions, le pro- duit de la réaction résultant se trouve en solution et, à mesure que cette solution est chauffée à une température
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d'environ 120 à 160 UO, il se proodllit une gélatinisatian.
Une prolongation da chauffage ou cuisson, fait que la masse
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perd graduellement le phénol en excès et qu'elle devient de plus en plus dure et résistante 1uleqa?à ce que finalement, lorsque tout l'excès de phénol est sensiblement chassé, il.
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reste an résinoYde résistant solide Insoluble dans l'acéto- ne et caractérisé par fine résistance élevh à l'ars. si au liea de prolonger le chauffage, on fait réagir la prodait .,. fi> 1AI"\lI w 9.
e produit
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de la réaction encore en solution, de phénol libre, ave an agent de durcissement contenant da méthylène, tel que la formaldéhyde et lthexaméthylènetétramine, (l'agent de dur- cissement étant présent dans les proportions sensiblement saffisantes poar se combiner dans des proportions résinol- dales avec l'excès de phénol comme déterminé sur la base
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d'environ ane moléoale d'huile d'abrasin alunissant avec 3 molécales de phénol dans la réaction initiale), on obtient an prodait qui est encore caractérisé par an degré élevé de résistance a, l'arc et qui possède en même temps le la dure- té, de la réactivité et la propriété d'être déchargé à.
chaud du moale, requise dans lesopérations commerciales du moalage. Ce produit obtena avec l'addition d'un agent de durcissement, ntest probablement pas an composé chimi- que défini, mais platôt un mélange d'un résinotde phénol-
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h1ilo d'abrasin et d'un résinolde phénol-aldéhyde, dans)le- quel mélaaget le produit de la réaction de l'haile d'abra- sin, parait être le constituant dominant, tandis que le produit de réaction da méthylène , présent conne phase add1continue apparemment la polymérisation, tionnel1epar le chauffage prolongé du mélange, et que la chauffage peat être effectué jusqutau point où la résistan- ce , l'arc de la matière diminue.
On trouve encore que la oaraotéristique de résistance à l'arc da produit diminue également, à mesure que les proportions de l'agent conte- nant da méthylène augmentent au delà, de celles qui donnent
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les résino1des avec le phénol libre et qu'elles varient aval le genre et les proportions des matières premières employées,
Les articles moalés avec les compositions comprenant
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les rBino1dee du phénol-formaldéhyde, mélangés avec les matières de charge cellulosiques ordinaires, par exemple la farine de bois, présentent d'habitude par rapport aux
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articles' de résinoldes non mélangés, moins de résistance à l'action de l'arc dlectrique que ceux préparés avec; des ré-
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sin0l&e$ non mélangés.
Toutefois au contraire, les articles
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moulés à partir des compositions comprenant les résinoïdes de,la présente invention, présent le caractère inattendu de propriétés perfectionnées de résistance à l'arc lorsqu'ils sont faits avec les formas les plus pures ou formes gêlati- nisables de la cellulose, par ex. le coton à flocons.
Par le mélange intime, le laminage subséquent, oa le broyage subséquent prolongés à de basses températures, des mixtures ou mélanges des résinoïdes décrits ici, et de la forme de cellulose gélatinisable, on réalise les conditions de la production d'un produit homogène et parfaitement transla- cide ou transparent lorsqu'il est sous forme de feuilles, ce produit étant analogue à l'état gélatineux obtena dans le chauffage de la ce 11 alose en suspension aqueuse oa de la cellulose traitée avec différents soi-disant dissolvants de la cellulose,utilisés dans les industries de la fibre et analogues, mais qui, dans le cas décrit au présent mémoire, dérivent d'un résinoïde réactif et de la cellulose.
Comme variante d'un traitement mécanique de l'espèce,, on a trouva, que la cellulose traitée par l'alcali par exemple da coton en flocons trempé dans une solution d'hydroxyde de sodiam à 25 pour cent et ensuite lavé et neutralisé, ne nécessite qu'un faible mélangeage avec le résinolde réactif, pour don- ner des mélanges parfaitements uniformes, présentant une bonne résistance à l'arc. Toutefois, d'autres matières de charge telles que l'alpha-cellulose, la cellulose aa sulfi- te ou pâtes de bois analogues,le mica,l'amiante,etc. soit seuls ou en différents mélanges, peavent être atilisés.
