ES2230862T3 - Una composicion aislante para cables de comunicacion. - Google Patents
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Abstract
Un cable aislado para comunicaciones, caracterizado porque el aislamiento comprende una mezcla de polímeros de olefina multimodales, obtenida por la polimerización de al menos una -olefina en más de una etapa, que tiene una densidad de aproximadamente 0, 920-0, 965 g/cm3, una velocidad del flujo de fusión (MFR2) de aproximadamente 0, 2- 5 g/10 minutos, una FRR21/2 >60 y una resistencia a la fisuración por esfuerzo ambiental (ESCR) de acuerdo con la ASTM D 1693 A/10% Igepal, de al menos 500 horas, comprendiendo dicha mezcla de polímeros de olefina al menos un primer y un segundo polímeros de olefina, de los cuales el primero se selecciona entre: (a) un polímero de olefina de bajo peso molecular (MW), con una densidad de aproximadamente 0, 925-0.975 g/cm3 y una velocidad de flujo de fusión (MFR2) de aproximadamente 300-20000 g/10 minutos, y (b) un polímero de olefina de alto peso molecular (MW), con una densidad de aproximadamente 0, 880-0, 950 g/cm3 y una velocidad del flujo de fusión (MFR21) de aproximadamente 0, 5-20 g/10 minutos.
Description
Una composición aislante para cables de
comunicación.
La presente invención se refiere a una
composición aislante para cables utilizados en comunicaciones, que
tienen conductores de cobre aislados y que se usan para la
transmisión de datos, vídeo o voz. Más particularmente, la presente
invención se refiere a una composición aislante para los hilos
metálicos utilizados en la transmisión de datos de los cables para
comunicaciones, tales como los hilos metálicos monofilares y los
cables coaxiales.
Los cables para telecomunicaciones a menudo
comprenden una pluralidad de hilos metálicos monofilares rodeados
por una vaina. La cantidad de hilos metálicos monofilares puede
variar desde unos pocos -en un cable para transmisión de datos-
hasta aproximadamente mil -en un cable de teléfono. La vaina que
rodea al haz de hilos metálicos monofilares consiste en al menos una
capa y puede constar de dos capas: una capa interna de la vaina y
una capa externa de la vaina. Para proteger y aislar todavía más a
los hilos metálicos monofilares se puede insertar un material de
relleno, tal como la jalea de petróleo; por ejemplo en los cables
telefónicos, se puede insertar en los huecos comprendidos entre los
hilos metálicos monofilares y la vaina. Cada hilo metálico monofilar
normalmente consiste en un solo conductor de cobre macizo de
0,4-0,5 mm de espesor, rodeado por una capa aislante
de 0,15-0,25 mm de espesor. El espesor total de un
hilo metálico monofilar es entonces de apenas
0,7-1,0 mm aproximadamente.
Otro tipo de cable para transmisión de datos, es
el denominado cable coaxial, donde un conductor de cobre central,
típicamente con un espesor de 0,5 hasta 2 mm, está rodeado por una
capa aislante de hasta 2 mm de espesor y luego por una malla
metálica coaxial que a su vez está rodeada por una vaina
externa.
La composición aislante de la presente invención
cumple la función de capa aislante de los hilos metálicos
monofilares, así como también de los cables coaxiales, aunque por
cuestiones de simplicidad la invención se explicará e ilustrará con
referencia a los hilos metálicos monofilares solamente. Por lo
general, las propiedades que se requieren en un cable coaxial son
sustancialmente las mismas que las que se requieren de un hilo
metálico monofilar.
La capa aislante que rodea cada conductor
monofilar por lo general comprende una composición de polietileno de
densidad media a alta. La capa aislante puede ser maciza, espumosa o
una combinación de las mismas, como por ejemplo, espumosa con una
capa protectora externa o espumosa con una capa protectora interna y
otra externa. La espuma se prepara introduciendo un gas, tal como
nitrógeno, dióxido de carbono o un agente de expansión sólido, tal
como por ejemplo, azodicarbonamida (temperatura aproximada de 200ºC)
en la composición polimérica. La estructura de capa
protectora/espuma se prepara coextruyendo la composición polimérica
en dos o tres capas y espumando una de las capas coextruidas.
