KR20150058296A

KR20150058296A - 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물들

Info

Publication number: KR20150058296A
Application number: KR1020157009230A
Authority: KR
Inventors: 션 더블유. 컬리건
Original assignee: 제너럴 케이블 테크놀로지즈 코오포레이션
Priority date: 2012-09-19
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-05-28
Also published as: MX2015003438A; WO2014046964A1; CA2884630A1; AR092625A1; EP2898515A4; CL2015000676A1; EP2898515A1; US20140079952A1

Abstract

본 발명은 베이스 폴리머계, 나노-탤크, 및 카본 블랙을 가지는 전력 케이블들을 위한 반도체 쉴드 조성물들에 관한 것이다. 또한 본 발명은 이와 같은 반도체 쉴드 조성물들 및 이들 조성물들로부터 만들어지는 전기 케이블들에 사용하기 위한 반도체 쉴드들을 제조하기 위해 이들 반도체 쉴드 조성물들의 사용, 및 이들 반도체 쉴드 조성물들로부터 전기 케이블들을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 쉴드 조성물들은 가교 폴리머 절연체를 갖는 파워 케이블들에서 스트리퍼블 "반도체(semiconducting)" 유전체 쉴드들(코어 쉴드들, 유전체 스크린 및 코어 스크린 재료들로서도 불림)로서 사용될 수 있고, 주로 약 5 kV로부터 약 100 kV까지의, 바람직하게는 약 35 kV까지의 전압을 갖는 중전압 케이블들에서 사용된다.

Description

스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물들{Strippable semiconducting shield compositions}

본 발명은 베이스 폴리머계, 나노-탤크, 및 카본 블랙을 가지는 전력 케이블들에 대한 반도체 쉴드 조성물들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이와 같은 반도체 쉴드 조성물들, 이들 조성물들로 만들어지는 전기 케이블에 사용되는 반도체 쉴드들을 제조하기 위한 이들 반도체 쉴드 조성물들의 사용 및 반도체 쉴드 조성물들로부터 전기 케이블을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 본 발명의 반도체 쉴드 조성물들은 가교(cross-linked) 폴리머 절연체를 갖는 파워 케이블들에서 스트리퍼블(strippable) "반도체(semiconducting)" 유전체 쉴드들(코어 쉴드들, 유전체 스크린 및 코어 스크린 재료들로서도 불림)로서 사용될 수 있고, 주로 약 5 kV 내지 약 100 kV, 바람직하게는 약 35 kV까지의 전압을 갖는 중전압 케이블들에서 사용된다.

전형적인 파워 케이블들은 제 1 폴리머 반도체 쉴드층, 폴리머 절연층, 제 2 폴리머 반도체 쉴드층, 금속 테이프 쉴드 및 폴리머 재킷을 포함할 수 있는 수개의 층들에 의해 둘러싸인 코어에 하나 이상의 전도체들을 가진다.

일반적으로, 반도체 유전체 쉴드들은 2개의 별개의 타입들로 분류될 수 있는데, 제 1 타입은 유전체 쉴드가 폴리머 절연체에 단단히 접합되어 유전체 쉴드를 스트리핑하는 것이 케이블 절연체의 일부와 함께 유전체 쉴드를 제거하는 절단 공구를 이용하는 것만으로 가능한 타입이다. 그러한 타입의 유전체 쉴드는 이러한 접착제가 쉴드와 절연체의 경계에서 전기 절연 파괴(electric breakdown)의 위험을 최소화한다고 믿는 회사들에게는 바람직하다. 유전체 쉴드의 제 2 타입은 유전체 쉴드가 절연체에 대해 규정, 제한된 접착제를 가져서 스트리퍼블 쉴드가 어떠한 절연체도 제거하지 않고 절연체로부터 깨끗하게 벗겨질 수 있는 "스트리퍼블(strippable)" 유전체 쉴드이다. 폴리에틸렌, 가교 폴리에틸렌들, 및 에틸렌-프로필렌 고무(ethylene-prophylene rubber: EPR) 또는 에틸렌-프로필렌 디엔 터폴리머(ethylene-propylene diene terpolymer: EPDM)와 같은 에틸렌 코폴리머 고무들 중 하나로부터 선택된 절연체에 사용하기 위한 현재의 스트리퍼블 쉴드 조성물들은 카본 블랙의 적절한 타입 및 양(amount)으로 전도성이 부여된 에틸렌-비닐 아세테이트(ethylene-vinyl acetate: EVA) 코폴리머계 수지에 기초할 수 있다.

EVA 및 니트릴 고무들의 스트리퍼블 쉴드 형성물들은 온그친(Ongchin)의 미국 특허 제 4,286,023 호 및 제 4,246,142 호, 번즈(Burns) 등의 EP 출원 제 0,420,271 B 호, 카키자키(Kakizaki) 등의 미국 특허 제 4,412,938 호 및 잔선(Janssun) 등의 미국 특허 제 4,226,823 호에 기술되어 있고, 각각의 인용 문헌은 본 출원에 참증으로 포함된다. EVA 및 니트릴 고무의 이들 스트리퍼블 쉴드 형성물들이 갖는 문제는, 형성물이 시판의 전기 케이블의 고속 압출에 요구되는 것보다 높은 탄성을 갖는 결과로 원하는 접착 레벨을 달성하기 위해 이러한 형성물에 대해 요구되는 EVA가 비교적 높은 비닐 아세테이트 함량을 가진다는 것이다.

