JP2024511785A - 湿気硬化性半導電性配合物 - Google Patents
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Abstract
エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーと従来のカーボンブラックとの混合物から本質的になる、湿気硬化性半導電性配合物。また、それを製造及び使用する方法、それから製造された湿気硬化した半導電性生成物、並びにそれを含有するか又はそれから製造された物品も見出された。
Description
改良された湿気硬化性ポリエチレン半導電性材料が求められている。
序論
当該分野内又はその周辺の特許出願公開としては、カナダ特許第2161991(A1)号、中国特許第105754185(A)号、同第105949547(A)号、欧州特許第2889323(A1)号、同第2910595(A1)号、米国特許出願公開第2003/0109494(A1)号、同第2003/0134969(A1)号、同第2008/0176981(A1)号、同第2009/0166925(A1)号、同第2010/0056809(A1)号、同第2010/0206607(A1)号、同第2011/0282024(A1)号、同第2013/0206543(A1)号、同第2015/0166708(A1)号、同第2016/0200843(A1)号、同第2021/0002452(A1)号、同第2021/0002464(A1)号、同第2021/0005344(A1)号、国際公開第2000/071094(A1)号、同第2005/110123(A1)号、同第2007/092454(A1)号、及び同第2011/094055(A1)号が挙げられる。当該分野内の特許としては、米国特許第5,266,627号、同第5,686,546号、同第6,080,810号、同第6,162,419号、同第6,277,303(B1)号、同第6,284,832(B1)号、同第6,331,586(B1)号、同第6,830,777(B2)号、同第6,936,655(B2)号、同第7,390,970(B2)号、同第7,767,910(B2)号、同第9,595,365(B2)号、及び同第9,790,307(B2)号が挙げられる。当該分野内の雑誌刊行物としては、G.I.Razd’yakonova,et al.,Comparison of the physiochemical properties of similar grades of carbon black,Kauchuk i Rezina,2015,no.2,pages 10-13(International Polymer Science and Technology,42,No.8,2014,reference KR 15/02/10;transl.serial no.17423からP.Curtisによって英語に翻訳されると報告されている)が挙げられる。
当該分野内又はその周辺の特許出願公開としては、カナダ特許第2161991(A1)号、中国特許第105754185(A)号、同第105949547(A)号、欧州特許第2889323(A1)号、同第2910595(A1)号、米国特許出願公開第2003/0109494(A1)号、同第2003/0134969(A1)号、同第2008/0176981(A1)号、同第2009/0166925(A1)号、同第2010/0056809(A1)号、同第2010/0206607(A1)号、同第2011/0282024(A1)号、同第2013/0206543(A1)号、同第2015/0166708(A1)号、同第2016/0200843(A1)号、同第2021/0002452(A1)号、同第2021/0002464(A1)号、同第2021/0005344(A1)号、国際公開第2000/071094(A1)号、同第2005/110123(A1)号、同第2007/092454(A1)号、及び同第2011/094055(A1)号が挙げられる。当該分野内の特許としては、米国特許第5,266,627号、同第5,686,546号、同第6,080,810号、同第6,162,419号、同第6,277,303(B1)号、同第6,284,832(B1)号、同第6,331,586(B1)号、同第6,830,777(B2)号、同第6,936,655(B2)号、同第7,390,970(B2)号、同第7,767,910(B2)号、同第9,595,365(B2)号、及び同第9,790,307(B2)号が挙げられる。当該分野内の雑誌刊行物としては、G.I.Razd’yakonova,et al.,Comparison of the physiochemical properties of similar grades of carbon black,Kauchuk i Rezina,2015,no.2,pages 10-13(International Polymer Science and Technology,42,No.8,2014,reference KR 15/02/10;transl.serial no.17423からP.Curtisによって英語に翻訳されると報告されている)が挙げられる。
先行技術の1つ以上の欠点に対処する、改善された湿気硬化性半導電性配合物及び湿気硬化によってそれから製造される架橋半導電性生成物が提供される。これは、少なくとも部分的に、有害材料を除外することによって行われる。新規湿気硬化性半導電性配合物及び湿気硬化によってそれから製造される新規架橋半導電性生成物が提供される。湿気硬化性半導電性配合物は、エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー(湿気硬化性)と従来のカーボンブラックとの混合物から本質的になる。また、それを製造及び使用する方法、それから製造された湿気硬化した半導電性生成物、並びにそれを含有するか又はそれから製造された物品も本明細書に提供される。
本発明の配合物及び生成物は、エチレン/加水分解性シラン/極性コモノマーターポリマーを含まず(すなわち、除外し)、任意選択のエチレン/極性コモノマーコポリマーを含まず(すなわち、除外し)、2つ以上のヒドロキシル(HO-)末端基などの2つ以上の官能性末端基を含有するポリオルガノシロキサン(オルガノポリシロキサンとしても知られる)である架橋剤を含まず(すなわち、除外し)、超低湿潤性カーボンブラックを含まない(すなわち、除外する)。
「発明の概要」及び「要約書」は、参照により本明細書に援用される。
エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー(湿気硬化性)と従来のカーボンブラックとの混合物から本質的になる、湿気硬化性半導電性配合物。また、それを製造及び使用する方法、それから製造された湿気硬化した半導電性生成物、並びにそれを含有するか又はそれから製造された物品も本明細書に提供される。任意選択のオレフィン系炭化水素はエチレンではなく、存在しても存在しなくてもよい。
本発明の配合物及び生成物は、それらを含有する電力ケーブルの半導電性層としての使用に十分に適したものにする優れた特性を有する。本発明の配合物及び生成物の優れた性能は、90℃及び130℃で別々に測定した体積抵抗率がそれぞれ100,000オームセンチメートル未満(オーム-cm、電力ケーブル業界の要件)、特に1,000オーム-cm未満であること、低温脆性破壊が-25℃以下であること(電力ケーブル業界の要件)、及び、ウエハ煮沸試験に合格すること(電力ケーブル業界の要件)を含む。本発明の配合物及び生成物の性能はまた、121℃で7日後の伸びが100%超であること、表面粗さRaが2.06マイクロメートル(μm)未満(81マイクロインチ未満)であること、及び押出物がスコーチ塊を有さないことを含み得る。
除外材料。以下の材料は、場合によっては、湿気硬化性半導電性配合物及びそれから製造される架橋半導電性生成物から除外されるか、又は任意選択的に除外され得る。エチレン/加水分解性シラン/極性コモノマーターポリマー、エチレン/極性コモノマーコポリマー、2つ以上の官能性末端基(例えば、2つ以上のヒドロキシル末端基)を含有するポリオルガノシロキサン(オルガノポリシロキサンとしても知られる)、及び超低湿潤性カーボンブラック(例えば、LITX 50及びLITX 200)は除外される。任意選択的に、金属酸化物(例えば、アルミナ水和物)及び/又はカルボン酸及びその塩を除外してもよい。
「から本質的になっている(consisting essentially of)」及び「から本質的になる(consists essentially of)」という句は、部分的に閉鎖型であり、湿気硬化性半導電性配合物、及びそれから製造される架橋半導電性生成物が除外される材料を含まないことを意味する。例えば、エチレン/加水分解性シラン/極性コモノマーターポリマーを含まず、任意選択のエチレン/極性コモノマーコポリマー(例えば、エチレン/アルキルアクリレートバイポリママ-又はエチレン/アルキルアクリレート/α-オレフィンターポリマーなど)を含まず、2つ以上の官能性末端基(例えば、2つ以上のヒドロキシル末端基)を含有するポリオルガノシロキサン(オルガノポリシロキサンとしても知られる)を含まず、及び超低湿潤性カーボンブラック(例えば、LITX 50及びLITX 200)を含まない。以下の材料又は特徴に言及する際の用語「含む(comprises)」又は「含んでいる(comprising)」の使用は、「から本質的になっている(consisting essentially of)」又は「から本質的になる(consists essentially of)」の部分的に閉鎖型の性質を否定するものではなく、単に、「から本質的になっている(consisting essentially of)」又は「から本質的になる(consists essentially of)」によって明示的に除外されない任意の追加の材料又は特徴を許容するものである。
本発明の配合物及び生成物は、従来のカーボンブラックを使用するが、電力ケーブルの半導電性層に使用される場合に優れた性能を達成する。理論に束縛されるものではないが、本発明の架橋された半導電性生成物から作製された半導電性層を有する電力ケーブルにおいて、半導電性層は、電力ケーブルの動作使用中に高い水分吸収を受けないと考えられる。本発明の配合物及び生成物は、2つの異なる試験温度で低い体積抵抗率を達成するように、十分に高い含有量の従来のカーボンブラックを有する。本発明の配合物及び生成物は、電力ケーブルの半導電性層における電気的パーコレーションを可能にする。更に、本発明の配合物及び生成物は、半導電性層の望ましい電気特性を損なうことなく、その中で使用されるカーボンブラック含有量の低減を可能にする。したがって、従来のカーボンブラックを有する本発明の配合物及び生成物は、驚くべきことに、超低湿潤性カーボンブラックで得られるものと同程度又はそれよりも良好な電気的及び機械的性能を達成することができる。
本発明の配合物及び生成物は、それらを含有する電力ケーブルの半導電性層としての使用に十分に適したものにする優れた特性を有する。本発明の配合物及び生成物の優れた性能は、90℃及び130℃で別々に測定した体積抵抗率がそれぞれ100,000オームセンチメートル未満(オーム-cm、電力ケーブル業界の要件)、特に1,000オーム-cm未満であること、低温脆性破壊が-25℃以下であること(電力ケーブル業界の要件)、及び、ウエハ煮沸試験に合格すること(電力ケーブル業界の要件)を含む。
参照を容易にするために、全てではないがいくつかの実施形態(態様)に番号が付されている。
態様1.湿気硬化性半導電性配合物であって、43~86重量パーセント(重量%)の(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー(「(A)硬化性コポリマー」又は単に「(A)」、湿気硬化性)、14.0~30.0重量%の(B)従来のカーボンブラック(「(B)カーボンブラック」、又は単に「(B)」、超低湿潤性カーボンブラックではない)、並びに、総量0~27重量%の(X)少なくとも1種の添加剤であって、(A)及び(B)から選択されない添加剤、から本質的になり、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの組成(すなわち、全構成単位組成)は、全て(A)の重量に基づいて、58.5~99.5重量%のエチレン単位、0.5~5.0重量%のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位、及び0~40重量%の1つ以上のオレフィン系炭化水素から誘導されるコモノマー単位からなり、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーは、1.0~2.0グラム/10分(g/10分)、あるいは1.2~1.7g/10分のメルトインデックス(I2、190℃、2.16kg)を有し、(B)カーボンブラックは、ASTM D6556-19a(Standard Test Method for Carbon Black-Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption)に従って多点窒素吸着法によって測定される、140~640平方メートル/グラム(m2/g)のブルナウアー-エメット-テラー(BET)の総表面積(「BET-1」)、又はASTM D2414-19(Standard Test Method for Carbon Black-Oil Absorption Number(OAN))に従って測定される、185ミリリットル油/カーボンブラック100グラム(mL/100g)超の吸油価(「OAN-1」)のいずれか、又はBET-1及びOAN-1の両方を有し、(X)少なくとも1種の添加剤は、(C)シラノール縮合触媒及び/又は(D)酸化防止剤を含み、配合物中の(A)の重量%及び(A)中のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の重量%は合わせて、アルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の量が配合物の0.7~3.0重量%であるように十分であり、配合物は、体積抵抗率試験方法に従って130℃で測定された、100,000オーム-センチメートル(オーム-cm)未満の体積抵抗率を有する、湿気硬化性半導電性配合物。いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、195~300m2/g、あるいは215~259m2/gのBET-1総表面積、186~294mL/100g、あるいは186~194mL/100gのOAN-1吸油価を有し、配合物は、体積抵抗率試験方法に従って130℃で測定された、1,000オーム-cm未満の体積抵抗率を有する。配合物の製造において、(B)カーボンブラックは、溶融混合又は音響混合などによって(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーに混合される。