Las características particularmente importantes
de la capa aislante de un hilo metálico monofilar son: buena
procesabilidad, alta estabilidad termo-oxidante,
alta resistencia a la fisuración por esfuerzo ambiental (ESCR,
environmental stress cracking resistance) y buen acabado de
la superficie. La importancia de una buena procesabilidad se ilustra
mediante el hecho de que el conductor de cobre está revestido con la
capa aislante en un espesor de sólo 0,15-0,25 mm a
una velocidad de revestimiento de hasta 2500 m/minuto
aproximadamente. Además, el revestimiento debe ser muy parejo y debe
evitarse cualquier exposición del conductor de cobre por el riesgo
de que se produzcan cortos circuitos, sobre-escucha
(overhearing) y otras alteraciones de las señales. Un espesor
desparejo de la capa aislante también deriva en variaciones de
capacitancia. Además, los hilos metálicos monofilares de un cable
para telecomunicaciones a menudo quedan expuestos a condiciones de
temperaturas muy severas y en los países donde el calor es intenso
los hilos metálicos monofilares pueden quedar expuestos a
temperaturas tal altas como las cercanas a los
70-90ºC. Para lograr una buena resistencia térmica
normalmente se añaden a la composición aislante estabilizadores como
los estabilizadores contra la termo-oxidación y los
desactivadores metálicos, pero dichos estabilizadores son costosos y
sería conveniente reducir o eliminar su uso. Asimismo, los
materiales de relleno, tales como la jalea de petróleo, y el
conductor de cobre a menudo tienen una influencia perjudicial sobre
el aislamiento, en particular cuando el hilo metálico monofilar
queda expuesto a altas temperaturas. Para soportar esta influencia
perniciosa, la composición aislante debería tener una alta ESCR. Por
último, el acabado superficial de la capa aislante debe ser alto
para evitar la formación de polvo cuando se retuercen los hilos
metálicos monofilares.
Por lo manifestado anteriormente, resulta
evidente que la capa aislante de los hilos metálicos monofilares
está expuesta a una serie de condiciones y esfuerzos muy dispares y
que debe denotar una combinación de características muy específicas
y hasta una cierta medida, contradictorias, en particular, en lo que
respecta a la procesabilidad, la estabilidad
termo-oxidante y la ESCR. Una mejora en una o más de
estas características y una reducción de la cantidad de
estabilizadores incorporados resultarían muy convenientes y
representarían un importante avance técnico.
Con relación a esto, cabe destacar que se conoce
una composición bimodal para envainar cables por el documento de
patente WO 97/03124. Esta composición para envainar cables consiste
en una mezcla de polímeros de olefina multimodales, obtenida por la
polimerización de al menos una \alpha-olefina en
más de una etapa y que tiene una densidad de aproximadamente
0,915-0,955 g/cm^{3} y una velocidad del flujo de
fusión de aproximadamente 0,1-3,0 g/10 minutos,
comprendiendo la citada mezcla de polímeros de olefina al menos un
primer y un segundo polímeros de olefina, de los cuales el primero
tiene una densidad y una velocidad del flujo de fusión seleccionada
entre: (a) aproximadamente 0,930-0,975 g/cm^{3} y
aproximadamente 50-2000 g/10 minutos y (b)
aproximadamente 0,88-0,93 g/cm^{3} y
aproximadamente 0,01-0,8 g/10 minutos. Cabe destacar
que esta composición no es una composición aislante para hilos
metálicos monofilares, sino una composición para envainar cables, es
decir, una composición para fabricar la vaina externa de un cable,
por ejemplo, la vaina que rodea a un haz de hilos metálicos
monofilares como se mencionara anteriormente. Las propiedades que se
requieren de una composición para la vaina de un cable no son las
mismas que las que se exigen de una composición aislante para un
hilo metálico monofilar. De este modo, para la vaina de un cable
resultan de particular importancia la alta resistencia mecánica y el
bajo nivel de contracción, mientras que la procesabilidad y el
acabado de la superficie son menos críticos. Por el contrario, para
el aislamiento de un hilo metálico monofilar, la estabilidad
termo-oxidante, la ESCR y, en particular, la
procesabilidad revisten una importancia decisiva. Estos requisitos
diferentes en cuanto a las propiedades de la vaina de un cable en
contraposición al aislamiento para un hilo metálico monofilar
significan que una composición optimizada para la vaina de un cable
no sería útil como aislamiento de un hilo metálico monofilar y
viceversa.
Ahora se ha descubierto que los objetivos
anteriores pueden lograrse con un cable para comunicaciones tal como
un hilo metálico monofilar o un cable coaxial con una capa aislante
que, en lugar de un plástico de polietileno unimodal -como el que se
usa en el aislamiento convencional de los hilos metálicos
monofilares- comprende una mezcla de polímeros de olefina multimodal
que tiene ciertos valores específicos de distribución del peso
molecular y de resistencia a la fisuración por esfuerzo ambiental
(ESCR, environmental stress cracking resistance), además de
ciertos valores específicos de densidad y velocidad del flujo de
fusión, ambos con respecto a la mezcla polimérica y con respecto a
las fracciones de polímero que forman parte de la misma.
La presente invención provee entonces una
composición aislante destinada a los cables para comunicaciones,
tales como los hilos metálicos monofilares y los cable coaxiales,
caracterizada porque la misma comprende una mezcla de polímeros de
olefina multimodal, obtenida por la polimerización de al menos una
\alpha-olefina en más de una etapa, que tiene una
densidad de aproximadamente 0,920-0,965 g/cm^{3},
una velocidad del flujo de fusión (MFR_{2}, melt flow rate)
de aproximadamente 0,2-5 g/10 minutos, un
FRR_{21/2} \geq60 y una resistencia a la fisuración por esfuerzo
ambiental (ESCR) de acuerdo con la ASTM D 1693.A/10% Igepal, de al
menos 500 horas, comprendiendo la citada mezcla de polímeros de
olefina al menos un primer y un segundo polímeros de olefina, de los
cuales el primero se selecciona entre: (a) un polímero de olefina de
bajo peso molecular (MW, molecular weight) con una densidad
de aproximadamente 0,925-0.975 g/cm^{3} y una
velocidad del flujo de fusión (MFR_{2}) de aproximadamente
300-20000 g/10 minutos, y (b) un polímero de olefina
de alto peso molecular (MW) con una densidad de aproximadamente
0,880-0,950 g/cm^{3} y una velocidad del flujo de
fusión (MFR_{21}) de aproximadamente 0,5-20 g/10
minutos.