또한, 대안의 접착-조정 첨가제들, 예를 들어 왁스형 지방족 탄화수소들(waxy aliphatic hydrocarbons)(와타나베(Watanabe) 등 미국 특허 제 4,933,107 호, 여기에 참증으로 포함됨); 저분자량 폴리에틸렌(번즈 쥬니어(Burns Jr.), 미국 특허 제 4,150,193 호, 여기에 참증으로 포함됨; 실온에서 액체인 실리콘 오일들, 고무들 및 블록 코폴리머들(block copolymers)(타니구치(Taniguchi) 등의 미국 특허 제 4,493,787 호, 여기에 참증으로 포함됨); 클로로술폰화 폴리에틸렌(chlorosulfonated polyethylene), 에틸렌-프로필렌 고무들, 폴리클로로프렌(polychloroprene), 스티렌-부타디엔 고무(styrene-butadiene rubber), 천연 고무(잔순(Janssun)에서의 모든 것)각 EVA에 사용하기 위해 제안되어 왔지만, 시판 허용된 것으로 보이는 것은 단지 파라핀 왁스들이다.

야마자키(Yamazaki) 등의 미국 특허 제 6,284,374 호는 실란 그라프팅(silane grafting)/물 가교(water crosslinking)에 의해 가교된 케이블 및 폴리올레핀-절연 와이어에 적합한 스트리퍼블 반도체 쉴드들에 사용하기 위한 다성분 폴리머 조성물을 개시한다. 조성물의 주 폴리머 성분은 300,000 이상의 중량 평균 분자량을 가지는 에틸렌/비닐 아세테이트 코폴리머로 주로 구성된다.

이스터(Easter)의 미국 특허 제 6,274,066 호는 베이스 폴리머(base polymer) 및 접착제 변성 첨가제 시스템으로 만들어진 스트리퍼블 반도체 쉴드를 개시하고, 여기서 절연체와 반도체 쉴드 간의 접착은 ½ 인치 당 3-26 파운드 사이에 있다.

이스터의 미국 특허 제 6,972,099 호는 2성분 베이스 폴리머(two component base polymer), 탄화수소 왁스 또는 에틸렌 비닐 아세테이트(ethylene vinyl acetate: EVA) 왁스로 만들어진 스트리퍼블 반도체 쉴드를 개시한다.

특히 과산화계 시스템들과 가교된 절연층들에 사용하기 위한, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물들에서 접착 레벨들을 더 개선하는 것이 바람직할 수 있다.

본 발명은 과산화계 시스템들과 가교된 절연층들과, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성의 ½ 인치 당 6 파운드 미만의 현저히 개선된 접착 레벨들을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예들에 있어서, ½ 인치 당 2 파운드 미만, 심지어 ½ 인치 당 약 1 파운드의 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물들에서의 접착 레벨들이 과산화계 시스템들과 가교된 절연층들과 접하는 본 발명에 따른 반도체 쉴드 조성물들로 인해 얻어진다. 중요하게는, 본 발명의 조성물들은 최신의 ICEA S-97-682-2001 표준들과 부합하는 스트리퍼블 반도체 쉴드들을 제공한다.

본 발명은 가교 와이어 및 케이블 절연층과 접촉하는 반도체층으로서 사용하기 위한 반도체 수지 조성물을 제공하고, 여기서 절연층은 바람직하게는 과산화 경화 시스템을 이용하여 가교된다. 수지 조성물은 베이스 폴리머, 나노-탤크, 및 카본 블랙을 포함한다. 여기에 사용되는 "나노-탤크(nano-talc)"는 500 nm 이하, 바람직하게는 250 nm 이하의 입자 크기를 가지는 탤크(talc)를 의미한다. 베이스 폴리머는 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머들(ethylene vinyl acetate copolymers), 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머들(ethylene alkyl acrylate copolymers)(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들로부터 선택됨), 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머들(ethlylene alkyl methacrylate copolymers)(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들로부터 선택됨) 및 알킬 아크릴레이트들(alkyl acrylates) 및 알킬 메타크릴레이트들(alkyl methacylates)을 갖는 에틸렌의 삼원 코폴리머들(ternary copolymers)을 포함할 수 있다. 베이스 폴리머는 바람직하게는 최종 조성물의 중량으로 약 48-60%, 더욱 바람직하게는 약 50-58%, 가장 바람직하게는 약 53-55%로 존재한다. 나노-탤크는 바람직하게는 최종 조성물의 중량으로 약 0.5-10%, 더욱 바람직하게는 약 2-8%, 가장 바람직하게는 약 3-6%로 존재한다. 카본 블랙은 바람직하게는 최종 조성물의 중량으로 약 30-44%, 바람직하게는 약 34-40%, 가장 바람직하게는 약 36-38%로 존재한다.

본 발명은 또한 가교 와이어 및 케이블 절연층과 반도체 수지 조성물을 접촉시키는 방법을 제공하고, 여기서 절연층은 바람직하게는 가교된다. 이 방법은 먼저 혼합물(mixture)을 만들기 위해 베이스 폴리머, 나노-탤크 및 카본 블랙을 혼합하는 것을 포함하고, 형성된 혼합물은 반도체 수지 조성물을 형성하기 위해 압출된다. 여기서 반도체 수지 조성물은 가교 와이어 및 케이블 절연층과 접촉하고 절연층은 과산화 경화 시스템을 이용하여 가교되거나 가교되었다. 베이스 폴리머는 이전의 단락에 개시된 것일 수 있다.

