CN103282970B - 包含由含环氧基团的组合物形成的层的电缆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及包含由一个或多个层围绕的导体的电缆,其中至少一个层包含聚烯烃组合物,所述聚烯烃组合物包括:‑含环氧基团的烯烃聚合物(A);‑加速环氧基团交联反应的至少一种交联剂(B);以及‑可选地导电填料。
Description
技术领域
本发明涉及由含环氧基团的聚烯烃组合物组成的电缆层以及生产其的方法及使其交联的方法。
背景技术
在电缆中,例如在中压(6到36kV)和高压(>36kV)的电缆中,电导体通常首先涂覆上一个内部半导体层,然后涂覆上绝缘层,然后是外部半导体层,接着是可选层例如防水层,在外部可选的为套层。电缆层通常基于的是不同类型的乙烯聚合物。
绝缘层和半导体层通常由乙烯均-和/或共聚物优选通过交联组成。涉及电缆挤出的与过氧化物,例如过氧化二异丙苯交联的LDPE(低密度聚乙烯,即在高压下通过自由基聚合制备的聚乙烯),已经成为主要的电缆绝缘材料。内部半导体层通常包括乙烯共聚物,例如乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物(EMA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-丙烯酸丁酯共聚物(EBA)、交联剂(例如过氧化物)和足够量和类型的导电填料以使得所述组合物半导体化。外部半导体层的组合物可以与内部半导体层的组合物不同,这取决于其是否可以剥离。如果外部半导体层不能被剥离,则所使用的组合物可以与内部半导体层的组合物类型相同。
虽然在现有技术中,电缆层的组合物适合于许多应用,然而总会希望可以改善它们的特性例如加工性及交联温度,并且消除或降低它们可能具有的任何缺陷。
通常的电缆层的一个缺陷是电缆层的交联是通过使用过氧化物完成的。使用过氧化物进行交联具有很多不利之处。例如在交联期间会形成低分子副产物,具有讨厌的气味。此外,在聚烯烃组合物挤出之前,必须通过单独的加工步骤将过氧化物加入到聚合物中,这增加了生产时间。另外,为达到较高的交联密度,需要使用有机过氧化物,这会在过氧化物降解后释放高水平的不希望的副产物。过氧化物降解的温度将挤出机中的最大可能的熔融温度限制在大约140℃。高于该温度,会在挤出机中发生交联,这会导致在电缆中出现凝胶或烧焦的颗粒。然而,在挤出机中最大熔融温度在140℃限制了挤出量,并有可能会导致更低的生产速率。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种电缆,能够在使用更低量的过氧化物或甚至根本不使用过氧化物时也可以交联至所需要的交联度。
而且,本发明的另外一个目的是提供一种半导体组合物,能够在高温及高的电缆线速度下进行交联。
本发明通过提供一种含由一个或多个层围绕的导体的电缆而实现上述目的,其中至少一个层包括含如下的聚烯烃组合物,优选由含如下的聚烯烃组合物组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)或其任何混合物,以及
-可选地导电填料,优选为炭黑。
本发明的电缆在本说明书中也被简称为电缆。
在本发明中,术语“由…构成”也包括所述组合物承受由交联剂(B)促进环氧基团发生交联的条件的情况。因此,所述层可以包括所述组合物或从所述组合物交联后获得的产物,优选由所述组合物或从所述组合物交联后获得的产物组成。
术语“围绕”包括单独的层直接依附于导体上,以及一个或多个其他的层位于所述单独的层及导体之间。
包含在至少一个电缆层中的本发明的聚烯烃组合物在本说明书中也简称为聚烯烃组合物,包含环氧基团的烯烃聚合物(A)在本说明书中也简称为烯烃聚合物(A)。
在本说明书的上面及下面中术语“导体”指的是含一个或多个导线的导体。所述导线可以用于任何用途,例如可以为光学、通信或电导线。此外,所述电缆可以包括一种或多种这样的导体。优选地,导体为电导体,并且包括一种或多种金属导线。
作为交联剂(B)的路易斯酸或布朗斯台德酸被认为可以催化交联反应,但不会对系统中该物质的量产生实质性的净变化。此外,在分子水平上,交联剂(B)被认为是按照IUPAC,纯粹和应用化学,66,1077-1184(1994)中“催化剂”的定义,在从一个反应物的分子实体变成产物的分子实体的每次显微化学事件中是至少部分再生的,这篇文章被结合到本说明书中作为参考。再生“至少部分”指的是,众所周知的,交联剂的作用可能会受到聚合物组合物中含有的另一种组分的影响。
本交联剂(B)使用的量可以进行选择,这取决于所希望的催化效果。
出乎意料地发现,本发明新型的环氧交联剂(B)提供了环氧基团的优越的交联反应性。因此,自由基形成试剂(例如过氧化物)的量得以降低或完全避免。此外,在交联反应中形成的挥发性副产物的量很有利地降低了。因此,安全性得以改善,此外,由于额外的加工步骤,例如除气步骤得以减少或避免,产物的生产时间也降低了。而且,所得到的电缆具有较少的气味上的问题。
优选地,电缆的所述至少一层选自绝缘层、半导体层或护套层,优选选自绝缘层或半导体层。
如果半导体层包含本发明的聚烯烃组合物,则所述组合物进一步包括导电填料。因此,含进一步的导电填料且存在于半导体层中的聚烯烃组合物在本说明书中也简称为半导体聚烯烃组合物。
优选地,在室温下按照ISO3915(1981)测定的半导体聚烯烃组合物的体积电阻率不高于100000ohm*cm,优选不高于1000ohm*cm。
所述电缆优选为电力电缆,优选为运行电压为6kV到36kV的电力电缆,称之为中压(MV)电缆,运行电压为高于36kV的电力电缆,称之为高压(HV)电缆或超高压(EHV)电缆,最优选为MV电缆。这些术语具有众所周知的含义,指示了这些电缆的运行水平。
更加优选地,所述电缆为含由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体的电力电缆,其中至少一层包括:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物,以及
-可选地导电填料。
可选地,一个或多个其他层包括含如下的聚烯烃组合物(b),优选由含如下的聚烯烃组合物(b)组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),优选地,至少一个交联剂(B1)选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)含至少一种羧酸基团的羧酸,
或其任何混合物。
更加优选地,所述电缆为含由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体的电力电缆,其中所述至少一层包括含如下的聚烯烃组合物,优选由含如下的聚烯烃组合物组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物,以及
-可选地导电填料;
以及,可选地,一个或多个其他层包括含如下的聚烯烃组合物(b),优选由含如下的聚烯烃组合物(b)组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),优选地,至少一个交联剂(B1)选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)含至少一种羧酸基团的羧酸,
或其任何混合物。
在任意上述优选实施方案中,使用过氧化物的如上所讨论的不希望的问题可被显著降低或完全避免。
因此,聚烯烃组合物优选包括最多3.0wt%,优选不到2.0wt%,更优选地从0到低于1.5wt%的自由基形成剂例如过氧化物,进一步更为优选地,所述聚烯烃组合物不含任何添加的过氧化物。进一步更为优选地,用于生产电缆层的聚合物组合物包含最多3.0wt%,优选低于2.0wt%,更优选从0到低于1.5wt%的过氧化物,进一步更为优选地,所述聚烯烃组合物不含任何添加的过氧化物,最优选地,不含任何自由基形成剂。
本发明的聚烯烃组合物具有非常良好的可剥除特性,这在例如导线和电缆中的可剥除的半导体应用(其中可剥除的半导体层是希望的)中是有利的。
更加优选地,电力电缆包括由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体,其中所述内部半导体层和外部半导体层中的至少一个包括含如下的聚烯烃组合物,优选由含如下的聚烯烃组合物组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物;以及
-导电填料。
更为优选的电力电缆包括由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体,其中至少所述外部半导体层包括含如下的半导体聚烯烃组合物:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物,以及
-导电填料;
以及,可选地,一个或多个其他层,优选至少绝缘层,包括含如下的聚烯烃组合物(b),优选由含如下的聚烯烃组合物(b)组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),优选地,交联剂(B1)选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)含至少一种羧酸基团的羧酸,
或其任何混合物。
在优选实施方案中,外部半导体层包括如上面及下面所限定的半导体聚烯烃组合物,优选由如上面及下面所限定的半导体聚烯烃组合物组成,绝缘层包括如上面及下面所限定的聚烯烃组合物(b),优选由如上面及下面所限定的聚烯烃组合物(b)组成。
这样的电缆实施方案使得电缆可以交联而无需使用过氧化物,考虑到上面所讨论的由使用过氧化物造成的问题,这是非常有利的。
下列优选的组分的亚群和变型,即烯烃聚合物(A)、交联剂(B)或交联剂(B1)能够以任何顺序进行结合,可以很自然地应用于本发明的聚烯烃组合物、半导体聚烯烃组合物以及聚烯烃组合物(b),以及电缆。
优选地,交联剂(B)的含量占烯烃聚合物(A)和交联剂(B)的量的至少0.05wt%,更优选至少0.1wt%和最优选至少0.2wt%。
交联剂(B)的含量优选占烯烃聚合物(A)和交联剂(B)的量的8.0wt%或更少,更优选含量为5.0wt%或更少,最优选为含量为2.0wt%或更少。
适于作交联剂(B)的路易斯酸和布朗斯台德酸是已知的并且可以在市场上购买到,或者可以按照已知的文献或相似的方法生产。
