KR20200138267A - 극성 유기 공중합체 및 초저 습윤성 카본 블랙의 복합체 - Google Patents

극성 유기 공중합체 및 초저 습윤성 카본 블랙의 복합체 Download PDF

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Abstract

본질적으로 극성 유기 공중합체 및 전기 전도성 유효량의 초저 습윤성 카본 블랙으로 이루어진, 반도체 복합체 재료. 또한 복합체 재료를 제조하는 방법; 복합체 재료를 경화시켜 제조된 가교결합된 폴리에틸렌 생성물; 본 발명의 복합체 재료 또는 생성물의 성형된 형태를 포함하는 제조 물품; 및 본 발명의 복합체 재료, 생성물 또는 물품을 사용하는 방법.

Description

극성 유기 공중합체 및 초저 습윤성 카본 블랙의 복합체
유기 중합체 및 카본 블랙의 복합체, 및 관련된 양태.
당해 분야에서의 특허는 미국 특허 제6,277,303 B1호; 미국 특허 제6,284,832 B1호; 미국 특허 제6,331,586 B1호; 및 미국 특허 제7,767,910 B2호를 포함한다. 미국 특허 제6,277,303 B1호 및 미국 특허 제6,284,832 B1호 실시예는 Vulcan XC 72 카본 블랙을 사용한다. 미국 특허 제6,331,586 B1호 실시예는 Printex XE2 카본 블랙(DeGussa), Black Pearls 1000 카본 블랙(Cabot Corp.), Vulcan XC 72 카본 블랙(Cabot Corp.), Ketjenblack EC600JD 카본 블랙(Akzo), Vulcan P 카본 블랙(Cabot Corp.), United 120 카본 블랙(Cabot Corp.) 또는 Denka Black 카본 블랙(Denka) 중 하나를 사용한다. 미국 특허 제7,767,910 B2호 실시예는 Vulcan XC 500 카본 블랙을 사용한다. Cabot Corp.는 미국 메사추세츠주 빌레리카 소재의 Cabot Corporation이다. 다른 카본 블랙은 Acetylene Black AB 100%-01(Soltex, Inc., 미국 텍사스주 휴스턴 소재)이다. 상기 카본 블랙의 각각은 초저 습윤성 특성을 갖지 않는다.
본 발명자들은 중전압 내지 초고전압 전기 파워 케이블의 반도체 층에서 사용된 선행의 반도체 복합체 재료에서의 카본 블랙의 높은 함량이 원치 않는 문제점을 야기할 수 있다는 것을 인식하였다. 이것은 파워 케이블의 조작 사용 동안 반도체 층으로의 원치 않게 높은 수분 흡수를 포함한다. 본 발명자들은 또한 이 반도체 복합체 재료에서의 카본 블랙의 너무 낮은 함량이 파워 케이블에서 너무 높은 부피 저항률 또는 전기 퍼콜레이션의 결여와 같은 다른 원치 않는 문제점을 야기할 수 있다는 것을 인식하였다. 도전과제는 반도체 복합체 재료의 원하는 전기 특성을 파괴하지 않으면서 이 반도체 복합체 재료에서 카본 블랙을 감소시키는 것이다.
이러한 문제점을 해결하려는 이전의 시도는 적어도 하나의 연속 중합체 상을 갖는 반도체 복합체 재료를 형성하기 위해 부분적으로 비혼화성인 극성 중합체 및 비극성 중합체를 선행의 카본 블랙과 조합하였다. 선행의 카본 블랙 중 일부는 연속 상 중 하나에 위치하거나 2개의 상 사이의 계면에 위치하고, 이 카본 블랙 중 일부는 불연속 상에 위치한다. 결과는 오직 부분적인 카본 블랙 분리 및/또는 이것이 주로 분리되는 상에서의 카본 블랙의 불량한 분산 때문에 대개는 불만족스러웠다. 본 발명자들은 비혼화성 극성 중합체 및 비극성 중합체를 사용하는 것에 의존하지 않으면서 본원에서 너무 높은 카본 블랙 함량 및 너무 낮은 카본 블랙 함량의 부정적인 효과를 극복하는 대안적인 단순화된 기술적 해결책을 제공한다. 기술적 해결책의 실시형태는 하기 기재된 것을 포함한다.
본질적으로 극성 유기 공중합체 및 전기 전도성 유효량의 초저 습윤성 카본 블랙으로 이루어진, 반도체 복합체 재료.
반도체 복합체 재료를 제조하는 방법.
전도체 코어 및 이 위에 배치된 반도체 복합체 재료를 포함하는 반도체 층을 포함하는 전기 전도체 장치.
전기 전도체 장치의 전도체 코어를 통해 전기를 전송하는 방법.