또한 본 발명은 전도성 코어, 절연층(바람직하게는 가교된), 본 발명의 반도체 수지 조성물로부터 형성되는 스트리퍼블 반도체 쉴드, 접지 금속 와이어 또는 테이프, 및 재킷을 포함하는 중전압 전력 케이블을 제공한다.

도 1은 본 발명의 전기 케이블의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 전기 케이블의 사시도이다.

이 발명은 통상의 전기 절연체들에 사용하기 적합한 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물, 이와 같은 조성물로부터 만들어진 쉴드, 이 스트리퍼블 반도체 유전체 쉴드를 사용하는 전력 케이블, 및 반도체 쉴드와 이 쉴드를 사용하는 전력 케이블을 제조하는 방법을 포함한다.

중전압 케이블들에 사용되는 통상의 전기 절연체들은 폴리에틸렌들, 가교 폴리에틸렌들(XLPE), 에틸렌-프로필렌 고무들 및 에틸렌 프로필렌 디엔 고무들(EPDM rubbers)을 포함한다. 폴리에틸렌이라는 용어는 폴리머 및 주성분이 에틸렌인 코폴리머 모두를 포함하는 것을 의미하고, 폴리에틸렌은 예를 들어 고 올레핀들과 공중합되는(copolymerized) 싱글 사이트 촉매화된(single site catalyzed) 에틸렌들 또는 메탈로센(metallocene)을 포함할 수 있다.

본 발명의 스트리퍼블 반도체 쉴드들은 베이스 폴리머, 나노-탤크, 및 카본 블랙을 포함한다. 전도성 카본 블랙들은 550 옴-미터 미만으로 전기 저항을 감소시키기에 충분한 양으로 첨가된다. 바람직하게는 반도체 쉴드의 저항율은 약 250 옴-미터 미만, 훨씬 더 바람직하게는 약 100 옴-미터 미만이다.

베이스 폴리머는 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머들, 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머들(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들로부터 선택됨), 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머들(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들로부터 선택됨), 에틸렌, 알킬 아크릴레이트들 및 알킬 메타크릴레이트의 삼원 코폴리머들(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들로부터 독립적으로 선택됨)로 구성되는 그룹의 임의의 적합한 구성물로부터 선택된다.

에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머 베이스 폴리머는 전도성 탄소 충전제의 하이 로딩들(high loadings)을 허용하는 능력, 150 내지 250 퍼센트의 연신율 및 압출 후 그것의 형상을 유지하는 충분한 용융 강도를 갖는 특성이 있는 임의의 EVA 코폴리머일 수 있다. 이들 특성들을 가지는 약 25 퍼센트 이상 약 45 퍼센트 이하의 비닐 아세테이트 레벨들을 갖는 EVA 코폴리머들이 알려져 있다. EVA 코폴리머들은 약 25 내지 45 퍼센트의 비닐 아세테이트 백분율 범위를 가질 수 있다. 바람직한 EVA 코폴리머는 약 28 내지 40 퍼센트의 비닐 아세테이트 백분율 범위를 가질 수 있고, 훨씬 더 바람직한 EVA 코폴리머는 약 28 내지 33 퍼센트의 비닐 아세테이트 백분율을 가질 수 있다. EVA 코폴리머들은 약 25-70, 바람직하게는 약 35-55, 더욱 바람직하게는 약 40-50의 용융 흐름 지수(ASTM D1238(2013) 또는 ISO 1133(2011)에 특정된)를 가질 수 있다. 적합한 EVA 코폴리머들의 예들은 델라웨어, 윌밍턴(Wilmington)의, 듀퐁사(DuPont Corp)에 의해 판매되는 Elvax® 150, Elvax® 240 및 Elvax® 350을 포함할 수 있다.

에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머들은 전도성 탄소 충전제의 하이 로딩들을 허용하는 능력, 150 내지 250 퍼센트의 연신율 및 압출 후 그것의 형상을 유지하는 충분한 용융 강도를 갖는 특성이 있는 임의의 적합한 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머들일 수 있다. 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들, 바람직하게는 C1 내지 C4 탄화수소들 및 훨씬 더 바람직한 메틸로부터 선택되는 임의의 알킬기일 수 있다. 약 25 퍼센트 이상 약 45 퍼센트 이하의 알킬 아크릴레이트 레벨을 갖는 몇몇 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머들은 이 특성들을 가진다. 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머들은 약 25 내지 45 퍼센트의 알킬 아크릴레이트 백분율 범위를 가질 수 있다. 바람직한 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머는 약 28 내지 40 퍼센트의 알킬 아크릴레이트 백분율 범위를 가질 것이고 훨씬 더 바람직한 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머는 약 28 내지 33 퍼센트의 알킬 아크릴레이트 백분율을 가질 것이다. 예는 델라웨어, 윌밍턴의, 듀퐁사에 의해 판매되는 Vamac® G 또는 Vamac® HG일 수 있다.

에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머들은 전도성 탄소 충전제의 하이 로딩들을 허용하는 능력, 150 내지 250 퍼센트의 연신율, 및 압출 후 그것의 형상을 유지하는 충분한 용융 강도를 갖는 특성이 있는 임의의 적합한 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머일 수 있다. 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들, 바람직하게는 C1 내지 C4 탄화수소들 및 훨씬 더 바람직한 메틸로부터 선택되는 임의의 알킬기일 수 있다. 약 25 퍼센트 이상 약 45 퍼센트 이하의 알킬 메타크릴레이트 레벨들을 갖는 몇몇 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머들은 이 특성들을 가진다. 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머들은 약 25 내지 45 퍼센트의 알킬 메타크릴레이트 백분율 범위를 가질 수 있다. 바람직한 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머는 약 28 내지 40 퍼센트의 알킬 메타크릴레이트 백분율 범위를 가질 것이고 훨씬 더 바람직한 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머는 약 28 내지 33 퍼센트의 알킬 메타크릴레이트 백분율을 가질 것이다. 상업적으로 이용 가능한 에틸렌 메틸 메타크릴레이트의 예는 아르케마, 인코포레이티드(아르케마, Inc)로부터의 Lotryl 35MA05이다.

