JP2018172688A

JP2018172688A - 電圧安定化ポリマー組成物

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Publication number: JP2018172688A
Application number: JP2018117380A
Authority: JP
Inventors: ヴィヴェック・トマー; Tomer Vivek; ティモシー・ジェイ・パーソン; J Person Timothy; ディーン・エム・ウェルシュ; M Welsh Dean; マーク・ティー・バーニウス; T Bernius Mark
Original assignee: Dow Global Technologies LLC
Current assignee: Dow Global Technologies LLC
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2018-06-20
Publication date: 2018-11-08
Anticipated expiration: 2034-06-17
Also published as: EP3013896A1; MX2015016919A; CA2915044C; CN105283498B; JP2016523312A; KR20160040523A; JP6475706B2; KR102236518B1; BR112015030630A2; US20160096950A1; EP3013896B1; TW201504309A; CA2915044A1; KR20200090978A; CN105283498A; KR102281536B1; JP6637549B2; TWI655234B; WO2014209661A1

Abstract

【課題】改善された電気絶縁破壊強度を有するポリマー組成物を提供する。【解決手段】ポリマー組成物は、ポリ−α−オレフィン、ならびに少なくとも１つの芳香環及び１〜２つのカルボキシルアルキルエステル置換基を含む有機カルボキシルエステルを含む電圧安定化剤（ｖｏｌｔａｇｅ−ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇａｇｅｎｔ）を含む。代替的に、電圧安定化剤は、トリオクチルトリメリテートを含み得る。本発明のポリマー組成物は、電力ケーブルの絶縁層及び／または遮蔽層として適用される場合、改善された電気絶縁破壊強度を呈する。【選択図】図１

Description

関連出願の相互参照
本願は、２０１３年６月２６日に出願された米国仮出願第６１／８３９，４２２号の利
益を主張する。

典型的な電力ケーブルは、１層以上のポリマー材料によって包囲されるケーブルコアに
１つ以上の導体を含む。中圧（６〜３６ｋＶ）、高圧（３６ｋＶ超）、超高圧（２２０ｋ
Ｖ超）ケーブルは、典型的には、内部半導電層、続いて絶縁層、次いで外部半導電層、及
び最外層（またはシース）によって包囲されたコアを含む。

ケーブルシステムの負荷容量は、一部、導体から離れる熱移動によって制限される。ポ
リエチレンなどのポリ−α−オレフィンは、絶縁層及び／または半導電層に頻繁に利用さ
れる。ポリエチレンは、低誘電率及び比較的高い電気絶縁破壊強度を有する。

電力ケーブルの絶縁層の電気絶縁破壊強度を増大させるポリオレフィン組成物用の電圧
安定化剤（ｖｏｌｔａｇｅ−ｓｔａｂｉｌｉｚｉｎｇａｇｅｎｔ）が既知である。しか
しながら、従来の電圧安定化剤（多環式芳香族のファミリー、例えば、アセンなど）は、
ポリ−α−オレフィンとの相溶性が乏しい。当該技術分野は、（ｉ）ケーブル絶縁材料の
電気絶縁破壊強度を増大させる、（ｉｉ）既存のケーブル設計による信頼性を高める、及
び／または（ｉｉｉ）増加したエネルギー量を送達することができる高負荷設計を提供す
るために、ポリ−α−オレフィンと相溶性がある電圧安定化剤に対する継続的な必要性を
認識している。

一実施形態は、ポリマー組成物であり、
ポリ−α−オレフィンポリマーと、
少なくとも１つの芳香環及び１〜２つのカルボキシルアルキルエステル置換基を含む有
機カルボキシルエステルと、を含む。

別の実施形態は、被覆導体であり、
導体と、
誘電性絶縁層であって、
ポリ−α−オレフィンポリマー、及び
トリオクチルトリメリテートを含む、誘電性絶縁層とを含み、
該トリオクチルトリメリテートは、該ポリ−α−オレフィンポリマー及び該トリオクチ
ルトリメリテートの合計重量に基づき、０．１〜１重量パーセントの範囲の濃度で存在す
る。

本開示の実施形態による電力ケーブルの斜視図である。

本発明は、ポリマー組成物を提供する。ポリマー組成物は、（ｉ）ポリマー成分、（ｉ
ｉ）電圧安定化剤、及び（ｉｉｉ）任意に、他の添加剤を含む。本開示は、そのようなポ
リマー組成物を含む被覆導体をさらに提供する。

ポリマー成分
本明細書において有用なポリマー成分は、ポリ−α−オレフィンポリマーを含む。好適
なポリ−α−オレフィンの非限定的な例は、ホモポリマー及び１つ以上のＣ_２−Ｃ_２０（
すなわち、２〜２０個の炭素原子）α−オレフィンを含むコポリマーである。本開示の目
的において、エチレンは、α−オレフィンとみなされる。好適なα−オレフィンの非限定
的な例としては、エチレン、プロピレン、イソブチレン、１−ブテン、１−ペンテン、１
−ヘキセン、４−メチル−１−ペンテン、及び１−オクテンが挙げられる。好適なポリ−
α−オレフィンの非限定的な例としては、エチレン系ポリマー、プロピレン系ポリマー、
及びこれらの組み合わせが挙げられる。「エチレン系ポリマー」または「ポリエチレン」
、及び同様の用語は、エチレンに由来する少なくとも５０モルパーセント（ｍｏｌ％）単
位を含むポリマーである。「プロピレン系ポリマー」または「ポリプロピレン」、及び同
様の用語は、プロピレンに由来する少なくとも５０ｍｏｌ％単位を含むポリマーである。