Por la "modalidad" de un polímero se
entiende que es la estructura de la distribución del peso molecular
del polímero, es decir, el aspecto de la curva que indica el número
de moléculas como una función del peso molecular. Si la curva exhibe
un máximo, el polímero se denomina "unimodal", mientras que si
la curva exhibe un máximo muy amplio o dos o más máximos y el
polímero consiste en dos o más fracciones, el polímero se denomina
"bimodal", "multimodal", etc. En cuanto sigue a
continuación, todos los polímeros cuya curva de distribución de peso
molecular es muy amplia o tiene más de un máximo, se denominan en
forma conjunta "multimodales".
La invención provee asimismo un hilo metálico
monofilar que comprende un conductor rodeado por un aislamiento,
caracterizado porque el aislamiento comprende una composición de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-10.
Asimismo, la invención también provee un cable
para telecomunicaciones que comprende una pluralidad de hilos
metálicos monofilares, cada uno de los cuales comprende un conductor
rodeado por un aislamiento, hallándose rodeada dicha pluralidad de
hilos metálicos monofilares a su vez por una vaina, caracterizado
porque el aislamiento de los conductores monofilares comprende una
composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-10.
Otras características y ventajas distintivas de
la invención se pondrán de manifiesto a partir de la siguiente
descripción y de las reivindicaciones adjuntas.
Para facilitar el entendimiento de la invención,
a continuación se proporciona una descripción detallada con
referencia a los dibujos.
La Fig. 1 muestra un corte transversal
esquemático de un cable para telecomunicaciones con hilos metálicos
monofilares; y
La Fig. 2 a-d muestra cortes
transversales esquemáticos de diferentes tipos de hilos metálicos
monofilares.
Tal como se mencionara anteriormente, un aspecto
de la invención se refiere a un cable para telecomunicaciones y en
la Fig. 1 se muestra un corte transversal de un cable para
telecomunicaciones. El cable para telecomunicaciones 1 comprende una
pluralidad de hilos metálicos monofilares 2, rodeados por una vaina
bicapa 3 que consiste en una vaina interna 4 y una vaina externa 5.
Los huecos comprendidos entre los hilos metálicos monofilares y la
vaina se rellenan con un material de relleno 6, tal como una jalea
de petróleo. Por cuestiones de simplicidad, la Fig. 1 muestra un
cable con sólo unos pocos hilos metálicos monofilares, pero en la
práctica, el número de hilos metálicos monofilares puede ser mucho
mayor y hasta de aproximadamente mil en un cable.
Las Figs. 2a-2d muestran
esquemáticamente tipos diferentes de hilos metálicos monofilares.
Por lo general, un hilo metálico monofilar consiste en un conductor
metálico 7, normalmente un cable de cobre macizo con un diámetro de
0,4-0,5 mm. El conductor metálico está rodeado por
un aislamiento 8 que puede ser macizo (Fig. 2a), espumoso (Fig. 2b),
espumoso con una capa protectora externa (Fig. 2c), o espumoso tanto
con una capa protectora externa como por una capa protectora interna
(Fig. 2d). El aislamiento 8 tiene un espesor de
0,15-0,25 mm y cabe destacar que a los efectos de la
ilustración, en la Fig. 2 se ha exagerado el espesor del aislamiento
8.
Como se indicara en lo anterior, la composición
aislante para hilos metálicos monofilares de acuerdo con la
invención se distingue por el hecho de que comprende una mezcla de
polímeros de olefina multimodales, con una densidad y una velocidad
del flujo de fusión específicas, además de ciertos valores
específicos de distribución del peso molecular y de la ESCR. Más en
particular, la distribución del peso molecular, medida como
FRR_{21/2}, de la composición de acuerdo con la invención es de al
menos 60, preferiblemente, de 70-100, y la ESCR de
la composición de la invención es de al menos 500 horas,
preferiblemente, de al menos 2000 horas, medida de acuerdo con la
ASTM D 1693 A/10% Igepal, según se explica en forma más detallada a
continuación. Además, la composición aislante puede incluir diversos
estabilizadores, tales como antioxidantes, desactivadores metálicos,
etc., en las cantidades requeridas por la aplicación en
particular.
Antes ya se conocía la producción de polímeros de
olefina multimodales, en particular, bimodales, preferiblemente,
plásticos de etileno multimodales, en dos o más reactores conectados
en serie. Como ejemplos de esta técnica anterior, puede hacerse
mención de los documentos de patente EP 040.992, EP 041.796, EP
022.376 y WO 92/12182, que se incorporan en la presente a modo de
referencia, con respecto a la producción de polímeros multimodales.