알킬 아크릴레이트들 및 알킬 메타크릴레이트들을 갖는 에틸렌의 삼원 코폴리머들은 전도성 탄소 충전제의 하이 로딩들을 허용하는 능력, 150 내지 250 퍼센트의 연신율, 및 압출 후 그것의 형상을 유지하는 충분한 용융 강도를 갖는 특성이 있는 임의의 적합한 삼원 코폴리머일 수 있다. 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소들, 바람직하게는 C1 내지 C4 탄화수소들 및 훨씬 더 바람직한 메틸로부터 독립적으로 선택되는 임의의 알킬기일 수 있다. 통상적으로 삼원 코폴리머는 대부분 알킬 메타크릴레이트의 작은 부분을 갖는 알킬 아크릴레이트, 또는 알킬 아크릴레이트의 작은 부분을 갖는 알킬 메타크릴레이트일 수 있다. 에틸렌에 대한 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트의 비율들은 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머들 또는 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머들에 대해 기재된 비율들 및 에틸렌 알킬 아크릴레이트 및 에틸렌 알킬 메타크릴레이트에 대해 기재된 분자량 범위들과 대략 동일할 수 있다.

탤크는 자연적으로 발생하는 미네랄, 일반 실험식 Mg₃Si₄0₁₀(OH)₂의 레이어드 가수 마그네슘 실리케이트(layered hydrous magnesium silicate)이고, 그것은 미세 분말로 파쇄되고 통상적으로 분쇄된다. 탤크는 1-1.5의 모스 경도(Mohs hardness), 진주 광택 또는 기름기가 있는 백색, 밝은 녹황색, 회색 분말이다. 그것은 산, 알칼리 및 열에 대해 높은 저항을 가진다. 히드록시기들은 보통 마그네슘층 내부에 있고 실리케이트 시트(silicate sheet)의 에지들을 제외하고 물에 접근할 수 없다. 따라서, 통상의 탤크 분말은 폴리머들을 포함하는 유기 매질과 용이하게 혼합되고 분산되지만 수성 용매들에서는 용이하게 분산되지 않는 소수성 물질이다. 본 발명의 밀링 프로세스에서 사용되는 탤크 분말은 천연 소스들(natural sources)로부터 유도되는 임의의 상업적 탤크일 수 있다. 일반적인 탤크는 예를 들어 여기에 참증으로 포함된, 헤(He) 등의 미국 특허 제 7,249,723 호의 밀링(milling) 또는 소킹(soaking) 방법에 의해 나노-탤크로 만들어질 수 있다. 중요하게는, 본 발명에 대한 나노-탤크는 500 nm 이하, 바람직하게는 250 nm 이하의 평균 입자 크기를 가진다. 나노-탤크는 또는 실란 처리될 수 있고, 예컨대 인도, 뭄바이(Mumbai), 테크나노(Technano)로부터 이용 가능하다. 여기서, 나노-탤크는 입자 표면 상에 유기 코팅을 제공하기 위해 유기실란, 예컨대 알콕시실란으로 처리된다. 나노-탤크는 바람직하게는 최종 조성물의 중량으로 약 0.5-10%, 더욱 바람직하게는 약 2-8%, 가장 바람직하게는 약 3-6%로 존재한다.

전도성 카본 블랙은 550 옴-미터 미만까지 전기 저항을 감소시키기에 충분한 양의 임의의 전도성 카본 블랙들일 수 있다. 바람직하게는 반도체 쉴드의 저항율은 약 250 옴-미터 미만이고, 훨씬 더 바람직하게는 약 100 옴-미터 미만이다. 적합한 카본 블랙들은 보스턴 매스(Boston Mass)의 카보트 코포레이션(Cabot Corp)에 의해 판매되는 N351 카본 블랙들 및 N550 카본 블랙들을 포함한다. 바람직한 카본 블랙은 낮은 그릿(grit), 낮은 재(low ash), 및 낮은 황을 함유한다. 카본 블랙은 바람직하게는 최종 조성물의 중량으로 약 30-44%, 바람직하게는 약 34-40%, 가장 바람직하게는 약 36-38%로 존재한다.