ある実施形態では、ポリマー成分は、エチレン系ポリマーである。エチレン系ポリマー
は、エチレンホモポリマーまたはエチレン／α−オレフィンインターポリマーであってよ
い。α−オレフィン含量は、インターポリマーの重量に基づき、約５、約１０、約１５、
約２０、または約２５重量パーセント（「重量％」）〜５０未満、約４５未満、約４０未
満、または約３５重量％未満であってよい。α−オレフィン含量は、Ｒａｎｄａｌｌ（Ｒ
ｅｖ．Ｍａｃｒｏｍｏｌ．Ｃｈｅｍ．Ｐｈｙｓ．，Ｃ２９（２＆３））に記載される手順
を使用して、^１３Ｃ核磁気共鳴（ＮＭＲ）分光法により測定される。一般に、インターポ
リマーのα−オレフィン含量が大きいほど、密度は低く、インターポリマーはより非晶質
であり、これは、以下に記載されるように、保護絶縁層の望ましい物理的及び化学的性質
に変わり得る。

様々な実施形態では、エチレン／α−オレフィンインターポリマーにおけるα−オレフ
ィンは、任意のＣ_３−２０直鎖状、分枝状、または環状α−オレフィンであってよい。好
適なＣ_３−２０α−オレフィンの非限定的な例としては、プロペン、１−ブテン、４−メ
チル−１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、１−デセン、１−ドデセン、１−テ
トラデセン、１−ヘキサデセン、及び１−オクタデセンが挙げられる。α−オレフィンは
、シクロヘキサンまたはシクロペンタンなどの環状構造を有する、または含むこともでき
、３−シクロヘキシル−１−プロペン（アリルシクロヘキサン）及びビニルシクロヘキサ
ンなどのα−オレフィンをもたらす。本用語の古典的な意味ではα−オレフィンではない
が、本開示の目的において、ノルボルネン及び関連オレフィンなどのある特定の環状オレ
フィン、具体的には、５−エチリデン−２−ノルボルネンはα−オレフィンであり、上述
のα−オレフィンのいくつかまたは全ての代わりに使用され得る。同様に、スチレン及び
その関連オレフィン（例えば、α−メチルスチレン等）は、本開示の目的においてα−オ
レフィンである。

好適なエチレン系ポリマーの非限定的な例としては、以下のコポリマー：エチレン／プ
ロピレン、エチレン／ブテン、エチレン／１−ヘキセン、エチレン／１−オクテン、エチ
レン／スチレン、エチレン／酢酸ビニル、エチレン／プロピオン酸ビニル、エチレン／イ
ソ酪酸ビニル、エチレン／ビニルアルコール、エチレン／アクリル酸メチル、エチレン／
アクリル酸エチル、エチレン／メタクリル酸エチル、エチレン／アクリル酸ブチルコポリ
マー（「ＥＢＡ」）、エチレン／アリルベンゼン、エチレン／アリルエーテル、及びエチ
レン／アクロレイン、ならびにエチレン／プロピレン（「ＥＰＲ」）ゴムが挙げられる。

好適なターポリマーの非限定的な例としては、エチレン／プロピレン／１−オクテン、
エチレン／プロピレン／ブテン、エチレン／ブテン／１−オクテン、エチレン／プロピレ
ン／ジエンモノマー（「ＥＰＤＭ」）、及びエチレン／ブテン／スチレンが挙げられる。
コポリマー／インターポリマーは、ランダムまたはブロック状であってよい。

様々な実施形態では、エチレン系ポリマーは、単独で、またはエチレン系ポリマーの１
つ以上の他の種類との組み合わせ（例えば、モノマー組成及び含量、調製の触媒方法等に
より互いに異なる２つ以上のエチレン系ポリマーのブレンド）で使用され得る。エチレン
系ポリマーのブレンドが採用される場合、ポリマーは、任意の反応器内プロセスまたは反
応器後プロセスによってブレンドされ得る。

ある実施形態では、エチレン系ポリマーは、低密度ポリエチレン（「ＬＤＰＥ」）であ
ってよい。ＬＤＰＥは一般に、高度に分枝状のエチレンホモポリマーであり、高圧プロセ
ス（すなわち、ＨＰ−ＬＤＰＥ）を介して調製され得る。本明細書での使用に好適なＬＤ
ＰＥは、０．９１〜０．９４ｇ／ｃｍ^３の範囲の密度を有し得る。様々な実施形態では、
エチレン系ポリマーは、少なくとも０．９１５ｇ／ｃｍ^３であるが、０．９４ｇ／ｃｍ^３
未満、または０．９３ｇ／ｃｍ^３未満の密度を有する高圧ＬＤＰＥである。本明細書で提
供されるポリマー密度は、ＡＳＴＭインターナショナル（「ＡＳＴＭ」）法Ｄ７９２に従
って決定される。本明細書での使用に好適なＬＤＰＥは、２０ｇ／１０分未満、または０
．１〜１０ｇ／１０分、０．５〜５ｇ／１０分、１〜３ｇ／１０分の範囲のメルトインデ
ックス（Ｉ_２）、または２ｇ／１０分のＩ_２を有し得る。本明細書で提供されるメルトイ
ンデックスは、ＡＳＴＭ法Ｄ１２３８に従って決定される。特に記載されない限り、メル
トインデックスは、１９０℃及び２．１６Ｋｇ（すなわち、Ｉ_２）で決定される。一般に
、ＬＤＰＥは、比較的高い多分散指数（「ＰＤＩ」、すなわち、重量平均分子量に対する
数平均分子量の割合）をもたらす広範な分子量分布（「ＭＷＤ」）を有する。