발명의 내용 및 요약서는 본원에 인용되어 포함된다.
초저 습윤성 카본 블랙의 초저 습윤성 성질은 임의의 적합한 기법 또는 방법에 의해 규명될 수 있다. 예는 오일 흡수가(OAN: oil absorption number), 수분 흡수가 및 표면 습윤성 프로필이고, 이들 모두는 이하에 기재되어 있다.
극성 유기 공중합체는 반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 폴리올레핀 중합체(예를 들어, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체)와 같은 비극성 유기 중합체와 구조가 구별된다. 반도체 복합체 재료에서, 극성 유기 공중합체는 비극성 단량체성 단위 및 극성 공단량체성 단위로 본질적으로 이루어진다. 극성 유기 공중합체는 비치환된 올레핀 단량체 및 극성 공단량체를 중합하여 제조될 수 있다. 극성 유기 공중합체는 에틸렌 단량체성 단위 및 불포화 카복실산 에스테르 공단량체성 단위, 예컨대 비닐 아세테이트 또는 알킬 (메트)아크릴레이트로 유래된 것을 포함하는 에틸렌/불포화 카복실산 에스테르 공중합체와 같은 극성 에틸렌계 공중합체일 수 있다. 극성 유기 공중합체에서의 극성 공단량체성 단위의 비율은 극성 유기 공중합체의 총 중량을 기준으로 5 내지 40 중량%, 대안적으로 20 내지 35 중량%, 대안적으로 25 내지 31 중량%일 수 있다. 대안적으로, 극성 유기 공중합체는 에틸렌 단량체성 단위 및 불포화 카복실산 공단량체성 단위, 예컨대 아크릴산 또는 메타크릴산으로 유래된 것을 포함하는 에틸렌/불포화 카복실산 공중합체일 수 있다.
비극성 유기 중합체는 비극성 에틸렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체일 수 있다. 비극성 유기 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체)는 하기 기재된 표면 에너지 시험 방법에 의해 측정될 때 제곱미터당 0 초과 내지 5 밀리줄(mJ/m2) 이하의 표면 에너지의 극성 성분을 특징으로 할 수 있다. 비극성 유기 중합체는 1개 또는 2개의 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 비치환된 올레핀 단량체를 중합하여 제조된 임의의 단독중합체 또는 독립적으로 1개 또는 2개의 탄소-탄소 이중 결합을 함유하는 2개 이상의 상이한 비치환된 올레핀 단량체를 중합하여 제조된 임의의 공중합체일 수 있다. 각각의 이러한 올레핀 단량체는 독립적으로 비환식 또는 환식일 수 있다. 비환식 올레핀 단량체는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 직쇄 올레핀 단량체는 알파-올레핀 또는 직쇄 디엔일 수 있다. 비극성 유기 중합체는 규소 원자를 함유하지 않을 수 있고, 대안적으로 내부에 공중합되거나 이것에 그래프팅된 올레핀 작용성 가수분해성 실란 공단량체를 함유할 수 있다.
일부 양태에서, 반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 유기 중합체는 비극성 에틸렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체일 수 있다. 비극성 에틸렌계 중합체는 에틸렌(H2C=CH2)으로부터 유래된 구성적 단위 50 내지 100 중량%(wt%) 및 각각 에틸렌 이외의 적어도 하나의 비치환된 올레핀 공단량체 및/또는 올레핀 작용성 가수분해성 실란 공단량체로부터 유래된 구성적 단위 50 내지 0 중량%로 본질적으로 이루어진다. 올레핀 공단량체는 비치환된 (C3-C20)올레핀, 대안적으로 비치환된 (C4-C20)올레핀, 대안적으로 비치환된 (C4-C8)올레핀, 대안적으로 1-부텐, 대안적으로 1-헥센, 대안적으로 1-옥텐일 수 있다. 비극성 에틸렌계 중합체는 폴리에틸렌 단독중합체 또는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체일 수 있다. 비극성 에틸렌계 중합체는 규소 원자를 함유하지 않을 수 있고, 대안적으로 내부에 공중합되거나 이것에 그래프팅된 올레핀 작용성 가수분해성 실란 공단량체를 함유할 수 있다. 비극성 프로필렌계 중합체는 프로필렌(H2C=CHCH3)으로부터 유래된 구성적 단위 50 내지 100 중량% 및 에틸렌, (C4-C20)알파-올레핀, (C4-C20)디엔, 및 임의의 이들의 2개 이상의 조합으로부터 선택된 탄화수소인 올레핀 공단량체로부터 유래된 구성적 단위 50 내지 0 중량%로 본질적으로 이루어질 수 있다.
소정의 본 발명의 실시형태가 용이한 상호 참조를 위해 번호를 매긴 양태로 하기에 기술된다.
