DE69822718T2

DE69822718T2 - Kabel mit einer wiederverwertbaren halogenfreien Beschichtung aus Polypropylen und einem Ethylencopolymer mit hoher Strukturuniformität

Info

Publication number: DE69822718T2
Application number: DE69822718T
Authority: DE
Inventors: Luca Castellani; Eduardo Redondo Grizante; Antonio Zaopo; Enrico Albizzati
Original assignee: Pirelli and C SpA
Current assignee: Prysmian Cavi e Sistemi Energia SRL
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1998-07-07
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2018-07-08
Also published as: KR100536616B1; ITMI971739A1; AU7730398A; AR016372A1; BR9802552A; ATE263417T1; US6255399B1; EP0893802A1; NZ330985A; CA2243424A1; DE69822718D1; EP0893802B1; AU747358B2; IT1293757B1; JPH11120825A; DK0893802T3; ES2218734T3; CA2243424C; KR19990014106A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kabel, insbesondere Kabel für die Stromübertragung, Telekommunikation oder Datenübertragung, oder ferner für kombinierte Strom/Telekommunikationskabel, worin mindestens eine Beschichtungsschicht aus einem recyclingfähigen Material besteht, das halogenfrei ist und überlegene mechanische und elektrische Eigenschaften besitzt.
Gegenwärtig besteht ein grosser Bedarf für hoch umweltfreundliche Produkte, die aus Materialien bestehen, die bei ihrer Herstellung oder im Gebrauch nicht umweltschädlich sind und die am Ende ihrer Lebensdauer leicht recyclingfähig sind. Die Möglichkeit der Verwendung ökologischer Materialien ist jedoch in allen Fällen der Notwendigkeit unterworfen, die Kosten innerhalb annehmbarer Grenzen zu halten und gleichzeitig Gebrauchsqualitäten zu garantieren, die denjenigen herkömmlicher Materialien zumindest gleichwertig sind, und die in jedem Fall unter den meisten üblichen Anwendungsbedingungen zufriedenstellend sind.
Im Kabelbereich, insbesondere bei Stromübertragungskabeln, bestehen die verschiedenen Beschichtungen, die den Leiter umgeben, üblicherweise aus vernetzten Polymermaterialien, insbesondere Polyethylen- oder Ethylen-Copolymeren, die geeigneterweise während der Extrusion vernetzt werden, so dass sie auch unter Erwärmung im Dauergebrauch und unter Bedingungen der Stromüberlastung zufriedenstellende mechanische Eigenschaften liefern, während gleichzeitig ein hoher Flexibilitätsgrad beibehalten wird. Diese Materialien sind vernetzt und können daher nicht wiederverwendet werden, da sie keine thermoplastischen Eigenschaften besitzen, und folglich können sie am Ende ihrer Lebensdauer nur durch Verbrennung entsorgt werden. Ferner besteht in bestimmten Fällen die äussere Schutzhülle aus Polyvinylchlorid (PVC), das mit herkömmlichen Verfahren (beispielsweise in Wasser auf Basis von Dichteunterschieden) schwer von den vernetzten Polyolefinen, die anorganische Füllstoffe enthalten (beispielsweise Ethylen/Propylen-Gummis, die anorganische Füllstoffe enthalten) abzutrennen ist, und andererseits kann PVC nicht zusammen mit den vernetzten Polyolefinen verbrannt werden, da hierdurch hoch toxische, chlorierte Verbrennungsprodukte erzeugt werden.
In US-PS 4 948 669 sind Kabelbeschichtungszusammensetzungen beschrieben, die 29–50 Gew.% niederdichtes Polyethylen, das als Comonomer ein α-Olefin mit 4-12 Kohlenstoffatomen, insbesondere 1-Octen, in einer Menge, durch die eine Dichte von zwischen 0,90 und 0,92 g/cm³ erzielt wird, in Mischung mit (a) einem Propylen-Homopolymer; (b) einem nicht-elastischen Copolymer aus Propylen mit Ethylen; oder (c) heterogenen Copolymeren aus Propylen mit Ethylen, die in einem Reaktor erhalten werden, umfassen. Als Polyethylen wird insbesondere die Verwendung eines Produkts Dowlex^® 4000E von Dow Chemical vorgeschlagen, das etwa 17 % 1-Octen enthält und einen Schmelzindex von 3,3 und eine Dichte von 0,912 g/cm³ aufweist. Dieses sind Produkte, die erhalten werden unter Verwendung eines Ziegler-Natta-Katalysators auf Titanbasis, und die eine relativ hohe Dichte und folglich eine geringe Flexibilität aufweisen.
