Recyclage de silicone

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Le silicone est le “chainon manquant” entre la chimie organique et inorganique et a des propriétés uniques que d’autres polymères ne peuvent égaler. En changeant la taille ou la structure de la molécule de silicone ou en y ajoutant différents composés, on peut améliorer ou changer son comportement. La façon dont il se comporte. Le secret des capacités étonnantes du silicone doit être attribué à la flexibilité de son maillon principale.

Si – O – Si.

Les silicones permettent le développement des dispositifs électroniques qui sont plus performants, plus versatiles, plus économiques et plus faciles à utiliser. Ils font les voitures plus sûres, plus fiables et moins chères à entretenir. Les appareils électroménagers fabriqués avec du silicone sont plus fiables et demandent moins entretien. Les silicones protègent le matériel de transmission de puissance des dommages du l’environnement et aident le flux d’électricité. Ils permettent aussi de décoller facilement les étiquettes d’adresse et le collage étanche des bandes industrielles aux surfaces difficiles [1].

Les fluides en silicone, appelés aussi huiles de silicone, ou simplement silicone sont vendus par rapport à leur viscosité et se situent dans une gamme entre 0,65 centistokes et 1,000,000 centistokes. Si le produit n’est pas fabriqué par le mélange de deux fluides de viscosité diverse, la viscosité est liée au poids moléculaire. La viscosité permet le calcul approximatif de la valeur « n « dans la formule ci-dessous [ 2 ] :

Viscosité 25C
(Centistokes)
Poids moléculaire
approximatif
Valeur
approximative “n”
5 800 9
50 3,780 53
100 6,000 85
200 9,430 127
350 13,650 185
500 17,350 230
1,000 28,000 375
10,000 67,700 910
60,000 116,500 1,570
100,000 139,050 1,875

Le silicone peut adhérer au substrat, y compris fibre, tissu, surface métallique, cheveux ou peau par un ou plusieurs des mécanismes suivants :

( a ) Hydrophobie – Quand l’huile est au contact de l’eau, il perturbe les liaisons d’hydrogène entre les molécules d’eau dans la solution aqueuse. Cette perturbation est accomplie seulement dans le cas ou l’énergie de mélange est suffisante pour rompre les liaisons d’hydrogène. Quand le mélangeur est fermé, l’huile est forcée hors de l’eau à cause de la reformation des liaisons d’hydrogène entre les molécules d’eau. Ce phénomène peut être utilisé pour fournir de l’huile à une surface. Les huiles de silicone sont fournies de cette façon.

( b ) Interactions ioniques – La charge de la molécule aura aussi un effet sur la distribution de l’huile sur les cheveux ou sur la peau. Par exemple, si la molécule de l’huile a une charge cationique, elle va former des liaisons ioniques avec le substrat qui contient des charges négatives sur la surface. Les 2 charges opposés forment ensemble une soi- disant liaison de paire.

( c ) Adhésion générale – Si une huile rentre en contact des cheveux ou de la peau qu’elle pénètre ensuite, elle va se qu’on appel ‘’polymériser’’ et développer un réseau enchevêtré de polymère. Même s’il n’est pas lié directement au substrat, ce réseau polymérique va adhérer à la surface.

( d ) Adhésion spécifique – Si une huile rentre en contact des cheveux ou de la peau, elle va pénétrer puis réagir avec les groupes présents sur les cheveux ou sur la peau, pour former une liaison chimique entre le polymère et le substrat. C’est le mécanisme d’adhésion le plus fort et le plus durable.

Les fluides de silicones réagissent presque exclusivement par le mécanisme (a ). Dans la mesure ou les autres mécanismes peuvent être introduits, le revitalisant sera distribué plus efficacement et de manière plus importante sur le substrat. Les silicones organo – fonctionnels cherchent en grande partie à capitaliser ces mécanismes additionnels pour fournir une revitalisation efficace pour les cheveux et pour la peau.

Un éventail d’action incroyable

Les silicones forment un groupe de produits qui présente des propriétés très utiles comme la stabilité aux hautes températures ainsi qu’à la résistance au vieillissement, à la lumière du soleil, à l’humidité, aux températures extrêmes et aux produits chimiques. Les silicones peuvent prendre des formes diverses et réaliser des centaines de fonctions différentes. Ils peuvent être durs et fragiles, ou mous et flexibles.

Les silicones peuvent être liquides ou solides, durables ou temporaires et ils peuvent être adhérant ou lisse. Ces polymères peuvent être hydrophobiques (repousser l’eau) ou hydrophiles (absorber l’eau). Les silicones peuvent être utilisées pour concevoir des produits mous, lisses, soyeux, dures, rugueux ou collants. Ils peuvent également détruire ou stabiliser la mousse.

Efficacité éprouvée

Les matériaux d’étanchéité avec une structure en silicone utilisés dans les années 1980 pour différentes constructions sont encore performants aujourd’hui.

De nos jours, environ la moitié des produits tel que les soins maquillage, cheveux, peaux et aisselles introduit sur le marché contient du silicone.

Les revêtements en silicone sont largement reconnus comme étant les meilleurs matériaux pour améliorer la douceur des tissus et leurs effets sur la peau.

Au début des années 90, les silicones anti mousse ont été considérablement utilisés dans les opérations de lavage.

Aujourd’hui, tout dispositif électronique alimenté par batteries ou par courant électrique est constitué de silicones.

Le recyclage des fluides en silicone

2.1. Une méthode est délivrée pour le recyclage et le traitement des déchets de silicone dérivés des procédés de découpage des plaquettes et polissage comme suit [ 3 ] : un gâteau de filtration déshydraté est mélangé avec de l’eau de telle manière que le gâteau de filtration est dilué pour former un fluide actif. L’eau réagit avec le silicone dans le gâteau de filtration et produit bioxyde de silicium et hydrogène. Après que l’hydrogène est extrait pour stockage, la séparation due à la gravité spécifique a lieu par l’eau ainsi que la carbure de silicium et les particules de silicone sont séparés pour le triage. Après, la séparation solide-liquide est réalisée sur le fluide actif restant pour séparer le bioxyde de silicium ( solide ) de l’eau et polyethyleneglycole ( PEG, liquide ), avant que PEG est séparé de l’eau. Ainsi, les particules utiles de silicium, la carbure de silicium, le bioxyde de silicium et PEG sont recyclés à partir du gâteau de filtration pour réduire la quantité totale des déchets. En plus, vu que l’hydrogène, comme produit secondaire, a une haute valeur commerciale, la méthode ajoute du valeur au recyclage.