양태 1. 반도체 복합체 재료로서, (A) 극성 에틸렌계 공중합체, 및 (B) BET 질소 표면적 시험 방법(하기 기재됨)에 의해 측정될 때 그램당 35 내지 190 제곱미터(m2/g)의 브루나우어-에메트-텔러(BET: Brunauer-Emmett-Teller) 질소 표면적; 및 오일 흡수가 시험 방법(하기 기재됨)에 의해 측정될 때 100 그램당 115 내지 180 밀리리터(mL/100 g)(100 그램당 115 내지 180 입방센티미터(cc/100 g))의 오일의 오일 흡수가(OAN)를 갖는, 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)의 전기 전도성 유효량으로 본질적으로 이루어진, 반도체 복합체 재료. (A) 극성 에틸렌계 공중합체는 단봉(unimodal) MWD(Mw/Mn)를 갖는 단일 성분 공중합체, 예컨대 단봉 MWD를 갖는 에틸렌/불포화 카복실산 에스테르 공중합체, 또는 다봉(multimodal) (MWD, Mw/Mn)을 갖는 다성분 공중합체, 예컨대 2개의 상이한 반응기에서 제조된 2개의 상이한 에틸렌/비닐 카복실레이트 공중합체, 또는 에틸렌/비닐 카복실레이트 공중합체 및 에틸렌/알킬 (메트)아크릴레이트 공중합체의 조합일 수 있다. 에틸렌/비닐 카복실레이트 공중합체의 각각은 독립적으로 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체일 수 있다. 에틸렌/알킬 (메트)아크릴레이트 공중합체의 각각은 독립적으로 에틸렌/메틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/에틸 아크릴레이트 공중합체, 에틸렌/메틸 메타크릴레이트 공중합체 또는 에틸렌/에틸 메타크릴레이트 공중합체일 수 있다.
양태 2. 양태 1에 있어서, (B) ULW-CB는 (i) (B) ULW-CB가 BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 40 내지 63 m2/g의 BET 질소 표면적; 및 오일 흡수가 시험 방법에 의해 측정될 때 120 내지 150 mL/100 g의 OAN을 갖는다는 제한; (ii) (B) ULW-CB가 BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 120 내지 180 m2/g의 BET 질소 표면적; 및 오일 흡수가 시험 방법에 의해 측정될 때 150 내지 175 mL/100 g의 OAN을 갖는다는 제한; 및 (iii) (B) ULW-CB가 (i) 및 (ii)의 ULW-CB의 블렌드라는 제한인 (i) 내지 (iii)의 제한 중 어느 하나를 특징으로 하는, 반도체 복합체 재료. (i)의 예는 LITX 50 Conductive Additive이다. (ii)의 예는 LITX 200 Conductive Additive이다. (iii)의 예는 LITX 50 및 LITX 200 Conductive Additives의 블렌드이다. LITX 50 및 LITX 200 Conductive Additives는 리튬-이온 배터리의 전극에서 사용하기 위한 Cabot Corporation으로부터의 카본 블랙 제품이다. LITX 50 Conductive Additive는 BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 45 내지 60 m2/g의 BET 질소 표면적; 및 오일 흡수가 시험 방법에 의해 측정될 때 125 내지 145 mL/100 g의 OAN을 갖고, 일부 양태에서 (B) ULW-CB는 이를 특징으로 한다. LITX 200 Conductive Additive는 BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 125 내지 175 m2/g의 BET 질소 표면적; 및 오일 흡수가 시험 방법에 의해 측정될 때 152 내지 172 mL/100 g의 OAN을 갖고, 일부 양태에서 (B) ULW-CB는 이를 특징으로 한다.
양태 3. 반도체 복합체 재료로서, (A) 극성 에틸렌계 공중합체, 및 (B) 습윤성 시험 방법(하기 기재됨)에 따라 역기체 크로마토그래피(IGC: inverse gas chromatography)에 의해 측정될 때 0.02의 표면 피복률에서의 0.0101 이하의 습윤성, 및 0.04의 표면 피복률에서의 0.0101 이하의 습윤성, 및 0.06의 표면 피복률에서의 0.0099 이하의 습윤성, 및 0.08의 표면 피복률에서의 0.0111 이하의 습윤성, 및 0.10의 표면 피복률에서의 0.0113 이하의 습윤성을 특징으로 하는 표면 습윤성 프로필을 갖는, 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)의 전기 전도성 유효량으로 본질적으로 이루어진, 반도체 복합체 재료.
