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

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 Download PDF

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Abstract

絶縁ワイヤまたはケーブルは、(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)高溶融強度エチレン系ポリマーを架橋するステップと、を含む方法によって製造される。【選択図】図1

Description

本発明は、ケーブル絶縁体に関する。一態様では、本発明は、管状反応器において製造され、任意選択的に分岐剤、例えば、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)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ケーブル絶縁体を製造するための方法に関する。別の態様では、本発明は、管状反応器において製造され、低損失係数(DF)を有する高溶融強度エチレン系ポリマーを使用してケーブル絶縁体を製造するための方法に関する。
多くのエチレン系ポリマー、特に低密度ポリエチレン(LDPE)の場合、ポリマーの溶融強度はその粘度が増加すると減少する(メルトインデックスが増加する)。過酸化物架橋性電力ケーブル絶縁体、分岐剤または溶融強度を損なうことなくポリマーの溶融粘度の減少を可能にする技術は、(a)より速い押出、(b)より長い動作距離、及び(c)欠陥を最小限にするために、押出中により精密なスクリーンの使用が可能となるように適切なタレ抵抗でのより低いヘッド圧力、のうちの1つ以上を可能にするため望ましい。押出中に増加したタレ抵抗に対し、所与のメルトインデックスまたはせん断粘度で増加溶融強度を示すエチレンポリマーも望ましい。これらの属性は、特に低、中、高及び超高電圧ケーブルに有用である。ポリマーの架橋性は、その分子構造(分子量及び多分散性)によって影響されるが、十分に調製されたポリマー組成物に様々な添加剤を組み込むことによって実質的に影響もされ得る。低損失係数は、低、中、高及び超高電圧ケーブルの絶縁シースを製造するために使用される組成物の主要実施要件であり、この点に関して、修飾(分岐)エチレン系ポリマーは、従来のエチレン系ポリマー(特にLDPE)の実施に対して比較可能となることが必要である。
配電及び送電用途に使用される電力ケーブルは、低電圧(1kV未満)、中電圧(1kV、最大で30kV)、高電圧(30kV超、最大で150kV)及び超高電圧(150kV超)として、国際電気標準会議によって分類される。中電圧〜超高電圧ケーブルコアは、三重押出プロセスによって製造され、そのプロセスでは、導体が以下の層:半導電性導体シールド、電気絶縁体(最も厚いポリマー層)及び半導電性導体シールドのために設計された過酸化物含有ポリオレフィン組成物でコーティングされる。ポリマー化合物の押出は、早すぎる架橋(「スコーチ」)を防止するために、典型的には140℃未満の温度で行われ、コーティングされた導体はその後、過酸化物がポリマーの架橋を可能にするために完全に分解される、最大で約300℃の温度で稼働する連続加硫管チューブを通過する。絶縁体の厚さは電圧階級により、例えば(69kVケーブルには)5mmから(400kVケーブルには)27mmまで増加する。
3つの異なる三重押出プロセス(垂直連続加硫(VCV)、カテナリー連続加硫(CCV)及びMitsubishi Dainichi連続加硫(MDCV))は、中電圧〜超高電圧ケーブルコアを製造するために使用される。CCV及びMDCVプロセスにおいて、絶縁体(または絶縁体の厚さの導体サイズの増加に対する比率)が厚くなればなるほど、絶縁同心性を損なうことにつながり得る重力に対してポリマー溶融が影響されやすくなる。この理由から、最高電圧及び超高電圧ケーブルは、(重力による溶融ポリマー変形が起こらない)VCVプロセスを使用して製造される。いくつかの中電圧〜超高電圧ケーブルを製造するために使用されるCCV及びMDCVプロセスにおいて、重要な条件は、絶縁化合物に偏心が最小限となるように「タレ抵抗」に対して十分な高溶融伸長(またはゼロせん断)粘度を示すことである。
WO2013/078018及びWO2013/078224では、管状反応器において、分岐修飾された、高溶融強度エチレン系ポリマーを製造するための方法を教示している。WO2006/094723では、2官能性以上の(メタ)アクリレート、好ましくは1,4−ブタンジオールジメタクリレートが、管状反応器において製造されるエチレン系ポリマーの分岐剤として使用され得ることを教示している。WO2012/057975及びWO2012/084787では、様々なモノマーの連鎖移動剤が、エチレン系ポリマーの分岐剤としても使用され得ることが教示され、WO2014/003837では、これに使用する非対称ポリエンを教示している(PPG AEMAは非対称ポリエンである)。
一実施形態では、本発明は、管状反応器において製造されたポリ(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)で修飾された高溶融強度エチレン系ポリマー、特にLDPEである。
一実施形態では、本発明は、WO2013/078018、WO2013/078224またはWO2014/081458に記載されるように、分岐剤がない状態で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、特にLDPE(すなわち、高溶融強度エチレンホモポリマー)である。
一実施形態では、本発明は、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、特に1,4−ブタンジオールジメタクリレート、分岐剤で修飾された高溶融強度エチレン系ポリマー、特にLDPEである。
一実施形態では、本発明は、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、特にLDPEである。
一実施形態では、本発明は、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、特にLDPEである。
一実施形態では、本発明は、管状反応器において製造された、過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマー、特にLDPEを含む組成物であり、エチレン系ポリマーは、190℃で以下の等式を満たし、
式中、パラメータCは、(≧)15以上、好ましくは≧16、より好ましくは≧17、最も好ましくは≧18である。従来の管状LDPE(比較例)を含む組成物では、上記の等式におけるCは<15である。図1にプロットされたデータは、LDPEが190℃で、C<15(「従来の管状LDPE」)及びC≧15(「PPG AEMAで修飾されたLDPE」)の上記の等式を表している。
一実施形態では、本発明は、管状反応器において製造された、過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマー、特にLDPEを含む組成物であり、V100(他でもV100としても示される)が100rad s−1のせん断速度での粘度である場合、エチレン系ポリマーは、図2に示す190℃での関係を満たす。
一実施形態では、本発明は、管状反応器において製造され、(≦)1.0%以下、または≦0.7%、または≦0.5%、または≦0.3%、または≦0.2%、または≦0.1%の130℃(60Hz、2kV)で測定された損失係数(DF)を有する、過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマー、特にLDPEを含む組成物である。一実施形態では、本発明は、管状反応器において製造され、(≦)1.0%以下、または≦0.7%、または≦0.5%、または≦0.3%、または≦0.2%、または≦0.1%の120℃(60Hz、8kV)で測定された損失係数(DF)を有する、過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマー、特にLDPEを含む組成物である。一実施形態では、本発明は、管状反応器において製造され、(≦)1.0%以下、または≦0.7%、または≦0.5%、または≦0.3%、または≦0.2%、または≦0.1%の100℃(60Hz、8kV)で測定された損失係数(DF)を有する、過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマー、特にLDPEを含む組成物である。
一実施形態では、本発明は、≦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、管状反応器において製造され、PPG AEMAで修飾された、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る。
一実施形態では、本発明は、≦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、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、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る。
一実施形態では、本発明は、≦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、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、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る。