In der Patentanmeldung WO 96/23311 ist ein Niederspannungs-Starkstromkabel beschrieben, worin die Isolierungsbeschichtung, die innere Hülle und die äussere Hülle aus dem gleichen nicht-vernetzten Material auf Polymerbasis hergestellt sind, das durch Zugabe von Russ schwarz gefärbt ist. Die Verwendung der gleichen Basismaterialien erlaubt die Wiederverwendung ohne die Notwendigkeit, verschiedene Materialien voneinander zu trennen. Als Polymermaterialien für die äussere Umhüllung wird anstelle von PVC die Verwendung von ultraniederdichtem Polyethylen (ULD-PE) vorgeschlagen, beispielsweise von Produkten, wie Engage^® von DuPont-Dow Elastomers und Exxpol^® von Exxon. Zur Erzielung von flammhemmenden Eigenschaften werden diesen Materialien anorganische Füllstoffe zugegeben, wie beispielsweise Aluminium- oder Magnesiumhydroxid.
In US-PS 5 246 783 sind Kabel beschrieben, die als isolierende und/ oder halbleitende Beschichtungen Polymermaterialien auf Basis von Copolymeren aus Ethylen mit mindestens einem C_3-20-α-Olefin mit einer Dichte von 0,86-0,96 g/cm³ aufweisen, die kommerziell unter dem Markenname Exact^® von Exxon bekannt sind und die unter Verwendung von Metallocenkatalysatoren hergestellt werden können. Diese Copolymere werden in vernetzter Form verwendet, was durch chemische Mittel, beispielsweise durch Dicumylperoxid, oder durch Bestrahlung erzielt wird.
Der Anmelder hat erkannt, dass das technische Problem des Erhalts eines Kabels mit einer Beschichtung aus einem nicht-vernetzten und folglich recyclingfähigen Polymermaterial, das auch mechanische und elektrische Eigenschaften besitzt, die für die üblichen Anwendungsbedingungen geeignet sind, von der Verwendung eines kristallinen Propylen-Homopolymers oder -Copolymers in Mischung mit einem Polymer aus Ethylen mit einem α-Olefin mit niedriger Dichte und hoher struktureller Gleichförmigkeit, insbesondere einer hoch homogenen Verteilung des α-Olefins zwischen den Polymermolekülen abhängt. Diese hohe strukturelle Gleichförmigkeit wird insbesondere erzielt durch Copolymerisation der entsprechenden Monomere in Gegenwart eines Single-Site-Katalysators, beispielsweise eines Metallocenkatalysators.
Insbesondere hat der Anmelder herausgefunden, dass exzellente Gebrauchsqualitäten sowohl im Hinblick auf die mechanischen Eigenschaften, insbesondere Bruchdehnung, Bruchlast und Modul, als auch im Hinblick auf die elektrischen Eigenschaften erhalten werden kann durch Verwendung einer Mischung, wie nachfolgend definiert, die Polypropylen und ein Copolymer aus Ethylen mit mindestens einem C_4-12-α-Olefin und gegebenenfalls einem Dienmonomer umfasst, eine Dichte von 0,90-0,86 g/cm³, sowie einen Zusammensetzungsverteilungsindex, definiert als Gewichtsprozentsatz der Copolymermoleküle mit einem α-Olefingehalt innerhalb von 50 % des durchschnittlichen molekularen Gesamtgehalts an α-Olefinen, von mehr als 45 %, aufweist, als nicht-vernetztes Basismaterial für mindestens eine der Beschichtungsschichten des Kabels.
Folglich betrifft die Erfindung gemäss einem ersten Aspekt ein Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten als nicht-vernetztes Basispolymermaterial eine Mischung umfasst, die folgendes umfasst: (a) ein kristallines Propylen-Homopolymer oder -Copolymer und (b) ein Copolymer aus Ethylen mit mindestens einem α-Olefin mit 4-12 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einem Dien; das Copolymer (b) ist gekennzeichnet durch eine Dichte von 0,90-0,86 g/cm³ und durch einen Zusammensetzungsverteilungsindex, definiert als Gewichtsprozentsatz der Copolymermoleküle mit einem α-Olefingehalt innerhalb von 50 % des durchschnittlichen molaren Gesamtgehalts an α-Olefinen, von mehr als 45 %.
Gemäss einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist, und eine Mischung, wie oben definiert, als nicht-vernetztes Basispolymermaterial umfasst.
Gemäss einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten halbleitende Eigenschaften auf weist, und eine Mischung, wie oben definiert, als nicht-vernetztes Basispolymermaterial umfasst.