양태 4. 양태 1 내지 양태 3 중 어느 하나에 있어서, (B) ULW-CB는 (i) BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 40 내지 180 m2/g, 대안적으로 40 내지 63 m2/g, 대안적으로 150 내지 175 m2/g의 BET 질소 표면적; (ii) 수분 흡수 시험 방법(하기 기재됨)에 의해 측정될 때 400 내지 2400 백만분율(ppm, 중량), 대안적으로 450 내지 1,000 ppm, 대안적으로 501 내지 600 ppm의 물 흡수; (iii) 습윤성 시험 방법에 따라 IGC에 의해 측정될 때 0.02의 표면 피복률에서의 0.0058 이하의 습윤성, 및 0.04의 표면 피복률에서의 0.0070 이하의 습윤성, 및 0.06의 표면 피복률에서의 0.0075 이하의 습윤성, 및 0.08의 표면 피복률에서의 0.0086 이하의 습윤성, 및 0.10의 표면 피복률에서의 0.0091 이하의 습윤성을 특징으로 하는 표면 습윤성 프로필; 대안적으로 습윤성 시험 방법에 따라 IGC에 의해 측정될 때 0.02의 표면 피복률에서의 0.0014 이하의 습윤성 및 0.04의 표면 피복률에서의 0.0039 이하의 습윤성 및 0.06의 표면 피복률에서의 0.0051 이하의 습윤성 및 0.08의 표면 피복률에서의 0.0061 이하의 습윤성 및 0.10의 표면 피복률에서의 0.0069 이하의 습윤성을 특징으로 하는 표면 습윤성 프로필; (iv) (i) 및 (ii) 둘 다; (v) (i) 및 (iii) 둘 다; (vi) (ii) 및 (iii) 둘 다; (vii) (i), (ii)와 (iii)의 조합의 (i) 내지 (vii)의 제한 중 어느 하나를 특징으로 하는, 반도체 복합체 재료. LITX 50 및 LITX 200 Conductive Additives는 독립적으로 상기 표면 습윤성 프로필을 갖는다. 일부 양태에서, (B) ULW-CB는 반도체 복합체에서 10 중량% 양으로 측정된 (B) ULW-CB의 총 BET 질소 표면적이 BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 6.0 m2/g 미만임을 특징으로 한다. (B) ULW-CB는 또한 선행의 카본 블랙에 비해 극도로 낮은 수분 흡수를 갖는다.
양태 5. 양태 1 내지 양태 4 중 어느 하나에 있어서, 초저 습윤성 카본 블랙 이외의 임의의 카본 블랙이 없는, 반도체 복합체 재료.
양태 6. 양태 1 내지 양태 5 중 어느 하나에 있어서, 반도체 복합체 재료의 총 중량을 기준으로 61.0 내지 99.0 중량%의 (A) 극성 에틸렌계 공중합체; 및 39.0 내지 1.0 중량%의 (B) ULW-CB로 본질적으로 이루어진, 반도체 복합체 재료. 일부 양태에서, 상기 조합 중 어느 하나를 함유하는 반도체 복합체 재료는 반도체 복합체 재료의 총 중량을 기준으로 5 내지 35 중량% 미만의 (B) ULW-CB, 대안적으로 19 내지 34 중량%의 (B) ULW-CB를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 양태에서, 상기 조합 중 어느 하나를 함유하는 반도체 복합체 재료는 반도체 복합체 재료의 총 중량을 기준으로 33 중량%, 대안적으로 20 중량%의 (B) ULW-CB를 가질 수 있다.
양태 7. 양태 1 내지 양태 6 중 어느 하나에 있어서, (C) 플라스토머; (D) 항산화제; (E) 유기 과산화물; (F) 스코치 지연제(scorch retardant); (G) 알케닐 작용성 공동작용제; (H) 조핵제; (I) 가공 조제; (J) 증량제 오일; (K) 안정화제(예를 들어, 자외선(UV) 광 연관 분해를 저해하는 화합물)로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제로 추가로 본질적으로 이루어진, 반도체 복합체 재료. 적어도 하나의 첨가제는 적어도 조성물에서 구성성분 (A) 및 구성성분 (B)와 상이하다.
양태 8. 양태 1 내지 양태 7 중 어느 하나에 있어서, 부피 저항률 시험 방법(Volume Resistivity Test Method)(하기 기재됨)에 따라 측정될 때 33 중량%의 전기 전도성 유효량에서의 1.4 log(Ohm-센티미터(Ohm-cm)) 미만, 또는 20 중량%의 전기 전도성 유효량에서의 4.5 log(Ohm-cm) 미만의 log(부피 저항률)을 특징으로 하고, (B) ULW-CB의 전기 전도성 유효량은 반도체 복합체 재료의 총 중량을 기준으로 하는, 반도체 복합체 재료. 일부 양태에서, 양태 8의 log(부피 저항률)은 33 중량%의 전기 전도성 유효량에서 1.25 내지 1.34 log(Ohm-cm) 또는 20 중량%의 전기 전도성 유효량에서 3.0 내지 3.9 log(Ohm-cm)이고, 여기서 (B) ULW-CB의 전기 전도성 유효량은 반도체 복합체 재료의 총 중량을 기준으로 한다. 일부 양태에서, 양태 8의 반도체 복합체 재료는 바로 이전의 문단에서 상기 범위의 각각으로 이루어진 log(부피 저항률) 프로필을 특징으로 한다.
