JP6542210B2 - 水架橋及び過酸化物架橋可能なポリマー組成物 - Google Patents
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Description
本出願は、2013年11月25日に出願された米国仮特許出願第61/908,245号の利益を主張するものである。
(a)加水分解性シラン基を有するポリオレフィンと、
(b)有機過酸化物と、
(c)任意選択的に、シラノール縮合触媒と、を含む、架橋可能なポリマー組成物である。
(1)(a)加水分解性シラン基を有するポリオレフィンと、(b)有機過酸化物と、(c)任意選択的に、シラノール縮合触媒と、を含む架橋可能なポリマー組成物を形成することと、
(2)前記有機過酸化物によって前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部に架橋を誘発するのに十分な条件に前記架橋可能なポリマー組成物を供することと、
(3)前記加水分解性シラン基及び任意選択的に前記シラノール縮合触媒によって前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部に架橋を誘発するのに十分な条件に前記架橋可能なポリマー組成物を供し、それによって前記架橋ポリマー組成物を生成することと、を含む、架橋ポリマー組成物を生成するためのプロセスである。
上述のように、本明細書に記載の架橋可能なポリマー組成物は、加水分解性シラン基を有するポリオレフィンを含む。加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、シラン官能化ポリエチレン、ポリプロピレン等のシラン官能化オレフィン系ポリマー、及びこれらのポリマーの種々のブレンドを含む。1つ以上の実施形態において、シラン官能化オレフィン系ポリマーは、(i)エチレンと加水分解性シランとのインターポリマー、(ii)エチレンと、1つ以上のC3もしくはより高次のα−オレフィン及び/または不飽和エステルと、加水分解性シランとのインターポリマー、(iii)その主鎖にグラフトされた加水分解性シランを有するエチレンのホモポリマー、ならびに(iv)エチレンと、1つ以上のC3もしくはより高次のα−オレフィン及び/または不飽和エステルとのインターポリマーであって、その主鎖にグラフトされた加水分解性シランを有するインターポリマーからなる群から選択されてもよい。例示的なα−オレフィンとして、プロピレン、1−ブテン、1−へキセン、4−メチル−1−ペンテン、及び1−オクテンが挙げられる。例示的な不飽和エステルは、酢酸ビニルまたはアクリル酸もしくはメタクリル酸エステルである。
上述のように、架橋可能なポリマー組成物は、有機過酸化物を含む。本明細書で使用される場合、「有機過酸化物」は、構造R1−O−O−R2、またはR1−O−O−R−O−O−R2(式中、R1及びR2の各々は、ヒドロカルビル部分であり、Rは、ヒドロカルビレン部分である)を有する過酸化物を意味する。本明細書で使用される場合、「ヒドロカルビル」という用語は、炭化水素(例えば、エチル、フェニル)から水素原子を除去することによって形成される一価の基を意味する。本明細書で使用される場合、「ヒドロカルビレン」という用語は、炭化水素から2つの水素原子を除去することによって形成される二価の基を意味する。有機過酸化物は、同じかまたは異なるアルキル、アリール、アルカリ―ル、またはアラルキル部分を有する、任意のジアルキル、ジアリール、ジアルカリール、またはジアラルキル過酸化物であってもよい。ある実施形態において、R1及びR2の各々は、独立して、C1〜C20またはC1〜C12アルキル、アリール、アルカリ―ル、またはアラルキル部分である。ある実施形態において、Rは、C1〜C20またはC1〜C12アルキレン、アリーレン、アルカリーレン、またはアラルキレン部分であってもよい。種々の実施形態において、R、R1、及びR2は、同じかまたは異なる数の炭素原子を有することができるか、またはR、R1、及びR2のうちのいずれか2つが同じ数の炭素原子を有することができ、3番目は異なる数の炭素原子を有する。