본 발명의 스트리퍼블 반도체 쉴드 형성물들은 시판의 믹서 예컨대 밴버리 믹서(Banbury mixer), 이축 압출기(twin screw extruder) 부스 코 니더(Buss Ko Neader) 또는 다른 연속 믹서들에 의해 혼합될 수 있다. 스트리퍼블 반도체 쉴드 중의 다른 화합물들에 대한 접착력 개질 화합물(adhesion modifying compound)의 비율은 베이스 폴리머, 기본 절연물, 접착력 개질 화합물의 분자량 및 접착력 개질 화합물의 다분자성에 의존하여 변할 것이다. 스트리퍼블 쉴드 형성물은 약 30-44 퍼센트, 바람직하게는 35퍼센트(조성물의 중량으로), 약 0.5-10 퍼센트, 바람직하게는 5 퍼센트를 갖는 카본 블랙, 나노-탤크 및 베이스 폴리머의 나머지를 혼합하여 만들어질 수 있다. 선택적으로 다음의 성분들, a) 중량으로 0.05 내지 3.0 퍼센트의 가공 조제(process aid), b) 중량으로 0.05 내지 3.0 퍼센트의 항산화제; 및/또는 c) 중량으로 0.1 내지 3.0 퍼센트의 가교제 중 어느 하나가 첨가될 수 있다. 스트리퍼블 쉴드 형성물은 잘 혼합될 때까지 연속 믹서 내에서 카본 블랙, 나노-탤크, 가공 조제, 항산화제 및 베이스 폴리머를 혼합하여 혼합될 수 있다. 만약 가교제가 첨가되어야 한다면, 그것은 제 2 혼합 단계에서 첨가되거나 혼합 후 폴리머 덩어리(mass)에 흡수될 수 있다. 가교제의 첨가 후 형성물은 스트리퍼블 반도체 쉴드를 형성하기 위해 절연물 상으로 압출 및 가교될 준비가 되어 있다.

가교제는 자유 라디칼들을 형성하고 자유 라디칼 메커니즘에 의해 가교하는 과산화물들 및 수분에 의해 가교되는 실란들을 포함하는, 이 기술에서 잘 알려진 가교제들 중 어느 하나로부터 선택될 수 있다. 가교제들의 비제한적인 예들은 과산화 디큐밀(dicumyl peroxide); 비스(알파-티-부틸 퍼옥시이소프로필)벤젠(bis(alpha-t-butyl peroxyisopropyl)benzene); 이소프로필큐밀 티-부틸 퍼옥사이드(isopropylcumyl t-butyl peroxide); 티-부틸큐밀퍼옥사이드(t-butylcumylperoxide); 디-티-부틸 퍼옥사이드(di-t-butyl peroxide); 2,5-비스(티-부틸퍼옥시)2,5-디메틸헥산(2,5-bis(t-butylperoxy)2,5-dimethylhexane); 2,5-비스(티-부틸퍼옥시)2,5-디메틸헥신-3(2,5-bis(t-butylperoxy)2,5-dimethylhexyne-3); l,l-비스(티-부틸퍼옥시)3,3,5-트리메틸시클로헥산(1,1-bis(t-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexane); 이소프로필큐밀 큐밀퍼옥사이드(isopropylcumyl cumylperoxide); 디(이소프로필큐밀) 퍼옥사이드(di(isopropylcumyl) peroxide); 및 그것의 혼합물이다. 가교제는 중량으로 약 0.1 내지 5 퍼센트, 바람직하게는 약 0.1 내지 3.0%의 양으로 사용될 수 있다.

다수의 화합물들이 반도체 쉴드 조성물들에 첨가제들로서 사용될 수 있다. 전형적으로, 이들 첨가제들은 촉진제들(boosters) 및 지연제들(retardants), 스코치 지연제들(scorch retarders), 가공 조제들, 안료들, 염료들, 착색제들, 충전제들, 결합제들, 자외선 흡수제들 또는 안정화제들, 항산화제들, 대전 방지제들, 조핵제들(nucleating agents), 슬립제들(slip agents), 가소제들, 윤활제들, 점도 조절제들, 점착제들, 앤티-블록킹제들(anti-blocking agents), 계면활성제들, 익스텐더유들(extender oils), 및 산 스캐빈저들(acid scavengers)의 카테고리들로 나뉜다. 이하에 달리 표시되지 않는다면, 각각의 첨가제는 바람직하게는 약 2% 미만으로 사용된다.