一実施形態では、本発明は、≦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、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、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る。
一実施形態では、本発明は、≦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、(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、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、過酸化物で架橋された高溶融強度エチレンホモポリマーを含む組成物である。Csは、Mortimerによって記載されるように、130℃及び1360気圧(参照番号1〜3)で計算される。R値は、≧1、または≧2、または≧3(R値は、WO2013/078018に記載されるように計算される)である。エチレンホモポリマー(エチレン系ポリマー)が製造される方法は、WO2013/078018及びWO2013/078224により十分に記載されており、その両方は、その内容全体が参照により組み込まれる。
一実施形態では、本発明は、絶縁ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、
(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。
一実施形態では、本発明は、絶縁ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、
(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。
一実施形態では、本発明は、絶縁ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、
(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。
一実施形態では、本発明は、絶縁ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、
(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。
一実施形態では、本発明は、絶縁ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、
(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。
一実施形態では、本発明は、絶縁低または中電圧ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、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)で測定されたDFを有し、(1)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(2)過酸化物、を含む組成物を押出するステップを含む。
一実施形態では、本発明は、絶縁高電圧ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、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%以下の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を含む。
一実施形態では、本発明は、絶縁超高電圧ワイヤまたはケーブルの製造方法であり、本方法は、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%以下の120℃(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を含む。
一実施形態では、本発明は、本発明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である。
190℃の温度での、従来の管状LDPE、PPG AEMAで修飾された管状LDPE及び分岐剤なしの実施例の、溶融強度(cN)とメルトインデックス(dg/分)との間の関係を報告したプロットである。 190℃の温度での、従来の管状LDPE、PPG AEMAで修飾された管状LDPE及び分岐剤なしの実施例の、溶融強度(cN)と100rad s−1のせん断速度での粘度との間の関係を報告したプロットである。
定義
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)。
本開示における数値範囲は概算であり、したがって特に指示がない限り、範囲外の値を含んでよい。数値範囲は、任意のより低い値と任意のより高い値との間に少なくとも2単位の隔たりがあるならば、1単位においてより低い値及びより高い値を含む全ての値を含む。一例として、構成、物理的または他の特性、例えば、分子量、重量%などが100〜1,000である場合、その意図は、100、101、102、などの全ての個別値、及び100〜144、155〜170、197〜200などの部分範囲を、明示的に列挙する。1未満の値を含む、または1超の小数を含む範囲(例えば、0.9、1.1など)では、必要に応じて1単位が、0.0001、0.001、0.01または0.1と考えられる。10未満の1桁数(例えば、1〜5)を含む範囲では、1単位は典型的には0.1になると考えられる。これらは特に意図するものの例にすぎず、列挙された最低値と最高値との間の数値の全ての可能な組み合わせは、本開示において明確に記載されたとみなされる。数値範囲が本開示内で提供され、とりわけ本発明の組成物における様々な構成成分量、ならびにこれらの組成物による様々な特徴及び特性、ならびにこれらの組成物から製造されるワイヤ及びケーブルシースが定義される。
「ワイヤ」及び類似用語は、導電性金属、例えば、銅またはアルミニウムの一本、または光ファイバの一本を意味する。
「ケーブル」、「電力ケーブル」及び類似用語は、シース、例えば、絶縁被覆または保護外装内の、少なくとも1つのワイヤまたは光ファイバを意味する。典型的には、1つのケーブルは、2つ以上のワイヤまたは光ファイバが、典型的には一般的な絶縁被覆及び/または保護外装内で結び付けられている。シース内の個々のワイヤまたはファイバは、むき出し、被覆または絶縁されてよい。結合ケーブルは、電線及び光ファイバの両方を含んでよい。ケーブルなどは、低、中、及び高電圧用途のために設計されることができる。電気絶縁用途は、(IEC、国際電気標準会議によって定義されるように)一般に1kV(1000ボルト)未満である低電圧絶縁、1kV〜30kVの範囲である中電圧絶縁、30kV〜150kVの範囲である高電圧絶縁、及び150kV超に適用する超高電圧絶縁に分類される。典型的なケーブル設計は、USP5,246,783、USP6,496,629及びUSP6,714,707にて図示されている。
「非被覆ワイヤ」、「非被覆ケーブル」及び類似用語は、シース、ポリマーまたはその他の方法を伴わない金属導体または光ファイバを意味する。典型的なシースとしては、絶縁被覆、半導体遮蔽、保護外装、金属テープ等が挙げられるが、これらに限定されない。
「被覆ワイヤ」、「被覆ケーブル」及び類似用語は、1つ以上のシース、ポリマーまたはその他の方法で包まれた金属導体または光ファイバを意味する。
「組成物」及び類似用語は、2つ以上の構成成分の混合またはブレンドを意味する。
「ポリマー」及び類似用語は、同一のまたは異なる種類のモノマーを反応させること(例えば、重合)によって調製される高分子化合物を意味する。「ポリマー」としては、ホモポリマー及びインターポリマーが挙げられる。
「インターポリマー」は、少なくとも2つの異なるモノマーの重合によって調製されるポリマーを意味する。この一般用語は、2つの異なるモノマーから調製されるポリマー、及び2つ超の異なるモノマー、例えば、ターポリマー、テトラポリマーなどから調製されるポリマーを指すために通常用いられるコポリマーを含む。「インターポリマー」としては、インターポリマーの全ての形状、例えばランダム、ブロックなどが挙げられる。
「エチレン系ポリマー」、「エチレンポリマー」、「エチレン系インターポリマー」及び類似用語は、ポリマーの重量に基づき重合されたエチレンの過半量を含み、任意選択的に少なくとも1つのコモノマーを含んでよいポリマーを指す。「エチレン系ポリマー」としては、PPG−AEMA、2官能性以上の(メタ)アクリレート、モノマーCTA、非対称ポリエン等などのうちの1つ以上の分岐剤で修飾されたポリマーの重量に基づき重合されたエチレンの過半量を含むポリマーが挙げられる。
「高溶融強度エチレン系ポリマー」及び類似用語は、エチレン系ポリマー、特に、分岐剤で修飾された、またはされておらず、 190℃の試験温度で以下の等式を満たす溶融強度を有するLDPEを意味し、
式中、パラメータCは(≧)15以上、好ましくは≧16、より好ましくは≧17、最も好ましくは≧18である。
「管状反応器において製造されたエチレン系ポリマー」、「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」、及び類似用語は、少なくとも1つの管状反応器を用いる方法によって製造されたLDPE樹脂などの、エチレン系ポリマーを意味する。
