JP2018527417A - 管状反応器において製造され、任意選択的に分岐剤で修飾された高溶融強度エチレン系ポリマーを使用して架橋ケーブル絶縁体を製造するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)被覆もしくは非被覆金属導体または光ファイバ上に、≦0.5%の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定されたDFを有し、
(1)管状反応器において製造され、PPG AEMAで修飾された高溶融強度エチレン系ポリマー、及び
(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップと、
(B)PPG AEMAで修飾された、高溶融強度エチレン系ポリマーを架橋するステップと、を含む。
(A)被覆もしくは非被覆金属導体または光ファイバ上に、≦0.5%の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定されたDFを有し、
(1)管状反応器において製造され、2官能性以上の(メタ)アクリレート、例えば、1,4−ブタン−ジオールジメタクリレートで修飾された、高溶融強度エチレン系ポリマー、及び
(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップと、
(B)2官能性以上の(メタ)アクリレートで修飾された、高溶融強度エチレン系ポリマーを架橋するステップと、を含む。
(A)被覆もしくは非被覆金属導体または光ファイバ上に、≦0.5%の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定されたDFを有し、
(1)管状反応器において製造され、モノマー連鎖移動剤で修飾された、高溶融強度エチレン系ポリマー、及び
(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップと、
(B)モノマー連鎖移動剤で修飾された、高溶融強度エチレン系ポリマーを架橋するステップと、を含む。
(A)被覆もしくは非被覆金属導体または光ファイバ上に、≦0.5%の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定されたDFを有し、
(1)管状反応器において製造され、非対称ポリエンで修飾された高溶融強度エチレン系ポリマー、及び
(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップと、
(B)非対称ポリエンで修飾された、高溶融強度エチレン系ポリマーを架橋するステップと、を含む。
(A)被覆もしくは非被覆金属導体または光ファイバ上に、≦0.5%の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定されたDFを有し、
(1)(A)(1)第1の反応区域のピーク温度がi番目の反応区域のピーク温度よりも大きく、(2)各反応器区域の圧力が(≦)300MPa以下、または≦280MPa、または≦260MPa、または≦240MPa、または≦220MPaであるi個(i≧3)の反応区域を含む管状反応器と、(B)(≦)0.50以下、または≦0.35、または≦0.20、または≦0.15、または≦0.017、または≦0.015、または≦0.013、または≦0.011、または≦0.010の連鎖移動定数(Cs)を有する連鎖移動剤(CTA)と、を使用する方法によって製造される高溶融強度エチレンホモポリマーと、
(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップと、
(B)WO2013/078018及びWO2013/078224の方法で、管状反応器において製造された分岐修飾された高溶融強度エチレン系ポリマーを架橋するステップと、を含む。
反対の記載、文脈から暗黙的、または当該技術分野において慣例的でない限り、全ての部分及び百分率は重量に基づき、全ての試験方法は本開示の出願日現在で最新のものである。米国特許実務の目的で、あらゆる参照した特許、特許出願または刊行物、特に合成技術、製品及び処理設計、ポリマー、触媒の開示に関わる(特に本開示に提供された、いずれの定義とも矛盾しない範囲の)定義、及び当該技術分野における一般知識の内容は、その内容全体が参照により組み込まれる(またはその等価の米国版がそのように参考として組み込まれる)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、管状反応器において製造された低密度ポリエチレン(LDPE)である。
本開示で使用されるように、「分岐剤」及び類似用語は、結合し、高溶融強度エチレン系ポリマーの分岐を形成することができる化合物を意味する。
