KR20150123777A

KR20150123777A - 비-이동 대전 방지제를 포함하는 절연체

Info

Publication number: KR20150123777A
Application number: KR1020157003006A
Authority: KR
Inventors: 지안민 리우; 비자이 메타르; 씬 더블유. 쿨리건
Original assignee: 제너럴 케이블 테크놀로지즈 코오포레이션
Priority date: 2012-07-12
Filing date: 2013-07-11
Publication date: 2015-11-04
Also published as: BR112014032933A2; EP2872562A4; EP2872562A1; US20140017494A1; HK1211611A1; IN2014KN02950A; AR092029A1; WO2014011854A9; WO2014011854A1; MX2014015616A; CL2014003579A1; CA2877777A1

Abstract

본 발명은 폴리올레핀, 영구적 (비-이동) 대전 방지제, 페놀계 항산화제, 및 과산화물을 포함하는 절연 조성물을 제공한다. 바람직하게, 영구적 대전 방지제는 전체 조성물의 중량에 대하여 약 0.5-5%로 존재하고, 바람직하게 약 0.8-3%, 더욱 바람직하게 약 0.9-2.5%로 존재한다.

Description

비-이동 대전 방지제를 포함하는 절연체{INSULATIONS CONTAINING NON-MIGRATING ANTISTATIC AGENT}

본 발명은 폴리올레핀(polyolefin)과 영구적 대전 방지제(permanent antistatic agent)를 포함하는 전기 케이블용 커버 (절연체 또는 재킷(jacket)) 조성물에 대한 것이다.

통상적인 전력 케이블은 하기를 포함할 수 있는 수 개의 층으로 둘러싸인 코어 중 하나 이상의 전도체를 갖는 것이 일반적이다: 제1 폴리머 반도체 차폐층(first polymeric semiconducting shield layer), 폴리머 절연 층(polymeric insulating layer), 제2 폴리머 반도체 차폐층(second polymeric semiconducting shield layer), 금속성 테이프 차폐(metallic tape shield) 및 폴리머 재킷(polymeric jacket).

폴리머 재료는 전력 케이블용 전기 절연 및 반도체 차폐 재료로서 과거에 사용하였다. 전기 케이블의 장기적 성능을 필요로 하는 제품 또는 서비스에서 적당한 유전체 특성을 갖는 것 이외에도 이러한 폴리머 재료는 내구성이 있어야 한다. 예를 들면 건축 전선, 전기 모터 또는 기관 전선 또는 지하 전력 송신 케이블에 이용되는 폴리머 절연체는 안전 및 경제적 필요 및 실용성에 있어서 내구성이 있어야 한다.

폴리머 전력 케이블 절연체가 경험할 수 있는 실패 중 하나의 주요한 형태는 트리(treeing)로 알려져 있는 현상이다. 트리는 전계 응력하에 유전체 섹션을 통과하여 눈에 보인다면 이의 경로가 트리와 같은 것처럼 보이는 것이 일반적이다. 트리는 주기적인 부분 방전에 의해 서서히 발생 및 진행할 수 있다. 또한 임의의 부분 방전 없이 수분의 존재하에 서서히 발생하거나 또는 충격 전압의 결과로서 신속하게 발생할 수도 있다. 트리는 절연-반도체 스크린 인터페이스의 몸체에서 오염물 또는 보이드와 같은 높은 전계 응력 위치에 형성될 수 있다. 고체 유기 유전체에서 트리는 비극적으로 발생하지는 않지만 가장 긴 공정의 결과로서 나타나는 전기적 실패의 가장 있을 법한 기작이다. 과거에는 트리가 일반적인 것보다 고전압에서만 시작되거나 또는 일단 시작되면 매우 서서히 성장하도록 실란계 분자 또는 다른 첨가제의 혼련, 그래프팅 또는 공중합 반응에 의해서 폴리머 재료를 변형시켜 폴리머 절연체의 사용 기간을 연장시켰다.

전기 트리(electrical treeing) 및 수 트리(water treeing)와 같은 공지되어 있는 두 종류의 트리가 있다. 전기 트리는 유전체를 분해하는 내부 전기 방전에 의해 수득된다. 고전압 충격은 전기 트리를 생성할 수 있다. 높은 교류 전압을 결점이 있을 수 있는 전극/절연 인터페이스에 적용함으로써 발생하는 손상이 상업적으로 중요하다. 이러한 경우에 매우 높은 국지적 응력 그래디언트(stress gradients)가 존재할 수 있으며, 충분한 시간으로 트리의 개시 및 성장을 이끌 수 있다. 이러한 것의 예로는 고전압 전력 케이블 또는 전도체 또는 전도체 차폐 및 주요 절연체 사이의 거친 인터페이스를 갖는 연결기이다. 실패 기작은 아마도 전자 충격에 의한 유전체 재료의 모듈 구조의 사실상의 파손과 관련이 있다. 종래의 대부분의 문헌은 전기 트리의 억제와 관련이 있었다.

유전체를 분해하는 내부 전기 방전으로 야기되는 전기 트리와 대조적으로 수 트리는 액체 또는 증기 및 전계로 동시에 노출되는 고체 유전체 재료의 열화이다. 매설 전력 케이블은 특히 수 트리에 공격을 받기 쉽다. 수 트리는 고 전기 응력, 예컨대 거친 인터페이스의 위치에서 시작되어 전도성 지점, 보이드 또는 묻힌 오염물질을 돌출시키지만 전기 트리에 요구되는 것 보다 낮은 전압에서 이루어진다. 전기 트리와는 대조적으로 수 트리는 하기의 구별되는 특징을 갖는다: (a) 물의 존재가 이들의 성장에 필수적이며; (b) 이들 성장 중에 부분 방전이 정상적으로 검출되지 않고; (c) 이들은 파손에 기여할 수 있는 크기에 도달하기 전까지 수년 동안 성장할 수 있으며; 및 (d) 서서히 성장하는데도 불구하고 이들은 전기 트리가 발생하는데 요구되는 것 보다 더 낮은 전계에서 개시 및 성장한다.

전기 절연 적용은 저 전압 절연(1 K 볼트 미만), 중간 전압 절연(1 K 볼트 내지 69 K 볼트의 범위) 및 고 전압 절연(69 K 볼트 이상)으로 나뉘는 것이 일반적이다. 저 전압 응용에서 예를 들면 자동차 산업 트리에서의 전기 케이블 및 응용은 일반적으로 만연하는 문제가 아니다. 중간-전압 응용에 있어서 전기 트리는 일반적으로 만연하는 문제가 아니며, 흔한 문제인 수 트리보다 덜 흔한 것이다. 가장 일반적인 폴리머 절연체는 폴리에틸렌 호모폴리머 또는 에틸렌-프로필렌 엘라스토머로 제조되며, 그렇지 않으면 에틸렌-프로필렌-고무(EPR) 또는 에틸렌-프로필렌-디엔 터-폴리머(EPDM)로서 공지되어 있는 것으로 제조된다.

폴리에틸렌은 일반적으로 전기적 절연 물질로서 순수하게(필러 없이) 사용된다. 폴리에틸렌은 매우 좋은 유전체 성질, 특히 좋은 유전율(dielectric constants) 및 역률(power factors)을 갖는다. 폴리에틸렌의 유전율은 약 2.2 내지 2.3의 범위를 갖는다. 낭비 및 손실된 전기 에너지의 함수이며, 최대한 낮아야 하는 역률은, 실온에서 약 0.0002으로 매우 바람직한 수치이다. 폴리에틸렌 폴리머의 기계적 특성은 또한 비록 고온에서 변형되기 쉬우나, 중간-전압 절연으로서 여러 용도에 이용하기에 적당하다. 그러나, 폴리에틸렌 호모폴리머는 특히 중간-전압 범위의 상한값 쪽으로 수 트리의 경향을 자주 보인다.