ルイス酸は、ルイス塩基から電子対を受け取ることができる化学種(分子またはイオン)である。ルイス塩基は、ルイス酸に電子対を供与することができる化学種(分子またはイオン)である。本発明の実施に使用され得るルイス酸は、ジラウリン酸ジブチルスズ(「DBTDL」)、オレイン酸ジメチルヒドロキシスズ、マレイン酸ジオクチルスズ、マレイン酸ジ−n−ブチルスズ、二酢酸ジブチルスズ、ジオクタン酸ジブチルスズ、酢酸第一スズ、オクタン酸第一スズ等のスズカルボン酸塩、ならびにナフテン酸鉛、カプリル酸亜鉛、及びナフテン酸コバルト等の種々の他の有機金属化合物を含む。DBTDLは、好ましいルイス酸である。本発明の実施に使用され得るルイス塩基は、限定されないが、第一級、第二級、及び第三級アミンを含む。
種々の実施形態において、ポリマー組成物は、硬化促進剤、スコーチ遅延剤、トリー抑制剤(例えば、ポリエチレングリコールと極性ポリオレフィンとのコポリマー)、熱及び光安定剤、充填剤(例えば、カーボンブラックまたは難燃剤)、色素、及び酸化防止剤からなる(が、これらに限定されない)群から選択される1つ以上の添加剤をポリオレフィン100重量部に対して最大5部含むことができる。
架橋可能なポリマー組成物の調合及び溶融ブレンドは、当業者に既知の標準設備によって達成することができる。調合設備の例は、BANBURYまたはBOLLING内部ミキサー等の内部バッチミキサーである。代替として、FARREL連続ミキサー、Werner and Pfleiderer二軸ミキサー、またはBuss(商標)混錬連続押出機等の、連続単軸または二軸型のミキサーまたは押出機が使用されてもよい。架橋可能なポリマー組成物は、その後、圧縮成形、射出成形、ダイを通した押出成形等のプロセスによって、最終使用物品に製造、造形、または成形することができる。
架橋反応は、典型的には、高温での過酸化物の分解、及びグラフトまたは共重合されたシラン基間の水分誘発性反応によって、溶融ブレンド及び造形、成形、または押出ステップ後に起こる。水分誘発性架橋は、過酸化物架橋と同時に(例えば、加硫管内で)、または、後に高温または周囲温度で起こり得、外部環境からバルクポリマー内に水が浸透する(蒸気加硫管、湿潤環境、または水浴もしくは「サウナ」から)。水分誘発性架橋に必要な水はまた、例えば、クミルアルコール(ジクミルペルオキシドで開始されるポリエチレンの架橋の副産物の1つである)から、過酸化物架橋に従来用いられる高温でin situで発生させてもよい。水分誘発性架橋のためのin situでの水の発生の他のアプローチは、(限定されないが)、米国特許第8,541,491 B2号、米国特許第8,460,770 B2号、米国特許第8,324,311 B2号、欧州特許第EP 2 195 380 B1号、及び欧州特許第EP 2 170 986 B1号に開示されるものを含む。したがって、水分誘発性架橋は、過酸化物架橋ポリオレフィンを用いた被覆導体の作製に従来使用される乾燥した加硫管内であっても起こり得る。製造された物品(被覆導体等)は、周囲温度または室温温度条件(23℃等)及び湿度(50〜70パーセント相対湿度)で架橋し続けることができる。
架橋可能または架橋ポリマー組成物を含む絶縁層を収容するケーブルは、例えば、単軸または二軸型の、種々の種類の押出機を用いて調製することができる。従来の押出機の説明は、米国特許第4,857,600号に見出すことができる。したがって、共押出及び押出機の例は、米国特許第5,575,965号に見出すことができる。典型的な押出機は、その上流端にホッパー、その下流端にダイを有する。ホッパーは、軸を収容するバレル内に供給する。下流端には、軸の端部とダイとの間に、スクリーンパック及びブレーカープレートが存在する。押出機の軸部は、供給部、圧縮部、及び計測部の3つの部、ならびに背面加熱ゾーン及び前面加熱ゾーンの2つのゾーンに分割されていると考えられ、部及びゾーンは、上流から下流まで続いている。代替例において、上流から下流へと続く軸に沿って複数の加熱ゾーン(2つより多い)が存在してもよい。1つより多くのバレルを有する場合、バレルは、直列に接続される。各バレルの長さ対直径の比率は、約15:1〜約30:1の範囲である。ポリマー絶縁体が押出後に架橋されるワイヤ被覆において、ケーブルは、大抵の場合、押出ダイの下流の加熱された加硫ゾーンに直ちに入る。加熱された硬化ゾーンは、150〜500℃の範囲、または170〜350℃の範囲の温度に維持することができる。加熱されたゾーンは、加圧蒸気、または誘導加熱された加圧窒素ガスによって加熱することができる。