Gemäss einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten eine äussere Schutzumhüllung darstellt, und eine Mischung, wie oben definiert, als nicht-vernetztes Basispolymermaterial umfasst.
Gemäss einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens 70 Gew.%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Basispolymermaterials, der Beschichtungsschichten aus der Mischung, wie oben definiert, bestehen.
Der Zusammensetzungsverteilungsindex stellt ein Mass für die Verteilung des α-Olefins zwischen den Copolymermolekülen dar (je höher der Wert dieses Index ist, desto homogener ist die Verteilung des Comonomers zwischen den Copolymermolekülen) und kann bestimmt werden durch Temperaturanstiegs-Elutionsfraktionierungstechniken, wie beispielsweise in US-PS 5 008 204 oder in Wild et al., J. Poly. Sci. Poly. Phys. Ed., Bd. 20, Seite 441 (1982) beschrieben.
Die Copolymere (b) weisen einen Molekulargewichtsverteilungsindex auf, definiert als das Verhältnis von Gewichtsdurchschnitts-Molekulargewicht (Mw) zu Zahlendurchschnitts-Molekulargewicht (Mn), das im allgemeinen niedrig ist, üblicherweise zwischen 1,5 und 3,5. Der Molekulargewichtsverteilungsindex kann nach herkömmlichen Verfahren mittels Gelpermeationschromatografie (GPC) bestimmt werden.
Die Copolymere (b) sind ferner durch eine Schmelzenthalpie von 30–60 J/g gekennzeichnet.
Copolymere aus Ethylen mit mindestens einem C_4-12-α-Olefin und gegebenenfalls einem Dien, die diese Eigenschaften aufweisen, sind erhältlich durch Copolymerisation von Ethylen mit dem α-Olefin und gegebenenfalls dem Diencomonomer in Gegenwart eines Single-Site-Katalysators, beispielsweise eines Metallocenkatalysators, wie er beispielsweise in den US-PSen 5 246 783 und 5 272 236 beschrieben ist, oder alternativ können sie kommerziell erhalten werden unter den Markennamen Engage^® von DuPont-Dow Elastomers und Exact^® von Exxon Chemical. Die zur Polymerisation der Olefine verwendeten Metallocene sind Koordinationskomplexe eines Übergangsmetalls, üblicherweise aus der Gruppe IV, insbesondere Titan, Zirkon oder Hafnium, mit zwei gegebenenfalls substituierten Cyclopentadienylliganden, die in Kombination mit einem Co-Katalysator verwendet werden, beispielsweise eine Alumoxan, vorzugsweise Methylalumoxan, oder einer Borverbindung (siehe beispielsweise J.M.S.-Rev. Macromol. Chem. Phys., C34(3), 439–514 (1994); J. Organometallic Chemistry, 479 (1994), 1–29, oder alternativ die US-PSen 5 414 040, 5 229 478, WO 93/19107 und EP-A-632 065 oder die bereits genannten US-PSen 5 246 783 und 5 272 236), Katalysatoren, die zur Erzielung der erfindungsgemässen Copolymere (b) geeignet sind, sind auch die sogenannten Katalysatoren mit gespannter Geometrie, wie sie beispielsweise in den Patenten EP-416 815 und EP-418 044 beschrieben sind.
Mit dem Ausdruck α-Olefin ist ein Olefin der Formel CH₂=CH-R gemeint, worin R eine lineare oder verzweigte Alkylgruppe mit 2-10 Kohlenstoffatomen ist. Das α-Olefin kann beispielsweise ausgewählt werden aus 1-Buten, 1-Penten, 4-Methyl-1-penten, 1-Hexen, 1-Octen, 1-Dodecen und dergleichen. 1-Hexen und 1-Octen sind besonders bevorzugt.
Wenn ein Dientermonomer vorhanden ist, weist dieses üblicherweise 4-20 Kohlenstoffatome auf und wird vorzugsweise ausgewählt aus linearen, konjugierten oder nicht-konjugierten Diolefinen, beispielsweise 1,3-Butadien, 1,4-Hexadien oder 1,6-Octadien; monocyclischen oder polycyclischen Dienen, wie beispielsweise 1,4-Cyclohexadien, 5-Ethyliden-2-norbornen, 5-Methylen-2-norbornen und dergleichen.
Ethylen/α-Olefin- oder Ethylen/α-Olefin/Dien-Copolymere, die erfindungsgemäss verwendet werden können, weisen im allgemeinen die folgende Zusammensetzung auf: 75-97 mol-%, vorzugsweise 90-95 mol-%, Ethylen; 3-25 mol-%, vorzugsweise 5-10 mol-%, α-Olefin; und 0-5 mol-%, vorzugsweise 0-2 mol-%, eines Diens.
Das kristalline Propylen-Homopolymer oder -Copolymer (a) weist im allgemeinen eine Schmelzenthalpie von mehr als 75 J/g, vorzugsweise mehr als 85 J/g auf. Es kann insbesondere ausgewählt werden aus:

(1) isotaktischen Propylen-Homopolymeren mit einem Isotaktizitätsindex von mehr als 80, vorzugsweise mehr als 90, noch weiter bevorzugt mehr als 95;
(2) Propylen-Homopolymeren, die erhältlich sind unter Verwendung von Metallocenkatalysatoren und einen Pentad mmmm-Gehalt von mehr als 90 % aufweisen (bestimmt mittels ¹³C-NMR-Analyse);
(3) kristallinen Copolymeren aus Propylen mit Ethylen und/oder einem α-Olefin mit 4-10 Kohlenstoffatomen, mit einem Gesamtgehalt an Ethylen und/ oder α-Olefin von weniger als 10 mol-%;
(4) heterogenen Propylen-Copolymeren, die erhältlich sind durch Blockpolymerisation von Propylen und Mischungen aus Propylen mit Ethylen und/oder einem α-Olefin mit 4-10 Kohlenstoffatomen, die mindestens 70 Gew.% Polypropylen-Homopolymer oder kristallines Propylen/Ethylen-Copolymer mit einem Isotaktizitätsindex von mehr als 80 enthalten, der Rest besteht aus einem elastomeren Ethylen/Propylen-Copolymer mit einem Propylengehalt von 30–70 Gew.%;
(5) kristallinen Propylen-Homopolymeren oder -Copolymeren mit syndiotaktischer Struktur, die erhältlich sind unter Verwendung von Metallocenkatalysatoren.