장기간 전기적 안정성을 가지는 폴리에틸렌-기반 폴리머를 제조하기 위한 시도들이 있어왔다. 예를 들어, 다이큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide)는 폴리에틸렌을 위한 가교제로서 사용되고, 상기 퍼옥사이드 잔기는 경화(curing) 이후 소정 시간 동안 트리 억제제로서 기능한다. 그러나, 이 잔기는 궁극적으로 전기 전원 케이블이 사용되는 대부분의 온도에서 유실된다. 1979년 3월 13일에 등록된 아쉬크래프트 등(Ashcraft, et al)의 미국특허번호 제4,144,202호는 트리 억제제로서 올가노-실란(organo-silane)을 함유하는 적어도 하나의 에폭시(epoxy)가 폴리에틸렌에 투입된 것을 개시한다. 그러나, 폴리에틸렌을 함유하는 이러한 실란보다 개선된 트리 저항성을 갖는 폴리머 절연체에 대한 필요성은 여전히 남아있다.

순수하게 이용될 수 있는 폴리에틸렌과 달리, 다른 보통 중간-전압 절연체인 EPR은 통상적으로 트리에 저항하기 위해 많은 양의 필러를 함유한다. 중간-전압 절연체로서 사용될 때, EPR은 일반적으로 약 20 내지 약 50 중량% 필러, 아마도 하소 점토(calcined clay)를 함유하고, 과산화물(peroxide)로 가교되는 것이 바람직하다. 상기 필러의 존재는 EPR이 트리의 증식에 대한 높은 저항성을 부여한다. EPR은 또한 증가된 온도에서 폴리에틸렌보다 더 좋은 기계적 특성을 가진다. EPR은 또한 폴리에틸렌보다 더 유연하여 좁은 공간 또는 어려운 설치에 효과를 가질 수 있다.

불행히도, 상기 EPR에서 사용되는 필러들이 트리를 예방하는데 도움을 주는 반면, 충진된 EPR은 일반적으로 불량한 유전체 특성, 즉, 불량한 유전율 및 불량한 역률을 가진다. 충진된 EPR의 유전율은 약 2.3 내지 약 2.8 사이의 범위에 속한다. 그 역률은 상온에서 거의 약 0.002 내지 약 0.005이며, 이는 폴리에틸렌보다 대략 10배나 나쁜 것이다.

그러므로, 폴리에틸렌 및 EPR 모두는 케이블에의 적용에서 전기적 절연체로서 심각한 제약사항을 가진다. 비록 폴리에틸렌 폴리머가 좋은 전기적 특성을 가지나, 이는 수 트리 저항성이 낮다. 비록 충진된 EPR이 좋은 트리 저항성을 가지고 좋은 기계적 특성을 가지더라도, 폴리에틸렌 폴리머에 비하여 안 좋은 유전체 특성을 갖는다.

폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol, PEG)은 절연체에서 트리를 예방하는데 사용되어 오고 있다. 예를 들어, 미국 특허번호 제4,612,139호는 전기적 케이블의 절연층에 결합되어 수 트리로부터 상기 절연체를 보호하는, 반도체층에서 PEG를 사용하였다. 그런, PEG는 표면으로의 이동으로 인하여 시간이 지남에 따라 품질이 저하되는 경향을 가진다.

그러므로, 감소된 트리뿐만 아니라 개선된 유전체 특성을 제공하는 폴리올레핀 절연 시스템에 대하여 전기적 케이블 산업에서의 요구가 존재하였다.

본 발명은 여기에 참조로 통합되고, 2012년 7월 12일자로 출원된 미국가출원번호 제61/670,844호의 우선권을 주장한다.

본 발명은 폴리올레핀(polyolefin), 영구(비-이동) 대전 방지제(permanent (non-migrating) antistatic agent), 페놀계 항산화제(phenolic antioxidant) 및 과산화물(peroxide)을 포함하는 전기 케이블용 절연 조성물을 제공한다. 바람직하게, 상기 영구적 대전 방지제는 전체 조성물의 중량에 대하여 약 0.5-5%로 존재하고, 바람직하게 약 0.8-3%, 더욱 바람직하게 약 0.9-2.5%로 존재한다. 상기 바람직한 대전 방지제는 폴리에틸렌-폴리에테르 코폴리머(polyethylene-polyether copolymer), 포타슘 이오노머(potassium ionomer), 에톡실레이티드 아민(ethoxylated amine), 또는 폴리에테르 블럭 이미드(polyether block imides)이다. 상기 바람직한 페놀계 항산화제는 티오디에틸렌 비스(3-(3,5-디-터트-4-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(thiodiethylene bis(3-(3,5-di-tert-4-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 (pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-터트-부틸-4-하이드록시-m-톨릴)-프로피오네이트 (ethylenebis(oxyethylene)bis-(3-(5-tert-butyl-4-hydroxy-m-tolyl)-propionate), 또는 4,6-비스(옥틸티오메틸)o-크레졸(4,6-bis(octylthiomethyl)o-cresol)이다. 상기 바람직한 과산화물(peroxide)은 다이큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 또는 터트-부틸 큐밀 퍼옥사이드(tert-butyl cumyl peroxide)이다. 상기 조성물은 또한 항산화제, 안정화제, 필러, 과산화물, 등을 포함할 수 있다. 상기 바람직한 폴리올레핀은 LDPE이다.

본 발명은 또한 절연체에 의하여 둘러싸여진 전기적 전도체를 함유하는 전기 케이블을 제공한다. 상기 절연체는 폴리올레핀, 영구적 대전 방지제, 페놀계 항산화제 및 과산화물을 함유한다. 상기 케이블은 또한 당업계에서 알려진 적어도 하나의 차폐층(shield layer)과 재킷(jacket)을 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 폴리올레핀과 나노 필러를 함유하는 트리 저항성 케이블 커버(절연체 또는 재킷)의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 폴리올레핀, 영구적 대전 방지제(또는 영구적 정전기 방지제), 페놀계 항산화제, 및 과산화물을 포함하는 전기 케이블용 커버 (절연체 또는 재킷) 조성물을 제공한다. 상기 영구적 대전 방지제는 전체 조성물의 중량에 대하여 약 0.5-5%로, 바람직하게 약 0.8-3%, 및 더욱 바람직하게 약 0.9-2.5%로 존재한다. 상기 바람직한 조성물은 약 90-99% 폴리올레핀, 약 0.5-5% 영구적 대전 방지제, 약 0.2-1.5% 페놀계 항산화제, 및 약 1.5-2.5% 과산화물을 포함한다.

여기 사용된 폴리올레핀은 일반 화학식 C_nH_2n를 갖는 알켄(alkenes)으로부터 제조된 폴리머이다. 본 발명의 실시예에서, 상기 올레핀은 통상적인 지글러-나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst)를 사용하여 제조된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 폴리올레핀은 지글러-나타 폴리에틸렌(Ziegler-Natta polyethylene), 지글러-나타 폴리프로필렌(Ziegler-Natta polypropylene), 지글러-나타폴리에틸렌 및 지글러-나타 폴리프로필렌의 코폴리머, 및 지글러-나타 폴리에틸렌과 지글러-나타 폴리프로필렌의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된다. 본 발명의 더 바람직한 실시예에서, 상기 폴리올레핀은 지글러-나타 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene, LDPE) 또는 지글러-나타 선형 저밀도 폴리에틸렌 (linear low density polyethylene, LLDPE) 또는 지글러-나타 LDPE와 지글러-나타 LLDPE의 조합이다.

본 발명의 다른 실시예에서, 상기 폴리올레핀은 메탈로센 촉매(metallocene catalyst)를 이용하여 제조된다. 대안으로, 상기 폴리올레핀은 지글러-나타 및 메탈로센 폴리머의 혼합물 또는 블랜드이다.