在说明书中,将作为交联剂(B)的路易斯酸定义为电子对受体的分子实体(以及对应的化学物质),因此能够与路易斯碱反应,通过共享由路易斯碱提供的电子对而形成路易斯加合物。
优选的路易斯酸选自含镧系元素或除IUPAC周期表(1989)族7的元素以及Be、C、Si、Ge、Tl、Pb、Tc、Hg和Cd外的IUPAC周期表(1989)族2-14的元素的化合物。在本发明中镧系元素为镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥。
更为优选的路易斯酸为下列式(I)的化合物
M+mLn(I),其中
M为选自镧系元素或除IUPAC周期表(1989)族7的元素以及Be、C、Si、Ge、Tl、Pb、Tc、Hg和Cd外的IUPAC周期表(1989)族2-14的元素,每个L相同或不同并且为连接至M的配体;以及
m为1到4,n为1到4,条件是m-n为0。
整数“n”因此取决于氧化态+m并且被选定以使化合物M+mLn的净电荷为0。
在式(I)化合物的路易斯酸的更为优选的亚群中:
M选自镧系元素和除IUPAC周期表(1989)的族7元素以及C、Si、Ge、Tl、Pb、Tc、Hg和Cd之外的IUPAC周期表(1989)的族4、11、12、13和14的元素,更优选地,M为选自如上所限定的族4、11、12、13或14的元素,更优选地,M选自Ti(钛)、Zr(锆)、Hf(铪)、Sn(锡)、Al(铝)、Cu(铜)、Zn(锌)和B(硼),更为优选地,M为Ti、Al、Sn、Zn或Cu,最优选地,M为Ti、Zn、Cu或Al,以及进一步更为优选地选自Ti或Al;
每个L独立地选自
-可选地取代的饱和或部分不饱和的烃基基团;
-可选地取代的芳香烃基环系;
-两个或更多个L独立地为通过X原子连接至另外两个或更多个L的二价饱和或部分不饱和的羟基基团,与M共同构成可被选择性取代的环系,X为碳或杂原子;
-其中作为L的或在由两个或更多个L构成的环系中的每个羟基基团可以独立地包含一个或多个杂原子,所述一个或多个杂原子选自N、O、P、S或Si,优选选自N、O、P中的一个或多个,以及
-其中如果存在于L或由两个或更多个L构成的环系的任一个中的话,则可选的取代基的数量独立地为1到4;
-OH基团;
-卤素,优选为-F、-Cl、-Br基团;
-CF3SO3-基团;
-甲基或乙基甲磺酸酯基团;以及
m为2或4,n为2或4,条件是m-n为0。
本发明中术语“可选”指的是“可以含有或可以不含有”,例如“可选地取代”涵盖了含或不含取代基的可能性。术语“未被取代的”自然地指的是不含取代基。
下面优选的式(I)的化合物的亚群可通过任意组合概括:
在可选地取代的直链或支链饱和部分不饱和的羟基基团中或在可选地取代的芳香烃基环系中或在由两个或三个或更多个L联合M构成的环系中,杂原子的位置并没有什么限制。因此,任何羟基均可通过杂原子连接至M和/或任何烃基的碳原子可被一个或多个杂原子所间隔。
可选的取代基可以连接至烃基基团的碳或杂原子上。可选的取代基独立地选自优选选自如下中的一种或多种的官能团:=O、-OH、NR1R2,其中R1或R2为H或C1-C12烷基;-COOR4,其中R4为H或C1-C12烷基;-CONR5,其中R5为H或C1-C12烷基;卤素,优选为F、Cl或Br,-OH;甲基或乙基甲磺酸酯;CF3SO3-或在烃基中含有任何环系时或由烃基构成的环系的情况下选自最多20个碳原子的烃基。
在L中含有的任何环系或由两个或更多个L构成的环系可以是单环或多环环系。多环指的是稠合环系以及通过X和M彼此连接的三个L配体形成的环系。对于两个或更多个L形成环系的情况,该环可以是饱和、部分不饱和或芳香的,优选为饱和的。在任何环系中的环上原子数量优选为5到14。
在式(I)化合物的优选亚群中,作为L的取代的或未被取代的饱和的或部分不饱和的烃基基团更优选为:
(i)可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,最多含30个碳原子;更优选为直链或支链C1-C20烷基,直链或支链C2-C20烯基或直链或支链C2-C20炔基,更优选为直链或支链C1-C20烷基,直链或支链C2-C20烯基;
(ii)可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,具有饱和或部分不饱和的环状烃基部分,或可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,具有芳香烃基部分;优选为可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,具有饱和或部分不饱和的环状烃基部分;或
(iii)可选的取代的饱和或部分不饱和的环状烃基基团,其中一个或多个环上原子为可选的选自如下的杂原子:N、O、P、S或Si,优选为N、O或P。
任何可选的取代的环状烃基基团优选为饱和并且含有5到7个环上原子。任何可选的取代的芳香环系优选为可选的取代的苯基、萘基或蒽环系。
更加优选的亚群为式(I)的化合物,其中作为L的取代的或未被取代的饱和或部分不饱和的烃基基团为:
(i)可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团;更优选为直链或支链的C1-C20烷基,直链或支链C2-C20烯基或直链或支链C2-C20炔基,更优选为直链或支链C1-C20烷基或直链或支链C2-C20烯基;
(ii)可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,其具有饱和或部分不饱和的环状烃基部分,或者可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,其具有可选的取代的芳香烃基部分;优选为可选的取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,其具有饱和或部分不饱和的环状烃基部分;或
(iii)可选的取代的饱和或部分不饱和的环状烃基基团,其中一个或多个环上原子为可选的选自如下的杂原子:N、O、P、S或Si(优选为N、O或P)。
在更为优选的式(I)化合物的亚群中:
M为Ti、Zr、Hf、Sn、Cu、Zn或Al,优选为Ti、Sn、Zn、Cu或Al;
每个L为含1到30个碳原子的基团,独立地选自不含杂原子的可选的取代的烃基;可选的取代的-O-烃基基团;-O-(C=O)-烃基基团;-O-(P=O)-烃基基团;或两个或三个L为通过X原子彼此连接的-O-烃基-,其中X原子为C或N原子,并与M共同构成环状环系;其中每个烃基独立地为同上面的限定;以及
n在Ti、Zr、Hf或Sn的情况下为4,在Al或B的情况下为3;在Cu或Zn的情况下为2。
最为优选地,作为交联剂(B)的路易斯酸为式(I)化合物的亚群,其中
M为Ti、Sn、或Al,最优选为Ti或Al;
每个L为独立选自如下的烃基基团:
-直链或支链的C1-C20烷基,可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,优选为直链或支链C1-C20烷基;
--O-(直链或支链的C1-C20烷基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,-O-(直链或支链C2-C20烯基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,更优选为-O-(直链或支链C2-C20烯基),可选地和优选地具有一个或两个,优选为一个取代基,所述取代基优选为(=O);
--O-(P=O)-(直链或支链C1-C20烷基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,-O-(P=O)-(直链或支链C2-C20烯基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,更优选为O-(P=O)-(直链或支链C1-C20烷基);或
-三个L独立地为每个连接至X的-O-乙烯基-,其中X为N,并且所述三个L与M共同构成了多环环系;以及
n在Ti、Zr、Hf或Sn的情况下为4,在Al或B的情况下为3,在Cu或Zn的情况下为2。
在上述优选的式(I)化合物的亚群中,如果三个L独立地为每个连接至X的-O-乙烯基-,其中X为N,并且所述三个L与M共同构成多环环系,则m优选为Ti,n为4,剩余的L为-O-(直链或支链(C1-12)烷基),优选为-O-(直链或支链(C1-6)烷基)。
尤为优选的作为交联剂(B)的路易斯酸的例子为(三乙醇化胺)Ti-O-R20((triethanolatoamine)Ti-O-R20),其中R20为直链或支链(C1-12)烷基),优选为直链或支链(C1-6)烷基),例如三乙醇化胺异丙醇钛(triethanolatoamine titaniumisopropanolate)(CAS号74665-17-1)。进一步特别优选的路易斯酸为锆酸四丁酯(CAS号1071-76-7)、三(二乙基次膦酸)铝(CAS号225789-38-8)、双硬脂酸铝(CAS号300-92-5)、双辛基锡二月桂酸酯(CAS号3648-18-81)、三硬脂酸单异丙醇钛,乙酰丙酮锌(II)一水合物(CAS号108503-47-5)、乙酰丙酮酸铜(II)(CAS号13395-16-9)、二异丙氧基双(乙酰丙酮)钛(CAS号27858-32-8)、钛(IV)酸四丁酯(CAS号5593-70-4)、二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯(CAS号17927-72-9)、钛酸四异丙酯(CAS号546-68-9);四(2-乙基己基)原钛酸酯(CAS号1070-10-6)、四(三乙醇胺)锆(IV)(CAS号101033-44-7)、硬脂酸锌(CAS号557-05-1)、三氟化硼乙胺络合物(CAS号75-23-0)。最优选的路易斯酸选自三乙醇化胺异丙醇钛(CAS号74665-17-1);三(二乙基次膦酸)铝(CAS号225789-38-8);二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯(CAS号17927-72-9);双辛基锡二月桂酸酯(CAS号3648-18-81);乙酰丙酮锌(II)一水合物(CAS号108503-47-5);以及双(乙酰内酮)铜(Ⅱ)(CAS号13395-16-9)。甚至更为优选的路易斯酸选自三乙醇化胺异丙醇钛(CAS号74665-17-1)。
在另外一个优选实施方案中,每个L为独立地选自如下的基团:
-直链或支链的C1-C20烷基,可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,优选为直链或支链C1-C20烷基;
--O-(直链或支链的C1-C20烷基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,-O-(直链或支链C2-C20烯基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,更优选为-O-(直链或支链C2-C20烯基),可选地和优选地具有一个或两个,优选为一个取代基,所述取代基优选为(=O);
--O-(P=O)-(直链或支链C1-C20烷基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,-O-(P=O)-(直链或支链C2-C20烯基),可选地具有一个或两个,优选为一个(如果有的话)同上面限定的取代基,更优选为O-(P=O)-(直链或支链C1-C20烷基);或
-三个L独立地为每个连接至X的-O-乙烯基-,其中X为N,并且所述三个L与M共同构成了多环环系;以及
对于作为交联剂(B)的布朗斯台德酸,在本说明书中布朗斯台德酸被定义为充当质子给体的化合物。作为交联剂(B)的优选的布朗斯台德酸为磺酸或任何酸酐或它的其他衍生物,更优选为有机磺酸,更加优选地,被至少一个磺酸取代基(包括CF3-SO2-O-SO2-CF3和CH3-SO2-CH3)取代的烃基基团或具有至少一个磺酸取代基及可选的其他取代基的芳香烃基环系,优选具有最多50个碳原子的一个或多个烃基取代基。芳香烃基环系和烃基同上文中对于路易斯酸的限定。在有机磺酸中,可以含有一个、两个或多个磺酸基团。作为交联剂(B)的合适的磺酸例如为在例如EP736065、EP1849816、EP1309631、EP1309632、US6441097B和US2008097038A中用作硅烷缩合催化剂且描述的那些。
作为交联剂(B)的更优选的布朗斯台德酸为芳香有机磺酸,包括的结构元素为:
Ar(SO3H)x (II)
其中Ar为可被取代或不被取代的芳基,如果被取代的话,则优选的取代基为至少一个最多为50个碳原子的烃基基团,并且x最少为1,或者式(II)的磺酸的前体,包括其酸酐或已经被提供了可水解保护基,如可通过水解除去的乙酰基的式(II)的磺酸。
作为交联剂(B)的式(II)的磺酸可一次或多次,例如两次或三次地包括式(II)的结构单元(作为重复单元(II))。例如,两个式(II)的结构单元可通过桥连基例如亚烷基基团与彼此连接。
优选地,在作为交联剂(B)的式(II)的磺酸中,式(II)x为1、2或3,更优选为1或2。
更优选地,式(II)的化合物,其中Ar为苯基、萘基或含三个稠环的芳基,例如菲和蒽。
更为优选地,作为更为优选的作为交联剂(B)的布朗斯台德酸的式(II)的有机芳香族磺酸具有6-200个C原子,更优选为7-100个C原子。
式(II)化合物的磺酸的非限制性例子为对甲苯磺酸、1-萘磺酸、2-萘磺酸、乙酰对甲苯磺酸、乙酰甲磺酸、十二烷基苯磺酸、十八酰基甲磺酸和四丙基苯磺酸;每一个可以独立地被进一步取代。
作为交联剂(B)的更为优选的布朗斯台德酸为被取代的式(II)的磺酸,即Ar为被至少一个C1-C30烃基基团所取代的芳基。在该更为优选的式(II)的磺酸的亚群中,更为优选的是Ar为苯基,x至少为1(即苯基被至少一个-S(=O)2OH取代),更优选地x为1、2或3,更优选x为1或2。
作为交联剂(B)的最优选的磺酸为对甲苯磺酸的磺酸(II),即1-甲基,4-S(=O)2OH苯,例如对甲苯磺酸(CAS号6192-52-5)。
最优选的交联剂(B)选自路易斯酸。
关于交联剂(B1),这种试剂优选选自:
(i)同上文中限定的路易斯酸;
(ii)同上文中限定的不同于羧酸的布朗斯台德酸;
(iii)含至少一个氨基的胺优选选自:含最多50,优选1-20个碳原子的饱和的脂肪族(单、双或三)胺;含最多50,优选1-20个碳原子的不饱和脂肪族(单、双或三)胺;含最多50,优选1-20个碳原子的芳香烃基;优选含至少两个氨基取代基;其中脂肪族或芳香部分可选地包含一种或多种杂原子,其中脂肪族或芳香胺可选地含其他取代基;更优选选自脂肪族甲胺例如丙胺、硬脂酰胺,优选为1,6-己二胺、1,7-庚二胺、三辛胺、苯胺、2-乙基苯胺、二乙撑三胺、三乙烯四胺和二乙胺基丙胺;脂环族环多胺例如孟烯二胺(menthendiamine)、异氟尔酮二胺、双(4-氨基-3-甲基环己基)甲烷和N-氨乙基哌嗪;含芳香环的脂肪族多胺,例如间二甲苯二胺、含二级和三级胺氮的聚乙撑亚胺;芳香多胺例如甲基亚苯基二胺(methaphenylenediamine)、亚甲基二胺和联苯胺砜;以及脂肪族多胺的修饰的多胺,含芳香环和/或可通过已知的修饰方法获得的芳香多胺的脂肪族多胺,所述修饰方法例如对环氧化合物的加成反应,对丙烯腈丙烯酸酯的迈克尔加成反应,以及对羟甲基化合物的曼尼希反应,所述羟甲基化合物例如咪唑族,如2-甲基咪唑,2-乙基-4-甲基咪唑和1-氰乙基-2-甲基咪唑,以及叔胺的三-2-乙己基酸盐,例如三-二甲氨酚,以及三-二甲氨基甲基苯酚;更优选的胺包括至少两个氨基,其非限制性例子为1,7-庚二胺,
,
或
最优选的胺为1,7-庚二胺;
(iv)含至少两个OH基团的醇优选选自脂肪族二到六醇或芳香二到六醇,优选选自脂肪族二、三或四醇或芳香二、三或四醇;更优选的,这种醇包括2-100,优选15-90,更优选15-90,最优选30-70个碳原子,可选地包括其他杂原子,如果含有杂原子的话,则优选选自N、S、O和/或P,更优选选自S、O或P,进一步更加优选选自S或O以及最优选的所述其他杂原子为O;
(v)羧酸的酸酐优选为含至少一个羧酸酸酐基团的羧酸酸酐,并且可以包括其他取代基,例如羧酸取代基,或其他杂原子,例如上文中对(iv)醇中限定的;优选的羧酸酸酐选自脂族羧酸酸酐或饱和或部分不饱和的环状羧酸酸酐或芳香羧酸酸酐;更优选的羧酸酸酐选自含最多50,优选1-20个碳原子的饱和或部分不饱和的环状羧酸的酸酐;含最多50,优选1-20个碳原子的羧酸的不饱和脂肪族酸酐;或含最多50,优选1-20个碳原子的芳香羧酸酸酐;或其任何混合物,更优选的羧酸酸酐选自源自如下的羧酸酸酐:丁酸、马来酸、衣康酸、延胡索酸、苯甲酸、植物油例如棕榈油、鲸油、从动物油中提取的脂肪酸例如牛肉牛油、月桂酸、软脂酸、硬脂酸、油酸,更优选源自含两个或更多个羧基的化合物,例如DL-苹果酸、癸二酸、琥珀酸、己二酸、硫代二丙酸、柠康酸、柠檬酸、邻苯二甲酸;以及最优选地选自DL-苹果酸和癸二酸,最优选的羧酸酸酐为1,2,4-苯三羧酸酸酐,CAS号552-30-7;
(vi)含至少一个羧酸基团的羧酸优选选自含如下化合物的羧酸;烯烃与含酸根的化合物的共聚物;或酸改性聚合物,例如酸改性聚乙烯、酸改性聚丙烯和酸改性蜡;更优选的羧酸选自乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-巴豆酸共聚物、乙烯-马来酐共聚物、马来酐酸改性聚乙烯和乙烯-乙基丙烯酸酯共聚物的热解物。
交联剂(iii)-(vi)的非限制性例子在例如JP06-116362中给出。
对于(B1)的交联剂(i)或(ii)的量优选同对于(B)的限定。另外,作为(B1)的交联剂(iii)到(vi)的量优选为占烯烃聚合物(A)和交联剂(B1)的量的20wt%或更少,优选为0.5到15wt%,更优选为1.0到10wt%。
关于含环氧基的烯烃聚合物(A),该表达指的是其中结合有含环氧基的单元的烯烃聚合物。这种单元在本说明书中被称之为“含环氧基团的单体单元”,指的是含环氧基的不饱和化合物,优选为含乙烯的具有环氧基的化合物。这些化合物可被用作将含环氧单体单元与烯烃聚合物(A)共聚合的共聚单体,或能够被接枝到烯烃聚合物(A)上,这是聚合物领域所熟知的。含环氧基团的单体单元的接枝和共聚合可以按照文献中所描述的方法或类似的方法进行。含环氧基的烯烃聚合物(A)以及含环氧基团的单体单元是非常熟知的(在例如日本Petrochem株式会社的JP06-116362及Arkema France的WO2010040964中提及过)并且可以在市场上购买到。作为含环氧单体单元的优选例子,可以提及例如脂族酯和缩水甘油醚例如烯丙基缩水甘油醚、乙烯基缩水甘油醚、缩水甘油基马来酸酯或衣康酸酯、(甲基)缩水甘油基丙烯酸酯,以及脂环族酯和缩水甘油醚,例如2-环己烯-1-缩水甘油醚、环己烯-4,5-二缩水甘油基羧酸酯、环己烯-4-缩水甘油基羧酸酯、5-降冰片烯-2-甲基-2-缩水甘油基羧酸酯以及内向顺式-二环(2,2,1)-5-庚烯-2,3-二缩水甘油基二羧酸酯。
在本发明中,含环氧的单体单元优选结合作为共聚单体,即通过将烯烃单体与具有环氧基的含乙烯基的共聚单体(=含环氧基团的单体单元)共聚合形成共聚单体。
最优选地,含环氧基团的单体单元为甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元。
优选地,含环氧基团的单体单元的量占烯烃聚合物(A)量的至少0.1wt%,更优选为至少0.3wt%,更优选为至少0.5wt%。
含环氧基团的单体单元的含量优选占烯烃聚合物(A)的量的10wt%或更少,优选为7.0wt%,更优选为5.0wt%或更少以及最优选为3.0wt%或更少。
合适的烯烃聚合物(A)可以为烯烃的均聚物或共聚物,其中含环氧基团的单体单元按照上文的限定接枝,或者是烯烃的共聚物,至少含环氧基团的单体单元同上文的限定。优选的烯烃聚合物(A)为烯烃与同上文限定的至少含环氧基团的单体单元的共聚物,更优选为烯烃与至少甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元的共聚物。
烯烃聚合物(A)可以进一步包括不同于含环氧基团的单体单元的共聚单体,并且如果含有的话,则优选为不同于含环氧基团的单体单元的极性共聚单体。如果烯烃聚合物(A)包括极性共聚单体,则所含有的含极性基团的单体单元的量优选占烯烃聚合物(A)的量的至少5.0wt%,更优选为至少8wt%,更优选为至少12wt%,以及最优选为至少15wt%。如果烯烃聚合物(A)包括极性共聚单体,则所含有的含极性基团的单体单元的量占烯烃聚合物(A)的量的不超过50wt%,更优选不超过45wt%,进一步更为优选不超过40wt%以及最优选不超过35wt%。
优选地,所述含极性基团的单体单元选自丙烯酸酯或醋酸酯共聚单体单元,优选选自烷基(甲基)丙烯酸酯或醋酸乙烯酯共聚单体单元,优选为烷基(甲基)丙烯酸酯共聚单体单元。
在本发明中,术语“烷基(甲基)丙烯酸酯共聚单体单元”包括烷基丙烯酸酯共聚单体单元和/或烷基甲基丙烯酸酯共聚单体单元。