Four que l'invention soit mieux comprise, on donne ci-après quelques exemples spécifiques, mais il est bien entendu que les conditions et les proportions données, ne servent qu'à illustrer l'invention.
Exemple 1 300 parties en poids d'halle d'abrasin, 200 parties de phénol et 2 parties d'acide phosphorique, sont mises à digérer vers 195 à 200 C. pendant 3 à 5'heures,
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jl1S9.a.' ce que le tout devient très visqueux. La masse est refroidie et l'on additionne 25 parties d'hexùméthyléneté- tramine et fait réagir jusqa'à ce que l'on arrive à an état visqueux. On additionne da benzol oa autre agent approprié poar faire an vernis.
Pour produire un mélange de moalage, on imprégné da coton en flocons avec ce@ vernis dans la proportion d'environ 3 parties de coton pour 2 partiesde
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résino1de oontenaes dans le vernis et le mélange est ensui- te séché à une température modérée. ces proportions peuvent varier dans de larges limites. La composition est passée
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entre des cylincltes modéremment chaaffés, jusqu'à ce que l'on arrive à la consistance désirable pour le moulage, Ou bian, le laminage peut être continué jusqu'à ce que
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l'on obtienne l'état homogène ci-deSS118 décrit et, dans ce cas, la température des cylindres est maintenue assez
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basse poar empêc-hor toute avance indésirable da résinolde.
On peat effectuer également tins caisson pour avancer la compmsition, lorsque le moulage d'échantillons d'essai démoi tre qa.'il est désirable de le faire.
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Des disques d'échantillon de la composition Gi-cless!18 moalés â. la presse à environ 1700 C. avec, les pressions normales et déchargé à chaud du moule, après un temps d'en- viron 10 minutes, ont montré, comparativement avec le ca- oatchoac darci et le carton comprimé 2 la gomme laque, une résistance bien supérieure à la carbonisation initiale et ont nécessité an plas grand nombre de décharges d'arc pour brûler une trajectoire, que n'importe lequel de ces der- niera'produits dans des essais identiques. Dans les essais de l'arc, des décharges électriques sont produites entre des électrodes espacées touchant la surface, par le passage interrompu d'an courant de tension élevée.
La caisson des articles moalés augmente la dureté de la surface et, si elle est effectuée avec une température modérée, allant par ex.
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de 100 h 120b C., la résistance de l'arc n'en devient que
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:Exemple 2. Un vernis préparé comme dans l'exemple 1,
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est appliqué comme médium dVim:prgnatlonàdu carton d'amian- te ou à une ou plusieurs feuilles de papier d'amiante, de telle sorte que la teneur en résinoïde restante soit envi- ron 30 à 40 pour cent.
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Qn effeutae ensuite la caisson pour le drrc issement, à environ 100 C., ou bien, le carton ou les erahles de pa- pier imprégnées peuvent être soumis à 1 action de la chaleur et de la pression. Lorsqu'un proda.it ainsi préparé est sou- mis à. 300 décharges entre des électrodes t cachant les sur- faces il n'est pas brûlé, tandis qu'un échantillon de caout-
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C1101lú durci soumis à la m$me épreuve est détruit après 90 décharges.
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Les proportionsde phénol et d'halle duabrasi-n spécifia dans leaexemples ;1-dessus peuvent être variées dans de larges limites, l9hoxaméthylènetétramine ou antre agent contenant du méthylène étant de préférence dosé pour réagir avec l'excès de phénol, afin de former tan résinolde comme déterminé par les exigences de la réaction de trois molécu-
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les de phénol pour une molécule d'huile d9a'brasin On peut également remplauE3r en partie le phénol par da crésol, ou l'additionner à la masse de réaction da phénol-huile d'a- brasin, et l'agent contenant da méthylène peut être dosé
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en oons4quense.
L'ingrédient d'huile grasse est de préfé- rence de l'huile d'abrasin, mais on peut lui substituer au moins en partie des huiles de lin, de ricin;, de colza,
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d'olives, oa autres huiles grasses. On peut utiliser comme agent contenant da méthylène, de la formalddhyde ensila- tion ou dans la forme anhydre,par ex. le paraforme, ou bien, l'agent contenait du méthylène peat être remplacé
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par des aldéhydes moins réactives, telles que le fta âa.rol i'aoétaidéhyde, etc. et, dans ce cas, une faible addition dîhexamêthylènetêtramine est désirable pour accélérer la
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réaction de durcissement.