Erfindungsgemäss ist das oben beschriebene Ethylen/α-Olefin- oder Ethylen/α-Olefin/Dien-Copolymer (b) in Mischung mit einem kristallinen Propylen-Homopolymer oder -Copolymer (a) in vorherbestimmter Menge vorhanden, so dass die resultierende Polymermischung ausreichend flexibel ist, und insbesondere so, dass ein Bruchdehnungswert, gemessen gemäss CEI-Standard 20–34, § 5.1 von mindestens 100 %, vorzugsweise mindestens 200 %, und 20 %-Modulwert, gemessen gemäss CEI-Standard 20–34, § 5.1 von weniger als 10 MPa, vorzugsweise weniger als 7 MPa, erzielt wird.
Im allgemeinen sind diese Eigenschaften erhältlich unter Verwendung von Mischungen, die 10–60 Gew.%, vorzugsweise 15–50 Gew.%, kristallines Propylen-Homopolymer oder -Copolymer (a) und 40–90 Gew.%, vorzugsweise 50–85 Gew.%, Ethylen/α-Olefin- oder Ethylen/α-Olefin/Dien-Copolymer (b) umfassen, wobei die Prozentzahlen bezogen sind auf das Gesamtgewicht der Polymerkomponenten (a) und (b).
Erfindungsgemäss ermöglicht die Verwendung von wie oben definierten, nicht-vernetzten Polymermischungen die Erzielung einer recyclierbaren flexiblen Beschichtung, die exzellente mechanische Eigenschaften sowohl im Hinblick auf das Modul als auch im Hinblick auf die Dehnung und die Bruchlast besitzen. Insbesondere ist es möglich, mechanische Qualitäten unter Erwärmung (d.h. bei 90°C im kontinuierlichen Gebrauch und bei 130°C im Fall der Stromüberlastung) zu erzielen, die mit den typischen Qualitäten der gegenwärtig angebotenen, vernetzten Beschichtungen auf Polyethylenbasis vergleichbar sind, wodurch die oben genannten Mischungen nicht nur für Niederspannungs-, sondern auch für Mittel- und Hochspannungskabel geeignet sind.
Die oben genannten mechanischen Eigenschaften werden begleitet von exzellenten elektrischen Eigenschaften, wie beispielsweise der Isolationskonstante (Ki) und die dielektrischen Verlust (tan δ), jeweils unter trockenen Bedingungen und beim Eintauchen des Kabels in Wasser. Insbesondere wurde gefunden, dass das erfindungsgemässe nicht-vernetzte Material eine sehr hohe Isolationskonstante aufweist, die selbst nach ausgedehntem Eintauchen in Wasser auf annehmbaren Werten gehalten wird.
Die Tatsache, dass ein isolierendes Material eine geringe Wasserabsorption aufweist, ermöglicht eine deutliche Verringerung des Dielektrizitätsverlusts und folglich die Erzielung geringerer Energieverlustniveaus, insbesondere bei der Starkstromübertragung. Im Fall der Niederspannungs-Starkstromübertragung vermeidet die geringe Wasserabsorption eine übermässige Verringerung des elektrischen Widerstands des isolierenden Materials und folglich von dessen elektrischer Güte.
Die erfindungsgemässen Polymermischungen sind auch geeignet, anorganische Füllstoffe zu enthalten, ohne dass eine unannehmbare Verringerung der mechanischen und elastischen Eigenschaften resultiert, insbesondere bezüglich der Bruchdehnung, die deutlich über 100 % bleibt. Es ist daher möglich, Zusammensetzungen mit flammhemmenden Eigenschaften herzustellen, die eine hohe Flexibilität und hohe mechanische Festigkeit aufweisen.
Folglich betrifft die vorliegende Erfindung gemäss einem weiteren Aspekt eine flammhemmende Polymerzusammensetzung, die folgendes umfasst:

(a) ein kristallines Propylen-Homopolymer oder -Copolymer;
(b) ein Copolymer aus Ethylen mit mindestens einem α-Olefin mit 4-12 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einem Dien; das Copolymer (b) ist gekennzeichnet durch eine Dichte zwischen 0,90 und 0,86 g/cm³ und einen Zusammensetzungsverteilungsindex, definiert als Gewichtsprozentsatz der Copolymermoleküle mit einem α-Olefingehalt innerhalb von 50 % des durchschnittlichen molaren Gesamtgehalts an α-Olefinen, von mehr als 45 %;
(c) einen organischen Füllstoff in einer solchen Menge, dass flammhemmende Eigenschaften vermittelt werden.