본 발명에 따른 전기 케이블용 절연 조성물에서 사용된 폴리올레핀은 또한 C₃ 내지 C₂₀ 알파-올레핀 및 C₃ 내지 C₂₀ 폴리엔으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 코-모노머와 중합된 에틸렌으로 구성된 폴리머의 군으로부터 선택될 수 있다. 일반적으로, 본 발명에서 사용하기에 적절한 상기 알파-올레핀은 약 3 내지 약 20 탄소 원자를 포함한다. 바람직하게, 상기 알파-올레핀은 약 3 내지 약 16 탄소원자를 포함하고, 가장 바람직하게 약 3 내지 약 8 탄소원자를 포함한다. 그러한 알파-올레핀의 비-제한적 예시는, 프로필렌(propylene), 1-부텐(1-butene), 1-펜텐(1-pentene), 1-헥센(1-hexene), 1-옥텐(1-octene) 및 1-도데센(1-dodecene)이다.

또한, 본 발명에 따라 전기 케이블용 절연 조성물에 사용된 폴리올레핀은 에틸렌/알파-올레핀 코폴리머(ethylene/alpha- olefin copolymer) 또는 에틸렌/알파-올레핀/다이엔 터폴리머(ethylene/alpha-olefin/diene terpolymer)로 구성된 폴리머 군으로부터 선택될 수 있다. 본 발명에서 사용된 폴리엔(polyene)은 일반적으로 약 3 내지 약 20 탄소 원자를 가진다. 바람직하게, 상기 폴리엔은 약 4 내지 약 20 탄소 원자를 가지고, 가장 바람직하게 약 4 내지 약 15 탄소를 가진다. 바람직하게, 상기 폴리엔은 다이엔(diene)으로, 직쇄(straight chain), 측쇄(branched chain), 또는 고리(cyclic) 탄화수소 다이엔일 수 있다. 가장 바람직하게, 상기 다이엔은 비공액 다이엔(non conjugated diene)이다. 적절한 다이엔의 예시는 다음과 같은 직쇄 비고리 다이엔(straight chain acyclic dienes): 1,3-부타다이엔(1,3-butadiene), 1,4-헥사다이엔(1,4-hexadiene) 및 1,6-옥타다이엔(1,6-octadiene); 다음과 같은 측쇄 비고리 다이엔(branched chain acyclic dienes): 5-메틸-1,4-헥사다이엔(5-methyl-l,4-hexadiene), 3,7-디메틸-1,6-옥타다이엔(3,7-dimethyl-l,6-octadiene), 3,7-디메틸-1,7,-옥타다이엔(3,7 -dimethyl- 1,7 -octadiene) 및 디하이드로 마이리센(dihydro myricene)과 디하이드로옥신엔(dihydroocinene)의 혼합 아이소머; 다음과 같은 단일 고리 지방족고리 다이엔(single ring alicyclic diene): 1,3-시클로펜타다이엔(1,3-cyclopentadiene), 1,4-시클로헥사다이엔(1,4-cylcohexadiene), 1,5-시클로옥타다이엔(1,5-cyclooctadiene) 및 1,5-시클로도데카다이엔(1,5-cyclododecadiene); 및 다음과 같은 멀티-고리 지방족고리 혼합 및 브릿지 고리 다이엔(multi-ring alicyclic fused and bridged ring dienes): 테트라하이드로인덴(tetrahydroindene), 메틸 테트라하이드로인덴(methyl tetrahydroindene), 디시클로펜타다이엔(dicylcopentadiene), 바이시클로-(2,2,l)-헵타-2-5-다이엔(bicyclo-(2,2,l)-hepta-2-5-diene); 5-메틸렌-2모보넨(5-methylene-2morbornene, MNB), 5-프로페닐-2-노보넨(5-propenyl-2-norbornene), 5-이소프로필리덴-2-노보넨(5-isopropylidene-2-norbornene), 5-(4-시클로펜텐일)-2-노보넨(5-(4-cyclopentenyl)-2-norbornene), 5-시클로헥실리덴-2-노보넨(5-cyclohexylidene-2-norbornene), 5-비닐-2-노보넨(5-vinyl-2-norbornene) 및 노보넨(norbornene)과 같은 알케닐(alkenyl), 알킬리덴(alkylidene), 시클로알케닐(cycloalkenyl) 및 시클로알킬리덴 노보넨(cycloalkylidene norbornenes). EPR's를 제조하기 위하여 통상적으로 사용되는 다이엔, 특히 바람직한 다이엔은 1,4-헥사다이엔(1,4-hexadiene), 5-에틸리덴-2-노보넨(5-ethylidene-2-norbornene), 5-비닐리덴-2-노보넨(5-vinyllidene-2-norbornene), 5-메틸렌-2-노보넨(5-methylene-2-norbornene) 및 디시클로펜타다이엔(dicyclopentadiene)이다. 특히 바람직한 다이엔은 5-에틸리덴-2-노보넨(5-ethylidene-2-norbornene) 및 1,4-헥사다이엔(1,4-hexadiene)이다.

폴리올레핀 조성물의 추가적인 폴리머로서 비-메탈로센 폴리올레핀은 상기에서 기재한 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 코폴리머 중 임의의 것의 구조식을 갖는 것을 사용할 수 있다. 에틸렌-프로필렌 고무(EPR), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌은 모두 지글러 나타 및/또는 메탈로센 폴리머와 조합해서 사용될 수도 있다.

본 발명의 실시예에서, 상기 폴리올레핀은 중량으로 30% 내지 50%의 지글러 나타 폴리머 또는 폴리머 및 중량으로 50% 내지 70% 메탈로센 폴리머 또는 폴리머를 포함한다. 상기 트리 저항성 "첨가 패키지"에서 첨가제의 총량은 상기 조성물의 중량에 대하여 약 0.5% 내지 약 4.0%이고, 바람직하게 상기 조성물의 중량에 대하여 약 1.0% 내지 약 2.5%이다.

많은 촉매들이 올레핀의 중합에 대하여 발견되었다. 이런 타입의 초기 촉매의 몇몇은, 주기율표의 I, II, 및 III 족의 유기 금속 화합물과 특정 전이 금속 화합물의 조합으로부터 수득된다.

특정 연구 그룹에 의한 초기의 광대한 작업으로 이러한 타입의 많은 촉매가 지글러-나타 타입 촉매로서 당업에 통상의 지식을 가진 사람들에 의해서 불리었다.지금까지 소위 지글러-나타 촉매라고 하는 것 중의 가장 상업적으로 성공한 것은 일반적으로 전이 금속 화합물과 유기알루미늄 화합물의 결합물을 이용한 것이다.

메탈로센 폴리머는 메탈로센으로 알려진 고활성 올레핀 촉매의 부류를 이용하여 생산되고, 본 출원의 목적을 위하여 일반적으로 하나 이상의 시클로펜타다이엔 잔기(moiety)를 포함하는 것으로 정의된다. 메탈로센 폴리머의 제조는 헨데렉 등(Hendewerk, et al)의 미국특허번호 제6,270,856호에서 개시되고, 이 개시는 본 발명의 참조로서 통합된다.

메탈로센은 특히 폴리에틸렌 및 코폴리에틸렌-알파-올레핀의 제조에서 잘 알려져 있다. 그러한 촉매, 특히 IV 족 전이 금속인 지르코늄, 티타늄 및 하프늄에 기초한 촉매는 에틸렌 중합에서 극히 높은 활성을 보여준다. 메탈로센 타입의 다양한 형태의 촉매 시스템은, 본 발명에서 사용된 폴리머의 제조를 위한 중합에 이용될 수 있는데, 균질한, 지지 촉매 타입(이것에 제한되지 않음)을 포함하고, 여기에서 상기 촉매 및 공촉매는 함께 가스상 프로세스, 고압 프로세스, 또는 슬러리, 용액 중합 프로세스에 의한 중합에 있어서 불활성 지지체(inert support) 상에서 함께 지지되거나 반응된다. 상기 메탈로센 촉매는 또한, 촉매 조성물 및 반응 조건을 조작함으로써, 예를 들어 약 200 (루베-오일 첨가제와 같이 응용에서 유용함) 만큼 낮은 것에서부터 초-고 분자량 선형 폴리에틸렌처럼, 약 1 밀리언 또는 그 이상으로 제어가능한 분자량을 갖는 폴리올레핀을 제공하도록 제작될 수 있다는 점에서 매우 융통성 있다. 동시에, 폴리머의 MWD는, 극히 좁은 것(약 2의 다분산(polydispersity) 처럼)부터 넓은 것(약 8의 다분산 처럼)까지 제어될 수 있다.

