KR20200067935A

KR20200067935A - 가교성 중합체 조성물, 그의 제조 방법 및 그로부터 제조된 물품

Info

Publication number: KR20200067935A
Application number: KR1020207015986A
Authority: KR
Inventors: 야삔 쑨; 티모씨 제이 퍼슨; 제프리 엠 코겐; 루 주
Original assignee: 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2013-09-11
Publication date: 2020-06-12
Also published as: JP2020196891A; MX2015003230A; KR20150054808A; JP7054404B2; TWI658081B; EP2895540A4; CA2879079A1; BR112015004914A2; CN104812821A; EP2895540A1; MX363920B; WO2014040532A1; US9957405B2; JP2019007013A; BR112015004914B1; JP2015534589A; CN104812821B; WO2014040237A1; US20150203701A1; KR102389079B1

Abstract

에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제를 포함하며, 여기서 폴리알릴 가교 조제 및 유기 퍼옥시드는 폴리알릴 가교 조제의 알릴 함량 및 유기 퍼옥시드의 활성 산소 함량을 기준으로 하여 1.6 이상의 활성 산소에 대한 알릴의 몰비를 제공하기에 충분한 양으로 존재하는 것인 가교성 중합체 조성물에 관한 것이다. 이러한 가교성 중합체 조성물은 코팅된 전도체를 형성하는데 사용될 수 있다.

Description

가교성 중합체 조성물, 그의 제조 방법 및 그로부터 제조된 물품 {CROSS-LINKABLE POLYMERIC COMPOSITIONS, METHODS FOR MAKING THE SAME, AND ARTICLES MADE THEREFROM}

<관련 출원의 참조>

본원은 2012년 9월 12일에 출원된 국제 출원 PCT/CN2012/081275의 이익을 청구한다.

본 발명의 다양한 실시양태는 가교성 중합체 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 다른 측면은 가교된 에틸렌계 중합체 조성물에 관한 것이다.

중, 고 및 초고 전압 ("MV", "HV" 및 "EHV") 케이블은 전형적으로 절연 층으로서 퍼옥시드 가교된 에틸렌계 중합체 물질을 함유한다. 가교가 상기 물질의 열기계적 특성에서 가치있는 개선을 제공하나, 가교를 위해 사용되는 퍼옥시드는 (예를 들어, 탈기에 의해) 절연 층으로 형성된 후에 그러나 재킷 층이 상기 절연 층 상에 위치하기 전에 물질로부터 제거될 필요가 있는 부산물을 생성한다. 디쿠밀 퍼옥시드의 경우에, 이러한 부산물은 메탄, 아세토페논, 알파 메틸스티렌, 및 쿠밀 알콜을 포함한다. 부산물의 양을 감소시키기 위해, 가교 조제의 사용이 조사되었으며, 이는 가교를 위해 사용되는 퍼옥시드의 양을 낮추기 위해 사용될 수 있다. 이러한 가교 조제에서의 발전이 달성되었으나, 여전히 개선이 요망된다.

한 실시양태는

에틸렌계 중합체;

유기 퍼옥시드; 및

폴리알릴 가교 조제

를 포함하며, 여기서 상기 폴리알릴 가교 조제 및 상기 유기 퍼옥시드는 상기 폴리알릴 가교 조제의 알릴 함량 및 상기 유기 퍼옥시드의 활성 산소 함량을 기준으로 하여 1.6 이상의 활성 산소에 대한 알릴의 몰비를 제공하기에 충분한 양으로 존재하는 것인 가교성 중합체 조성물이다.

또 다른 실시양태는

(a) 전도체를, 에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제를 포함하는 가교성 중합체 조성물로 코팅하는 단계; 및

(b) 상기 가교성 중합체 조성물의 적어도 일부를 경화시키거나 또는 경화되도록 하여, 가교된 중합체 코팅을 형성하는 단계

를 포함하며, 여기서 상기 폴리알릴 가교 조제 및 상기 유기 퍼옥시드는 상기 가교성 중합체 조성물 중에 상기 폴리알릴 가교 조제의 알릴 함량 및 상기 유기 퍼옥시드의 활성 산소 함량을 기준으로 하여 1.6 이상의 활성 산소에 대한 알릴의 몰비를 제공하기에 충분한 양으로 존재하는 것인, 코팅된 전도체를 제조하는 방법이다.

하기 첨부 도면을 참조한다:
도 1은 퍼옥시드-가교된 폴리에틸렌에 대한 스코치 시간과 가교 밀도 사이의 관계를 결정하기 위해 사용된 180℃에서의 MH-ML 대 140℃에서의 ts1'의 플롯이다.

본 발명의 다양한 실시양태는 에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제를 포함하는 가교성 중합체 조성물에 관한 것이다. 추가의 실시양태는 이러한 가교성 중합체 조성물로부터 제조된 가교된 중합체 조성물에 관한 것이다. 추가의 실시양태는 가교성 중합체 조성물을 사용하여 코팅된 전도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

가교성 중합체 조성물

상기 언급된 바와 같이, 본원에 기재된 중합체 조성물의 한 성분은 에틸렌계 중합체이다. 본원에 사용된 "에틸렌계" 중합체는 주요 (즉, 50 중량 퍼센트 ("중량%") 초과) 단량체 성분으로서의 에틸렌 단량체로부터 제조되나, 다른 공단량체가 또한 사용될 수 있는 중합체이다. "중합체"는 동일하거나 상이한 유형의 단량체를 반응 (즉, 중합)시킴으로써 제조된 거대분자 화합물을 의미하고, 단독중합체 및 혼성중합체를 포함한다. "혼성중합체"는 2종 이상의 상이한 단량체 유형의 중합에 의해 제조된 중합체를 의미한다. 이러한 일반적 용어는 공중합체 (통상적으로 2종의 상이한 단량체 유형으로부터 제조된 중합체를 지칭하기 위해 사용됨), 및 2종 초과의 상이한 단량체 유형으로부터 제조된 중합체 (예를 들어, 삼원공중합체 (3종의 상이한 단량체 유형) 및 사원공중합체 (4종의 상이한 단량체 유형))를 포함한다.

다양한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 에틸렌 단독중합체일 수 있다. 본원에 사용된 "단독중합체"는 단일 단량체 유형으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 중합체를 의미하나, 단독중합체의 제조에 사용되는 잔류량의 다른 성분, 예컨대 사슬 이동제를 배제하지는 않는다.

한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 전체 혼성중합체 중량을 기준으로 하여 1 중량% 이상, 5 중량% 이상, 10 중량% 이상, 15 중량% 이상, 20 중량% 이상, 또는 25 중량% 이상의 α-올레핀 함량을 갖는 에틸렌/알파-올레핀 ("α-올레핀") 혼성중합체일 수 있다. 이러한 혼성중합체는 혼성중합체의 중량을 기준으로 하여 50 중량% 미만, 45 중량% 미만, 40 중량% 미만, 또는 35 중량% 미만의 α-올레핀 함량을 가질 수 있다. α-올레핀이 사용되는 경우, α-올레핀은 C_3-20 (즉, 3 내지 20개의 탄소 원자를 가짐) 선형, 분지형 또는 시클릭 α-올레핀일 수 있다. C_3-20 α-올레핀의 예는 프로펜, 1-부텐, 4-메틸-1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐, 1-데센, 1-도데센, 1-테트라데센, 1-헥사데센 및 1-옥타데센을 포함한다. α-올레핀은 α-올레핀, 예컨대 3-시클로헥실-1-프로펜 (알릴 시클로헥산) 및 비닐 시클로헥산을 생성하는 시클릭 구조, 예컨대 시클로헥산 또는 시클로펜탄을 또한 가질 수 있다. 예시적인 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/부텐, 에틸렌/1-헥센, 에틸렌/1-옥텐, 에틸렌/스티렌, 에틸렌/프로필렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/부텐, 에틸렌/부텐/1-옥텐 및 에틸렌/부텐/스티렌을 포함한다.