烷基(甲基)丙烯酸酯共聚单体单元中的烷基部分优选选自C1-C4烃基,其中C3或C4烃基可以为支链或直链。
优选的烯烃聚合物(A)为包括含环氧基团的单体单元的聚乙烯,更优选为乙烯与同上文限定的至少含环氧基团的单体单元的共聚物,更优选为乙烯与至少甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元的共聚物。
作为优选的烯烃聚合物(A)的乙烯与至少含环氧基团的单体单元的共聚物在本说明书中也简称为乙烯/环氧共聚物。
乙烯/环氧共聚物可以进一步包括其他共聚单体单元。
优选地,所述烯烃聚合物(A)为乙烯与至少含环氧基团的共聚单体以及可选地与不同于含环氧基团的单体单元的其他共聚单体的共聚物,其中其他共聚单体优选为不同于含环氧基团的单体单元的极性共聚单体,更优选为含丙烯酸酯或醋酸酯基团的共聚单体单元。更优选地,所述烯烃聚合物(A)选自含甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元的乙烯共聚物或含甲基丙烯酸缩水甘油酯及极性共聚单体的乙烯共聚物,所述极性共聚单体选自烷基(甲基)丙烯酸酯或醋酸乙烯酯共聚单体单元,进一步更为优选地选自烷基丙烯酸酯或醋酸乙烯酯共聚单体单元,进一步更为优选地选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯或醋酸乙烯酯共聚单体单元,最优选选自丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯共聚单体单元。最优选地,所述烯烃聚合物(A)选自含甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元的乙烯共聚物或含甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元以及C1-C4烷基丙烯酸酯共聚单体单元(优选为丙烯酸甲酯共聚单体单元)的乙烯共聚物。而且,(半导体)聚烯烃组合物的最优选的乙烯/环氧共聚物为含同上文中限定的极性共聚单体单元的乙烯共聚物,优选为乙烯-C1-C4烷基丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物,优选为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物,以及甲基丙烯酸缩水甘油酯。而且,聚烯烃组合物(b)的最优选的乙烯/环氧共聚物选自含甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元的乙烯共聚物或含丙烯酸甲酯共聚单体单元和甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元的乙烯共聚物,更优选选自含甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元的乙烯共聚物。
作为优选的烯烃聚合物(A)的乙烯聚合物,按照ISO1133,在2.16kg的负荷及190℃的温度下测定的熔体流动速率MFR2为至少0.1g/10min,更优选为至少0.5g/10min。更优选地,这种乙烯聚合物按照ISO1133,在2.16kg的负荷及190℃的温度下测定的熔体流动速率MFR2为75g/10min或更低,更优选为60g/10min或更低,进一步更为优选地为55g/10min或更低。
作为优选的烯烃聚合物(A)的乙烯聚合物的密度高于860kg/m3。优选地,这种乙烯聚合物的密度不高于960kg/m3,优选为不高于955kg/m3。
作为烯烃聚合物(A)的优选的乙烯聚合物优选为在管式或压热反应器或其任意组合中的高压(HP)工艺下生产的低密度乙烯聚合物(LDPE),在含环氧基团的单体单元在乙烯聚合物生产后接枝到乙烯的均聚物或共聚物上作为烯烃聚合物(A),以及在含环氧基团的单体单元与乙烯及可选地与其他共聚单体共聚合时均是如此。因此,如果含环氧基团的单体单元通过接枝的方式加入的话,则接枝前聚合物也可通过这种工艺进行生产。
因此,本发明的烯烃聚合物(A)优选为LDPE聚合物,其优选在高压下通过自由基引发聚合进行生产。高压(HP)聚合在文献中广泛描述过,并且根据所希望的最终应用,对进一步加工聚烯烃的另一种性质的工艺条件的调整在本领域技术人员的技术范围内。
在管式反应器中,聚合进行的温度通常在400℃的范围内,优选从80到350℃,压力从70MPa起,优选100到400MPa,更优选从100到350MPa。压力可以在至少压缩阶段后和/或在管式反应器后进行测量。温度可以在所有步骤的多个点处进行测量。通过高压自由基聚合生产乙烯(共)聚合物的进一步详细资料可以从例如聚合物科学和工程百科全书,第6卷(1986),第383-410页以及材料百科全书:科学与技术,2001艾斯维尔科学有限公司:“聚乙烯:高压,R.KIimesch,D.Littmann和第7181-7184页找到。
压热器法可以例如在搅拌式压热反应器中进行。搅拌式压热反应器通常分为不同的区。主流型为从顶端区到底端区,但允许有反混,有时还是希望的。搅拌器优选被设计为以本领域技术人员所选择的合适转速制造高效混合及流型。被压缩的混合物通常被冷却并送至一个或多个反应器区。也可将自由基引发剂注射至沿反应器的一个或多个区。可以在升温下分解为自由基的任何化合物或其混合物均可用作自由基引发剂。可用的自由基引发剂可以在市场上购买到。聚合压力通常为20到300,例如20到250MPa。
聚合反应放热,在启动后(在升温,例如从80到150℃以生成第一个自由基)生成的发热的热量支持着该反应。在每一区的温度由冷却的进料混合物所控制。合适的温度范围为从80到300℃。该方法为本领域技术人员所熟知并描述在例如Arkema France的WO2010040964,第11页,23-32行,以及第12页,1-8行,或者可以按照例如在FR2498609、FR2569411和FR2569412中描述的类似地生产出。当乙烯与同上文限定的含环氧基团的单体共聚合,优选与甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体,以及可选地,和优选地,与其他共聚单体,优选与同上文限定的极性共聚单体,更优选为烷基(甲基)丙烯酸酯、更优选为丙烯酸甲酯共聚单体共聚合时,这种压热聚合是优选的。
此外,当聚烯烃组合物不含导电填料时,则烯烃聚合物(A)的量占聚烯烃组合物的总量的至少5wt%,优选为至少20wt%,更优选至少30wt%,更为优选至少50wt%,更为优选至少60wt%,最多至99wt%。
此外,当聚烯烃组合物包括导电填料时,则在这种半导体聚烯烃组合物或这种半导体聚烯烃组合物(b)中含有的烯烃聚合物(A)的量占聚烯烃组合物的总量独立地为至少5wt%,优选至少10wt%,更优选至少20wt%。通常在半导体聚烯烃组合物中含有的烯烃聚合物(A)的量占聚烯烃组合物总量的90wt%或更低,优选为85wt%或更低,更优选为从80wt%或更低,进一步更优选为从10到75wt%,进一步更优选为从20到70wt%,进一步更优选为从30到65wt%。
如上所述,如果含有的话,本发明的电缆的半导体层可以包括另外含导电填料的本发明的半导体聚烯烃组合物(半导体聚烯烃组合物)。在此情况下导电填料优选为炭黑。
导电填料的量至少为半导体聚烯烃组合物所获得的量。根据所使用的炭黑的种类、组合物的传导性及所希望的最终用途,导电填料的量可以不同。
优选地,在室温下按照ISO3915(1981)测定的组合物的体积电阻率不高于100000ohm*cm,优选不高于1000ohm*cm。
优选地,导电填料(优选为炭黑)的含量占半导体聚烯烃组合物总量的至少10wt%,优选至少15wt%,进一步更为优选至少20wt%以及最优选至少30wt%。
导电填料(优选为炭黑)的含量占半导体聚烯烃组合物总量的50wt%或更低,更优选为45wt%或更低以及最优选40wt%或更低。
任何导电性的炭黑均可被用作优选的导电填料。优选地,按照ASTM D3037-93测定,炭黑的氮表面积(BET)为5到400m2/g。
进一步优选地,炭黑具有一种或多种下列的性质:i)按照ASTM D3849-95a程序D数均粒径所限定的主粒径(primary particle size)至少为5nm,ii)按照ASTM D-1510-07测定的碘数至少为10mg/g,优选为从10到200mg/g,更优选为从10到100mg/g;和/或iii)按照ASTM D2414-06a测定的DBP(邻苯二甲酸二丁酯)吸收值为从60到300cm3/100g,优选为从80到270,优选为90到250cm3/100g。优选地,炭黑具有同上文限定的氮表面积(BET)和特征(i)、(ii)和(iii)。
优选的炭黑为炉法炭黑和乙炔黑,炉法炭黑更为优选,因为其并不很昂贵。
本发明的聚烯烃组合物,优选地优选的半导体聚烯烃组合物可以可选地包括聚合物(C),聚合物(C)为含如下的α-烯烃均-或共聚物:
-选自一种C2到C10α-烯烃的α-烯烃单体单元(Q);以及
-可选地,选自不同于(Q)的一种或多种α-烯烃的单体单元(R)。
如果聚合物(C)为均聚物,则其由α-烯烃单体单元(Q)组成,其中聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯是优选的。
优选地,聚合物(C)为共聚物。在该实施方案中,优选在聚合物(C)中含有一种或多种单体(R)作为共聚单体。因此,聚合物(C)也可包含三种或更多种不同的单体α-烯烃单元。通常聚合物(C)并不包含多于五种不同的单体单元。例如,聚合物(C)可以是三种α-烯烃的三聚物,例如可能具有弹体性能的乙烯-丙烯-α-烯烃(例如丁烯)三聚物或丙烯-乙烯-α-烯烃(例如丁烯)。
在聚合物(C)中含有的α-烯烃单体单元(Q)的量优选占聚合物(C)的量的50wt%或更多,更优选从70到99wt%。
优选地,单体(R)的总量占聚合物(C)的量的50wt%或更低,进一步更优选为30wt%。进一步优选地,单体(R)的总量占聚合物(C)的量的1wt%或更多。
为了说明,应该注意的是,由于上述限定(Q)和(R)不同,如果一个单体单元(R)为乙烯,则单体单元(Q)不能为乙烯。
优选地,α-烯烃单体单元(Q)选自C3-C10α-烯烃的一种,更优选选自C3-C6α-烯烃的一种,进一步更为优选选自C3-C4α-烯烃的一种,最优选为丙烯单体。
α-烯烃单体单元(R)优选选自C2和C4-C10α-烯烃单体单元的一种或多种,更优选选自C2和C4-C6α-烯烃单体单元的一种或多种,进一步更为优选选自C2和/或C4α-烯烃单体单元以及最优选地α-烯烃单体单元(R)为至少1-丁烯单体单元。