Le furfurol peut être également incorporé dans la composition au cours de l'opération du @ laminage, lorsqu'on prépare le mélange de moulage afin d'a- méliorer leur propriété de moulage. Lorsqu'on utilise les aldéhydes moins réactives, on obtient des produits dont la résistance à l'arc est moins influencée par la chaleur que celle des produits faits avec les aldéhydes plas réactives.
On -peut introduire des agents de retardement, tel que la résine ordinaire ou colophane, la gomme éther-sel, des produits résine= da glycérol et de l'anhydride phtalique, et ce soit dans le mélange de digestion ou dans la solation de vernis, les dits agents de retardement diminuant appa- remnent la réactivité des constituants phénol-aldéhyde. Un . ingrédient additionné particulièrement désirable dans la composition ,est l'acétate de cellulose, qui agit non sea- lement comme retardant de la polymérisation da constituant phénol-aldéhyde, mais sert également à favoriser le mélanges- ge da. résinoïde et de la matière de charge, tout en comma- niquant à la composition des propriétés améliorées de ré- sistance à l'arc.
On peut également incorporer au mélange de résinoïdes, de la gomme laque ou autres résines natu- relles. les agents plastifiants on solvants de point dtébblli- tion élevé, tels que la colophane, la gomme éther-sel, la gomme laqae, le naphtalène chloruré, peuvent être introduits soit avec les ingrédients bruts oa être mélangés dans une phase subséquente avec les produits de la réaction. L'addi- ti.on de tels agents est particulièrement désirable dans la fabrication 'de vernis pour enduire, agglomérer ou lier r des matières fibreuses oa autres, destinées être moulées ou à être pressées en feuille ou blocs entre les plateaux d'une presse.
. En composant des mélanges démoulage, il est habituelle- ment désirable, sinon nécessaire, d'additionner des la-
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brifiants, pour en faciliter le moulage. A cet effet, on a trouvé que l'acide stéarique,le stéarate de batyle ,le stéarate de calcium; la cire de candililla, la cire de carnauba, la cérésine, sont appropriés. En particulier, la cire de candililla est un bon lubrifiant, elle améliore la fluidité du mélange dans le moulage et les compositions qui la contiennent, donnent des articles présentant une résistance à l'arc supérieur, comparativement à ceux conte- nant le stéarate de calcium habituel.
Le moue opératoire exposé dans ce qui précède est con- sidéré comme forme préférée d'exécution de l'invention. La demanderesse à trouvé cependant, que 1 on peat obtenir une matière résineuse,par exemple, en mélangeant da phénol, de l'huile d'abrasin et, comme expliqué plus haut, une proportion restreinte d'un agent contenant da méthylène et que ce mélange lorsqu'il est chauffé, réagit en présence d'un catalyseur, tel que par exo un dérivé d'un acide sul- fonique. Cette réaction est d'abord platôt violente, même lorsque la température est de 110 C. et en-dessoas, mais après elle s'effectue tout doucement.
Un échantillon pris après la partie initiale de la réaction, est homogène et ne donne aucune indication de la présence d'huile d'abrasin libre, sauf que l'on perçoit l'odeur de la formaldéhyde, lorsque cette dernière est l'agent contenant du méthylène.
Sur la base de cette observation, et da fait que le produit est comparable, quant à ses propriétés de résistance à l'arc, avec ceux obtenus par la méthode préférée, il se fait qu'ici de même, l'huile d'abrasin s'anit avec le phénol principalement dans la partie initiale de la réaction et que dans la dernière partie de la réaction (;J'est principa- lement le phénol litre qui se combine avec l'agent méthylé- né.
Conséquemment,la présente invention ne peut être con- sidérée comme étant limitée à un procédé ou mode opératoire particulier, k ni à une suite d'opérations particulières,
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Les articles moulés à partir des compositions phénoli- qaes résineuses décrites au présent mémoire, présentent non seulement une résistance supérieure à l'action de carboni- sation de l'arc électrique comme déjà indiqué, mais ils maintiennent lear forme sous l'action dela chaleur, contrai- rement aux articles faits avec du caoutchouc et du carton comprimé à la gomme laqae, qui se ramollissent lorsqu'ils sont chauffés.