다양한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 단독으로 또는 1종 이상의 다른 유형의 에틸렌계 중합체와 조합되어 (예를 들어, 단량체 조성 및 함량, 촉매적 제조 방법 등에 있어서 서로 상이한 2종 이상의 에틸렌계 중합체의 블렌드) 사용될 수 있다. 에틸렌계 중합체의 블렌드가 사용되는 경우, 중합체는 임의의 반응기내 또는 반응기후 공정에 의해 블렌딩될 수 있다.

다양한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 저밀도 폴리에틸렌 ("LDPE"), 선형-저밀도 폴리에틸렌 ("LLDPE"), 초저밀도 폴리에틸렌 ("VLDPE") 및 그의 2종 이상의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.

한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 LDPE일 수 있다. LDPE는 일반적으로 고분지형 에틸렌 단독중합체이고, 고압 공정을 통해 제조될 수 있다 (즉, HP-LDPE). 본원에서 사용하기에 적합한 LDPE는 0.91 내지 0.94 범위의 밀도를 가질 수 있다. 다양한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 0.915 g/cm³ 이상, 0.94 g/cm³ 미만 또는 0.93 g/cm³ 미만의 밀도를 갖는 고압 LDPE이다. 본원에 제공된 중합체 밀도는 미국 재료 시험 협회 ("ASTM") 방법 D792에 따라 결정된다. 본원에서 사용하기에 적합한 LDPE는 20 g/10분 미만, 또는 0.1 내지 10 g/10분, 0.5 내지 5 g/10분, 1 내지 3 g/10분 범위의 용융 지수 (I₂), 또는 2 g/10분의 I₂를 가질 수 있다. 본원에 제공된 용융 지수는 ASTM 방법 D1238에 따라 결정된다. 달리 언급되지 않는 한, 용융 지수는 190℃ 및 2.16 Kg에서 결정된다 (I₂로도 공지됨). 일반적으로, LDPE는 높은 다분산 지수 ("PDI"; 수평균 분자량에 대한 중량평균 분자량의 비)를 생성하는 넓은 분자량 분포 ("MWD")를 갖는다.

한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 LLDPE일 수 있다. LLDPE는 일반적으로 불균일한 분포의 공단량체 (예를 들어, α-올레핀 단량체)를 갖는 에틸렌계 중합체이며, 단쇄 분지화를 특징으로 한다. 예를 들어, LLDPE는 에틸렌 및 상기 기재된 것과 같은 α-올레핀 단량체의 공중합체일 수 있다. 본원에서 사용하기에 적합한 LLDPE는 0.916 내지 0.925 g/cm³ 범위의 밀도를 가질 수 있다. 본원에서 사용하기에 적합한 LLDPE는 1 내지 20 g/10분, 또는 3 내지 8 g/10분 범위의 용융 지수 (I₂)를 가질 수 있다.

한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 VLDPE일 수 있다. VLDPE는 초저밀도 폴리에틸렌 또는 ULDPE로서 관련 기술분야에서 또한 공지될 수 있다. VLDPE는 일반적으로 불균일한 분포의 공단량체 (예를 들어, α-올레핀 단량체)를 갖는 에틸렌계 중합체이며, 단쇄 분지화를 특징으로 한다. 예를 들어, VLDPE는 에틸렌 및 α-올레핀 단량체, 예컨대 상기 기재된 α-올레핀 단량체 중 1종 이상의 공중합체일 수 있다. 본원에서 사용하기에 적합한 VLDPE는 0.87 내지 0.915 g/cm³ 범위의 밀도를 가질 수 있다. 본원에서 사용하기에 적합한 VLDPE는 0.1 내지 20 g/10분, 또는 0.3 내지 5 g/10분 범위의 용융 지수 (I₂)를 가질 수 있다.

한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 상기 기재된 에틸렌계 중합체 중 임의의 2종 이상의 조합을 포함할 수 있다.

에틸렌계 중합체의 제조를 위해 사용되는 제조 방법은 광범위하고 다양하고 관련 기술분야에 공지되어 있다. 상기 기재된 특성을 갖는 에틸렌계 중합체의 제조를 위한 임의의 통상적인 또는 하기 발견되는 제조 방법이 본원에 기재된 에틸렌계 중합체를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 일반적으로, 중합은 지글러-나타(Ziegler-Natta) 또는 카민스키-신(Kaminsky-Sinn) 유형 중합 반응에 대해 관련 기술분야에 공지된 조건에서, 즉 0 내지 250℃, 또는 30 또는 200℃의 온도, 및 대기압 내지 10,000 기압 (1,013 메가파스칼 ("MPa"))의 압력에서 달성될 수 있다. 대부분의 중합 반응에서, 사용되는 촉매 대 중합성 화합물의 몰비는 10^-12:1 내지 10^-1:1, 또는 10^-9:1 내지 10^-5:1이다.

상기 언급된 바와 같이, 상기 기재된 에틸렌계 중합체는 유기 퍼옥시드와 조합된다. 본원에 사용된 "유기 퍼옥시드"는 구조: R¹-O-O-R² 또는 R¹-O-O-R-O-O-R²를 갖는 퍼옥시드를 의미하며, 여기서 R¹ 및 R²는 각각 히드로카르빌 모이어티이고, R은 히드로카르빌렌 모이어티이다. 본원에 사용된 용어 "히드로카르빌"은 탄화수소로부터 수소 원자를 제거함으로써 형성된 1가 기 (예를 들어, 에틸, 페닐)를 의미한다. 본원에 사용된 용어 "히드로카르빌렌"은 탄화수소로부터 2개의 수소 원자를 제거함으로써 형성된 2가 기를 의미한다. 유기 퍼옥시드는 동일하거나 상이한 알킬, 아릴, 알크아릴 또는 아르알킬 모이어티를 갖는 임의의 디알킬, 디아릴, 디알크아릴 또는 디아르알킬 퍼옥시드일 수 있다. 한 실시양태에서, R¹ 및 R²는 각각 독립적으로 C₁ 내지 C₂₀ 또는 C₁ 내지 C₁₂ 알킬, 아릴, 알크아릴 또는 아르알킬 모이어티이다. 한 실시양태에서, R은 C₁ 내지 C₂₀ 또는 C₁ 내지 C₁₂ 알킬렌, 아릴렌, 알크아릴렌 또는 아르알킬렌 모이어티일 수 있다. 다양한 실시양태에서, R, R¹ 및 R²는 동일하거나 상이한 개수의 탄소 원자를 가질 수 있거나, 또는 R, R¹ 및 R² 중 임의의 2개는 동일한 개수의 탄소 원자를 가지며 세번째 것은 상이한 개수의 탄소 원자를 가질 수 있다.