在优选的聚合物(C)中,单体单元(Q)为丙烯单体单元。
如果聚合物(C)包括两种单体(R),优选这两种共聚单体为乙烯和1-丁烯。因此,优选聚合物(C)为丙烯无规共聚物或多相丙烯共聚物。多相丙烯共聚物包括丙烯基体相,其为丙烯的均聚物或丙烯的无规共聚物,以及橡胶相,例如丙烯-α-烯烃橡胶,如丙烯-丁烯橡胶,其中所述橡胶相分散在丙烯基体相中,这是本领域所熟知的。
优选地,聚合物(C)包括不超过两种单体(R),更优选为一种共聚单体(R),优选为1-丁烯。更优选的聚合物(C)为1-丁烯的无规共聚物。
聚合物(C)的熔点优选为165℃或更低,更优选为150℃或更低,更优选为140℃或更低,进一步更加优选为85℃或更低。聚合物(C)的熔点应该优选不低于50℃。
优选地,优选为半导体聚烯烃组合物的聚烯烃组合物包括的聚合物(C)的量占聚烯烃组合物的总量的1wt%或更多,更优选为3wt%或更多。
此外,优选为半导体聚烯烃组合物的聚烯烃组合物优选包括的聚合物(C)的量为45wt%或更低,更优选为35wt%或更低,以及最优选为25wt%或更低,进一步更优选为15wt%或更低,在一些实施方案中甚至为10wt%或更低。
在230℃下,按照ISO1133测量的聚合物(C)的熔体流动速率MFR2优选为从0.5到50g/10min,更优选为从3到35g/10min。
α-烯烃均-或共聚物(C)可以优选密度为915kg/cm3或更低,更优选为900kg/cm3或更低。
α-烯烃均-或共聚物(C)的聚合的合适的催化剂优选为熟知的齐格勒-纳塔催化剂或单位点催化剂,优选为烯烃聚合的立体定向的单位点催化剂。聚合优选在温度40到130℃以及压力从5到100巴下进行。合适的单位点催化剂为茂金属单位点催化剂,如在EP1741725A1和EP0943631A1中作为例子所描述的。任何常规的聚合方法均可用于生产聚合物(C),例如溶液法、油浆法、气相法或其任意组合,这些在文献中均已充分记录过。
聚合物(C)优选进一步有助于可剥离性(剥落性能)特性,这对例如在导线和电缆中的可剥落的外部半导体应用是有利的。聚合物(C)也可为最终的聚烯烃组合物提供弹体性能,这对例如在导线和电缆应用中是有利的。
本发明的聚烯烃组合物,优选为优选的半导体聚烯烃组合物可以可选地包括弹性组分(D)。优选地,弹性组分(D)包括,或由以下组成:丁腈橡胶,优选为腈-二烯橡胶,典型地但不一定为丁腈橡胶(NBR)。二烯异戊二烯也可被使用。聚合物(C),以及弹性体(D)优选进一步有助于合乎需要的可剥除特性。
所发明的组合物可以进一步包括聚合物(C)或聚合物(D)或其混合物。
在聚烯烃组合物(优选为优选的半导体聚烯烃组合物)中含有的弹性组分(D)的量占聚烯烃组合物的总量的不多于30wt%,更优选为不多于20wt%,进一步更优选为不多于10wt%。如果含有组分(D),则其含量通常占聚烯烃组合物的总量的至少0.5wt%。
如果在聚烯烃组合物(优选为优选的半导体聚烯烃组合物)中含有弹性组分(D),优选同样加入增容剂(compabilitiser)、润滑剂例如蜡、硬脂酸盐或硅树脂等和/或隔离剂(抗结剂)以改善聚烯烃组合物(优选为优选的半导体聚烯烃组合物)的均一性和易流动特性。
自然地,除交联剂(B)之外,聚烯烃组合物可包括用于环氧交联烯烃聚合物(A)的其他交联剂,例如交联剂(B1)的另一种选择,即
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)含至少一种羧酸基团的羧酸,
或其任意混合物;正如上文中对于交联剂(B1)所公开的。
除交联剂(B)外,这样的交联剂在例如上述的JP06-116362中描述过。然而,优选不含有这样的其他交联剂。
可选地包括导电填料的聚烯烃组合物或聚烯烃组合物(b)也可包括,以及优选包括其他添加剂。作为可能的其他添加剂,可以提及抗氧化剂、防焦剂、交联调节(例如促进或抑制)剂、稳定剂、加工助剂、润滑剂、增容剂、隔离剂、抗结剂、阻燃添加剂、除酸剂、无机填料、稳压剂、用于改善水树抗性的添加剂或其混合物。
更优选地,烯烃聚合物(A),可选的聚合物(C)(如果含有的话),或者可选的弹性体(D)(如果含有的话),是在聚烯烃组合物中仅含的聚合物组份。然而,在本文中应当理解,聚烯烃组合物可包括除聚烯烃(A)、可选的聚合物(C)和可选的弹性体(D)外的其他组分,例如导电填料或可选的添加剂,其可被可选地添加到含载体聚合物的混合物中,即添加进所谓的母料中。
电缆优选承受的条件为由交联剂(B)和可选的交联剂(B1)交联至少环氧基发生的条件。
优选地,由交联剂(B)和可选的交联剂(B1)交联至少环氧基进行的温度至少为150℃,更优选为至少200℃。通常温度不高于360℃。
由交联剂(B)和可选的交联剂(B1)交联环氧基优选进行的压力为至少10巴,更优选至少20巴。通常该压力不高于100巴。
此外,外部半导体层可以为可剥去的(可剥离)或结合的(不可剥除),这些术语具有熟知的含义。
在本发明中,“可剥除”或“可剥离”表示当按照下文中“测定方法”所描述的“剥离力90°”测量时,半导体层的剥离力为8kN/m或更低。
优选地,至少电缆的外部半导体层包括如上文限定的本发明的聚烯烃组合物和导电填料。
在交联后,交联的本发明的聚烯烃组合物为外部半导体层带来了非常有利的可剥离特性。
因此,含聚烯烃组合物和导电填料的电缆的优选的外部半导体层优选为可剥除的,并且可选地,可以进一步包括如上文限定的聚合物(C)或弹性体(D),或其任意混合物。
此外,在上述优选的电缆的绝缘层包括聚烯烃组合物(b)的实施方案中,交联剂(B1)优选为不同于路易斯酸或不同于羧酸的布朗斯台德酸,更优选选自(iii)含至少一种,优选两种氨基的胺,或(v)羧酸的酸酐,进一步更优选选自(v)羧酸的酸酐。
此外,电缆的内部半导体层可以是不可交联的,即其不会与任何添加的交联剂交联,或其可以是可交联的。如果内部半导体的聚合物组合物为可交联的,则其可采用任何方法进行交联,例如通过熟知的自由基反应进行熟知的交联,如通过使用过氧化物进行交联;在含有硅烷醇-缩合催化剂和H2O以交联含在聚合物组合物中的可水解的硅烷基团时通过熟知的水解即后续的缩合反应进行交联;或者通过含在聚合物组合物中的环氧基进行交联。
在上述优选的本发明的电缆的实施方案中,其中绝缘层也为环氧交联的,电缆的内部半导体层优选为非交联并且不含为交联内部半导体层的目的而添加的交联剂,或者也是环氧可交联的并且包括如上文所限定的聚烯烃组合物(b)。
本发明另外提供了生产含由至少一个层所围绕的电缆的方法,其中所述至少一个层由包括如下的在上文或在权利要求中所限定的聚烯烃组合物组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物,以及
-可选地导电填料,优选为炭黑;以及
可选地交联所获得的电缆。
在一个优选的电缆生产方法中,生产的电力电缆包括由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体,其中内部半导体层或外部半导体层中的至少一个,优选至少外部半导体层由包括如下的在上文或在权利要求中限定的聚烯烃组合物组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物,以及
-在上文或在权利要求中限定的导电填料,优选为炭黑;
以及,可选地,其中一个或多个其他层,优选至少绝缘层由含如下的同在上文或在权利要求中的限定的聚烯烃组合物(b)组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),优选地,至少一个交联剂(B1)选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)包括至少一个羧酸基团的羧酸,或其任意混合物;以及
可选地交联所获得的电缆。
在一个更优选的电缆生产方法中,生产的电力电缆包括由内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体,其中所述方法包括如下步骤:
(a1)
-在挤出机中加入且混合,优选熔融混合包含聚合物、导电填料及可选的用于内部半导体层的其他组分的第一半导体组合物,
-在挤出机中加入且混合,优选熔融混合用于绝缘层的聚合物组合物,
-在挤出机中加入且混合,优选熔融混合包含聚合物、导电填料及可选的用于外部半导体层的其他组分的第二半导体组合物,
(b1)
-优选通过共挤压在导体上涂覆,
-由步骤(a1)获得的第一半导体组合物的熔融混合物以形成内部半导体层,
-由步骤(a1)获得的聚合物组合物的熔融混合物以形成绝缘层,和
-由步骤(a1)获得的第二半导体组合物的熔融混合物以形成外部半导体层;
其中所获得的外部半导体层的至少第二半导体组合物包括含如下的同在上文或下文中的限定的聚烯烃组合物,优选由含如下的聚烯烃组合物组成:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物;以及
-导电填料,优选为炭黑;以及
其中可选地及优选地所获得的绝缘层及可选地所获得的内部半导体层包括含如下,优选由如下组成的同在上文或在权利要求中的限定的聚烯烃组合物(b):
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),优选地,至少一个交联剂(B1)选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)包括至少一个羧酸基团的羧酸,或其任意混合物;以及
(c1)可选地,以及优选地,在含交联剂(B)时交联至少所获得的外部半导体层,可选地,以及优选地,在含交联剂(B1)时交联所获得的绝缘层,以及可选地交联所获得的内部半导体层,所述内部半导体层可选地包括同上文所限定的聚烯烃(b)。
熔融混合指的是在高于所获得的混合物的至少主聚合物组分的熔融温度下混合,并且通常在比聚合物组分的熔融或软化温度至少高15℃的温度下进行。
术语“(共)挤出”在本说明书中指的是在两层或多层的情况下,所述层能够在分开的步骤中挤出,或至少两层或所有的所述层能够在相同的挤出步骤中共挤出,这是本领域所熟知的。术语“(共)挤出”在本说明书中也指的是所有或部分层采用一个或多个挤出机机头同时形成。
“在导体上涂覆”自然意味着层材料直接涂覆((共)挤出)到导体上或导体周围的(聚合)层上,这取决于所生产的是哪个层。
