JP5739442B2 - ケーブルおよびその製造法 - Google Patents
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Description
ケーブルにおける電場分布に関してACとDCとの間に基本的な相違がある。ACケーブルにおける電場は、それが1つの物質特性、すなわち公知の温度依存性を伴う比誘電率(誘電率)、のみに依存するので、容易に計算される。電場は誘電率に影響を及ぼさないであろう。他方、DCケーブルにおける電場ははるかに複雑であり、絶縁体内部における電荷、いわゆる空間電荷、の伝導性、トラップ(trapping)および増加(build-up)に依存する。絶縁体内部における空間電荷は、電場をひずませ、非常に高い電気応力の点、おそらくは絶縁破損が起こるであろう高い点をもたらし得る。
DC電気伝導度は、例えばHV DCケーブル用絶縁物質のための、重要な物質特性である。第一に、この特性の強い温度および電場依存性は、上述したように、空間電荷の増加によって電場分布に影響を及ぼすであろう。第二の問題は、内側半導電層と外側半導電層との間を流れる漏えい電流によって絶縁体内に熱が発生することである。この漏えい電流は、絶縁体の電場および電気伝導度に依存する。絶縁物質の高い伝導性は、高い応力/高い温度条件下で熱暴走をすら招き得る。従って、上記伝導性は、熱暴走を回避するのに十分低く保持されなければならない。
HP法は、典型的には4000バールまでの高圧力で運転される。公知のHP反応器システムでは、出発モノマーが、実際の高圧重合反応器に導入される前に、圧縮(加圧)される必要がある。出発モノマーの機械的に厳しい圧縮工程を可能にするためのシリンダ潤滑のために、ハイパー圧縮器において圧縮器潤滑剤が慣用的に使用されている。少量の潤滑剤が通常、密閉部を通って反応器中に漏れ、モノマーと混合することが周知である。その結果、反応混合物は、モノマーの実際の重合工程の間、微量(数百ppmまで)の圧縮器潤滑剤を含む。この微量の圧縮器潤滑剤は、最終ポリマーの電気特性に影響を有し得る。
絶縁層のポリマー組成物のポリオレフィンが下記工程:
(a)1以上のモノマーを圧縮器中で加圧下に圧縮すること、ここで、潤滑のために圧縮器潤滑剤が使用される、
(b)モノマーを、任意的に1以上のコモノマーと共に、重合ゾーンで重合すること、
(c)得られたポリオレフィンを未反応物から分離し、分離されたポリオレフィンを回収ゾーンで回収すること、
を含む高圧法において製造されたものである、ここで工程a)における圧縮器潤滑剤が鉱油を含む、ことを特徴とする。
(a)1以上のモノマーを圧縮器中で加圧下に、潤滑のための圧縮器潤滑剤を使用して圧縮すること、
(b)モノマーを、任意的に1以上のコモノマーと共に、重合ゾーンで重合すること、
(c)得られたポリオレフィンを未反応物から分離し、分離されたポリオレフィンを回収ゾーンで回収すること、
を含む高圧法によって得られ得る。ここで、工程(a)において、圧縮器潤滑剤が鉱油を含む。
(a)1以上のモノマーを圧縮器中で加圧下に、潤滑のための圧縮器潤滑剤を使用して圧縮すること、
(b)モノマーを、任意的に1以上のコモノマーと共に、重合ゾーンで重合すること、
(c)得られたポリオレフィンを未反応物から分離し、分離されたポリオレフィンを回収ゾーンで回収すること、
を含む高圧法によって得られ得、工程(a)において、圧縮器潤滑剤が鉱油を含む。
(ii)厚さ5.5mmの絶縁層としてのポリマー組成物および半導電層としての半導電性組成物のモデルケーブルサンプルを、「測定法」に記載されたDC伝導度法(3)に従って70℃および27kV/mmの平均電場で測定したとき、1300fS/m以下の電気伝導度によって特徴付けられる。より好ましくは、絶縁層のポリマー組成物が、(ii)厚さ5.5mmの絶縁層としてのポリマー組成物および半導電層としての半導電性組成物のモデルケーブルサンプルを、「測定法」に記載されたDC伝導度法(3)に従って70℃および27kV/mmの平均電場で測定したとき、1000fS/m以下の、好ましくは700fS/m以下の、好ましくは500fS/m以下の、より好ましくは0.01〜400fS/mの電気伝導度によって特徴付けられる。
1.硫黄含有フェノール系酸化防止剤、好ましくはチオビスフェノールから選択され、最も好ましくは、4,4’−チオビス(2−t−ブチル−5−メチルフェノール)(CAS番号:96−69−5)、2,2’−チオビス(6−t−ブチル−4−メチルフェノール)、4,4’−チオビス(2−メチル−6−t−ブチルフェノール)、チオジエチレンビス[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、または4,6−ビス(オクチルチオメチル)−o−クレゾール(CAS:110553−27−0)またはそれらの誘導体、またはそれらの任意の混合物、
2.他のチオ化合物、例えばジ−ステアリル−チオ−ジプロピオネートまたは炭素鎖上に種々の長さを有する同様の化合物、またはそれらの混合物、または
3.1)および2)の任意の混合物
であり得る。上記1)の群が、絶縁層の本ポリマー組成物のための好ましい酸化防止剤である。
用語「ポリオレフィン」は、オレフィンホモポリマーおよびオレフィンと1以上のコモノマーとのコポリマーの両方を意味する。周知であるように、「コモノマー」は、共重合可能なコモノマー単位を意味する。
本ポリマー組成物の好ましいポリオレフィンを製造するための重合法において使用される圧縮器潤滑剤は、公知の石油製品である鉱油を含む。鉱油は、周知の意味を有し、特に、市販の潤滑剤における潤滑のために使用される。「鉱油を含む圧縮器潤滑剤」および「鉱油に基づく圧縮器潤滑剤」は、本明細書において、交換可能に使用される。
1の好ましい態様では、圧縮器潤滑剤の鉱油、好ましくはホワイトミネラルオイルが、少なくとも8.5×10−6m2/sの粘度(100℃)を有する。