態様2.(A)硬化性コポリマーが、(i)任意選択のオレフィン系炭化水素は存在せず(すなわち、(A)の0.0重量%であり)、かつ、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーはエチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)コポリマーである、(ii)任意選択のオレフィン系炭化水素は存在し(すなわち、(A)の0.1~40重量%であり)、(C3~C40)α-オレフィンであり、かつ、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーはエチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(C3~C40)α-オレフィンコポリマーである、(iii)アルケニル官能性加水分解性シラン((A)の作製に使用されるコモノマー)は、式H2C=C(Ra)-((C1~C20)アルキレン)k-(C=O)j-((C1~C20)アルキレン)k-Si(R)m(R1)3-mであり、式中、下付き文字jは0又は1であり、下付き文字kが、0又は1であり、下付き文字mは、1、2又は3であり、Raは、H又はメチルであり、各Rは独立して、H、ヒドロキシル(-OH)、アルコキシ、カルボキシ、N,N-ジアルキルアミノ、アルキロキシモ、又はジアルキルオキシモであり、各R1は独立して、ヒドロカルビルである、(iv)(i)及び(iii)の両方である、並びに、(v)(ii)及び(iii)の両方である、のうちいずれか1つの制限を有する、態様1に記載の湿気硬化性半導電性配合物。いくつかの実施形態では、(A)硬化性コモノマーは、配合物の48.0~63.0重量%である。
態様3.(B)カーボンブラックが、(i)BET総表面積BET-1は、61~69m2/g(例えば、65m2/g)であり、吸油価OAN-1は、185mL/100g超、あるいは186~194mL/100g(例えば、190±2mL/100g)である、(ii)BET総表面積BET-1は、221~259m2/g(例えば、223~254m2/g)であり、吸油価OAN-1は、170mL/100g超、あるいは185mL/100g超、あるいは190~194mL/100g(例えば、192±1mL/100g)である、(iii)BET総表面積BET-1は、321~349m2/g(例えば、335m2/g)であり、吸油価OAN-1は、170mL/100g超、あるいは185mL/100g超、あるいは191mL/100g超である、(iv)BET総表面積BET-1は、755~844m2/g(例えば、800m2/g)であり、吸油価OAN-1は、300~390mL/100g、あるいは328~348mL/100g(例えば、338±4mL/100g)である、(v)吸油価OAN-1は、185mL/100g超、あるいは186~194mL/100g(例えば、191±2mL/100g)である、(vi)(B)カーボンブラックは、ファーネスブラックである、のうちいずれか1つの制限を有する、態様1~2のいずれか1つに記載の湿気硬化性半導電性配合物。いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、制限(vi)と制限(i)~(v)のいずれか1つとの組み合わせによって説明される。いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、配合物の14.0~29.4重量%である。
態様4.(A)硬化性コポリマーが、態様2の制限(i)~(v)のいずれか1つを有し、(B)カーボンブラックが、態様3の制限(i)~(vi)のいずれか1つを有する、態様3に記載の湿気硬化性半導電性配合物。
態様5.(X)少なくとも1種の添加剤が配合物中に存在し(すなわち、(X)の総量が配合物の0.1~27重量%である)、(C)シラノール縮合触媒、(D)酸化防止剤、任意選択的に、(E)担体樹脂(例えば、低密度ポリエチレン又は高密度ポリエチレン)、(F)金属不活性化剤(例えば、オキサリルビス(ベンジリデン)ヒドラジド(OABH))、若しくは(G)水分捕捉剤、又は(E)~(G)のいずれか2つ以上の組み合わせを含む、態様1~4のいずれか1つに記載の湿気硬化性半導電性配合物。いくつかの実施形態では、(X)少なくとも1種の添加剤の総量は、配合物の0.1~20.0重量%である。他の実施形態では、(X)少なくとも1種の添加剤は存在しない(すなわち、(X)の総量は配合物の0.00重量%である)。
態様6.態様1~5のいずれか1つに記載の湿気硬化性半導電性配合物の製造方法であって、(B)カーボンブラックを、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー中に、湿気硬化性半導電性配合物を製造するような方法で混合することを含む、方法。配合物が(X)少なくとも1種の添加剤も含有する場合、混合工程は、(X)少なくとも1種の添加剤を(A)硬化性ポリマー中に混合することを更に含んでもよく、又は(A)は、(X)少なくとも1種の添加剤を既に含有していてもよく、又は(A)は、(X)少なくとも1種の添加剤のうちの少なくとも1種を既にその中にプレブレンドされて含有していてもよく、混合工程は、(X)少なくとも1種の添加剤のうちの同じ又は異なる1種を予め作製されたブレンド中に混合することを更に含んでもよい。成分(A)、(B)、及び存在する場合(X)の量は、構成要素(A)、(B)、及び存在する場合(X)の特許請求される重量%を達成するのに十分である。
態様7.態様1~5のいずれか1つに記載の湿気硬化性半導電性配合物を湿気硬化させて湿気硬化した半導電性生成物を得ることによって製造される(すなわち、その反応生成物である)湿気硬化した半導電性生成物であって、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの分子を架橋することによって作製される架橋ポリエチレンネットワークを有し、架橋ポリエチレンネットワークは、その中に分散された(B)カーボンブラック、及び任意選択的に、(X)少なくとも1種の添加剤を含有する、湿気硬化した半導電性生成物。(X)少なくとも1種の添加剤が配合物中に存在する場合、配合物から製造される生成物中に存在するとみなされる。逆に、(X)少なくとも1種の添加剤が配合物中に存在しない場合、配合物から製造される生成物中に存在しないとみなされる。
態様8.(i)全て本明細書に記載されるゲル含有量試験方法に従って測定されるとき、ゲル含有量が、40.0重量%超、あるいは50.0重量%超、あるいは60.0重量%超、あるいは65重量%超、あるいは61~80.0重量%、あるいは65~79重量%、あるいは68~71重量%、あるいは73~79重量%である、(ii)全て本明細書に記載される体積抵抗率試験方法に従って測定されるとき、90℃及び130℃で別々に測定した体積抵抗率が、それぞれ10,000オーム-センチメートル(オーム-cm)未満、特に1,000オーム-cm未満、あるいは90℃で1~110オーム-cm、あるいは90℃で1~99オーム-cm、あるいは90℃で12~69オーム-cm、あるいは130℃で1~810オーム-cm、あるいは130℃で1~150オーム-cm、あるいは130℃で1~119オーム-cmである、(iii)本明細書に記載される伸び試験方法に従って測定されるとき、121℃で7日後の伸びが85%超、あるいは100.0%超、あるいは87%~164%、あるいは95%~159%、あるいは105%~159%である、(iv)本明細書に記載される低温脆性試験方法に従って決定されるとき、低温脆性破壊が-25℃以下、あるいは-30℃以下である、(v)全て本明細書に記載される表面粗さ試験方法に従って測定されるとき、表面粗さRaが2.06μm未満(79マイクロインチ未満)であり、このときRaは、架橋製品(例えば、架橋押出テープ又は架橋被覆ワイヤ)の表面上を通過するスタイラスの中心線の上下の算術平均偏差であり、あるいは2.01μm未満(79マイクロインチ未満)、あるいは1.91μm未満(75マイクロインチ未満)、あるいは1.83μm未満(72マイクロインチ未満)、あるいは1.27μm未満(50.0マイクロインチ未満)、あるいは1.04μm未満(41マイクロインチ未満)、あるいは0.79μm未満(31マイクロインチ未満)、あるいは0.483μm未満(19.0マイクロインチ未満)、あるいは0.457~1.79μm(18.0~70.6マイクロインチ)である、(vi)本明細書に記載される電線絶縁上スコーチ塊試験方法に従って決定されるとき、スコーチ塊がない、及び(vii)本明細書に記載されるウエハ煮沸試験方法に従って決定されるとき、ウエハ煮沸試験に合格する、の特性のうち、いずれか1つを有する、態様7に記載の湿気硬化した半導電性生成物。いくつかの実施形態では、湿気硬化性半導電性配合物及び/又はそれから製造される湿気硬化した半導電性生成物は、任意の2つ以上の特性(i)~(vii)の組み合わせを有する。いくつかの実施形態では、2つ以上の特性の組み合わせは、(viii)(i)及び(ii)の両方、(ix)(i)及び(iii)の両方、(x)(i)及び(iv)の両方、(xi)(i)及び(v)の両方、(xii)(i)及び(vi)の両方、(xiii)(i)及び(vii)の両方、(xiv)(ii)及び(iii)の両方、(xv)(ii)及び(iv)の両方、(xvi)(ii)及び(v)の両方、(xvii)(ii)及び(vi)の両方、(xviii)(ii)及び(vii)の両方、(xix)(iii)及び(iv)の両方、(xx)(iii)及び(v)の両方、(xxi)(iii)及び(vi)の両方、(xxii)(iii)及び(vii)の両方、(xxiii)(iv)及び(v)の両方、(xxiv)(iv)及び(vi)の両方、(xxv)(iv)及び(vii)の両方、(xxvi)(v)及び(vi)の両方、(xxvii)(v)及び(vii)の両方、(xxviii)(vi)及び(vii)の両方、(xxix)(i)~(vii)のいずれか6つ(特性(i)~(vii)のうちいずれか1つを省略する)、並びに、(xxx)(i)~(vii)の各々、のうちいずれか1つである。いくつかの実施形態では、特性の組み合わせは、特性(i)、(ii)、及び(iv)~(vii)の各々であるが、(iii)ではなく、あるいは、特性(iii)が105%~159%である、特性(i)~(vii)の各々である。理論に束縛されるものではないが、生成物のゲル含有量が40.0重量%未満、又は50.0重量%未満である場合、生成物はウエハ煮沸試験に不合格になる場合があると考えられる。ウエハ煮沸試験に合格することは、業界で設定された電力ケーブルの規格を満たすために必要とされる場合がある。
態様9.態様7又は8に記載の湿気硬化した半導電性生成物の成形形態を含む、製造物品。
態様10.態様9の製造物品を製造する方法であって、湿気硬化性半導電性配合物の溶融物を成形して、成形された湿気硬化性半導電性配合物を得ることと、次いで、成形された湿気硬化性半導電性配合物を湿気硬化条件に供して、製造物品を得ることと、を含む、方法。
態様11.被覆導体であって、導電性コアと、導電性コアを少なくとも部分的に取り囲む半導電性層と、を含み、半導電性層の少なくとも一部分が、態様7又は8に記載の湿気硬化した半導電性生成物を含む、被覆導体。典型的には、半導電性層は湿気硬化した半導電性生成物からなり、半導電性層は導電性コアをその端部を除いて完全に取り囲む。
態様12.態様11に記載の被覆導体を製造する方法であって、湿気硬化性半導電性配合物の溶融物の層を導電性コア上に押出して、湿気硬化性半導電性配合物の押出された層によって被覆された導電性コアを得ることと、次いで湿気硬化性半導電性配合物の押出された層を湿気硬化条件に供して、半導電性層によって被覆された導電性コアを含む被覆導体を得ることと、を含む、方法。
態様13.電気を伝導する方法であって、態様11に記載の被覆導体の導電性コア全体に電圧を印加して、導電性コアを通る電気の流れを発生させることを含む、方法。