본원에서 사용하기에 적합한 유기 퍼옥시드는 일관능성 퍼옥시드 및 이관능성 퍼옥시드를 포함한다. 본원에 사용된 "일관능성 퍼옥시드"는 단일 쌍의 공유 결합된 산소 원자를 갖는 (예를 들어, 구조 R-O-O-R을 갖는) 퍼옥시드를 의미한다. 본원에 사용된 "이관능성 퍼옥시드"는 두 쌍의 공유 결합된 산소 원자를 갖는 (예를 들어, 구조 R-O-O-R-O-O-R을 갖는) 퍼옥시드를 의미한다. 한 실시양태에서, 유기 퍼옥시드는 일관능성 퍼옥시드이다.

예시적인 유기 퍼옥시드는 디쿠밀 퍼옥시드 ("DCP"), tert-부틸 퍼옥시벤조에이트, 디-tert-아밀 퍼옥시드 ("DTAP"), 비스(t-부틸-퍼옥시 이소프로필) 벤젠 ("BIPB"), 이소프로필쿠밀 t-부틸 퍼옥시드, t-부틸쿠밀퍼옥시드, 디-t-부틸 퍼옥시드, 2,5-비스(t-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산, 2,5-비스(t-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥신-3, 1,1-비스(t-부틸퍼옥시)3,3,5-트리메틸시클로헥산, 이소프로필쿠밀 쿠밀퍼옥시드, 부틸 4,4-디(tert-부틸퍼옥시)발레레이트, 디(이소프로필쿠밀) 퍼옥시드 및 그의 2종 이상의 혼합물을 포함한다. 다양한 실시양태에서, 단지 단일 유형의 유기 퍼옥시드를 사용한다. 한 실시양태에서, 유기 퍼옥시드는 디쿠밀 퍼옥시드이다.

상기 언급된 바와 같이, 가교성 중합체 조성물은 폴리알릴 가교 조제를 추가로 포함한다. 본원에 사용된 "폴리알릴"은 2개 이상의 펜던트 알릴 관능기를 갖는 화합물을 의미한다. 다양한 실시양태에서, 가교 조제는 트리알릴 화합물이다. 특정한 실시양태에서, 가교 조제는 트리알릴 이소시아누레이트 ("TAIC"), 트리알릴 시아누레이트 ("TAC"), 트리알릴 트리멜리테이트 ("TATM") 및 그의 2종 이상의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 한 실시양태에서, 가교 조제는 TAIC이다.

다양한 실시양태에서, 폴리알릴 가교 조제는 가교성 중합체 조성물 중에 존재하는 모든 또는 실질적으로 모든 가교 조제를 구성한다. 일부 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 니트록시드 화합물 (예를 들어, (2,2,6,6-테트라메틸피페리딘-1-일)옥실 또는 "TEMPO")을 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않는다. 본원에 사용된 "실질적으로 함유하지 않는"은 가교성 중합체 조성물의 전체 중량을 기준으로 하여 10 중량 백만분율 미만의 농도를 의미한다. 하나 이상의 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 비닐-관능성 에스테르를 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않는다. 다양한 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 아크릴레이트 화합물을 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않는다. 하나 이상의 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 디-비닐 스티렌 화합물을 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않는다. 다양한 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 알카디엔, 알카트리엔 및/또는 알카테트라엔 화합물을 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않는다.

다양한 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 에틸렌계 중합체를, 전체 가교성 중합체 조성물 중량을 기준으로 하여 50 내지 98.9 중량%, 80 내지 98.9 중량%, 90 내지 98.9 중량%, 또는 95 내지 98.9 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 특정한 실시양태에서, 에틸렌계 중합체는 에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제의 합한 중량을 기준으로 하여 95.6 내지 99.6 중량%, 또는 97.5 내지 98.5 중량% 범위의 농도로 존재한다. 추가로, 가교성 중합체 조성물은 유기 퍼옥시드를, 에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제의 합한 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 1.4 중량%, 0.4 내지 1.4 중량%, 0.4 내지 1.2 중량%, 0.5 내지 1.0 중량%, 또는 0.7 내지 1.0 중량% 미만 범위의 양으로 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 유기 퍼옥시드는 가교성 중합체 조성물 중에 에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제의 합한 중량을 기준으로 하여 1.4 중량% 미만, 또는 1.0 중량% 미만의 양으로 존재한다. 더욱이, 가교성 중합체 조성물은 폴리알릴 가교 조제를, 에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제의 합한 중량을 기준으로 하여 0.5 내지 3 중량%, 0.7 내지 3 중량%, 1.0 내지 3 중량%, 또는 1.5 내지 3 중량% 범위의 양으로 포함할 수 있다. 한 실시양태에서, 폴리알릴 가교 조제는 가교성 중합체 조성물 중에 에틸렌계 중합체, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제의 합한 중량을 기준으로 하여 0.5 중량% 이상, 0.85 중량% 이상, 또는 1 중량% 이상의 양으로 존재한다.

다양한 실시양태에서, 폴리알릴 가교 조제 및 유기 퍼옥시드는 1.0 이상, 1.2 이상, 1.5 이상, 또는 2.0 이상, 및 10.0 이하의 가교 조제 / 유기 퍼옥시드의 중량비로 존재한다.

다양한 실시양태에서, 폴리알릴 가교 조제 및 유기 퍼옥시드는 1.6 이상, 1.9 이상, 2.5 이상, 또는 3.0 이상, 및 5 이하, 7.5 이하, 10 이하, 12 이하, 또는 16 이하의 알릴 기 / 활성 산소 원자의 활성 산소 원자에 대한 알릴 기의 몰비를 달성하기에 충분한 양으로 존재한다. 이러한 비를 결정하는데 있어서, 유기 퍼옥시드 내에 2개의 공유 결합된 산소 원자 중 1개로서 존재하는 산소 원자만이 "활성 산소 원자"로 간주된다. 예를 들어, 일관능성 퍼옥시드는 2개의 활성 산소 원자를 갖는다. 또 다른 산소 원자에 공유 결합되지 않은 유기 퍼옥시드 또는 폴리알릴 가교 조제 내에 존재하는 산소 원자는 활성 산소 원자로 간주되지 않는다. 추가로, 폴리알릴 가교 조제 상에서 발견되는 펜던트 알릴 기만이 알릴 기 / 활성 산소 원자의 몰비에 포함된다. 활성 산소에 대한 알릴의 몰비는 다음과 같이 계산된다.

가교성 중합체 조성물은 가공 보조제, 충전제, 커플링제, 자외선 흡수제 또는 안정화제, 대전방지제, 기핵제, 슬립제, 가소제, 윤활제, 점도 조절제, 점착제, 블로킹방지제, 계면활성제, 증량제 오일, 산 스캐빈저, 난연제 및 금속 탈활성화제를 포함하나 이에 제한되지는 않는 다른 첨가제를 또한 함유할 수 있다. 충전제 이외의 첨가제는 전형적으로 총 조성물 중량을 기준으로 하여 0.01 중량% 또는 그보다 적은 중량%에서 10 중량% 또는 그보다 많은 중량%까지의 범위의 양으로 사용된다. 충전제는 일반적으로 더 많은 양으로 첨가되며, 그 양은 총 조성물 중량을 기준으로 하여 최소 0.01 중량% 또는 그보다 적은 중량%에서 65 중량% 또는 그보다 많은 중량%까지의 범위일 수 있다. 충전제의 예시적인 예는 점토, 침강 실리카 및 실리케이트, 퓸드 실리카, 탄산칼슘, 분쇄 미네랄, 삼수산화알루미늄, 수산화마그네슘 및 카본 블랙을 포함하며, 이는 15 나노미터 초과의 전형적인 산술 평균 입자 크기를 갖는다.