「管状反応器において製造された、過酸化物で架橋された、高溶融強度エチレン系ポリマー」及び類似用語は、管状反応器において製造され、その後(続いて)過酸化物フリーラジカル開始剤の作用によって架橋された高溶融強度エチレン系ポリマーを意味する。
「架橋性」、「硬化性」及び類似用語は、ポリマーが、押出しの前または後で硬化または架橋されず、実質的に架橋を引き起こす処理を受けていない、またはさらされていないが、ポリマーが、そうした処理(例えば、過酸化物)に作用を受ける、またはさらされると実質的に架橋を引き起こす、または促すであろう添加剤または官能性を含むことを意味する。
「架橋された」、「硬化した」及び類似用語は、ポリマーが、ワイヤまたはケーブルに押出される前または後に、架橋を引き起こした処理を受ける、またはさらされ、10重量パーセント以上の沸騰キシレンまたはデカヒドロナフタレン(デカリン)における抽出で測定されたゲル含有量を有することを意味する。
「室温」及び類似用語は、23℃を意味する。
エチレン系ポリマー
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。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.1〜100グラム/10分(g/10分)のメルトインデックス(I)を有する。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.3〜100g/10分、または0.5〜30g/10分、または1.0〜10g/10分、または1.0〜5.0g/10分のIを有する。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.3〜100g/10分、または1〜50g/10分、または2〜20g/10分のIを有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、以下を満たす重量平均分子量(Mw(abs))対Iの関係を有する。Mw(abs)<A+B(I)、式中、A=2.40×10g/モル及びB=−8.00×10(g/モル)/(dg/分)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.910グラム/立方センチメートル以上、または0.914グラム/立方センチメートル以上、または0.916グラム/立方センチメートル(g/ccまたはg/cm)の密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.940グラム/立方センチメートル以下、または0.935グラム/立方センチメートル以下、または0.932グラム/立方センチメートル以下(g/ccまたはg/cm)の密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.910〜0.940の密度を有する。一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.910〜0.940、または0.915〜0.935、または0.916〜0.932g/ccの密度を有する。
好ましくは、一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.912〜0.940、または0.915〜0.935、または0.920〜0.930、または0.918〜0.926g/ccの密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.916〜0.940、または0.916〜0.921、または0.920〜0.924、または0.923〜0.940の密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.920〜0.940g/ccの密度を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、以下の関係を満たすG´値を有し、
式中、以下のパラメータが使用された。C=162Pa及びD=−90Pa/ログ(dg/分)。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、190℃の温度で以下の関係を有する溶融強度(MS)及びメルトインデックス(I)を有し、
式中、パラメータCは(≧)15以上、好ましくは≧16、より好ましくは≧17、最も好ましくは≧18である。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、ポリマーの総重量に基づき、5.0重量%以下、または4.0重量%以下、または3.0重量%以下、または2.6重量%以下、または2.6重量%未満のn−ヘキサン抽出含有量を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、4重量%未満のn−ヘキサン抽出性含有量を有し、n−ヘキサン抽出性含有量は、ポリマーの総重量に基づく重量パーセントである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.916〜0.921g/ccの密度、及び4.0重量%未満、好ましくは3.0重量%未満、より好ましくは2.6重量%未満のn−ヘキサン抽出性含有量を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.920〜0.924g/ccの密度、及び4.0重量%未満、好ましくは3.0重量%未満、より好ましくは2.6重量%未満のn−ヘキサン抽出性含有量を有する。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、0.923〜0.940g/ccの密度、及び4.0重量%未満、または好ましくは3.0重量%未満、またはより好ましくは2.6重量%未満のn−ヘキサン抽出性含有量を有する。
一実施形態では、LDPEは、1000炭素原子あたり0.01〜1.0、好ましくは0.03〜0.8、より好ましくは0.05〜0.7、さらにより好ましくは0.1〜0.6の末端ビニルを有する。
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高溶融強度エチレン系ポリマーであり、過酸化物で架橋後、(≦)0.5%以下の130℃(60Hz、2kV)で測定された損失係数を有する。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高溶融強度エチレン系ポリマーであり、過酸化物で架橋後、(≦)3.0%以下の120℃(60Hz、8kV)で測定された損失係数を有する。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高溶融強度エチレン系ポリマーであり、過酸化物で架橋後、(≦)1.5%以下の100℃(60Hz、8kV)で測定された損失係数を有する。損失係数は、他の構成成分の存在または欠如に伴い変化してよい。損失係数は、温度及び印加電圧を含む試験条件によって異なってもよい。一実施形態では、(架橋後の)エチレン系ポリマー及び過酸化物のみを含むベース組成物の損失係数は、他の添加物、例えば、酸化防止剤、UV阻害剤などを加えたベース組成物を含む十分に配合された組成物の損失係数よりも大きくてよい。以下の表3に報告した実施例4〜6は、管状反応器において製造され、過酸化物で架橋された高溶融強度エチレン系ポリマーのベース組成物を例示しており、一方、以下の表4及び5に報告した実施例7〜15Eは、十分に配合された組成物を例示している。十分に配合された組成物の別の実施例は、低、中、高もしくは超高電圧ワイヤまたはケーブルの絶縁シースとして押出可能となるように過酸化物及び1つ以上の添加剤と組み合わされ、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を含む組成物である。
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高溶融強度エチレン系ポリマーであり、以下の等式(1)を満たし、パラメータCは(≧)15以上、好ましくは≧16、より好ましくは≧17、最も好ましくは≧18である。
等式1は、エチレン系ポリマーの190℃(cN)での溶融強度の変化と190℃でのメルトインデックス(dg/分)の変化を記載している。従来の管状エチレン系ポリマー、特にLDPEの場合(比較例を参照)、パラメータCは、上記の等式(1)において<15である。図1にプロットされたデータは、パラメータCが<15(従来の管状LDPE)及びパラメータCが≧15(「PPG AEMAで修飾された管状LDPE」)の上記の等式(1)を表す。
本発明の実施において使用される、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は、改善された長鎖分岐によって、従来のエチレンポリマー、特に管状LDPEよりも溶融強度がメルトインデックスに対してより良いバランスを示す。押出中の排出融解温度は、所与のスクリュー速度でも著しく減少し、押出中に過酸化物分解(架橋)の減少傾向をもたらす。さらに、過酸化物での架橋後、130℃(60Hz、2kV)または120℃(60Hz、8kV)または100℃(60Hz、8kV)での損失係数は、十分に低い。ある実施形態では、本発明の高溶融強度エチレン系ポリマーは、損失係数及び他の電気特性に悪影響を及ぼす恐れのある構成成分、添加剤または汚染物質がない(またはわずかな量を含有する)。
分岐剤
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。