聚烯烃组合物可选地及优选地包括导电填料(即所优选的半导体聚烯烃组合物)或聚烯烃组合物(b)可被制造成预制球形,然后被用于电缆生产方法中并加入到优选的方法的混合步骤(a1)中。任何所述组合物的预制球可以以已知的方式制成,例如1)通过混合,优选熔融混合烯烃聚合物(A)、可选的导电填料和交联剂(B)或(B1)并且然后将所获得的熔融混合物在熟知的制球设备中制成球,或2)首先生产出烯烃聚合物(A)以及可选的导电填料的球,然后将交联剂(B)或(B1)浸渍在所获得的球上。可选地,所述组合物的组分的所有或部分,例如交联剂(B)或(B1),可以在电缆生产过程期间通过电缆生产商混合在一起。
优选地,任何所述组合物均可被加入到电缆生产过程中以及以如上所述的预制球状加入到(熔融)混合步骤(a1)中。因此,在生产电缆后,交联剂(B)优选已经含在所述获得的电缆中,优选在所获得的半导体层中。任何其他组分,例如可选的聚合物(C)或弹性体(D)和/或可以可选地添加到含载体聚合物的混合物,即添加到所谓的母料中的添加剂,也可以含在预制球中或在例如由电缆生产商的制品、优选电缆的生产过程中添加进去。
在优选的方法中,电缆,优选为电力电缆,在步骤(c1)中交联以生产交联电缆,更优选为交联的交联电力电缆。
交联通常在升温下进行,例如至少150℃,更优选至少200℃,以及通常不高于360℃。此外,交联期间的压力优选为至少10巴,更优选至少20巴,以及通常不高于100巴。
优选地,在交联后,当按照同下文“测定方法”中描述的“热固性延伸率程序”测量时,层的热固性延伸率为175%或更低,更优选为100%或更低以及最优选地50%或更低。
众所周知,电缆可以可选地包括其他层,例如围绕外部半导体层的层,例如屏蔽(screen)、护套层、其他保护层或其任意组合。
本发明也包括含如下,优选由如下组成的在上文或在权利要求中所限定的聚烯烃组合物在制造电缆的层,优选为半导体层上的用途:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物,
-可选地,以及优选地,导电填料,优选为炭黑。
具体实施方式
测定方法
除非在说明书或权利要求中另作说明,采用以下方法测量在上文及在权利要求和在下面的实施例中一般限定的特性。除非另作说明,样品按照给定的标准进行制备。
wt%指的是按重量计的百分比。
熔体流动速率
根据ISO1133,丙烯共聚物的熔体流动速率在230℃、2.16kg负荷下测量(MFR2),乙烯共聚物的熔体流动速率在190℃、2.16kg负荷下测量(MFR2)。
密度
低密度聚乙烯(LDPE):按照ISO1183-2测量密度。按照ISO1872-2表3Q(压模)进行样品制备。
低加工聚乙烯(Low process polyethylene):按照ISO1183/1872-2B测量聚合物的密度。
熔融温度
熔融温度按照ASTM D3418测量。
剥离力90°
将长度为10cm到13.5cm、宽度为10mm的电缆样品从测试电缆的截面方向进行切割,所述试验电缆具有厚度为0.8±0.05mm的内部半导体层、厚度为5.5±0.1mm的绝缘层以及厚度为1±0.1mm的外部半导体层。试验电缆按照在下文“(b)试验电缆的生产”中所描述的方法进行制备。可以对试验电缆进行剥离力测试,其中所述样品为非交联或交联的形式。样品在23℃和50%相对湿度下适应16小时到2星期。手动开始将外部半导体层从绝缘层上分离出来。将电缆固定在Alwetron TCT25张力试验仪(可从Alwetron购买到)上。将手工分开的部件夹紧在被固定至所述仪器的可移动颚夹处的轮组件上。张力试验机移动,使得所述半导体层从所述绝缘层分离开来。剥离时所采用的剥离角为90°,剥离速度为500mm/min。记录将所述外部半导体层从绝缘层上剥离所需要的力,对每个试验层样品重复该测试至少6次。平均的力除以样品的宽度(10mm)即被认为是所述剥离力,所给出的值(在90°下kN/m)代表了从至少6个样品中获得的试验样品的平均剥离力。
油吸附值,(邻苯二甲酸二丁酯)
根据ASTM D2414-06a测量炭黑样品的DBP吸收值。
碘值
根据ASTM D1510-07测量炭黑样品的碘值。
氮表面积(BET)
ASTM D3037-93
共聚单体含量测定:
极性共聚单体含量的测定(FTIR)
极性共聚单体的共聚单体含量
(1)含>6wt%的极性共聚单体单元的聚合物
通过一种已知的基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量并由定量核磁共振(NMR)波谱学校准的方式测定共聚单体含量。对进行FTIR测量,制备了0.5-0.7mm厚的薄膜。在用FTIR分析后,绘出吸光度模式中的基线以分析峰。共聚单体的吸收峰用聚乙烯的吸收峰进行标准化(例如丙烯酸丁酯或丙烯酸乙酯在3450cm-1处的峰高除以聚乙烯在2020cm-1处的峰高)。采用例如在聚合物光谱学,J.L.Koenig美国化学学会,华盛顿特区,1992中描述的常规方式进行NMR波谱学校准程序。为测定丙烯酸甲酯的含量,制备了0.10mm厚的薄膜样品。在分析后,丙烯酸甲酯在3455cm-1下的峰的最大吸光度减去基线在2475cm-1下的吸光度值(A丙烯酸甲酯-A2475)。然后将在2660cm-1处的聚乙烯峰的最大吸收峰减去基线在2475cm-1处吸光度值(A2660-Α2475)。然后以在J.L.Koenig美国化学学会,华盛顿特区,1992中描述的常规方式计算(A丙烯酸甲酯-A2475)与(A2660-A2475)的比值,该份文献因此被结合作为参考。
为测定甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量,制备了0.10mm厚的薄膜样品。在分析后,丙烯酸甲酯在911cm-1下的峰的最大吸光度减去基线在2475cm-1下的吸光度值(A甲基丙烯酸缩水甘油酯-A2475)。然后将在2660cm-1处的聚乙烯峰的最大吸收峰减去基线在2475cm-1处吸光度值(A2660-Α2475)。然后以在J.L.Koenig美国化学学会,华盛顿特区,1992中描述的常规方式计算(A甲基丙烯酸缩水甘油酯-A2475)与(A2660-A2475)的比值,该份文献因此被结合作为参考。
(2)含6wt%或更低极性共聚单体单元的聚合物
通过一种已知的基于傅里叶变换红外光谱(FTIR)测量并由定量核磁共振(NMR)波谱学校准的方式测定共聚单体含量(wt%)。为进行FT-IR测量,制备了厚度为0.05到0.12mm的薄膜。在用FT-IR分析后绘出吸光度模式中的基线以分析峰。共聚单体(例如丙烯酸甲酯在1164cm-1和丙烯酸丁酯在1165cm-1下)的峰的最大吸光度减去基线在1850cm-1下的吸光度值(A极性共聚单体-Α1850)。然后将在2660cm-1处的聚乙烯峰的最大吸收峰减去基线在1850cm-1处吸光度值(Α2660–A1850)。然后计算(A共聚单体-A1850)和(A2660-A1850)的比值。采用例如在聚合物光谱学,J.L.Koenig美国化学学会,华盛顿特区,1992中描述的常规方式,进行NMR波谱学校准程序。
通过NMR波谱学对共聚单体的含量进行量化(聚合物(C))
在基本测定后,通过定量核磁共振(NMR)波谱学测量聚合物(C)的共聚单体含量(例如“聚合物和聚合物添加剂的NMR波谱”,A.J.Brandolini和D.D.Hills,2000,MarcelDekker股份有限公司,纽约,该篇文献因此被结合作为参考)。调整实验参数以保证对该特殊任务的定量波谱的测量(例如“200及更多NMR实验:实用教程”,S.Berger和S.Braun,2004,Wiley-VCH,Weinheim,该篇文献因此被结合作为参考)。以本领域已知的方式,采用代表位点的信号积分的经简单校正的比例来计算量。
热固性延伸率和热固性永久变形率:在按照ISO-527-2-5A制备的哑铃上测量热固性延伸率和永久变形率。选取的哑铃为按照下面所描述的制备的已经交联的压缩板(compressed plaques)或按照下面的“(b)试验电缆的生产”所描述的制备的挤出交联电缆。每个测试样品在实验部分中指出。
压缩板按照如下进行制备:试验聚烯烃组合物的球采用下列条件进行压模:首先,将球在120℃、大约20巴下熔融1分钟。然后将压力增加至200巴,并维持该压力和温度6分钟。然后将材料在200巴下以15℃/min的速率冷却至室温。板的厚度约为1.8mm。
然后板按如下进行交联:板在20巴、300℃下压模3分30秒。然后板在20巴下以50℃/min的速率冷却至室温。这模拟了电缆硫化线上的条件。
在按照如上所述制备的哑铃样品上(由上所述的交联板或由上所述的从试验电缆样品上剥离下来的外部半导体层,所述试验电缆样品由在下面“(b)试验电缆的生产”中的描述进行制备,并且样品的特性在文中给出),按照IEC60811-2-1测量热固性延伸率及永久变形率。在热固性试验中,待测材料的哑铃配备相当于20N/cm2的重量。将该样品放入200℃的烤箱中,15分钟后,测量延伸率。随后,去除该重量,该样品可松弛5分钟。然后,将样品从烤箱中取出并冷却至室温。测定永久变形率。
体积电阻率
按照ISO3915(1981),在交联聚乙烯电缆上测定半导体材料的体积电阻率。长度为13.5cm的从生产的试验电缆切开的电缆样品在测量前被置于1个大气压和60±2℃适应5±0.5小时。采用四端点系统,利用金属导线压住半导体层来测量外部半导体层的电阻率。为测量内部半导体层的电阻率,需要将电缆切成两半,去除金属导体。然后使用在应用到样品端部上的传导银贴之间的电阻率来测定内部半导体层的体积电阻率。在室温及90℃下进行测量。采用相同的程序测量未被交联的组合物的体积电阻率。
副产物的挥发性
在从25℃到400℃(10℃/min)进行热重分析测量。
所使用的热重分析仪器为TGA Q5000V3.8型号256。所使用的样品为试验聚合物组合物、所发明的组合物或对照组合物的球,正如在实验部分所说明的及按照下面的“2.材料,(a)组合物的混合”的描述进行混合。所使用的试验球样品的量称重为5到15mg。然后在氮气下,采用下列程序运行仪器:
起始温度为30-40℃,持续10-30分钟,然后以10℃/min增温至400℃。在上述试验运行方法后的失重即表示有挥发性。
2.材料
采用下文中给出的成份制备聚烯烃组合物。所有的量均以重量百分数给出。
(a)组合物的混合
组合物的组分就是在试验中的聚烯烃组合物的组分。在本实验部分中使用的试验聚烯烃组合物为在下面的表中列出的本发明的实施例的聚烯烃组合物以及对照实施例的聚烯烃组合物。
组合物在巴斯混合器中进行混合。因此,在46mm的连续巴斯混合器中进行混合操作。所测试的聚合物组分以及交联剂和添加剂,如果有的话,被装入到混合器的第一进料斗中。第一进料斗中的温度为140-190℃。将炭黑加入到后续的第二进料斗中,继续在170-190℃下混合,然后进行制粒。