Darüber hinaus ist ein weiterer erfindungsgemässer Aspekt ein Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten eine flammhemmende Polymerzusammensetzung, wie oben definiert, umfasst.
Der anorganische Füllstoff ist üblicherweise ein anorganisches Oxid, vorzugsweise in Hydrat- oder Hydroxidform. Beispiele für geeignete Verbindungen sind Aluminium-, Wismut-, Kobalt-, Eisen-, Magnesium-, Titan- oder Zinkoxide, und die entsprechenden Hydroxide oder Mischungen daraus. Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid und Aluminatrihydrat (Al₂O₃·3H₂O) oder Mischungen daraus sind besonders bevorzugt. Zu diesen Verbindungen können ein oder mehrere anorganische Oxide oder Salze, wie beispielsweise CoO, TiO₂, Sb₂O₃, ZnO, Fe₂O₃, CaCO₃ oder Mischungen davon in geringen Mengen, im allgemeinen weniger als 25 Gew.%, hinzugegeben werden. Vorzugsweise werden die oben genannten Metallhydroxide, insbesondere Magnesium- und Aluminiumhydroxide, in Form von Teilchen mit einer Grösse im Bereich von 0,1-100 μm, vorzugsweise 0,5-10 μm, verwendet. Im Fall von Hydroxiden können diese vorzugsweise in Form von beschichteten Teilchen verwendet werden. Gesättigte oder ungesättigte Fettsäuren, die 8-24 Kohlenstoffatome enthalten, und Metallsalze davon werden üblicherweise als Beschichtungsmaterialien verwendet, wie beispielsweise Ölsäure, Palmsäure, Stearinsäure, Isostearinsäure, Laurinsäure; Magnesium- oder Zinkstearat oder -oleat und dergleichen.
Die Menge des anorganischen Füllstoffs, die zur Vermittlung von flammhemmenden Eigenschaften geeignet ist, kann innerhalb eines weiten Bereichs variieren, üblicherweise zwischen 10 und 80 Gew.%, vorzugsweise zwischen 30 und 70 Gew.%, in bezug auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung.
Zur Verstärkung der Kompatibilität zwischen anorganischem Füllstoff und Polymermatrix kann ein Kupplungsmittel, ausgewählt aus denjenigen, die im Stand der Technik bekannt sind, beispielsweise Silanverbindungen oder Carbonsäurederivate, die mindestens einfach ethylenisch ungesättigt sind, zu der Mischung zugegeben werden.
Beispiele für zu diesem Zweck geeigneten Silanverbindungen sind γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, Methyltriethoxysilan, Methyltris(2-methoxyethoxy)silan, Dimethyldiethoxysilan, Vinyltris(2-methoxyethoxy)-silan, Vinyltrimethoxysilan, Vinyltriethoxysilan, Octyltriethoxysilan, Isobutyltriethoxysilan, Isobutyltrimethoxysilan und Mischungen daraus.
Carbonsäurederivate, die ethylenisch ungesättigt sind, die vorzugsweise als Kupplungsmittel verwendet werden können, sind beispielsweise ungesättigte Carbonsäureanhydride oder vorzugsweise ungesättigte Dicarbonsäureanhydride, und Maleinsäureanhydrid ist besonders bevorzugt. Alternativ dazu ist es möglich, Polyolefine als Kompatibilisierungsmittel zu verwenden, wobei diese Polyolefine gegebenenfalls ethylenisch ungesättigt sind, auf die durch Reaktion mit den oben genannten Carbonsäurederivaten, die mindestens einfach ethylenisch ungesättigt sind, Carbonsäuregruppen aufgepfropft wurden.
Das Kupplungsmittel, entweder vom Silantyp oder vom Carbonsäuretyp, kann in seinem normalen Zustand verwendet oder auf mindestens eine der Polymerkomponenten der Mischung aufgepfropft werden.
Die zu der Mischung zuzugebende Menge an Kupplungsmittel kann hauptsächlich in Abhängigkeit von der Art des verwendeten Kupplungsmittels und der Menge des zugegebenen anorganischen Füllstoffs variieren und liegt üblicherweise zwischen 0,05 und 30 Gew.%, vorzugsweise zwischen 0,1 und 20 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Basispolymermischung.
Andere herkömmliche Komponenten, wie beispielsweise Antioxidationsmittel, Füllstoffe, Verarbeitungs-Co-Hilfsmittel, Gleitmittel, Pigmente, Zusatzstoffe zur Verzögerung der Bildung von Wasserkanälen und dergleichen werden üblicherweise zu dem Basispolymermaterial zugegeben. Im Fall der halbleitenden Schichten (3) und (4) wird das Polymermaterial vorzugsweise mit Russ in einer Menge gefüllt, die dem Material halbleitende Eigenschaften vermittelt (d.h. in einer solchen Menge, dass ein Widerstand von weniger als 5 Ω·m bei Raumtemperatur erhalten wird.
Geeignete übliche Antioxidationsmittel sind beispielsweise polymerisiertes Trimethyldihydrochinolin, 4,4'-Thiobis(3-methyl-6-tert-butyl)phenol; Pentaerythryl-tetra[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat], 2,2'-Thiodiethylen-bis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat] und dergleichen oder Mischungen daraus.
Andere erfindungsgemäss verwendbare Füllstoffe schliessen beispielsweise Glasteilchen, Glasfasern, calciniertes Kaolin, Talk und dergleichen oder Mischungen daraus ein. Verarbeitungs-Co-Hilfsmittel, die üblicherweise zu der Polymerbasis zugegeben werden, sind beispielsweise Calciumstearat, Stearinsäure, Paraffinwachs und dergleichen oder Mischungen daraus.
Weitere Details werden in der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren dargestellt, worin:
1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Stromkabels ist, das besonders für mittlere Spannungen geeignet ist.
In 1 umfasst das Stromkabel (1) einen Leiter (2), eine innere Schicht (3) mit halbleitenden Eigenschaften, einen Zwischenschicht (4) mit isolierenden Eigenschaften, eine äussere Schicht (5) mit halbleitenden Eigenschaften, eine Abschirmung (6) und eine äussere Umhüllung (7).
Der Leiter (2) besteht im allgemeinen aus Metalldrähten, die vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium hergestellt sind, die unter Anwendung herkömmlicher Techniken miteinander verflochten sind.
Mindestens eine der Schichten (3), (4) und (5) und vorzugsweise zumindest die isolierende Schicht (4), umfasst Polypropylen als nicht-vernetztes Basispolymermaterial, vermischt mit einem Copolymer aus Ethylen mit mindestens einem α-Olefin und gegebenenfalls einem Dien, wie oben de finiert. In einer erfindungsgemäss bevorzugten Ausführungsform umfassen alle isolierenden und halbleitenden Schichten (3), (4) und (5) eine Polymermischung, wie oben definiert, als nicht-vernetztes Basispolymermaterial.
Die Abschirmung (6), die üblicherweise aus helikalen Wicklungen elektrisch leitfähiger Drähte oder Streifen besteht, wird üblicherweise um die äussere halbleitende Schicht (5) plaziert. Diese Abschirmung wird dann mit einer Umhüllung (7) abgedeckt, die aus einem thermoplastischen Material besteht, wie beispielsweise Polyvinylchlorid (PVC), nicht-vernetztem Polyethylen (PE) oder vorzugsweise einer Mischung, die Polypropylen und ein Ethylen/α-Olefin- oder Ethylen/α-Olefin/Dien-Copolymer umfasst, wie oben definiert.
1 zeigt nur eine mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemässen Kabels. Es ist ersichtlich, dass geeignete Veränderungen, die im Stand der Technik bekannt sind, an dieser Ausführungsform vorgenommen werden können, ohne dass vom Umfang der vorliegenden Erfindung abgewichen wird. Insbesondere können die erfindungsgemässen recyclingfähigen Polymermischungen in vorteilhafter Weise auch für die Beschichtung von Telekommunikationskabeln oder Datenübertragungskabeln oder alternativ dazu bei kombinierten Strom/Telekommunikationskabeln verwendet werden.
Die Eigenschaften der erfindungsgemäss verwendeten Polymermaterialien (Cop. 1 und 2) und der für Vergleichszwecke verwendeten Materialien (Cop. 3) sind in Tabelle 1 angegeben. Als Schmelzenthalpie ist der zweite Schmelzwert (ΔH_2m) angegeben, der erhalten wird mittels DSC bei einer Rastergeschwindigkeit von 10°C/min. Der Schmelzflussindex (MFI) wurde gemäss ASTM-Standard D 1238/L gemessen (bei 230°C und 21,6 N für Polypropylen und bei 190°C und 21,6 N für Ethylen/1-Octen-Copolymere). Der Zusammensetzungsverteilungsindex (CDI) wurde mittels Temperaturanstiegs-Elutionsfraktionierungstechniken bestimmt.
TABELLE 1