양태 9. 양태 1 내지 양태 8 중 어느 하나에 있어서, 부피 저항률 시험 방법에 따라 측정될 때 15.0 내지 20.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 3 Log(Ohm-cm) 이하; 또는 5.0 내지 15.0 m2/g, 대안적으로 10.0 내지 15.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 5 Log(Ohm-cm) 이하, 대안적으로 4 Log(Ohm-cm) 이하의 log(부피 저항률)을 특징으로 하는, 반도체 복합체 재료. 일부 양태에서, 양태 9의 log(부피 저항률)은 15.0 내지 20.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 0.9 내지 1.7 Log(Ohm-cm); 또는 5.0 내지 15.0 m2/g, 대안적으로 10.0 내지 15.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 2.8 내지 3.8 Log(Ohm-cm)이다. 대안적으로, 양태 1 내지 양태 8 중 어느 하나의 반도체 복합체 재료는 20.0 내지 26.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 1.3 Log(Ohm-cm) 이하, 대안적으로 0.9 내지 1.2 Log(Ohm-cm)의 log(부피 저항률)을 특징으로 한다. 일부 양태에서, 양태 8의 반도체 복합체 재료는 바로 이전의 문단에서 상기 범위의 각각으로 이루어진 log(부피 저항률) 프로필을 특징으로 한다.
양태 10. 양태 1 내지 양태 9 중 어느 하나의 반도체 복합체 재료를 제조하는 방법으로서, (B) 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)을 (A) 극성 에틸렌계 공중합체의 용융물로 혼합하여 구성성분 (A)와 구성성분 (B)를 포함하는 용융 블렌드로서 반도체 복합체 재료를 생성하는 단계를 포함하는, 방법. 일부 양태에서, 상기 방법은 하나 이상의 첨가제(예를 들어, 구성성분 (C) 내지 구성성분 (K) 중 하나 이상)를 (A)의 용융물로 혼합하는 단계를 추가로 포함한다. 상기 방법은 또한 용융 블렌드를 압출하여 반도체 복합체 재료의 압출물을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일부 양태에서, 상기 방법은 용융 블렌드 또는 압출물이 냉각되게 하여 각각 고체 블렌드 또는 고체 압출물을 생성하는 단계를 추가로 포함한다.
양태 11. 양태 1 내지 양태 9 중 어느 하나의 반도체 복합체 재료의 경화의 생성물인 가교결합된 폴리에틸렌 생성물. 일부 양태에서, 반도체 복합체 재료는 경화되고, 각각 0.1 내지 3 중량%의 (E) 유기 과산화물 및 98.80 중량% 또는 98.75 중량% 이하의 (A) 극성 에틸렌계 공중합체를 추가로 포함한다.
양태 12. 양태 1 내지 양태 9항 중 어느 하나의 반도체 복합체 재료, 또는 양태 10의 방법에 의해 제조된 반도체 복합체 재료, 또는 양태 11의 가교결합된 폴리에틸렌 생성물의 성형된 형태를 포함하는, 제조 물품. 제조 물품의 성형된 형태는 원통형, 나선형 또는 불규칙일 수 있다. 일부 양태에서, 제조 물품은 (하기) 양태 13의 전기 전도체 장치의 반도체 층일 수 있다. 일부 양태에서, 제조 물품은 양태 13의 전기 전도체 장치일 수 있다.