第2の好ましい態様では、圧縮器潤滑剤の鉱油、好ましくはホワイトミネラルオイルが、5重量%以下の、25未満の炭素原子を有する炭化水素を含有する。
第3の好ましい態様では、圧縮器潤滑剤の鉱油、好ましくはホワイトミネラルオイルの炭化水素が、480以上の平均分子量(Mw)を有する。
高圧(HP)法は、本ポリマー組成物のポリオレフィン、好ましくはLDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとのLDPEコポリマーから選択される低密度ポリエチレン(LDPE)ポリマー、を製造するために好ましい方法である。
(a)1以上のモノマーを圧縮器中で加圧下に圧縮すること、ここで、圧縮器潤滑剤が潤滑のために使用される、
(b)モノマーを、任意的に1以上のコモノマーとともに、重合ゾーンで重合すること、
(c)得られたポリオレフィンを未反応物から分離し、分離されたポリオレフィンを回収ゾーンで回収すること、
を含む高圧法でポリオレフィンを重合するための方法を提供する。ここで、工程(a)において、圧縮器潤滑剤は、その好ましい態様を包含する鉱油を含む。
モノマー、好ましくはエチレン、および1以上の任意的なコモノマーが、圧縮器ゾーンで1以上の圧縮器に供給されて、所望の重合圧力になるまでモノマーを圧縮し、制御された温度での高い量のモノマーの取り扱いを可能にする。上記方法の典型的な圧縮器、すなわちハイパー圧縮器は、ピストン圧縮器またはダイヤフラム圧縮器であり得る。圧縮器ゾーンは通常、直列でまたは並列で作用し得る幾つかの圧縮器を含む。本発明の圧縮器潤滑剤は、圧縮器ゾーンに存在する少なくとも1の、好ましくは全てのハイパー圧縮器におけるシリンダ潤滑のために使用される。圧縮工程a)は、通常、2〜7の圧縮工程を含み、しばしば中間の冷却ゾーンを有する。温度は典型的には低く、通常、200℃未満、好ましくは100℃未満である。任意の再循環されたモノマー、好ましくはエチレン、および任意的なコモノマーが、圧力に応じて適する時点で添加され得る。
好ましい高圧重合は、1以上の重合反応器、好ましくは少なくとも管状反応器またはオートクレーブ反応器、好ましくは管状反応器、を含む重合ゾーンで行われる。重合反応器、好ましくは管状反応器は、1以上の反応器ゾーンを含み得、ここで、種々の重合条件が生じ得、および/またはHP分野で周知であるように調整され得る。1以上の反応器ゾーンは、モノマー及び任意的なコモノマーを供給するための手段および開始剤および/またはさらなる成分、例えばCTA、を添加するための手段が、公知のやり方で備えられる。さらに、重合ゾーンは、重合反応器に先立つまたはそれと統合された予熱セクションを含み得る。1の好ましいHP法では、モノマー、好ましくはエチレン、が任意的に1以上のコモノマーとともに、好ましい管状反応器中で、好ましくは連鎖移動剤の存在下で、重合される。
反応混合物は、管状反応器に供給される。管状反応器は、単一供給系(フロントフィードとしても知られる)として運転され得、ここで圧縮器ゾーンからの全モノマー流が反応器の第一反応ゾーンの入口に供給される。あるいは、管状反応器は多供給系であり得、ここで例えば圧縮ゾーンからのモノマー、任意のコモノマーまたはさらなる成分(例えばCTA)が、別々にまたは任意の組合せで、2以上の流れに分割され、分割された供給物が、反応器に沿って種々の反応ゾーンへの管状反応器に導入される。例えば、全モノマー量の10〜90%が第一反応ゾーンに供給され、他の90〜10%の残りのモノマー量が、任意的にさらに分割され、分割された各々が反応器に沿って種々の位置で注入される。開始剤の供給も2以上の流れに分割され得る。さらに、多供給系では、モノマー(/コモノマー)および/または任意的なさらなる成分、例えばCTA、の分割された流れ、および開始剤の分割された流れがそれぞれ、同じもしくは異なる成分または同じもしくは異なる濃度の成分、またはそれらの両方を有し得る。
i)ニトリル(CN)、スルフィド、ヒドロキシル、アルコキシ、アルデヒド(HC=O)、カルボニル、カルボキシル、エーテルまたはエステル基、またはそれらの混合から選択される極性基を有しない1以上の化合物。
非極性CTAは、好ましくは、1以上の非芳香族、直鎖、分岐または環式のヒドロカルビルであって、任意的にヘテロ原子、例えばO、N、S、SiまたはP、を含むものから選択される。より好ましくは、非極性CTAが、1以上の、5〜12の炭素原子の環式α−オレフィンまたは1以上の、3〜12の炭素原子の直鎖または分岐鎖α−オレフィン、より好ましくは1以上の、3〜6の炭素原子の直鎖または分岐鎖α−オレフィン、から選択される。好ましい非極性CTAはプロピレンである。
i)ニトリル(CN)、スルフィド、ヒドロキシル、アルコキシ、アルデヒド(HC=O)、カルボニル、カルボキシル、エーテルまたはエステル基、またはそれらの混合物から選択される1以上の極性基を有する1以上の化合物、
ii)1以上の芳香族有機化合物、または
iii)それらの任意の混合物。
分離
圧力は、典型的には、約100〜450バールに低下され、反応混合物は分離器に送られ、そこで未反応物(しばしば気体状)のほとんどがポリマー流から除去される。未反応物は、例えばモノマーまたは任意のコモノマーを含み、未反応成分のほとんどが回収される。ポリマー流は任意的に、より低圧で、典型的には1バール未満で、それ以上の未反応物が回収されるところの第二の分離器でさらに分離される。通常、低分子化合物、すなわちワックス、が気体から除去される。気体は通常、再循環の前に冷却され、きれいにされる。
分離後、得られたポリマーは、典型的には、ポリマー溶融物の形状であり、それは通常、HP反応器系に連結して配置されたペレット化セクション、例えばペレット押出機において、混合され、ペレット化される。任意的に、添加剤、例えば酸化防止剤、がこのミキサーに公知のやり方で添加されて本ポリマー組成物を与え得る。