一実施形態では、分岐剤は、以下の式(i)のポリ(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)であり、
式中、nは1〜50、さらに1〜20、さらに1〜10であり、RはHまたはアルキル(好ましくはエチルまたはメチル、より好ましくはメチル)から選択され、RはHまたはアルキル(好ましくはエチルまたはメチル、より好ましくはメチル)から選択され、好ましくは、式中、R及びRは、(a)R及びRが両方ともH、(b)Rがメチルである場合、RはHである、(c)RがHである場合、Rはメチルである、からなる群から選択される。
一実施形態では、分岐剤は、以下の式(ii)である。
一実施形態では、PPG AEMA分岐剤は、3.0〜6.5ppmケミカルシフトのH NMR信号を有する。
一実施形態では、本明細書で開示されるように、LDPEポリマーは、少なくとも2つの分岐剤の存在下において重合される。
分岐剤は、本明細書に記載されるように、2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでよい。
一実施形態では、分岐剤は、α,β−不飽和カルボニル末端でエチレン系ポリマーに組み込まれる。
一実施形態では、分岐剤は、C−C二重結合末端でエチレン系ポリマーに組み込まれる。
一実施形態では、分岐剤は、α,β−不飽和カルボニル末端及びC−C二重結合末端の両方でエチレン系ポリマーに組み込まれる。
一実施形態では、WO2006/094723に開示されるように、分岐剤は、2官能性以上の(メタ)アクリレート、好ましくは1,4−ブタンジオールジメタクリレートである。
一実施形態では、WO2012/057975またはWO2012/084787に開示されるように、分岐剤は、モノマー連鎖移動剤である。これらの連鎖移動剤は、分子のα,β−不飽和カルボニル末端の主鎖に組み込まれ、分子上の別の官能基から連鎖移動するモノマーである。
一実施形態では、WO2014/003837に開示されるように、分岐剤は、非対称ポリエンである。非対称ポリエンは、α,β−不飽和カルボニル末端及びC−C二重結合末端を含む。PPG AEMAは、この種類の非対称ポリエンのメンバーである。
分岐剤で修飾された高溶融強度エチレン系ポリマーの製造方法
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。
本発明の実施に使用される高溶融強度エチレン系ポリマーは、少なくとも1つの管状反応器を含む反応器構成において製造される。本開示において使用されるように、「反応器構成」は、高圧エチレン系ポリマーを製造するための方法において使用される反応器の型及び数を意味する。管状反応器は、1つ以上の反応区域を有することができ、反応器構成は、1つ以上の管状反応器を含み、各自が1つ以上の反応区域を有することができる。反応器構成は、少なくとも1つの管状反応器及び少なくとも1つのオートクレーブ反応器を含むことができ、各オートクレーブ反応器は1つ以上の反応器区域を有することができる。
一実施形態では、高溶融強度エチレン系ポリマーは、オートクレーブ反応器を含まない反応器構成、すなわち、1つ以上の管状反応器のみを含む反応器構成において製造される。
一実施形態では、高溶融強度エチレン系ポリマーは、管状反応器及びオートクレーブ反応器を含む反応器構成において製造される。一実施形態では、管状反応器はオートクレーブ反応器より下流にある。
連鎖移動剤(CTA)は、しばしば分子量を制御するために使用される。一実施形態では、1つ以上のCTAが、重合プロセスに添加される。CTAは、典型的には、以下の基:アルカン、アルデヒド、ケトン、アルコール、エーテル、エステル、メルカプタンまたはホスフィン、のうちの少なくとも1つを含む。さらなる実施形態では、CTAは、アルカン、不飽和炭化水素、ケトン、アルデヒド、アルコールまたはエーテルの少なくとも1つの基を含む。好ましくは、CTAは、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、ケトン、アルデヒド、アルコール、エーテル、エステル、メルカプタンまたはホスフィンからなる群から選択される。より好ましくは、CTAは、飽和炭化水素、不飽和炭化水素、ケトン、アルデヒド、アルコール及びエーテルからなる群から選択される。例示的なCTAとしては、プロピレン、イソブタン、n−ブタン、1−ブテン、メチルエチルケトン、アセトン、酢酸エチル、プロピオンアルデヒド、ISOPAR(商標)−C、−E、及び−H(ExxonMobil Chemical Co.)、ならびにイソプロパノールが挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、使用されるCTA量は、総反応混合物の重量に基づき、0.03〜10重量パーセントである。
CTAが重合に加えられる一実施形態では、反応区域i(i≧2で、反応区域iは反応区域1から下流にある)への供給材料におけるCTA濃度の、反応区域1への供給材料におけるCTA濃度に対する比率は、1.0以上、または1.5以上、または2超である。
一実施形態では、本プロセスは高圧及び低圧再循環ループを含み、エチレンが反応器を通過するごとに部分的に変換または消費されるだけなので、エチレン効率が向上する。典型的には、反応器を通過するごとの変換レベルは、12%〜40%であり、この範囲のより高い側の管状反応器の変換レベルと、この範囲のより低い側のオートクレーブ反応器の変換レベルとを有する。
一実施形態では、国際出願第PCT/US12/059469号に記載されるように、重合は管状反応器において行われてよい。この特許出願は、複数区域反応器を使用し、エチレンのCTAに対する比率、及びそれによるポリマー特性を制御するために、未使用のエチレンを供給する別の場所を記載している。未使用のエチレンは、所望のエチレンのCTAに対する比率を達成するために、複数の場所で同時に添加されてよい。国際出願第PCT/US12/064284号に記載されるように、同様の方法で、ポリマー特性を制御するために、添加点での未使用のCTAの添加が慎重に選択されてよい。未使用のCTAは、所望のCTAのエチレンに対する比率を達成するために、複数の場所で同時に添加されてよい。
同様に、この出願に記載されるように、未使用の分岐剤、例えば、PPG AEMAなどの添加点及び量は制御されてよく、ゲル形成を制御する一方で、増加した溶融強度の所望の特性及び標的用途における実施を最大限にする。一実施形態では、未使用の分岐剤は、所望の分岐剤のエチレンに対する比率を達成するために、複数の場所で同時に添加されてよい。MWDを広げ、ポリマーの溶融強度を増加させるために分岐及び/または結合剤を使用することにより、CTAの分布、及びゲル形成、反応器付着物、プロセスの不安定性、分岐剤の低効率などの潜在的な悪影響がない、または最小化した生成品の特性で所望の変化を達成するための反応器システムに沿った分岐剤にさらなる必要条件が追加されるであろう。
一実施形態では、重合は少なくとも1つの管状反応器において行われる。複数反応器システムでは、通常オートクレーブ反応器が管状反応器に優先する。未使用のエチレン、未使用のCTA、及び未使用の分岐剤の添加点及び量が適切に制御されることによって、反応区域への及び/または反応区域における供給材料中の、CTAのエチレンに対する、及び分岐剤のエチレンに対する所望の比率が達成される。
一実施形態では、本明細書に記載されるように、重合に添加されたエチレン及び分岐剤の総モルに基づき、分岐剤が0.002〜0.300モルパーセント(モル%)、または0.005〜0.300モル%の量で重合に添加される。
一実施形態では、重合は2つの反応器において行われる。一実施形態では、重合は、複数または少なくとも2つの反応区域を有する1つの反応器において行われる。
一実施形態では、重合は、少なくとも2つの反応区域、反応区域1及び反応区域i(i≧2)を含み、反応区域iが反応区域1より下流にある反応器構成において行われる。ある実施形態では、iは2〜6、または2〜5、または2〜4である。ある実施形態では、i=2。
一実施形態では、反応区域の総数=n。さらなる実施形態では、nは1〜20、さらに1〜10、さらに1〜6である。
さらなる実施形態では、nは2〜20、さらに2〜10、さらに2〜6である。
一実施形態では、反応区域1に添加された分岐剤量と質量で比較して、さらなる分岐剤が質量で反応区域iに添加される。一実施形態では、反応区域iに添加された分岐剤量と比較して、さらなる分岐剤が質量で反応区域1に添加される。上記で使用されるように、分岐剤量は、未使用の供給材料における反応区域に添加される分岐剤に基づき決定される(すなわち、残余しない分岐剤)。
一実施形態では、反応区域1に添加される分岐剤の濃度と比較して、より高密度の分岐剤が反応区域iに添加される。一実施形態では、反応区域iに添加される分岐剤の濃度と比較して、より高密度の分岐剤が反応区域1に添加される。
一実施形態では、分岐剤は、反応区域1と反応区域iの両方に添加される。
一実施形態では、反応区域1には分岐剤が添加されない。
分岐剤の反応率及び反応区域間の分岐剤の分布に応じて、各反応区域におけるエチレン系ポリマーに組み込まれる分岐剤量、及びエチレン系ポリマーに組み込まれる分岐剤の末端(すなわち、α,β−不飽和カルボニル末端またはC−C二重結合末端)は多様でよい。
一実施形態では、反応区域1の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の、反応区域i(i≧2、または2〜5、または2〜4、または2である)の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度に対する比率は、1以下、または1未満、または0.75以下、または0.5以下である。
