JP6945543B2 - メチルラジカル捕捉剤を含む架橋性ポリマー組成物及びそれらから作製された物品 - Google Patents
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Description
本明細書に説明される架橋性ポリマー組成物の1つの成分は、エチレン系ポリマーである。本明細書で使用されるとき、「エチレン系」ポリマーは、一次(すなわち、50重量パーセント(「重量%」)を超える)モノマー成分としてエチレンモノマーから調製されるポリマーであるが、他のコモノマーも用いられ得る。「ポリマー」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(すなわち、重合すること)によって調製される高分子化合物を意味し、ホモポリマー及びインターポリマーを含む。「ホモポリマー」は、単一の種類のモノマー由来の繰り返し単位から成るポリマーを意味するが、連鎖移動剤等のホモポリマーを調製する際に使用される他の成分の残存量を除外しない。「インターポリマー」は、少なくとも2つの異なる種類の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。一般名称「インターポリマー」は、2つの異なる種類のモノマー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、及び2つを超える異なる種類のモノマーから調製されるポリマー(例えば、ターポリマー、クオーターポリマー等)を含む。
架橋性ポリマー組成物の調製は、上記の成分を配合することを含み得る。例えば、配合は、(1)全ての成分をエチレン系ポリマー中に配合することか、または(2)後述するように浸漬され得る、1つ以上の有機過酸化物、1つ以上の架橋助剤、及び1つ以上のメチルラジカル捕捉剤を除く全ての成分を配合することのいずれかによって行われ得る。架橋性ポリマー組成物の配合は、当業者には既知の標準的な機器によって達成され得る。配合機器の例は、Brabender(商標)、Banbury(商標)、またはBolling(商標)ミキサー等の内部バッチミキサーである。あるいは、Farrel(商標)連続ミキサー及びPfleiderer(商標)二軸スクリューミキサー、またはBuss(商標)混練連続押出機等の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。配合は、エチレン系ポリマーの融解温度を超える温度から、最大エチレン系ポリマーが分解し始める温度を超える温度で行われ得る。いくつかの実施形態において、配合は、100〜200℃または110〜150℃の範囲の温度で行われ得る。
上記の架橋性ポリマー組成物は、架橋性ポリマー組成物を形成するために、硬化され得るか、または硬化することを可能にされ得る。そのような硬化は、架橋性ポリマー組成物を、175〜260℃の範囲の温度で維持され得る加熱された硬化ゾーン中で高温に供することによって行われ得る。加熱された硬化ゾーンは、加圧蒸気によって加熱され得るか、または加圧窒素ガスによって誘導加熱され得る。その後、架橋ポリマー組成物は、(例えば、周囲温度まで)冷却され得る。
内側及び外側半導体、ならびに絶縁層を含む初期ケーブルコアは、様々なタイプの押出機、例えば、単一または二軸タイプ、により調製され得る。従来の押出機の説明は、US4,857,600で見つけることができる。したがって、共押出及び押出機の一例は、US5,575,965で見つけることができる。典型的な押出機は、その上流端部でホッパー及びその下流端部でダイを有する。ホッパーは、軸を含むバレルに入る。下流端部では、軸の端部及びダイの間に、スクリーンパック及びブレーカープレートがある。押出機の軸部分は、供給部、圧縮部、及び計測部の、3つの部と、後ろ熱ゾーン及び前熱ゾーンの2ゾーンとに分割されるように考慮されており、部及びゾーンは、上流から下流へ流れている。代替案としては、上流から下流へ流れる軸に沿って複数の加熱ゾーン(3つ以上)があり得る。2つ以上のバレルを有する場合、バレルは直列に接続される。各バレルの長さと直径の比は、約15:1〜約30:1の範囲である。
架橋プロセスは、架橋絶縁層中に揮発性分解副産物を生成し得る。用語「揮発性分解生成物」は、フリーラジカル発生剤(例えば、ジクミル過酸化物)の分解及び反応によって、硬化ステップ中、及びあるいは冷却ステップ中、に形成される分解生成物を指す。そのような副産物は、メタン等の、アルカンを含むことができる。追加の副産物としては、アルコールが挙げられる。そのようなアルコールは、アルキル、アリール、アルカリール、または上記開示された有機過酸化物のアラルキル部分を含むことができる。例えば、ジクミル過酸化物が架橋剤として用いられる場合、副産物アルコールは、クミルアルコールである。他の分解生成物としては、上記開示された有機過酸化物からのケトン副産物を挙げることができる。例えば、アセトフェノンは、ジクミル過酸化物の分解副産物である。
原材料
およそ2g/10分のメルトインデックス(I2)及び0.92g/cm3の密度を有する低密度ポリエチレン(「LDPE」)が用いられる。LDPE1は、The Dow Chemical Companyによって生産され、0.13%のジステアリルチオジプロピオネート(「DSTDP」)、0.09%のCYANOX(商標)1790、及び約20ppmのUVINUL4050を含有する。LDPE2は、The Dow Chemical Companyによって生産され、0.09%のDSTDP、0.06%のCYANOX(商標)1790、及び約14ppmのUVINUL4050を含有する。
ムービングダイレオメータ(「MDR」)試験を、2ロールミルによって調製されたシートを切った試料または浸漬されたペレットを使用して、Alpha TechnologiesのMDR2000上でATSM D5289に記載される方法に従って、180℃及び140℃で行う。
架橋助剤及びメチルラジカル捕捉剤の両方を使用して調製される試料Xのスコーチ改善は、以下の方程式(I)を使用して計算する。
SI=ts1@140℃−ts1’@140℃(I)
ts1’@140℃=−4.10+142.84/(MH−ML)@180℃(II)