ある実施形態では、エチレン系ポリマーは、直鎖状低密度ポリエチレン（「ＬＬＤＰＥ
」）であってよい。ＬＬＤＰＥは一般に、コモノマー（例えば、α−オレフィンモノマー
）の不均質分布を有するエチレン系ポリマーであり、短鎖分枝状を特徴とする。例えば、
ＬＬＤＰＥは、上述のものなど、エチレン及びα−オレフィンモノマーのコポリマーであ
ってよい。本明細書での使用に好適なＬＬＤＰＥは、０．９１６〜０．９２５ｇ／ｃｍ^３
の範囲の密度を有し得る。本明細書での使用に好適なＬＬＤＰＥは、１〜２０ｇ／１０分
、または３〜８ｇ／１０分の範囲のメルトインデックス（Ｉ_２）を有し得る。

ある実施形態では、エチレン系ポリマーは、非常に低密度のポリエチレン（「ＶＬＤＰ
Ｅ」）であってよい。ＶＬＤＰＥは、当該技術分野において超低密度ポリエチレンまたは
ＵＬＤＰＥとしても知られ得る。ＶＬＤＰＥは一般に、コモノマー（例えば、α−オレフ
ィンモノマー）の不均質分布を有するエチレン系ポリマーであり、短鎖分枝状を特徴とす
る。例えば、ＶＬＤＰＥは、上述のこれらのα−オレフィンモノマーのうちの１つ以上な
ど、エチレン及びα−オレフィンモノマーのコポリマーであってよい。本明細書での使用
に好適なＶＬＤＰＥは、０．８７〜０．９１５ｇ／ｃｍ^３の範囲の密度を有し得る。本明
細書での使用に好適なＶＬＤＰＥは、０．１〜２０ｇ／１０分、または０．３〜５ｇ／１
０分の範囲のメルトインデックス（Ｉ_２）を有し得る。

ある実施形態では、エチレン系ポリマーは、高密度ポリエチレン（「ＨＤＰＥ」）であ
ってよい。ＨＤＰＥは、０．９４０ｇ／ｃｍ^３よりも大きい密度を有するエチレン系ポリ
マーである。ある実施形態では、ＨＤＰＥは、ＡＳＴＭＤ−７９２に従って決定される
、０．９４５〜０．９７ｇ／ｃｍ^３の密度を有する。ＨＤＰＥは、少なくとも１３０℃、
または１３２〜１３４℃のピーク融解温度を有し得る。ＨＤＰＥは、ＡＳＴＭＤ−１２
３８（１９０℃／２．１６ｋｇ）に従って決定される、０．１ｇ／１０分、もしくは０．
２ｇ／１０分、もしくは０．３ｇ／１０分、もしくは０．４ｇ／１０分、最大５．０ｇ／
１０分、または４．０ｇ／１０分、もしくは３．０ｇ／１０分、もしくは２．０ｇ／１０
分、もしくは１．０ｇ／１０分、もしくは０．５ｇ／１０分の範囲のメルトインデックス
（Ｉ_２）を有し得る。また、ＨＤＰＥは、ゲル透過クロマトグラフィーにより決定される
、１．０〜３０．０の範囲、または２．０〜１５．０の範囲のＰＤＩを有し得る。

ある実施形態では、エチレン系ポリマーは、上述のエチレン系ポリマーの任意の２つ以
上の組み合わせを含み得る。

エチレン系ポリマーを調製するために使用される製造プロセスは、幅広く、多種多様で
あり、当該技術分野において既知である。上述の性質を有するエチレン系ポリマーを製造
するための任意の従来の、または今後開発される製造プロセスは、本明細書に記載される
エチレン系ポリマーを調製するために採用され得る。一般に、重合は、Ｚｉｅｇｌｅｒ−
ＮａｔｔａまたはＫａｍｉｎｓｋｙ−Ｓｉｎｎ型の重合反応に関して当該技術分野におい
て既知の条件、つまり、０〜２５０℃、または３０もしくは２００℃の温度、及び大気〜
１０，０００気圧（１，０１３メガパスカル（「ＭＰａ」））の圧力で達成され得る。大
半の重合反応において、採用される触媒に対する重合可能化合物のモル比は、１０−１２
：１〜１０−１：１、または１０−９：１〜１０−５：１である。

市販のエチレン系ポリマーの非限定的な例としては、ＴｈｅＤｏｗＣｈｅｍｉｃａ
ｌＣｏｍｐａｎｙ社製のＦＬＥＸＯＭＥＲ（登録商標）エチレン／１−ヘキセンポリエ
チレン（ＶＬＤＰＥ）、ＭｉｔｓｕｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓＣｏｍｐａｎｙ
ＬｉｍｉｔｅｄのＴＡＦＭＥＲ（登録商標）、及びＥｘｘｏｎＣｈｅｍｉｃａｌＣ
ｏｍｐａｎｙのＥＸＡＣＴ（登録商標）（均一に分枝状、直鎖状のエチレン／α−オレフ
ィンコポリマー）、ＴｈｅＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙから入手可能な
ＡＦＦＩＮＩＴＹ（登録商標）及びＥＮＧＡＧＥ（登録商標）ポリエチレン（均一に分枝
状、実質的に直鎖状のエチレン／α−オレフィンポリマー）、ならびにＴｈｅＤｏｗ
ＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｍｐａｎｙから入手可能なＩＮＦＵＳＥ（登録商標）ポリエチレ
ン（オレフィンブロックコポリマー）が挙げられる。

様々な実施形態では、ポリ−α−オレフィンは、架橋され得る。架橋されたポリ−α−
オレフィンを使用することが望ましい場合、架橋は、以下の非限定的な手順：遊離ラジカ
ル架橋（例えば、ペルオキシド架橋）、放射線架橋（例えば、電子促進器、ガンマ線、Ｘ
線、マイクロ波等の高エネルギー放射線）、熱架橋、及び／または湿分硬化架橋（例えば
、シラングラフト）のうちの１つ以上により達成され得る。