De plus, la propriété de résistance à l'arc n'est pas notablement influencée par les conditions d'humi- dité et ce, en particulier, lorsque le résinoïde constitue de 40 à 50 poar cent de la composition et les articles présentent une résistance diélectrique relativement élevée, (environ 650 à 700 volts pour mille à la température ordi- naire) et une résistance mécanique et une résistance diélec- triqae, à des températures élevées, allant d'environ 3 à 10 fois celle du prodait phénol-formaldéhyde habituel. Si on le désire, les articles moulés ou autres, peuvent être enduits avec le produit phénol-huile d'abrasin,
ou équiva- lent et être oaits poar assure davantage la propriété de résistance à l'arc électrique.
REVENDICATIONS
1. Un procédé poar préparer une composition de matière présentant des propriétés de résistance à l'arc électrique , qui consiste à condenser ensemble une huile grasse et un phénol, par la chaleur en présence d'un agent favorisant la réaction (par exemple de l'acide phosphorique), la phénol étant en excès sar la quantité requise pour former un rési- noïde avec l'huile grasse et le phénol libre étant éliminé ou combiné ensuite avec un agent de durcissement contenant da méthylène*
2.
Un procédé poar préparer une composition de matière, qui consiste à chauffer ensemble en présence d'un cataly- Beur, tel qu'un dériva d'un acide sulfonique, an acide gras et un.phénol, ce dernier étant en excès sur la quan-
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tité requise pour former an résinoide avec lâhaile et an agent de durcissement contenant du méthylène dont la pro- portion est réduite à celle requise poar combiner l'excès da phénol.
3.Un proc;édé poar préparer une composition de matière, selon les revendications 1 ou 20 dans lequel l'huile grasse est de l'huile d'abrasin et dans lequel le phénol est en excès de 3 proportions moléculaires poar une huile d'abr@- sin.
4. Un procède pour préparer ane composition de matière comme revendiqué dans les revendications 1 OU 2 oa 3, dans lequel le résinoïde phénol-huile d'abrasin, est le consti- taant dominant de la composition.
5. Un procédé pour préparer ane composition de matiè- re, selon l'une ou l'autre des revendications précédentes, dans lequel on incorpore aa résinoïde ane matière de char- ge, par ex. une matière de charge cellulosique.
6. Un procède pour préparer une composition de matièrew selon la revendication 5, dans lequel la matière de charge est une cellulose gélatinisable, par ex. du coton en flo- cons, et dans lequel la dite matière de charge est intime- ment mélangée aval. le résinolde, le mélange étant ainsi soumis à an laminage oa broyage continu à basse tempéra- tare, poar former une feuille homogène, translucide ou transparente.
7. Un procédé poar préparer une composition de matiè- re, selon la revendication 6, dans lequel la cellulose est d'abord traitée avec; de l'hydroxyde de sodiam (par exemple, une solution à 25 poar cent) pour l'amenerdans la forma gélatinisable.
8. Un procédé pour préparer une composition de matiè- re, selon l'une ou l'aatre des revendications précédentes, dans lequel on incorpore aa mélange un ther-sel cellulosi- que-.
9. Un procédé pour préparer une composition de matiè-
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re selon l'une ou l'aatre des revendications précédentes, dans leqael)on additionne an lubrifiant, par exemple, la cire de candililla, dans le but décrit.
10. Un procédé poar préparer une composition de matiè- re selon l'une ou l'antre des revendications précédentes, dans lequel on additionne an agent de retardement dans le bat décrit%
11. Un procédé poar préparer an article résistant à l'action'de carbonisation d'an arc électriqae, qui comprend la réaction d'un phénol avecde l'huile d'abrasin et un agent cantenant du méthylène, dans des proportions poar donner un produit résinolde dans lequel domine un résinoï- de phénol=huile d'abrasin et dans lequel on mélange une ma- tière de charge cellulosique,
le mélange étant ensuite cuit poar faire avancer partiellement le produit résinoïde aux fins da moulage et le mélange étant moulé sous l'action de la chaleur et de la pression, et l'article moulé déchar- gé du moale.
12. Une composition de matière, telle que décrite avec référence à l'un oa l'antre des exemples donnés au présent mmoira.
13. Une composition de matière, préparée par le pro- céda revendiqué dans l'une oa l'autre desrevendications précédentes.
14. Des articles ou objets pressés ou moalés, préparés avec une composition de matière revendiquée dans les reven- dications 12 ou 13.