JP2018531299A - 半導電性シールド組成物 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)45−52%のエチレン酢酸ビニル(EVA)であって、前記EVAの重量に基づき酢酸ビニル(VA)由来の28−45%の単位を含む、EVAと、
(B)30−45%のカーボンブラックであって、
(1)100グラムあたり80−115ミリリットル(ml/100g)のDBP吸収値、
(2)1グラムあたり30−60ミリグラム(mg/g)のヨウ素吸収(I2NO)、及び
(3)0.3−0.6グラム/ミリリットル(g/ml)の見掛け密度を含む、カーボンブラックと、
(C)5−20%のアクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)であって、前記NBRの重量に基づきアクリロニトリル(AN)由来の25−55%の単位を含む、NBRと、
(D)0.2−2%のフェノール抗酸化剤と、
(E)0.5−2%の有機過酸化物と、を含む、組成物である。
(a)導体と、
(b)前記導体上にあり、かつ前記導体と接触している第1の半導電性シールド層と、
(c)前記第1の半導電性シールド層上にあり、かつ前記第1の半導電性シールド層と接触している絶縁層と、
(d)前記絶縁層上にあり、かつ前記絶縁層と接触している第2の半導電性シールド層であって、上記の組成物から作製される、第2の半導電性シールド層と、
(e)前記第2の半導電性シールド層上のワイヤシールドと、
(f)保護ジャケットと、を備えるワイヤまたはケーブルである。
反対のことが述べられない限り、文脈から黙示的に、または本分野で慣習的でない限り、全ての部及びパーセントは重量に基づくものであり、全ての試験方法は本開示の出願日現在のものである。米国特許実務の目的のために、特に(本開示において具体的に提供される任意の定義と矛盾しない範囲で)定義の開示及び本分野における一般的な知識に関して、参照された特許、特許出願または刊行物は、その全体が参照として組み込まれる(または、その対応米国版も参照により本明細書に組み込まれる)。
本発明の典型的にかつ好ましくは架橋された第2の半導電体シールド層は、組成物であって、組成物の重量に基づく重量パーセント(重量%)で、
(A)45−52%、または46−51%、または47−50%のエチレン酢酸ビニル(EVA)であって、EVAの重量に基づき酢酸ビニル(VA)由来の28−45%の単位を含む、EVAと、
(B)30−45%、または32−43%、または34−41%のカーボンブラックであって、
(1)100グラムあたり80−115ミリリットル(ml/100g)のDBP吸収値、
(2)1グラムあたり30−60ミリグラム(mg/g)のヨウ素吸収(I2NO)、及び
(3)0.3−0.6グラム/ミリリットル(g/ml)の見掛け密度を含む、カーボンブラックと、
(C)5−20%、または8−19%、または11−18%のアクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)であって、NBRの重量に基づきアクリロニトリル(AN)由来の25〜55%の単位を含む、NBRと、
(D)0.2−2%、または0.3−1.5%、または0.4−1.0%のフェノール抗酸化剤と、
(E)0.5−2%、または0.6−1.7%、または0.7−1.4%の有機過酸化物と、を含むか、またはそれらから本質的になるか、またはそれらからなる、組成物から作製される。
エチレン酢酸ビニル(EVA)は、商業的に容易に入手可能な周知のポリマーであり、例えば、DuPontから入手可能なELVAX(商標)EVA樹脂、ExxonMobilから入手可能なESCORENE(商標)Ultra EVA樹脂、及びArkemaから入手可能なEVATANE(商標)EVA樹脂がある。本発明の実施に使用されるEVA樹脂の酢酸ビニル含有量は広範囲に及ぶことができるが、典型的には最低酢酸ビニル含有量は少なくとも28、より典型的には少なくとも30、さらにより典型的には少なくとも31重量%である。本発明の実施に使用されるEVA樹脂の最大酢酸ビニル含有量も広範囲に及ぶことができるが、典型的にはそれは45以下、より典型的には42以下、さらにより典型的には40重量%以下である。
本発明の実施において使用することができるカーボンブラックは、以下の特性を有する。
(1)100グラムあたり80−115、または85−110、または90−105ミリリットル(ml/100g)のDBP吸収値、
(2)1グラムあたり30−60、または35−55、または40−50ミリグラム(mg/g)のヨウ素吸収(I2NO)、及び
(3)0.3−0.6、または0.35−0.55、または0.40−0.50グラム/ミリリットル(g/ml)の見掛け密度。