本明細書で使用される場合、「及び/または」は、2つ以上の項目の一覧において使用されるとき、列挙される項目のうちのいずれか1つがそれ自体で用いられ得るか、または列挙される項目のうちの2つ以上の任意の組み合わせが用いられ得ることを意味する。例えば、組成物が構成成分A、B、及び/またはCを含有すると記載される場合、A単独、B単独、C単独、AとBの組み合わせ、AとCの組み合わせ、BとCの組み合わせ、またはA、B、及びCの組み合わせを含有することができる。
密度は、ASTM D 792に従って決定される。
メルトインデックス、またはI2は、ASTM D 1238に従って、190℃/2.16kgの条件で測定され、10分当たりに溶出されるグラム数で報告される。I10は、ASTM D 1238に従って、190℃/10kgの条件で測定され、10分当たりに溶出されるグラム数で報告される。
移動ダイレオメーター(「MDR」)による分析は、Alpha TechnologiesのRheometer MDRモデル2000ユニットを使用して行われる。試験は、ASTM手順D5289「ゴム特性の標準試験法−ローターレスタイプ加硫試験機を用いた加硫(Standard Test Method for Rubber − Property Vulcanization Using Rotorless Cure Meters)」に基づいている。MDR分析は、6グラムの材料を用いて行われる。全ての温度条件につき0.5度のアーク振動で、様々な時間の長さにわたって140℃、182℃、または200℃で試料(溶融混合ステップから直接的に)を試験する。
架橋によって生じるゲル含有量(不溶画分)は、ASTM D2765に従って、6時間の沸騰条件で溶媒デカヒドロナフタレン(デカリン)を用いて抽出することによって決定される。182℃のMDR分析から得られた被検査物に対して試験が行われる。WILEYミル(20メッシュスクリーン)を使用して少なくとも1グラムの量の粉末化した被検査物を調製し、その後、120メッシュスクリーンの袋に封入し、沸騰するデカリンに6時間浸漬する。
以下の材料が、後述の実施例に用いられる。
下の表1に提供される配合に従って比較試料CS1及び試料S1〜S4を調製する。最初に、過酸化物を以下の通りにLDPEのペレットに浸漬する:
− ガラスジャー内で、196.6グラムのLDPEペレットを60℃で2時間加熱する。
− ジクミルペルオキシド(「DCP」)を60℃(すなわち、その融点である40℃より高い)で別個に予熱する。
−3.4グラムの予熱した過酸化物を、加熱したLDPEにシリンジを用いて添加し、室温で30分間タンブルブレンドする。
− 60℃のオーブンに一晩ジャーを戻す。
− 250cm3のBrabender混合ボウル内で、ジャーの全内容物(200グラム)を125℃及び30rpmで10分間混合する。
− 40cm3のBrabender混合ボウルを30rpmで使用して40グラムの配合物を作製する。
− 混合ボウルを窒素でパージしない。
− 過酸化物を含有するLDPEを添加し、125℃で3分間混合する。
− VTES、スルホン酸、及び/またはPEGを添加し、125℃でさらに3分間混合する。
下の表2に提供される配合に従って試料S5〜S9を調製する。最初に、196.6グラムのSI−LINK(商標)A6451及び3.4グラムのDCPを使用する実施例1に記載されるのと同じ手順を用いて、SI−LINK(商標)A6451エチレン−シラン反応器コポリマーのペレットに過酸化物を浸漬する。
− 40cm3のBrabender混合ボウルを30rpmで使用して40グラムの配合物を作製する。
− 混合ボウルを窒素でパージしない。
− 酸化物を含有するSI−LINK(商標)A6451を添加し、125℃で3分間混合する。
− スルホン酸、4−ヒドロキシTEMPO、及び/またはPEG 400を添加し、125℃でさらに3分間混合する。
下の表3に提供される配合に従って比較試料CS2〜CS3及び試料S10〜S15を調製する。最初に、196.6グラムのポリマー及び3.4グラムのDCPを使用する実施例1に記載されるのと同じ手順を用いて、LDPEまたはSI−LINK(商標)A6451のいずれかのペレットに過酸化物を浸漬する。
− 40cm3のBrabender混合ボウルを30rpmで使用して40グラムの配合物を作製する。