추가로, 산화방지제가 가교성 중합체 조성물과 함께 사용될 수 있다. 예시적인 산화방지제는 장애 페놀 (예를 들어, 테트라키스 [메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-히드록시히드로신나메이트)] 메탄), 포스파이트 및 포스포나이트 (예를 들어, 트리스 (2,4-디-t-부틸페닐) 포스페이트), 티오 화합물 (예를 들어, 디라우릴티오디프로피오네이트), 다양한 실록산, 및 다양한 아민 (예를 들어, 중합된 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린)을 포함한다. 산화방지제는 가교성 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 0.1 내지 5 중량%의 양으로 사용될 수 있다. 하기 논의되는 와이어 및 케이블 조성물의 형성에서, 산화방지제는 전형적으로 최종 물품의 가공 전에 (즉, 압출 및 가교 전에) 시스템에 첨가된다.

다양한 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 스코치 방지제를 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 예를 들어, 가교성 중합체 조성물은 α-토코페롤을 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않을 수 있다.

다양한 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 폴리알킬렌 글리콜을 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 다양한 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 엘라스토머 중합체를 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않을 수 있다. 다양한 실시양태에서, 가교성 중합체 조성물은 카르복실산/에스테르-개질된 중합체 (예를 들어, 에틸렌/에틸 아크릴레이트 공중합체)를 함유하지 않거나 실질적으로 함유하지 않을 수 있다.

가교성 중합체 조성물의 제조는 상기 기재된 성분을 컴파운딩하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴파운딩은 (1) 모든 성분을 에틸렌계 중합체 중에 컴파운딩하거나, 또는 (2) 하기 기재된 바와 같이 침지된 유기 퍼옥시드를 제외한 모든 성분을 컴파운딩함으로써 수행될 수 있다. 가교성 중합체 조성물의 컴파운딩은 통상의 기술자에게 공지된 표준 장비에 의해 수행될 수 있다. 컴파운딩 장비의 예는 내부 배치 혼합기, 예컨대 브라벤더(Brabender)™, 밴버리(Banbury)™ 또는 볼링(Bolling)™ 혼합기이다. 별법으로, 연속식 단축 또는 이축 혼합기, 예컨대 파렐(Farrel)™ 연속식 혼합기, 베르너 앤드 플라이더러(Werner and Pfleiderer)™ 이축 혼합기, 또는 부쓰(Buss)™ 혼련 연속식 압출기가 사용될 수 있다. 컴파운딩은 에틸렌계 중합체의 용융 온도 초과 및 에틸렌계 중합체가 열화되기 시작하는 온도 이하의 온도에서 수행될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 컴파운딩은 100 내지 200℃, 또는 110 내지 150℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 다양한 실시양태에서, 유기 퍼옥시드를 에틸렌계 중합체 중에 침지시키는 것은 30 내지 100℃, 50 내지 90℃, 또는 60 내지 80℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다.

별법으로, 하나 이상의 실시양태에서, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제를 에틸렌계 중합체 중에 동시에 또는 순차적으로 침지시킬 수 있다. 한 실시양태에서, 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제를 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제의 용융 온도 중 어느 것이든 더 높은 온도를 초과하는 온도에서 예비혼합한 후, 에틸렌계 중합체를 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제의 생성된 혼합물 중에 30 내지 100℃, 50 내지 90℃, 또는 60 내지 80℃ 범위의 온도에서, 1 내지 168시간, 1 내지 24시간, 또는 3 내지 12시간 범위의 기간 동안 침지시킬 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 에틸렌계 열가소성 중합체를 유기 퍼옥시드 중에 30 내지 100℃, 50 내지 90℃, 또는 60 내지 80℃ 범위의 온도에서, 1 내지 168시간, 1 내지 24시간, 또는 3 내지 12시간 범위의 기간 동안 침지시킨 후, 에틸렌계 중합체를 폴리알릴 가교 조제 중에 30 내지 100℃, 50 내지 90℃, 또는 60 내지 80℃ 범위의 온도에서, 1 내지 168시간, 1 내지 24시간, 또는 3 내지 12시간 범위의 기간 동안 침지시킬 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 에틸렌계 중합체를 폴리알릴 가교 조제 중에 30 내지 100℃, 50 내지 90℃, 또는 60 내지 80℃ 범위의 온도에서, 1 내지 168시간, 1 내지 24시간, 또는 3 내지 12시간 범위의 기간 동안 침지시킨 후, 에틸렌계 중합체를 유기 퍼옥시드 중에 30 내지 100℃, 50 내지 90℃, 또는 60 내지 80℃ 범위의 온도에서, 1 내지 168시간, 1 내지 24시간, 또는 3 내지 12시간 범위의 기간 동안 침지시킬 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 에틸렌계 중합체를 예비혼합 없이 유기 퍼옥시드 및 폴리알릴 가교 조제 중에 30 내지 100℃, 50 내지 90℃, 또는 60 내지 80℃ 범위의 온도에서, 1 내지 168시간, 1 내지 24시간, 또는 3 내지 12시간 범위의 기간 동안 침지시킬 수 있다.

가교된 중합체 조성물

상기 기재된 가교성 중합체 조성물은 가교된 에틸렌계 중합체를 형성하기 위해 경화되거나 경화되도록 할 수 있다. 이러한 경화는 가교성 중합체 조성물을, 175 내지 260℃ 범위의 온도로 유지될 수 있는 가열 경화 구역 내에서 승온으로 처리함으로써 수행될 수 있다. 가열 경화 구역은 가압 스팀에 의해 가열되거나 또는 가압 질소 가스에 의해 유도 가열될 수 있다. 그 후, 가교된 중합체 조성물은 (예를 들어, 주변 온도로) 냉각될 수 있다.

가교 공정은 가교된 중합체 조성물 중에 휘발성 분해 부산물을 생성시킬 수 있다. 용어 "휘발성 분해 생성물"은 유기 퍼옥시드의 개시에 의해 경화 단계 동안 및 가능하게는 냉각 단계 동안 형성된 분해 생성물을 의미한다. 이러한 부산물은 알칸, 예컨대 메탄을 포함할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 가교된 중합체 조성물은 초기에 (즉, 하기 기재된 탈기 전에) 메탄을, 전체 가교된 중합체 조성물 중량을 기준으로 하여 860 백만분율 ("ppm") 이하, 750 ppm 이하, 700 ppm 이하, 또는 650 ppm 이하, 600 ppm 이하, 550 ppm 이하, 500 ppm 이하, 450 ppm 이하, 또는 400 ppm 이하의 최대량으로 포함한다.