高分岐エチレン系ポリマーを製造するために、高圧フリーラジカル開始重合プロセスが典型的に使用される。2つの異なる高圧フリーラジカル開始重合反応器の型が知られている。1つの型では、1つ以上の反応区域を有する撹拌オートクレーブ器が使用される。オートクレーブ反応器は、通常、開始剤及び/またはモノマー供給用にいくつかの注入点を有する。もう一方の型では、1つ以上の反応区域を有する外装管が反応器として使用される。適切な反応器の長さは、100〜3600メートル(m)、または1000〜2800mであってよいが、これらに限定されない。いずれの型の反応器でも、反応区域の始まりは、典型的には、反応の開始剤、エチレン、連鎖移動剤(テロマーとしても知られているCTA)、コモノマー、及び任意のそれらの組み合わせを注入する場所によって定められる。
本発明は、本明細書に記載されるように、高溶融強度、PPG AEMAまたは他の分岐修飾されたエチレン系ポリマーを含む組成物も提供する。
本発明の組成物は、1つ以上の添加剤を含んでよい。添加剤としては、架橋剤、架橋助剤、硬化促進剤、カップリング剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、安定剤、可塑剤、潤滑剤、帯電防止剤、導電剤、顔料、染料、核剤、充填剤、スリップ剤、難燃剤、防炎剤、加工助剤、煙抑制剤、粘度調節剤、粘着付与剤、ブロッキング防止剤、界面活性剤、伸展油、酸捕足剤、ツリー抑制剤(例えば、ポリエチレングリコール、極性ポリオレフィンコポリマーなど)、スコーチ抑制剤及び金属不活性化剤が挙げられるが、これらに限定されない。充填剤としては、焼成粘土、オルガノ粘土及びカーボンブラックが挙げられる(がこれらに限定されない)。添加剤は、組成物の重量に基づき、0.01未満〜10重量%超の範囲の量で使用されることができる。典型的には、組成物中の添加剤の総量は、組成物の重量に基づき、0.1〜10重量%である。
本発明の組成物の架橋を促進するであろう任意の過酸化物は、有機過酸化物を含み、本発明の実施において使用されることができる。例示的な過酸化物としては、過酸化ジクミル、ビス(α−t−ブチルペルオキシイソプロピル)ベンゼン、イソプロピルクミルt−ブチルペルオキシド、t−ブチルクミルペルオキシド、ジ−t−ブチルペルオキシド、2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)2,5−ジメチルヘキサン、2,5−ビス(t−ブチルペルオキシ)2,5−ジメチルヘキサン−3、1,1−ビス(t−ブチルペルオキシ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、イソプロピルクミルクミルペルオキシド、ジ(イソプロピルクミル)ペルオキシド、またはこれらの混合物が挙げられる。過酸化物硬化剤が、組成物の重量に基づき、少なくとも0.5重量%の量で使用される。様々な実施形態では、過酸化物硬化剤が、組成物の重量に基づき、0.5〜10、または0.7〜5または1〜3重量%の量で使用される。過酸化物は、単独でまたはトリアリルイソシアヌレート、エトキシ化ビスフェノールAジメタクリレート、α−メチルスチレン二量体(AMSD)、ならびにUSP5,346,961及びUSP4,018,852に開示される他の助剤などの様々な他の既知の硬化助剤、促進剤、及び抑制剤と組み合わせて使用されることができる。
本発明の組成物の特性は、一実施形態では(管状反応器において製造された高溶融強度エチレン系ポリマー及び過酸化物からなる)ベース組成物として、または一実施形態では(ベース組成物に1つ以上の他の組成物を加えて)十分に配合された組成物として、または一実施形態では両方が、以下のように好ましい。
押出条件でのスコーチ耐性の測定:140℃でのts1(トルクでの1lb−inに増大する時間)>10分、好ましくは>15分、最も好ましくは、>20分(過酸化物含有組成物)。
連続加硫ステップにおける架橋性の測定:MH(182℃での最大トルク)−ML(182℃での最小トルク)>0.2lb−in、好ましくは>0.6lb−in、最も好ましくは>1.0lb−in(過酸化物含有組成物)。
ゲル含有量>30%、好ましくは>40%、より好ましくは>50%(架橋後)。
高温クリープ:任意値(高温クリープが測定可能となるのに十分な架橋ではないため、測定可能ではないとしても)、好ましくは<200%、より好ましくは<150%(架橋後)。
60Hz及び2kV(130℃)または8kV(100℃または120℃)での損失係数:≦1.0%、または≦0.7%、または≦0.5%、または≦0.4%、または≦0.3%、または≦0.2%、または≦0.1%。(架橋後)。
本発明のポリマー、ポリマーブレンド及び組成物は、様々な基材、単層及び多層膜、ブロー成形、射出成形、またはロト成形品などの成形品、コーティング、発泡体、織布及び不織布上にコーティングを押出することを含む有用な物品を製造するために様々な従来の熱可塑性樹脂の製造方法において用いられてよい。
密度を測定する試料を、ASTM D1928に従って調製した。試料を、374°F(190℃)、及び30,000psiで3分間、次いで70°F(21℃)、及び30,000psi(207MPa)で1分間、加圧した。密度測定は、ASTM D792、方法Bを使用して試料加圧の40時間後に行った。