本発明のポリマー組成物は、ポリマー組成物に存在するポリマー成分の総重量に基づいて、典型的には、少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも60重量%、より好ましくは少なくとも70重量%、より好ましくは少なくとも75重量%、より好ましくは80〜100重量%、より好ましくは85〜100重量%のポリオレフィンを含む。好ましい本ポリマー組成物は、唯一のポリマー成分としてのポリオレフィンから成る。上記記載は、本ポリマー組成物が、さらなるポリマー成分を含まず、唯一のポリマー成分としてポリオレフィンを含むことを意味する。しかし、本明細書では、本ポリマー組成物が、ポリマー成分以外の更なる成分、例えば担体ポリマーを有する混合物、すなわちいわゆるマスターバッチ、中に任意的に添加され得る添加剤、を含み得ることが理解されるべきである。
従って、半導電層を製造するために使用される半導電性組成物は、カーボンブラックおよび好ましくはポリオレフィン(2)を含む。
上述したように、ケーブルの絶縁層の新規な本ポリマー組成物は、広範囲のW&C用途において非常に有用であり、より好ましくは電力ケーブルの1以上の層において非常に有用である。
(a)上記にまたは下記の特許請求の範囲に記載された本発明の半導電性組成物を用意し、そして上記半導電性組成物を、任意的に更なる成分、例えば更なるポリマー成分および/または添加剤と共に、混合する、好ましくは押出機中で溶融混合すること、
(b)上記にまたは下記の特許請求の範囲に記載された本発明のポリマー組成物を用意し、そして上記ポリマー組成物を、任意的に更なる成分、例えば更なるポリマー成分および/または添加剤と共に、混合する、好ましくは押出機中で溶融混合すること、
(c)下記:
半導電層、好ましくは少なくとも内側半導電層、を形成するための、工程(a)で得られた半導電性組成物の溶融混合物、
絶縁層を形成するための、工程(b)で得られたポリマー組成物の溶融混合物
を、好ましくは(共)押出によって、導体上に施与すること、および
(d)任意的に、得られたケーブルの少なくとも1の層を架橋すること
によって行われる。
(a)上記にまたは下記の特許請求の範囲に記載された本発明の半導電性組成物を用意し、そして上記半導電性組成物を、好ましくは添加剤の存在下で、溶融混合すること、ここで上記添加剤は1以上の架橋剤から少なくとも選択され、および任意的に1以上の酸化防止剤から選択される、
(b)本ポリマー組成物を用意し、そして上記ポリマー組成物を、好ましくは添加剤の存在下で、溶融混合すること、ここで上記添加剤は1以上の架橋剤から少なくとも選択され、および好ましくは1以上の酸化防止剤から選択される、
(c)下記:
内側半導電層を少なくとも形成し、および好ましくは外側半導電層を形成するための、工程(a)で得られた半導電性組成物の溶融混合物、
絶縁層を形成するための、工程(b)で得られた本ポリマー組成物の溶融混合物、
を、好ましくは共押出によって、導体上に施与すること、および
(d)任意的に、得られたケーブルの少なくとも1の層を架橋条件で架橋すること
を含む。
1)重合プロセスで得られた形状であり得るポリオレフィンに溶融混合することによって、および/または
2)上記更なる成分の一部を既に含み得るポリオレフィンのペレットに混合することによって、
添加され得る。上記1)では、得られた溶融混合物が次いでペレット化される。上記2)では、更なる成分の一部または全部が、ペレットと一緒に溶融混合され、次いで得られた溶融混合物がペレット化され、および/または更なる成分の一部または全部が固体ペレットに含浸され得る。
特に断らない限り、説明および実験部分において、下記方法が特性の測定のために使用された。
wt%は重量%である。
メルトフローレート(MFR)は、ISO1133に従って測定され、g/10分で示される。MFRは、ポリマーの流動性、およびしたがって加工性の指標である。メルトフローレートが高いほど、ポリマーの粘度が低い。MFRはポリエチレンの場合には190℃で測定され、種々の荷重、例えば2.16kg(MFR2)または21.6kg(MFR21)、で測定され得る。
密度は、ISO1183−2に従って測定された。サンプルの作製は、ISO1872−2表3Q(圧縮成形)に従って行われた。
Mz、Mw、MnおよびMWDが、当該分野において公知のように、低分子量ポリマーのためのゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される。
a)線状低密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレンにおけるα−オレフィン含量のNMR分光法による定量
コモノマー含量は、基本的割り当て(basic assignment)の後、定量的13C核磁気共鳴(NMR)分光法によって決定された(J. Randall JMS - Rev. Macromol. Chem.Phys., C29(2&3), 201-317(1989))。実験パラメータは、この特定の仕事のための定量的スペクトルの測定を確実にするために調整された。
(1)>6重量%の極性コモノマー単位を含有するポリマー
コモノマー含量(重量%)が、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法によって較正されたフーリエ変換赤外分光法(FTIR)に基づいて公知のやり方で決定された。下記に、エチレンエチルアクリレート、エチレンブチルアクリレートおよびエチレンメチルアクリレートの極性コモノマー含量の決定を例示する。ポリマーのフィルムサンプルが、FTIR測定のために作製された。>6重量%の量において、エチレンブチルアクリレートおよびエチレンエチルアクリレートのために0.5〜0.7mm厚さが使用され、エチレンメチルアクリレ-トのために0.10mmフィルム厚さが使用された。フィルムが、Specacフィルムプレスを使用して、150℃で約5トンで1〜2分間プレスされ、次いで制御されないやり方で冷水を用いて冷却された。得られたフィルムサンプルの正確な厚さが測定された。