가교 후, 가교된 중합체 조성물은 휘발성 분해 부산물의 적어도 일부를 제거하기 위해 탈기를 겪을 수 있다. 탈기는 탈기 온도, 탈기 압력에서, 및 탈기 기간 동안 수행되어 탈기된 중합체 조성물을 생성할 수 있다. 다양한 실시양태에서, 탈기 온도는 50 내지 150℃, 또는 60 내지 80℃ 범위일 수 있다. 한 실시양태에서, 탈기 온도는 65 내지 75℃이다. 탈기는 표준 대기압 (즉, 101,325 Pa)하에 수행될 수 있다.

가교된 중합체 조성물에서의 가교 정도는 ASTM D5289에 따라 180℃에서 이동 다이 레오미터 ("MDR") 상에서 분석을 통해 결정될 수 있다. 분석시에, 최대 토크 ("MH")와 최소 토크 ("ML") 사이의 차 ("MH-ML")에 의해 나타내어진 토크에 있어서의 증가는 더 큰 가교도의 지표이다. 생성된 가교된 중합체 조성물은 6 dN·m의 실제 상한과 함께, 2.5 dN·m 이상, 2.75 dN·m 이상, 3 dN·m 이상, 3.25 dN·m 이상, 3.5 dN·m 이상, 또는 3.75 dN·m 이상의 MH-ML을 가질 수 있다. 한 실시양태에서, 가교된 중합체 조성물은 2.5 내지 6 dN·m, 2.75 내지 6 dN·m, 3 내지 6 dN·m, 3.25 내지 6 dN·m, 3.5 내지 6 dN·m, 또는 3.75 내지 6 dN·m 범위의 MH-ML을 가질 수 있다.

다양한 실시양태에서, 가교된 중합체 조성물은 10 이상, 11 이상, 12 이상, 15 이상, 또는 20 이상, 및 25 이하, 30 이하, 40 이하, 50 이하, 60 이하, 또는 70 이하의 스코치 개선 ("SI")을 가질 수 있다. 스코치 개선은 하기 시험 방법 섹션에 기재된 절차에 따라 결정된다.

코팅된 전도체

전도체 및 절연 층을 포함하는 케이블은 상기 기재된 가교성 중합체 조성물을 사용하여 제조될 수 있다. "케이블" 및 "전력 케이블"은 외피, 예를 들어 절연 피복 또는 보호 외부 재킷 내의 하나 이상의 와이어 또는 광섬유를 의미한다. 전형적으로, 케이블은 전형적으로 공통의 절연 피복 및/또는 보호 재킷 내에 함께 결합된 둘 이상의 와이어 또는 광섬유이다. 외피 내부의 개별 와이어 또는 섬유는 노출되거나, 피복되거나 또는 절연될 수 있다. 조합 케이블은 전기 와이어 및 광섬유 둘 다를 함유할 수 있다. 전형적인 케이블 디자인은 USP 5,246,783, 6,496,629 및 6,714,707에 예시되어 있다. "전도체"는 열, 빛 및/또는 전기를 전도하기 위한 하나 이상의 와이어(들) 또는 섬유(들)를 의미한다. 전도체는 단일-와이어/섬유 또는 다중-와이어/섬유일 수 있고, 스트랜드 형태 또는 관 형태일 수 있다. 적합한 전도체의 비제한적인 예는 금속, 예컨대 은, 금, 구리, 탄소 및 알루미늄을 포함한다. 전도체는 또한 유리 또는 플라스틱으로 제조된 광섬유일 수 있다.

이러한 케이블은 다양한 유형의 압출기 (예를 들어, 단축 또는 이축 유형)를 사용하여 가교성 중합체 조성물을 전도체 상에 직접 또는 중재 층 상에 압출시킴으로써 제조될 수 있다. 통상의 압출기에 대한 기재내용은 USP 4,857,600에서 발견할 수 있다. 공압출 및 이에 따른 압출기의 예는 USP 5,575,965에서 발견할 수 있다.

압출 후, 압출된 케이블은 가교성 중합체 조성물의 가교를 보조하는 압출 다이의 가열 경화 구역 하류으로 통과하고, 이에 따라 가교된 중합체 조성물을 생성할 수 있다. 가열 경화 구역은 175 내지 260℃ 범위의 온도로 유지될 수 있다. 한 실시양태에서, 가열 경화 구역은 연속식 가황 ("CV") 튜브이다. 다양한 실시양태에서, 이어서 가교된 중합체 조성물은 상기 논의된 바와 같이 냉각되고 탈기될 수 있다.

본 개시내용에 따라 제조된 교류 케이블은 저 전압, 중 전압, 고 전압 또는 초고 전압 케이블일 수 있다. 추가로, 본 개시내용에 따라 제조된 직류 케이블은 고 또는 초고 전압 케이블을 포함한다.

시험 방법

실시예 1-6에 대한 샘플 제조

실시예 1-6에 대해, 산화방지제 (~0.36 중량%)를 함유하는 폴리에틸렌 ("PE") 펠렛을 30 rpm의 회전자 속도를 갖는 130℃의 브라벤더 혼합기로 공급하고, PE가 용융되면 가교 조제를 예비혼합하였다. 가교 조제의 첨가 후 혼합 시간은 5분이었다. 생성된 화합물을 90℃의 오븐에서 1시간 동안 가열하고, 이어서 120℃의 2 롤 밀로 공급하였다. PE가 용융되면, 퍼옥시드를 첨가한 후, 12 rpm의 롤 속도 및 0.6 mm의 롤 거리에서 4분 동안 혼합하였다. 사용된 PE는 0.92 g/cm³의 밀도, 및 2 g/10분의 용융 지수 (I₂)를 갖는 다우 케미칼 캄파니(Dow Chemical Company) (미국 미시간주 미들랜드)로부터 입수가능한 DFDA-4850NT였다. 사용된 산화방지제는 사이텍 인더스트리즈(Cytec Industries) (미국 뉴저지주 우드랜드 파크)로부터 입수가능한 DFDA-4850에서 이미 블렌딩된 시아녹스(Cyanox) 2212였다. 사용된 퍼옥시드는 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich) (미국 미주리주 세인트 루이스)로부터 입수가능한 디쿠밀 퍼옥시드 ("DCP")였다. 가교 조제는 하기 기재되어 있다.

압축 성형

랩 테크(Lab Tech) LP-S-50/ASTM 실험용 유압 프레스를 사용하여, 2개의 폴리에틸렌 테레프탈레이트 ("PET") 막에 의해 대향 측면 상에 피복된 샘플을 130℃의 주형 내에서 5분 동안 예비가열하였다. 플레이트를 8회 개방 및 폐쇄함으로써 샘플 내에 포획된 공기를 방출시켰다. 플레이트 온도를 5분에 걸쳐 182℃로 증가시켰다. 샘플을 100 kN의 압력 하에 15분 동안 경화시켰다. 플레이트 온도를 5분에 걸쳐 45℃로 감소시켰다.

이동 다이 레오미터

이동 다이 레오미터 ("MDR") 시험을 ASTM D5289에 기재된 방법에 따라 180℃에서 알파 테크놀로지스(Alpha Technologies) MDR 2000 상에서 2-롤 밀에 의해 제조된 시트 또는 침지된 펠렛으로부터 절단된 샘플을 사용하여 수행하였다.