상기 에틸렌의 중합을 위한 메탈로센 촉매의 발전의 예시는 미국특허번호 제4,937,299호 및 이엔 등(Ewen, et al.)의 유럽특허공개번호 제0 129 368호, 웰본 쥬니어(Welborn, Jr.)의 미국특허번호 제4,808,561호 및 장(Chang)의 미국특허번호 제4,814,310호이며, 이들 모두는 여기 참조로서 통합되어 있다. 다른 것들 중에서, 이완 등(Ewen, et al.)는 메탈로센 촉매의 구조가 물이 트리알킬 알루미늄과 반응할 때 형성되는 알루모산(alumoxane)을 포함한다는 점을 개시한다. 상기 알루모산은 메탈로센 화합물과 복합하여 상기 촉매를 형성한다. 웰본 쥬니어(Welborn. Jr)는 알파-올레핀 및/또는 다이올레핀과 에틸렌의 중합 방법을 개시한다. 장(Chang)은 실리카 겔 촉매 지지체에서 흡수된 물을 이용하는 메탈로센 알루모산 촉매 시스템을 만드는 방법을 개시한다. 에틸렌/알파-올레핀 코폴리머, 및 에틸렌/알파-올레핀/다이엔 터폴리머를 제조하기 위한 특정 방법은 미국특허번호 제4,871,705호 및 호엘 등(Hoel, et al.)의 미국특허번호 제5,001,205호, 및 유럽공개번호 제0 347 129호에서 각각 개시되고 있고, 이들 모두는 여기에 참조로서 통합된다.

바람직한 폴리올레핀은 LDPE 및 이것의 블렌드이다. 상기 폴리올레핀은 전체 조성물의 중량에 대하여 약 90-99%로 존재하고, 바람직하게 약 93-98%, 더욱 바람직하게 약 95-98%로 존재한다.

상기 영구적 (비-이동) 대전 방지제는 전체 조성물의 중량에 대하여 약 0.5-5%, 바람직하게 약 0.8-3%, 더욱 바람직하게 0.9-2.5%로 존재한다. 여기 사용되는, "영구적 대전 방지제"는 오브젝트들이 서로에 맞서 이동하는 경우에 고정 빌트-업(static built-up)을 감소시키는 제제를 의미하고, 폴리올레핀 내에서 이동하지 않는 제제를 의미한다. 바람직하게 영구적 대전 방지제(PAA)는 표면으로 이동하지 않고 폴리올레펜 내에서 균질하게 분포된다. PAA는 당업계에서 잘 알려져 있고, 보통 상대적으로 고분자량인 폴리머(예. 코폴리아민(copolyamindes), 코폴리에스테르(copolyesters) 및 이오노머(ionomers))이다. 본 발명을 위한 적절한 PAA는 여기에 제한되지 않으나, 이온 폴리머(inonic polymers), 폴리에틸렌-폴리에테르 코폴리머(polyethylene-polyether copolymer) (예. 폴리에틸렌 글리콜), 포타슘 이오노머, 에톡실레이티드 아민(ethoxylated amine) 및 폴리에테르 블럭 이미드(polyether block imides)이다. 여기에 참조로 포함된 모리스 등(Morris et al.)의 미국특허번호 제7,825,191호는 또한 본 발명에서 사용될 수 있는 이오노머 영구적 대전 방지제를 개시한다. 상업적으로 이용가능한 PAA에는, 예를 들어 Ciba Specialty Chemicals의 Irgastat™ P18; 뉴욕 태리타운에 있는 Ampacet의 LR-92967; 뉴욕 Tomen America Inc.의 Pelestat™ NC6321 및 Pelestat™ NC7530; 오하이오 클리브랜드에 있는 Noveon, Inc.의 Stat- Rite™ ; Sanyo Chemicals에서 구입가능한 Pelestat™ 300; Noveon에서 구입가능한 PelestatIM 303, PelestatIM 230, PelestatIM 6500, Statrite M809; 및 Ciba Chemicals에서 구입가능한 Stat- Rite™ x5201, Stat-Rite™ x5202, Irgastat™ P16가 있다.

적절한 페놀계 항산화제라면 제한없이 본 발명에서 사용될 수 있는데, 예를 들어, 티오디에틸렌 비스[3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트](thiodiethylene bis[3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]), 4,4'-티오비스(2-터트-부틸-5-메틸페놀) (4,4'-thiobis(2-tert-butyl-5-methylphenol)), 2,2'-티오비스(4-메틸-6-터트-부틸-페놀)(2,2'-thiobis(4-methyl-6-tert-butyl-phenol)), 벤젠에프로파노익 애시드(benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1 디메틸에틸)4-하이드록시 벤젠에프로파노익 애시드(3,5 bis (1,1 dimethylethyl)4-hydroxy benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시-C13-15 가지형 및 선형 알킬 에스테르 (3,5-bis(l,l-dimethylethyl)-4-hydroxy- C13-15 branched and linear alkyl esters), 3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로시나믹 애스드 C7-9-가지형 알킬 에스테르 (3,5-di-tert-butyl-4 hydroxyhydrocinnamic acid C7-9-Branched alkyl ester), 2,4-디메틸-6-t-부틸페놀 테트라키스 {메틸렌 3-(3',5'-디터트-부틸-4'-하이드록시페놀)프로피오네이트}메탄 (2,4-dimethyl-6-t-butylphenol Tetrakis {methylene 3-(3',5'-ditert-butyl-4'- hydroxyphenol)propionate} methane) 또는 테트라키스 {메틸렌 3-(3',5'-디터트-부틸-4'-하이드로시나메이트}메탄 (Tetrakis {methylene 3-(3',5'-ditert-butyl-4'- hydrocinnamate} methane), 1,1,3 트리스(2-메틸-4-하이드로옥실 5 부틸페닐)부탄(1,1,3 tris (2-methyl-4 hydroxyl 5 butylphenyl)butane), 2,5 디 t-아밀 하이드로퀘논(2,5, di t-amyl hydroqunone), 1,3,5-트리 메틸 2,4,6 트리스(3,5 디 터트 부틸 4 하이드록시벤질)벤젠(1,3,5-tri methyl 2,4,6 tris(3,5 di tert butyl 4 hydroxybenzyl) benzene), 1,3,5 트리스(3,5 디 터트 부틸 4 하이드록시벤질) 이소시아누레이트(1,3,5 tris(3,5 di tert butyl 4 hydroxybenzyl) isocyanurate), 2,2 메틸렌-비스-(4-메틸-6-터트 부틸-페놀)(2,2 Methylene-bis-(4-methyl-6-tert butyl-phenol)), 6.6'-디-터트-부틸-2,2'-티오디-p-크레졸(6,6'-di-tert-butyl-2,2'-thiodi-p-cresol) 또는 2,2'-티오비스(4-메틸-6-터트-부틸페놀)(2,2'-thiobis(4-methyl-6-tert-butylphenol)), 2,2 에틸렌비스 (4,6-디-t-부틸페놀)(2,2 ethylenebis (4,6-di-t-butylphenol)), 트리에틸렌글리콜비스 {3-(3-t-부틸-4-하이드록시-5 메틸페닐 프로피오네이트}(Triethyleneglycol bis{3-(3-t-butyl-4-hydroxy-5 methylphenyl) propionate}), 1,3,5 트리스(4 터트 부틸 3 하이드로옥시-2,6-디메틸벤질)-1,3,5-트리아진-2,4,6-(1H,3H,5H)트리온(1,3,5 tris(4 tert butyl 3 hydroxy-2,6- dimethylbenzyl)-l,3,5-triazine-2,4,6-(lH,3H,5H)trione), 2,2 메틸렌비스{6-(1-메틸시클로헥실)-p-크레졸}(2,2 methylenebis{6-(l-methylcyclohexyl)-p-cresol})이다. 추가적으로 여기에 참조로 통합된 미국특허번호 제4,020,042호 및 제6,869,995호에 개시된 페놀계 항산화제는, 또한 본 발명을 위하여 적절하다. 추가적으로 티오 에스테스 항산화제 공동-안정화제(hio ester antioxidant co-stabilisers)는 폴리머를 장기간 보호하기 위해 사용된다. Lowinox® DLTDP 및 Lowinox® DSTDP은 다른 페놀계 항산화제와 조합으로 상승제(synergist)로서 많이 이용될 수 있다. 바람직한 페놀계 항산화제는 티오디에틸렌 비스(3-(3,5-디-터트-4-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(thiodiethylene bis(3-(3,5-di-tert-4-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-터트-부틸-4-하이드록시-m-톨일)-프로피오네이트(ethylenebis(oxyethylene)bis-(3-(5-tert-butyl-4-hydroxy-m-tolyl)-propionate) 및 4,6-비스(옥틸티오메틸)o-크레졸(4,6-bis(octylthiomethyl)o-cresol)이다.