加硫可能なブタジエン−アクリロニトリルコポリマー(ゴム)及びそれらの調製方法は、本分野において周知である。そのようなコポリマーは、本分野では一般的に、ニトリルゴムまたは単にNBRと称される。本発明に用いられるブタジエン−アクリロニトリルコポリマーは、コポリマーの総重量に基づき25−55、または30−50、または35−45重量%のアクリロニトリルを含有し得る。もちろん、必要に応じて、異なる重量パーセントのアクリロニトリルを有するこのようなコポリマーの混合物も使用され得る。
剥離可能な半導電性絶縁シールドの処理中に起こり得る酸化を最小限に抑える任意のフェノール系化合物は、本発明の組成物中の抗酸化剤として使用され得る。そのような抗酸化剤の例は、限定されないが、ヒンダードフェノール、例えば、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−4−メチルフェノール)、テトラキス[メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロ−シンナメート)]メタン、ビス[(ベータ−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−メチル−カルボキシエチル)]−スルフィド、4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチル−フェノール)、4,4’−チオビス(2−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、4,4’−チオビス(2−tert−ブチル−5−メチルフェノール)、2,2’−チオビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、及びチオジエチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ)−ヒドロシンナメートを含む。一実施形態では、フェノール抗酸化剤は、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−4−メチルフェノール)である。一実施形態では、フェノール抗酸化剤は、4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチル−フェノール)である。
架橋剤として使用される適切な有機過酸化物、すなわちフリーラジカル開始剤には、ジアルキルペルオキシド及びジペルオキシケタール開始剤が含まれるが、これらに限定されない。これらの化合物は、Encyclopedia of Chemical Technology,third edition,Vol.17,pp.27−90(1982)に記載されている。フリーラジカル開始剤として、2つ以上のフリーラジカル開始剤の混合物を併用してもよい。さらに、フリーラジカルは、剪断エネルギー、熱、または放射線から生じ得る。
本発明の第2の半導電性シールド組成物は、充填されていても充填されていなくてもよい。充填される場合、存在する充填剤の量は、典型的には、組成物の電気的及び/または機械的特性の大きな劣化を引き起こす量を超えない。典型的には、存在する充填剤の量は、組成物の重量に基づき2〜80重量パーセント(重量%)、より典型的には5〜70重量パーセントである。代表的な充填剤は、カオリン粘土、水酸化マグネシウム、シリカ、炭酸カルシウムを含む。充填剤は、難燃性を有していてもいなくてもよい。充填剤が存在する本発明の一実施形態では、充填剤は、さもなければ充填剤が組成物の機能及び/または組成物の硬化を妨害し得る傾向を防止または遅延させる材料で被覆される。ステアリン酸は、そのような充填剤コーティングの例である。
本発明の第2の半導電性シールド組成物の配合は、当業者に知られている標準的な手段によって行われ得る。配合装置の例は、BANBURY(商標)またはBOLLING(商標)内部ミキサーのような内部バッチミキサーである。あるいは、FARREL(商標)連続ミキサー、WERNER AND PFLEIDERER(商標)ツインスクリューミキサー、またはBUSS(商標)混練連続押出機のような連続一軸または二軸スクリューミキサーが使用され得る。使用されるミキサーのタイプ、及びミキサーの操作条件は、組成物の粘度、体積抵抗率、及び押出表面平滑性などの特性に影響を及ぼし得る。
一実施形態では、本発明は、絶縁層と、前記絶縁層上にあり、かつ前記絶縁層と接触している半導電性シールド層と、を備えるワイヤまたはケーブルであって、前記半導電性シールド層が、上記の、第2の半導電性シールド層が調製される組成物から作製される、ワイヤまたはケーブルである。ワイヤまたはケーブルは、1つ以上の他の成分、例えば、1つ以上の導体、1つ以上の絶縁層、1つ以上ワイヤシールド、追加の半導電性シールド、保護ジャケットなどを含み得る。
(a)導体と、
(b)前記導体上にあり、かつ前記導体と接触している第1の半導電性シールド層と、