기계적 (인장) 특성

기계적 특성을 ASTM D638에 따라 인스트론(Instron) 모델 5565 인장 시험기 상에서 압축-성형된 경화된 샘플을 사용하여 결정하였다.

전기적 특성

유전 상수 및 손실 계수를 ASTM D150에 따라 하기 명시된 바와 같이 50 또는 60 Hz, 및 1 kV에서 1-mm 판 상에서 압축-성형된 경화된 샘플을 사용하여 결정하였다.

스코치 개선

DCP 및 폴리알릴 가교 조제 둘 다를 사용하여 제조된 샘플 X의 스코치 개선을 하기 식을 사용하여 계산하였다:

SI = 140℃에서의 ts1 - 140℃에서의 ts1'

상기 식에서, SI는 스코치 개선이고, 140℃에서의 ts1은 140℃에서 MDR에 의해 측정된 샘플 X의 스코치 시간이고, 140℃에서의 ts1'는 샘플 X와 동일한 제형을 갖지만 가교 조제를 갖지 않는 이론적인 샘플의 예측되는 스코치 시간이며, 여기서 예측은 샘플 X의 가교 (MH-ML) 밀도를 기준으로 한다. 예측되는 스코치 시간은 하기 식 (1)에 따라 계산하였다:

140℃에서의 ts1' = -7.97 + (167.91/(180℃에서의 MH-ML))

상기 식에서, 180℃에서의 MH-ML은 180℃에서 MDR을 통해 측정된 샘플 X의 가교 밀도이다. 식 (1)은 폴리에틸렌 및 디쿠밀 퍼옥시드 단독 (즉, 가교 조제 없음)으로 제조된 8개의 샘플의 비교를 기준으로 결정되어, 가교 조제를 갖지 않는 샘플에 대한 스코치 시간과 가교 밀도 (MH-ML) 사이의 관계를 결정한다. 샘플은 하기 표 1에서의 제형에 따라 상기 샘플 제조 섹션에 기재된 바와 같이 제조하고, 상기 제공된 방법에 따라 MDR을 통해 분석하였다:

<표 1> 스코치 개선 식 (1) 결정 샘플

180℃에서의 MH-ML 대 140℃에서의 ts1을 사용하여 표 1에 제공된 데이터를 플로팅하여 식 (1)을 수득하였다. JMP™ 통계적 발견 소프트웨어를 사용하여 표 1에서의 데이터를 적합화하여 식 (1)에 도달하였다. 140℃에서의 MH-ML과 ts1 사이의 관계는 역수였다 (적어도 DCP 로딩의 통상적인 범위 내에서). 따라서, MH-ML을 그의 역수 형태, 1/(MH-ML)로 먼저 변환하고, 이어서 140℃에서의 ts1과 1/(MH-ML) 사이의 선을 적합화하였다. 이는 140℃에서의 ts1과 MH-ML 사이의 방정식 (식 (1))을 제공하였다. JMP™ 통계적 발견 소프트웨어에서 식 (1)을 생성하기 위해 사용된 단계는 하기 열거되어 있다:

1. 분석/Y를 X에 의해 적합화를 클릭하는 단계;

2. MH-ML을 X, 인수로, 및 140℃에서의 ts1을 Y, 반응으로 픽업하는 단계;

3. 상부 좌측 적색 삼각형을 클릭하고, "특별히 적합화"를 선택하는 단계;

4. X 변환 칼럼에서 역수: 1/x를 선택하고, OK 버튼을 클릭하는 단계.

이러한 분석의 결과는 도 1에 제공되어 있다.

스코치 개선에 대한 값에 관하여, 음의 SI는 스코치방지 특성의 악화를 나타내며, 양의 SI는 개선된 스코치방지 특성을 나타내며, 더 높은 양의 SI 값이 우수한 최종 사용 성능을 위해 바람직하다.

메탄 함량 (헤드스페이스 기체 크로마토그래피를 통한 다중 헤드스페이스 추출)

다중 헤드스페이스 추출 ("MHE")을 하기 조건을 사용하여 헤드스페이스 기체 크로마토그래피 ("HSGC")를 사용하여 수행하였다:

기기

기체 크로마토그래프 애질런트(Agilent) 6890

주입 포트 분할/비분할

칼럼 DB-5MS, 30 m x 0.32 mm x 1.0 mm

검출기 FID

샘플 도입 G1888

데이터 수집 켐스테이션(ChemStation)

G1888 헤드스페이스 조건

GC 사이클 시간 60분

오븐 온도 150℃

루프 온도 160℃

이송 라인 온도 170℃

바이알 평형 시간 60분

휘저음 속도 오프

루프 충전 시간 0.20분

루프 평형 시간 0.05분

주입 시간 0.50분

가압 시간 0.50분

진행 기능 멀티 HS EXT 온; 바이알당 5회 추출

6890 GC 조건

운반 기체 (EPC) 질소, 2.0 mL/분

유입구 온도 250℃

분할비 1:10

유동 방식 일정한 유동

FID 온도 300℃

오븐 프로그램 40℃, 3분 동안 유지;

15℃/분의 속도로 280℃로 상승;

5분 동안 유지 (총 24분)

검출기 300℃에서 FID;

수소 40 mL/분; 공기 450 mL/분; 구성 (질소) 45 mL/분

샘플을 특정한 온도에서 소정량의 시간 동안 평형화시키고, 샘플 위의 헤드스페이스를 분석하였다. 이러한 평형 및 측정 과정을 수회 반복하였으며, 피크 면적의 기하급수적인 감소가 관찰되었다. ~1.0 g 샘플을 22-mL 헤드스페이스 바이알에 넣고, 상기 주어진 조건에 따라 분석하였다.

방정식 (1):

A_n = n번째 주입의 피크 면적

A₁ = 첫번째 주입의 피크 면적

방정식 (1)에 따르면, 2개의 값: A1 및 상수 K만이 총 피크 면적을 계산하는데 필요하다. 전자는 측정된 값이며, 후자는 하기 식의 선형 회귀 분석으로부터 수득될 수 있다:

방정식 (2):

피크 면적 값의 합계를 가지면, 피크 면적과 분석물의 농도 (양) 사이의 관계를 표현하는 보정 인자만이 필요하다.

메탄 표준 보정 곡선

하기 메탄 양: 200 μl, 400 μl, 500 μl, 600 μl, 800 μl 및 1000 μl를 HSGC 바이알 내에 주입하였다. 총 피크 면적 (

)과 메탄 함량 사이의 연관성을 축적하였다. 10mm x 50mm x 1mm의 크기를 갖는 압축 성형된 샘플의 2 조각 (상기 기재된 바와 같이 제조됨)을 HSGC 시험을 위해 HSGC 바이알에 넣어 총 피크 면적 (

)을 수득하였다. 이어서, 면적 대 메탄의 μl의 표준 보정 곡선을 생성하고, 이러한 표준 보정 곡선을 사용하여 각각의 샘플에 대한 총 피크 면적 (

)을 기준으로 하여 메탄 함량 (μl/g)을 계산하였다. 이어서, 메탄 함량의 단위를 메탄의 밀도를 통해 계산함으로써 μl/g으로부터 ppm으로 변환하였다.

밀도

ASTM D792에 따라 밀도를 결정하였다.