電圧安定化剤
ポリマー成分に加えて、ポリマー組成物は、電圧安定化剤（「ＶＳＡ」）も含む。本明
細書で使用される「電圧安定化剤」は、電界に曝されると、ポリマー材料に対する損傷を
低減する化合物である。理論に拘束されることは望まないが、ＶＳＡは、絶縁材料におけ
る電気トリーを阻害するため、ないしは別の方法で、高局所磁場（欠損または汚染物質の
付近）の有効なスクリーニングを提供し、それによりポリオレフィンに損傷を与える可能
性がある注入電子のエネルギー及び／または周波数を低減するために、電子を捕捉または
不活性化する可能性があると考えられている。ＶＳＡをポリマー成分とブレンドすること
により、トリーを阻害するか、ないしは別の方法で遅延させる。特定の理論により拘束さ
れないが、ＶＳＡは、ポリマー成分における欠損を充填及び／または包囲すると考えられ
、欠損はトリー発生点である。欠損は、ポリマー成分中に存在する空隙及び／または不純
物を含む。

様々な実施形態では、本開示のＶＳＡは、少なくとも１つの芳香環及び１〜２つのカル
ボキシルアルキルエステル置換基を含む有機カルボキシルエステルを含む。ＶＳＡの芳香
族成分は、単環式（例えば、ベンゼン）または多環式（例えば、ナフタレン、アントラセ
ン）であってよく、任意にヘテロ原子（例えば、フラン、ピリジン）を含み得る。２つの
カルボキシルエステル置換基を含む多環式芳香族成分が採用される場合、エステル基は、
同一または異なる芳香環上に位置し得る。１つ以上の実施形態では、ＶＳＡの芳香族成分
は、単環式である。さらに、ある特定の実施形態では、ＶＳＡの芳香族成分は、ベンゼン
環である。様々な実施形態では、有機カルボキシルエステルは、以下の構造：

のうちのいずれかを有し得、式中、Ｒ^１及びＲ^２は、独立したアルキル部分である。本
明細書で使用される、用語「アルキル」は、水素原子を非芳香族炭化水素から除去するこ
とにより形成された一価の基（例えば、エチル）を指す。ある実施形態では、Ｒ^１及びＲ
^２の各々は、独立して、Ｃ_１〜Ｃ_２０、Ｃ_６〜Ｃ_１２、Ｃ_６〜Ｃ_１０、またはＣ_８〜Ｃ_９
アルキル部分である。様々な実施形態では、Ｒ^１及びＲ^２は、同一または異なる数の炭素
原子を有し得る。様々な実施形態では、Ｒ^１及びＲ^２は、同一のアルキル基である。Ｒ^１
及びＲ^２での使用に好適なアルキル基の非限定的な例としては、メチル、エチル、１−プ
ロピル、２−プロピル、１−ブチル、イソブチル、ｔ−ブチル、ペンチル、ヘキシル、オ
クチル、ノニル、またはこれらの２つ以上の組み合わせが挙げられる。様々な実施形態で
は、Ｒ^１及びＲ^２の各々のアルキル基は、オクチル基またはノニル基である。

さらに、Ｒ^１及び／またはＲ^２は、ポリマー鎖に連結され得る。例えば、Ｒ^１及び／ま
たはＲ^２の前駆体は、エチレンとの共重合、またはポリエチレンとの架橋もしくはグラフ
トに関与し得るビニル基を含んでいる場合がある。あるいは、Ｒ^１及びＲ^２は、ポリエチ
レン鎖を表す場合があり、この場合、エステルは、ポリエチレン鎖上のヒドロキシル基の
、カルボン酸またはエステルとの反応により形成され、ポリマー結合エステルの形成をも
たらす。以下に記載される実施例に示される観察された絶縁破壊強度において同様のまた
は明白な利益を達成するために、同様のアプローチがトリエステルを用いても利用するこ
とができる。

様々な実施形態では、有機カルボキシルエステルは、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジ
ノニル、安息香酸ヘキシル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択される。代替の
実施形態では、ＶＳＡは、トリオクチルトリメリテートを含み得る。ある実施形態では、
ポリマー組成物は、ポリ−α−オレフィンポリマー及び有機カルボキシルエステルの合計
重量に基づき、約０．１重量％、約０．２重量％、または約０．５重量％〜最大約２重量
％、約１．５重量％、もしくは約１重量％のＶＳＡを含む。

前段のＶＳＡは、予想外に、本発明のポリマー組成物を含む絶縁層における交流（「Ａ
Ｃ」）絶縁破壊強度を改善する。ＡＣ絶縁破壊強度における改善は、以下に記載される実
施例に示される増加したＡＣ絶縁破壊強度において見ることができる。絶縁破壊強度にお
けるそのような改善は、直交（「ＤＣ」）用途においても評価され、そのようなＶＳＡの
利益は、ＤＣ用途においても予想される。

さらに、本発明のＶＳＡは、ポリオレフィンマトリックスにおいて良好な溶解性及び低
移動傾向を呈する。本発明のＶＳＡは、ポリマー組成物の他の成分と共に、特に架橋剤に
有効に利用され得る。

様々な実施形態では、上記のＶＳＡのうちの１つ以上を含むポリマー組成物は、少なく
とも２，２００ｋＶ／ｍｍ、少なくとも２，３００ｋＶ／ｍｍ、または少なくとも２，４
００ｋＶ／ｍｍ、及び最大３，０００ｋＶ／ｍｍ、２，９００ｋＶ／ｍｍ、または２８５
０ｋＶ／ｍｍのＡＣ絶縁破壊強度を有し得る。ＡＣ絶縁破壊強度は、以下の試験方法の項
で提供される手順に従って決定される。