コノモマー含量が、基本的割り当ての後、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法によって決定された(例えば、”NMR Spectra of Polymersand Polymer Additives(ポリマーおよびポリマー添加剤のNMRスペクトル)”, A. J. Brandolini and D. D. Hills, 2000, Marcel Dekker, Inc. NewYork)。実験パラメータは、この特定の仕事のための定量的スペクトルの測定を確実にするために調整された(例えば、”200 and More NMR Experiments: A Practical Course(200以上のNMR実験:実際のコース)”, S. Berger and S.Braun, 2004, Wiley-VCH, Weinheim)。従来公知のやり方で代表的位置のシグナルの積分の簡単な較正された比を使用して量が計算された。
コモノマー含量(重量%)が、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法によって較正されたフーリエ変換赤外分光法(FTIR)に基づいて公知のやり方で決定された。下記に、エチレンブチルアクリレートおよびエチレンメチルアクリレートの極性コモノマー含量の決定を例示する。FTIR測定のために、0.05〜0.12mm厚さのフィルムサンプルが、上記方法1)に記載されたように作製された。得られたフィルムサンプルの正確な厚さが測定された。
DC伝導度法1:架橋されたポリマー組成物から成る脱ガスされていないまたは脱ガスされた1mm厚さの板状サンプルの70℃および30kV/mmの平均電場で測定される電気伝導度
試験ポリマー組成物のペレットが下記条件を使用して圧縮成形された。最初にペレットが120℃で1分間、20バールで溶融された。次いで、圧力が200バールに高められるのと同時に温度が180℃に高められた。次いで、板状物は、ポリマー組成物に存在するパーオキシドによって完全に架橋された。全架橋時間は、温度を120℃から180℃に高めるための時間を含めて12分であった。架橋完了後、板状物が、なおも加圧下で、15℃/分の冷却速度で室温に冷却された。圧縮を取り除いた後、冷却された板状物が、オーブン中、70℃で72時間、1atmで脱ガスされた。板状物の最終の厚さは0.5mmであった。
伝導電流測定は、3端子セルによって、窒素下、3バールの圧力および20℃の温度で行われる。試料が、低温スパッタリングによって得られた、金で被覆された電極を用いて試験される。低電圧電極は、25mmの直径(従って測定面積は490mm2である)を有する。保護電極は、低電圧電極の周りにこの電極から離れて位置される。高電圧電極は、50mmの直径を有し、これは、保護電極の外径と同じ寸法である。
σ=I*d/(A*U)
ここで、Aは測定面積であり、この場合には490mm2である。
3層ケーブルコアが、パイロット規模のCCVライン上の1+2構成(construction)を使用して製造された。導体はアルミニウムで作られ、50mm2の面積を有した。内側および外側半導電層は、架橋剤(下記実験の部ではパーオキシド)を含む同じ試験半導電性組成物から成る。内側半導電層は1.0mm厚さであり、絶縁層は5.5mm厚さであり、外側半導電層は0.8mm厚さであった。ケーブルコアの製造のためのライン速度は2m/分であった。このCCVラインは、ドライ硬化(窒素下での架橋)のための2つの加熱ゾーンを有し、各々3mであり、これら2つのゾーンで使用された温度はそれぞれ450℃および400℃であった。冷却セクションは12.8m長さであり、ケーブルが、約25〜30℃の温度を保持する水で冷却された。ケーブルの製造後直ちに、ケーブルコアが、アルミニウムホイル(0.15mm厚さ)でぴったり包まれて、ケーブルコア内のパーオキシド副生物を保持した。
測定が次いで、オーブン中で70℃で、3端子セルを使用して行われた。ここで、150kVのDC電圧が導体にかけられ、アルミニウムホイルが、低電圧電極に連結された。これは、27kV/mmの平均電場(かけられた電圧と絶縁体の厚さとの比)に相当する。試験回路は、高電圧発生器、空気絶縁される電圧ディバイダー(air insulated voltage divider)、試験ケーブルおよびその端末、および電流計およびその増幅器で構成された。また、保護デバイスが、試験回路における故障のために含まれる。電流計は、各ケーブル端のケーブルの外側のスクリーンおよびアースに連結される。保護電極は、終端(terminations)にわたる漏洩電流が測定を妨害するのを回避するために使用された。ケーブル電極間(測定ゾーン)の距離は53mであり、このケーブル部分が、オーブン内部に置かれ、一方ケーブル端は、オーブンの外に置かれた。電気伝導度が、24時間電圧をかけた後の伝導流(漏洩電流)から、式1および2を使用して計算される。伝導度σ(S/m)が、下記式を使用して計算された。
R=U/I=印加電圧(V)/漏洩電流(A) 式2
L:測定ゾーンの長さ(53m)
U:印加電圧(150kV)
Dおよびd:絶縁体の外径および内径
3層ケーブルコアが、パイロット規模のCCVライン上の1+2構成を使用して製造された。導体は銅で作られ、1.5mm2の面積を有した。内側および外側半導電層は、架橋剤(下記実験の部ではパーオキシド)を含む同じ試験半導電性組成物から成る。内側半導電層は0.7mm厚さであり、絶縁層は1.5mm厚さであり、外側半導電層は0.15mm厚さであった。ケーブルコアは、2工程で製造された。工程1では、ケーブルコアは、加硫管を通ることなく、8m/分のライン速度で押し出された。工程2では、ケーブルコアが、5m/分のライン速度で加硫管のみを通過した。上記管は、ドライ硬化(窒素下での架橋)のための2つの加熱ゾーンを有し、各々3mであり、これら2つのゾーンで使用された温度はそれぞれ400℃および380℃であった。この結果、絶縁物質および半導電性物質中のパーオキシド故に、完全に架橋されたケーブルが得られた。冷却セクションは12.8m長さであり、ケーブルが、約25〜30℃の温度を保持する水で冷却された。