과산화물(Peroxides)은 폴리올레핀의 가교에 유용하다. 상기 과산화물 개시제(peroxide initiator)의 예시는, 디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide); 비스(알파-t-부틸-페록시이소프로필)벤젠 (bis(alpha-t-butyl-peroxyisopropyl)benzene); 이소프로필큐밀 t-부틸 퍼옥사이드(isopropylcumyl t-butyl peroxide); t-부틸큐밀퍼옥사이드 (t-butylcumylperoxide); 디-t-부틸 퍼옥사이드(di-t-butyl peroxide); 2,5-비스(t-부틸페록시)2,5-디메틸헥산(2,5-bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane); 2,5-비스(t-부틸페록시)-2,5-디메틸헥센-3 (2,5-bis(t-butylperoxy)-2,5-dimethylhexyne-3); 1,1-비스(t-부틸페록시)3,3,5-트리메틸시클로헥산(l,l-bis(t-butylperoxy)3,3,5-trimethylcyclohexane); 이소프로필큐밀 큐밀퍼옥사이드(isopropylcumyl cumylperoxide); 디(이소프로필큐밀)퍼옥사이드 (di(isopropylcumyl) peroxide); 및 상기 개시제들 중 두 개 이상의 혼합물이다. 과산화물 경화제(Peroxide curing agents)는 통상적으로 전체 조성물의 중량에 대하여 0.1 내지 3%, 바람직하게 0.5 내지 3%, 더욱 바람직하게 1 내지 2.5%로 사용된다. 다양한 경화 공동제(curing coagents) (부스터 또는 억제제(retarders)뿐만 아니라)가 상기 과산화물 개시제와 조합하여 사용될 수 있으며, 이들은 트리아릴 이소시아누레이트(triallyl isocyanurate); 에톡실레이티드 비소페놀 A 디메타크릴레이트(ethoxylated bisphenol A dimethacrylate); a-메틸 스티렌 다이머(a-methyl styrene dimer, AMSD); 및 본 발명에 참조로서 통합된 미국특허번호 제5,346,961호 및 제4,018,852호에 개시된 다른 공동제를 포함한다. 만약 사용된다면, 공동제는 0% 이상(예. 0.01) 내지 3%의 양으로, 바람직하게 0.1 내지 0.5%로, 더욱 바람직하게 0.2 내지 0.4%의 양으로 사용된다.

상기 절연 조성물은 선택적으로 절연 전선(insulted wires) 또는 케이블에서 일반적으로 사용되는 다양한 첨가제, 예를 들어, 금속 불활성화제(metal deactivator), 난연제(flame retarder), 분산제(dispersant), 염료(colorant), 안정화제(stabilizer), 및/또는 윤활제(lubricant)와, 본 발명의 물체가 손상되지 않는 범위에서 혼합될 수 있다. 상기 첨가제는 (상기 전체 폴리머에 기초한 중량에 대하여) 약 5% 미만, 바람직하게 약 3% 미만, 더욱 바람직하게 약 0.6% 미만으로 사용된다.

상기 금속 불활성화제는, 예를 들어, N,N'-비스(3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오닐)히드라진(N,N'-bis(3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionyl)hydrazine), 3-(N-살리실오일)아미노-1,2,4-트리아졸(3-(N-salicyloyl)amino-l,2,4-triazole), 및/또는 2,2'-옥사미도비스-(에틸3-(3,5-디-t-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(2,2'-oxamidobis-(ethyl 3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate))를 포함한다.

상기 난연제는, 예를 들어, 할로겐 난연제, 예를 들어 테트라브로모비스페놀(tetrabromobisphenol A, TBA), 데카브로모디페닐 옥사이드(decabromodiphenyl oxide, DBDPO), 옥타브로모디페닐 에테르(octabromodiphenyl ether, OBDPE), 헥사브로모시클로도데칸(hexabromocyclododecane, HBCD), 비스트리브로모페녹시에탄(bistribromophenoxyethane, BTBPE), 트리브로모페놀(tribromophenol, TBP), 에틸렌비스테트라브로모프탈이미드(ethylenebistetrabromophthalimide), TBA/폴리카르보네이트 올리고머(TBA/polycarbonate oligomers), 브로미네이트 폴리스티렌(brominated polystyrenes), 브로미네이트 에폭시(brominated epoxys), 에틸렌비스펜타브로모디페닐(ethylenebispentabromodiphenyl), 클로리네이트 파라핀(chlorinated paraffins), 및 도데카클로로시클로옥탄(dodecachlorocyclooctane); 무기 난연제, 예를 들어, 알루미늄 하이드록사이드 및 마그네슘 하이드록사이드; 및/또는 인 난연제, 예를 들어 인산 화합물(phosphoric acid compounds), 폴리인산 화합물(polyphosphoric acid compounds) 및 적린 화합물(red phosphorus compounds)을 포함한다.