− 混合ボウルを窒素でパージしない。
− 過酸化物を含有するポリマーを添加し、125℃で3分間混合する。
− スルホン酸、4−ヒドロキシTEMPO、及び/またはPEG 400を添加し、125℃でさらに3分間混合する。
下の表4に提供される配合に従って比較試料CS4及び試料S16〜S21を調製する。最初に、196.6グラムのポリマー及び3.4グラムのDCPを使用する実施例1に記載されるのと同じ手順を用いて、LDPEまたはSI−LINK(商標)A6451のいずれかのペレットに過酸化物を浸漬する。
− 40cm3のBrabender混合ボウルを30rpmで使用して40グラムの配合物を作製する。
− 混合ボウルを窒素でパージしない。
− 過酸化物を含有するポリマーを添加し、125℃で3分間混合する。
− スルホン酸、4−ヒドロキシTEMPO、及び/またはPEG 400を添加し、125℃でさらに3分間混合する。
ゲル含有量といった望ましい特性バランスが得られた。さらに、組成物のうちの2つを2
3℃、50パーセント相対湿度で4週間熟成させたとき、182℃でのMHの損失がほん
のわずかであるか、または全く見られないことから、(たとえ消費されたとしても)非常
に少量の過酸化物がブロックされたスルホン酸によって消費されたことが示唆される。1
40℃で許容可能に高い値のts1が得られるだけでなく、182℃というより高い温度
で高度な架橋(MH−ML)をもたらすため、特に有用な結果は試料S17、S18、S
20、及びS21(シラノール縮合触媒を含有する)から得られる。図4及び5は、18
2℃の温度における試料S17、S18、S20、及びS21の異常な架橋動態を示す。
上記の開示に基づく発明の例として、以下のものが挙げられる。
[1] (a)加水分解性シラン基を有するポリオレフィンと、(b)有機過酸化物と、(c)任意選択的に、シラノール縮合触媒と、を含む、架橋可能なポリマー組成物。
[2] 前記加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて96〜99.49重量パーセントの範囲の量で存在し、前記有機過酸化物は、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて0.5〜3重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、前記シラノール縮合触媒を含み、前記シラノール縮合触媒は、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて0.01〜1重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、(d)硬化促進剤、スコーチ遅延剤、トリー抑制剤、熱及び光安定剤、充填剤、色素、及び酸化防止剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤をさらに前記ポリオレフィン100重量部に対して最大5部含む、[1]に記載の前記架橋可能なポリマー組成物。
[3] 前記加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、(i)エチレンと加水分解性シランとのインターポリマー、(ii)エチレンと、1つ以上のC 3 もしくはより高次のα−オレフィン及び/または不飽和エステルと、加水分解性シランとのインターポリマー、(iii)その主鎖にグラフトされた加水分解性シランを有するエチレンのホモポリマー、ならびに(iv)エチレンと、1つ以上のC 3 もしくはより高次のα−オレフィン及び/または不飽和エステルとのインターポリマーであって、そのようなインターポリマーは、その主鎖にグラフトされた加水分解性シランを有する、インターポリマーからなる群から選択される、[1]または[2]のいずれかに記載の前記架橋可能なポリマー組成物。
[4] 前記架橋ポリマー組成物は、140℃で少なくとも10分のスコーチ時間を有し、前記架橋ポリマー組成物は、182℃で少なくとも0.2lb/inの最大トルク(MH)−最小トルク(ML)を有し、前記架橋ポリマー組成物は、少なくとも40パーセントのゲル含有量を有する、[1]〜[3]のいずれか一項に記載の前記架橋可能なポリマー組成物から調製される架橋ポリマー組成物。
[5] (a)導体と、