양태 13. 전도성 코어 및 전도성 코어를 적어도 부분적으로 피복하는 반도체 층을 포함하는 전기 전도체 장치로서, 반도체 층의 적어도 일부는 양태 1 내지 양태 9 중 어느 하나의 반도체 복합체 재료, 또는 양태 10의 방법에 의해 제조된 반도체 복합체 재료, 또는 양태 11의 가교결합된 폴리에틸렌 생성물을 포함하는, 전기 전도체 장치. 전기 전도체 장치의 반도체 층에서의 반도체 복합체 재료의 양은 반도체 복합체 재료가 저전압, 중전압, 고전압 및 초고전압을 포함하는 전기 파워 전송/배전 케이블에서 실드 층(전도체 또는 스트랜드 실드; 절연 실드) 및 보호 재킷으로 사용될 때 전기 전하를 소산시키도록 전기 전도도를 제공하기에 효과적인 분량일 수 있다. 유효량은 반도체 복합체 재료가 100,000 Ohm-cm 미만, 대안적으로 0 초과 내지 100,000 Ohm-cm 미만, 대안적으로 0 초과 내지 50,000 Ohm-cm 미만의 부피 저항률을 달성하기에 충분한 분량일 수 있다. 반도체 층은 단층으로 구성될 수 있으며, 이 중 적어도 일부는 본 발명의 복합체 재료 또는 생성물이고; 또는 다층으로 구성될 수 있으며, 이 중 적어도 하나의 층은 본 발명의 복합체 재료 또는 생성물을 포함한다. 전기 전도체 장치는 코팅된 와이어 또는 파워 케이블일 수 있다. 전기 전도체 장치는 저전압, 중전압, 고전압 및 초고전압 분야를 포함하는 전기 전송/배전 분야에 유용하다.
양태 14. 전기를 전도하는 방법으로서, 전도성 코어를 통과하는 전기 흐름을 발생시키도록 양태 13의 전기 전도체 장치의 전도성 코어에 걸쳐 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 방법. 인가된 전압은 저전압(0 초과 내지 5 미만 킬로볼트(kV)), 중전압(5 내지 69 kV 미만), 고전압(69 내지 230 kV) 또는 초고전압(230 kV 초과)일 수 있다.
양태 15. 열 순환된 반도체 복합체 재료로서, 양태 1 내지 양태 9 중 어느 하나의 반도체 복합체 재료를, 1 내지 5분 동안 170℃ 내지 190℃로 반도체 복합체 재료를 가열하고 이후 30℃로 냉각시켜 냉각된 열 순환된 반도체 복합체 재료를 생성하는 것을 포함하는 열 주기로 처리하여 제조된, 열 순환된 반도체 복합체 재료. 선택적으로, 가열 단계는 냉각된 열 순환된 반도체 복합체 재료에서 1회 이상 반복될 수 있다. 열 순환의 예는 하기 열 순환 시험 방법(Thermal Cycling Test Method)에 기재되어 있다.
"본질적으로 이루어진"은 반도체 복합체 재료의 맥락에서 반도체 복합체 재료가 비극성 유기 공중합체를 5.0 중량% 미만, 대안적으로 1.0 중량% 미만 함유하거나, 대안적으로 함유하지 않는다(즉, 0.0 중량%와 같이 어떤 첨가되거나 검출 가능한 양을 함유하지 않음)는 것을 의미한다. 예를 들어, 반도체 복합체 재료는 폴리에틸렌 단독중합체, 저밀도 폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌 프로필렌 고무 및 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EPDM) 고무를 함유하지 않는다. 일부 실시형태에서, 반도체 복합체 재료는 또한 폴리스티렌과 같은 폴리(비닐아렌)을 함유하지 않는다. 반도체 복합체 재료는 또한 극성 유기 단독중합체(예를 들어, 폴리에스테르 또는 폴리아미드)를 함유하지 않을 수 있다.
"중합체"는 단독중합체 또는 공중합체를 의미한다. 단독중합체는 공단량체 없이 단지 일종의 단량체로부터 유래된 단량체성 단위로 구성된 거대 분자이다. 공중합체는 단량체성 단위 및 공단량체성 단위를 갖는 거대분자이고, 여기서 단량체성 단위는 제1 단량체를 중합하여 제조되고, 공단량체성 단위는 공단량체라고 칭하는 하나 이상의 상이한 제2의 또는 그 이상의 단량체를 중합하여 제조된다. 중합체는 또한 이러한 거대분자의 집합을 포함한다. 단량체 및 공단량체는 중합 가능한 분자이다. 단량체 단위 또는 "합체"라고도 불리는 단량체성 단위는 단일 단량체 분자에 의해 거대 분자(들)의 구조에 기여하는 (단일 단량체 분자로부터 유래된) 최대 구성적 단위이다. 공단량체 단위 또는 "공단량체(comer)"라고도 불리는 공단량체성 단위는 단일 공단량체 분자에 의해 거대 분자(들)의 구조에 기여하는 (단일 공단량체 분자로부터 유래된) 최대 구성적 단위이다. 각각의 단위는 전형적으로 이가이다. "이원중합체"는 단량체 및 하나의 공단량체로부터 제조된 공중합체이다. "삼원중합체"는 단량체 및 2개의 상이한 공단량체로부터 제조된 공중합체이다. 에틸렌계 공중합체는 단량체성 단위가 단량체 에틸렌(CH2=CH2)으로부터 유래되고 분자당 평균적으로 적어도 50 중량%의 거대분자를 포함하고, 공단량체성 단위가 본원에 기재된 하나 이상의 공단량체로부터 유래되고, 분자당 평균적으로 0 초과 내지 최대 50 중량%의 거대분자를 포함하는 공중합체이다.