ある実施形態では、上記のＶＳＡのうちの１つ以上を含むポリマー組成物は、同じ組成
物を有するがＶＳＡを欠く比較ポリマー組成物よりも少なくとも５％、少なくとも１０％
、少なくとも１５％、少なくとも２０％、または少なくとも２５％大きいＡＣ絶縁破壊強
度を有し得る。ある実施形態では、上記のＶＳＡのうちの１つ以上を含むポリマー組成物
は、同じ組成を有するがＶＳＡを欠く比較ポリマー組成物よりも１０％〜４０％、または
１５％〜３５％大きい範囲であるＡＣ絶縁破壊強度を有し得る。

添加剤
前段のポリマー組成物のいずれも任意に１つ以上の添加剤を含み得る。好適な添加剤の
非限定的な例としては、抗酸化剤、安定剤、加工助剤、スコーチ防止剤、及び／または架
橋ブースターが挙げられる。抗酸化剤としては、立体障害型または半障害型フェノール、
芳香族アミン、脂肪族立体障害型アミン、有機亜リン酸塩、チオ化合物、及びこれらの混
合物を挙げることができる。典型的な架橋ブースターは、ビニル基またはアリル基を有す
る化合物、例えば、トリアリルシアヌレート、トリアリルイソシアヌレート、及びジ−、
トリ−、またはテトラ−アクリレートを含み得る。さらなる添加剤としては、難燃添加剤
、酸掃酸剤、無機充填剤、水トリー遅延剤、及び他の電圧安定化剤を挙げることができる
。

本明細書で使用される、「スコーチ防止剤」は、該スコーチ防止剤なしで押出された同
じポリマー組成物と比較した場合、使用される典型的な押出温度でのポリマー組成物の押
出中の早期架橋（すなわち、「スコーチ」）を低減する化合物である。スコーチの防止性
質に加え、スコーチ防止剤は、同時に、増強のようなさらなる効果をもたらし得る（すな
わち、架橋ステップ中の架橋性能を強化する）。

ポリマー組成物は、本明細書に開示される２つ以上の実施形態を含み得る。

被覆導体
本開示は、本発明のポリマー組成物を含む物品を提供する。ある実施形態では、物品は
、導体と、導体上の被覆とを含む。これは、被覆導体を形成する。導体は、単一ケーブル
であり得るか、または一緒に束ねられた複数のケーブルであり得る（すなわち、ケーブル
コアまたはコア）。被覆導体は、可撓性、半剛性、または剛性であってよい。好適な被覆
導体の非限定的な例としては、消費者電子機器用の可撓性配線、電力ケーブル、携帯電話
及び／またはコンピュータ用の電力充電器線、コンピュータデータコード、電源コード、
家庭電化製品の配線材料、及び消費者電子付属品コードなどの可撓性配線を含む。

導体上に位置する被覆は、絶縁層及び／または遮蔽層及び／または半導電層などの１つ
以上の内部層であってよい。被覆は、１つ以上の外層（複数可）（「ジャケット」または
「シース」とも称される）も含み得る。被覆は、本明細書に開示される本発明のポリマー
組成物のいずれかを含む。本明細書で使用される、「上（ｏｎ）」は、被覆（または層）
と導体との間の直接的接触または間接的接触を含む。「直接的接触」は、被覆が導体にす
ぐ隣接して接触し、被覆と導体との間に位置する介在層（複数可）及び／または介在材料
（複数可）がない構成である。「間接的接触」は、介在層（複数可）及び／または介在構
造（複数可）もしくは材料（複数可）が導体と被覆との間に位置する構成である。被覆は
、完全にまたは部分的に覆われるか、ないしは別の方法で導体を包囲または収納する。被
覆は、導体を包囲する単独成分であってよい。代替的に、被覆は、導体を収納する１層の
多層構造、ジャケット、またはシースであってよい。

ある実施形態では、被覆導体が提供され、導体、内部層、及び最外不透明層（またはシ
ース）を含む。最外不透明層は、露出層または周囲環境と接触する層である。内部層は、
導体と最外層との間に位置する。換言すれば、内部層は、周囲環境に露出されない、及び
／または太陽光に露出されない。内部層は、ポリオレフィン及び上記に開示されるＶＳＡ
を含むポリマー組成物を含む。ＶＳＡは、本明細書に開示される有機カルボキシルエステ
ルのうちの任意の１つ以上であってよい。

ある実施形態では、内部層（ポリオレフィン及びＶＳＡを含む）は、太陽光に露出され
る層（複数可）を除く。

ある実施形態では、内部層のポリマー組成物は、ポリエチレンを含む。

ある実施形態では、内部層のポリマー組成物は、架橋されたポリエチレンを含む。

ある実施形態では、被覆導体は、１ｋＶよりも大きい、または６ｋＶ超〜３６ｋＶ（中
圧）、または３６ｋＶよりも大きい（高圧）、または２２０ｋＶよりも大きい（超高圧）
電圧で作動する電力ケーブルである。

図１は、金属導体１２、内部遮蔽層１４、絶縁層１６、外部遮蔽層１８、巻線または導
電バンドの金属スクリーン２０、及び最外層２２（シースとしても知られる）を含む絶縁
された電力ケーブル１０（すなわち、被覆導体）を示す。最外層２２は不透明である。

ある実施形態では、内部遮蔽層１４及び／または絶縁層１６及び／または外部遮蔽層１
８は、ポリ−α−オレフィン（例えば、ポリエチレン）及び上述のＶＳＡのうちの１つ以
上を含むポリマー組成物から構成される。換言すれば、内層は、絶縁層及び／または遮蔽
層であってよく、そのうちの１つまたは両方は、本発明のポリマー組成物を含む。