配合物及び生成物の実施形態は、表面粗さに関する電力ケーブルの業界基準を満たす。表面粗さ測定は、架橋された(水浴硬化された)押出テープ又は架橋された(水バッチ硬化された)被覆ワイヤのいずれかについて実施例において報告される。押出テープは被覆ワイヤよりも迅速かつ容易に製造されるので、押出テープの粗さは電力ケーブルの表面粗さの有用な早期指標である。架橋された被覆ワイヤ上で行われる表面粗さ測定は、電力ケーブル性能により適用可能であると認められており、したがって、表面粗さによって配合物及び生成物を特徴付けるために、架橋された被覆ワイヤ上で行われる測定が使用されるべきである。言い換えれば、架橋された押出テープの表面粗さがRaについて特許請求された範囲外にあるが、同じ配合物から製造された架橋された被覆ワイヤの表面粗さがRaについて特許請求された範囲内にある場合、架橋された被覆ワイヤについて行われた測定は対照である。
配合物及び生成物の実施形態は、90℃及び130℃で別々に測定した体積抵抗率が、それぞれ100,000オーム-センチメートル(オーム-cm)未満、特に1,000オーム-cm未満であること、121℃で7日後の伸びが少なくとも100%であること、低温脆性破壊が-25℃未満であること、ウエハ煮沸試験に合格すること、を含む、電力ケーブルの業界基準を満たす。体積抵抗率の制限は、配合物又は生成物から構成される半導電性材料が、電力ケーブルにおいて使用するための適切な電荷散逸性能を有することを確実にする。121℃で7日後の伸びが少なくとも100%であることは、配合物又は生成物を曲げることによる亀裂が容易に形成されないことを確実にする。低温脆性の制限は、寒い冬の気温で使用される場合に、配合物又は生成物中に亀裂が容易に形成されないことを確実にする。理論的には、121℃で7日後の任意の伸びが100%超であることが有用であるが、実際には、121℃で7日後の最大伸びは、通常500.0%未満、あるいは300.0%未満、あるいは200.0%未満である。ウエハ煮沸試験は、配合物が、電力ケーブルの動作中などの高温動作中に製品がその形状を維持することを可能にするのに十分な程度の架橋を有する架橋ポリマー生成物を作製することを確実にする。
配合物及び生成物の実施形態は、伸びに関する電力ケーブルの業界基準を満たす。伸び測定は、エージングした押出テープ又はエージングした被覆ワイヤのいずれかについて実施例に報告されている。押出テープは被覆ワイヤよりも迅速かつ容易に製造されるので、押出テープの伸びは電力ケーブルの伸びの有用な早期指標である。エージングした被覆ワイヤについて行われる伸び測定は、電力ケーブル性能により適用可能であると認められており、したがって、伸びによって配合物及び生成物を特徴付けるために、エージングした被覆ワイヤについて行われる測定を使用すべきである。言い換えれば、エージングしたテープの伸びが特許請求された範囲外にあるが、同じ配合物から製造されたエージングした被覆ワイヤの伸びが特許請求された範囲内にある場合、エージングした被覆ワイヤに対して行われた測定は対照である。
語句「から本質的になる」によって示されるように、湿気硬化性半導電性配合物は、エチレン/加水分解性シラン/極性コモノマーターポリマーを含まず、2つ以上の官能性末端基(例えば、2つ以上のヒドロキシル末端基)を含有するポリオルガノシロキサン(オルガノポリシロキサンとしても知られる)を含まず、及び超低湿潤性カーボンブラック(例えば、LITX 50及びLITX 200)を含まない。
湿気硬化性半導電性配合物は、導体コア上又は絶縁層上へのその半導電性層の押出を可能にし、押出された半導電性層は十分な平滑性(低い表面粗さ)を有する。これは、湿気硬化性半導電性配合物が、様々なプロセス条件下で十分な平滑性を有するテープ又は被覆ワイヤの形態で押出される場合に見られる。本発明の配合の組成物は、様々な加工条件下で押出可能であり、押出されたテープ及び被覆ワイヤは、電力ケーブルに使用するのに十分な平滑度を有することが分かっている。電力ケーブルの半導電性層の表面が粗すぎる場合、隣接する構成要素(例えば、導体コア又は絶縁層)との界面における部分放電を防止又は減少させることによって電力ケーブルの耐用年数を延長するように機能する層の能力は、損なわれるか、又は減少する。湿気硬化性半導電性配合物を押出することによって製造された本発明の半導電性層は、そのような表面粗さに起因する問題を防止するのに役立つ。
湿気硬化性半導電性配合物。湿気硬化性ポリオレフィン組成物は、一部配合物、あるいは複数部配合物、例えば、二部配合物であり得る。二部配合物は、第1及び第2の部分を含むことができ、ここで、互いに早期に反応し得る成分は、異なる部分に別々に収容されるか、又は(X)少なくとも1種の添加剤のうちの1種以上を一方の部分に収容し、成分(A)~(B)を別の部分に収容することができる。例えば、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーが第1の部分にあってもよく、(C)シラノール縮合触媒(存在する場合)が第2の部分にあってもよい。湿気硬化性半導電性配合物中の全ての成分の総重量は100.00重量%である。複数部配合物の場合、全ての部分の総重量は配合物の総重量に等しい。
配合物中の(A)の重量%及び(A)中のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の重量%は合わせて、アルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の量が配合物の0.7~3.0重量%であるように十分である。いくつかの実施形態では、アルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の量は、配合物の0.71~1.5重量%、あるいは配合物の0.73~1.3重量%、あるいは配合物の0.71~1.24重量%である。配合物中のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の量は、配合物中の成分(A)の重量%に成分(A)中のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の重量%を掛けることによって決定することができる。成分(A)中のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位の重量%は、核磁気共鳴(NMR)分光法によって、又は(A)を作製する共重合プロセスにおいて使用されるエチレン、アルケニル官能性加水分解性シラン、及び存在する場合オレフィン系炭化水素の相対量によって決定され得る。
湿気硬化性半導電性配合物は、連続的(モノリシック)又は分割された固体形態であり得る。湿気硬化性半導電性配合物の分割された形態は、顆粒及び/又はペレットを含み得る。
硬化中、湿気硬化性半導電性配合物は、液体又は蒸気形態の水を更に含んでもよい。硬化速度は、配合物を加熱することによって、配合物中に(C)シラノール縮合触媒を含めることによって、又はその両方によって増加させることができる。より速い硬化速度において、配合物は、特許請求される量(重量%)で(C)シラノール縮合触媒を含み、硬化は、ケーブル製造において使用される連続加硫(CV)蒸気管において行うことができるように、蒸気(蒸気状の水)を用いて30℃~300℃の範囲の温度に配合物を加熱することを含む。配合物の硬化は、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの湿気硬化性基の間に形成される架橋(共有結合)をもたらす。
いくつかの実施形態では、湿気硬化性半導電性配合物は、それから製造されるテープサンプルの表面から突出する粒子の半分の高さで150μmより大きい幅を有する1m2当たり24個より多い粒子、テープサンプルの表面から突出する粒子の半分の高さで200μmより大きい幅を有する1m2当たり11個より多い粒子、テープサンプルの表面から突出する粒子の半分の高さで500μmより大きい幅を有する1m2当たり少なくとも2個の粒子、又は前述の制限の全てを有し得る。
配合物及び生成物は、エチレン単位を含むモノマー単位及び不飽和カルボン酸エステルから誘導されるコモノマー単位又はグラフト単位を有する任意のポリマー、あるいは不飽和カルボン酸エステルから誘導されるコモノマー単位又はグラフト単位を有する任意のポリマー(エチレン単位の存在にかかわらず)を0.4重量%未満有するか、あるいは完全に含まない(0重量%を有する)。不飽和カルボン酸エステルは、式Ra-C(=O)-O-Ru又は式Ru-C(=O)-O-Raのものであってもよく、式中、各Raは、独立して、ヒドロカルビルであり、各Ruは、独立して、アルケニル又はアルキニル基である。不飽和カルボン酸エステルの例は、アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、及びビニルアセテートである。アルキルアクリレート及びアルキルメタクリレートのアルキルの例は、任意のアルキル基、直鎖若しくは分岐鎖若しくは環状、又はそれらの任意の2つ以上の組み合わせであってもよい。例としては、メチル、エチル及びブチルが挙げられる。
湿気硬化性半導電性配合物は、2つ以上の官能性末端基を含有するポリオルガノシロキサン(オルガノポリシロキサンとしても知られる)を0.4重量%未満有するか、あるいは完全に含まない(0重量%を有する)。2つ以上の官能性末端基を含有するポリオルガノシロキサンの官能性末端基は、ヒドロキシル(-OH)基であり得る。したがって、湿気硬化性半導電性配合物は、2つ以上のHO末端基を含有するポリジメチルシロキサン(PDMS)などのポリオルガノシロキサンを実質的に含まないか、あるいは完全に含まない。それから製造される架橋半導電性生成物もまた、そのような材料を含まず、そのような材料から形成される架橋基を含まない。
いくつかの実施形態では、湿気硬化性半導電性配合物、及びそれから製造される架橋半導電性生成物は、式R-CO2Hのカルボン酸、又はその塩(例えば、アミン又は金属塩)を含まない。
いくつかの実施形態では、湿気硬化性半導電性配合物、及びそれから製造される架橋半導電性生成物は、アルミナ三水和物を含むアルミナ水和物を含まない。いくつかの実施形態では、配合物及び生成物は、いかなるアルミナも、あるいはいかなる無機金属酸化物も含まない。
成分(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー。(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーは、加水分解性シラン基である共有結合した湿気硬化性基を含有する。これらの湿気硬化性基は、主ポリマー鎖の主鎖中に構成コモノマー単位として存在し、この主鎖はエチレン性モノマー単位及び存在する場合にはオレフィン系炭化水素構成単位も含有する。湿気硬化性コポリマーは、エチレン、アルケニル官能性加水分解性シラン(コモノマー)、及び任意選択的に、オレフィン系炭化水素(コモノマー)を共重合することによって作製される。共重合により生じ、得られたコポリマーは、構成単位のランダム分布を有する。したがって、コポリマーは、エチレン単位、アルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位、及び使用される場合、オレフィン系炭化水素から誘導される任意選択のコモノマー単位のランダム分布を有する。
(A)硬化性コポリマーは、エチレンと、アルケニル官能性加水分解性シランと、任意選択的に任意選択のオレフィン系炭化水素との反応器コポリマーであってもよい。成分(A)は、高圧反応器中で、アルケニル官能性加水分解性シランをエチレン及び任意選択的にオレフィン系炭化水素モノマーと共重合させることによって作製することができる。好適な高圧反応器は、アルキルアクリレート又はビニルアセテートを有するエチレンホモポリマー及びエチレンコポリマーの製造に使用されるものである。いくつかの実施形態では、(A)硬化性コポリマーは、エチレンとアルケニル官能性加水分解性シランとの反応器コポリマーであり、エチレンではないオレフィン系炭化水素から誘導されるコモノマー単位を含まない。
加水分解性シラン基は、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの、水及び、任意選択的に、(C)シラノール縮合触媒への曝露時の架橋を可能にする。架橋は、加水分解性シラン基と水との間、及びそれによってその場で生成されるシラノール基(すなわち、Si-OH基)間の縮合反応を含む。(C)シラノール縮合触媒は、これらの縮合架橋反応の速度を高める。
ケイ素原子に結合した少なくとも1つの加水分解性基を有し、エチレンと共重合することができる任意のシラン(「加水分解性シラン」)を、アルケニル官能性加水分解性シランとして使用することができる。好適な加水分解性シランとしては、エチレン性不飽和ヒドロカルビル基、例えば、ビニル、アリル、イソプロペニル、ブテニル、シクロヘキセニル、又はガンマ-(メタ)アクリルオキシアリル基、及び加水分解性基、例えば、ヒドロカルビルオキシ、ヒドロカルボニルオキシ基、又はヒドロカルビルアミノ基、を含む不飽和加水分解性シランが挙げられる。加水分解性基の例としては、メトキシ、エトキシ、ホルミルオキシ、アセトキシ、プロプリオニルオキシ、及びアルキル又はアリールアミノ基が挙げられる。好ましい加水分解性シランは、反応器中で他のモノマー(例えば、エチレン及びα-オレフィン)と共重合することができる不飽和アルコキシシランである。これらの加水分解性シランとその調製方法は、Meverden,et al.の米国特許第5,266,627号に更に詳しく記載されている。ビニルトリメトキシシラン(VTMS)、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、ガンマ-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン及びこれらのシランの混合物が挙げられる。充填剤が配合物中に存在する場合、加水分解性シランはビニルトリアルコキシシランであり得る。