一実施形態では、反応区域1の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の、反応区域2(i=2)の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度に対する比率は、1以下、または1未満、または0.75以下、または0.5以下である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーに組み込まれる分岐剤の過半量は、α,β−不飽和カルボニル末端を介して組み込まれる。
一実施形態では、反応区域1の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の、反応区域i+1の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度に対する比率は、1未満、または1未満、または0.75以下、または0.5以下である。
一実施形態では、反応区域1の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の、反応区域i(i=2〜n−1、式中、nは反応区域の総数である)の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の比率は、1以下、または1未満、または0.75以下、または0.5以下であり、反応区域1の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の、反応区域i+1の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度に対する比率は、1未満、または1未満、または0.75以下、または0.5以下である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーに組み込まれる分岐剤の過半量は、α,β−不飽和カルボニル末端を介して組み込まれる。
一実施形態では、反応区域i+1(iは2〜n−1であり、nは反応区域の総数である)の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の、反応区域2の局所的に形成されたポリマーに組み込まれる分岐剤濃度の比率は、1以下、または1未満、または0.75以下、または0.5以下である。さらなる実施形態では、エチレン系ポリマーに組み込まれる過半量は、α,β−不飽和カルボニル末端を介して組み込まれる。
一実施形態では、反応器への総エチレン供給材料中の分岐剤濃度は、反応器に供給されるエチレンの総モルに基づき、0.2モルパーセント未満、または0.1モルパーセント未満、または0.05モルパーセント未満、または0.025モルパーセント未満である。
一実施形態では、第1の反応区域に供給されるエチレンは、重合に供給される総エチレンの少なくとも10パーセントである。一実施形態では、第1の反応区域に供給されるエチレンは、重合に供給される総エチレンの10〜100パーセント、または20〜80パーセント、または25〜75パーセント、または30〜70パーセント、または40〜60パーセントである。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、エチレン及び1つ以上のコモノマー、好ましくは1つのコモノマーを含む。コモノマーとしては、それぞれが典型的には20個以下の炭素原子を有さない、2官能性以上の(メタ)アクリレート、モノマー連鎖移動剤、アセテート、アルコキシシラン、α−オレフィン、アクリレート、メタアクリレート及び無水物が挙げられるが、これらに限定されない。結合モノマー及びCTA官能性を有するα−オレフィンコモノマーは3〜10個の炭素原子を有してよく、またはあるいはα−オレフィンコモノマーは3〜8個の炭素原子を有してよい。例示的なα−オレフィンコモノマーとしては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、1−ヘキセン、1−ヘプテン、1−オクテン、1−ノネン、1−デセン、及び4メチル−1−ペンテン及びこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは、α−オレフィンコモノマーは、プロピレン、1−ブテン及びこれらの組み合わせから選択される。
一実施形態では、エチレン系ポリマーは、唯一のモノマー単位としてエチレン及び少なくとも1つの非対称分岐剤を含む。
本発明のエチレン系ポリマーを製造するために、一般に、フリーラジカル開始剤が使用される。本明細書で使用する場合、フリーラジカル開始剤は、化学的及び/または放射線手段によって発生したフリーラジカルを指す。例示的なフリーラジカル開始剤としては、環状過酸化物、過酸化ジアシル、過酸化ジアルキル、ヒドロペルオキシド、ペルオキシカルボネート、ペルオキシジカルボネート、ペルオキシエステル、及びペルオキシケタールを含む有機過酸化物が挙げられるが、これらに限定されない。好ましい開始剤は、t−ブチルペルオキシピバレート、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルペルオキシドアセテート及びt−ブチルペルオキシ−2−ヘキサノエート、またはこれらの混合物である。一実施形態では、これらの有機過酸化物開始剤は、重合性モノマーの重量に基づき、0.001〜0.2重量%の量で使用される。
一実施形態では、開始剤は少なくとも1つの反応区域に添加され、開始剤は1秒で255℃超、好ましくは260℃超の半減期温度を有する。さらなる実施形態では、このような開始剤は、320℃〜350℃の重合温度のピークで使用される。さらなる実施形態では、開始剤は、環状構造に組み込まれる少なくとも1つの過酸化物基を含む。このような開始剤の例としては、両方ともAkzo Nobelから入手可能なTRIGONOX(商標)301(3,6,9−トリエチル−3,6,9−トリメチル−1,4,7−トリペルオキソナアン)及びTRIGONOX(商標)311(3,3,5,7,7−ペンタメチル−1,2,4−トリオキセパン)、及びUnited Initiatorsから入手可能なHMCH−4−AL(3,3,6,6,9,9−ヘキサメチル−1,2,4,5−テトロキソナン)が挙げられるが、これらに限定されない。国際公開第WO02/14379号及びWO01/68723号も参照されたい。
エチレン系ポリマーを形成する方法は、本明細書に記載されるように、2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでよい。
PPG AEMAまたは他の分岐修飾された高溶融強度エチレン系ポリマーを含む組成物
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。
一実施形態では、組成物は、0.954g/cc以下の密度を有するエチレン/α−オレフィンインターポリマーをさらに含む。
一実施形態では、組成物は、1つ以上の特性、例えば、密度、I、重量平均分子量(Mw(abs))、数平均分子量(Mn(conv))、または多分散指数(Mw(abs)/Mn(conv))において本発明のエチレン系ポリマーとは異なる別のエチレン系ポリマーをさらに含む。
本発明は、本発明の組成物から形成される少なくとも1つの構成成分を含む物品も提供する。
一実施形態では、物品は、ケーブルまたはワイヤ用コーティングである。一実施形態では、ケーブルまたはワイヤは、電気または電気通信ワイヤまたはケーブルである。
一実施形態では、物品はコーティングシート、さらなる実施形態では、シートは、金属、紙、もしくは別のポリマー基材またはこれらの組み合わせから選択される。さらなる実施形態では、コーティングシートは、ワイヤまたはケーブル構成において使用される。
本発明のエチレン系ポリマーは、本明細書に記載されるように、2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでよい。
本発明の組成物は、本明細書に記載されるように、2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでよい。
本発明の物品は、本明細書に記載されるように、2つ以上の実施形態の組み合わせを含んでよい。
添加剤
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。
一実施形態では、本発明のポリマーは、IRGANOX(商標)1010、IRGANOX(商標)1076、及びIRGAFOS(商標)168などのうちの1つ以上の安定剤または酸化防止剤で処理される。任意選択的に、ポリマーは、押出または他の溶融プロセスの前に、1つ以上の安定剤または酸化防止剤で処理される。ある実施形態では、本発明の組成物は、損失係数及び他の電気特性に悪影響を及ぼし得る構成成分、添加剤または汚染物質がない(またはわずかな量を含有する)。