상기 안정화제는, 여기에 제한되지 않으나, 힌더드 아민 광 안정화제(hindered amine light stabilizers, HALS) 및/또는 열 안정화제일 수 있다. 상기 HALS는 예를 들어, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세브아세테이트 (bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebaceate, Tinuvin® 770); 비스(1,2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세브아세테이트+메틸1,2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜 세브아세테이트 (bis( 1,2,2,6, 6-tetramethyl-4-piperidyl)sebaceate+methyll,2,2,6,6-tetrameth- yl-4-piperidyl sebaceate, Tinuvin® 765); 1,6-헥산디아민(1,6-Hexanediamine), 2,4,6 트리클로로-1,3,5-트리아진을 갖는 N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)폴리머 (N,N'-Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)polymer with 2,4,6 trichloro-1,3,5-triazine), N-부틸2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딘아민(N-butyl2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinamine)과의 반응 산물(Chimassorb® 2020); 데칸디온산(decanedioic acid), 비스(2,2,6,6-테트라메틸-1-(옥틸옥시)-4-피페리딜)에스테르(Bis(2,2,6,6-tetramethyl-l-(octyloxy)-4-piperidyl)ester), 1,1-디메틸에틸하이드로퍼옥사이드(1,1-dimethylethylhydroperoxide) 및 옥탄(octane)과의 반응 산물 (Tinuvin® 123); 트리아진 유도체(triazine derivatives)(tinuvin® NOR 371); 부탄디온산(butanedioc acid), 디메틸에스테르(dimethylester), 4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리딘 에탄올(4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-l-piperidine ethanol)을 갖는 폴리머(Tinuvin® 622); 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(l,3,5-triazine-2,4,6-triamine), N,N'''-[1,2-에탄-비스[[[4,6-비스-[부틸(1,2,2,6펜타메틸-4-피페리디닐)아미노]-1,3,-트리아진-2-일]이미노]-3,1,-프로판딜일]]비스[N,N''-디부틸-N,N''비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)(N,N"'-[l,2-ethane-diyl-bis[[[4,6-bis- -[butyl(l,2,2,6,6pentamethyl-4-piperdinyl)amino]-l,3,5-triazine-2-yl]imino- ]-3,l-propanediyl]]bis[N',N"-dibutyl-N',N"bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-pipe- ridyl) (Chimassorb®119); 및/또는 비스(1,2,2,6-펜타메틸-4-피페리디닐)세바케이트(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl) sebacate) (Songlight 2920); 폴리[[6-[(1,1 ,3,3- 테라메틸부틸)아미노] - 1,3,5-트리아진e-2,4-디일][2,2,6, 6- 테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-l,6- 헥산디일[(2,2,6,6- 테트라메틸-4- 피페리디닐)이미노]](poly[[6-[(1,1,3,3-terramethylbutyl)amino] - 1 ,3,5-triazine-2,4-diyl] [2,2,6, 6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]-l,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]]) (Chimas sorb® 944); 벤젠프로파논산(Benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸-에틸)-4-하이드록시-.C7-C9 가지형 알킬 에스테르 3,5-bis(l,l-dimethyl-ethyl)-4-hydroxy-.C7-C9 branched alkyl esters) (Irganox® 1135); 및/또는 이소트리데실-3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피온이트(Isotridecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate) (Songnox® 1077 LQ)를 포함한다. 상기 바람직한 HALS는 Songlight 2920로서 상업적으로 이용가능한 비스(1,2,2,6-펜타메틸-4-피페리디닐)세바케이트(bis(l,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl) sebacate)이다.

상기 열 안정화제는, 제한되지 않으나, 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸(4,6-bis (octylthiomethyl)-o-cresol) (Irgastab KV-10); 디옥타데실3,3'-티오디프로피오네이트(dioctadecyl 3,3'-thiodipropionate) (Irganox PS802); 폴리[[6-[(l,1,3,3-테라메틸부틸)아미노]-1,3,5-트리아진-2,4-디일][2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]] (poly[[6-[(l, 1,3,3-terramethylbutyl)amino]-l,3,5-triazine-2,4-diyl] [2,2,6, 6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]- 1,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]]) (Chimas sorb® 944); 벤젠프로판산(Benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸-에틸)-4-하이드록시-.C7-C9 가지형 알킬 에스테르 (3,5-bis(l,l-dimethyl-ethyl)-4-hydroxy-.C7-C9 branched alkyl esters) (Irganox® 1135); 이소트리데실-3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 (Isotridecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate) (Songnox® 1077 LQ)을 포함한다. 만약 사용된다면, 상기 바람직한 열 안정화제는 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸 (4,6-bis (octylthiomethyl)-o-cresol) (Irgastab KV-10); 디옥타데실3,3'-티오디프로피오네이트 (dioctadecyl 3,3'-thiodipropionate )(Irganox PS802) 및/또는 폴리[[6-[(l,l,3,3-테라메틸부틸)아미노]-l,3,5-트리아진-2,4-디일][2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]] (poly[[6-[(l,l,3,3-terramethylbutyl)amino]-l,3,5-triazine-2,4-diyl] [2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]-l,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino] ]) (Chimassorb®944)이다.

본 발명의 조성물은 상기 베이스 폴리올레핀 폴리머, 스티렌 코폴리머 및 첨가제를 통상적인 반죽 장치(masticating equipment), 예를 들어 러버 밀(rubber mill), 브라벤더 믹서(Brabender Mixer), 밴버리 믹서(Banbury Mixer), 부스-코 크네더(Buss-Ko Kneader), 파렐 연속 믹서(Farrel continuous mixer) 또는 트윈 스크류 연속 믹서(twin screw continuous mixer)를 이용하여 블렌딩함으로써 제조될 수 있다. 상기 첨가제는 바람직하게 상기 베이스 폴리올레핀 폴리머에 첨가 전에 사전 믹스된다. 혼합 시간은 균질하게 혼합되기에 충분한 시간이어야 한다. 본 발명에서 이용된 조성물의 모든 성분은 일반적으로 전기적 전도체로 압출되도록하는 압출 장치로 도입되기 이전에 함께 혼합 또는 화합된다.

상기 조성물의 다양한 성분들이 균일하게 혼합되고 블렌드된 후에, 본 발명의 케이블을 제조하기 위하여 추가적으로 처리된다. 폴리머 케이블 절연 또는 케이블 재킷을 제조하기 위한 종래 제조 방법이 잘 알려져 있고, 본 발명의 케이블의 제조는 일반적으로 다양한 압출법들 중 어느 것에 의하여 성취될 수 있다.

통상적인 압출 성형법(extrusion method)에서, 선택적으로 가열된, 코팅되는 전도체 코어는 가열된 압출 다이, 일반적으로 크로스-헤드 다이를 통하여 당겨져 나오고, 녹은 폴리머 층이 상기 전도체 코어에 적용된다. 상기 다이를 빠져나올 때, 만약 상기 폴리머가 열경화성 수지 조성물(thermoset composition)로서 적용되면, 상기 적용된 폴리머 층을 가진 전도체 코어가 가열된 경화 섹션(heated vulcanizing section) 또는 연속 경화 섹션(continuous vulcanizing section)을 통과할 수 있고, 그 이후 냉각을 위하여 냉각 섹션(cooling section), 일반적으로 연장된 냉각 배스를 통과할 수 있다. 다중 폴리머 층이 연이은 압출 단계에 적용될 수 있으며, 추가 층이 각 단계에서 첨가되거나, 적절한 타입의 다이로 다중 폴리머 층이 동시에 적용될 수 있다.

본 발명의 전도체는 비록 일반적으로 전기적으로 전도성이 있는 금속이 이용될지라도, 일반적으로 적절한 전기적 전도성 물질이라면 어떠한 것이라도 포함할 수 있다. 바람직하게, 사용되는 금속은 구리 또는 알루미늄이다. 전력 전송(power transmission)에 있어서, 알루미늄 전도체/철 보강(aluminum conductor/steel reinforcement, ACSR) 케이블, 알루미늄 전도체/알루미늄 보강 (aluminum conductor/aluminum reinforcement, ACAR) 케이블 또는 알루미늄 케이블이 일반적으로 바람직하다.

다른 기재가 없는 한, 당업자는 상기 기재된 내용 및 후술할 예시를 이용하여 본 발명의 화합물을 제조하고 이용하고 청구된 방법을 수행할 수 있다. 다음 예시는 본 발명을 설명하기 위하여 주어진다. 본 발명은 다음의 실시예에서 개시된 특정 조건 또는 상세 설명에 제한되지 않는 것으로 이해된다.

실시예 1

30마일의 절연을 가지는 스퀘어 14 게이지 구리 전도체 와이어가 20:1 LD로 데이비스 표준 압출기(Davis standard extruder) 및 크로스헤드 다이(crosshead die)로 압출되어 230psi 압력 하에서 스팀에서 경화된다. 절연 스퀘어 전도체 와이어의 25 인치 샘플들 (n=20)을 50℃ 물 배스에 위치시키고 실패(failure)할 때까지 7500 볼트로 전압을 가한다. 평균 및 최대 트리가 측정되었다. 상기 스퀘어 전도체의 목적은 각 코나로 전기 스트레스 집중을 만들어 내 실패(failure)까지의 시간을 가속시키는 것이다.