いくつかの実施形態では、アルケニル官能性加水分解性シランは、式H2C=C(Ra)-((C1~C20)アルキレン)k-(C=O)j-((C1~C20)アルキレン)k’-Si(R)m(R1)3-mのものであり、式中、下付き文字jは0又は1であり、下付き文字kは、0又は1であり、下付き文字k’は、0又は1であり、下付き文字mは、1、2又は3であり、Raは、H又はメチルであり、各Rは独立して、H、ヒドロキシル(-OH)、アルコキシ、カルボキシ、N,N-ジアルキルアミノ、アルキロキシモ、又はジアルキルオキシモであり、各R1は独立して、ヒドロカルビルである。いくつかの実施形態では、アルケニル官能性加水分解性シランは式H2C=C(G)-((C1~C20)アルキレン)k-Si(R)m(R1)3-m又はH2C=C(CH3)-((C1~C20)アルキレン)k-Si(R)m(R1)3-m、あるいはH2C=C(G)-((C1~C20)アルキレン)k-Si(R)m(R1)3-mのものである。いくつかの実施形態では、下付き文字kは、0、あるいは1である。いくつかの態様では、下付き文字mは、3、あるいは2、あるいは1である。いくつかの態様では、下付き文字kは0であり、下付き文字mは3であり、あるいは、下付き文字kは0であり、下付き文字mは2であり、あるいは、下付き文字kは0であり、下付き文字mは1である。いくつかの態様では、下付き文字kは1であり、下付き文字mは3であり、あるいは、下付き文字kは1であり、下付き文字mは2であり、あるいは、下付き文字kは1であり、下付き文字mは1である。いくつかの実施形態では、RaはHであり、あるいはRaはメチルである。いくつかの実施形態では、各R基は、独立して、H、HO-、(C1~C6)アルコキシ、(C2~C6)カルボキシ、((C1~C6)アルキル)2N-、(C1~C6)アルキル(G)C=NO-、又は((C1~C6)アルキル)2C=NO-である。いくつかの実施形態では、各R1は、独立して、アルキル又はアリール、あるいは(C1~C6)アルキル又はフェニル、あるいはアルキル、あるいはフェニルである。いくつかの実施形態では、各R基は、独立して、(C1~C6)アルコキシ、(C2~C6)カルボキシ、((C1~C6)アルキル)2N-、又は((C1~C6)アルキル)2C=NO-であり、あるいは各R基は、(C1~C6)アルコキシであり、あるいは各R基は、(C2~C6)カルボキシであり、あるいは各R基は、((C1~C6)アルキル)2N-であり、あるいは各R基は、((C1~C6)アルキル)2C=NO-である。いくつかの実施形態では、各R基は、独立して、(C1~C6)アルコキシ、あるいはメトキシ、あるいはエトキシ、あるいは(C3~C6)アルコキシである。
RaがHであるとき、下付き文字k、k’、及びjは、それぞれ0であり、アルケニル官能性加水分解性シラン中のアルケニル基はビニルである。
アルケニル官能性加水分解性シランは、1つ、2つ、又は3つの加水分解性基を含有し得る。例えば、式H2C=C(Ra)-((C1~C20)アルキレン)k-(C=O)j-((C1~C20)アルキレン)k-Si(R)m(R1)3-m中において、下付き文字mが3のとき、アルケニル官能性加水分解性シランは3つの加水分解性基を含有し、下付き文字mが2のとき、アルケニル官能性加水分解性シランは2つの加水分解性基を含有し、下付き文字mが1のとき、アルケニル官能性加水分解性シランは1つの加水分解性基を含有する。加水分解性Si-R結合は、典型的には(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(オレフィン系炭化水素)コポリマーの異なる分子中の2つのそのような-SiR3基が、水分子と反応してSi-O-Si架橋を形成することができることを意味する。ケイ素原子に結合したそのような加水分解性基の例は、水素原子(Si-H結合が加水分解性である)、ヒドロキシル(Si-OH中のSi-O結合が加水分解性である)、アルコキシ(Si-アルコキシが加水分解性である)、カルボキシ(Si-O2C-アルキル中のSi-O結合が加水分解性である)、N,N-ジアルキルアミノ(Si-N(アルキル)2中のSi-N結合が加水分解性である)、アルキロキシモ(Si-O-N=C(アルキル)(G)中のSi-O結合が加水分解性である)、又はジアルキルオキシモ(Si-O-N=C(アルキル)2中のSi-O結合が加水分解性である)である。
いくつかの実施形態では、アルケニル官能性加水分解性シランは、ビニルトリアルコキシシラン(VTAOS)であってもよい。VTAOSはビニルトリメトキシシラン(VTMAOS)であってもよい。
いくつかの実施形態では、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーは、オレフィン系炭化水素モノマーから誘導される構成単位を含まない。
他の実施形態では、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーは、オレフィン系炭化水素モノマーから誘導される1つ以上の異なるタイプの構成単位を含有する。各オレフィン系炭化水素モノマーは、独立して、エチレンと共重合が可能な任意の炭化水素であり得る。いくつかの実施形態では、1種類のみのオレフィン系炭化水素モノマーが存在する。いくつかの実施形態では、オレフィン系炭化水素モノマーは、(C3~C40)α-オレフィンである。いくつかの実施形態では、(C3~C40)α-オレフィンは、プロピレンであり、あるいは(C4~C8)α-オレフィン、あるいは1-ブテン又は1-ヘキセン、あるいは1-ヘキセン又は1-オクテン、あるいは1-ブテン、あるいは1-ヘキセン、あるいは1-オクテンである。
(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの組成は、全て(A)の重量に基づいて、58.5~99.5重量%のエチレン単位、0.5~5.0重量%のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位、及び0~40重量%の1つ以上のオレフィン系炭化水素から誘導されるコモノマー単位からなる。いくつかの実施形態では、エチレン単位は、(A)の90~99.0重量%、あるいは(A)の90.0~98.7重量%(例えば、98.5重量%)である。いくつかの実施形態では、アルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位は、(A)の1.0~2.0重量%、あるいは(A)の1.3~1.7重量%(例えば、1.5重量%)である。
いくつかの実施形態では、1つ以上のオレフィン系炭化水素から誘導されるコモノマー単位は、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの0重量%であり、すなわち、(A)はオレフィン系炭化水素単位を含まない。このような実施形態では、(A)はバイポリマーであり、例えば、(C3~C40)α-オレフィン、ジエン、及び環状アルケンを含まない。例えば、(A)は、98.3~98.7重量%のエチレン単位及び1.3~1.7重量%のVTMSコモノマー単位、あるいは98.5重量%のエチレン単位及び1.5重量%のVTMSコモノマー単位からなるエチレン/ビニルトリメトキシシラン(エチレン/VTMS)バイポリマーであってもよい。
他の実施形態では、1種以上のオレフィン系炭化水素から誘導されるコモノマー単位は、(A)の1~40重量%、あるいは(A)の0~0.9重量%である。
いくつかの実施形態では、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーは、1.0~2.0g/10分、あるいは1.2~1.7g/10分、あるいは1.4~1.6g/10分、あるいは1.5g/10分のメルトインデックス(I2、190℃、2.16kg)を有する。
いくつかの実施形態では、(A)硬化性コポリマーは、(A)の総重量に基づいて1.5重量%のシラン含有量及び1.5g/10分のメルトインデックス(I2、190℃、2.16kg)を有するエチレン/(ビニルトリメトキシシラン)バイポリマーである。
いくつかの実施形態では、(A)硬化性コポリマーは、配合物の65.0~84.0重量%、あるいは67~82重量%、あるいは65~74重量%、あるいは76~84重量%である。これらの重量%は、架橋半導電性生成物中のその架橋反応生成物の量にも適用される。
アルケニル官能性加水分解性シランとエチレン及び任意選択的にオレフィン系炭化水素コモノマーとの共重合は、エチレンホモポリマー及びビニルアセテート及びアクリレートとのコポリマーの製造に使用される高圧反応器で行うことができる。
全ての疑いを取り除くために、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー、並びにそれを含有する配合物及びそれから製造される生成物は、不飽和カルボン酸エステルから誘導される構成単位又はグラフト基を含まない(含有しない)。不飽和カルボン酸エステルは上述されている。例えば、(A)は、アルキルアクリレート、アルキルメタクリレート、及びビニルアセテートから選択される不飽和カルボン酸エステルから誘導される構成単位又はグラフト基を含まない。
構成成分(B)カーボンブラック。カーボンブラックは、高い表面積対体積比を有するが、活性炭のそれよりも低い、準結晶質炭素の細かく分割された形態である。カーボンブラックの例は、ファーネスカーボンブラック、アセチレンカーボンブラック、導電性カーボン(例えば、カーボンファイバー、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラファイト、及び膨張グラファイト小板)である。本明細書で使用される(B)カーボンブラックは導電性である。いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックはファーネスカーボンブラックである。
いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、90.0m2/g超、あるいは394m2/g未満、あるいは90.0m2/g超かつ394m2/g未満、あるいは210~339m2/g、あるいは218~259m2/g、あるいは330~340m2/gのブルナウアー-エメット-テラー(BET)の総表面積、BET-1を有し、これらは全てASTM D6556-19aに従う多点窒素吸着法によって測定される。
いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、170mL/100g超、あるいは185mL/100g超、あるいは186~340mL/100g、あるいは186~194mL/100gの吸油価、OAN-1を有し、あるいは前述の態様に記載されるように、全てASTM D2414-19に従って測定される。いくつかのそのような実施形態では、(B)カーボンブラックは、前述のOAN-1値のいずれか1つ、かつASTM D6556-19aに従って多点窒素吸着法によって測定される60.0m2/g超のBET-1表面積を有する。他のそのような実施形態では、(B)カーボンブラックは、前述のOAN-1値のいずれか1つ、かつ90.0m2/g超、あるいは394m2/g未満、あるいは90.0m2/g超かつ394m2/g未満、あるいは210~339m2/g、あるいは218~259m2/g、あるいは330~340m2/gのBET-1総表面積を有し、これらは全てASTM D6556-19aに従う多点窒素吸着法によって測定される。
理論に束縛されるものではないが、130℃で測定された最大許容体積抵抗率を達成するために、(B)カーボンブラックの最小充填量が、配合物及びそれから製造される生成物に必要であると考えられる。(「VR(130℃)」)は、2つの「最良適合」数式のうちの1つによって記述することができる。式のどちらが使用されるかは、(B)カーボンブラックが、65~230m2/g又は約335m2/gのBET総表面積BET-1を有するか否かに依存する。65~230m2/gのBET総表面積BET-1かつ>170mL/100gの吸油価OAN-1を有する(B)カーボンブラックの実施形態では、「最良適合式」によって記述されるVR(130℃)曲線は、Ln(VR(130℃))=-0.039×(wt%)2+1.115×(wt%)+5.684であり、このときR2=0.9858である。約335m2/gのBET総表面積かつ>170mL/100gのOANを有する(B)カーボンブラックの実施形態では、「最良適合式」によって記述されるVR(130℃)曲線は、Ln(VR(130℃))=-0.039×(wt%)2+1.115×(wt%)+5.684であり、このときR2=0.9858である。「重量%」は、それぞれ配合物又は生成物の総重量に基づく(B)の充填量である。