용융 지수

용융 지수 또는 I₂를 ASTM D1238에 따라, 조건 190℃ / 2.16 kg에서 측정하고, 10분마다 용리된 그램수를 기록하였다. I₁₀을 ASTM D1238에 따라, 조건 190℃ / 10 kg에서 측정하고, 10분마다 용리된 그램수를 기록하였다.

실시예

실시예 1 - 높은 트리알릴 조제:DCP 비를 갖는 폴리에틸렌의 가교

5개의 비교 샘플 (CS1-CS5) 및 9개의 샘플 (S1-S9)을 상기 시험 방법 섹션에 기재된 절차를 사용하여 하기 표 2에 나타낸 제형에 따라 제조하고, 경화시켰다. 사용된 트리알릴 이소시아누레이트 ("TAIC") (99%)는 상하이 팡루이다 케미칼스 캄파니, 리미티드(Shanghai Fangruida Chemicals Co., Ltd)로부터 입수가능하였다. 사용된 트리알릴 시아누레이트 ("TAC") (97%)는 플루카 아게(Fluka AG)로부터 입수가능하였다. 사용된 트리알릴 트리멜리테이트 ("TATM") (96%)는 마이어 (상하이) 케미칼 테크놀로지 캄파니, 리미티드(Meryer (Shanghai) Chemical Technology Co., Ltd)로부터 입수가능하였다. 사용된 폴리에틸렌 및 DCP는 상기 시험 방법 섹션에 기재된 바와 동일하였다.

<표 2> CS1-CS6 및 S1-S9의 조성

상기 시험 방법 섹션에 약술된 MDR 및 스코치 개선 절차에 따라 표 2에 열거된 모든 샘플을 분석하였다. 이러한 분석으로부터의 결과를 하기 표 3에 제공하였다.

<표 3> 가교된 폴리에틸렌 샘플의 MDR 및 SI 분석

표 3에 나타낸 바와 같이, 비교 샘플과 비교하여, S1-S9는 경화 및 스코치방지 둘 다에 있어서 더 양호한 성능을 나타내었다. 예를 들어, S4의 140℃에서의 ts1은 거의 70분이었으며, 이는 더 양호한 스코치방지 성능을 시사하였다.

스코치 개선 ("SI")은 스코치 특성에 대한 가교 조제의 영향의 지표이다. 이는 동일한 가교 밀도 (MH-ML)를 갖는 샘플의 스코치방지 특성을 비교하기에 효과적인 방식이다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 가교 조제의 로딩이 증가할수록, SI가 증가하였다. 더욱이, 샘플 S1 내지 S5에서와 같이 조제:DCP의 중량비가 1 이상으로 증가하면 (1.6 이상의 활성 산소에 대한 알릴 기의 몰비), SI가 1 미만의 조제:DCP 중량비를 갖는 비교 샘플 CS1 내지 CS4의 SI보다 높았다.

추가로, 샘플 S6 내지 S9는 TATM 및 TAC가 또한 1 초과의 DCP에 대한 조제의 중량비로 10 초과의 SI를 달성하였음을 나타내었다.

실시예 2 - 높은 트리알릴 조제:DCP 비를 갖는 가교된 폴리에틸렌의 메탄 함량

추가 2개의 비교 샘플 (CS6 및 CS7)을 상기 시험 방법 섹션에 기재된 절차를 사용하여 하기 표 4에 나타낸 제형에 따라 제조하였다. 비교 샘플 CS8, 다우 엔듀런스(DOW ENDURANCE)™ HFDB-4201 SC는 다우 케미칼 캄파니 (미국 미시간주 미들랜드)로부터 입수가능한 장수명의 비충전 가교성 저밀도 폴리에틸렌 절연 화합물이었다. 폴리에틸렌 및 DCP는 상기 실시예 1에 기재된 바와 동일하였다.

<표 4> CS6-CS8의 조성

상기 시험 방법 섹션에 제공된 절차에 따라 샘플 S1 및 S2, 및 비교 샘플 CS1, CS3 및 CS6-CS8의 메탄 함량 및 가교 밀도 (MH-ML)를 결정하였다. 결과를 하기 표 5에 제공하였다.

<표 5> 메탄 함량

표 5에서 나타낸 바와 같이, DCP 로딩을 감소시킴으로써, S1 및 S2의 메탄 함량은 단지 0.7 중량%의 DCP 로딩을 갖는 CS6을 제외한 모든 비교 샘플보다 낮았다. 그러나, CS6은 0.99 dN·m의 허용불가능하게 낮은 가교 밀도를 가졌다.

실시예 3 - 높은 트리알릴 조제:DCP 비를 갖는 가교된 폴리에틸렌의 기계적 특성

상기 시험 방법 섹션에 제공된 절차에 따라 샘플 S1-S4 및 비교 샘플 CS1-CS5의 기계적 특성 (즉, 인장 강도 및 인장 신율)을 결정하였다. 결과를 하기 표 6에 제공하였다.

<표 6> 기계적 특성

상기 제공된 결과는 샘플 S1-S4의 기계적 특성이 DCP에 대한 조제의 비를 증가시키더라도 유지되었음을 나타내었다.

실시예 4 - 높은 트리알릴 조제:DCP 비를 갖는 가교된 폴리에틸렌의 전기적 특성

샘플 S1 및 S4 및 비교 샘플 CS1 및 CS3의 전기적 특성 (즉, 유전 상수 및 손실 인자)을 상기 시험 방법 섹션에 제공된 절차에 따라 결정하였다. 결과를 하기 표 7에 제공하였다.

<표 7> 전기적 특성

샘플 S2 및 S3 및 비교 샘플 CS8에 대해 고온 (100℃), 고 전압 (20 kV/mm) 및 60 Hz에서 손실 인자를 결정하였다. 결과를 하기 표 8에 제공하였다.

<표 8> 전기적 특성

표 7 및 8에 나타낸 바와 같이, 조제의 첨가가 실온 및 고온 / 고 전압 둘 다에서의 손실 인자에 있어서의 소폭 증가를 유발하였음에도 불구하고, 샘플은 여전히 사양을 충족시켰고, 현재 산업 실시 내에 있었다.

실시예 5 - 넓은 범위의 트리알릴 조제:DCP 비를 갖는 폴리에틸렌의 가교

6개의 추가의 샘플 (S10-S15) 및 1개의 추가의 비교 샘플 (CS9)을 상기 시험 방법 섹션에 기재된 절차를 사용하여 하기 표 9에 나타낸 제형에 따라 제조하였다. 이러한 샘플에 사용된 폴리에틸렌은 상기 실시예 1-6에 기재된 바와 동일하였다 (즉, 다우 케미칼 캄파니 (미국 미시간주 미들랜드)로부터 입수가능한 DFDA-4850 NT). DCP 및 TAIC는 또한 상기 실시예 1에 기재된 바와 동일하였다.

<표 9> CS9 및 S10-S15의 조성

상기 시험 방법 섹션에 약술된 MDR 및 스코치 개선 절차에 따라 표 9에 열거된 모든 샘플을 분석하였다. 이러한 분석으로부터의 결과를 하기 표 10에 제공하였다.