(c)前記第1の半導電性シールド層上にあり、かつ前記第1の半導電性シールド層と接触している絶縁層と、
(d)前記絶縁層上にあり、かつ前記絶縁層と接触している第2の半導電性シールド層であって、請求項1に記載の組成物から作製される、第2の半導電性シールド層と、
(e)前記第2の半導電性シールド層上のワイヤシールドと、
(f)保護ジャケットと、を備えるか、それらから本質的になるか、またはそれらからなる、ワイヤもしくはケーブルである。
一実施形態では、本発明の実施形態のワイヤまたはケーブルの導体成分は、一般的に、任意の適切な導電性材料を含み得るが、一般的に導電性金属が利用される。好ましくは、金属は、銅またはアルミニウムである。電力伝達では、アルミニウム導体/鋼補強(ACSR)ケーブル、アルミニウム導体/アルミニウム補強(ACAR)ケーブル、またはアルミニウムケーブルが一般的に好ましい。
第1の半導電性シールド層は、導体(複数可)上にあり、導体(複数可)と接触している。第1の半導電性シールドは、第2の半導電性シールドと同じまたは異なる組成物であり得る。導体及び絶縁層の両方からの第1の半導電性シールド層の半導電性シールド層の容易な剥離性は、一般的に望ましくないか、少なくとも懸念されないので、典型的には第1の導電性シールドの組成物は第2の半導電性シールド層の組成物と異なる。一実施形態では、第1の半導電性シールド層の剥離力(実施例に記載の手順によって測定される)は、第2の半導電性シールド層の剥離力よりも高く、典型的にははるかに高く、例えば、全て剥離可能なら100%以上である。一実施形態では、第1の半導電性シールド層が調製される組成物は、エチレンコポリマーを含む。別の実施形態では、第1の半導電性シールド層を調製する組成物は、架橋エチレンコポリマーと他のポリエチレンとのブレンドを含む。
一実施形態では、絶縁層の主成分は、架橋ポリオレフィンである。一実施形態では、絶縁層の主成分は、架橋エチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴムである。一実施形態では、絶縁層の主成分は、架橋エチレンホモポリマーまたはコポリマーである。エチレンホモポリマーには、高圧低密度ポリエチレン(HPLDPE)、線状低密度ポリエチレン(LLDPE)、及び高密度ポリエチレン(HDPE)が含まれる。エチレンコポリマーは、エチレン/α−オレフィン(例えば、プロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、1−オクテンなど)コポリマー、エチレン−プロピレン、及びエチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴムなどを含む。絶縁層は、第1の半導電性シールド層上にあり、第1の半導電性シールド層と接触している。
第2の半導電体シールド層は、上述の組成物から作製される。第2の半導電性シールド層は、絶縁層上にあり、絶縁層と接触している。
ワイヤシールド層は、典型的にはワイヤメッシュまたは金属テープを含む。メッシュまたはテープは、良好な導電体及び可撓性を提供する任意の金属、例えばアルミニウムを含み得る。ワイヤシールド層は、第2の半導電性シールド層上にある。一実施形態では、ワイヤシールド層は、第2の半導電性シールド層上にあり、第2の半導電性シールド層と接触している。
保護ジャケットは、ワイヤまたはケーブル、最終的にはワイヤまたはケーブルの導体を、元素及び物理的損傷から保護する任意のポリマー材料から作製され得る。典型的には、保護ジャケットは、架橋ポリオレフィンからも作製される。一実施形態では、保護ジャケットは、ワイヤシールド層上にある。一実施形態では、保護ジャケットは、ワイヤシールド層上にあり、ワイヤシールド層と接触している。
本発明で利用される種々の組成物の全ての成分は、それらを導体上に押し出す押出装置に導入される前に、通常は、一緒にブレンドまたは配合される。ポリマー及び他の添加物及び充填剤は、本分野で使用される技術のいずれかによって一緒にブレンドされて、そのような混合物を均質な塊にブレンド及び配合し得る。例えば、成分は、マルチロールミル、スクリューミル、連続ミキサー、配合押出機、及びBANBURY(商標)ミキサーを含む種々の装置に流され得る。
DBP吸収−カーボンブラック−油吸収価(OAN)のASTM D2414−09a標準試験方法
加硫可能な半導電性シールド組成物を、BRABENDER(商標)ミキサー、BANBURY(商標)ミキサー、ロールミル、BUSS(商標)共混練機、二軸スクリュー混練押出機、及び一軸または二軸スクリュー押出機のような種々のタイプの溶融ミキサー中で調製することができる。配合物組成を表に示す。本開示における半導電性絶縁シールド組成物を、150℃及び60rpmで5分間、BRABENDER(商標)内部バッチミキサー中で調製する。ポリマー樹脂、カーボンブラック、及び他の添加物をボウルに入れ、混合する。過酸化物添加のために5分後に材料を除去する。材料をペレット化し、過酸化物をガラス瓶中のペレットに4時間浸漬する。