参照番号2.G.Mortimer;Journal of Polymer Science:Part A−1;Chain transfer in ethylene polymerization.Part Iv.Additional study at 1360 atm and 130°C;vol 8,p1513−1523 (1970)
参照番号3.G.Mortimer;Journal of Polymer Science:Part A−1;Chain transfer in ethylene polymerization.Part VII.Very reactive and depletable transfer agents;Vol 10,p163−168(1972)
データを表1及び2に提示した。1000炭素原子あたりの末端ビニル値(表1)を、核磁気共鳴(NMR)によって決定した。(I2が2dg/分超の)比較例1〜3の従来のLDPEに対して、(やはりI2が2dg/分超の)実施例1〜3のPPG AEMAで修飾されたLDPEは、以下の特性、全て調製した電力ケーブル絶縁体に望ましく、同様またはより広い分子量分布、同様またはより優れたずり減粘、10s−1でより低い粘度、及びより高い溶融強度を示した。さらに、実施例3A〜3D(分岐剤なしで、I2が2dg/分未満のLDPE)は、より広い分子量分布、より優れたずり減粘、100s−1でのより低いまたはより小さい粘度、及び(やはりI2が2dg/分未満の)比較例3Aの従来のLDPEよりも高い溶融強度を示した。とりわけ、本発明の実施例のパラメータC値は、全て比較例のものよりも著しく大きかった。実施例2及び3のPPG AEMAで修飾されたLDPEの改善した溶融レオロジー特徴は、Maddockスクリューを備える2.5インチ24:1L/D押出機を使用して、75〜100回転/分(rpm)の範囲で変動するスクリュー速度で押出中に、(同様のI2値の)実施例2及び3のLDPEよりも低い溶融温度となる。同様に、実施例3B(分岐剤なし)のLDPEは、Maddockスクリューを備える2.5インチ24:1L/D押出機を使用して、100rpmのスクリュー速度で押出中に、(より高いI2値となる後半にもかかわらず)比較例3AのLDPEよりも低い溶融温度が生じる。実際、(分岐剤なしで小さいI2値の)実施例3CのLDPEは、比較例3AのLDPEよりもわずかに高い排出溶融温度が生じたにすぎない。より低い溶融温度は、過酸化物を含有する絶縁化合物の押出中の早すぎる架橋を回避するために望ましいと考えられる。従って、(過酸化ジクミルを含有する組成物を用いて工業的に実施される最大の140〜150℃に近い)137℃の溶融温度に対応する押出速度は、一般に相対的に、本発明の実施例を用いた方が大きい(実施例2及び3対比較例2及び3、実施例3B対比較例3A)。実施例3Cの場合、137℃の溶融排出温度に対応する押出速度に減少があったが、表1中の全ポリマーで最も高い溶融強度を示した。実施例3Dも、137℃の溶融排出でまずまずの高押出速度が生じ、並外れた高溶融強度を有した。
過酸化ジクミルは、実施例1〜3及び比較例1のポリマーに吸収され、組成物が、高温で圧縮成形によって架橋される。ポリマーへの過酸化物の組み込みに使用される手順は以下のものである。ポリマーペレットを50℃で、2時間ガラスジャー中で加熱し、過酸化ジクミルを60℃まで加熱することによって溶融し、シリンジを使用して予熱したペレット上に拭き付け、ジャーを室温(23℃)で10分間ひっくり返してブレンドし、50℃でオーブン中に16時間置き、オーブンから取り出し、室温で10分間、再度ひっくり返してブレンドした。
実施例1〜3、3A〜3D及び比較例1〜2、3Aのポリマーを、表4に示す絶縁組成物を製造するために使用した。過酸化ジクミルを、60℃まで加熱することによって溶融し、(過酸化物がNofmer MSDに対して)5:1比でNofmer MSDと混合した。「固体」混合物を、容器中で(過酸化物及びNofmer MSDを除く)全てを手で混合することによって製造した。その後、この混合物を、カムローターを備える250ccのBRABENDER(商標)バッチミキサー内で、190℃及び40rpmで5分間配合した。ブレンドをミキサーから取り出し、薄いシートにコールドプレスし、細片に切り、ペレッタイザーを介して供給し、ペレットを製造した。ポリマーペレットをガラスジャー中で、60℃で2時間加熱し、その後、シリンジを使用して過酸化物/Nofmer MSD混合物の規定量を拭き付けた。ジャーを室温で5〜10分間ひっくり返してブレンドし、60℃で16時間置いた。次に、ジャーの中身を、カムローターを備える250cm3のBRABENDER(商標)混合ボウル内で混合し、(投入後に)120℃及び30rpmで10分間混合した。