De acuerdo con estas referencias, todas y cada una de las etapas de
polimerización pueden llevarse a cabo en una fase líquida, en
suspensión o en fase gaseosa.
De acuerdo con la presente invención, las
principales etapas de polimerización se llevan a cabo,
preferiblemente, como una combinación de polimerización en solución/
polimerización en fase gaseosa o polimerización en fase
gaseosa/polimerización en fase gaseosa. La polimerización en
suspensión preferiblemente se lleva a cabo en lo que se denomina
reactor con recirculación ("loop reactor"). El uso de la
polimerización en suspensión en un reactor con tanque agitado no
resulta preferido en la presente invención, dado que dicho método no
es lo suficientemente flexible para la producción de la composición
de la invención y acarrea problemas de solubilidad. Para producir la
composición de propiedades mejoradas de la invención, se requiere un
método flexible. Por este motivo, se prefiere que la composición se
produzca en dos etapas principales de polimerización en una
combinación de reactor con recirculación/reactor de fase gaseosa o
reactor de fase gaseosa/reactor de fase gaseosa. Se prefiere
especialmente que la composición se produzca en dos etapas
principales de polimerización, en cuyo caso la primera etapa se
realiza como una polimerización en suspensión en un reactor con
recirculación y la segunda etapa se lleva a cabo como una
polimerización en fase gaseosa en un reactor de fase gaseosa.
Opcionalmente, Las principales etapas de polimerización pueden estar
precedidas por una pre-polimerización, en cuyo caso
se produce hasta el 20% en peso, preferiblemente
1-10% en peso, de la cantidad total de polímeros.
Por lo general, esta técnica resulta en una mezcla de polímeros
multimodales a través de la polimerización con la ayuda de un
catalizador de cromo, metaloceno o Ziegler-Natta en
varios reactores de polimerización sucesivos. En la producción de,
digamos, un plástico de etileno bimodal, que de acuerdo con la
invención es el polímero preferido, se produce un primer polímero de
etileno en un primer reactor, en ciertas condiciones con respecto a
la composición monomérica, presión de hidrógeno-gas,
temperatura, presión, etc. Después de la polimerización en el primer
reactor, la mezcla de reacción que incluye al polímero producido se
introduce en un segundo reactor, donde una nueva polimerización
tiene lugar bajo otras condiciones. Por lo general, un primer
polímero de alta velocidad del flujo de fusión (bajo peso molecular)
y con una moderada o pequeña adición de comonómero, o sin adición en
absoluto, se produce en el primer reactor, mientras que un segundo
polímero de baja velocidad del flujo de fusión (alto peso molecular)
y con una mayor adición de comonómero se produce en el segundo
reactor. Como comonómero, comúnmente se hace uso de otras olefinas
que tienen hasta 12 átomos de carbono, tales como las
\alpha-olefinas que tienen de 3 a 12 átomos de
carbono, por ejemplo, propeno, buteno,
4-metil-penteno, hexeno, octeno,
deceno, etc., en la copolimerización del etileno. El producto final
resultante consiste en una mezcla íntima de los polímeros
provenientes de los dos reactores, donde las curvas diferentes de
distribución de peso molecular de estos polímeros forman juntas una
curva de distribución de peso molecular que tiene un máximo amplio o
dos máximos, es decir, que el producto final es una mezcla de
polímeros bimodales. Como los polímeros multimodales y en especial
los bimodales, preferiblemente los polímeros de etileno, y la
producción de los mismos pertenece a la técnica anterior, no se
necesita hacer ninguna descripción detallada, aunque se hace
referencia a las memorias descriptivas antes mencionadas.
Cabe destacar que, en la producción de dos o más
componentes poliméricos en una cantidad correspondiente de reactores
conectados en serie, es sólo en el caso del componente producido en
la primera etapa del reactor y en el caso del producto final, que la
velocidad del flujo de fusión, la densidad y las otras propiedades
se pueden medir directamente en el material retirado. Las
propiedades correspondientes de los componentes poliméricos
producidos en las etapas del reactor que siguen a la primera etapa
sólo pueden determinarse indirectamente, sobre la base de los
valores correspondientes de los materiales introducidos en, y
descargados de, las respectivas etapas del reactor.
Aunque los polímeros multimodales y su producción
son conocidos per se, anteriormente no se conocía el uso de
dichas mezclas de polímeros multimodales en composiciones aislantes
para hilos metálicos monofilares. Por sobre todas las cosas, en este
contexto no se conocía antes el uso de mezclas de polímeros
multimodales que tengan valores específicos de densidad, velocidad
del flujo de fusión, distribución del peso molecular y ESCH, como se
requiere en la presente invención.