2.2.Recyclage des boues scié à fil en silicone : séparation de silicium et carbure de silicium dans un récipient de décantation sur rampe sous l’application d’un champ électrique.

La demande croissante pour les cellules solaires de silicium sur le marché global a augmenté considérablement la quantité des déchets de silicium scié produite chaque année. Le recyclage de Si et SiC des déchets sciés représente une méthode économique pour réduire ce déchet. Un étude [ 4 ] rapporte la séparation de Si et SiC utilisant un récipient de décantation sur rampe. Autant qu’elles déposent dans un champ électrique, les petites particules de Si avec des charges négatives plus élevées ont un déplacement horizontal plus long par rapport aux particules de SiC dans une solution de pH7, résultant dans la séparation de Si et SiC.

L’accord entre les résultats expérimentales et les résultats prévus démontre que les particules parcourent une distance courte pour arriver au port de collection dans le récipient sur rampe. Par conséquent, le temps requis pour les particules fines pour frapper le fond du récipient diminue et l’interférence provoquée par la dispersion entre les particules et le déplacement du fluide pendant la décantation diminue aussi. Dans le récipient sur rampe les plus hautes puretés des poudres de SiC et Si ont été 95,2% et respectivement de 7,01%. Utilisant le récipient sur rampe la fraction recyclable des poudres riches en Si ( SiC <15% en poids ) atteint 22,67% ( basée sur tout le déchet ). Cette fraction est supérieure à celle obtenue utilisant des récipients rectangulaires. Implications : Le recyclage de Si et SiC abrasifs des déchets sciés de silicone est regardé comme une solution économique pour réduire le déchet scié. Cependant, la séparation de Si et SiC est difficile. En comparant avec les récipients rectangulaires, la fraction recyclable des poudres riches en Si utilisant un récipient sur rampe est majeure et le récipient de décantation sur rampe proposé est plus adéquat pour les applications industrielles. Références

  1. www.dowcorning.com
  2. Basic Silicone Chemistry, Anthony O’Lenick, Silicone Spectator, January 2009
  3. Patent application number: 2012031274, Jr-Jung Iang (Changhua City, TW) ,2012-12-13
  4. Air Waste Manag Assoc., Tsai TH1, Shih YP, Wu YF. 2013 May;63(5):521-7

1. Introduction

L’utilisation des silicones dans ces applications est liée aux terminaisons des câbles ou des connexions en caoutchouc de silicone effectués aux extrémités des câbles de haute-tension souterrains isolés avec polyéthylène ainsi que pour les isolateurs en silicone pour les lignes de puissance.

Les bénéfices clefs apportés par les silicones sont leur haute résistivité électrique , leur résistance aux dégradations environnantes et aux vieillissement électrique, ainsi que leur hydrophobie, qui aboutit à des coûts plus bas d’assemblage et d’entretien.

2. Les terminaisons des câbles en silicone

Les matériaux modernes permettent le pré-assemblage et évitent ainsi des problèmes associés avec l’utilisation du matériau du moulage en fusion ou des erreurs faits pendant l’assemblage manuel sur le site de construction 60. Aujourd’hui les accessoires des câbles sont complètement fabriqués par le fournisseur. Typiquement ils consistent de terminaisons de caoutchouc composés par des divers caoutchoucs de silicone isolants.

Les silicones permettent deux types de design :

– Une technique « Pousse en avant » ou l’anneau PE agit comme porte-espace jusqu’au placement et utilisant des caoutchoucs de silicone avec une dureté de 30 à 35 Shore A ;

– Une technique rétrécissable à froid utilisant des caoutchoucs de silicone plus mous avec une dureté de 25 à 35 Shore A. L’isolation est réalisée sans liaison chimique entre la terminaison et le câble et elle est basée sur les caractéristiques élastomères de la terminaison de silicone d’exclure tout air emprisonné , en particulier dans les surfaces d’un champ électrique élevé et autour des bords d’extrémités des câbles. La haute perméabilité des silicones au gaz permet à tout air emprisonné de diffuser et laisser les raccords exempts d’air.

De telles terminaisons des câbles en caoutchouc de silicone sont produites par moulage par injection utilisant un caoutchouc en silicone de haute consistance (HCR) ou par moulage par injection liquide utilisant un caoutchouc de silicone liquide en 2 parties ( LSR ). Les silicones assurent la totale isolation électrique en raison de leur haute résistance diélectrique. En plus de leur bonne résistance aux hautes températures, UV et ozone, ils sont hydrophobiques et de conséquence ils ne provoquent pas des défauts sur l’isolation des surfaces. Mais plus important, des silicones avec des formulations spéciales ont été développés pour lisser les champs électriques jusqu’à l’extrémité de connexion et assurer une performance à long terme. Ceci est réalisé dans les terminaisons des câbles composites, en utilisant soit des caoutchoucs en silicone électriquement conducteurs , soit, dans des accessoires plus modernes et petits, des déflecteurs faconnés fabriqués en caoutchouc de silicone avec une permittivité électrique moyenne.

Les silicones sont appréciés dans les terminaisons des câbles pour leur résistance à l’érosion causée par radiation. Comme les silicones n’absorbent pas la lumière du soleil UV-visible, ils ne sont pas sujets au poudrage et fissures. De tels phénomènes sont typiques avec les matériaux à base organique et ils peuvent conduire, associés avec la prise de saleté et humidité, à une réduction sensible des propriétés isolantes.