(C)カーボンブラックのBET表面積は、BET総表面積(本明細書において「BET-1」と称されることもある)のみによって特徴付けられ得る。あるいは、BET総表面積(例えば、BET-1)の代わりに、(C)カーボンブラックのBET表面積は、ASTM D6556-19aに従って多点窒素吸着法によって測定される統計的厚さ比表面積(STSA)法に基づいて、BET外部表面積(本明細書において「BET-2」と称されることもある)によって特徴付けられ得る。いくつかの実施形態では、(C)カーボンブラックは、90.0m2/g超、あるいは394m2/g未満、あるいは90.0m2/g超かつ394m2/g未満、あるいは210~339m2/g、あるいは218~259m2/g、あるいは330~340m2/gのBET外部表面積、BET-2を有し、これらは全てASTM D6556-19aに従う多点窒素吸着法によって測定される。あるいは、(C)カーボンブラックのBET表面積は、BET総表面積値BET-1及びBET外部表面積値BET-2の両方によって特徴付けられてもよい。
いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、ASTM D1509-18(Standard Test Methods for Carbon Black-Heating Loss)に従って125℃で測定される、0~1.0重量%の加熱損失(主に失われた含水量)を有する。
いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、カーボンブラック(B)-1:65m2/gのBET総表面積BET-1かつ190mL/100gの吸油価OAN-1を有するカーボンブラック(例えば、Ensaco 250Gとして市販)、カーボンブラック(B)-2:800m2/gのBET総表面積BET-1かつ338mL/100gの吸油価OAN-1を有するカーボンブラック(例えば、Ketjen EC-300Jとして市販)、カーボンブラック(B)-3:223~254m2/gのBET総表面積BET-1かつ192mL/100gの吸油価OAN-1を有するファーネスカーボンブラック(例えば、XC-72として市販)からなる群から選択される。いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、205~264m2/gのBET-1かつ192mL/100gの吸油価OAN-1を有するファーネスカーボンブラックである(例えば、カーボンブラック(B)-3)。
いくつかの実施形態では、(B)カーボンブラックは、配合物の14.0~29.4重量%、あるいは14.1~29.4重量%、あるいは24.0~29.4重量%、あるいは28.7~29.7重量%である。これらの重量%は、架橋半導電性生成物中の(B)の量にも適用される。
米国特許出願公開第2021/0005344(A1)号に記載されているものを含む超低湿潤性カーボンブラックは、本明細書に記載されている本発明の実施形態から除外される。超低湿潤性カーボンブラックは、リチウムイオン電池の電極において歴史的に使用されてきた。最近、米国特許出願公開第2021/0002452(A1)号、同第2021/0002464(A1)号、及び同第2021/0005344(A1)号に記載されているように、超低湿潤性カーボンブラックが電力ケーブルの半導電性層に使用されている。例は、Cabot CorporationのLITX 50及びLITX 200導電性添加剤である。除外された超低湿潤性カーボンブラックの超低湿潤性の性質は、吸油価(OAN)、吸湿量、及び表面湿潤性プロファイルの組み合わせによって特徴付けられてもよく、これらの全ての試験方法は本明細書に記載される。超低湿潤性カーボンブラックは、BET総表面積試験方法により測定された35~190m2/gのBET総表面積、吸油価試験方法により測定された115~180mL/100gの吸油価(OAN)、及び、本明細書に記載される吸水量試験方法により測定された400~2400百万分率(ppm、重量)吸水量を有する。超低湿潤性カーボンブラックはまた、本明細書に記載される湿潤性試験方法に従って、逆ガスクロマトグラフィー(IGC)によって測定された、0.02の表面被覆率での≦0.0101の湿潤性、及び0.04の表面被覆率での≦0.0101の湿潤性、及び0.06の表面被覆率での≦0.0099の湿潤性、及び0.08の表面被覆率での≦0.0111の湿潤性、及び0.10の表面被覆率での≦0.0113の湿潤性によって特徴付けられる表面湿潤性プロファイルを有する。
成分(X)少なくとも1種の添加剤。(X)少なくとも1種の添加剤は、成分(A)、(B)、及び除外された材料以外の配合物及び生成物中に存在する全てを含む。湿気硬化性半導電性配合物中の(X)少なくとも1種の添加剤の総量は、配合物の0~27重量%であってもよい。(X)の総量が0重量%であるとき、配合物は、(X)少なくとも1種の添加剤を含まない。(X)の総量が0重量%を超える、すなわち>0重量%~27重量%であるとき、少なくとも1種の添加剤が配合物中に存在する。いくつかの実施形態では、(X)少なくとも1種の添加剤の総量は、配合物の0.1~20.0重量%、あるいは1.0~10.0重量%、あるいは2.6~5.6重量%、あるいは3.1~4.8重量%、あるいは4.0~4.9重量%である。これらの重量%は、架橋半導電性生成物中の(X)の量にも適用される。
いくつかの実施形態では、(A)硬化性コモノマーは、配合物の65.0~84.0重量%であり、(B)カーボンブラックは、配合物の14.0~29.4重量%であり、(X)少なくとも1種の添加剤の総量は、配合物の4.0~4.9重量%である。これらの重量%は、架橋半導電性生成物にも適用される。
任意選択の構成成分(添加剤)(C)シラノール縮合触媒。いくつかの態様では、(C)は、配合物及び/又は生成物中に存在しない。(C)シラノール縮合触媒は、酸若しくは塩基、又はそれらの酸のいずれか2つ以上の組み合わせ、いずれか2つ以上の塩基、又はいずれか1つ以上の酸及びいずれか1つ以上の塩基であってもよい。
(C)シラノール縮合触媒として使用することができる酸としては、ジブチルスズジラウレート(DBTDL)などのカルボン酸スズ、ジメチルヒドロキシスズオレエート、ジオクチルスズマレエート、ジ-n-ブチルスズマレエート、ジブチルスズジアセテート、ジブチルスズジオクトエート、酢酸第一スズ、及びオクタン酸第一スズが挙げられる。他の有用な酸は、ナフテン酸鉛、カプリル酸亜鉛及びナフテン酸コバルトなどの有機金属化合物である。他の有用な酸は、酸化防止剤ではないフェノールである。更に他の有用な酸は、スルホン酸及びブロックされたスルホン酸である。DBTDLとスルホン酸の組み合わせなど、2つ以上の酸の組み合わせを使用することができる。
(D)のスルホン酸の実施形態は、アルキルスルホン酸、アリールスルホン酸、アルキルアリールスルホン酸、又はアリールアルキルスルホン酸であってもよい。スルホン酸は、式RSO3Hのものであり得、式中、Rは、(C1~C10)アルキル、(C6~C10)アリール、(C1~C10)アルキル置換(C6~C10)アリール、又は(C6~C10)アリール置換(C1-C10)アルキルである。スルホン酸は、疎水性スルホン酸であり得、24時間後、23℃で0から0.1g/mL未満のpH7.0蒸留水への溶解度を有するスルホン酸であり得る。スルホン酸は、メタンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、アルキルベンゼンスルホン酸(例えば、4-メチルベンゼンスルホン酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、又はジアルキルベンゼンスルホン酸)、ナフタレンスルホン酸、又はアルキルナフタレンスルホン酸であり得る。スルホン酸は、炭素原子、水素原子、1つの硫黄原子、及び3つの酸素原子から構成され得る。
(D)のブロックされたスルホン酸の実施形態は、米国特許出願公開第2016/0251535(A1)号に定義されている通りであり、式RSO3Hのスルホン酸をその場で生成する化合物であり、式中、Rは、任意選択的に湿気、又はアルコールの存在下で、それを加熱した時の上記に定義された通りである。ブロックされたスルホン酸の例には、アミン-スルホン酸塩及びスルホン酸アルキルエステルが含まれる。ブロックされたスルホン酸は、炭素原子、水素原子、1つの硫黄原子、及び3つの酸素原子、及び任意選択的に窒素原子からなり得る。
(C)シラノール縮合触媒として用いることができる塩基としては、第一級、第二級及び第三級アミンが挙げられる。
いくつかの実施形態では、(C)シラノール縮合触媒は、ジブチルスズジラウレート(DBTDL)を含む。
いくつかの実施形態では、(C)シラノール縮合触媒は、2つ又は3つの異なる触媒の触媒ブレンドを含む。
いくつかの実施形態では、本発明の配合物及び/又は生成物中の(D)シラノール縮合触媒の総量は、0.01~3重量%、あるいは0.05~1.5重量%、あるいは0.06~1.2重量%、あるいは0.06~0.11重量%である。
任意選択の構成成分(添加剤)(D)酸化防止剤:酸化を抑制する有機分子、又はそのような分子の集合体。(D)酸化防止剤は、湿気硬化性半導電性配合物及び/又は架橋ポリオレフィン生成物に酸化防止特性を提供するように機能する。好適な(D)の例は、ビス(4-(1-メチル-1-フェニルエチル)フェニル)アミン(例えば、NAUGARD445)、2,2’-メチレン-ビス(4-メチル-6-t-ブチルフェノール)(例えば、VANOX MBPC)、2,2’-チオビス(2-t-ブチル-5-メチルフェノール(CAS番号90-66-4、4,4’-チオビス(2-t-ブチル-5-メチルフェノール)(4,4’-チオビス(6-tert-ブチル-m-クレゾール)としても知られている)、CAS番号96-69-5、市販のLOWINOX TBM-6)、2,2’-チオビス(6-t-ブチル-4-メチルフェノール(CAS番号90-66-4、市販のLOWINOX TBP-6)、トリス[(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルフェニル)メチル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6-トリオン)(例えば、CYANOX1790)、ペンタエリスリトールテトラキス(3-(3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(例えば、IRGANOX1010、CAS番号6683-19-8)、3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシベンゼンプロパン酸2,2’-チオジエタンジイル(thiodiethanediyl)エステル(例えば、IRGANOX1035、CAS番号41484-35-9)、ジステアリルチオジプロピオネート(「DSTDP」)、ジラウリルチオジプロピオネート(例えば、IRGANOX PS800)、ステアリル3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート(例えば、IRGANOX1076)、2,4-ビス(ドデシルチオメチル)-6-メチルフェノール(IRGANOX1726)、4,6-ビス(オクチルチオメチル)-o-クレゾール(例えば、IRGANOX1520)、及び2’,3-ビス[[3-[3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド(IRGANOX1024)である。いくつかの実施形態では、(D)は、4,4’-チオビス(2-t-ブチル-5-メチルフェノール)(4,4’-チオビス(6-tert-ブチル-m-クレゾール)としても知られている)、2,2’-チオビス(6-t-ブチル-4-メチルフェノール、トリス[(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルフェニル)メチル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6-トリオン、ジステアリルチオジプロピオネート、又はジラウリルチオジプロピオネート、又はこれらのいずれか2つ以上の組み合わせである。組み合わせは、トリス[(4-tert-ブチル-3-ヒドロキシ-2,6-ジメチルフェニル)メチル]-1,3,5-トリアジン-2,4,6-トリオンとジステアリルチオジプロピオネートであり得る。いくつかの実施形態では、(E)は、ペンタエリスリトールテトラキス(3-(3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2’,3-ビス[[3-[3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド、又はこれらの組み合わせである。いくつかの実施形態では、湿気硬化性半導電性配合物及び/又は架橋ポリオレフィン生成物は、(D)を含まない。存在する場合、(D)酸化防止剤の総量は、湿気硬化性半導電性配合物及び/又は架橋ポリオレフィン生成物の総重量の0.01~8重量%、あるいは0.05~7重量%、あるいは3~6重量%であり得る。いくつかの実施形態では、配合物及び生成物は、2.7~3.9重量%のペンタエリトリトールテトラキス(3-(3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシルフェニル)プロピオネート及び1.3~2.0重量%の2’,3-ビス[[3-[3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシルフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジドを含む。