Como se sugiriera anteriormente, se prefiere que
la mezcla de polímeros de olefina multimodales presentes en la
composición para envainar cables de acuerdo con la invención sea una
mezcla de polímeros bimodales. También es preferible que esta mezcla
de polímeros bimodales se haya producido mediante la polimerización
antes mencionada, en condiciones de polimerización diferentes en dos
o más reactores de polimerización conectados en serie. Debido a la
flexibilidad con respecto a las condiciones de reacción obtenidas de
esta manera, se prefiere por sobre todas las cosas que la
polimerización se lleve a cabo en un reactor con recirculación/un
reactor de fase gaseosa, un reactor de fase gaseosa /un reactor de
fase gaseosa o un reactor con recirculación/un reactor con
recirculación como la polimerización de uno, dos o más monómeros de
olefina, donde las diferentes etapas de polimerización tengan
diversos contenidos de comonómeros. Preferiblemente, las condiciones
de polimerización en el método preferido de dos etapas se escogen de
tal manera que un polímero comparativamente de bajo peso molecular,
que tenga un contenido de comonómero moderado, bajo o
-preferiblemente-ningún contenido de comonómero se
produzca en una etapa, por ejemplo, en la primera etapa, debido a un
alto contenido del agente de transferencia de cadenas (gas
hidrógeno), mientras que un polímero de alto peso molecular, que
tenga un mayor contenido de comonómero, se produzca en otra etapa,
por ejemplo, en la segunda etapa. Sin embargo, el orden de estas
etapas bien puede invertirse.
Preferiblemente, la mezcla de polímeros de
olefina multimodales de acuerdo con la invención es una mezcla de
plásticos de propileno o, lo más preferible, de plásticos de
etileno. El comonómero o los comonómeros de la presente invención se
selecciona(n) del grupo que consiste en
\alpha-olefinas que tengan hasta 12 átomos de
carbono, que en el caso del plástico de etileno significa que el
comonómero o comonómeros se seleccionan de las
\alpha-olefinas que tienen 3-12
átomos de carbono. Los comonómeros especialmente preferidos son
buteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno y 1-octeno.
Por el término "plástico de etileno" debe
entenderse un plástico basado en polietileno o en copolímeros de
etileno, donde el monómero de etileno representa la mayor parte de
la masa.
Por el término "plástico de propileno" debe
entenderse un plástico basado en polipropileno o en copolímeros de
propileno, donde el monómero de propileno representa la mayor parte
de la masa.
En vista de lo anterior, una mezcla preferida de
plástico de etileno preferida de acuerdo con la invención consiste
en un homopolímero de etileno de bajo peso molecular mezclado con un
copolímero de etileno de alto peso molecular y buteno,
4-metil-1-penteno,
1-hexeno o 1-octeno.
Las propiedades de los polímeros individuales en
la mezcla de polímeros de olefina de acuerdo con la invención
deberían escogerse de tal manera que la mezcla de polímeros de
olefina final tenga una densidad de aproximadamente
0,920-0,965 g/cm^{3}, preferiblemente de
aproximadamente 0,925-0,955 g/cm^{3}, y una
velocidad del flujo de fusión, MFR_{2}, de aproximadamente
0,2-5,0 g/10 minutos, preferiblemente de
aproximadamente 0,5-2,0 g/10 minutos. De acuerdo con
la invención, esto puede lograrse mediante la mezcla de polímeros de
olefina que comprende un primer polímero de olefina que tiene una
densidad de aproximadamente 0,925-0,975 g/cm^{3},
preferiblemente de aproximadamente 0,935-0,975
g/cm^{3} y una velocidad del flujo de fusión de aproximadamente
300-20000 g/10 minutos, preferiblemente de
aproximadamente 300-2000 g/10 minutos y lo más
preferiblemente, de aproximadamente 300-1500 g/10
minutos, y al menos un segundo polímero de olefina que tenga tal
densidad y tal velocidad del flujo de fusión que la mezcla de
polímeros de olefina obtenga la densidad y la velocidad del flujo de
fusión indicadas con anterioridad.
Si la mezcla de polímeros de olefina multimodales
es bimodal, es decir, una mezcla de dos polímeros de olefina (un
primer polímero de olefina y un segundo polímero de olefina), donde
el primer polímero de olefina se produce en el primer reactor y con
la densidad y la velocidad del flujo de fusión antes indicadas, la
densidad y la velocidad del flujo de fusión del segundo polímero de
olefina, que se produce en la segunda etapa del reactor, puede, como
se indicara antes, determinarse indirectamente sobre la base de los
valores de los materiales suministrados a, y descargados de, la
segunda etapa del reactor.
En el caso de que la mezcla de polímeros de
olefina y el primer polímero de olefina tengan los valores
anteriores de densidad y velocidad del flujo de fusión, un cálculo
indica que el segundo polímero de olefina producido en la segunda
etapa debería tener una densidad en el orden de aproximadamente
0,880-0,950 g/cm^{3}, preferiblemente de
0,910-0,950 g/cm^{3}, y una velocidad del flujo de
fusión (MFR_{21}) en el orden de aproximadamente
0,5-20 g/10 minutos, preferiblemente de
aproximadamente 0,7-10 g/10 minutos.