La résistance du silicone au soi-disant « dépistage » est aussi plus grande par rapport a celle des matériaux isolants à base organique. Le dépistage est la formation des trajectoires en surface conductrices d’électricité sous des pertes ou décharges électriques intensives. Dans les matériaux organiques, ceci conduit à la formation des produits de décomposition à base de carbone qui malheureusement démontrent une haute conductivité. Avec les silicones , même d’une mauvaise conception ou mal assemblés, la décomposition conduit au silicium non conducteur et les silicones vont rejoindre la plus haute classe de résistance à l’érosion électrique.

3. Isolateurs en silicone

Une autre propriété clef est la hydrophobie, en particulier pour les isolateurs électriques ou les dispositifs installés entre les lignes de haute-tension et les structures de support. L’eau, sur un isolant fabriqué en élastomère en silicone, reste en forme de gouttelettes et ne forme pas un film continu à cause de l’énergie faible de surface de l’élastomère en silicone. Ceci réduit les courants sur la surface de l’isolateur. L’hydrophobie de la surface est maintenue même après des décharges sur la surface ou après la déposition de la pollution portée par l’air à cause de la présence d’espèces de polydimethylsiloxane non réagi, de bas poids moléculaire , dans la composition des élastomères en silicones. Ces espèces peuvent migrer vers la surface externe et maintenir une énergie faible de la surface ou l’hydrophobie. Par conséquence les isolateurs faits en élastomères en silicone ont besoin de peu de nettoyage ou entretien et restent performants pour une longue durée.

Quand on choisit un fluide diélectrique , il y a un nombre de critères qui doivent dépendre de l’application. Un des avantages plus marquants que le fluide de silicone a par rapport à un autre fluide tel l’huile minérale est la plus grande stabilité thermique, les plus hauts points d’ignition et d’inflammabilité. Ce fait est critique pour les fluides utilisés en transformateurs qui sont placés à l’intérieur ou près d’une construction ou l’inflammabilité constitue un souci majeur. Une huile de silicone pour transformateurs peut être sujet à des températures très hautes , bien au- -dessus des températures normales d’opération du transformateur, sans créer une pression de vapeurs excessive, se décomposer ou créer des produits secondaires corrosifs.

Les silicones sont chimiquement inertes, ont une bonne résistance à l’oxydation et sont compatibles avec les matériaux d’isolement conventionnelles aux températures d’opération des transformateurs.
Il y a deux modes de dégradation pour le fluide en silicone : la décomposition thermique et l’oxydation. A ces températures les chaines plus longues du polymère vont commencer lentement à se dégrader pour former du matériau plus volatile de silicone cyclique. L’oxydation du fluide de silicone a lieu très lentement ( en présence d’oxygène ) à des températures supérieures à 175°C ( 342°F ). Pendant l’oxydation, le fluide de silicone polymérise, et sa viscosité augmente graduellement jusqu’à la gélation. En outre, les propriétés diélectriques de la molécule de silicone avec la chaine plus longue sont similaires aux propriétés diélectriques du fluide de silicone frais.

Les températures ou ont lieu la dégradation thermique et oxydative sont bien au-dessus de la température du point-chaud prévu dans les transformateurs de 65°C hausse. Dans l’atmosphère limitée en oxygène des transformateurs étanches, le fluide en silicone peut être utilisé à des hausses de température qui sont supérieures aux hausses standard des autres fluides de transformateur.

Le fluide de transformateur en silicone n’est pas prévu de se dégrader dans aucune manière significative au dessus de la normale opération d’un transformateur ayant une hausse de 65°C.

Les systèmes d’isolation utilisant le fluide en silicone combiné avec des matériaux d’isolation massifs ayant des capacités de haute température ont démontré des capacités thermiques améliorés et une vie plus longue d’isolation ( par exemple le système d’isolation constitué par le fluide en silicone combiné avec polyester amide / imide, papier Nomex et matériaux en verre ).

Les fluides en Pur Silicone sont 100% des fluides de Polydimethylsiloxane linéaire ( CAS#63148-62-9) avec des viscosités mesurés à 25°C. Ils ne contiennent pas des additifs comme par exemple abaisseur du point d’écoulement ou stabilisateur de chaleur. En plus, ils ne contiennent pas du chlore ou d’autres halogènes. Les fluides en Pur Silicone avec une viscosité > 5 cSt sont chimiquement inertes, non volatiles, stabiles thermiquement, ont une excellente résistance à l’oxydation et sont compatibles avec les matériaux d’isolation conventionnels. La compatibilité du matériau et la stabilité thermique sont liées étroitement. Un grand nombre des matériaux a été testé pour la compatibilité avec l’huile de silicone pour transformateur. Ci-dessous il y a une liste des matériaux testés et trouvés appropriés pour l’Huile de Silicone pour Transformateur STO-50.

Matériaux du Transformateur compatible avec l’Huile de Silicone pour Transformateur :

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*) Silicone in Medium to High Voltage Electrical Applications , E. Gerlach, Dow Corning GmbH, Wiesbaden (Germany),2002
**) www.clearcoproducts.com

1. Introduction

Par analogie avec les cétones, le nom « silicone » a été donné en 1901 par Kipping pour décrire des nouveaux composés avec la formule brute R2SiO. Ces composés ont été rapidement identifiés comme étant des polymères et actuellement ils correspondent à polydimethylsiloxanes ( PDMS ), triméthylesilyloxy terminés avec la structure suivante :

Les groupes de méthyle le long de la chaine peuvent être remplacés par beaucoup d’autres groupes ( par exemple phényle,vinyle ou trifluoropropyle ). La présence simultanée des groupes « organiques » attachés à un squelette « inorganique » confère aux silicones une combinaison de propriétés uniques et permet leur usage dans des champs aussi différents comme l’aérospatiale ( performances à des hautes et basses températures ), l’électronique ( isolation électrique ), soins de la santé ( excellente biocompatibilité ) ou dans l’industrie de construction ( résistance aux intempéries ).

2. La synthèse

L’unité principale de la chaine en PDMS, à voire –(SiMe2O)-, est souvent abréviée à la lettre D parce que cette unité est capable de s’élargir dans le polymère dans deux directions, vu que l’atome de silicium est lié à deux atomes d’oxygène.