(b)前記導体の少なくとも一部を取り囲む[4]に記載の前記架橋ポリマー組成物の少なくとも一部と、を含む、被覆導体。
[6] (1)(a)加水分解性シラン基を有するポリオレフィンと、(b)有機過酸化物と、(c)任意選択的に、シラノール縮合触媒と、を含む架橋可能なポリマー組成物を形成することと、
(2)前記有機過酸化物によって前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部に架橋を誘発するのに十分な条件に前記架橋可能なポリマー組成物を供することと、
(3)前記加水分解性シラン基及び任意選択的に前記シラノール縮合触媒によって前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部に架橋を誘発するのに十分な条件に前記架橋可能なポリマー組成物を供し、
それによって前記架橋ポリマー組成物を生成することと、を含む、架橋ポリマー組成物を生成するためのプロセス。
[7] 前記有機過酸化物によって架橋を誘発するのに十分な前記条件は、前記架橋可能なポリマー組成物を少なくとも90℃の高温に供することを含む、[6]に記載の前記プロセス。
[8] 前記加水分解性シラン基及び任意選択的に前記シラノール縮合触媒によって架橋を誘発するのに十分な前記条件は、前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部を水と接触させることを含み、前記水は、in situで発生させられるか、または外部環境から提供されるかのいずれかである、[6]または[7]のいずれかに記載の前記プロセス。
[9] 前記加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて96〜99.49重量パーセントの範囲の量で存在し、前記有機過酸化物は、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて0.5〜3重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、前記シラノール縮合触媒を含み、前記シラノール縮合触媒は、0.01〜1重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、(d)硬化促進剤、スコーチ遅延剤、トリー抑制剤、熱及び光安定剤、充填剤、色素、及び酸化防止剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤をさらに前記ポリオレフィン100重量部に対して最大5部含む、[6]〜[8]のいずれか一項に記載の前記プロセス。
[10] 前記架橋ポリマー組成物は、140℃で10分を超えるスコーチ時間を有し、前記架橋ポリマー組成物は、182℃で0.2lb/inを超える最大トルク(MH)−最小トルク(ML)を有し、前記架橋ポリマー組成物は、40パーセントを超えるゲル含有量を有する、[6]〜[9]のいずれか一項に記載のプロセス。
Claims (10)
- (a)加水分解性シラン基を有するポリオレフィンと、
(b)有機過酸化物と、
(c)スルホン酸、ブロックされたスルホン酸またはこれらの組合せであるシラノール縮合触媒と
を含む、架橋可能なポリマー組成物。 - 前記加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて96〜99.49重量パーセントの範囲の量で存在し、前記有機過酸化物は、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて0.5〜3重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、前記シラノール縮合触媒を含み、前記シラノール縮合触媒は、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて0.01〜1重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、(d)硬化促進剤、スコーチ遅延剤、トリー抑制剤、熱及び光安定剤、充填剤、色素、及び酸化防止剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤をさらに前記ポリオレフィン100重量部に対して最大5部含む、請求項1に記載の前記架橋可能なポリマー組成物。