Como se indicara en lo anterior, el orden de las
etapas se puede invertir, lo que significaría que, si la mezcla
final de polímeros de olefina tiene una densidad de aproximadamente
0,920-0,965 g/cm^{3}, preferiblemente de
aproximadamente 0,925-0,955 g/cm^{3} y una
velocidad del flujo de fusión de aproximadamente
0,2-5,0 g/10 minutos, preferiblemente, de
aproximadamente 0,5-2,0 g/10 minutos y el primer
polímero de olefina producido en la primera etapa tiene una densidad
de aproximadamente 0,880-0,950 g/cm^{3},
preferiblemente de aproximadamente 0,910-0,950
g/cm^{3}, y una velocidad del flujo de fusión (MFR_{21}) de
0,5-20 g/10 minutos, preferiblemente de
aproximadamente 0,7-10 g/10 minutos, el segundo
polímero de olefina producido en la segunda etapa de un método de
dos etapas, de acuerdo con los cálculos anteriores, debería tener
una densidad en el orden de aproximadamente
0,925-0,975 g/cm^{3}, preferiblemente, de
aproximadamente 0,935-0,975 g/cm^{3}, y una
velocidad del flujo de fusión de 300-20000 g/10
minutos, preferiblemente de aproximadamente 300-2000
g/10 minutos, y lo más preferiblemente, de aproximadamente
300-1500 g/10 minutos.
Para optimizar las propiedades de la composición
aislante para hilos metálicos monofilares de acuerdo con la
invención, los polímeros individuales en la mezcla de polímeros de
olefina deberían estar presentes en una relación en peso tal que las
propiedades objetivo aportadas por los polímeros individuales
también se logren en la mezcla final de polímeros de olefina. Como
resultado, los polímeros individuales no deberían estar presentes en
cantidades tan pequeñas -tales como aproximadamente 10% en peso o
inferiores- como para que no afecten las propiedades de la mezcla de
polímeros de olefina. Para ser más específicos, se prefiere que la
cantidad de polímero de olefina que tiene una alta velocidad del
flujo de fusión (bajo peso molecular) constituya al menos el 25% en
peso, pero no más del 75% en peso de del polímero total,
preferiblemente, 35-55% en peso del polímero total,
optimizando así las propiedades del producto final.
Preferiblemente, las propiedades del primer y del
segundo polímeros de la composición de acuerdo con la invención se
seleccionan de manera tal que el primer y el segundo polímeros
comprendan un polímero de bajo peso molecular y un polímero de alto
peso molecular, respectivamente, teniendo el polímero de bajo peso
molecular una densidad que sea igual a, o mayor que -más
preferiblemente 0,05 g/cm^{3} como máximo mayor que- la del
polímero de alto peso molecular.
Como se mencionara anteriormente, la
procesabilidad, la estabilidad termo-oxidante y la
ESCR resultan propiedades particularmente importantes de la
composición aislante de la invención.
La procesabilidad se define en la presente en
términos de la velocidad de extrusión en rpm, a una productividad
dada en kg/h. Siempre resulta ventajoso que la velocidad del
tornillo de la extrusora en rpm a una productividad dada sea lo más
baja posible (la extrusora usada en los ejemplos es de un solo
tornillo, del tipo Nokia-Maillefer con una relación
L/D de 24/1 y un diámetro de 60 mm, que se opera a 240ºC y que cubre
un hilo de cobre macizo de 0,5 mm de espesor a una velocidad de
línea de 510 m/minuto con una composición aislante en forma de un
aislamiento de 0,24 mm de espesor a una productividad dada de 16
kg/h). Para lograr una procesabilidad satisfactoria también es
importante que el aislamiento para hilos metálicos monofilares
extruído tenga un espesor parejo. Esta propiedad se mide en términos
de la variación de diámetro o variación de capacitancia del hilo
metálico monofilar y/o la variación de presión de la extrusora
durante la producción del hilo metálico monofilar. Estas variaciones
deberían ser lo más pequeñas posible y las variaciones de
diámetro/capacitancia deberían ser como máximo de aproximadamente
3%, preferiblemente de aproximadamente 2% como máximo, y lo más
preferiblemente de aproximadamente 1% como máximo, mientras que la
variación de presión de la extrusora debería ser como máximo de
aproximadamente 2%, preferiblemente de aproximadamente 1% como
máximo, lo más preferiblemente, de 0,5%.
La estabilidad termo-oxidante se
mide por medio de un instrumento DSC en términos de tiempo de
inducción del oxígeno (OIT, Oxygen Induction Time) en
minutos, en un recipiente de aluminio a 200ºC a un rendimiento total
del O_{2} de 80 ml/min. Todas las muestras comparadas tienen el
mismo contenido de aditivos.