En résumé, PDMS est obtenu par la hydrolyse du dymethyledichlorosilane Me2SiCl2, qui conduit à un mélange d’oligomères linéaires et cycliques :

PDMS avec un poids moléculaire plus élevé est obtenu par exemple après la polymérisation des cycles ci-dessus en présence d’un bloqueur terminal comme hexametyhledisiloxane et catalysé par un acide fort ou par une base forte en conformité avec la réaction suivante :

Utilisant d’autres chlorosilanes, des bloqueurs différents et/ou des cycles différents on peut obtenir beaucoup de structures, y compris des polymères avec divers groupes fonctionnels greffés sur la chaine de polymère et/ou sur la terminaison du polymère ( par exemple vinyle, hydrogèno, phényle, aminoalkyle ). Ces produits peuvent être formulées à base solvant, émulsion ou produit sans solvant.
Les polymères réactifs peuvent être réticulés en élastomères utilisant :

– une réaction initiée par peroxyde , en particulier si le polymère de silicone contient quelques groupes vinyle ;

– une réaction de condensation ; par exemple entre un PDMS terminé avec hydroxyle et un alcoxysilane, en présence de catalyseur comme sel d’étain ou titanium alcoxyde

– une réaction d’addition ; par exemple entre un PDMS avec des groupes fonctionnelles vinyle et un oligomère hydrogenométhyle dimethyl siloxane, en présence d’un complexe organo platine.

Un tel polymère , réticulant ou catalyseur sont formulés avec divers additifs comme produits à une partie, à deux parties ou prêt-à-user qui doivent être mélangés avant l’utilisation et durcissement à la température ambiante ou seulement à températures élevées.

3. Propriétés physiques et chimiques*

La position du silicium, à peine sous le carbone dans la table périodique, fait croire dans l’existence des composés analogues ou le silicium remplace le carbone. La majorité de ces composés n’existent pas, ou s’ils existent, ils se comportent très différemment. Il y a peux de similarités entre les liaisons Si – X en silicones et les liaisons C –X.

Les liaisons entre chaque élément et silicium sont plus longues que les liaisons du carbone avec le même élément. L’électronégativité mineure de silicium (1,8) par rapport au carbone (2,5) conduit à une liaison très polarisée Si – O, fortement ionisée et avec une haute énergie de liaison , 452 kJ/mole ( 108 kcal/mole ). La liaison Si – C a une énergie de liaison de +/- 318 kJ/mole (76 kcal/mole), légèrement plus basse par rapport à une liaison C – C, tandis que la liaison Si – Si est faible, 193 kJ/mole ( 46,4 kcal/mole ).

Ces valeurs expliquent partiellement la stabilité des silicones ; la liaison Si – O est hautement résistante à la scission homolytique. D’autre part, les scissions hétérolytiques sont faciles, comme démontré par les réactions de re-équilibration se produisant pendant les réactions de polymérisation catalysés par acides ou bases. Les atomes de silicium ne forment pas des liaisons doubles ou triples stables de type « sp » avec d’autres éléments, encore si la proximité des orbitales « d » permet une « dπ – pπ » retro-coordination.

A cause de cette retro-coordination, les trialkylsilanols sont plus acides que les alcools correspondants. Encore, l’implication de la retro-coordination est remise en question.
Autre exemple de la différence entre analogues est diphenylesilanol tétravalent, (C6H5)2Si(OH)2, qui est stable, pendant que son équivalent, un gem-diol, déshydrate. La liaison Si – H est faiblement polarisée et elle est plus réactive que la liaison C – H. En général, il y a peu de similarités entre un polymère de silicone et un polymère hydrocarboné.

Les silicones montrent une combinaison inusuelle d’une chaine inorganique similaire aux silicates et souvent associée à une haute énergie de surface, mais avec des groupes méthyle à côté qui sont au contraire très organiques et souvent associés à une faible énergie de surface. Les liaisons Si – O sont fortement polarisés et sans protection peuvent conduire à des fortes interactions intermoléculaires . Cependant, les groupes méthyle, interagissant seulement faiblement l’un avec l’autre, protègent la chaine principale.

Ceci est plus facile due à la grande flexibilité de la chaine de siloxane ; les barrières de rotation sont faibles et la chaine de siloxane peut adopter beaucoup de conformations. L’énergie de rotation autour d’une liaison CH2 – CH2 en polyéthylène est 13,8 kJ/mole, mais seulement 3,3 kJ/mole autour d’une liaison Me2Si – O, correspondant à une rotation presque libre. La chaine de siloxane adopte une configuration qui peut être idéalisée en disant que la chaine expose un nombre maximal de groupes méthyle vers l’extérieur , tandis que dans les polymères hydrocarbonés la relative rigidité du squelette ne permet pas une exposition « sélective » des groupes méthyle en majorité organiques ou hydrophobiques. Les interactions chaine vers chaine sont faibles et la distance entre les chaines adjacentes est aussi plus grande que dans les silicones.

Malgré une chaine très polaire, les silicones peuvent être comparés à la paraffine , avec une faible tension superficielle critique de mouillage. Encore due à leurs faibles forces intermoléculaires, les matériaux PDMS restent liquides dans un intervalle beaucoup plus étendu de poids moléculaires et viscosités par rapport aux hydrocarbonés.

L’activité de surface des silicones est montré dans plusieurs circonstances :

– les Polydimethylesiloxanes ont une faible tension superficielle ( 20,4 mN/m ) et sont capables de mouiller la majorité de surfaces. Avec les groupes méthyle indiquant vers l’extérieur , le résultat donne des films très hydrophobiques et une surface avec des bons propriétés de dégagement, en particulier si le film est durci après l’application. La tension superficielle de silicone se trouve aussi dans l’intervalle plus prometteur considéré pour les élastomères biocompatibles ( 20 vers 30 mN/m)

-Les silicones ont une tension superficielle critique de mouillage ( 24 mN/m ), qui est supérieure à leur propre tension superficielle. Ca signifie que les silicones sont capables de se mouiller leurs même, une propriété que privilège la formation d’un bon film et d’une bonne couverture de la surface.
Les copolymères organiques de silicone peuvent être préparés avec des propriétés tensioactives, avec le silicone comme partie hydrophobique ( par exemple, en copolymères polyéther en silicone ).