(b)试验电缆的生产
在由Maillefer提供的Maillefer挤出机中采用一种所谓的“1加2挤出机方案”制备试验电缆。因此,首先在分开的挤出机机头中将内部半导体层挤出到导体上,然后在双挤出机机头中将绝缘层和外部半导体层共同挤出到内部半导体上。内部和外部半导体挤出机螺杆的直径为45mm/24D,绝缘螺杆的直径为60mm/24D。
在下面的表中给出了用于本发明的及对照试验的板和电缆的组合物。
在所有的本发明的及对照试验电缆中,均使用相同的含炭黑和作为交联剂的过氧化物的聚乙烯聚合物组合物作为试验电缆的内部半导体层。所使用的聚合物组合物由博里利斯提供,以名称LE0595(密度1135kg/m3)进行出售。
除在所发明的绝缘组合物IE14(表5)和在表2中给出的对照试验电缆外,所发明的试验电缆的绝缘层使用相同的含作为交联剂的过氧化物的聚乙烯聚合物组合物。所述聚合物组合物由博里利斯提供,以名称LE4201R(密度(基础树脂)922kg/m3,熔体流动速率(190℃/2.16kg)2g/10min)进行出售。
将所发明的组合物含导电填料的IE1-IE13及不含导电填料的IE14以及对照组合物,按照在“2.材料,(a)组合物的混合”所描述的程序进行混合。
表2的本发明的及对照电缆以1.6m/min的速度进行生产。3米的2个区(“区1”和“区2”)以及所形成的电缆继而在氮气下在后续的硫化管中用下列温度进行处理:“区1”400℃以及“区2”375℃,在其中完成内部半导体层、绝缘层和外部半导体层的交联。然后采用水将电缆冷却至室温。最后在分析前将电缆储存24到48小时。
表5的本发明的电缆按照上文中对表2的电缆的描述进行生产,除了在该情况下关闭硫化管中的温度并且电缆在设定在200-230℃之间的不同的烤箱中进行交联。
最后,将所有的试验电缆冷却至室温1小时并在分析前储存24到48小时。
在表2和5中的每种试验电缆均有下列特性:
试验电缆结构 | |
导体直径 | 50mm2Al |
内部半导体层,厚度 | 0.8±0.05mm |
绝缘层,厚度 | 5.5±0.1mm |
外部半导体层,厚度 | 1±0.1mm |
在下面给出了用于制备本发明的聚烯烃组合物的组分的细节。
用作本发明的聚合物组合物的组分的原料可从市场上购买到或者是常规的且能由本领域技术人员采用常规的、充分记载过的方法生产而出。
-Tafmer XM5070MP,其为商业上的丙烯/丁烯共聚物,MFR2(2.16kg/230℃)为7g/10min,熔点为75℃。由Mitsui提供。
-GMA:常规的乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三聚物(GMA),在压热反应器中通过高压法生产出,丙烯酸甲酯的含量为23.4wt%,甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为1wt%,MFR2(2.16kg/190℃)为50g/10min,熔点为68.4℃。对于制备,参考上述公开的部分,其中在压热器法中的聚合以烯烃聚合物(A)进行描述。
-Lotader AX8920,其为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三聚物,丙烯酸甲酯的含量为28wt%,甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为1wt%,MFR2(2.16kg/190℃)为6g/10min,密度为950kg/m3,熔点为63℃。由Arkema提供。
-Lotader AX8900,其为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三聚物,丙烯酸甲酯的含量为24wt%,甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为8wt%,MFR2(2.16kg/190℃)为6g/10min,密度为950kg/m3,熔点为60℃。由Arkema提供。
-Lotader AX8840,其为乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯的无规聚合物,甲基丙烯酸缩水甘油酯的含量为8wt%,MFR2(2.16kg/190℃)为5g/10min,密度为940kg/m3,熔点为106℃。由Arkema提供。
-别布橡胶3435,由Lanxess提供,其为丁腈橡胶,含34%含量的丙烯腈,门尼粘度(ML(1+4)100℃)为35。
-常规的N550炉法炭黑,可从市场上购买到(N550为按照ASTM D1765-D的炭黑分类),具有如下性质:
油吸附值(ml/100g) | 碘值(mg/g) |
ASTM D2414-06A | ASTM D1510-07 |
115-127 | 10-80 |
-TMQ为三甲基醌(CAS号935-92-2)
-硬脂酸锌为加工助剂
-POX为常规的过氧化物,
-Tyzor TE为三乙醇化胺异丙醇钛(CAS号74665-17-1),由杜邦公司提供
-TYZOR NBZ为锆酸四丁酯(CAS号1071-76-7),由杜邦公司提供
-Exolit OP1230为三(二乙基次膦酸)铝(CAS号225789-38-8),由克莱恩公司提供
-双硬脂酸铝(CAS号300-92-5)
-双辛基锡二月桂酸酯(CAS号3648-18-81)
-二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯(CAS号17927-72-9)
-Aradur3380-1(1,2,4-苯三羧酸酸酐(CAS号552-30-7)),由亨斯曼公司提供
-对甲苯磺酸(CAS号6192-52-5)
-乙酰丙酮锌(II)一水合物(CAS号108503-47-5)
-乙酰丙酮酸铜(II)(CAS号13395-16-9)
表1交联板的交联参数,IE1-IE10=本发明的实施例,对比1=对比实施例
表1显示采用本发明的交联剂(本发明的实施例)替代过氧化物交联剂(对照实施例)带来了至少相当的或甚至改善的交联性能。此外,本发明的实施例的交联参数位于下列标准所给出的规格内:IEC60502-2)2005;CENELEC HD6202007和ANSI/ICEA CS6-96。在按照由“测定方法”下的“热固性延伸率和热固性永久变形率”中描述的方法制备的板上获得交联参数。
表220kv试验电缆的交联半导体层材料的参数。内部半导体和绝缘材料,以及电缆的生产如在上面的“2.材料,(b)试验电缆的生产”中进行了描述。
在表2中,用于制造20KV试验电缆的外部半导体层的本发明的及对比组合物与在表1中的完全相同。对比2为IE1,但并不包含任何交联剂。本发明的及对比组合物(同样的对比2不含交联剂)均承受在上文的“测定方法”下的“(b)试验电缆的生产”中描述的交联条件。
实施例显示本发明的实施例的外部半导体层完全交联并达到了标准的要求。此外,IE11在不含聚合物(C)组分(Tafmer)或(D)组分(别布橡胶)时也显示出了良好的交联性能。对比2表现出没有交联活性,意味着为发生交联反应,催化剂或交联剂是必要的。此外,表2中的所有电缆具有以体积电阻率(VR)特性示出的半导体特性。
而且,对非过氧化物交联的本发明的半导体实施例测量的剥离力表现出了比过氧化物交联的半导体对比(对比1)好得多的可剥除性参数。
表3 外部半导体组合物的挥发性参数
从表3中可以看出,本发明的实施例(IE)的外部半导体组合物清楚地表现出比过氧化物交联的外部半导体组合物对比1更好的热稳定性,这可以由上文中“测定方法”下的“副产物的挥发性”所描述的热重分析(TGA)所测量的IE的挥发物量更少来证明。
下面的表4和表5显示,本发明的含环氧交联剂(B)或(B1)但不含炭黑的聚烯烃组合物也能够被用在电缆层中。另外,本发明的不含炭黑的聚烯烃组合物能够被用在电缆的绝缘层中。而且,这种绝缘层能够与含本发明的聚烯烃组合物的半导体电缆层结合,参见表5。在下面的表5中的交联参数显示,当外部半导体层以及绝缘层包括本发明的环氧交联体系时,本发明的试验电缆也完全交联。
表4:绝缘组合物的试验板(无炭黑)
IE14 | |
Lotader AX8840 | 94.5 |
Aradur3380-1(酸酐) | 5.5 |
交联参数 | |
热固性延伸率[%] | 21 |
永久变形率[%] | 0 |
表5 本发明的电缆实施例。
电缆 | 本发明的电缆 |
外部半导体组合物 | IE1 |
GMA | 55.6 |
TAFMER XM5070 | 5 |
N-550 | 38.5 |
TMQ | 0.6 |
Tyzor TE(路易斯酸) | 0.3 |
交联参数 | |
热固性延伸率[%] | 19 |
永久变形率[%] | 1 |
绝缘组合物 | IE14 |
Lotader AX8840 | 94.5 |
Aradur3380-1(酸酐) | 5.5 |
交联参数 | |
热固性延伸率[%] | 69 |
永久变形率[%] | 0 |
Claims (22)
1.一种电缆,包括由一个或多个层围绕的导体,其中至少一个层包括含如下的聚烯烃组合物:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)路易斯酸,所述路易斯酸为下列式(I)的化合物:
M+mLn (I),
其中
-M为选自含镧系元素或除IUPAC周期表(1989)族7的元素以及Be、C、Si、Ge、Tl、Pb、Tc、Hg和Cd外的IUPAC周期表(1989)族2-14的元素的元素;
-每个L相同或不同,并且为与M连接的配体,且是选自以下的取代的或未被取代的饱和或部分不饱和的烃基基团:
(1)取代的直链或支链、饱和或部分不饱和的最多含30个碳原子的烃基基团;
(2)直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,其具有饱和或部分不饱和的环状烃基部分,或者直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,其具有芳香烃基部分;或
(3)饱和或部分不饱和的环状烃基基团,其中一个或多个环上原子为选自如下的杂原子:N、O、P、S或Si;以及
-m为1到4,n为1到4,条件是m-n为0;
或者所述路易斯酸选自式(I)的化合物的亚群,其中,
M为Ti、Zr、Hf、Sn、Cu、Zn或Al;
每个L为含1到30个碳原子的基团并且独立地选自:
-不含杂原子的烃基;
--O-烃基基团;
--O-(C=O)-烃基基团;
--O-(P=O)-烃基基团;或