항산화제는 예를 들어, 아민-항산화제들(amine-antioxidants), 예컨대 4,4'-디옥틸 디페닐아민(4,4'-dioctyl diphenylamine), N,N'-디페닐-피-페닐렌디아민(N,N'-diphenyl-p-phenylenediamine), 및 2,2,4-트리메틸-l,2-디히드로퀴놀린(2,2,4-trimethyl-1,2-dihydroquinoline)의 폴리머들; 페놀릭(phenolic) 항산화제들, 예컨대 티오디에틸렌 비스[3-(3,5-디-터티-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트](thiodiethylene bis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hyddroxyphenyl)propionate], 4,4'-티오비스(2-터티-부틸-5-메틸페놀)(4,4'-thiobis(2-tert-butyl-5-methylphenol), 2,2'-티오비스(4-메틸-6-터티-부틸-페놀)(2,2'-thiobis(4-methyl-6-tert-butyl-phenol), 벤젠프로판산(benzenepropanoic acid), 3,5 비스(l,l 디메틸에틸)4-히드록시 벤젠프로판산(3,5 bis(1,1 dimethylethyl)4-hydroxy benzenepropanoic acid), 3,5-비스(l,l-디메틸에틸)-4-히드록시-C13-15 분기(3,5-bis(1,1-dimethylethyl)-4-hydroxy-C13-15 branched) 및 선형 알킬 에스테르들, 3,5-디-터티-부틸-4히드록시히드록신남산 C7-9-분기(3,5-di-tert-butyl-4hydroxyhydrocinnamic acid C7-9-Branched) 알킬 에스테르, 2,4-디메틸-6-티-부틸페놀 테트라키스{메틸렌3-(3',5'-디터티-부틸-4'-히드록시페놀)프로피오네이트}메타- 네(ne)(2,4-dimethyl-6-t-butylphenol Tetrakis{3',5'-ditert-butyl-4'-hydroxyphenol)propionate}metha-ne) 또는 테트라키스{메틸렌3-(3',5'-디터티-부틸-4'-히드록시나메이트}메탄(Tetrakis{methylene3-(3',5'-ditert-butyl-4'-hydrocinnamate}methane), 1,1,3트리스(2-메틸-4히드록실5부틸페닐)부탄(1,1,3tris(2-methyl-4hydroxyl5butylphenyl)butane), 2,5,디 티-아밀 히드로퀴논(2,5,di t-amyl hydroqunone), 1,3,5-트리메틸2,4,6트리스(3,5디 터트 부틸4히드록시벤질)벤젠(1,3,5-tri methyl2,4,6tris(3,5di tert butyl4hydroxybenzyl), l,3,5트리스(3,5디 터트 부틸4히드록시벤질)이소시아누레이트(1,3,5tris(3,5di tert butyl4hyeroxybenzyl)isocyanurate), 2,2메틸렌-비스-(4-메틸-6-터트 부틸-페놀)(2,2methylene-bis-(4-methyl-6-tert butyl-phenol)), 6,6'-디-터티-부틸-2,2'-티오디-피-크레졸(6,6'-di-tert-butyl-2,2'-thio야p-cresol) 또는 2,2'-티오비스(4-메틸-6-터티-부틸페놀)(2,2'-thiobis(4-methyl-6-tert-butylphenol), 2,2에틸렌비스(4,6-디-티-부틸페놀)(2,2ethylenbis(4,6-di-t-butylphenol), 트리에틸렌글리콜 비스{3-(3-티-부틸-4-히드록시-5메틸페닐)프로피오네이트}(triethyleneglycol bis{3-(3-t-butyl-4-hydroxy-5methylphenyl)propionate}, l,3,5트리스(4터트 부틸3히드록시-2,6-디메틸벤질)-l,3,5-트리아진-2,4,6-(lH,3H,5H)트라이온(1,3,5tris(4tert butyl3hydroxy-2,6-dimethylbenzyl)-1,3,5-triazine-2,4,6-(1H,3H,5H)trione), 2,2메틸렌비스{6-(l-메틸시클로헥실)-피-크레졸}(2,2methylenbis{6-(1-methylcyclohexyl)-p-cresol}); 및/또는 황 항산화제들, 예컨대 비스(2-메틸-4-(3-엔-알킬티오프로피오닐옥시)-5-티-부틸페닐)황화물(bis(2-methyl-4-)3-n-alkylthiopropionyloxy)-5-t-butylphenyl)sulfide), 2-메르캡토벤조이미다졸(2-mercaptobenzimidazole) 및 그것의 아연 염들, 및 펜타에리트리놀-테트라키스(3-라우릴-티오프로피오네이트)(pentaerythritol-tetrakis(3-lauryl-thiopropionate)를 포함할 수 있다. 바람직한 항산화제는 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린이다. 바람직하게는, 항산화제는 조성물의 중량으로 약 0.05 내지 3.0%로 사용될 수 있다.

나노 탤크 및 카본 블랙 외에 충전제는 예를 들어 점토들, 산화 아연, 산화 마그네슘, 실리카, 탤크, 마이카(mica), 탄산 칼슘, 규회석, 및/또는 붕산 아연일 수 있다. 충전제는 전체 조성물의 중량으로 약 5%까지의 양으로 사용될 수 있다.

가공 조제는 선택적으로 폴리머의 가공성을 향상시키기 위해 사용된다. 가공 조제는 폴리머 담체(polymer carrier) 내에 미세한 분산상을 형성한다. 가공 중, 적용된 시어(applied shear)는 담체 폴리머상으로부터 가공 조제상을 분리한다. 가공 조제는 이후 압출기의 배압을 감소시키기 위해 연속 코팅층을 점진적으로 형성하는 다이 벽(die wall)으로 이동하고, 그것에 의해 압출 중 마찰을 감소시킨다. 가공 조제는 일반적으로 윤활제, 예컨대, 스테아르산(stearic acid), 실리콘들, 대전방지 아민들, 유기 아미티들(organic amities), 에탄올아미드들, 모노- 및 디-글리세라이드 지방 아민들, 에톡실화(ethoxylated) 지방 아민들, 지방산들, 스테아르산 아연, 스테아르산들, 팔미트산들(palmitic acids), 스테아르산 칼슘, 황산아연, 올리고머 올레핀 오일(oligomeric olefin oil), 및 그것의 조합들이지만 이에 한정되지 않는다. 바람직하게는, 가공 조제는 조성물의 중량으로 약 0.05 내지 3.0%로 존재한다.

스코치 지연제(scorch retarder)는, 만약 스코치 지연제 없이 압출되는 동일한 폴리머 조성과 비교하면, 사용되는 전형적인 압출 온도에서 조성물의 압출 중 소코치의 형성을 감소시키는 화합물이다. 스코치 방지 특성들 외에, 스코치 지연제는 촉진하는 것, 즉 가교 단계 동안 가교 성능을 향상시키는 것과 같은 추가의 효과들을 동시에 가져올 수 있다. 스코치 지연제는 2,5-비스(l,l-디메틸프로필)-l,4-벤젠디올(2,5-bis(1,1-dimethylpropyl)-1,4-benzenediol), 2,4-디페닐-4-메틸-l-펜텐(2,4-diphenyl-4-methyl-1-pentene), 치환 또는 비치환 디페닐에틸렌(diphenylethylene), 퀴논 유도체들, 히드로퀴논 유도체들, 에스테르들 및 에테르들을 함유하는 단일 작용기의 비닐, 또는 그것의 혼합물일 수 있지만 이에 한정되지 않는다. 스코치 지연제는 전체 조성물의 중량으로 약 0.25% 이하로 사용될 수 있다.