本発明の組成物は、本発明のエチレン系ポリマーに加えて、少なくとも1つの他のポリマーをさらに含んでよい。他のポリマーを有する本発明のブレンド及び混合物が、調製されてよい。本発明のポリマーとブレンドするのに適切なポリマーとしては、天然及び合成ポリマーが挙げられる。ブレンド用の例示的なポリマーとしては、プロピレン系ポリマー(耐衝撃性改良ポリプロピレン、アイソタクチックポリプロピレン、アタクチックポリプロピレン、及びランダムプロピレン/エチレンコポリマーの両方)、高圧、フリーラジカルLDPE、(典型的には、チーグラー・ナッタ触媒作用を介した)不均質分岐LLDPE、均質分岐直鎖状、または複数反応器PE(USP6,545,088、USP6,538,070、USP6,566,446、USP5,844,045、USP5,869,575、及びUSP6,448,341に開示される生成物などの不均質分岐PE及び均質分岐PEの「反応器内」組成物、を含む(典型的には、メタロセン触媒作用を含むシングルサイトを介した)実質的に直鎖状PEを含む様々な種類のエチレン系ポリマー、エチレン−ビニルアセテート(EVA)、エチレン/ビニルアルコールコポリマー、ポリスチレン、耐衝撃性改良ポリスチレン、ABS、スチレン/ブタジエンブロックコポリマー及びそれらの水素化誘導体(SBS及びSEBS)、ならびに熱可塑性ポリウレタンが挙げられる。他のエチレン系ポリマーとしては、オレフィンプラストマー及びエラストマー(例えば、AFFINITY(商標)プラストマー及びENGAGE(商標)エラストマー(The Dow Chemical Company)ならびにEXACT(商標)(ExxonMobil Chemical Co.)の商品名で入手可能なポリマー))などの均質ポリマーが挙げられる。プロピレン系コポリマー(例えば、VERSIFY(商標)プラストマー&エラストマー(The Dow Chemical Company)及びVISTAMAXX(商標)(ExxonMobil Chemical Co.)の商品名で入手可能なポリマーは、本発明のポリマーを含むブレンド中の構成成分としてもまた有用であり得る。
組成物の架橋
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。
本発明の組成物の架橋用過酸化物の使用の代替として、またはそれに加えて、ポリマーを架橋するための他の方法が所望の架橋度を引き起こすために使用されてよい。そうした方法及び技術は当業者には周知であり、方射架橋、湿分架橋、ビスルホニルアジド架橋、ヒドロキシル末端PDMSでの架橋などが挙げられる(がこれらに限定されない)。場合によっては、本発明の実施に使用されるポリマーは、架橋が可能となるように適切に(例えば、湿分架橋またはヒドロキシル末端PDMSでの架橋の場合にはアルコキシシランで)官能化されることが必要となるであろう。
組成物の特性
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)。
さらに、本発明の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は、高溶融強度が望ましい、熱可塑性樹脂電気(ワイヤ及びケーブル)絶縁体/外装(電気通信ケーブル及び難燃ケーブルが挙げられるがこれらに限定されない)を製造するために使用されることができる。絶縁体/外装は、固体またはセル(発泡)でよい。
用途
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。
適切な用途としては、ワイヤ及びケーブル、ガスケット及び異形材、接着剤、履物構成成分、及び自動車内装部品が挙げられるが、これらに限定されない。一実施形態では、本発明のポリマー、ポリマーブレンド、及び/または組成物は、低、中、高もしくは超高電圧ワイヤまたはケーブル、あるいは中、高、もしくは超高電圧ワイヤまたはケーブル、あるいは高もしくは超高電圧ワイヤまたはケーブル用絶縁シースを製造するために使用される。
任意の既知の方法が、本発明のポリマー、ポリマーブレンド及び組成物を用いて本発明のワイヤ及びケーブルを製造するために使用されてよい。これらとしては、中電圧〜超高電圧ケーブルコアを製造するために使用される以下の三重押出プロセス、垂直連続加硫(VCV)、カテナリー連続加硫(CCV)及びMitsubishi Dainichi連続加硫(MDCV)が挙げられる(が、これらに限定されない)。
組成物の構成成分は、任意の方法で混合またはブレンドされることができ、任意の装置を使用する。混合またはブレンドは、ポリマーの高い方の融解温度(点)の下または上で行われてよい。過酸化物及び他の添加剤は、浸漬及び混合を含む任意の方法で添加されることができる。一実施形態では、添加剤は互いにブレンドした後、ポリマーに添加される。一実施形態では、添加剤は個別に添加される。過酸化物は、ケーブルを製造するために、溶融プロセスまたは押出より前に、ポリマーと浸漬または混合することができる。ある実施形態では、(過酸化物を含む)全ての材料が1ステップで溶融ブレンドされる。別の実施形態では、ケーブル押出中に使用する前に化合物をまず調製する必要なしに、(過酸化物を含む)全ての材料が、ケーブル押出プロセスの一部として1ステップで溶融ブレンドされる。ある実施形態では、過酸化物及び/または他の添加剤は、供給ホッパを介して押出機に排出される前に「ターボミキサー」内で非常に素早く固体ポリマーと予混合される。
試験方法
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。
メルトインデックスまたはIを、190℃/2.16kgの条件でASTM D1238に従って測定し、10分ごとに溶出したグラムを報告した。I10を、190℃/10kgの条件でASTM D1238に従って測定し、10分ごとに溶出したグラムを報告した。
GPC方法:Precision Detectors、現在のAgilent Technologies(CA,USA)の2角度のレーザー光線散乱(LS)検出器モデル2040、及びPolymerCharの4毛細管溶液粘度計(DP)を装備したPolymerChar(Valencia,Spain)高温クロマトグラフGPC−IRからなる三重検出器ゲル透過クロマトグラフィー(3D−GPCまたはTDGPC)システムを使用した。データ収集は、Polymer Charの「GPC One」ソフトウェアを使用して実施した。このシステムは、Agilent Technologiesのオンライン溶媒脱気装置も装備している。
Agilent Technologiesの4つの30cm、20um混合A LSカラムからなる高温GPCカラムを使用した。GPC−IRオートサンプラーオーブンを160℃で稼働させ、カラム区画を150℃で稼働させた。試料を、マイクロポンプを介して送達されたデカンを含む流速マーカーを用いて、2mg/mlの濃度でGPC−IRシリンジからの投入を介して半自動的に調製した。クロマトグラフ溶媒及び試料調製溶媒は、2,6−ジ−tert−ブチル−4メチルフェノール(BHT)200ppmを含有する1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB)である。溶媒を窒素と共に散布した。ポリマー試料を、160℃で3時間振盪した。注入容量は200マイクロリットルであった。GPCを通る流速を1.0ml/分に設定した。
カラムの検量及び試料の分子量計算は、Polymer Charの「GPC One」ソフトウェアを使用して実施した。GPCカラムの検量を、Polymer Laboratories(現在のAgilent Technologies)から入手した21の狭い分子量分布のポリスチレンの基準を用いて実施した。ポリスチレンの分子量基準は580〜8,400,000g/モルの範囲で変動し、暗い環境において室温で24時間TCBに溶解させ、0.25(Mp>500,000)〜0.5mg/ml(Mp<500,000)の個別濃度を有する個別の分子量間に少なくとも10の間隔を有する6つの「カクテル」混合物において定められた。
ポリスチレン基準のピークの分子量を、(Williams and Ward,J.Polym.Sci.,Polym.Let.,6,621(1968)に記載されるように)以下の等式を使用してポリエチレン分子量に変換した。
ここで、Bは1.0の値を有し、実験で決定されたAの値は0.38〜0.44であった。
カラムの検量曲線は、一次多項式を、観察された溶出容量に対する上記の等式から得られたそれぞれのポリエチレン当量の検量点に合わせることによって得られた。
従来の数及び重量平均分子量(それぞれのMn(conv)及びMw(conv))を、以下の等式に従って計算した。
式中、Wfは、i番目の構成成分の重量分率であり、Mはi番目の構成成分の分子量である。分子量分布(MWD)は、重量平均分子量(Mw)の数平均分子量(Mn)に対する比率として表した。
A値は、Williams and Ward EquationにおけるA値を、上記の等式を使用して計算されたMw(重量平均分子量)、及び対応する保持容量の多項式が、(標準のホモポリマーポリエチレンNBS1475にトレース可能な方法でLALLSにより測定された、115,000g/モルの既知の絶対重量平均分子量を有する、直鎖状ポリエチレンホモポリマー基準に従って得られた)Mwの独立して決定された値と一致するまで調整することによって決定した。
絶対重量平均分子量(Mw(abs))は、以下の等式を使用してベースライン差引LS(15度角度)及びIR−5(測定信号)濃度検出器によって特徴づけられた。
式中、Σ(LS)は、LS検出器の反応部分であり、Σ(IR)は、IR−4検出器の反応部分であり、KLSは、既知の濃度及び重量平均分子量52,000g/モルの証明値を用いる基準のNIST1475を使用して決定した計器定数である。
各溶出容量での絶対分子量を、以下の等式を使用して計算した。
式中、KLSは、決定した計器定数であり、LS 及びIR は、同一のi番目の溶出構成成分のベースライン差引LS(15度)及びIR5(測定)検出器の反応である。
絶対数平均及びzの平均分子量を、以下の等式で計算した。
低LSまたはIR検出器反応によってログMLS、iデータのばらつきが起きた場合、ログMLS、i−溶出容量のプロット上で線形外挿法を実施した。