任意選択の構成成分(添加剤)(E)担体樹脂。湿気硬化性半導電性配合物を製造する方法において、(B)カーボンブラック及び/又は(X)少なくとも1種の添加剤の1種以上、例えば(C)シラノール縮合触媒は、独立して、(B)カーボンブラック又は(X)少なくとも1種の添加剤、例えば(C)シラノール縮合触媒が分散される(E)担体樹脂を含むマスターバッチの形態で成分(A)及び(B)に供給され得る。例えば、カーボンブラックマスターバッチは、カーボンブラックマスターバッチの総重量に基づいて、≧95重量%~<100重量%の(E)担体樹脂中に分散された>0重量%~≦5重量%の(B)カーボンブラックを含有し得る。同様に、触媒マスターバッチは、触媒マスターバッチの総重量に基づいて、≧80重量%~<95重量%の(E)担体樹脂中に分散された5~20重量%の(C)シラノール縮合触媒を含有し得る。いくつかの実施形態では、(E)担体樹脂は、ポリ(1-ブテン-コ-エチレン)コポリマーである。製造方法のいくつかの実施形態では、(E)及び(C)は触媒マスターバッチの形態で成分(A)及び(B)に供給され、及び/又は(E)及び(B)はカーボンブラックマスターバッチの形態で成分(A)及び(B)に供給される。配合物を製造するために使用される触媒マスターバッチの量は、配合物の総重量の2.5~5.0重量%、あるいは2.6~4.6重量%であってもよい。他の実施形態では、(E)担体樹脂は、配合物及び/又はそれから製造される生成物中に存在しない。
いくつかの実施形態では、(E)担体樹脂は、2つ以上の異なる担体樹脂のブレンドを含む。例えば、(E)担体樹脂は、エチレン/1-ブテンコポリマー及びポリエチレンホモポリマーからなるブレンド、例えば、85~90重量%のエチレン/1-ブテンコポリマー及び10~15重量%のポリエチレンホモポリマーからなるブレンドであってもよい。
任意選択の構成成分(添加剤)(F)金属不活性化剤。(F)金属不活性化剤は、遷移金属イオン(例えば、オレフィン重合触媒の残留物)とキレート化して、それらを酸化触媒として不活性にするように機能する。(F)の例は、N’1,N’12-ビス(2-ヒドロキシベンゾイル)ドデカンジヒドラジド(CAS番号63245-38-5)、及びオキサリルビス(ベンジリデンヒドラジド)(OABH)である。いくつかの実施形態では、(F)は、本発明の配合物及び/又は生成物には存在しない。いくつかの実施形態では、(F)は、本発明の配合物及び/又は生成物中に、その総重量に全て基づいて、0.001~0.2重量%、あるいは0.01~0.15重量%、あるいは0.01~0.10重量%の濃度で存在する。
任意選択の構成成分(添加剤)(G)水分捕捉剤。(G)水分捕捉剤は、湿気硬化性半導電性配合物の早期湿気硬化を抑制するように機能し、この場合、早期湿気硬化は、湿気硬化性半導電性配合物が周囲空気に早期に又は長期に曝露されることから生じる。(G)の例は、オクチルトリエトキシシラン及びオクチルトリメトキシシランである。いくつかの実施形態では、(G)は、本発明の配合物及び/又は生成物には存在しない。いくつかの実施形態では、(G)は、本発明の配合物及び/又は生成物中に、その総重量に全て基づいて、0.001~0.2重量%、あるいは0.01~0.15重量%、あるいは0.01~0.10重量%の濃度で存在する。(G)が使用される場合、(B)カーボンブラックと組み合わされる前に、(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーと予備混合されてもよい。
その他の任意選択の成分。いくつかの実施形態では、配合物及びそれから製造される生成物は、いかなる他の任意選択成分も含有しない。いくつかの実施形態では、配合物及び/又は生成物は、潤滑剤、鉱油、ブロッキング防止剤、トリーイング遅延剤(水トリーイング及び/又は電気トリーイング遅延剤)、スコーチ遅延剤、又は加工助剤である少なくとも1つの他の任意選択の成分(添加剤)を更に含有する。
湿気硬化した半導電性生成物湿気硬化性半導電性配合物を湿気硬化した反応生成物。生成物は、組成及び特性において配合物とは異なる。配合物中の(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの分子は、生成物が(x-A)架橋エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーから構成されるネットワーク構造を含有するように、生成物中で互いに架橋されている。架橋は、配合物の湿気硬化によって達成される。生成物中の正確な架橋の程度は、その任意の所与の実施形態の特定の結果に影響を与える状況に応じて変化し得る。そのような結果に影響を与える状況は、(A)硬化性コポリマーの組成、配合物中の(A)硬化性コポリマーの充填量、及び使用される湿気硬化条件を含み得る。いくつかの実施形態では、架橋の程度は、生成物が60重量%を超えるゲル含有量を有するような程度である。
いずれの任意選択的な成分も、少なくとも1つの特徴又は特性を、それを必要とする本発明の配合物及び/又は生成物に付与するのに有用であり得る。特徴又は特性は、本発明の配合物及び/又は生成物が高い動作温度にさらされる操作又は用途における本発明の配合物及び/又は生成物の性能を改善するのに有用であり得る。そのような操作又は用途には、溶融混合、押出、成形、温水パイプ、及び電力ケーブルの絶縁層が含まれる。
いくつかの実施形態では、語句「から本質的になる」はまた、湿気硬化性半導電性配合物、及びそれから製造される架橋半導電性生成物が、前述の除外された材料の全てを含まず、前述の除外された特徴の全てを含まないことを意味する。
別途指示されない限り、以下を適用する。あるいは、異なる実施形態に先行する。ASTMは、標準化機構である、ASTM International、West Conshohocken(Pennsylvania,USA)を意味する。IECは、標準化機構である、International Electrotechnical Commission(Geneva,Switzerland)を意味する。いずれの比較例も、例示目的のためにのみ使用され、先行技術ではない。2つ以上のポリマーのブレンドは、反応器後ブレンド(例えば、押出機中で第1のポリマーの溶融物を第2のポリマーの溶融物と混合することによって製造される)又は反応器ブレンド(第1のポリマーを第2のポリマーの存在下で作製するための重合により、又は二峰性触媒系を使用して両方のポリマーを同時に作製することにより製造される)であってもよい。「~を含まない」又は「~を欠いている」とは、完全な不在、あるいは検出不可能を意味している。IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry)は、国際純正応用化学連合(IUPAC Secretariat(Research Triangle Park,North Carolina,USA))である。「May」は、必須ではなく、許可された選択肢を与える。「動作可能な(operative)」は、機能的に可能又は有効であることを意味する。「任意選択的な(任意選択的に)」とは、存在しない(又は除外される)か、あるいは存在する(又は含まれる)ことを意味する。PPMは、重量ベースである。特性は、標準試験方法及び測定条件(例えば、粘度:23℃及び101.3kPa)を使用して測定される。範囲は、端点、部分範囲、及びそれらの中に包含される整数値及び/又は小数値を含むが、整数の範囲は小数値を含まない。室温は23℃±1℃である。化合物に関連するとき、置換されているとは、水素原子の代わりに置換基を有することを意味する。
(B)カーボンブラック、(C)シラノール縮合触媒、又は(X)添加剤のマスターバッチの一般的な製造方法:(E)担体樹脂を、成分(B)、(C)、又は(X)のうちの1つと、30~50回転/分(rpm)の混合速度で、20分間、160℃にて、C.W.Brabenderのprep-mixerを用いて溶融混合し、(E)と、(B)、(C)又は(X)のいずれかのマスターバッチをそれぞれ作製する。これらの条件は、例えば、より高い温度(例えば、200℃)若しくはより高い混合速度(例えば、65rpm)、及び/又はより長い混合時間(例えば、40分)を使用することによって、適切な溶融混合を確実にするように調整され得る。
湿気硬化性半導電性配合物の一般的な製造方法:(A)硬化性コポリマー、及び(B)カーボンブラック、並びに任意選択的に(X)少なくとも1種の添加剤から本質的になる配合物の実施形態を、以下のように調製する。成分(A)、(B)、及び任意選択的に(X)少なくとも1種の添加剤を、Brabenderの混合ボウルに加え、それらを一緒に溶融混合して配合物の溶融物を得、次に、配合物の溶融物を、(A)硬化性コポリマーよりも約20℃高い(例えば、145℃)の温度で造粒し、押出する。25rpmのスクリュー速度を使用して、溶融ストランドの形態の配合物を作製する。配合条件は、より高い温度(例えば、160℃)若しくはより高い混合速度(例えば、40rpm)、及び/又はより長い混合時間を使用するなどして、適切な押出及びストランド形成を確実にするように調整され得る。任意選択的に、ペレットが所望される場合、溶融ストランドをBrabender Pelletizerに供給して、ペレットの形態の湿気硬化性半導電性配合物を得る。いくつかの実施形態では、(X)少なくとも1種は、配合物中に含まれる。いくつかの実施形態では、(X)少なくとも1種の添加剤は、(C)シラノール縮合触媒及び(D)酸化防止剤(少なくとも1種)を含み、これらはホッパーに直接添加されてもよい。いくつかの実施形態では、配合物は、(E)担体樹脂を含まない。他の実施形態では、(B)カーボンブラックは、25~50重量%の(B)カーボンブラック及び50~75重量%の(E)担体樹脂を含むカーボンブラックマスターバッチの形態でホッパーに送達される。いくつかの実施形態は、(X)少なくとも1種の添加剤は、5~20重量%の(X)少なくとも1種の添加剤及び80~95重量%の(E)担体樹脂を含む添加剤マスターバッチの形態でホッパーに送達される。添加剤マスターバッチ中の(X)少なくとも1種の添加剤は、(C)シラノール縮合触媒であってもよい。
圧縮成形プラークの調製方法1:未使用試料の材料を金型に入れ、以下のようにGrenerd液圧プレスでプレスする。プレスを150℃に予熱する。次に、試料を型内で加圧せずに3分間加熱して、加熱試料を得る。加熱した試料を0.689メガパスカル(MPa、100ポンド/平方インチ(psi))の圧力で3分間プレスし、次いで17.2MPa(2500psi)の圧力で3分間プレスする。金型を急冷し、40℃で3分間、0.689MPaの圧力で保持して、試料の圧縮成形プラークを得る。
圧縮成形プラークの調製方法2:湿気硬化性半導電性配合物試料の調製方法により作製した浸漬ペレットを、二重圧縮手順によりプラークに圧縮した。第1の圧縮を、120℃で3分間3.45メガパスカル(MPa、500psi)、さらに3分間172MPa(25,000psi)で行った。第2のステップでは、プラークを4つに切断し、120℃で3分間、3.45MPa(500psi)、さらに180~185℃、又は210~215℃で両方とも172MPa(25,000psi)未満で15分間再圧縮し、1.27ミリメートル(mm、50ミル)の厚さを有する第2のプラークをもたらした。
ブルナウアー-エメット-テラー(BET)の総表面積試験方法:ASTM D6556-19a(Standard Test Method for Carbon Black-Total and External Surface Area by Nitrogen Adsorption)に従って多点窒素吸着法によって測定し、値を材料1グラム当たりの総表面積の平方メートル(m2/g)として表す。Micromeritics Accelerated Surface Area & Porosimetry装置(ASAP 2420)を用いて、BET総表面積分析を実施する。分析の前に、試料を、真空下250℃でガス抜きする。装置は、注入試料の静的(容量)法を採用しており、液体窒素温度で固体に物理的に吸着(物理吸着)し得る気体(N2)の量を測定する。多点BET測定のために、窒素吸収量を、予め選択された相対圧力点で、一定温度で測定する。相対圧力とは、-196℃の分析温度での、加えられた窒素圧の窒素の蒸気圧に対する比である。統計的厚さ比表面積(STSA)法に基づくBET外部表面積(本明細書では「BET-2」と称されることもある)も、ASTM D6556-19aによる多点窒素吸着法によって測定することができる。
ゲル含有量試験方法:ASTM D2765に従って測定した。
加熱損失試験方法:カーボンブラックの加熱損失(主に失われた含水量)は、ASTM D1509-18(Standard Test Methods for Carbon Black-Heating Loss)に従って125℃にて測定し、重量%で表す。
伸び試験方法。本明細書に記載される方法に従って調製された押出テープから、又は本明細書に記載される方法に従って調製された被覆ワイヤから、試験片を調製した。ASTM D638-10、Standard Test Method for Tensile Properties of Plasticsを用いて試験片を試験する。試験片を121℃の空気循環オーブン中でエージングする。7日間のエージング後、冷却し、エージング/冷却した試験片をASTMD638-10を用いて試験する。伸び率は、最終長さを初期長さで割ったものに等しい。
加水分解性シラン含有量試験方法:(A)硬化性コポリマー中の加水分解性シラン含有量は、共重合によって作製される(A)硬化性コポリマーの総重量に基づいて、エチレン及び任意選択的にオレフィン系炭化水素コモノマーとの共重合において使用されるアルケニル官能性加水分解性シランコモノマーの重量パーセントとして決定される。あるいは、炭素13核磁気共鳴(13C-NMR)を用いて測定した。湿気硬化性半導電性配合物中の加水分解性シラン含有量は、(A)硬化性コポリマー中の加水分解性シラン含有量に、配合物の総重量の重量%で表した(A)硬化性コポリマーの充填量を掛けることによって決定される。