本発明の被覆導体は、本明細書に開示される２つ以上の実施形態を含み得る。

定義
絶縁体の「ＡＣ絶縁破壊強度」は、絶縁体の一部分が電気的に導電性になる最小電圧で
あり、以下の試験方法の項に提供される手順に従って測定される。

「ケーブル」及び同等の用語は、保護絶縁材、ジャケット、またはシース内の少なくと
も１本の線、または光ファイバである。典型的には、ケーブルとは、典型的には、通常の
保護絶縁材、ジャケット、またはシース内に一緒に束ねられた２本以上の線または光ファ
イバである。ジャケットの内側の個々の線またはファイバは、裸であるか、被覆されるか
、または絶縁され得る。結合ケーブルは、電線及び光ファイバの両方を含み得る。ケーブ
ル等は、低圧、中圧、または高圧用途用に設計され得る。典型的なケーブル設計は、米国
特許第５，２４６，７８３号、同第６，４９６，６２９号、及び同第６，７１４，７０７
号に図示される。

「組成物」及び同様の用語は、２つ以上の成分の混合物またはブレンドを意味する。本
明細書で使用される、用語「組成物」は、組成物を含む材料の混合物、ならびに組成物の
材料から形成された反応生成物及び分解生成物を含む。

用語「含む」及びその派生語は、任意の追加の成分、ステップ、または手順が本明細書
において開示されるか否かに関わらず、これらの存在を除外することが意図されない。あ
らゆる疑念を回避するために、用語「含む」の使用を通して本明細書において主張される
全ての組成物は、特に反対のことが明記されない限り、ポリマーであるか、否かに関わら
ず、任意の追加の添加物、アジュバント、または化合物を含み得る。対照的に、用語「本
質的に〜からなる」は、動作性に必須ではないものを除き、任意の他の成分、ステップ、
または手順を任意の後続の列挙の範囲から除外する。用語「〜からなる」は、具体的に記
述または列記されない任意の成分、ステップ、または手順を除外する。特に記載されない
限り、用語「または」は、個々にならびに任意の組み合わせで列記される構成員を指す。

「導体」は、任意の電圧（ＤＣ、ＡＣ、または一過性）でエネルギーを移動させるため
の細長い形状（線、ケーブル、ファイバ）の要素である。導体は、典型的には、少なくと
も１本の金属線または少なくとも１本の金属ケーブル（アルミニウムまたは銅など）であ
るが、光ファイバを含み得る。

「架橋された」、「硬化」、及び同様の用語は、物品に成形される前及び成形された後
のポリマーが架橋を誘発する処理を受けたか、もしくはそれに曝され、９０重量パーセン
ト以下（すなわち、１０重量パーセント以上のゲル含量）のキシレンまたはデカレン（ｄ
ｅｃａｌｅｎｅ）抽出物を有することを意味する。

「絶縁層」は、１０^１０ｏｈｍ−ｃｍよりも大きい、または１０^１２ｏｈｍ−ｃｍより
も大きい体積抵抗率を有する層である。

本明細書で使用される「層」は、導体を包囲するポリマー系層、例えば、電気的絶縁層
、半導電層、シース、保護層、水遮断層、または組み合わせ機能を担う層、例えば、導電
性充填剤で充填された保護層である。

用語「中圧」は一般に、６ｋＶ〜約３６ｋＶの電圧を意味し、一方、「高圧」は、３６
ｋＶよりも高い電圧を意味し、「超高圧」は一般に、２２０ｋＶよりも大きい電圧を意味
する。当業者は、これらの一般的な電圧範囲が米国外では異なり得ることを理解する。

本明細書で使用される、用語「不透明」は、少なくとも自然光（すなわち、太陽光）を
遮断する材料である。換言すれば、不透明材料は、約２５０ｎｍ〜約８００ｎｍの波長を
有する光エネルギーに不透過性である。

用語「ポリマー」は、同一または異なる種類のモノマーを重合することにより調製され
た高分子化合物である。「ポリマー」は、ホモポリマー、コポリマー、ターポリマー、イ
ンターポリマーなどを含む。用語「インターポリマー」は、少なくとも２種類のモノマー
またはコモノマーの重合により調製されたポリマーである。これは、コポリマー（通常、
２つの異なる種類のモノマーまたはコモノマーから調製されたポリマーを指す、ターポリ
マー（通常、３つの異なる種類のモノマーまたはコモノマーから調製されたポリマーを指
す）、テトラポリマー（通常、４つの異なる種類のモノマーまたはコモノマーから調製さ
れたポリマーを指す）などを含むが、これらに限定されない。

「遮蔽層」は、半導電性または抵抗性であってよい。半導電性質を有する遮蔽層は、９
０℃で測定された場合、１０００Ω−ｍ未満、または５００Ω−ｍ未満の体積抵抗値を有
する。抵抗性質を有する遮蔽層は、半導電層よりも大きい体積抵抗値を有する。抵抗性質
を有する遮蔽層は、典型的には、約１０よりも大きい誘電定数を有する。