"경화" 및 "가교결합"은 가교결합된 생성물(망상 중합체)을 형성하는 것을 의미하는 것으로 본원에서 상호 교환적으로 사용된다.
"전기 전도성 유효량"은 반도체 복합체 재료에서의 초저 습윤성 카본 블랙의 분량이 이의 퍼컬레이션 한계치를 초과하기에 충분하다는 것을 의미한다. 즉, 초저 습윤성 카본 블랙의 분량은 홀로 ULW-CB를 통해 반도체 복합체 재료를 통한 전기 전도가 가능하도록 하기에 충분하다. 전기 전도체 위에 배치된 반도체 층에서, 전기 전도성 유효량을 갖는 반도체 복합체 재료는 100,000 Ohm-cm 미만의 부피 저항률을 달성할 것이다.
달리 구체적으로 기재되지 않는 한, log(Ohm-cm)에서의 "log(부피 저항률)"은 열 순환을 경험하지 않는 샘플에서 측정된다. 이것은 때때로 "log(부피 저항률)(열 비(非)순환)"으로 기재된다. 모든 의심을 제거하기 위해, 번호를 매긴 양태 및 청구항에서 표현된 log(Ohm-cm) 값은 log(부피 저항률)(열 비순환) 값이다.
"(메트)아크릴레이트"는 아크릴레이트, 메타크릴레이트 및 이들의 조합을 포함한다. (메트)아크릴레이트는 비치환될 수 있다.
"극성 유기 공중합체": 단량체 및 1개 이상의 공단량체로부터 제조된 거대분자로서, 여기서 단량체 및 공단량체(들) 중 적어도 하나는 분자당 할로겐 원자(예를 들어, F, Cl, Br, 또는 I) 및/또는 탄소 결합된 이종원자 기, 예컨대 (알콜기의) C-O, (에폭사이드 또는 에테르기의) C-O-C, (알데하이드 또는 케톤기의) C=O, (카복실산 또는 에스테르기의) C(=O)-O, (카복스아미드기의) C(=O)-N, (우레아기의) N-C(=O)-N, (아민기의) C-N, (이민 또는 옥심기의) C=N, (아미딘기의) C(=N)-N, (구아닌기의) N-C(=N)-N, (니트릴기의) C≡N, (티오카복실산 또는 에스테르기의) C(=O)-S, (머캅탄기의) C-S, (설파이드기의) C-S-C 또는 이러한 거대분자의 집합을 함유한다. 일부 실시형태에서, 반도체 복합체 재료는 또한 극성 유기 단독중합체(예를 들어, 폴리에스테르) 및 구성성분 (A) 이외의 극성 유기 공중합체를 함유하지 않는다.
"프로필": 어떤 것의 특정 특징과 관련된 정량화된 형태의 정보의 표시.
반도체 복합체 재료. 구성성분 (A)인 단일 극성 중합체로 본질적으로 이루어지고, (B) 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)의 퍼컬레이션 유효 로딩을 함유함. 이 복합체 재료는 선택적으로 0, 또는 하나 이상의 첨가제, 예컨대 첨가제 (C) 내지 첨가제 (K)로 본질적으로 이루어질 수 있다. 반도체 복합체 재료의 총 중량은 100.00 중량%이다.
반도체 복합체 재료는 다수의 상이한 방식으로 제조될 수 있다. 일부 양태에서, 반도체 복합체 재료는 구성성분 (A), 구성성분 (B)와 임의의 선택적 구성성분의 혼합물로서 반도체 복합체 재료를 생성하기 위해 (A) 극성 에틸렌계 공중합체의 용융물을 (B) 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB), 및 임의의 선택적 구성성분(예를 들어, 구성성분 (C) 내지 구성성분 (K)의 임의의 0, 또는 하나 이상)과 혼합하여 제조될 수 있다. 혼합은 배합, 혼련 또는 압출을 포함할 수 있다. 혼합을 용이하게 하기 위해, 하나 이상의 구성성분(예를 들어, (B), 첨가제 (C), 첨가제 (D), 첨가제 (E) 등)이 (A)의 일부에서 첨가제 마스터 배치의 형태로 제공되거나, (A) 이외의 극성 캐리어 수지에 분산액으로서 제공될 수 있다. 극성 캐리어 수지는 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체일 수 있다.