PP 1 (Moplen^® S30G – Montell): isotaktisches Polypropylen (Homopolymer);
PP 2 (Moplen^® EP2S30B – Montell): kristallines Propylen/Ethylen-Zufallscopolymer;
Cop. 1 (Engage^® 8003 – DuPont-Dow Elastomers): Ethylen/1-Octen-Copolymer mit einem Gewichtsverhältnis von 82/18 (5,5 mol-% 1-Octen), erhalten durch Metallocenkatalyse;
Cop. 2 (Engage^® 8150 – Dupont-Dow Elastomers): Ethylen/1-Octen-Copolymer mit einem Gewichtsverhältnis von 75/25 (7,6 mol-% 1-Octen), erhalten durch Metallocenkatalyse;
Cop. 3 (Stamylex^® TMC 1000 – DSM): Ethylen/1-Octen-Copolymer (4,6 mol-% 1-Octen), erhalten durch Verwendung eines Ziegler-Natta-Titankatalysators.

Die Polymermaterialien aus Tabelle 1 wurden zur Herstellung der in Tabelle 2 angegebenen Mischungen verwendet.
Die Mischungen (1) bis (3a) wurden in einem Brabender-Mischer (Volumen der Mischkammer: 80 cm³) hergestellt, der auf 95 % des Volumens gefüllt war. Das Vermischen wurde bei einer Temperatur von 170°C in einer Gesamtzeit von 10 Minuten durchgeführt (Rotorgeschwindigkeit: 40 U/min). Am Ende des Vermischens wurde das Enddrehmoment unter den oben genannten Bedingungen gemessen (angegeben in Tabelle 2).
Die Mischungen (4), (5) und (6) wurden in einem 20 mm-Durchmesser Gegenrotations-Brabender-Zwillingsschraubenmischer mit einer Rotorgeschwindigkeit von 50 U/min und mit dem folgenden Temperaturprofil hergestellt: 1. Zone: 100°C ,, 2. Zone: 160°C, 3. Zone: 190°C, 4. Zone: 190°C.
Für die gefüllten Systeme wurde folgendes verwendet:

Hydrofy^® GS-1.5: Mg(OH)₂, beschichtet mit Stearinsäure, von SIMA (durchschnittlicher Teilchendurchmesser: 2 μm, spezifische Oberfläche: 11 m²/g);
Rhodorsil^® MF175U: Siliconkautschuk von Rhône-Poulenc, das als Verarbeitungs-Co-Hilfsmittel/Gleitmittel diente.

Als Antioxidationsmittel wurde folgendes verwendet:

Irganox^® 1010: Pentaerythrittetra[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat] (Ciba-Geigy);
Irganox^® PS802 FL: Distearylthiodipropionat (DSTDP) (Ciba-Geigy).

In Tabelle 2 sind die Zusammensetzungen in Einheiten von phr (d.h. Gew.-Teile pro 100 Teile Polymermatrix) angegeben.
Die so erhaltenen Mischungen wurden mechanischen Zugfestigkeitstests gemäss CEI-Standard 20–34, § 5.1., anhand von Testproben unterworfen, die erhalten wurden aus 1 mm dicken Platten, die erhalten wurden durch Kompressionsformgebung bei 190–195°C und 200 bar nach 5-minütigem Vorheizen bei der gleichen Temperatur. Die Zuggeschwindigkeit der Halterungen betrug 250 mm/min für die Mischungen (1) bis (3a) und 50 mm/min für die Mischungen (4), (5) und (6). Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angegeben.
TABELLE 2