試験方法
ＡＣ絶縁破壊強度測定
ＡＣ絶縁破壊強度測定は、先端半径が１μｍ（直径０．５ｍｍ、長さ１．５インチ）で
あり、大きい平坦な銅板を備える針を利用する機器を用いて行われる。各試験において、
最大１５ｋＶの利用可能な電圧までの適用電圧で、または絶縁破壊が検出されるまで増加
する階段式ステップランプ法（ｓｔａｉｒｃａｓｅｓｔｅｐｒａｍｐｍｅｔｈｏｄ
）（３０分ごとに１ｋＶ）が使用される。「絶縁破壊」は、電源によって読み取られる電
圧が設定値の１０％を下回って急に降下する点として定義される。このＡＣ絶縁破壊試験
手順は、ＡＳＴＭＤ３７５６−９７（ＡＣ試験）に非常に類似する。ＡＣ絶縁破壊強度
は、試料が厚さに対して正規化されない電圧である。ＡＳＴＭ法は、適切な標準偏差に関
して試料当たり５回の測定を提案しているが、初期の試験は、およそ１０回以上の試験が
実施されるまで標準偏差が等しくならない一方で、標準誤差はさらに降下し続けることを
明らかにした。標準誤差と時間との間の妥協案として、各試料に関して１０回の測定が行
われ、材料のＡＣ絶縁破壊強度として平均値が提供される。Ｅ_ＢＤ（針の先端の絶縁破壊
電界）の値は、以下の方程式を用いて計算される：

式中、Ｖ_ＢＤは、観察された絶縁破壊電圧であり、ｒは、針先端半径（ｒ＝１μｍ）で
あり、ｄは、針先端から平坦な電極までの距離（ｄ＝２ｍｍ）である。データは、特性絶
縁破壊強度値を計算するために２パラメータワイブル故障分布モデルを使用して適合され
る。

ケーブル絶縁破壊測定
ＩＣＥＡＳ−９４−６４９−２００４基準に列記される高圧時間試験手順に従い、製
造されたケーブルが試験される。

試料調製
ポリエチレン（「ＰＥ」）（密度：０．９２ｇ／ｃｃ；メルトインデックス（Ｉ_２）：
２．０ｇ／１０分）は、適切な取り込みを確実にするために、電圧安定化添加剤が２００
℃の標的混合温度及び６０ｒｐｍで１０分間ポリエチレンに溶融混錬された後、Ｂｒａｂ
ｅｎｄｅｒ混合ボウル中で溶融フラックスされる。材料は、その後、混合ボウルから取り
出され、電気性質評価のために、４インチ×４インチ×０．２５インチのスラブに圧縮成
形される（２００℃で５分間、５，０００ｌｂ、次いで、２００℃で５分間、１２，００
０ｌｂで押圧、次いで、２００℃で５分間、２０，０００ｌｂに押圧）。

１インチの正方形の試験片をスラブから打ち抜き、主軸のうちの１つに沿って０．５イ
ンチの深さに予め穿設される。タングステン針（１μｍの先端半径）が予め穿設された穴
の中に挿入され、高温での挿入を完了するためにジグ内に設置される。ジグ全体は、１０
５℃で１時間、空気循環炉内で調整され、その後、針は、１０５℃の炉内に維持されなが
ら、５分ごとに約１ｍｍの速度で軟化したポリマー内に前進する。針は、約２ｍｍの点平
面距離をもたらす停止部まで前進される。

実施例１〜５及び比較試料Ａ
実施例１は、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉ
ｓ，ＭＯ，ＵＳＡから市販されている０．５重量％のジ−ｎ−フタル酸オクチルを含むＬ
ＤＰＥである。この実施例に採用されたＬＤＰＥは、ＴｈｅＤｏｗＣｈｅｍｉｃａｌ
Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｍｉｄｌａｎｄ，ＭＩ，ＵＳＡのＬＤＰＥＤＸＭ−４４６である。

実施例２は、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉ
ｓ，ＭＯ，ＵＳＡから市販されている０．５重量％のフタル酸ジノニルを含むＬＤＰＥで
ある。この実施例に採用されたＬＤＰＥは、実施例１に記載されるものと同じである。

実施例３は、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉ
ｓ，ＭＯ，ＵＳＡから市販されている０．５重量％の安息香酸ヘキシルを含むＬＤＰＥで
ある。この実施例に採用されたＬＤＰＥは、実施例１に記載されるものと同じである。

実施例４は、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉ
ｓ，ＭＯ，ＵＳＡから市販されている１．０重量％の安息香酸ヘキシルを含むＬＤＰＥで
ある。この実施例に採用されたＬＤＰＥは、実施例１に記載されるものと同じである。

実施例５は、ＳｉｇｍａＡｌｄｒｉｃｈＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｓｔ．Ｌｏｕｉ
ｓ，ＭＯ，ＵＳＡから市販されている０．５重量％のトリオクチルトリメリテートを含む
ＬＤＰＥである。この実施例に採用されたＬＤＰＥは、実施例１に記載されるものと同じ
である。

比較試料Ａは、電圧安定化剤を含まないＬＤＰＥである。比較試料Ａに採用されたＬＤ
ＰＥは、実施例１に記載されるものと同じである。

実施例１〜５及び比較試料Ａは、上述の手順に従い、ＡＣ絶縁破壊強度に関して分析さ
れる。結果は、下の表１に提供される。

検証された電圧安定化添加剤の各々は、純ポリマーと比較して、ポリエチレンのＡＣ絶
縁破壊強度において大幅な改善をもたらす。

ケーブル調製
１＋２押出構成方法を用いて１５−ｋＶのケーブルコアを製造するために、比較試料Ａ
及び実施例５の組成物が利用される。１／０−１９ｗアルミニウム導体が使用され、目標
は、１５ミルの導体シールド、１７５ミルの絶縁材、４０ミルの絶縁シールドである。導
体シールドが２．５インチの押出機で最初に押出され、続いて、４．５インチ及び３．５
インチの押出機で、それぞれ、絶縁材及び絶縁シールドを同時押出し、続いて、乾燥窒素
硬化される。電気試験を行う目的のため、重銅メッシュ中性物質が適用される。あらゆる
架橋副産物を除去するために、９０℃で７２時間、予備調整が行われる。しかしながら、
物流の問題によりケーブル製造とケーブル試験との間にかなりの時間差があるため、予備
調整と老化されないケーブルとの間に相違は予想されない。したがって、特性絶縁破壊強
度を計算するために、結果は、集団として分析される。公称絶縁破壊結果が、下の表２に
提供される。