<표 10> 가교된 폴리에틸렌 샘플의 MDR 및 SI 분석

표 10에 제공된 결과는 극도로 높은 몰비의 활성 산소에 대한 알릴 (예를들어, CS9에서 ~50)이 작업불가능할 수 있었음을 나타내었다. 그러나, (S10 및 S11에서와 같이) 7.5 내지 12.2만큼 높은 활성 산소에 대한 알릴의 몰비는 우수한 스코치 개선을 제공하면서 가교 밀도를 유지시켰다. 추가로, DCP 함량을 증가시키면서 활성 산소에 대한 알릴의 몰비를 유지시키는 것은 S13 내지 S15를 비교함으로써 나타난 바와 같이 스코치 개선을 감소시키는 경향이 있었다.

실시예 6 - 아크릴레이트계 조제를 사용한 폴리에틸렌의 가교

7개의 추가의 비교 샘플 (CS10-CS16)을 상기 시험 방법 섹션에 기재된 절차를 사용하여 하기 표 11에 나타낸 제형에 따라 제조하였다.

<표 11> 아크릴레이트계 조제를 사용한 샘플 조성

상기 시험 방법 섹션에 약술된 MDR 절차에 따라 표 11에 열거된 모든 샘플을 분석하였다. 이러한 분석으로부터의 결과를 하기 표 12에 제공하였다. 비교 샘플 1 및 샘플 2를 비교를 위해 표 12에 다시 제공하였다.

<표 12> 아크릴레이트계 조제를 사용하여 가교된 샘플의 MDR 분석

표 12에 제공된 결과는 아크릴레이트계 조제가 낮은 MH-ML 값에 의해 증명되는 바와 같이 충분한 가교 밀도를 제공하지 않았음을 나타내었다.

실시예 7 - 조제 및 DCP의 폴리에틸렌 중에의 침지

비교 샘플에 대한 컴파운딩 절차

산화방지제를 함유하는 폴리에틸렌 펠렛을 30 rpm의 회전자 속도를 갖는 130℃의 브라벤더 혼합기로 공급하였다. 폴리에틸렌이 용융되면, 조제를 첨가하였다. 조제의 첨가 후 혼합 시간은 5분이었다. 다음에, 샘플을 90℃의 오븐에서 예비가열한 후, 이러한 화합물을 120℃의 2 롤 밀로 공급하였다. 폴리에틸렌 화합물이 용융되면, 퍼옥시드를 적가하고, 이어서 12 rpm의 롤 속도 및 0.6 mm의 롤 거리에서 4분 동안 혼합하였다.

샘플에 대한 예비혼합 절차

DCP 결정을 병에 넣고, 주사기에 의해 TAIC 액체를 병에 주입하고, 병을 60℃ 오븐에 약 10분 동안 두었다. 병을 꺼내고, 초기의 2 상의 액체로부터 균질한 액체 혼합물이 수득될 때까지 진탕시켰다.

샘플에 대한 침지 절차

폴리에틸렌 펠렛을 병에 넣고, 액체 DCP, TAIC, 또는 TAIC와 DCP의 예비혼합된 혼합물을 병에 주입하고, 병을 밀봉하고, 액체가 모든 펠렛에 걸쳐 분포되는 것이 보장되도록 약 1분 동안 손으로 진탕시켰다. 이어서, 병을 80℃의 오븐에 9시간 동안 두었다.

샘플 제조

기재된 바와 같은 절차를 사용하여, 2개의 비교 샘플 (CS17 및 CS18) 및 3개의 샘플 (S16-S18)을 하기 표 13에서의 제형을 사용하여 제조하였다. S16 및 S17은 폴리에틸렌 펠렛을 TAIC와 DCP의 혼합물 중에 침지시킴으로써 제조하였다. S18은 폴리에틸렌을 순차적으로 80℃의 DCP 중에 9시간 동안 침지시킨 후, 85℃의 TAIC 중에 9시간 동안 침지시킴으로써 제조하였다. 이러한 각각의 샘플에서, 사용된 폴리에틸렌, DCP 및 TAIC는 상기 실시예 1에 기재된 바와 동일하였다.

<표 13> CS17, CS18 및 S16-S18의 조성

상기 시험 방법 섹션에 약술된 MDR 및 SI 절차에 따라 표 13에 열거된 모든 샘플을 분석하였다. 이러한 분석으로부터의 결과를 하기 표 14에 제공하였다.

<표 14> CS18, CS19 및 S16-S18의 MDR 및 SI 분석

상기 표 14에 제공된 결과를 보면, MH에 있어서의 증가 및 필적할만한 스코치 시간은 컴파운딩 절차에 비해 상기 기재된 침지 절차를 사용하는 경우에 관찰되었다. 구체적으로, CS17 및 S16은 동일한 조성을 가졌으나, S16이 더 높은 MH 및 필적할만한 스코치 시간을 나타내었다. 유사하게, CS18, S17 및 S18은 모두 동일한 조성을 가졌으나, S17 및 S18이 더 높은 MH 및 필적할만한 스코치 시간을 나타내었다.

실시예 8 - 퍼옥시드의 변형

9개의 추가의 샘플 (S19-S27)을 하기 표 15에 제공된 제형에 따라, 그리고 상이한 퍼옥시드를 사용한 것을 제외하고는 샘플 S1-S6의 제조에 대해 상기 기재된 동일한 절차를 사용하여 제조하였다. 하기 실시예에서, BIPB는 상하이 팡루이다 케미칼 캄파니, 리미티드로부터 상업적으로 입수가능한 비스(t-부틸-퍼옥시 이소프로필) 벤젠이었다. 루프록스(LUPROX)™ 101은 아르케마(Arkema)로부터 상업적으로 입수가능한 2,5-디메틸-2,5-디(tert-부틸퍼옥시)헥산이었다. DTAP는 아르케마로부터 상업적으로 입수가능한 디-tert-아밀 퍼옥시드였다. 폴리에틸렌, DCP 및 TAIC는 샘플 S1-S6에 대해 상기 기재된 바와 동일하였다.

<표 15> S19-S27의 조성

상기 시험 방법 섹션에 약술된 MDR 절차에 따라 표 15에 열거된 모든 샘플을 분석하였다. 이러한 분석으로부터의 결과를 하기 표 16에 제공하였다.

<표 16> 가교된 폴리에틸렌 샘플 S19-S27의 MDR 분석

표 16에 제공된 결과로부터 볼 수 있는 바와 같이, DCP와 달리 퍼옥시드의 유형을 변화시키면서 1.6 이상의 활성 산소에 대한 알릴의 비를 사용하는 것은 여전히 충분한 가교 밀도를 갖는 가교된 폴리에틸렌을 제공하였다.

Claims

저밀도 폴리에틸렌 단독중합체;
R¹-O-O-R² 구조를 갖는 일관능성 유기 퍼옥시드; 및
트리알릴 가교 조제
를 포함하며, 여기서 R¹ 및 R²는 각각 히드로카르빌 모이어티이고, 상기 트리알릴 가교 조제 및 상기 일관능성 유기 퍼옥시드는 상기 트리알릴 가교 조제의 알릴 함량 및 상기 일관능성 유기 퍼옥시드의 활성 산소 함량을 기준으로 하여 3.0 내지 5의 활성 산소에 대한 알릴의 몰비를 제공하기에 충분한 양으로 존재하고, 장애 페놀 또는 티오 화합물인 산화방지제를 추가로 포함하는 가교성 중합체 조성물의 용도.