伝導電流測定は、導体が高電圧電極として作用するところの3端子セルによって行われる。低電圧電極は、活性部分における外側半導電層を被覆するアルミニウムホイルである。保護電極は、測定ゾーンの両側で絶縁層を被覆するアルミニウムホイルによって導入される。低電圧電極と保護電極との間のギャップは5cmである。適用された電圧は60kV DCであり、温度は20℃である。測定は、電流が安定状態のレベルに達したときであり、通常24時間後である。安定状態の電流(漏洩電流)が計算において使用される。
3層ケーブルコアが、パイロット規模のCCVライン上の1+2構成を使用して製造された。導体は銅で作られ、1.5mm2の面積を有した。内側および外側半導電層は、架橋剤(下記実験の部ではパーオキシド)を含む同じ試験半導電性組成物から成る。内側半導電層は0.7mm厚さであり、絶縁層は1.5mm厚さであり、外側半導電層は0.15mm厚さであった。ケーブルコアは、2工程で製造された。工程1では、ケーブルコアは、加硫管を通ることなく、8m/分のライン速度で押し出された。工程2では、ケーブルコアが、5m/分のライン速度で加硫管のみを通過した。上記管は、ドライ硬化(窒素下での架橋)のための2つの加熱ゾーンを有し、各々3mであり、これら2つのゾーンで使用された温度はそれぞれ400℃および380℃であった。この結果、絶縁物質および半導電性物質中のパーオキシド故に、完全に架橋されたケーブルが得られた。冷却セクションは12.8m長さであり、ケーブルが、約25〜30℃の温度を保持する水で冷却された。
伝導電流測定は、導体が高電圧電極として作用するところの3端子セルによって行われる。低電圧電極は、活性部分における外側半導電層を被覆するアルミニウムホイルである。保護電極は、測定ゾーンの両側で絶縁層を被覆するアルミニウムホイルによって導入される。低電圧電極と保護電極との間のギャップは5cmである。適用された電圧は45kV DC(30kV/mmの平均電場)であり、温度は70℃である。測定は、24時間後に終わりにされ、伝導度が、23〜24時間の平均として測定される。安定状態の電流(漏洩電流)が計算において使用される。
A)IR分光法による炭素−炭素二重結合の量の定量
定量的赤外(IR)分光法が、炭素−炭素二重結合(C=C)の量を定量するために使用された。既知の構造の代表的低分子量モデル化合物中のC=C官能基のモル吸光係数の事前の決定により較正が達成された。
N=(A×14)/(E×L×D)
ここで、Aは、ピーク高さとして定義される最大吸光度であり、Eは、係る基のモル吸光係数(l・モル−1・mm−1)であり、Lはフィルム厚さ(mm)であり、Dは物質の密度(g・cm−1)である。
ポリエチレンのために、3種類のC=C含有官能基が定量された。各々は特徴的な吸収を有し、個々の吸光係数をもたらす異なるモデル化合物に対して較正された。
E=13.13 l・モル−1・mm−1を与える1−デセン[デク−1−エン]に基づく910cm−1によるビニル(R−CH=CH2)
E=18.24 l・モル−1・mm−1を与える2−メチル−1−ヘプテン[2−メチルヘプト−1−エン]に基づく888cm−1によるビニリデン(RR’C=CH2)
E=15.14 l・モル−1・mm−1を与えるトランス−4−デセン[(E)−デク−4−エン]に基づく965cm−1によるトランス−ビニレン(R−CH=CH−R’)
>0.4重量%の極性コモノマーを有するポリエチレンコポリマーのために、2種類のC=C含有官能基が定量された。各々は、特徴的な吸収を有し、個々の吸光係数をもたらす異なるモデル化合物に対して較正された。
E=13.13 l・モル−1・mm−1を与える1−デセン[デク−1−エン]に基づく910cm−1によるビニル(R−CH=CH2)
E=18.24 l・モル−1・mm−1を与える2−メチル−1−ヘプテン[2−メチルヘプト−1−エン]に基づく888cm−1によるビニリデン(RR’C=CH2)
ポリ(エチレン−コ−ブチルアクリレート)(EBA)系のために、約920cm−1と870cm−1との間に線状基線較正が適用された。
EMA:
ポリ(エチレン−コ−メチルアクリレート)(EMA)系のために、約930cm−1と870cm−1との間に線状基線較正が適用された。
低分子量C=C含有種を含む系のために、上記低分子量種自体におけるC=C吸収のモル吸光係数を使用する直接の較正が行われた。
モル吸光係数が、ASTM D3124−98およびASTM D6248−98に示された手法に従って決定された。溶液状態の赤外スペクトルが、0.1mm光路長の液体セルを備えたFTIR分光計(Perkin Elmer 2000)を使用して4cm−1の分解能で記録された。モル吸光係数(E)は、下記式によって、l・モル−1・mm−1として決定された。
E=A/(C×L)
ここで、Aはピーク高さとして定義される最大吸光度であり、Cは濃度(モル・l−1)であり、Lはセル厚さ(mm)である。少なくとも3つの二流化炭素(CS2)中の0.18モル・l−1溶液が使用され、モル吸光係数の平均値が決定された。
実施例および参考例の絶縁層の本ポリマー組成物のポリオレフィンの調製
ポリオレフィンは、高圧反応器で製造された低密度ポリエチレンであった。本発明のポリマーおよび比較のポリマーの製造を下記に記載する。CTA供給に関して、例えばPA含量は、リットル/時またはkg/時として示され得、検算のために0.807kg/リットルのPAの密度を使用していずれかの単位に変換され得る。