본 발명의 폴리머 조성물은 최종 폴리머 제품을 생성하기 위해 통상의 기계 및 방법들을 이용하여 제조될 수 있다. 조성물들은 배치(batch) 또는 연속 혼합 프로세스들 예컨대 이 기술에서 잘 알려진 것들에 의해 준비될 수 있다. 예를 들어, 장비 예컨대 밴버리 믹서들, 부스 코크니더들(Buss CoKneaders), 및 이축 압출기들이 형성물의 성분들을 혼합하기 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 폴리머 조성물들의 성분들은 혼합되고, 전기 케이블을 제조함에 있어 미래의 사용을 위해 펠릿(pellet)들로 형성될 수 있다.

본 발명은 전기 케이블을 만드는 방법들 뿐만 아니라, 본 발명의 스트리퍼블 반도체 쉴드를 이용하여 만들어진 전기 케이블들을 포함한다. 도 1 및 2에서 알 수 있는 것과 같이, 본 발명의 전기 케이블은 절연층(4)에 의해 둘러싸인 반도체층(3)에 의해 둘러싸인 전도성 코어(1)를 포함하고, 절연층의 절연물은 폴리에틸렌, 가교 폴리에틸렌(XLPE), 에틸렌-프로필렌 고무들 및 에틸렌 프로필렌 디엔 고무들(EPDM 고무들)로부터 선택된다. 절연층(4)은 본 발명의 반도체 유전체 쉴드(5)에 의해 덮이고 반도체 쉴드는 케이블 및 재킹(jacketing; 7)의 설치 시 접지되는 금속 와이어들 또는 스트립들(6)에 의해 덮일 수 있다.

본 발명의 전기 케이블은 당 분야에서 잘 알려진 반도체층으로 금속 전도체를 코팅하는 것, 이중 압출 크로스헤드로 절연층 및 스트리퍼블 반도체 쉴드를 동시에 함께 압출하는 것, 또는 3중 압출 크로스헤드를 이용하여 금속 전도체 주위에 반도체층을, 반도체층 주위에 절연층을, 절연층 주위에 스트리퍼블 반도체 쉴드를 동시 압출하는 것을 포함하는 방법들 중 어느 하나로 만들어질 수 있다. 이때 원한다면, 반도체 쉴드, 절연층 및 스트리퍼블 반도체 쉴드는 내부적으로 가교시키는 것이 허용될 수 있다. 금속 와이어들 또는 스트립들은 이후 케이블에 둘러싸이고 재킷은 마무리된 케이블을 형성하기 위해 금속 와이어 또는 스트립들 위에 배치(placed over)된다.

추가의 기재 없이, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 이전의 설명 및 이후의 설명예들을 이용하여 본 발명의 화합물들을 만들고 이용할 수 있고 청구된 방법들을 실시할 수 있는 것으로 믿어진다. 다음의 예는 본 발명을 설명하기 위해 주어진다. 본 발명은 이 예에 기재된 특정 조건들 또는 상세한 설명들에 한정되지 않아야 한다는 것이 이해되어야 한다.

실시예

모든 조성물은 다음의 원료들을 이용하여 제조된다:

1. EVA 수지: 듀퐁으로부터의 33% VA- Elvax 150

2. 카본 블랙: 카보트 코포레이션으로부터의 불칸(Vulcan) XC-200,

3. EVA 왁스: 하니웰(Honeywell)로부터의 AC415

4. 스코치 지연제: 켐투라(Chemtura)로부터의 2,5-비스(l,l-디메틸프로필)-l,4-벤젠디올- Lowinox AH25

5. 항산화제: Poly(l,2-di히드로-2,2,4-트리메틸quinoline): 켐투라로부터의 Naugard Super Q

6. 스테아르산 아연: 아크로켐(Akrochem)

7. 티-부틸 큐밀 퍼옥사이드: 아르케마(Arkema)로부터의 Luperox D-16

충전제들

8. 탤크: 루제나크 어메리카즈(Luzenac Americas)로부터의 Mistron* Vapor R

9. 처리된 탤크: Mistron* CB - 루제나크 어메리카즈로부터의 실란 처리된 탤크

10. 나노-탤크: 인도 테크나노(Technano)로부터의 POS 75

11. 처리된 나노-탤크-1: POS 75 나노탤크는 실란으로 처리된다. 실란은 올리고머 비닐 실란(에보닉(Evonik)에 의해 공급되는 Dynasylan* 6598)이다.

12. 처리된 나노-탤크-2: POS 75 나노탤크는 실란으로 처리된다. 실란은 모멘티브 퍼포먼스 머터리얼즈(Momentive Performance Materials)에 의해 공급되는 비닐 트리스-(2-메톡시 에톡시) 실란(Silquest* A- 172이다.

13. 처리된 나노-탤크-3: POS 75 나노탤크는 등록상표가 붙은 장쇄 아민 모디파이어로 처리된다.

14. 처리된 나노-마이카-1 : 나노-마이카는 실란으로 처리된다. 실란은 올리고머 비닐 실란(Dynasylan* 6598 supplied by Evonik)이다.