低温脆性試験方法:ASTM D746に従って測定した。
メルトインデックス試験方法(「I2」):非極性エチレン系ポリマーの場合、以前は「条件E」として、かつI2としても知られていた、190℃/2.16キログラム(kg)の条件を使用して、ASTM D1238-04、Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Platometerに従って測定される。結果は、10分当たりに溶出したグラム(g/10分)の単位で報告する。
湿気硬化試験方法。湿気硬化及び硬化速度測定試験方法。試験片(例えば、押出テープ、被覆ワイヤ、又は他の製造物品)を、90℃の水浴中に3~16時間浸漬することによって硬化させた。理論に束縛されるものではないが、試験片が以下に記載の方法に従って調製された押出テープである場合、90℃で3時間後、押出テープ中の架橋の量は定常状態値に達すると考えられる。異なるタイプの試料は、硬化される試料の厚さ又は嵩に応じて、定常状態の架橋に達するためにわずかに短い又はわずかに長い浸漬時間を必要とする場合がある。16時間は、全ての異なる試料が定常状態の架橋に達するのに十分な時間であると考えられる。
吸湿性試験方法:カーボンブラック試料を、100℃の真空オーブン内で一晩乾燥させて、乾燥カーボンブラック試料の重量を測定し、乾燥カーボンブラック試料を、十分に制御された80%の相対湿度(RH)及び24℃の温度で24時間チャンバ内に配置して、加湿カーボンブラック試料を得て、加湿カーボンブラック試料の重量を測定し、以下の等式:吸湿量=(加湿CB試料の重量-乾燥CB試料の重量)/乾燥CB試料の重量、を使用して、重量百万分率で吸湿量を計算することによって、カーボンブラックの吸湿性を測定する。
吸油価(OAN)試験方法:ASTM D2414-19(Standard Test Method for Carbon Black-Oil Absorption Number(OAN))に従って測定し、100グラムの吸収性材料(例えば、カーボンブラック)当たりの吸収された油のミリリットル(mL/100g)として表す。フタル酸ジブチル(DBP)を用いて手順Aを使用する。
電線絶縁上スコーチ塊試験方法:被覆ワイヤの外部表面を、表面の塊又は不規則性の存在について視覚的に検査した。
テープ調製方法:試験材料の顆粒から押出テープを作製した。顆粒を溶融し、1.91cm(3/4インチ)、25:1 L/D Brabender押出機、及び「パイナップル」型Maddock混合スクリューを含むシステムを使用して、幅5.1cm(2インチ)×厚さ1.91mm(75ミル)のテープダイを通して押出した。テープを調製するために、顆粒を触媒マスターバッチとドライブレンドし、次いで上記システムで押出した。両方の調製方法において、以下の押出機バレル温度プロファイルを使用した:160℃、170℃、180℃、及び180℃、ダイ温度185℃。
表面粗さ試験方法:この方法は、テープ調製方法に従って調製された架橋(水浴硬化)押出テープの表面の粗さ、又は被覆ワイヤ調製方法に従って調製された架橋(水浴硬化)被覆ワイヤの表面の粗さを測定する。表面粗さは、テープ又は被覆ワイヤの表面上を通過するスタイラスの中心線の上下の算術平均偏差である値、Raとしてマイクロメートル(μm)(又はマイクロインチ)で報告される。
体積抵抗率試験方法:2点プローブを備えたKeithley 2700 Integra Seriesデジタルマルチメーターを使用して、低抵抗率(108オーム-cm(Ωcm)未満)を有する試料の抵抗率を測定する。銀塗料(導電性銀#4817N)を塗布して、試料と電極との間の接触抵抗を最小化する。ここで、試料は、圧縮成形プラークの調製方法によって調製された、1.905~1.203mm(75ミル~80ミル)の厚さ、101.6mmの長さ、50.8mmの幅を有する圧縮成形プラーク試料である。試料の温度は90℃又は130℃である。高抵抗率(>108Ωcm)を有する試料の抵抗率を、モデル8009抵抗率試験チャンバに結合されたKeithleyモデル6517B電位計を使用し、円形ディスク試料を使用して測定する。ここで、試料は、圧縮成形プラークの調製方法によって調製された、1.905~1.203mm(75ミル~80ミル)の厚さ、63.5mmの直径を有する圧縮成形プラーク試料として調製された円形ディスクである。
ウエハ煮沸試験方法:ウエハは、押出された半導電性材料層の断面を導体から除去して、半導電性材料のリングの形態のウエハを得ることによって、押出された半導電性配合物から作製され、ウエハは0.635~0.762mm(25~30ミル)の厚さを有する。ウエハを、ASTM D2765に規定されている沸騰デカヒドロナフタレン試薬に浸漬し、5時間そこに保持した。次にウエハを取り出し、ウエハ連続性について15倍の倍率で視覚的に検査した。この試験に合格することは、ウエハリングがその連続性を維持したこと、すなわち破壊されなかったことを意味する。
湿潤性試験方法:いずれもSurface Measurement Systems,Ltd.(Allentown,Pennsylvania,USA)のIGC Surface Energy Analyzer測定器及びSEA Analysis Softwareを用いた逆ガスクロマトグラフィー(IGC)方法を使用する。材料の総表面エネルギー(γ(合計))は、分散構成要素(γ(分散))と極性構成要素(γ(極性))との2つの構成要素の合計である:γ(合計)=γ(極性)+γ(分散)。4つのアルカンガスプローブ(デカン、ノナン、オクタン、及びヘプタン)を用いてγ(分散)構成要素を測定し、Dorris及びGrayの方法(下記参照)を用いてγ(分散)を決定する。2つの極性ガスプローブ(酢酸エチル及びジクロロメタン)を用いてγ(極性)構成要素を測定し、Della Volpeスケールを用いるvan Ossアプローチに基づいてγ(極性)を分析する(D.J.Burnett et al.,AAPS PharmSciTech,2010,13,1511-1517、G.M.Dorris et al.J.Colloid Interface Sci.1980,23,45-60、C.Della Volpe et al.,J Colloid Interface Sci,1997,195,121-136)。約10~20ミリグラム(mg)の量のニートカーボンブラックの試験試料を、個々のシラン化ガラスカラム(長さ300mm、内径4mm)に充填する。カーボンブラックを充填したカラムを、100℃、ヘリウムキャリアガスを用いた相対湿度0%で2時間、前処理して、試料を標準化する。ヘリウムの総流量10標準立方センチメートル/分(sccm)で測定を実施し、デッドボリュームの補正にメタンを使用する。100℃、相対湿度0%で構成要素を測定する。カーボンブラックの表面エネルギーは、表面被覆率n/nmの関数として測定され、式中、nは、ガスプローブの吸着量、nmは、カーボンブラックの単層容量である。表面被覆率の関数としての表面エネルギーの分布は、カーボンブラック表面の不均一性を明らかにする。
比較例及び/又は本発明の実施例で使用される材料は以下の通りである。
超低湿潤性カーボンブラック番号1(「ULW-カーボンブラック-1」):BET総表面積試験方法によって測定される56m2/gのBET総表面積、ASTM D2414-04によって測定される125~145mL/100gのOAN、吸湿性試験方法によって測定された、520ppmの吸湿性、及び0.02の表面被覆率での湿潤性=0.0014、0.04の表面被覆率での湿潤性=0.0039、0.06の表面被覆率での湿潤性=0.0051、0.08の表面被覆率での湿潤性=0.0061、0.10の表面被覆率での湿潤性=0.0069によって特徴付けられる表面湿潤性プロファイル。Cabot CorporationからLITX 50として入手した。
(A)硬化性コポリマー番号1(「硬化性コポリマー(A)-1」):(A)-1の総重量に基づいて98.5重量%のエチレン含量及び1.5重量%のシランコモノマー含量、並びに1.5g/10分のメルトインデックス(I2、190℃、2.16kg)を有するエチレン/(ビニルトリメトキシシラン)バイポリマー。The Dow Chemical CompanyからDFDA-5451として入手可能。DFDB-5451中の水分捕捉剤(H)-1とのプレブレンドとしても入手可能である(後述)。
(B)カーボンブラック番号1(「カーボンブラック(B)-1」):65m2/gのBET総表面積(「BET-1」)及び190mL/100gのOANを有するカーボンブラック。Ensaco 250Gとして市販されている。
(B)カーボンブラック番号2(「カーボンブラック(B)-2」):800m2/gのBET総表面積(「BET-1」)及び335mL/100gのOANを有するカーボンブラック。Ketjen EC-300Jとして市販されている。
(B)カーボンブラック番号3(「カーボンブラック(B)-3」):223~254m2/gのBET総表面積(「BET-1」)及び192mL/100gのOANを有するファーネスカーボンブラック。XC-72として市販されている。
(C)シラノール縮合触媒番号1(「触媒(C)-1」):ジブチルスズジラウレート(DBTDL)。
(D)酸化防止剤番号1(「酸化防止剤(D)-1」):IRGANOX 1010として入手したペンタエリスリトールテトラキス(3-(3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート。
(D)酸化防止剤番号2(「酸化防止剤(D)-2」):IRGANOX 1024として入手した2’,3-ビス[[3-[3,5-ジ-tert-ブチル-4-ヒドロキシフェニル]プロピオニル]]プロピオノヒドラジド。
(E)担体樹脂番号1(「担体樹脂(E)-1」):85~90重量%のエチレン/1-ブテンコポリマー及び10~15重量%のポリエチレンホモポリマーからなるブレンド。
(G)水分捕捉剤番号1(「水分捕捉剤(G)-1」):オクチルトリエトキシシラン。
触媒マスターバッチ番号1(「触媒MB-1」):触媒(C)-1及び担体樹脂(E)-1を、湿気硬化性半導電性配合物の比較例及び本発明の実施例の作製中に、触媒マスターバッチの形態で他の成分に供給した。実施例において、2.6~4.5重量%の触媒MB-1が使用され、95.5~97.4重量%の他の成分が使用され、ここで、他の成分は、硬化性コポリマー(A)-1、並びに(B)-1、(B)-2及び(B)-3から選択される1種のカーボンブラックを含む。触媒MB-1は、2.6重量%の触媒(C)-1と、92.4重量%の担体樹脂(E)-1と、合計5.0重量%の酸化防止剤(D)-1及び(D)-2とのブレンドである。
比較例及び本発明の実施例の作製方法:本明細書に記載される比較例及び本発明の実施例の配合物のいずれか1つにおいて使用される成分の全てを、145℃(硬化性ポリマー(A)-1の融点よりも約20℃高い目標温度)で、5分間40回転/分(rpm)にてバッチミキサー内で一緒に混合し、それぞれ表1及び2に示される成分を含有する湿気硬化性半導電性配合物を得た。混合後、試料を造粒して、比較配合物又は本発明の湿気硬化性半導電性配合物を、場合によっては顆粒の形態で得た。
押出テープを以下のように作製した。湿気硬化性半導電性配合物の第1の実施形態を、成分(A)-1と、(B)-1と、(B)-1~(B)-3のうちの1つと、から、200℃未満の溶融温度でBrabender配合機で成分を一緒に混合し、(C)-1及び(E)-1を含まない第1の実施形態を得ることによって作製した。第1の実施形態を造粒した。それぞれの造立した材料を、ある量の触媒MB-1と別々に組み合わせて、湿気硬化性半導電性配合物の第2の実施形態を得た。「パイナップル」型Maddock混合スクリューを用いる3/4インチのBrabender押出機を使用して、第2の実施形態を押出することによってテープを作製し、1.9ミリメートル(mm、75ミル)の厚さを有するテープを作製した。テープを、90℃の水浴中で3時間硬化した。このテープを用いて次の試験、すなわち、90℃及び130℃での体積抵抗率、表面粗さ、ゲル含有量、低温脆性、伸び、を行った。
被覆ワイヤを以下のように作製した。湿気硬化性半導電性配合物の第1の実施形態を、成分(A)-1と、(B)-1と、(B)-1~(B)-3のうちの1つと、から、200℃未満の溶融温度でBrabender配合機で成分を一緒に混合し、(C)-1及び(E)-1を含まない第1の実施形態を得ることによって作製した。第1の実施形態を造粒した。それぞれの造立した材料を、ある量の触媒MB-1と別々に組み合わせて、湿気硬化性半導電性配合物の第2の実施形態を得た。第2の実施形態の半導電性層を、14 American Wire Gauge(awg)ワイヤ上に押出した。半導電性層は、0.76mm(30ミル)の壁厚を有していた。押出条件は、約180℃~190℃の溶融温度を含んでいた。(PE/パイナップル/Maddockスクリューを使用)。ワイヤ試料を90℃の水浴中で一晩、少なくとも12時間(例えば、12~24時間)硬化し、被覆導体の実施形態の形態の架橋半導電性生成物を作製した。被覆導体の電線絶縁を使用して、次の特性、すなわち、スコーチ塊の有無、及びウエハ煮沸試験を試験した。