エチレンが、再循環されたCTAとともに、中間の冷却を伴って5段階プレ圧縮器および2段階ハイパー圧縮器において圧縮されて約2576バールの初期反応圧力に達した。合計の圧縮器処理量は約30トン/時であった。圧縮器領域では、約4.9リットル/時のプロピオンアルデヒド(PA、CAS番号:123−38−6)が約119kgのプロピレン/時とともに連鎖移動剤として添加されて2.1g/10分のMFRを維持した。圧縮された混合物が、約40mmの内径および1200mの全長を有するフロント供給3ゾーン管状反応器の予熱セクションで166℃に加熱された。イソドデカンに溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤の混合物が、プレヒーターのすぐ後で、発熱重合反応が約276℃のピーク温度に達するのに十分な量で注入され、その後、約221℃に冷却された。続く第二および第三のピーク反応温度はそれぞれ271℃および261℃であり、それらの間での225℃への冷却を伴った。反応混合物は、キックバルブ(kick valve)によって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
エチレンが、再循環されたCTAとともに、中間の冷却を伴って5段階プレ圧縮器および2段階ハイパー圧縮器において圧縮されて約2523バールの初期反応圧力に達した。合計の圧縮器処理量は約30トン/時であった。圧縮器領域では、約4.5リットル/時のプロピオンアルデヒドが約118kgのプロピレン/時とともに連鎖移動剤として添加されて2.0g/10分のMFRを維持した。ここでまた、1,7−オクタジエンが23kg/時の量で反応器に添加された。圧縮された混合物が、約40mmの内径および1200mの全長を有するフロント供給3ゾーン管状反応器の予熱セクションで160℃に加熱された。イソドデカンに溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤の混合物が、プレヒーターのすぐ後で、発熱重合反応が約272℃のピーク温度に達するのに十分な量で注入され、その後、約205℃に冷却された。続く第二および第三のピーク反応温度はそれぞれ270℃および253℃であり、それらの間での218℃への冷却を伴った。反応混合物は、キックバルブによって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
エチレンが、再循環されたCTAとともに、中間の冷却を伴って5段階プレ圧縮器および2段階ハイパー圧縮器において圧縮されて約2592バールの初期反応圧力に達した。合計の圧縮器処理量は約30トン/時であった。圧縮器領域では、約4.9リットル/時のプロピオンアルデヒドが約77kgのプロピレン/時とともに連鎖移動剤として添加されて1.9g/10分のMFRを維持した。圧縮された混合物が、約40mmの内径および1200mの全長を有するフロント供給3ゾーン管状反応器の予熱セクションで163℃に加熱された。イソドデカンに溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤の混合物が、プレヒーターのすぐ後で、発熱重合反応が約281℃のピーク温度に達するのに十分な量で注入され、その後、約208℃に冷却された。続く第二および第三のピーク反応温度はそれぞれ282℃および262℃であり、それらの間での217℃への冷却を伴った。反応混合物は、キックバルブによって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
エチレンが、再循環されたCTAとともに、中間の冷却を伴って5−段階プレ圧縮器および2−段階ハイパー圧縮器において圧縮されて約2771バールの初期反応圧力に達した。合計の圧縮器処理量は約30トン/時であった。圧縮器領域では、約5.3リットル/時のプロピオンアルデヒドが約86kgのプロピレン/時とともに連鎖移動剤として添加されて0.7g/10分のMFRを維持した。圧縮された混合物が、約40mmの内径および1200mの全長を有するフロント供給3ゾーン管状反応器の予熱セクションで171℃に加熱された。イソドデカンに溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤の混合物が、プレヒーターのすぐ後で、発熱重合反応が約281℃のピーク温度に達するのに十分な量で注入され、その後、約203℃に冷却された。続く第二および第三のピーク反応温度はそれぞれ273℃および265℃であり、それらの間での226℃への冷却を伴った。反応混合物は、キックバルブによって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
純粋なエチレンが90バールの圧力および−30℃の温度への圧縮および冷却によって液化され、各々約14トン/時の2つの等しい流れに分割された。CTA(メチルエチルケトン(MEK))、空気、および溶媒に溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤が、上記2つの液体エチレン流に個々の量で添加された。ここでまた、1,7−オクタジエンが24kg/時の量で反応器に添加された。2つの混合物が別々に、4つの増圧器の配列を通ってポンプ送りされて2200〜2300バールの圧力および約40℃の出口温度に達した。これら2つの流れがそれぞれ、スプリット供給2ゾーン管状反応器のフロント(ゾーン1)(50%)およびサイド(ゾーン2)(50%)に供給された。上記2つの反応器ゾーンの内径および長さはゾーン1が32mmおよび200mであり、ゾーン2が38mmおよび400mであった。MEKが205kg/時の量でフロント流に添加されて約2g/10分のMFR2を維持した。フロント供給流が加熱セクションを通って、発熱重合反応が開始するのに十分な温度に達した。反応が達したピーク温度は第1ゾーンおよび第2ゾーンにおいてそれぞれ253℃および290℃であった。サイド供給流が、上記反応を、168℃の第2ゾーンの開始温度に冷却した。空気及びパーオキシド溶液が、目標のピーク温度に達するのに十分な量で上記2つの流れに添加された。反応混合物は、生成物バルブ(product valve)によって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