-两个或更多个L为通过X原子彼此连接的-O-烃基,其中X原子为C或N原子,并与M共同构成环状环系;以及
n在Ti、Zr、Hf或Sn的情况下为4,在Al或B的情况下为3;在Cu或Zn的情况下为2;
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,所述布朗斯台德酸为芳香有机磺酸,包括的结构元素为:
Ar(SO3H)x (II)
其中
Ar为芳基,所述芳基可被至少一个最多为50个碳原子的烃基基团取代,并且x最少为1,或者式(II)的磺酸的前体,包括其酸酐或已经被提供了可水解保护基的式(II)的磺酸;或
(iii)其任何混合物。
2.根据权利要求1所述的电缆,所述电缆为电力电缆,包括由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体,其中至少一个层包括含如下的聚烯烃组合物:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)如在权利要求1中所限定的路易斯酸,
(ii)如在权利要求1中所限定的不同于羧酸的布朗斯台德酸;或(iii)其任何混合物。
3.根据权利要求1所述的电缆,其中一个或多个其他层包括含如下的聚烯烃组合物(b):
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)含至少一种羧酸基团的羧酸,
或其任何混合物。
4.根据权利要求1所述的电缆,所述电缆为电力电缆,包括由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体,其中所述内部半导体层和外部半导体层中的至少一个包括含如下的聚烯烃组合物:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)如在权利要求1中所限定的路易斯酸,
(ii)如在权利要求1中所限定的不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物;以及
导电填料。
5.根据权利要求1所述的电缆,所述电缆为电力电缆,包括由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体并以该顺序围绕的导体,其中至少所述外部半导体层包括含如下的半导体聚烯烃组合物:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)如在权利要求1中所限定的路易斯酸,
(ii)如在权利要求1中所限定的不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物;以及
导电填料,
以及,其中一个或多个其他层包括含如下的聚烯烃组合物(b):
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)含至少一种羧酸基团的羧酸,
或其任何混合物。
6.根据权利要求1所述的电缆,其中所述路易斯酸为
式(I)化合物的路易斯酸的亚群,其中
-M选自镧系元素和除IUPAC周期表(1989)的族7元素以及C、Si、Ge、Tl、Pb、Tc、Hg和Cd之外的IUPAC周期表(1989)的族4、11、12、13和14的元素。
7.根据权利要求6所述的电缆,其中M选自Ti(钛)、Zr(锆)、Hf(铪)、Sn(锡)、Al(铝)、Cu(铜)、Zn(锌)和B(硼)。
8.根据权利要求1所述的电缆,其中
所述路易斯酸选自式(I)的化合物的亚群,其中所述作为L的取代的或未被取代的饱和或部分不饱和的烃基基团为
(1)直链或支链的C1-C20烷基;直链或支链C2-C20烯基;或直链或支链C2-C20炔基;
(2)直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,其具有饱和或部分不饱和的环状烃基部分,或直链或支链、饱和或部分不饱和的烃基基团,其具有芳香烃基部分;或
(3)饱和或部分不饱和的环状烃基基团,其中一个或多个环上原子选自N、O、P、S或Si。
9.根据权利要求1所述的电缆,其中所述路易斯酸选自式(I)的化合物的亚群,其中
M为Ti、Sn、或Al;
每个L为独立选自如下的基团:
-直链或支链的C1-C20烷基;
--O-(直链或支链的C1-C20烷基);
--O-(直链或支链的C2-C20烯基);
--O-(P=O)-(直链或支链的C1-C20烷基);
--O-(P=O)-(直链或支链的C2-C20烯基);或
-三个L独立地为每个连接至X的-O-乙烯基-,其中X为N,并且所述三个L与M共同构成了多环环系;以及
n在Ti、Zr、Hf或Sn的情况下为4,在Al或B的情况下为3,在Cu或Zn的情况下为2。
10.根据权利要求9所述的电缆,其中所述路易斯酸选自:
三乙醇化胺异丙醇钛(CAS号74665-17-1),锆酸四丁酯(CAS号1071-76-7)、三(二乙基次膦酸)铝(CAS号225789-38-8)、双硬脂酸铝(CAS号300-92-5)、双辛基锡二月桂酸酯(CAS号3648-18-81)、三硬脂酸单异丙醇钛,乙酰丙酮锌(II)一水合物(CAS号108503-47-5)、乙酰丙酮酸铜(II)(CAS号13395-16-9)、二异丙氧基双(乙酰丙酮)酞(CAS号27858-32-8)、钛(IV)酸四丁酯(CAS号5593-70-4)、二(乙酰丙酮基)钛酸二异丙酯(CAS号17927-72-9)、钛酸四异丙酯(CAS号546-68-9)、四(2-乙基己基)原钛酸酯(CAS号1070-10-6)、四(三乙醇胺)锆(IV)(CAS号101033-44-7)、硬脂酸锌(CAS号557-05-1)、三氟化硼乙胺络合物(CAS号75-23-0)。
11.根据权利要求1所述的电缆,其中所述交联剂(B)选自同前述权利要求6-10中任一项限定的式(I)的路易斯酸。
12.根据权利要求3所述的电缆,其中所述交联剂(B1)选自:
(i)同前述权利要求1、6-9中任一项限定的路易斯酸;
(ii)权利要求1中限定的不同于羧酸的布朗斯台德酸;
(iii)含至少一个氨基的胺选自:含最多50个碳原子的饱和的脂肪族(单、双或三)胺;含最多50个碳原子的不饱和脂肪族(单、双或三)胺;含最多50个碳原子的芳香烃基;其中脂肪族或芳香部分包含一种或多种杂原子,其中脂肪族或芳香胺含其他取代基;
(iv)含至少两个OH基团的醇选自脂肪族二到六醇或芳香二到六醇,包括2-100碳原子,并且包括选自N、S、O和/或P的其他杂原子;
(v)羧酸的酸酐含至少一个羧酸酸酐基团,并且可以包括其他取代基,或其他杂原子,如上文中对(iv)醇中限定的,选自脂族羧酸酸酐或饱和或部分不饱和的环状羧酸酸酐或芳香羧酸酸酐;
(vi)含至少一个羧酸基团的羧酸选自含如下化合物的羧酸;烯烃与含酸根的化合物的共聚物;或酸改性聚合物。
13.根据权利要求12所述的电缆,其中所述胺选自脂肪族甲胺;脂环族环多胺;含芳香环的脂肪族多胺;芳香多胺。
14.根据权利要求13所述的电缆,其中所述胺选自1,7-庚二胺,
15.根据权利要求12所述的电缆,其中羧酸酸酐选自1,2,4-苯三羧酸酸酐,和源自如下的羧酸酸酐:丁酸、马来酸、衣康酸、延胡索酸、苯甲酸、从动物油中提取的脂肪酸、月桂酸、软脂酸、硬脂酸、油酸。
16.根据权利要求12所述的电缆,其中羧酸选自乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-巴豆酸共聚物、乙烯-马来酐共聚物、马来酐酸改性聚乙烯和乙烯-乙基丙烯酸酯共聚物的热解物。
17.根据权利要求1所述的电缆,其中所述烯烃聚合物(A)为乙烯与至少含环氧基团的共聚单体单元以及与不同于含环氧基团的单体单元的其他共聚单体的共聚物,所述其他共聚单体是不同于含环氧基团的单体单元的极性共聚单体。
18.根据权利要求17所述的电缆,其中所述烯烃聚合物(A)选自与极性共聚单体单元的乙烯共聚物,所述极性共聚单体单元选自烷基(甲基)丙烯酸酯或醋酸乙烯酯共聚单体单元以及甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚单体单元。
19.根据权利要求17所述的电缆,其中含环氧基团的单体单元的量占烯烃聚合物(A)的量的0.1到10wt%。
20.根据权利要求1所述的电缆,进一步包括
包含如下的α-烯烃均-或共聚物的聚合物(C):
-选自一种C2到C10α-烯烃的α-烯烃单体单元(Q);以及
-选自不同于α-烯烃单体单元(Q)的一种或多种α-烯烃的单体单元(R);或
弹性体(D),其为丁腈橡胶,或
其任何混合物。
21.根据权利要求1所述的电缆,还包括导电填料,其中所述导电填料的量占聚烯烃组合物的总量的10到50wt%,其中所述导电填料为炭黑。
22.一种生产同前述权利要求1-21中任一项所限定的电缆的方法,所述电缆为电力电缆,包括由至少一个内部半导体层、绝缘层和外部半导体层并以该顺序围绕的导体,其中所述方法包括如下步骤:
(a1)
-在挤出机中加入且混合包含聚合物、导电填料的第一半导体组合物,
-在挤出机中加入且混合用于绝缘层的聚合物组合物,
-在挤出机中加入且混合包含聚合物、导电填料的第二半导体组合物,
(b1)
-通过共挤压在导体上涂覆,
-由步骤(a1)获得的第一半导体组合物的熔融混合物以形成内部半导体层,
-由步骤(a1)获得的聚合物组合物的熔融混合物以形成绝缘层,和
-由步骤(a1)获得的第二半导体组合物的熔融混合物以形成外部半导体层,
其中所获得的外部半导体层的至少第二半导体组合物包括含如下的聚烯烃组合物:
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B),并且选自
(i)如在前述权利要求1-21中任一项所限定的路易斯酸,
(ii)如在前述权利要求1-21中任一项所限定的不同于羧酸的布朗斯台德酸;或
(iii)其任何混合物;以及
-导电填料;以及
其中所获得绝缘层及所获得的内部半导体层包括含如下的聚烯烃组合物(b):
-含环氧基团的烯烃聚合物(A);和
-至少一种加速环氧基团的交联反应的交联剂(B1),选自:
(i)路易斯酸,
(ii)不同于羧酸的布朗斯台德酸,
(iii)含至少一个氨基的胺,
(iv)含至少两个OH基团的醇,
(v)羧酸的酸酐,
(vi)含至少一种羧酸基团的羧酸,
或其任何混合物;以及
(c1)
在含交联剂(B)时交联至少所获得的外部半导体层,在含交联剂(B1)时交联所获得的绝缘层,以及交联所获得的内部半导体层。
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