La resistencia a la fisuración por esfuerzo
ambiental (ESCR, Environmental Stress Cracking Resistance),
es decir, la resistencia del polímero a la formación de grietas por
la acción de esfuerzo mecánico y un reactivo en forma de
tensioactivo, se determina de acuerdo con la ASTM D 1693 A, siendo
el reactivo empleado Igepal CO-630 al 10%. Los
resultados se indican como el porcentaje de varillas de muestra
fisuradas después de un determinado tiempo en horas. F20 significa
por ejemplo, que el 20% de las varillas de la muestra estaban
agrietadas después del tiempo indicado. La presente invención
requiere una ESCR de al menos 500 horas, preferiblemente e al menos
2000 horas, es decir, de al menos 0/500, preferiblemente de
0/2000.
La "velocidad del flujo de fusión" (MFR,
Melt Flow Rate) se determina de acuerdo con la ISO 1133 y es
equivalente al término "índice de fusión" usado anteriormente.
La velocidad del flujo de fusión, que se indica en g/10 minutos, es
una indicación de la capacidad de fluir y por lo tanto, de la
procesabilidad del polímero. Cuanto mayor sea la velocidad del flujo
de fusión, menor será la viscosidad del polímero. La velocidad del
flujo de fusión se determina a 190ºC y a diferentes cargas, tales
como 2,1 kg (MFR_{2}; ISO 1133, condición D) o 21 kg (MFR_{21};
ISO 1133, condición G). La relación de velocidad de flujo es la
relación entre MFR_{22} y MFR_{2} y se representa como
FRR_{21/2}. La relación de velocidad de flujo FRR_{21/2} que es
indicativa de la distribución del peso molecular de la composición
es de al menos 60, preferiblemente 70-100 en la
presente invención.
Para facilitar aún más el entendimiento de la
invención, a continuación se proporcional algunos ejemplos
ilustrativos y no limitativos.
En una planta de polimerización que consiste en
dos reactores de fase gaseosa conectados en serie y que utiliza un
catalizador Ziegler-Natta, se polimerizaron dos
plásticos de etileno bimodales diferentes (más abajo denominados
Polímero A y Polímero B, respectivamente). Las polimerizaciones se
llevaron a cabo de manera tal que la fracción de polímero de alto
peso molecular se produjo en el primer reactor (R1) y la fracción de
polímero de bajo peso molecular se produjo en el segundo reactor
(R2). Como referencia, se usó un plástico convencional de etileno
unimodal (Ref.) para aislamiento de hilos metálicos monofilares.
Los datos de los materiales, tales como el flujo
de fusión, la densidad, la estabilidad
termo-oxidante y la ESCR se determinaron para el
Polímero A, B y Ref. Los resultados se proporcionan en la Tabla
1.
| * Valor del polímero del primer reactor | |
| * Porcentaje del polímero del primer reactor basado en el polímero final (también llamado "dividido"). |
Por los resultados de la Tabla 1 es evidente que
la composición aislante para hilos metálicos monofilares de la
invención (Polímero A y B) tiene una resistencia a la fisuración por
esfuerzo ambiental ampliamente mejorada, así como también, una
resistencia termo-oxidante superior.
Las procesabilidades de los polímeros en el
Ejemplo 1 (Polímero A, B y Ref.) se determinaron como se describiera
anteriormente, midiendo la velocidad de la extrusora (en rpm), la
variación de presión de la extrusora y la variación del diámetro del
hilo metálico monofilar producido. El hilo metálico monofilar tenía
un conductor de cobre macizo de 0,5 mm y el diámetro externo del
hilo metálico monofilar era de 0,98 mm. La velocidad de la línea fue
de 510 m/minutos y la temperatura de 240ºC. Los resultados se
muestran en la Tabla 2.
Por los resultados de la Tabla 2, es evidente que
el aislamiento del hilo metálico monofilar de la invención tiene una
mejora de la procesabilidad de aproximadamente 20% con relación a la
velocidad de la extrusora, que la variación de presión es
considerablemente menor y que la variación del diámetro es notable,
en comparación con la composición unimodal de referencia. La
ausencia de variaciones de diámetro es una mejora importante y
significa que el hilo metálico monofilar no exhibirá ninguna
variación no deseada de capacitancia debido a un aislamiento
desparejo.
Las propiedades mecánicas del Polímero B en el
Ejemplo 1 y del polímero de Referencia (Ref.) del Ejemplo 1 se
midieron en "dumbbells" (elemento de prueba en forma de
halterio) de acuerdo con la ISO 527-2, 1993/5A. Los
dumbbells estaban moldeados por compresión a partir de pelets de los
materiales en cuestión. Los dumbbells se envejecieron en un horno,
de acuerdo con la IEC 811-1-2, a
115ºC durante diversos períodos. Los resultados se presentan en la
Tabla 3.
Es evidente por la Tabla 3 que el Polímero B de
la presente invención tiene propiedades mecánicas sustancialmente
mejores en comparación con el polímero de referencia, tanto
inicialmente (no envejecido) como después de distintos períodos de
envejecimiento.
Los hilos metálicos monofilares también se
fabricaron de acuerdo con el Ejemplo 2 con el Polímero B y el
polímero de Referencia (Ref.) como la capa de aislamiento. De esta
manera, los hilos metálicos monofilares tenían un conductor macizo
de cobre de 0,5 rodeado por un aislamiento de 0,24 mm de espesor del
Polímero B y del polímero de Ref., respectivamente. Las propiedades
mecánicas, resistencia a la tracción en la rotura y elongación en la
rotura se midieron inicialmente (sin envejecimiento) y después de
dos meses de envejecimiento a 110ºC. La OIT se midió inicialmente
(sin envejecimiento) y después de 6 meses de envejecimiento a 110ºC.