Les faibles interactions intermoléculaires en silicones ont aussi d’autres conséquences :

– Les températures de transition vitreuse sont très basses ( par exemple 146°K pour un dimethylesiloxane par rapport à 200°K pour polyisobutylene, le polymère hydrocarboné analogue) ; PDMS réticulé sera élastomère à la température ambiante en absence de tout plastifiant.

– La présence d’un grand volume libre par rapport aux hydrocarbonés explique la grande solubilité et un haut coefficient de diffusion du gaz dans les silicones. Les silicones possèdent une haute perméabilité à l’oxygène, à l’azote et aux vapeurs d’eau, même si dans ce cas l’eau liquide n’est pas capable à mouiller la surface du silicone. Comme prévu, la compressibilité du silicone est élevée aussi.

– L’énergie d’activation du mouvement de viscosité est très basse dans les silicones et la viscosité est moins dépendante de la température par rapport aux polymères hydrocarbonés. En plus, les enchevêtrements de la chaine sont impliqués aux hautes températures et contribuent à limiter la réduction de la viscosité.

La présence des groupes différents de méthyle au long de la chaine permet de changer certaines des propriétés mentionnées :

– Un petit pourcentage de groupes phényle au long de la chaine perturbe suffisamment pour réduire la cristallisation et permet au polymère de rester flexible aux températures très basses. Les groupes phényle augmentent aussi l’indice de réfraction.
– Les groupes trifluoropropyle au long de la chaine changent le paramètre de solubilité du polymère du 7,5 à 9,5 cal/cm3.

Ces copolymères sont utilisés pour préparer des élastomères avec peu de gonflement dans des alcanes ou solvants aromatiques. Considérant les raisons mentionnées ci-dessus, beaucoup des « architectures » polymères peuvent être préparés dans des formes physiques différentes ( volatiles, liquides, viscoélastiques, solides ) avec différentes fonctionnalités, inertes ou capables de interagir ou réagir avec beaucoup d’autres composés. Une formulation convenable conduit même à plus de produits. Tout cela explique le large éventail des industries ou sont utilisés les silicones.

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*) www.dowcorning.com

1. Introduction

La variété des options disponibles pour les clients comme utilisation finale est un des points de valeur plus forts et un bénéfice peu compris du fluide en silicone. La minimisation du déchet et la réutilisation ou le recyclage sont des alternatives beaucoup plus préférées que le traitement du produit.

Pour les fabricants des transformateurs, les compagnies de service et les consommateurs des large utilités, la minimisation du déchet peut prendre beaucoup de formes, qui comprennent :

  • Acheter la quantité adéquate de matériau pour réduire l’excès
  • La minimisation de la longueur des tuyaux de transfert qui peuvent nécessiter du nettoyage
  • Revoir les systèmes pour assurer un stockage sûr, transfert et utilisation
  • Protéger les installations contre les dégâts physiques

Eco USA ramasse l’huile pour le recyclage et ensuite le traite dans une forme adéquate pour la réutilisation. Eco USA a plusieurs options pour recycler l’huile en silicone pour transformateur.

2. Le recyclage*)

Les options de recyclage incluent :

  • La réutilisation du matériau dans la même application
  • Retraitement du fluide contaminé avec de l’eau, des particules ou avec de l’huile minérale
  • Un retraitement spécial des fluides contaminés avec PCB
  • Un mélange de combustibles pour récupérer l’énergie.

En certains cas, le fluide peut être réutilisé dans la même application sans reconditionnement. Par exemple, l’huile en silicone pour transformateur Dow Corning 561 peut aussi être traiter pour éliminer les contaminants et ensuite réutilisé pour les transformateurs en beaucoup de cas.
Le programme de recyclage peut être projeté pour accepter des fluides contaminés avec de l’eau ou avec des particules et ceci remplit certains d’autres critères de recyclage. En plus, le programme peut retraiter un fluide qui a été contaminé avec de l’huile minérale.

Cette contamination peut résulter de scénarios différents, mais le plus commun a lieu quand des transformateurs remplis à l’origine avec de l’huile minérale sont remplis ultérieurement avec de fluide en silicone pour améliorer la sécurité incendie et pour réduire l’entretien à long terme.
Le fluide en silicone utilisé pour chasser l’huile minérale dans le transformateur peut aussi être recyclé.

Le fluide retourné à Dow Corning est par exemple complètement restructuré à travers un retraitement chimique et ensuite utilisé pour reconstruire d’autres produits spécifiques en silicone. De toute facon, le programme Dow Corning ne peut pas accepter dans aucune circonstance des fluides ou ont été utilisés antérieurement des fluides PCB.

SunOhio Co. est spécialisée en matériaux contaminés avec PCB et cela représente une option pour ces transformateurs qui peuvent contenir des fluides contaminés avec PCB résultants de l’utilisation antérieure des fluides PCB.

Le mélange des combustibles représente une autre alternative de recyclage. La majorité de fluides en silicone qui ne sont pas contaminés avec PCB sont considérés comme déchets non dangereux au traitement et peuvent être mélangés compatiblement avec beaucoup d’autres solvants ou combustibles. Cependant, les oxydants et d’autres matériaux incompatibles décrites dans la fiche de données de sûreté des matériaux ne doivent pas être mélangés avec les silicones.

Les silicones ont deux avantages quand ils sont utilisés correctement dans les opérations de mélange de combustibles. Les fluides en silicone possèdent une valeur combustible d’approximatif 8000 Btu/livre, fournissant une balance thermique favorable pour les applications consommatrices de combustible. En plus, quand les fluides en silicone sont brûlés dans les processus demandant silice comme les fours à cément, la silice résultante devient un component de valeur du produit.