米国特許第6,080,810号の情報に基づく比較例A及びB(CEA及びCEB)は、エチレン/加水分解性シラン/極性コモノマーターポリマーに基づくものであり、様々な従来のカーボンブラックは、カーボンブラックが83~150m2/gのBET総表面積を有するファーネスブラック(CEA)又は950~1250m2/gのBET総表面積を有するケッチェンブラック(CEB)である場合、それから製造されたテープは粗すぎる、すなわち、テープは不十分なテープ平滑度を有することを示す。
比較例1~4(CE1~CE4):比較配合物を上記の方法に従って調製及び試験した。以下の表1に記載する結果を参照されたい。CE1は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、95.8重量%の初期配合物と4.2重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。CE2は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、95.8重量%の初期配合物と4.2重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。CE3は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、96.0重量%の初期配合物と4.0重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。CE4は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、96.3重量%の初期配合物と3.7重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。
本発明の実施例1~5(IE1~IE5):本発明の湿気硬化性半導電性配合物を上記の方法に従って調製及び試験した。以下の表2に記載する結果を参照されたい。IE1は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、95.5重量%の初期配合物と4.5重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。IE2は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、96.3重量%の初期配合物と3.7重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。IE3は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、95.5重量%の初期配合物と4.5重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。IE4は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、96.3重量%の初期配合物と3.7重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。IE5は、触媒MB-1が寄与する成分を除く全ての成分を有する初期配合物を作製し、次いで、96.4重量%の初期配合物と3.6重量%の触媒MB-1とを一緒に混合することによって製造した。
表2のデータは、表1のデータと比較したとき、予想外の結果を示す。表2中の100%未満の伸びの結果は、試験片の調製の失敗によるものであり、本発明の配合物/生成物の失敗によるものではないと説明できる。これは、値の変動が観察されたためである。報告せず:100%未満の伸びを示した配合物、IE2及びIE4をパイロットプラントミキサー中で再製造し、配合物をワイヤ上に押出したとき、得られた被覆ワイヤは、エージング後に100%を超える伸びを有していた。これらのデータは表2に含まれていない。
表2のデータは、200m2/g超のBET総表面積を有するカーボンブラックではスコーチが観察されなかったことを実証する。
テープのデータは、200m2/gを超えるBET総表面積を有するカーボンブラックを有する本発明の配合物が、良好な導電性及び表面平滑性(低い表面粗さ)を備えて作製され得ることを示す。表面平滑性は、ターポリマーの先行技術においてより小さい表面積のカーボンブラックを使用して達成され得るものに匹敵する。
ワイヤのデータは、本発明がワイヤ又はケーブル中の押出半導電性層としての使用に適していることを示している。高いBET総表面積(例えば、>200m2/g)を有するカーボンブラックを含有する本発明の配合物の実施形態は、スコーチを有せずに加工でき、より低いBET総表面積のカーボンブラックに匹敵する表面粗さ(すなわち、匹敵する表面平滑度)であり得る。従来の配合物とは異なり、本発明の配合物は、電力ケーブルの半導電性層として許容可能な性能を達成するために、狭い範囲で規定されたBET総表面積を有するカーボンブラックの使用を必要としない。本発明の配合物は、有利には、スコーチの徴候を示さなかった触媒マスターバッチと共にワイヤ上に押出することができる。
体積抵抗率データは、本発明の配合物が、隣接する構成要素(例えば、導体コア又は絶縁層)との界面における部分放電を防止又は減少させることによって、本発明の配合物から構成される半導電性層を含有する電力ケーブルの耐用年数を延長するのに実質的により効果的であることを示す。
Claims (12)
- 湿気硬化性半導電性配合物であって、43~86重量パーセント(重量%)の(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー(「(A)硬化性コポリマー」又は単に「(A)」、湿気硬化性)、14.0~30.0重量%の(B)従来のカーボンブラック(「(B)カーボンブラック」、又は単に「(B)」)、並びに、総量0~27重量%の(X)少なくとも1種の添加剤であって、(A)及び(B)から選択されない添加剤、から本質的になり、前記(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの組成は、全て(A)の重量に基づいて、58.5~99.5重量%のエチレン単位、0.5~5.0重量%のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導されるコモノマー単位、及び0~40重量%の1つ以上のオレフィン系炭化水素から誘導されるコモノマー単位からなり、前記(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーは、10分当たり1.0~2.0グラム(g/10分)のメルトインデックス(I2、190℃、2.16kg)を有し、前記(B)カーボンブラックは、ASTM D6556-19aに従って多点窒素吸着法によって測定される、140~640平方メートル/グラム(m2/g)のブルナウアー-エメット-テラー(BET)の総表面積(「BET-1」)、又はASTM D2414-19に従って測定される、185ミリリットル油/カーボンブラック100グラム(mL/100g)超の吸油価(「OAN-1」)のいずれか、又はBET-1及びOAN-1の両方を有し、前記(X)少なくとも1種の添加剤は、(C)シラノール縮合触媒及び/又は(D)酸化防止剤を含み、前記配合物中の(A)の重量%及び(A)中のアルケニル官能性加水分解性シランから誘導される前記コモノマー単位の重量%は合わせて、アルケニル官能性加水分解性シランから誘導される前記コモノマー単位の量が前記配合物の0.7~3.0重量%であるように十分であり、前記配合物は、発明を実施するための形態に記載される体積抵抗率試験方法に従って130℃で測定された、100,000オーム-センチメートル(オーム-cm)未満の体積抵抗率を有し、
前記(B)カーボンブラックは、制限(i):前記BET総表面積BET-1は、221~259m2/gであり、かつ前記吸油価OAN-1は、170mL/100g超である、又は制限(ii):前記BET総表面積BET-1は、755~844m2/gであり、かつ前記吸油価OAN-1は、300 390mL/100gからである、を有する、湿気硬化性半導電性配合物。 - 前記(A)硬化性コポリマーが、(i)前記任意選択のオレフィン系炭化水素は存在せず、かつ、前記(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーはエチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)コポリマーである、(ii)前記任意選択のオレフィン系炭化水素は存在し、(C3~C40)α-オレフィンであり、かつ、前記(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーはエチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(C3~C40)α-オレフィンコポリマーである、(iii)前記アルケニル官能性加水分解性シランは、式H2C=C(Ra)-((C1~C20)アルキレン)k-(C=O)j-((C1~C20)アルキレン)k-Si(R)m(R1)3-mであり、式中、下付き文字jは0又は1であり、下付き文字kは、0又は1であり、下付き文字mは、1、2又は3であり、Raは、H又はメチルであり、各Rは独立して、H、ヒドロキシル(-OH)、アルコキシ、カルボキシ、N,N-ジアルキルアミノ、アルキロキシモ、又はジアルキルオキシモであり、各R1は独立して、ヒドロカルビルである、(iv)(i)及び(iii)の両方である、並びに、(v)(ii)及び(iii)の両方である、のうちいずれか1つの制限を有する、請求項1に記載の湿気硬化性半導電性配合物。
- 前記(B)カーボンブラックが、ファーネスブラックである、請求項1又は2のいずれか一項に記載の湿気硬化性半導電性配合物。
- 前記(X)少なくとも1種の添加剤が前記配合物中に存在し、前記(C)シラノール縮合触媒、及び前記(D)酸化防止剤、及び任意選択的に、(E)担体樹脂、(F)金属不活性化剤、若しくは(G)水分捕捉剤、又は(E)~(G)のいずれか2つ以上の組み合わせを含む、請求項1~3のいずれか一項に記載の湿気硬化性半導電性配合物。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の湿気硬化性半導電性配合物の製造方法であって、前記(B)カーボンブラックを、前記(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマー中に、前記湿気硬化性半導電性配合物を製造するような方法で混合することを含む、方法。
- 請求項1~4のいずれか一項に記載の湿気硬化性半導電性配合物を湿気硬化させて湿気硬化した半導電性生成物を得ることによって製造される前記湿気硬化した半導電性生成物であって、前記(A)エチレン/(アルケニル官能性加水分解性シラン)/(任意選択のオレフィン系炭化水素)コポリマーの分子を架橋することによって作製される架橋ポリエチレンネットワークを有し、前記架橋ポリエチレンネットワークは、その中に分散された前記(B)カーボンブラック、及び任意選択的に、前記(X)少なくとも1種の添加剤を含有する、湿気硬化した半導電性生成物。
- (i)発明を実施するための形態に記載のゲル含有量試験方法に従って測定される、40.0重量%超のゲル含有量、(ii)発明を実施するための形態に記載の体積抵抗率試験方法に従って測定される、それぞれ10,000オーム-センチメートル(オーム-cm)未満である90℃及び130℃で別々に測定した体積抵抗率、(iii)発明を実施するための形態に記載の高温クリープ及び伸び試験方法に従って測定される、121℃で7日後に85%超である伸び、(iv)発明を実施するための形態に記載の低温脆性試験方法に従って決定される、-25℃以下である低温脆性破壊、(v)発明を実施するための形態に記載の表面粗さ試験方法に従って測定される、2.06マイクロメートル(μm)未満の表面粗さ、Raであって、Raは、テープの表面上を通過するスタイラスの中心線の上下の算術平均偏差である、表面粗さ、(vi)発明を実施するための形態に記載の電線絶縁上スコーチ塊試験方法に従って決定されるとき、スコーチ塊がない、及び(vii)発明を実施するための形態に記載のウエハ煮沸試験方法に従って決定されるとき、ウエハ煮沸試験に合格する、の特性のうち、いずれか1つを有する、請求項6に記載の湿気硬化した半導電性生成物。
- 請求項6又は7に記載の湿気硬化した半導電性生成物の成形形態を含む、製造物品。
- 請求項8の製造物品を製造する方法であって、前記湿気硬化性半導電性配合物の溶融物を成形して、成形された湿気硬化性半導電性配合物を得ることと、次いで、前記成形された湿気硬化性半導電性配合物を湿気硬化条件に供して、前記製造物品を得ることと、を含む、方法。
- 被覆導体であって、導電性コアと、前記導電性コアを少なくとも部分的に取り囲む半導電性層と、を含み、前記半導電性層の少なくとも一部分は、請求項6又は7に記載の湿気硬化した半導電性生成物を含む、被覆導体。
- 請求項10に記載の被覆導体を製造する方法であって、前記湿気硬化性半導電性配合物の溶融物の層を前記導電性コア上に押出して、前記湿気硬化性半導電性配合物の押出された層によって被覆された導電性コアを得ることと、次いで、前記湿気硬化性半導電性配合物の押出された層を湿気硬化条件に供して、前記半導電性層によって被覆された前記導電性コアを含む前記被覆導体を得ることと、を含む、方法。
- 電気を伝導する方法であって、請求項10に記載の被覆導体の前記導電性コア全体に電圧を印加して、前記導電性コアを通る電気の流れを発生させることを含む、方法。
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