Inmediatamente antes de medir las propiedades, el conductor de cobre
se retiró de los hilos metálicos monofilares y se midieron las
propiedades en el aislamiento remanente. Los resultados se muestran
en la Tabla 4.
Es evidente por la Tabla 4 que cuando se usa como
aislamiento de hilos metálicos monofilares, el Polímero B de la
presente invención, el mismo tiene propiedades sustancialmente
mejores en comparación con el polímero de referencia, tanto
inicialmente (sin envejecer) como después del envejecimiento. Según
se observa en la Tabla 4 comparada con la Tabla 3, los valores de la
resistencia a la tracción en la rotura y de elongación en la rotura
también aumentaron para el polímero de referencia cuando se lo usa
como un aislamiento de hilos metálicos monofilares. Esto puede
explicarse por el hecho de que cuando el polímero se usa como un
aislamiento de hilos metálicos monofilares se orienta durante la
extrusión y esta orientación del polímero implica una resistencia a
la tracción en la rotura mejorada y una elongación en la rotura
mejorada.
Claims (12)
1. Un cable aislado para comunicaciones,
caracterizado porque el aislamiento comprende una mezcla de
polímeros de olefina multimodales, obtenida por la polimerización de
al menos una \alpha-olefina en más de una etapa,
que tiene una densidad de aproximadamente
0,920-0,965 g/cm^{3}, una velocidad del flujo de
fusión (MFR_{2}) de aproximadamente 0,2-5 g/10
minutos, una FRR_{21/2} \geq60 y una resistencia a la fisuración
por esfuerzo ambiental (ESCR) de acuerdo con la ASTM D 1693 A/10%
Igepal, de al menos 500 horas, comprendiendo dicha mezcla de
polímeros de olefina al menos un primer y un segundo polímeros de
olefina, de los cuales el primero se selecciona entre: (a) un
polímero de olefina de bajo peso molecular (MW), con una densidad de
aproximadamente 0,925-0.975 g/cm^{3} y una
velocidad de flujo de fusión (MFR_{2}) de aproximadamente
300-20000 g/10 minutos, y (b) un polímero de olefina
de alto peso molecular (MW), con una densidad de aproximadamente
0,880-0,950 g/cm^{3} y una velocidad del flujo de
fusión (MFR_{21}) de aproximadamente 0,5-20 g/10
minutos.
2. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con la reivindicación 1, en el que la mezcla de polímeros de
olefina multimodales tiene una densidad de aproximadamente
0,925-0,955 g/cm^{3} y una MFR_{2} de
aproximadamente 0,5-2 g/10 minutos.
3. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el polímero de
olefina de bajo peso molecular tiene una densidad de aproximadamente
0,935-0,975 g/cm^{3} y una MFR_{2} de
aproximadamente 300-2000 g/10 minutos.
4. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el polímero de
olefina de alto peso molecular tiene una densidad de aproximadamente
0,910-0,950 g/cm^{3} y una MFR_{21} de
aproximadamente 0,7-10 g/10 minutos.
5. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-4, en el que la mezcla de polímeros de olefina es
una mezcla de plásticos de etileno.
6. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con la reivindicación 5, en el que la composición se ha
obtenido por la polimerización catalizada por coordinación en al
menos dos etapas del etileno y en al menos una etapa, un comonómero
de \alpha-olefina que tiene 3-12
átomos de carbono.
7. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con la reivindicación 6, en el que las etapas de
polimerización se han llevado a cabo como una polimerización en
suspensión, una polimerización en fase gaseosa o una combinación de
las mismas.
8. Un cable aislado para comunicaciones, de
acuerdo con la reivindicación 7, en el que la polimerización en
suspensión se ha llevado a cabo en un reactor con recirculación.
9. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con la reivindicación 8, en el que la polimerización se ha
llevado a cabo en un proceso con reactor con recirculación/reactor
de fase gaseosa en al menos un reactor con recirculación seguido por
al menos un reactor de fase gaseosa.
10. Un cable aislado para comunicaciones de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en
el que la densidad del polímero de baja densidad es como máximo 0,05
g/cm^{3} mayor que la del polímero de alto peso molecular.
11. Un hilo metálico monofilar que comprende un
conductor rodeado de un aislamiento, caracterizado porque el
aislamiento comprende una composición de acuerdo con una cualquiera
de las reivindicaciones 1-10.
12. Un cable para telecomunicaciones que
comprende una pluralidad de hilos metálicos monofilares, cada uno de
los cuales comprende un conductor rodeado por un aislamiento,
hallándose rodeada a su vez dicha pluralidad de hilos metálicos
monofilares por una vaina, caracterizado porque el
aislamiento de los hilos metálicos monofilares comprende una
composición de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-10.
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