15. 처리된 나노-마이카-2: 나노-마이카는 실란으로 처리된다. 실란은 모멘티브 퍼포먼스 머터리얼즈에 의해 공급되는 비닐 트리스-(2-메톡시 에톡시) 실란(Silquest* A- 172)이다

반도체 쉴드 조성물들은 표에 나타낸 충전제들을 이용하여 만들어졌다.

1. 대조군(control)은 충전제를 가지지 않고 다음과 같은 것을 포함한다:

EVA 수지－56.8%

카본 블랙－36.9%

EVA 왁스－4.18%

스코치 지연제－0.05%

항산화제－0.30%

스테아르산 아연－0.69%

티-부틸 큐밀 퍼옥사이드－1.08%

다른 조성물들 각각은 대략 4.8%로 상이한 종류들의 충전제를 포함한다. 모든 재료들(퍼옥사이드 제외)이 밴버리형 이터널 믹서(Banbury-type internal mixer)에 첨가되었다. 로터 속도(rotor speed)는 116 RPM이었고 재료는 배치가 떨어지기 전에 270 F의 온도로 혼합되었다. 퍼옥사이드는, 제 2 패스에서, 77 RPM의 로터 속도 및 230 F의 강하 온도로 첨가되었다. 조성물들은 접착력(최신의 UL 1072, ICEA S-75-381, 및 ICEA 티-27-581에 따라), 인열 강도(최신의 ASTM D470 및 D624에 따라), 체적 저항율(VR)(최신의 ASTM D257, D991, 및 D6095에 따라), 인장 강도(T)(최신의 ASTM D638에 따라), 및 연신율%(E)(최신의 ASTM D412에 따라)에 대해 시험되었다.

결과들은 표 1에 나타냈다.

특정 실시예들이 본 발명을 설명하기 위해 선택되었지만, 이 기술분야에서 숙련된 사람은 다양한 변경들 및 변형들이 첨부된 청구항들에 규정된 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 거기에 만들어질 수 있다는 것을 이해할 것이다.

Claims

베이스 폴리머, 나노-탤크(nano-talc), 및 카본 블랙(carbon black)을 포함하는 스트리퍼블(strippable) 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스 폴리머는,
에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머, 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 선택됨), 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 선택됨), 에틸렌과 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트의 삼원 코폴리머(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 선택됨)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 카본 블랙은 약 550 옴-미터(ohm-meter) 미만의 저항을 상기 조성물에 부여하기에 충분한, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스 폴리머는 상기 조성물의 중량으로 약 48% 내지 약 60%로 존재하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 나노-탤크는 상기 조성물의 중량으로 약 0.5% 내지 약 10%로 존재하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 카본 블랙은 상기 조성물의 중량으로 약 30% 내지 약 44%로 존재하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
가공 조제(process aid), 항산화제, 충전제(filler), 및/또는 가교제를 더 포함하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 7 항에 있어서,
상기 가공 조제는 상기 조성물의 중량으로 약 0.05 내지 3.0%로 존재하거나, 상기 항산화제는 상기 조성물의 중량으로 약 0.05 내지 3.0%로 존재하거나, 또는 상기 가교제는 상기 조성물의 중량으로 약 0.1 내지 3.0%로 존재하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 나노-탤크는 실란 처리된 것인, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
제 1 항에 있어서,
상기 나노-탤크는 약 500 nm 이하의 평균 입자 크기를 가지는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물.
나노-탤크 및 전도성 블랙(conductive black)과 베이스 폴리머를 혼합하는 단계를 포함하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물을 제조하기 위한 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 베이스 폴리머는,
에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머, 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 선택됨), 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머(여기서 상기 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 선택됨), 에틸렌과 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트의 삼원 코폴리머(여기서 상기 알킬기 C1 내지 C6은 탄화수소로부터 독립적으로 선택됨)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물을 제조하기 위한 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 카본 블랙은 약 550 옴-미터 미만의 저항을 상기 조성물에 부여하기에 충분한, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물을 제조하기 위한 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 베이스 폴리머는 상기 조성물의 중량으로 약 48% 내지 약 60%로 존재하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물을 제조하기 위한 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 나노-탤크는 상기 조성물의 중량으로 약 0.5% 내지 약 10%로 존재하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물을 제조하기 위한 방법.
제 11 항에 있어서,
상기 카본 블랙은 상기 조성물의 중량으로 약 30% 내지 약 44%로 존재하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물을 제조하기 위한 방법.
제 11 항에 있어서,
가공 조제, 항산화제, 충전제, 및/또는 가교제를 더 포함하는, 스트리퍼블 반도체 쉴드 조성물을 제조하기 위한 방법.
케이블에 있어서,
전도성 코어;
절연층;
베이스 폴리머, 나노-탤크, 및 카본 블랙을 포함하는 스트리퍼블 반도체 쉴드;
접지 금속 와이어 또는 테이프; 및
재킷(jacket)을 포함하는, 케이블.
제 18 항에 있어서,
상기 베이스 폴리머는,
에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머, 에틸렌 알킬 아크릴레이트 코폴리머(여기서 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 선택됨), 에틸렌 알킬 메타크릴레이트 코폴리머(여기서 상기 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 선택됨), 에틸렌과 알킬 아크릴레이트 및 알킬 메타크릴레이트의 삼원 코폴리머(여기서 상기 알킬기는 C1 내지 C6 탄화수소로부터 독립적으로 선택됨)로 구성되는 그룹으로부터 선택되는, 케이블.
제 18 항에 있어서,
상기 스트리퍼블 반도체 쉴드는 가공 조제, 항산화제, 충전제, 및/또는 가교제를 더 포함하는, 케이블.