Les matériaux contenant silicone ne doivent pas être brûlés dans des moteurs à combustion interne ou dans d’autres exploitations ou la génération de cendre peut interférer avec l’exploitation de l’équipement. Les spécifications de l’équipement et/ou les règlements locales doivent être vérifiés toujours s’ils sont adéquates avant de brûler les matériaux en silicone.

C’est important d’avoir de l’huile purifiée dans un transformateur parce que les gaz dissous dans l’huile de transformateur peuvent provoquer la formation d’arc, décharges corona et surchauffe, réduisant ainsi l’efficacité électrique et la durée de vie du transformateur. De même, la contamination de l’eau avec si peu que 30 ppm ( parties par million ) peut affecter dans un mode adverse la résistance d’isolation de l’huile. Avec des standards toujours plus exigeants pour l’efficacité énergétique de transformateurs pour la distribution de puissance, la nécessité de dégazer effectivement sera encore plus importante dans le futur . De même, la contamination des particules va aussi influencer la fonction de l’huile isolateur. Par conséquence l’huile usé de transformateur doit être nettoyé.

2.1. Application***

Le système de régénération de l’huile Zhongneng ( Séries ZYD ) a été spécialement concu pour l’utilisation sur place avec le but de régénérer complètement les huiles d’isolation dans les transformateurs sous tension ou non. Le système ZYD fournit la purification de l’huile régulière comme le dégazage , le séchage et l’élimination de particules, mais peut aussi éliminer l’acidité, la boue et d’autres produits de décomposition ou décolorants solubles dans l’huile.

Ceci est accompli par l’usage d’une technologie de dégazage à vide poussé et avec des filtres particuliers combinés avec notre marque spéciale de terre. Après le traitement, l’huile peut être réutilisée comme neuve. Pour des applications spéciales, le système peut être monté sur une base à l’épreuve des fuites, installé et exploité sur une remorque.

2.2. Caractéristiques du système de régénération

  1. A part les fonctions habituelles de déshydratation, dégazage et d’élimination des particules du purificateur de l’huile à vide, la machine peut aussi régénérer l’huile sérieusement détériorée par l’élimination effective des matériaux polaires de l’huile, comme par exemple des oxydes profonds et du carbone libre. Elle peut faire arriver l’huile sérieusement détériorée à atteindre les valeurs normales des indices comme anti-oxydes, acide-alcaline ou solubilité dans l’eau.
  2. Peut être exploité par P.L.C. ( contrôleur logique programmable )
  3. Déshydratation unique à vide, dégazage, système de régénération, adopte la technologie de stéréo-évaporation, élimination hautement efficace de l’eau, gaz et particules de l’huile de transformateur, améliore la qualité de l’huile et sa résistance diélectrique.
  4. Duplex 3D stéréo-évaporation, éliminant rapidement l’eau liquide.
  5. Technologie UK par laquelle les traces d’eau dissoute peuvent être éliminées efficacement.
  6. Système de filtrage pour éliminer instinctivement les impuretés par un réseau trapézoidale double FH et absorbant par haut polymère sans puissance mécanique.
  7. Un système automatique de contrôle infrarouge avancé du niveau du liquide pour réaliser un contrôle complètement automatisé.
  8. Appliqué spécialement au graissage à vide et séchage pour les équipements de distribution de puissance.
  9. Toutes les qualités de l’huile peuvent être traitées en charge ou déchargés.
  10. Une conception de pompe d’huile spéciale à bruit réduit.
  11. Des additifs spéciaux pour la dépolarisation, peut récupérer au neuf la couleur de l’huile de transformateur âgée , équipée avec un dispositif de décharge à court terme, bonne efficacité. La décoloration sous vide peut économiser le coût de traitement, les impuretés du déchet ne polluent pas l’environnement ( peut être utilisé pour l’architecture et le pavage des rues ).

2.3. Avantages du système

Par rapport au purificateur de l’huile à vide à une seule étape, cette machine peut déshydrater, dégazer et éliminer plus rapidement, plus complètement les impuretés et réalise l’huile BDV ( tension de claquage ) de 70kV ou plus. Comme le système de connexion à pont sous vide lequel peut purifier et aussi être un fournisseur indépendant de puissance à vide, cette machine peut traiter les dispositifs d’isolation électriques ( purificateur de l’huile, purification de l’huile, filtration de l’huile, recyclage de l’huile, traitement de l’huile, régénération de l’huile, restauration de l’huile, filtrage de l’huile, ramassage de déchets d’huile, récupération de l’huile, gestion des déchets de l’huile, économiser l’énergie, reconditionnement de l’huile, reconstitution de l’huile, restitution de l’huile, recouvrement de l’huile, machine de pétrole).

La quantité de l’huile utilisée dans un transformateur dépend de la taille du transformateur. Supposons une taille relativement petite du transformateur ( 1000 kV.A ), lequel demande environ 1,89 m3 ( 500 gal ) fluide pour refroidir. On assume que la phase d’utilisation de l’huile du transformateur est égale à la durée de vie du transformateur, environ 30 ans. Dans le modèle est incluse l’électricité nécessaire pour le reconditionnement de l’huile si les analyses test pour le gaz dissout indiquent le besoin. Le reconditionnement est supposé d’avoir lieu tous les cinq ans.

2.4. Fin de vie.

Avec le reconditionnement périodique de l’huile à base de silicone pour transformateur pendant les 30 années de vie du transformateur, la moitié de l’huile est en assez bonne condition pour être reconditionnée et réutilisée dans un autre transformateur. L’autre moitié est renvoyée au producteur pour être restructurée dans la production pour d’autres produits à base de silicone. Les options de fin de vie pour l’huile de transformateur n’incluent pas le ramassage des déchets, puisque c’est généralement un produit bien conservé et peut être utilisé dans d’autres applications. Par conséquence, aucun de ces produits est supposé de finir dans une décharge.