表２のデータは、２パラメータワイブル故障分布モデルを使用して適合され、停止故障
試料は、保留と見なされる。実施例５の特性絶縁破壊強度は、比較試料Ａの６９３Ｖ／ミ
ルと比較して９４８Ｖ／ミルであることがわかる。これは、ＡＣ絶縁破壊強度において３
７％の改善を示す。

本開示は、本明細書に含まれる実施形態及び図示に限定されず、以下の特許請求の範囲
内に入る実施形態の一部及び異なる実施形態の要素の組み合わせを含むこれらの実施形態
の修正形態を含むことが特に意図される。

本開示は、本明細書に含まれる実施形態及び図示に限定されず、以下の特許請求の範囲内に入る実施形態の一部及び異なる実施形態の要素の組み合わせを含むこれらの実施形態の修正形態を含むことが特に意図される。

本発明は、以下の態様を含む。
［１］
ポリマー組成物であって、
ポリ−α−オレフィンポリマーと、
少なくとも１つの芳香環及び１〜２つのカルボキシルアルキルエステル置換基を含む有機カルボキシルエステルと、を含む、前記ポリマー組成物。
［２］
前記ポリ−α−オレフィンポリマーが、エチレン系ポリマーである、［１］に記載の前記ポリマー組成物。
［３］
前記エチレン系ポリマーが、低密度ポリエチレンである、［２］に記載の前記ポリマー組成物。
［４］
前記ポリ−α−オレフィンポリマーが、架橋される、［１］〜［３］のいずれかに記載の前記ポリマー組成物。
［５］
前記有機カルボキシルエステルが、単一芳香環を有する、［１］〜［４］のいずれかに記載の前記ポリマー組成物。
［６］
前記芳香環が、ベンゼン環である、［５］に記載の前記ポリマー組成物。
［７］
前記カルボキシルアルキルエステル置換基の前記アルキル基が、Ｃ _６〜Ｃ _１２アルキル基から選択される、［１］〜［６］のいずれかに記載の前記ポリマー組成物。
［８］
前記有機カルボキシルエステルが、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジノニル、安息香酸ヘキシル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記有機カルボキシルエステルが、前記ポリ−α−オレフィンポリマー及び前記有機カルボキシルエステルの合計重量に基づき、０．１〜２重量パーセントの範囲の量で前記ポリマー組成物に存在する、［１］〜［７］のいずれかに記載の前記ポリマー組成物。
［９］
被覆導体であって、
導体と、
誘電性絶縁層と、を含み、
前記誘電性絶縁層が、［１］〜［８］のいずれかに記載の前記ポリマー組成物を含む、前記被覆導体。
［１０］
被覆導体であって、
導体と、
誘電性絶縁層であって、
ポリ−α−オレフィンポリマーと、
トリオクチルトリメリテートと、を含む誘電性絶縁層と、を含み、
前記トリオクチルトリメリテートが、前記ポリ−α−オレフィンポリマー及び前記トリオクチルトリメリテートの合計重量に基づき、０．１〜１重量パーセントの範囲の濃度で存在する、前記被覆導体。

Claims

ポリマー組成物であって、
ポリ−α−オレフィンポリマーと、
少なくとも１つの芳香環及び１〜２つのカルボキシルアルキルエステル置換基を含む有
機カルボキシルエステルと、を含む、前記ポリマー組成物。
前記ポリ−α−オレフィンポリマーが、エチレン系ポリマーである、請求項１に記載の
前記ポリマー組成物。
前記エチレン系ポリマーが、低密度ポリエチレンである、請求項２に記載の前記ポリマ
ー組成物。
前記ポリ−α−オレフィンポリマーが、架橋される、請求項１〜３のいずれか一項に記
載の前記ポリマー組成物。
前記有機カルボキシルエステルが、単一芳香環を有する、請求項１〜４のいずれか一項
に記載の前記ポリマー組成物。
前記芳香環が、ベンゼン環である、請求項５に記載の前記ポリマー組成物。
前記カルボキシルアルキルエステル置換基の前記アルキル基が、Ｃ_６〜Ｃ_１２アルキル
基から選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の前記ポリマー組成物。
前記有機カルボキシルエステルが、フタル酸ジオクチル、フタル酸ジノニル、安息香酸
ヘキシル、及びこれらの組み合わせからなる群から選択され、前記有機カルボキシルエス
テルが、前記ポリ−α−オレフィンポリマー及び前記有機カルボキシルエステルの合計重
量に基づき、０．１〜２重量パーセントの範囲の量で前記ポリマー組成物に存在する、請
求項１〜７のいずれか一項に記載の前記ポリマー組成物。
被覆導体であって、
導体と、
誘電性絶縁層と、を含み、
前記誘電性絶縁層が、請求項１〜８のいずれか一項に記載の前記ポリマー組成物を含む
、前記被覆導体。
被覆導体であって、
導体と、
誘電性絶縁層であって、
ポリ−α−オレフィンポリマーと、
トリオクチルトリメリテートと、を含む誘電性絶縁層と、を含み、
前記トリオクチルトリメリテートが、前記ポリ−α−オレフィンポリマー及び前記トリ
オクチルトリメリテートの合計重量に基づき、０．１〜１重量パーセントの範囲の濃度で
存在する、前記被覆導体。