(MH−ML)@180℃は、180℃でMDRによって測定された試料Xの架橋密度である。方程式(I)は、メチルラジカル捕捉剤及び架橋助剤なしで調製される5つの試料の比較に基づいて決定し、メチルラジカル捕捉剤及び架橋助剤を有さない試料のスコーチ時間と架橋密度との間の関係を決定した。
メタン含有量は、プラーク試料上で測定する。
1.約30gの試料を2つのPET膜の間の1mmの厚さの型へ入れる。次いで、この充填された型を熱プレス装置(Lab Tech)へ入れる。
2.10分間120℃で予熱する。
3.0.2秒ずつ8回ガス抜きする。
4.圧盤を閉じて15MPaの圧力をかけ、20分間成形する。その間に6.5分間以内で182℃まで温度を上昇させる。
5.維持した15MPaを型上で保持し、24℃まで冷却する。
6.装置から型を取り出す。
1.型から2つのPET膜が両端に付着した、硬化したプラークを取り出す。
2.PET膜を迅速に剥がす。
3.プラークの中心域(0.3g)の2つのシートを切り出し、それらを2つのヘッドスペースGCバイアルに入れ、次いで、バイアルを直ちに密封する。ステップ2〜3は〜30秒
4.密封されたGCヘッドスペースバイアルを計量し、試料重量は空のバイアルと試料が入ったバイアルとの間の差異によって計算できるだろう。
MHEは、全ての分析物は、無制限のヘッドスペース抽出ステップの後に、試料から完全に抽出されるであろうと仮定する。全ての量の理論値は、以下の式によって計算される。
50、100、200、300及び500uLの純メタンガスを20mLのヘッドスペースバイアルに分けて注入し、次いで、これらの試料を同じGC条件を有するGCによって分析する。較正曲線は図1に提供する。
架橋性組成物上の助剤対過酸化物比の影響は、以下の、表2に提供される式に従ってCE及びIEを調製し、上記に記載された材料及び以下の試料調製方法を使用することによって決定される。3つの例示試料(IE1〜IE3)及び3つの比較試料(CE1〜CE3)を、DCP及びTAICを、アクリレートTEMPOありまたはなしで、8時間80℃でLDPE1ペレットに浸漬することによって、以下の表2に提供される式に従って調製する。
架橋性組成物上の様々な助剤の影響は、以下の、表4に提供される式に従ってCE及びIEを調製し、上記に記載された材料及び以下の試料調製方法を使用することによって決定される。6つの例示試料(IE2−2、IE4〜IE8)及び6つの比較試料(CE2、CE4〜CE8)を、DCP及び助剤を、アクリレートTEMPOありまたはなしで、8時間80℃でLDPE1ペレットに浸漬することによって、以下の表2に提供される式に従って調製する。
架橋性組成物上の様々なTEMPO誘導体の影響は、以下の、表6に提供される式に従ってCE及びIEを調製し、上記に記載された材料及び以下の試料調製方法を使用することによって決定される。2つの例示試料(IE2−2及びIE9)及び2つの比較試料(CE2及びCE9)を、DCP及びTAICを、TEMPO誘導体ありまたはなしで、8時間80℃でLDPE1ペレットに浸漬することによって、以下の表6に提供される式に従って調製する。IE10を、Brabenderミキサーで、125℃及び30rpmのロータ速度で、LDPE1及びビスTEMPOをまずブレンドすることによって調製する。結果として生じる化合物を、125℃で単一軸押出機を通して抽出し、ペレット化する。DCP及びTAICを、80℃で8時間ペレットに浸漬する。
追加の実施例を、以下の表8に提供された式に従い、上記に記載された材料及び以下の試料調製方法を使用して調製する。4つの例示試料(IE2−2、2−3、2−4及びIE11)及び2つの比較試料(CE2及びCE10)を、DCP及び助剤を、TEMPO誘導体ありまたはなしで、8時間80℃でLDPE1またはLDPE2ペレットに浸漬することによって、以下の表8に提供される式に従って調製する。
なお、本発明には、以下の実施形態が包含される。
[1]架橋性ポリマー組成物であって、
エチレン系ポリマーと、
有機過酸化物と、
架橋助剤と、
2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシの少なくとも1つの誘導体を含むメチルラジカル捕捉剤と、を含み、
架橋助剤の有機過酸化物に対する比率は、モル基準で1.72:1未満である、架橋性ポリマー組成物。
[2]前記エチレン系ポリマーは、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、及びそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択される、前記[1]に記載の架橋性ポリマー組成物。
[3]前記有機過酸化物は、ジクミル過酸化物、tert−ブチルパーオキシベンゾエート、ジ−tert−アミル過酸化物、ビス(アルファ−t−ブチル−パーオキシイソプロピル)ベンゼン、イソプロピルクミルt−ブチル過酸化物、t−ブチルクミル過酸化物、ジ−t−ブチル過酸化物、2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン、2,5−ビス(t−ブチルパーオキシ)−2,5−ジメチルヘキシン−3、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−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過酸化物、ブチル4,4−ジ(tert−ブチルパーオキシ)吉草酸、ジ(イソプロピルクミル)過酸化物、及びそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択される、前記[1]または[2]のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
[4]前記架橋助剤は、トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート、トリメチロールプロパントリアクリレート、N2,N2,N4,N4,N6,N6−ヘキサアリル−1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリアミン、及びそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択される、前記[1]〜[3]のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