純粋なエチレンが90バールの圧力および−30℃の温度への圧縮および冷却によって液化され、各々約14トン/時の2つの等しい流れに分割された。CTA(メチルエチルケトン(MEK))、空気、および溶媒に溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤が、上記2つの液体エチレン流に個々の量で添加された。2つの混合物が別々に、4つの増圧器の配列を通ってポンプ送りされて2100〜2300バールの圧力および約40℃の出口温度に達した。これら2つの流れがそれぞれ、スプリット供給2ゾーン管状反応器のフロント(ゾーン1)(50%)およびサイド(ゾーン2)(50%)に供給された。上記2つの反応器ゾーンの内径および長さはゾーン1が32mmおよび200mであり、ゾーン2が38mmおよび400mであった。MEKが約216kg/時の量でフロント流に添加されて約2g/10分のMFR2を維持した。フロント供給流が加熱セクションを通って、発熱重合反応が開始するのに十分な温度に達した。反応が達したピーク温度は第1ゾーンおよび第2ゾーンにおいてそれぞれ約250℃および318℃であった。サイド供給流が、上記反応を、165〜170℃の第2ゾーンの開始温度に冷却した。空気及びパーオキシド溶液が、目標のピーク温度に達するのに十分な量で上記2つの流れに添加された。反応混合物は、生成物バルブによって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
純粋なエチレンが90バールの圧力および−30℃の温度への圧縮および冷却によって液化され、各々約14トン/時の2つの等しい流れに分けられた。CTA(メチルエチルケトン、MEK)、空気、および溶媒に溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤が、上記2つの液体エチレン流に個々の量で添加された。2つの混合物が別々に、4つの増圧器の配列を通ってポンプ送りされて2100〜2300バールの圧力および約40℃の出口温度に達した。これら2つの流れがそれぞれ、スプリット供給2ゾーン管状反応器のフロント(ゾーン1)(50%)およびサイド(ゾーン2)(50%)に供給された。上記2つの反応器ゾーンの内径および長さはゾーン1が32mmおよび200mであり、ゾーン2が38mmおよび400mであった。MEKが約201kg/時の量でフロント流に添加されて約0.75g/10分のMFR2を維持した。フロント供給流が加熱セクションを通って、発熱重合反応が開始するのに十分な温度に達した。反応が達したピーク温度は第1ゾーンおよび第2ゾーンにおいてそれぞれ約251℃および316℃であった。サイド供給流が、上記反応を、約185〜190℃の第2ゾーンの開始温度に冷却した。空気及びパーオキシド溶液が、目標のピーク温度に達するのに十分な量で上記2つの流れに添加された。反応混合物は、生成物バルブによって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
Semicon 1:LE0500、Borealis社からの市販グレード、アセチレンカーボンブラックを含有する、密度1120kg/cm3、DC体積抵抗率:23℃で100オームcm未満および90℃で1000オームcm未満(ISO3915)、熱間硬化試験(200℃、0.20MPa、IEC60811−2−1):荷重伸び25%、永久変形0%
永久変形0%、ガットフェルト‐エラストグラフ(Gottfert Elastograph)1.2Nm
永久変形0%
ガットフェルト‐エラストグラフ(Gottfert Elastograph)1.14〜1.38Nm
鉱油=実施例1〜3:鉱油に基づく潤滑剤、Shell Corena E150、Shell製;実施例4:鉱油に基づく潤滑剤、M-RARUS PE KPL 201、Exxon Mobil製
PAG=参考例:ポリアルキレングリコールに基づく潤滑剤、Syntheso D201N、Klueber製
MEK=メチルエチルケトン
PA=プロピオンアルデヒド(CAS番号:123−38−6)
Claims (20)
- 少なくとも1の半導電層および絶縁層によって任意の順に取り囲まれた導体を含む電力ケーブルであって、
該半導電層が、カーボンブラックを含む半導電性組成物を含み、
該絶縁層が、ポリオレフィンを含むポリマー組成物を含む
ところの前記ケーブルにおいて、
(i)絶縁層のポリマー組成物が、架橋されたポリマー組成物から成る脱ガスされていない1mm厚さの板状サンプルを用いて70℃および30kV/mmの平均電場で24時間後の該板状サンプルを通る電流を測定することによって決定されるとき、150fS/m以下の電気伝導度を有し、かつ
絶縁層のポリマー組成物のポリオレフィンが下記工程:
(a)1以上のモノマーを圧縮器中で加圧下に圧縮すること、ここで、潤滑のために圧縮器潤滑剤が使用される、
(b)モノマーを、任意的に1以上のコモノマーと共に、重合ゾーンで重合すること、
(c)得られたポリオレフィンを未反応物から分離し、分離されたポリオレフィンを回収ゾーンで回収すること、
を含む高圧法において製造されたものである、ここで工程a)における圧縮器潤滑剤が鉱油を含む、
ことを特徴とする前記ケーブル。 - 直流(DC)電力ケーブルである、請求項1記載のケーブル。
- 絶縁層のポリマー組成物が、(i)架橋されたポリマー組成物から成る脱ガスされていない1mm厚さの板状サンプルを用いて70℃および30kV/mmの平均電場で24時間後の該板状サンプルを通る電流を測定することによって決定されるとき、140fS/m以下の電気伝導度を有する、請求項1または2記載のケーブル。