표 1 및 도 1-4는, 조성물, 상기 스퀘어 와이어 테스트(square wire test) 및 각 조성물의 유전체 성질을 도시한다. 상기 스퀘어 와이어 테스트는 이전 단락에서 미리 기재한 것처럼 수행되고, 브레이크다운 강도는 UL 2556 (2007)에 미리 기재된 것처럼 수행되고, 상기 유전체 성질은 ASTM D 150-9 (2004)에 따라 측정된다.

[표 1]

도시된 조성물의 스퀘어 와이어 테스트 결과

C.M.= Commercial Benchmark TRXLPE compound

LDPE = 저밀도 폴리에틸렌(low density polyethylene)

Entira MK400 = 포타슘 이노머(potassium inomer)

Entira AS500 = 포타슘 이노머(potassium inomer)

Pelestat 300 = 폴리에틸렌-폴리에테르 코폴리머(polyethylene-polyether copolymer)

KV-10 = 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸(4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol)

Songlite 2920 = 비스(l,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)세바케이트(bis(l,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)sebacate)

D-16 = 터트-큐밀 퍼옥사이드(tert-cumyl peroxide)

RT = 실온(room temperature)

도 1-4는 상기 샘플들의 스퀘어 와이어 테스트 결과를 도시한다. 도 1에 따르면, 스퀘어 와이어 테스트 결과는 와이블 플럿(Weibull plot) 상에서 서로 다른 로딩 레벨을 가진 서로 다른 비-이동 대전 방지제에 대하여 보여준다. 스퀘어 와이어 테스트에서, 스퀘어 형태의 단면을 갖는 전도체는 테스트된 절연체로 코팅되나, 상기 절연체는 원형 단면을 가진다. 상기 절연체의 두께는 상기 스퀘어 형상 전도체의 코너 근처에서 가장 얇아지면서 달라진다. 세로축은 로그 스케일로 도시된 커패시턴스 방전 실패 발생 퍼센트를 의미하고, 가로축은 로그 스케일로 도시된 hours 단위의 시간을 의미한다. Eta, beta 및 n/s 값은 상기 플롯 상에서 범례로 제공된다. 1 미만의 beta 수치는 초기 파손률(infant mortality)을 의미하고, 1 이상의 베타 수치는 마모로 인한 실패(worn out failure)을 의미한다. 유사한 베타 수치는 유사한 실패 모드를 나타낸다. 각 케이블의 특성 수명의 63.2%에 대응하는 eta 수치에서 케이블들이 서로 비교된다. n/s 수치는 샘플 데이터 포인트와, 비상관 실패(unrelated failure), 예를 들어 절연 실패가 아니라 전기적으로 단선된 것 때문에 유예된(suspended) 데이터 포인트의 비율이다. 도시된 바와 같이, JT165AC 및 JT165AD 모두 더 높은 eta 수치를 갖는다는 점은, 이들 두 케이블이 공업적 트리 지연 XLPE 절연체(commercial tree retardant XLPE insulation)보다 실패(failure)까지 더 오랜 시간이 걸린다는 점을 나타낸다.

도 2를 참조하면, 서로 다른 케이블 절연체 중에서 도 1의 케이블 수명-대-고장 eta 수치 차이는 와이불 신뢰도 등고선 선도(Weibull confidence contour plot) 상에서 90% 더블 바운드 신뢰도(double bound confidence)로 도시된다. 세로축은 상기 beta 수치를 나타내고, 가로축은 eta 수치를 나타낸다. JT165AD 및 대조군 플랏 사이의 갭은 JT165AD가 통계적으로 현저하게 90% 신뢰도로, 100% pff 수치로 대조군과 상이함을 알 수 있고; JD165AD는 더 높은 eta 수치를 갖는다. JT165AC와 대조군 카운터(control contours) 사이의 겹쳐지는 부분은 이들 두 케이블은 90% 신뢰도로 서로 현저히 다르지 않으나, JT165 와이어는 더 높은 eta 수치를 가짐을 나타낸다.

도 3을 참조하면, 스퀘어 와이어 테스트 결과는, 서로 다른 로딩 레벨을 가진 펠레스텟 대전 방지제(Pelestat antistatic agent)에 대하여 도시한다. 도 1처럼, 세로축은 로그 스케일로 도시된 커패시턴스 방전 실패 발생 퍼센트를 의미하고, 가로축은 로그 스케일로 도시된 hours 단위의 시간을 의미한다. Eta, beta 및 n/s 수치는 플롯 상에서 범례로 제공된다. 1 미만의 beta 수치는 초기 파손률(infant mortality)을 의미하고, 1 이상의 beta 수치는 마모로 인한 실패(worn out failure)을 의미한다. 유사한 beta 수치는 유사한 실패 모드를 나타낸다. 각 케이블의 특성 수명의 63.2%에 대응하는 eta 수치에서 케이블들이 서로 비교된다. n/s 수치는 샘플 데이터 포인트와, 비상관 실패(unrelated failure) 예를 들어 절연 실패가 아니라 전기적으로 단선된 것 때문에 유예된(suspended) 데이터 포인트의 비율이다. 도시된 바와 같이, TMCl, TMC2 및 TMD가 더 높은 eta 수치를 갖는다는 점은, 펠레스텟(pelestat)으로 만들어진 케이블 절연체가 공업용 트리 지연 XLPE 절연체보다 실패(failure)까지 더 오랜 시간이 걸린다는 점을 나타낸다.

도 4를 참조하면, 도 3에 도시되어 있는 서로 다른 케이블 절연체들에대한 케이블 수명과 실패 eta 수치의 차이가, 90% 더블 바운드 신뢰도(double bound confidence)로 와이불 신뢰도 등고선 선도(Weibull confidence contour plot) 상에 도시되어 있다. 도 2에서 도시된 바와 같이, 세로축은 상기 beta 수치를 나타내고, 가로축은 eta 수치를 나타낸다. TMCl, TMC2, TMD 및 대조군 카운터(control contours) 사이의 갭은, TMCl, TMC2 및 TMD이 90% 신뢰도와 100%의 pff 수치로, 통계적으로 현저하게 대조군과 다르다는 점을 나타내고; TMCl, TMC2 및 TMD은 공업적 TRXLPE 절연체보다 더 높은 eta 수치를 갖는다는 점을 나타낸다. UV 안정화제를 갖는 TMC2는 Songlight 2920이고 더 높은 eta 수치를 갖는 것으로 TMCl및 TMD과 통계적으로 현저하게 상이하다. TMCl 및 TMD 카운터 사이의 겹쳐지는 부분은 두 케이블이 90% 신뢰도로 현저하게 다르지 않음을 나타낸다.

실시예 2

도 2 및 도 5-6은 조성물 및 스퀘어 와이어 테스트 및 각 조성물의 경우의 유전체 특성을 도시한다. 상기 스퀘어 와이어 테스트는 상술한 것과 같이 수행된다.