- 前記加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、(i)エチレンと加水分解性シランとのインターポリマー、(ii)エチレンと、1つ以上のC3もしくはより高次のα−オレフィン及び/または不飽和エステルと、加水分解性シランとのインターポリマー、(iii)その主鎖にグラフトされた加水分解性シランを有するエチレンのホモポリマー、ならびに(iv)エチレンと、1つ以上のC3もしくはより高次のα−オレフィン及び/または不飽和エステルとのインターポリマーであって、そのようなインターポリマーは、その主鎖にグラフトされた加水分解性シランを有する、インターポリマーからなる群から選択される、請求項1または請求項2のいずれかに記載の前記架橋可能なポリマー組成物。
- 前記架橋ポリマー組成物は、140℃で少なくとも10分のスコーチ時間を有し、前記架橋ポリマー組成物は、182℃で少なくとも0.02Nm(0.2lb/in)の最大トルク(MH)−最小トルク(ML)を有し、前記架橋ポリマー組成物は、少なくとも40パーセントのゲル含有量を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の前記架橋可能なポリマー組成物から調製される架橋ポリマー組成物。
- (a)導体と、
(b)前記導体の少なくとも一部を取り囲む請求項4に記載の前記架橋ポリマー組成物の少なくとも一部と、を含む、被覆導体。 - (1)(a)加水分解性シラン基を有するポリオレフィン、(b)有機過酸化物及び(c)スルホン酸、ブロックされたスルホン酸またはこれらの組合せであるシラノール縮合触媒を含む、架橋可能なポリマー組成物を形成することと、
(2)前記有機過酸化物によって前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部に架橋を誘発するのに十分な条件に前記架橋可能なポリマー組成物を供することと、
(3)前記加水分解性シラン基及び前記シラノール縮合触媒によって前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部に架橋を誘発するのに十分な条件に前記架橋可能なポリマー組成物を供し、
それによって前記架橋ポリマー組成物を生成することと、を含む、架橋ポリマー組成物を生成するためのプロセス。 - 前記有機過酸化物によって架橋を誘発するのに十分な前記条件は、前記架橋可能なポリマー組成物を少なくとも90℃の高温に供することを含む、請求項6に記載の前記プロセス。
- 前記加水分解性シラン基及び前記シラノール縮合触媒によって架橋を誘発するのに十分な前記条件は、前記架橋可能なポリマー組成物の少なくとも一部を水と接触させることを含み、前記水は、in situで発生させられるか、または外部環境から提供されるかのいずれかである、請求項6または請求項7のいずれかに記載の前記プロセス。
- 前記加水分解性シラン基を有するポリオレフィンは、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて96〜99.49重量パーセントの範囲の量で存在し、前記有機過酸化物は、構成成分(a)〜(c)の全重量に基づいて0.5〜3重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、前記シラノール縮合触媒を含み、前記シラノール縮合触媒は、0.01〜1重量パーセントの範囲の量で存在し、前記架橋可能なポリマー組成物は、(d)硬化促進剤、スコーチ遅延剤、トリー抑制剤、熱及び光安定剤、充填剤、色素、及び酸化防止剤からなる群から選択される1つ以上の添加剤をさらに前記ポリオレフィン100重量部に対して最大5部含む、請求項6〜8のいずれか一項に記載の前記プロセス。
- 前記架橋ポリマー組成物は、140℃で10分を超えるスコーチ時間を有し、前記架橋ポリマー組成物は、182℃で0.2lb/inを超える最大トルク(MH)−最小トルク(ML)を有し、前記架橋ポリマー組成物は、40パーセントを超えるゲル含有量を有する、請求項6〜9のいずれか一項に記載のプロセス。
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