組成物の特性を表に示す。比較例とは異なり、発明実施例1A−1、1B−1、2A−2E、及び5−7は、中電圧電源ケーブルで使用される架橋可能な半導性絶縁シールドの製造及び使用に対する所望の特性の組み合わせを示した(上記セクションB4に示されている):典型的には、市販のEPR絶縁化合物に対して50%以上低い接着力、高温度での許容される高MDR−MH及び低ホットクリープ(押出後の架橋のため)、許容される高いts1(押出中の耐スコーチ性)、十分に低い体積抵抗率(電気特性)、エージング前後の十分な引張強度及び伸長物理特性。
Claims (9)
- 組成物であって、前記組成物の重量に基づく重量パーセントで、
(A)45−52%のエチレン酢酸ビニル(EVA)であって、前記EVAの重量に基づき酢酸ビニル(VA)由来の28−45%の単位を含む、EVAと、
(B)30−45%のカーボンブラックであって、
(1)100グラムあたり80−115ミリリットル(ml/100g)のDBP吸収値、
(2)1グラムあたり30−60ミリグラム(mg/g)のヨウ素吸収(I2NO)、及び
(3)0.3−0.6グラム/ミリリットル(g/ml)の見掛け密度を含む、カーボンブラックと、
(C)5−20%のアクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)であって、前記NBRの重量に基づきアクリロニトリル(AN)由来の25−55%の単位を含む、NBRと、
(D)0.2−2%のフェノール抗酸化剤と、
(E)0.5−2%の有機過酸化物と、を含む、組成物。 - 前記フェノール抗酸化剤は、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−4−メチルフェノール)、テトラキス[メチレン(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシヒドロ−シンナメート)]メタン、ビス[(ベータ−(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシベンジル)−メチル−カルボキシエチル)]−スルフィド、4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチル−フェノール)、4,4’−チオビス(2−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、4,4’−チオビス(2−tert−ブチル−5−メチルフェノール)、2,2’−チオビス(4−メチル−6−tert−ブチルフェノール)、及びチオジエチレンビス(3,5−ジ−tert−ブチル−4−ヒドロキシ)−ヒドロシンナメートのうちの1つ以上である、請求項1に記載の組成物。
- 前記フェノール抗酸化剤は、2,2’−メチレンビス(6−tert−ブチル−4−メチルフェノール)または4,4’−チオビス(3−メチル−6−tert−ブチル−フェノール)のうちの1つ以上である、請求項1に記載の組成物。
- 前記有機過酸化物は、ジアルキルペルオキシド及びジペルオキシケタールのうちの1つ以上である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の組成物。
- 1つ以上の充填剤または添加物をさらに含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の組成物。
- 絶縁層と、前記絶縁層上にあり、かつ前記絶縁層と接触している半導電性シールド層と、を備えるワイヤまたはケーブルであって、第2の半導電性シールド層が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の組成物から作製される、ワイヤまたはケーブル。
- (a)導体と、
(b)前記導体上にあり、かつ前記導体と接触している第1の半導電性シールド層と、
(c)前記第1の半導電性シールド層上にあり、かつ前記第1の半導電性シールド層と接触している絶縁層と、
(d)前記絶縁層上にあり、かつ前記絶縁層と接触している第2の半導電性シールド層であって、請求項1〜6のいずれか1項に記載の組成物から作製される、第2の半導電性シールド層と、
(e)前記第2の半導電性シールド層上のワイヤシールドと、
(f)保護ジャケットと、を備える、ワイヤまたはケーブル。 - 前記絶縁層は、架橋ポリオレフィンを含む、請求項6または7に記載のワイヤまたはケーブル。
- 前記絶縁層は、架橋エチレン−プロピレン−ジエンモノマーゴムを含む、請求項6または7に記載のワイヤまたはケーブル。
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