ポリマーの押出評価を、Maddockスクリュー及び20/40/60/20メッシュスクリーン(5区域全て、ヘッド及びダイにわたって115.6℃の設定温度で)を使用して、2.5インチ、24:1L/D押出機で実施した。スクリュー速度は、25rpm〜100rpmの範囲で変動した。排出(溶融)温度を手持ち式熱電対によって測定し、このパラメータが、せん断発熱の広がり範囲の尺度となった。
ヘキサン抽出性物の基準方法:ポリマーペレット(さらなる修飾のない重合ペレット化プロセスから、加圧ごとに約2.2グラム)を、3.0〜4.0ミルの厚さでCarver Pressで加圧した。ペレットを、190℃で、3分間、40,000lbで加圧した。操作者の手の残油で膜を汚さないように、無残渣手袋(PIP*CleanTeam*CottonLisle Inspection Gloves、品番:97−501)をはめた。膜を1インチ×1インチの正方形に切り分け、計量した(2.5±0.05g)。次に膜を、加熱した水浴中の、49.5±0.5℃で約1000mlのヘキサンを含有するヘキサン容器中で2時間抽出した。使用したヘキサンは、異性体「ヘキサン」混合物(例えば、Fisher Chemicalのヘキサン(Optima)、HPLC用高純度移動相及び/またはGC用途用抽出溶媒)である。2時間後、膜を取り出し、汚れのないヘキサン中ですすぎ、真空オーブン中(80±5℃)完全真空(約30インチHgで、ISOTEMP Vacuum Oven、モデル281A)で2時間乾燥させた。次いで膜を乾燥器に入れ、室温まで、最低1時間冷却させた。その後、膜を再計量し、ヘキサン中の抽出による質量損失を計算した。この方法は、nーヘキサンの代わりにヘキサンを使用するFDAプロトコルの1部、21CRF177.1520(d)(3)(ii)に基づく。
溶融強度の測定を、190℃の温度で、Gottfert Rheotester2000毛細レオメーターに取り付けられているGottfert Rheotens 71.97(Goettfert Inc.;Rock Hill,SC)で実施した。ポリマー溶融は、2.0mmの毛細直径及びアスペクト比(毛細の長さ/毛細の直径)15を有する平坦な入口角度(180°)を有する毛細ダイを介して押出される。
試料を190℃で10分間平衡化した後、ピストンを、0.265mm/秒の一定のピストン速度で動作させた。基準試験温度は190℃であった。試料が、2.4mm/秒の加速度を有するダイの100mm下に位置する加速ニップのセットに一軸的に引っ張られた。張力を、ニップロールの巻き取り速度の関数として記録した。線が折れる前にセンチニュートン(cN)で、溶融強度をプラトー力として記録した。以下の条件を溶融強度測定において使用した:プランジャ速度=0.265mm/秒、ホイール加速度=2.4mm/秒、毛細直径=2.0mm、毛細長さ=30mm、バレル直径=12mm。
(1000炭素原子あたりの末端ビニルを含む)ポリエチレンの不飽和含有量を、核磁気共鳴(NMR)、(例えば、米国特許8,912,297 B2に記載される手順に従って)フーリエ変換赤外分光法または任意の他の既知の方法(もしくはまだ開発されていない方法)によって決定した。
動的振動せん断測定を、190℃の温度及びひずみ制御されたTA Instrumentsのレオメーター、ARES/ARES−G2上に直径25mmのステンレススチール平行板を有する10%のひずみ度で、0.1rad s−1〜100rad s−1の範囲にわたって実施し、エチレン系ポリマーのメルトフロー特性を決定した。V0.1及びV100は、それぞれ0.1及び100rad s−1での粘度である(V0.1/V100は、ずり減粘特性の尺度となる)。
動的振動せん断測定を、135℃の温度及び0.25%のひずみ度でTA Instruments Advanced Rheometric Expansion Systemを使用して、0.1rad s−1〜100rad s−1の範囲にわたって実施し、過酸化物含有組成物のメルトフロー特性を決定した。V0.1及びV100は、それぞれ0.1及び100rad s−1での粘度である(V0.1/V100は、ずり減粘特性の尺度となる)。
伸長粘度を、Extensional Viscosity Fixture Geometryを備えるARES FCU Rheometer及びTA Orchestratorソフトウェアを使用して、過酸化物含有組成物で測定した。試験は、押出条件のシニュレーションをするために、135℃で1/秒の速度で実施した。達成した粘度の最高(「ピーク」)値ならびに1のHenckyひずみでの粘度を報告した。
ゼロせん断粘度を、過酸化物含有組成物のクリープ回復(SR−200、25.0Pa/3分クリープ/15分回復/135℃)から測定した。
化合物の可動ダイレオメーター(MDR)分析を、Alpha Technologies Rheometer MDRモデル2000ユニットを使用して実施した。試験は、ASTM手順D5289の「ローターなしの硬化計を使用するゴム−特性加硫の基準試験方法」に基づく。MDR分析を、6グラムの材料を使用して実施した。試料を、182℃または140℃の両方の温度条件で、0.5度のアーク振動で試験した。試料を、BRABENDER(商標)混合ボウルから直接の材料で試験した。押出条件で早すぎる架橋(「スコーチ」)に対する耐性が、140℃で、ts0.25、ts0.65またはts1(トルクでのそれぞれ0.25、0.65または1lb−inに増大する時間)によって評価された。最終的な架橋度は、182℃でのMH(最大トルク)−ML(最小トルク)によって反映される。
ゲル含有量(不溶性分率)は、架橋度の別の尺度である。それは、ASTM D2765に従って、溶媒デカヒドロナフタレン(デカリン)で抽出することによって決定され得る。それは充填剤を含有するものを含む、全ての密度の架橋エチレンプラスチックに適用可能であり、全てがこれらの化合物のいくつかに存在する不活性充填剤の修正を提供する。試験は、182℃のMDR実験から出た試験片で実施した。各試料に少なくとも1グラムの材料の粉末試料を調製するために、WILEYミル(20メッシュスクリーン)を使用した。試料ポーチの製造では、ポーチから粉末試料の漏れを回避するように慎重に作った。使用した任意の技術により、折り目周りまたは止め具孔からの漏れによる粉末の損失は回避される。完成したポーチの幅は4分の3インチ以下であり、長さは2インチ以下である。ポーチには120メッシュスクリーンを使用した。試料ポーチを、化学てんびん上で計量した。0.3グラム(+/0.02g)の粉末試料を、ポーチに入れた。試料をポーチに充填する必要があるため、ポーチの折り目を開けさせないようにする配慮が行われた。ポーチを密封し、次に試料を計量した。次に試料を、加熱したマントル中のフラスコを使用して、10gの2,2´−メチレン−ビス(4−メチル−6−第三級ブチルフェノール)を有する1リットルの沸騰デカリン中に6時間入れた。デカリンを6時間沸騰した後、電圧レギュレータを切り、デカリンがその引火点未満に冷却するまで冷却水を流したままにした(これは、典型的には少なくとも30分かかる)。デカリンが冷却したら、冷却水を止め、ポーチをフラスコから取り出した。ポーチをフード下で冷却し、溶媒をできるだけ除去した。その後、ポーチを150℃に設定した真空オーブンに4時間入れ、25水銀柱インチの真空を維持した。次にポーチをオーブンから取り出し、室温まで冷却させた。化学てんびん上での重量を記録した。ゲル含有量の計算が、以下に示されており、式中、W1=空ポーチの重量、W2=試料及びポーチの重量、W3=試料、ポーチ及び止め具の重量、W4=抽出後の重量である。
高温クリープは、架橋度の別の尺度である。試験は、電力ケーブル絶縁材料に対してICEA−T−28−562−2003方法に基づく。高温クリープ試験を、50ミル(1.3mm)厚の試料で、200℃でガラスドアを備えるオーブン中で、試験片の底部に0.2MPa圧の力をかけ実施した。ASTM D412型D引張棒を使用して、各試料用に3つの試験片を切り取った。試料を15分間引き伸ばし、増加した長さの百分率を測定し、3つの試験片の平均値を「高温クリープ」として報告した。
損失係数(DF)試験を、60Hz及び2kV印加電圧で、架橋された50ミル(1.3mm)のプラークで実施した。プラークを、60℃で5日間、真空オーブン中で脱気させた。DF試験は、60Hzで、ASTM D150に従って、TETTEX試験片ホルダー及びTETTEX AG Instruments Temperature Control Unitを備えたGUILDLINE High Voltage Capacitance Bridgeユニット、モデル9920Aを使用して実施した。試料を、60ヘルツ(Hz)及び2キロボルト(kV)印加電圧、25℃、40℃、90℃、及び130℃の温度で試験した。
損失係数(DF)試験も、60Hz及び8kV印加電圧で、架橋された10ミル(0.25mm)のプラークを使用して実施した。プラークを、60℃で5日間、真空オーブン中で脱気させた。試料を、60℃、100℃及び120℃の温度で試験した。
130℃(60Hz、2kV)でのDF測定は、典型的には、低及び中電圧ワイヤ及びケーブル用途用に使用される。100℃(60Hz、8kV)でのDF測定は、典型的には、高電圧ワイヤ及びケーブル用途用に使用される。120℃(60Hz、8kV)でのDF測定は、典型的には、超高電圧ワイヤ及びケーブル用途用に使用される。
AC絶縁耐力としても知られている、AC耐圧(「ACBD」)を、公称35ミル(0.9−mm)厚の硬化プラークで、EXXON Univolt N61トランス油を使用するBRINKMAN AC Dielectric Strength Testerで試験した。エージングした試料を、0.01Mの塩化ナトリウム溶液で満たされたガラスU字管中で、6kVで21日間エージングした。