[표 2]

Irganox 1035 = 티오디에틸렌 비스[3-(3,5 -디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트]

Irganox 1035 = 디옥타데실 3,3'-티오디프로피오네이트

Tinuvin 622 LD = 부탄다이오익(butanedioic), 디메틸에스테르(dimethylester), 4-하이드록시-2,2,6,6,-테트라메틸-1-피페리딘 에탄올을 갖는 폴리머

Di-cup = 디큐밀 퍼옥사이드(Dicumyl Peroxide)

도 5를 참조하면, 세 가지 조성물(XLPE, 대전 방지제 펠레스텟 300을 포함하는 절연체(펠레스텟 300 절연체), 및 CM) 사이에서 수 트리 성장 비율의 차이가 와이불 플럿(Weibull plot) 상에서 도시된다. 세로축은 로그 스케일로 도시된 수 트리 성장 비율 퍼센트를 의미하고, 가로축은 로그 스케일로 도시된 마일(mile) 단위의 수 트리 길이를 의미한다. Eta, beta 및 n/s 값은 상기 플롯 상에서 범례로 제공된다. 각 절연체의 특성 길이의 63.2%에 대응하는 eta 수치에서 절연체들의 수 트리 성장비율이 서로 비교된다. n/s 수치는 샘플 데이터 포인트와, 비상관 데미지(unrelated damage) 때문에 유예된(suspended) 데이터 포인트의 비율이다. 도시된 바와 같이, 펠레스텟(pelestat)을 포함한 절연체가 자연 가교 LDPE 절연체 및 공업적 트리 지연 가교 절연체보다 훨씬 더 낮은 수 트리 길이를 가진다.

도 6을 참조하면, 서로 다른 절연체에 대한 트리 길이 eta 수치 차이가 90% 더블 바운드 신뢰도(double bound confidence)로 와이불 신뢰도 카운터 플럿(Weibull confidence contour plot)에서 도시된다. 세로축은 beta 수치를 나타내고, 상기 가로축은 eta 수치를 나타낸다. 펠레스텟 300 절연체와 자연 XLPE 플롯 사이의 갭은 펠레스텟 300이 90% 신뢰도와 100% pff 수치로 자연 XLPE와 통계적으로 현저하게 상이하다는 점을 나타내고, 펠레스텟 300 절연체가 더 낮은 eta 수치를 가진다는 것을 나타낸다. 펠레스텟 300 절연체와 CM 사이의 겹쳐지는 부분은 이 두 절연체가 90% 신뢰도로 현저하게 상이하지 않지만, 펠레스텟 300 절연체가 더 낮은 eta 수치를 가짐을 나타낸다.

실시예 3

1/0 AWG 15kV 케이블을 표 3에 기재된 절연체로 제조하여 테스트하였다. 실온(room temperature), 90℃ 및 140℃에서 체적 저항률(Volume resistivity)이 측정되었고, AC 브레이크다운 강도(AC breakdown strength)는 ANSI/ICEA S-94-649-2004에 따라 측정되었다.

[표 3]

표 4는 ICEA S-94-649-2004에 따라 측정된, 1/0 AWG 15kV 케이블의 보유(retained) 브레이크다운 강도(volts/mil)이다.

[표 4]

표 5-7은 ICEA S-94-649-2004에 따라 측정된 1/0 AWG 15kV 케이블에 대한 평균 손실 계수(dissipation factor)를 도시한다.

[표 5] 세 가지 펠레스텟 300 케이블 샘플의 평균 손실 계수

결론: 펠레스텟 300 케이블은 ICEA S-94-649-2004의 파트 10.5.5.3 전기 측정에 대해 7주 및 8주에서 드라이 전기 테스트(dry electrical test)를 통과한다.

[표 6] 세 개의 엔트라 AS500(Entira AS500) 케이블 샘플의 평균 손실 계수

결론: 엔트라 AS500 케이블은 ICEA S-94-649-2004의 파트 10.5.5.3 전기 측정에 대해 7주에서 드라이 전기 테스트(dry electrical test)를 통과한다.

[표 7] 세 개의 CM 케이블 샘플의 평균 손실 계수

결론: CM 케이블은 ICEA S-94-649-2004의 파트 10.5.5.3 전기 측정에 대해 드라이 전기 테스트(dry electrical test)를 통과하지 못한다.

비록 본 발명의 특정 바람직한 실시예가 여기에 구체적으로 기재되어 있더라도, 본 발명이 속하는 당업자에게 여기에 도시되고 기재된 다양한 실시예의 변형 및 변화는 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않음이 명백해질 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 적용가능한 법에 의하여 요구되는 범위에 의하여만 제한되는 것으로 의도된다.

Claims

폴리올레핀 폴리머(polyolefin polymer), 영구적 대전 방지제(permanent antistatic agent), 페놀계 항산화제 및 과산화물을 포함하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 영구적 대전 방지제는,
폴리에틸렌-폴리에테르 코폴리머(polyethylene-polyether copolymer), 포타슘 이오노머(potassium ionomer), 에톡실레이티드 아민(ethoxylated amine), 또는 폴리에테르 블럭 이미드(polyether block imide)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 폴리머는,
폴리에틸렌(polyethylene)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 페놀계 항산화제는,
티오디에틸렌 비스(3-(3,5-디-터트-4-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(thiodiethylene bis(3-(3,5-di-tert-4-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 (pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-터트-부틸-4-하이드록시-m-톨릴)-프로피오네이트(ethylenebis(oxyethylene)bis-(3-(5-tert-butyl-4-hydroxy-m-tolyl)-propionate), 또는 4,6-비스(옥틸티오메틸)o-크레졸(4,6-bis(octylthiomethyl)o-cresol)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 과산화물은,
디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 또는 터트-부틸 큐밀 퍼옥사이드(tert-butyl cumyl peroxide)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
적어도 하나의 첨가제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제6항에 있어서,
상기 적어도 하나의 첨가제는,
금속 불활성화제(metal deactivator), 난연제(flame retarder), 분산제(dispersant), 염료(colorant), 안정화제(stabilizer), 및 윤활제(lubricant)로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 조성물.
제7항에 있어서,
상기 안정화제는,
비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)세바케이트(bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)sebacate), 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸(4,6-bis (octylthiomethyl)-o-cresol) 또는 디옥타데실 3,3'-티오디프로피오네이트(dioctadecyl 3,3'- thiodipropionate)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 폴리머는,
전체 조성물의 중량에 대하여 약 90-99%로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 영구적 대전 방지제는,
전체 조성물의 중량에 대하여 약 0.5-5%로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 페놀계 항산화제는,
전체 조성물의 중량에 대하여 약 0.2-1.5%로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 과산화물은,
전체 조성물의 중량에 대하여 약 1.5-2.5%로 존재하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항의 물질로 제조된 커버링과 전도체(conductor)를 포함하는 케이블.
제8항에 있어서,
상기 커버링은,
절연체(insulation) 또는 재킷(jacket)인 것을 특징으로 하는 케이블.
제1항에 있어서,
상기 영구적 대전 방지제는,
폴리에틸렌-폴리에테르 코폴리머(polyethylene- polyether copolymer), 포타슘 이오노머(potassium ionomer), 에톡실레이티드 아민(ethoxylated amine), 또는 폴리에테르 블럭 이미드(polyether block imides)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 폴리올레핀 폴리머는,
폴리에틸렌(polyethylene)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 페놀계 항산화제는,
티오디에틸렌 비스(3-(3,5-디-터트-4-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(thiodiethylene bis(3-(3,5-di-tert-4-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 펜타에리트리톨 테트라키스 (3-(3,5-디-터트-4-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 (pentaerythritol tetrakis(3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate), 에틸렌비스(옥시에틸렌)비스-(3-(5-터트-부틸-4-하이드록시-m-톨릴)-프로피오네이트 (ethylenebis(oxyethylene)bis-(3-(5-tert-butyl-4-hydroxy-m-tolyl)-propionate), 또는 4,6-비스(옥틸티오메틸)o-크레졸(4,6-bis(octylthiomethyl)o-cresol)인 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서,
상기 과산화물은,
디큐밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide) 또는 터트-부틸 큐밀 퍼옥사이드(tert-butyl cumyl peroxide)인 것을 특징으로 하는 조성물.
케이블 제조방법에 있어서,
a. 전도체를 제공하는 단계; 및
b. 상기 전도체를 제1항의 물질로 커버링하는 단계;를 포함하는 케이블 제조방법.
제17항에 있어서,
상기 b 단계는, 절연체 또는 재킷을 제조하기 위하여 사용되는 것을 특징으로 하는 케이블 제조방법.