2.5. Impact sur l’environnement ****)

Les notes concernant la fin de vie du transformateur sont résumés ci-dessous :

Le cuivre et l’acier peuvent être recyclés à 100%. Pour le moment, l’huile en silicone est brûlée en incinérateurs au même coût que l’huile minérale. Pourtant, en Europe une entreprise de recyclage de silicone liquide est déjà active depuis 2001. L’huile minérale peut aussi être recyclée, mais communément est brûlée et utilisée pour la production d’électricité. Les enroulements du transformateur en résine coulée doivent être traitées comme déchet ou elles ont besoin d’énergie et hautes températures de combustion.

Une entreprise de recyclage avec fabriques en 4 pays de l’Europe, recycle l’huile de transformateur à 75 – 100 Euro/ton, l’huile contaminé avec PCB pour transformateur à 1200 Euro/ton et le type d’huile sec pour transformateurs à 150 – 160 Euro/ton.

Le silicone liquide va dégénérer lentement en produits naturels existants et ne montre pas des effets nocives ou contaminants. Si le silicone liquide est abimé dans l’eau ( sel ou pas sel ), il ne va pas réagir avec l’eau , va couler vers le fond et va se décomposer lentement en bioxyde de carbone, eau et d’autres produits naturels. Le liquide ne va pas extraire l’oxygène de l’eau.

L’huile minérale va réagir avec l’environnement et s’oxyder. On doit mentionner que les transformateurs peuvent être considérés étanches. Ils quittent l’usine étanches et peuvent être endommagés seulement pendant le transport ou l’installation. Une fois en exploitation, ils restent fermés pour toute leur durée de vie.

3.Incinération et décharge.

Si toutes les méthodes de réutilisation et recyclage ont été soigneusement étudiées et la destruction reste l’unique alternative, on peut considérer l’incinération des fluides en silicones. Comme dans le cas du mélange de combustibles ou à d’autres activités de combustion, l’incinération doit prendre en considération le contenu en chaleur des silicones et le cendre de silice généré par le processus de combustion.

Les absorbants ou d’autres matériaux solides, contaminés avec les huiles en silicone qui peuvent être générés pendant l’entretien ou le nettoyage des fuites ou des déversements mineurs ( supposant qu’aucune contamination PCB est présente ), pourront être mis en décharge si les règlements locaux le permettent.

________________________________________________________________________

*) Dow Corning Technical Brochure
**) National Renewable Energy Laboratory (NREL): U.S. Life-Cycle Inventory Database. 2005. Golden, CO. http://www.nrel.gov/lci/database.
***) Kingstone Oil Filtration Engineering Co. Brochure, Ltd,28-Jan-2011
***”) International Conference on Electricity Distribution Barcelona, 12-15 May 2003
PAU, Declercq,A1 Session 4 Paper No 25

1. Introduction

Il y a une variété d’huiles pour transformateurs parmi laquelle on peut choisir, y compris pour transformateurs type sec refroidi par l’air, type résine coulée ou type rempli de liquide. Les transformateurs remplis de liquide peuvent contenir l’huile minérale, des hydrocarbures chlorés ou du fluide en silicone. Chaque type offre des avantages distinctes dépendant des besoins applicatifs. Mais beaucoup ont aussi des inconvénients. La clef est de décider quels sont les compromis d’ingénierie et de fonctionnement acceptables et de prévoir les effets à long terme qu’ils auront pour l’application spécifique.

Les transformateurs remplis de liquide ont été développés il y a plus de 90 ans. Aujourd’hui beaucoup d’utilisateurs continuent de préférer ce type au lieu du type sec de transformateur, en particulier pour des applications concernant les transformateurs de réseau, moyen et de large puissance. Il y a des raisons importants pour cette préférence comme suit :

  • • Au contraire de solides, les liquides refroidissent autant qu’ils isolent. Comme résultat on peut choisir un transformateur rempli de liquide qui est plus compact par rapport à un type comparable sec ou à résine coulée.
  • • Les transformateurs remplis de liquide offrent une grande efficacité et un haut BIL à un coût raisonnable. Des performances électriques similaires peuvent être obtenues avec les transformateurs à sec ou à résine coulée seulement avec des coûts supplémentaires.

La haute résistance diélectrique des transformateurs remplis de liquide permet une flexibilité plus grande dans la conception. Comme résultat on peut optimiser la conception pour satisfaire les besoins spécifiques de charge et ainsi réduire les coûts d’exploitation.

Les systèmes liquides ont aussi un avantage découlant de leur capacité supérieure d’éliminer la chaleur du bloc noyau et bobine. Cela détermine une capacité de surcharge supérieure et des économies correspondantes sur les coûts d’exploitation et d’entretien aussi bien qu’une vie d’isolement plus longue. C’est vrai en particulier pour les transformateurs remplis de silicone parce que les silicones possèdent la plus haute stabilité thermique de tous les liquides disponibles. Les coûts à long terme résultants de la perte d’énergie dans une unité peuvent dépasser les coûts d’investissement pour acheter un transformateur. Comme résultat, c’est très important d’évaluer le taux de perte et sélectionner la meilleure conception pour les conditions de charge et service.

Le Fluide de Transformateur en Silicone (huile) a été introduit à moitié des années ’70 et est devenu largement accepté pour les transformateurs, dont l’emplacement et l’environnement présente un risque qui avait besoin d’une alternative de sécurité incendie et/ou du respect de l’environnement par rapport aux huiles traditionnelles pour transformateurs.

Ces fluides sont aussi utilisés dans des transformateurs concus pour fonctionner à des températures au dessus des hausses typiques 55/65°C.

Le produit physique, connu sous le nom générique « fluide en silicone de transformateur », n’a pas changé pendant son histoire longue déjà 25 années, même si la spécification et l’information regardant sa manipulation ont changé.

Le fluide en silicone a deux spécifications IEC 836 et ASTM D 4652, utiles pour les fabricants des transformateurs demandant le fluide ou quand le fluide est nécessaire dans les unités existantes pour réparer ou rajouter. Ces normes couvrent les propriétés physiques et électriques du fluide adéquat pour des applications diélectriques. Même si les propriétés du Fluide Pur en Silicone 50cSt sont très similaires avec les propriétés du STO-50, le PSF-50cSt ne satisfait pas les propriétés électriques nécessaires pour l’usage dans les transformateurs électriques.