実施例1〜3、3A〜3D及び比較例1〜2、3Aのポリマーを、表5に示す絶縁組成物を製造するために使用した。過酸化ジクミルを60℃まで加熱することによって溶融した。「固体」混合物を、容器中で(過酸化物を除く)全てを手で混合することによって製造した。その後、この混合物を、カムローターを備える250ccのBRABENDER(商標)バッチミキサー内で、190℃及び40rpmで5分間配合した。ブレンドをミキサーから取り出し、薄いシートにコールドプレスし、細片に切り、ペレッタイザーを介して供給し、ペレットを製造した。ポリマーペレットをガラスジャー中で、60℃で2時間加熱し、その後、シリンジを使用して過酸化物の規定量を拭き付けた。ジャーを室温で10分間ひっくり返してブレンドし、60℃で16時間置いた。次に、ジャーの中身を、カムローターを備える250cm3のBRABENDER(商標)混合ボウル内で混合し、(投入後)120℃及び30rpmで10分間混合した。
Claims (12)
- 過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマーを含む組成物であって、前記エチレン系ポリマーが、管状反応器において製造され、前記組成物が、(≦)0.5%以下の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定された損失係数(DF)を有する、組成物。
- 過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマーを含む組成物であって、前記エチレン系ポリマーが管状反応器において製造され、190℃の試験温度で以下の等式を満たし、
- 前記エチレン系ポリマーが、ポリ(プロピレングリコール)アリルエーテルメタクリレート(PPG AEMA)、2官能性以上の(メタ)アクリレート、モノマー連鎖移動剤、または非対称ポリエンのうちの少なくとも1つで修飾される、請求項1または2に記載の組成物。
- 前記PPG AEMAが以下の式のものであり、
前記2官能性以上の(メタ)アクリレートは、1,4−ブタン−ジオールジメタクリレートである、請求項3に記載の組成物。 - 前記エチレン系ポリマーが、(A)(1)第1の反応区域のピーク温度がi番目の反応区域のピーク温度よりも大きく、(2)各反応器区域の圧力が(≦)300メガパスカル(MPa)以下であるi個(i≧3)の反応区域を含む管状反応器と、(B)(≦)0.5以下の連鎖移動定数(Cs)を有する連鎖移動剤(CTA)と、を使用する方法によって製造される、エチレンホモポリマーである、請求項1〜4のいずれかに記載の組成物。
- 前記連鎖移動剤(CTA)が、(≦)0.017以下の連鎖移動定数(Cs)を有する、請求項5に記載の組成物。
- 絶縁ワイヤまたはケーブルの製造方法であって、
(A)被覆もしくは非被覆金属導体または光ファイバ上に、≦0.5%の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定されたDFを有し、
(1)管状反応器において製造され、PPG AEMA、2官能性以上の(メタ)アクリレート、モノマー連鎖移動剤、または非対称ポリエンのうちの少なくとも1つで修飾された高溶融強度エチレン系ポリマー、及び
(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップと、
(B)前記修飾された高溶融強度エチレン系ポリマーを架橋するステップと、を含む、方法。 - 前記PPG AEMAが以下の式のものであり、
前記2官能性以上の(メタ)アクリレートは1,4−ブタン−ジオールジメタクリレートである、請求項7に記載の方法。 - 絶縁ワイヤまたはケーブルの製造方法であって、
(A)被覆もしくは非被覆金属導体または光ファイバ上に、≦0.5%の130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)で測定されたDFを有し、
(1)(A)(1)第1の反応区域のピーク温度がi番目の反応区域のピーク温度よりも大きく、(2)各反応器区域の圧力が(≦)300MPa以下であるi個(i≧3)の反応区間を含む管状反応器と、(B)(≦)0.5以下の連鎖移動定数(Cs)を有する連鎖移動剤(CTA)と、を使用する方法によって、管状反応器において製造される分岐修飾された高溶融強度エチレンホモポリマー、及び
(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップと、
(B)前記分岐修飾された高溶融強度エチレンホモポリマーを架橋するステップと、を含む、方法。 - 前記連鎖移動剤(CTA)が、(≦)0.017以下の連鎖移動定数(Cs)を有する、請求項9に記載の方法。
- 前記過酸化物が有機過酸化物である、請求項7〜10に記載の方法。
- 請求項7〜11のいずれかに記載の方法によって製造される、低、中、高もしくは超高電圧ワイヤまたはケーブル。
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