- 絶縁層のポリマー組成物が、(ii)厚さ5.5mmの絶縁層としてのポリマー組成物および内側および外側の半導電層としての半導電性組成物のモデルケーブルサンプルであって、アルミニウムホイルでぴったり包まれておりかつ70℃で72時間の熱処理に付されたモデルケーブルサンプルを用いて70℃および27kV/mmの平均電場のオーブン中で測定され、そして式σ=In(D/d)/2πLR(σは電気伝導度であり、Dは絶縁層の外径であり、dは絶縁層の内径であり、Lは測定ゾーンの長さ(53m)であり、Rは24時間後の漏洩電流から式U/Iに従って計算される絶縁層の電気抵抗であり、Uは印加電圧(150kV)であり、Iは測定された漏洩電流である)に従って決定されるとき、1300fS/m以下の電気伝導度を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項記載のケーブル。
- 絶縁層のポリマー組成物が、(ii)厚さ5.5mmの絶縁層としてのポリマー組成物および内側および外側の半導電層としての半導電性組成物のモデルケーブルサンプルであって、アルミニウムホイルでぴったり包まれておりかつ70℃で72時間の熱処理に付されたモデルケーブルサンプルを用いて70℃および27kV/mmの平均電場のオーブン中で測定され、そして式σ=In(D/d)/2πLR(σは電気伝導度であり、Dは絶縁層の外径であり、dは絶縁層の内径であり、Lは測定ゾーンの長さ(53m)であり、Rは24時間後の漏洩電流から式U/Iに従って計算される絶縁層の電気抵抗であり、Uは印加電圧(150kV)であり、Iは測定された漏洩電流である)に従って決定されるとき、1000fS/m以下の電気伝導度を有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項記載のケーブル。
- 少なくとも、絶縁層のポリマー組成物が架橋可能でありかつ架橋剤を含む、請求項1〜5のいずれか1項記載のケーブル。
- 絶縁層のポリマー組成物が、ケーブルの最終用途の前に架橋剤の存在下で架橋される、請求項1〜6のいずれか1項記載のケーブル。
- 絶縁層のポリマー組成物が、1以上の酸化防止剤および任意的に1以上のスコーチ遅延剤またはそれらの任意の混合物を含むさらなる添加剤を含む、請求項1〜7のいずれか1項記載のケーブル。
- 酸化防止剤が、立体障害を有するまたは半立体障害を有するフェノール類、芳香族アミン、脂肪族系の立体障害を有するアミン、有機ホスファイトまたはホスホナイト、チオ化合物、およびそれらの混合物から選択され、かつ任意的なスコーチ遅延剤が、アリル化合物から選択される、請求項8記載のケーブル。
- 半導電層のカーボンブラックが、導電性カーボンブラックから選択される、請求項1〜9のいずれか1項記載のケーブル。
- 鉱油が、食品接触において使用されるプラスチックのための2002年8月6日の欧州指令2002/72/EC、付録V、におけるホワイトミネラルオイルのための要件を満たすホワイトミネラルオイルである、請求項1〜10のいずれか1項記載のケーブル。
- 絶縁層のポリマー組成物のポリオレフィンが低密度ポリエチレン(LDPE)でありかつLDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとのLDPEコポリマーから選択され、該LDPEホモポリマーまたはエチレンのLDPEコポリマーが任意的に不飽和であってもよい、請求項1〜11のいずれか1項記載のケーブル。
- 絶縁層のポリマー組成物のポリオレフィンが不飽和の低密度ポリエチレン(LDPE)でありかつ不飽和LDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとの不飽和LDPEコポリマーから選択される、請求項1〜12のいずれか1項記載のケーブル。
- カーボンブラックを含有する半導電性組成物を含む更なる半導電層を含む、すなわち、少なくとも、内側半導電層、絶縁層および外側半導電層によってこの順に取り囲まれた導体を含む電力ケーブルである、請求項1〜13のいずれか1項記載のケーブル。
- 内側半導電層が該少なくとも1の半導電層を含み、該更なる半導電層が外側半導電層である、請求項14記載のケーブル。
- 少なくとも、該半導電性組成物を含む半導電層および該ポリマー組成物を含む絶縁層を、任意の順に導体上に施与する工程を含む、請求項1〜15のいずれか1項記載の電力ケーブルを製造する方法。
- 下記工程:
(a)該半導電性組成物を用意し、そして該半導電性組成物を、任意的に更なる成分と共に混合すること、
(b)該ポリマー組成物を用意し、そして該ポリマー組成物を、任意的に更なる成分と共に混合すること、
(c)下記:
半導電層を形成するための、工程(a)で得られた半導電性組成物の溶融混合物、
絶縁層を形成するための、工程(b)で得られたポリマー組成物の溶融混合物
を導体上に施与すること、および
(d)任意的に、得られたケーブルの少なくとも1の層を架橋すること
を含む、請求項1〜15のいずれか1項記載の電力ケーブルを製造するための請求項16記載の方法。 - 内側半導電層、絶縁層および外側半導電層によってこの順に取り囲まれた導体を含む請求項1〜14のいずれか1項記載の電力ケーブルを製造するための請求項16または17に記載の方法において、下記工程:
(a)該半導電性組成物を用意し、そして該半導電性組成物を溶融混合すること、
(b)該ポリマー組成物を用意し、そして該ポリマー組成物を溶融混合すること、
(c)下記:
内側半導電層を少なくとも形成するための、工程(a)で得られた半導電性組成物の溶融混合物、
絶縁層を形成するための、工程(b)で得られたポリマー組成物の溶融混合物
を導体上に施与すること、および
(d)任意的に、得られたケーブルの少なくとも1の層を架橋条件で架橋すること
を含む、前記方法。 - 下記工程:
(d)少なくとも絶縁層を架橋すること
を含む、請求項16〜18のいずれか1項記載の方法。 - 請求項16〜19のいずれか1項記載の方法によって得られ得る架橋された電力ケーブル。
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