Le standard ASTM fixe aussi un niveau maximal du matériau volatile qui peut être perdu pendant les premières 24 heures à 150 °C.

Ce test, ASTM D 4559, mesure le contenu des volatiles et aussi sa résistance à la décomposition, importante dans les applications à haute température. Il indique aussi la performance du fluide a long terme.

Ces fluides ne passeront pas le test, s’ils ont été décollés inadéquatement pendant le processus de fabrication ou si le catalyseur de polymérisation n’a pas été neutralisé ou dépouillé.

Les transformateurs remplis de fluide en silicone peuvent être spécifiés génériquement comme des transformateurs concus pour satisfaire les spécifications mentionnées ci-dessus. Dans le cas ou le Code National Electrique doit être rempli, alors l’unité doit être construite selon les exigences de l’Approbation Mutuelle de la Fabrique ou de l’UL ( Classification de Laboratoire d’Assurance ). Les deux normes mentionnées exigent maintenant des changements physiques dans la construction des transformateurs, y compris un récipient plus lourd et la protection au-delà des normes ANSI.

Si le silicone n’est pas spécifié et le sens élargi «moins inflammable « est demandé, l’utilisateur peut recevoir une unité avec un fluide à base d’huile végétale ou ester de hydrocarbure à poids moléculaire élevé. Même si ces deux produits possèdent des points d’inflammation au –dessus de 300°C, ils ont des propriétés de combustion sensiblement différentes si enflammés.

2. Bénéfices des Huiles de Transformateur en Silicone par rapport aux huiles à base de Pétrole*)

L’huile de transformateur en silicone fournit les majeurs bénéfices si on considère les questions de sécurité. Ces avantages comprennent :

  • Hauts points d’éclair et de feu – peut être placé près d’une construction ou installé à l’intérieur, conformément aux directives du Code National.
  • Auto-extinction – fournit le plus sûr environnement de fonctionnement dans les milieux ou le potentiel de feu est possible.
  • Faible vitesse de dégagement de chaleur, dégagement de la fumée et toxicité – dégâts minimales du feu, parce qu’il s’éteint lui-même et faible dégagement de chaleur pendant l’incendie
  • Non-hazardous material with excellent environmental product life cycle – regulatory friendly, does not biodegrade ‘especially in the transformer , contains no corrosive or acid causing materials.
  • Pas à base de pétrole, pas bio-accumulateur et pas soluble dans l’eau – par conséquence pas sujet aux exigences du pétrole pour le nettoyage.
  • Matériau non-dangereux avec un cycle de vie excellent du produit dans l’environnement – régulateur propice, ne biodégrade pas, en particulier dans le transformateur, ne contient pas des matériaux corrosifs ou acides.
  • Même performance que les PCB sans les dangers écologiques attachés.
  • Huile à base non-toxique ( qualité cosmétique & additif alimentaire )
  • Peut être utilisé dans les fabriques de traitement alimentaire et dans le voisinage des voies navigables.
  • Très compatible avec la majorité des autres fluides de transformateur et des matériaux de construction.
  • La base polydimethylesiloxane est exempte de solvant et inerte chimiquement.
  • Ne se transforme pas en boue ou ne se décompose pas.
  • Une vie plus longue du transformateur avec un entretien réduit.

Les fluides en silicone pour transformateurs sont prévus pour systèmes de transformateurs qui sont à inflammabilité réduite, respectueux de l’environnement et offrent des coûts d’exploitation plus bas par rapport à leurs contreparties.

Le fluide de transformateur à base silicone est une huile synthétique composée principalement de polymères dimethylesiloxane , suivant des étapes de production très différentes par rapport au huile de transformateur à base d’huile minérale.

3. Matières premières

Pendant que le fluide à base silicone est fabriqué aux Etats-Unis aussi bien que à l’étranger, les seules données publiques accessibles sont européennes. Les données européennes sont utilisées pour modeler le component principal du produit, le siloxane cyclique.

4. Fabrication

La production de dimethylesiloxane commence avec la production du dimethylechlorosilane à partir de chlorométhane et silicone. Dimethylechlorosilane subit des réactions de hydrolyse pour produire le dimethylesilanediole, qui subit une autre série des réactions de hydrolyse pour condenser en siloxane cyclique.

La densité moyenne du fluide est supposée d’être 0,9565 kg/L.

5.Transport**)

Le transport routier est le moyen de transport utilisé pour le transport de l’huile de transformateur de l’installation de production à la production du silicone.

6. Utilisation

La quantité de l’huile utilisée dans un transformateur dépend de la taille du transformateur. Supposons une taille relativement petite du transformateur ( 1000 kV.A ), lequel demande environ 1,89 m3 ( 500 gal ) fluide pour refroidir. On assume que la phase d’utilisation de l’huile du transformateur est égale à la durée de vie du transformateur, environ 30 ans. Dans le modèle est incluse l’électricité nécessaire pour le reconditionnement de l’huile si les analyses test pour le gaz dissout indiquent le besoin. Le

reconditionnement est supposé d’avoir lieu tous les cinq ans.

7. Fin de vie***)

Avec le reconditionnement périodique de l’huile à base de silicone pour transformateur pendant les 30 années de vie du transformateur, la moitié de l’huile est en assez bonne condition pour être reconditionnée et réutilisée dans un autre transformateur. L’autre moitié est renvoyée au producteur pour être restructurée dans la production pour d’autres produits à base de silicone.

Les options de fin de vie pour l’huile de transformateur n’incluent pas le ramassage des déchets, puisque c’est généralement un produit bien conservé et peut être utilisé dans d’autres applications. Par conséquence, aucun de ces produits est supposé de finir dans une décharge.
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*) www.clearcomproducts/PDMS
**) Dimethylsilanediol and cyclic siloxane production,Carette, Pouchol (RP Silicones), Techniques de l’ingénieur, vol. A 3475, p.3.
***)Life Cycle Data,National Renewable Energy Laboratory (NREL): U.S

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