[5]前記架橋助剤は、架橋助剤のブレンドを含む、前記[1]〜[4]のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
[6]前記2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシの少なくとも1つの誘導体は、4−アクリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、4−アリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、及びビス(2,2,6,6−テトラメチル−1−ピペリジニルオキシ−4−イル)セバケート、及びそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択される、前記[1]〜[5]のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
[7]スコーチ遅延剤、抗酸化剤、加工助剤、賦形剤、カップリング剤、紫外線吸収剤または安定剤、帯電防止剤、核剤、スリップ剤、可塑剤、潤滑剤、粘度調節剤、粘着付与剤、アンチブロッキング剤、界面活性剤、エクステンダー油、酸捕捉剤、難燃剤、及び金属不活性化剤を含むが、これらに限定されない1つ以上の添加剤をさらに含む、前記[1]〜[6]のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
[8]前記エチレン系ポリマーが、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、90〜99.9重量パーセントの範囲の量で存在し、前記有機過酸化物が、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、3重量パーセント未満の量で存在し、前記架橋助剤が、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、0.2〜1重量パーセントの範囲の量で存在し、前記メチルラジカル捕捉剤が、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、0.05〜1重量パーセントの範囲の量で存在する、前記[1]〜[7]のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
[9]前記[1]〜[8]のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物から調製される、架橋ポリマー物品。
[10]ケーブルコアであって、
導体と、
前記導体を少なくとも部分的に囲む第1のポリマー半導電層と、
前記第1のポリマー半導電層を少なくとも部分的に囲み、前記[9]の架橋ポリマー物品を含む絶縁層と、
前記絶縁層を少なくとも部分的に囲む第2の半導電層と、を含む、ケーブルコア。
Claims (7)
- 架橋性ポリマー組成物であって、
低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、及びそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択されるエチレン系ポリマーと、
ジクミル過酸化物から選択される有機過酸化物と、
トリアリルイソシアヌレート、トリアリルシアヌレート、トリアリルトリメリテート、トリメチロールプロパントリアクリレート、N2,N2,N4,N4,N6,N6−ヘキサアリル−1,3,5−トリアジン−2,4,6−トリアミン、及びそれらの2つ以上の組み合わせから成る群から選択される架橋助剤と、
4−アリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシル、及び4−アクリルオキシ−2,2,6,6−テトラメチルピペリジン−N−オキシルから成る群から選択されるメチルラジカル捕捉剤と、を含み、
架橋助剤の有機過酸化物に対する比率は、モル基準で1.72:1未満であり、
前記有機過酸化物が、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、0.1〜2重量パーセントの範囲の量で存在し、
前記架橋助剤が、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、0.2〜1重量パーセントの範囲の量で存在し、かつ
前記メチルラジカル捕捉剤が、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、0.5〜1重量パーセントの範囲の量で存在する、
架橋性ポリマー組成物。 - 前記架橋助剤は、トリアリルイソシアヌレートである、請求項1に記載の架橋性ポリマー組成物。
- スコーチ遅延剤、抗酸化剤、加工助剤、賦形剤、カップリング剤、紫外線吸収剤または安定剤、帯電防止剤、核剤、スリップ剤、可塑剤、潤滑剤、粘度調節剤、粘着付与剤、アンチブロッキング剤、界面活性剤、エクステンダー油、酸捕捉剤、難燃剤、及び金属不活性化剤から成る群から選択される1つ以上の添加剤をさらに含む、請求項1または2に記載の架橋性ポリマー組成物。
- 前記エチレン系ポリマーが、前記架橋性ポリマー組成物の全重量に基づいて、90〜99.9重量パーセントの範囲の量で存在する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
- 前記エチレン系ポリマーは低密度ポリエチレンであり、前記架橋助剤はトリアリルイソシアヌレートである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の架橋性ポリマー組成物から調製される、架橋ポリマー物品。
- ケーブルコアであって、
導体と、
前記導体を少なくとも部分的に囲む第1のポリマー半導電層と、
前記第1のポリマー半導電層を少なくとも部分的に囲み、請求項6の架橋ポリマー物品を含む絶縁層と、
前記絶縁層を少なくとも部分的に囲む第2の半導電層と、を含む、ケーブルコア。
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