Claims

Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten als nicht vernetztes Basispolymermaterial eine Mischung umfasst, die folgendes umfasst: (a) 10 bis 60 Gew.% eines kristallinen Propylenhomopolymers oder -copolymers und (b) 40 bis 90 Gew.% eines Copolymers aus Ethylen mit mindestens einem alpha-Olefin mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einem Dien; die genannten Prozentsätze beziehen sich auf das Gesamtgewicht der Polymerkomponenten (a) und (b); das Copolymer (b) ist gekennzeichnet durch eine Dichte zwischen 0,90 und 0,86 g/cm³ und durch einen Zusammensetzungs-Verteilungsindex, definiert als Gewichtsprozentsatz der Copolymermoleküle mit einem alpha-Olefingehalt innerhalb von 50 % des durchschnittlichen molaren Gesamtgehalts an alpha-Olefinen, von mehr als 45 %.
Kabel gemäss Anspruch 1, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten elektrisch isolierende Eigenschaften aufweist und eine Mischung aus (a) und (b) als nicht vernetztes Basispolymermaterial umfasst.
Kabel gemäss Anspruch 1, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten halbleitende Eigenschaften aufweist und eine Mischung aus (a) und (b) als nicht vernetztes Basispolymermaterial umfasst.
Kabel gemäss Anspruch 1, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten eine äussere Schutzumhüllung darstellt und eine Mischung aus (a) und (b) als nicht vernetztes Basispolymermaterial umfasst.
Kabel gemäss Anspruch 1, worin mindestens 70 Gew.%, vorzugsweise mindestens 90 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Basispolymermaterials, der Beschichtungsschichten aus einer Mischung aus (a) und (b) bestehen.
Kabel gemäss mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Copolymer (b) einen Molekulargewichts-Verteilungsindex zwischen 1,5 und 3,5 aufweist.
Kabel gemäss mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Copolymer (b) eine Schmelzenthalpie zwischen 30 und 60 J/g aufweist.
Kabel gemäss mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Copolymer (b) erhältlich ist durch Copolymerisation von Ethylen mit einem alpha-Olefin und gegebenenfalls einem Dien in Gegenwart eines Single-Site-Katalysators.
Kabel gemäss Anspruch 8, worin der Single-Site-Katalysator ein Metallocenkatalysator ist.
Kabel gemäss Anspruch 8, worin der Single-Site-Katalysator ein Katalysator mit gespannter Geometrie ist.
Kabel gemäss mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Copolymer (b) die folgende Zusammensetzung aufweist: 75 bis 97 mol% Ethylen, 3 bis 25 mol% alpha-Olefin, 0 bis 5 mol% eines Diens.
Kabel gemäss Anspruch 11, worin das Copolymer (b) die folgende Zusammensetzung aufweist: 90 bis 95 mol% Ethylen, 5 bis 10 mol% alpha-Olefin, 0 bis 2 mol% eines Diens.
Kabel gemäss mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das alpha-Olefin in dem Copolymer (b) 1-Hexen oder 1-Octen ist.
Kabel gemäss mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das kristalline Propylenhomopolymer oder -copolymer (a) eine Schmelzenthalpie von mehr als 75 J/g aufweist.
Kabel gemäss Anspruch 14, worin das kristalline Propylenhomopolymer oder -copolymer (a) eine Schmelzenthalpie von mehr als 85 J/g aufweist.
Kabel gemäss Anspruch 1, worin die Polymermischung 15 bis 50 Gew.% kristallines Propylenhomopolymer oder -copolymer (a) und 50 bis 85 Gew.% Copolymer (b) umfasst, die Prozentsätze beziehen sich auf das Gesamtgewicht der Polymerkomponenten (a) und (b).
Flammhemmende Polymerzusammensetzung, die folgendes umfasst: (a) ein kristallines Propylenhomopolymer oder -copolymer; (b) ein Copolymer aus Ethylen mit mindestens einem alpha-Olefin mit 4 bis 12 Kohlenstoffatomen und gegebenenfalls einem Dien; das Copolymer (b) ist gekennzeichnet durch eine Dichte zwischen 0,90 und 0,86 g/cm³, einer Schmelzenthalpie zwischen 30 und 60 J/g und durch einen Zusammensetzungs-Verteilungsindex, definiert als Gewichtsprozentsatz der Copolymermoleküle mit einem alpha-Olefingehalt innerhalb von 50 % des durchschnittlichen molaren Gesamtgehalts an alpha-Olefinen, von mehr als 45 %; (c) einen organischen Füllstoff in einer solchen Menge, dass flammhemmende Eigenschaften vermittelt werden.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 17, worin das Copolymer (b) definiert ist wie in mindestens einem der Ansprüche 6 und 8 bis 13.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 18, worin das kristalline Propylenhomopolymer oder -copolymer (a) wie in Anspruch 14 oder 15 definiert ist.
Zusammensetzung gemäss mindestens einem der Ansprüche 17 bis 19, worin das elastomere Copolymer (b) in Mischung mit dem kristallinen Propylenhomopolymer oder -copolymer (a) in einer vorherbestimmten Menge vorhanden ist, wie sie in den Ansprüchen 1 oder 16 definiert ist.
Zusammensetzung gemäss mindestens einem der Ansprüche 17 bis 20, worin der anorganische Füllstoff ein anorganisches Oxid oder Hydroxid ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 21, worin der anorganische Füllstoff ausgewählt ist aus Magnesiumhydroxid, Aluminiumhydroxid oder Aluminatrihydrat (Al₂O₃:₃H₂O) oder Mischungen davon.
Zusammensetzung gemäss mindestens einem der Ansprüche 17 bis 22, worin der anorganische Füllstoff in Mengen zwischen 10 und 80 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymermischung, vorhanden ist.
Zusammensetzung gemäss Anspruch 23, worin der anorganische Füllstoff in Mengen zwischen 30 und 70 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Polymermischung, vorhanden ist.
Zusammensetzung gemäss mindestens einem der Ansprüche 17 bis 24, die ferner ein Kupplungsmittel umfasst.
Kabel, das einen Leiter und eine oder mehrere Beschichtungsschichten umfasst, worin mindestens eine der Beschichtungsschichten eine flammhemmende Polymerzusammensetzung gemäss mindestens einem der Ansprüche 15 bis 25 umfasst.