ショアD及びショアA硬度を、23℃でASTM D2240に従って、250ミル(6.4mm)厚及び直径51mmの試験片を使用して決定し、5回の測定の平均を記録した。
いくつかの連鎖移動剤の連鎖移動定数(Cs)値が、以下の表Aに示され、例えば、連鎖移動剤の130℃及び1360気圧(atm)でMortimerによって導き出された連鎖移動定数(Cs)を示している。
参照番号1.G.Mortimer;Journal of Polymer Science:Part A−1;Chain transfer in ethylene polymerization;vol 4,p 881−900(1966)
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)
実施例1〜3、3A〜3D及び比較例1〜3、3A:ポリマー特性及び押出特徴
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。(Iが2dg/分超の)比較例1〜3の従来のLDPEに対して、(やはりI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、I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I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I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I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I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。
実施例4〜6及び比較例4:過酸化物で架橋されたポリマーの損失係数
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。
続いて、適切な大きさの試験片を製造するために、組成物を以下の条件で圧縮成形した。125℃で3分間、1平方インチあたり500ポンド(psi)、(3.5メガパスカル(MPa))に続いて、180℃で20分間、2500psi(17MPa)、この圧力で30℃まで冷却し、加圧を解放して成形されたプラークを取り出した。
試験片の損失係数を測定した(表3)。驚くべきことに、PPG AEMAで修飾されたLDPEに組み込まれた極性コモノマーにもかかわらず、実施例4〜6の組成物または架橋されたポリマーの損失係数は、比較例4の損失係数よりも高くない(または、実施例4〜6の組成物または架橋されたポリマーの損失係数は、比較例4の損失係数と同様またはより低い)。
実施例7〜12、12A〜12F及び比較例5〜8、8A〜8C:ポリエチレングリコール(PEG)系絶縁組成物の架橋特徴及び損失係数
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250cm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。
その後に、組成物を、(架橋特徴の評価のため)140℃または182℃で可動ダイレオメーターにおいて試験した。溶融レオロジー測定のために、組成物を以下の条件で圧縮成形し、著しい架橋を防止した。120℃で3分間、500psi(3.5MPa)に続いて、この温度で3分間、2500psi(17MPa)、この圧力で30℃まで冷却し、加圧を解放して成形されたプラークを取り出した。電気的及び機械的測定のために、組成物を以下の条件で圧縮成形し、完全に架橋された異なる大きさの試験片を製造した。125℃で3分間、500psi(3.5MPa)に続いて、180℃で20分間、2500psi(17MPa)、この圧力で30℃まで冷却し、加圧を解放して成形されたプラークを取り出した。
実施例1〜3、3A〜3DのLDPE(PPG AEMAで修飾されたLDPEならびに分岐剤なし)を含む組成物は、押出条件(135℃及び100s−1でV100)で、まずまずの高せん断ずり減粘(V0.1/V100)及び伸長粘度またはゼロせん断粘度(タレ抵抗後半の特性)を有する比較LDPEと同様またはより低い粘度であった。さらに、実施例1〜3、3A〜3DのLDPE(PPG AEMAで修飾されたLDPEならびに分岐剤なし)を含む組成物の架橋特徴は、通常、比較例(表4)の架橋特徴と同様またはより良い。しかし、実施例7を比較例5(両方とも、182℃でMH−MLで測定された同様の最終架橋度)と比較すると、PPG AEMAで修飾されたLDPEは、より長いスコーチ時間(140℃でts0.25、ts0.65またはts1)が生じた。組成物の損失係数も望ましいように低く、PPG AEMAで修飾されたLDPEにおける極性部分の存在によって影響されなかった。試験片の硬度値は、一般に同様であった。注目すべきことは、実施例12E及び12Fは、135℃で望ましくより低いせん断粘度(押出条件)ならびに135℃でより大きい値のゼロせん断粘度及び伸長粘度(すなわち、ケーブルの伸長条件での絶縁タレに対する優れた耐性)であったが、比較例8B及び8Cと同様の高温クリープ(最終架橋)値及び140℃でts0.25/ts0.65/ts1(押出温度でのスコーチの傾向)が生じたことである。全ての場合において、(エージングさせていない及びエージングさせた)AC耐圧値は30kV/mm以上であった。
実施例13〜15、15A〜15E及び比較例9〜10、10A〜10B:PEGなしの絶縁組成物の架橋特徴及び損失係数
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250cm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。
その後に、組成物を(架橋特徴の評価のため)140℃または182℃で可動ダイレオメーターにおいて試験した。溶融レオロジー測定のために、組成物を以下の条件で圧縮成形し、著しい架橋を防止した。120℃で3分間、500psi(3.5MPa)に続いて、この温度で3分間、2500psi(17MPa)、この圧力で30℃まで冷却し、加圧を解放して成形されたプラークを取り出した。電気的及び機械的測定のために、組成物を以下の条件で圧縮成形し、完全に架橋された異なる大きさの試験片を製造した。125℃で3分間、500psi(3.5MPa)に続いて、180℃で20分間、2500psi(17MPa)、この圧力で30℃まで冷却し、加圧を解放して成形されたプラークを取り出した。
実施例1〜3、3A〜3DのLDPE(PPG AEMAで修飾されたLDPEならびに分岐剤なし)を含む組成物は、押出条件(135℃及び100s−1でV100)で、まずまずの高せん断ずり減粘(V0.1/V100)及び伸長粘度またはゼロせん断粘度(タレ抵抗後半の特性)を有する比較LDPEと同様またはより低い粘度であった。さらに、本発明の実施例は、様々で十分な架橋特徴ならびに望ましい(まずまずの)低損失係数を示した。試験片の硬度値は、一般に同様であった。特に、実施例15B及び15Cは、135℃で同様またはより低いせん断粘度(押出条件)、140℃で望ましくより高いts1(すなわち、押出温度でのスコーチの低傾向)ならびに135℃でより大きい値のゼロせん断粘度及び伸長粘度(すなわち、ケーブルの伸長条件での絶縁タレに対する優れた耐性)であったが、比較例10と同様の高温クリープ(最終架橋)値が生じた。さらに実施例15Eは、140℃で望ましくより大きいts0.25/ts0.65/ts1値(すなわち押出温度でのスコーチの増加傾向)及び135℃(押出条件)でより低いせん断粘度、ならびに135℃でより大きい値のゼロせん断粘度(すなわち、ケーブルの伸長条件での絶縁タレに対する優れた耐性)であったが、比較例10A及び10Bと同様の高温クリープ(最終架橋)値が生じた。全ての場合において、(エージングさせていない及びエージングさせた)AC耐圧値は30kV/mm以上であった。

Claims (12)

  1. 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。
  2. 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、
    式中、パラメータCが(≧)15以上である、組成物。
  3. 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。
  4. 前記PPG AEMAが以下の式のものであり、
    式中、nは1〜50であり、Rは水素またはアルキル基から選択され、Rは水素またはアルキル基から選択され、
    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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 前記PPG AEMAが以下の式のものであり、
    式中、nは1〜50であり、Rは水素またはアルキル基から選択され、Rは水素またはアルキル基から選択され、
    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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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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