하나 이상의 선택적 구성성분, 예컨대 첨가제 (C) 내지 첨가제 (K)를 함유하는 반도체 복합체 재료가 제조될 수 있는 다른 방식은 예컨대 펠릿 형태의 (A) 및 (B) 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)으로 이루어진 반도체 복합체 재료의 비용융된 형태를 제조하고, 이 비용융된 형태를 선택적 구성성분과 접촉시키는 것에 의한다. 접촉은 침지(soaking), 흡수(imbibing) 또는 주입(injecting)을 포함할 수 있다. 접촉은 약 20℃ 내지 100℃의 온도에서 0.1 내지 100시간 동안, 예를 들어 60℃ 내지 80℃에서 0.1 내지 24시간 동안 수행될 수 있다.
반도체 복합체 재료는 1-부분(one-part) 제제, 대안적으로 다중-부분(multi-part) 제제, 예컨대 2-부분 제제, 대안적으로 3-부분 제제로 제조될 수 있다. 1-부분 제제는 반도체 복합체 재료의 실시형태의 모든 구성성분을 함유한다. 다중-부분 제제는 반도체 복합체 재료의 실시형태의 구성성분의 상이한 종 또는 양을 상이한 부분으로 갖는 다중 부분을 함유한다. 다중-부분 제제의 상이한 부분은 1-부분 제제를 제공하도록 원하는 경우 조합될 수 있다. 구성성분의 임의의 조합이 이들 제제의 일부 또는 일부들에 포함될 수 없는 고유한 이유는 없다.
반도체 복합체 재료는 분할된 고체 형태 또는 연속 형태일 수 있다. 분할된 고체 형태는 과립, 펠릿, 분말, 또는 임의의 이들의 2개 이상의 조합을 포함할 수 있다. 연속 형태는 성형 부품(예를 들어, 취입 성형 부품) 또는 압출 부품(예를 들어, 전기 전도체 장치의 절연 층)일 수 있다. 반도체 복합체 재료는 조사 경화 또는 유기 과산화물/열 경화에 의해 가교결합될 수 있다. 반도체 복합체 재료는 원하는 경우 저장 온도(예를 들어, 23℃)로 냉각되고, 1시간, 1주, 1달 또는 그 이상의 기간 동안 저장될 수 있다.
(A) 극성 에틸렌계 공중합체. (A) 극성 에틸렌계 공중합체는 에틸렌 단량체성 단위 및 불포화 카복실산 에스테르(또는 카복실산) 공단량체성 단위를 포함하는 에틸렌/불포화 카복실산 에스테르 공중합체일 수 있다. (A) 극성 에틸렌계 공중합체에서의 불포화 카복실산 에스테르 공단량체성 단위의 비율은 (A)의 중량을 기준으로 5 내지 40 중량%, 대안적으로 20 내지 35 중량%, 대안적으로 25 내지 31 중량%일 수 있다. 에틸렌성 단위는 (A)의 중량의 95 내지 60 중량%, 대안적으로 80 내지 65 중량%, 대안적으로 75 내지 69 중량%일 수 있다. 각각의 불포화 카복실산 에스테르 공단량체는 독립적으로 분자당 3개 내지 20개의 탄소 원자 및 수소 원자를 가질 수 있으며, 즉 (C3-C20) 불포화 카복실산 에스테르 공단량체일 수 있다.
(A)의 불포화 카복실산 에스테르 공단량체성 단위가 유래되는 불포화 카복실산 에스테르 공단량체는 비닐 (C2-C8)카복실레이트일 수 있고, 에틸렌/불포화 카복실산 에스테르 공중합체는 에틸렌―비닐 (C2-C8)카복실레이트 공중합체이다. 일부 양태에서, 비닐 (C2-C8)카복실레이트는 2개 내지 8개의 탄소 원자, 대안적으로 2개 내지 4개의 탄소 원자를 갖는 카복실산 음이온의 비닐 에스테르이다. 비닐 카복실레이트 에스테르의 예는 미국 특허 US 7,767,910 B2호 2열 34줄 내지 50줄에 언급되어 있다. 비닐 (C2-C8)카복실레이트는 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트 또는 비닐 부타노에이트와 같은 비닐 (C2-C4)카복실레이트일 수 있고, 에틸렌/불포화 카복실산 에스테르 공중합체는 에틸렌-비닐 (C2-C4)카복실레이트 이원중합체, 대안적으로 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 이원중합체, 대안적으로 에틸렌-비닐 프로피오네이트 이원중합체, 대안적으로 에틸렌-비닐 부타노에이트 이원중합체일 수 있다. EVA 이원중합체는 본질적으로 에틸렌 유래된 단량체성 단위 및 비닐 아세테이트 유래된 공단량체성 단위로 이루어진다. EVA 이원중합체의 비닐 아세테이트 공단량체성 단위 함량은 EVA 이원중합체의 중량을 기준으로 5 내지 40 중량%, 대안적으로 20 내지 35 중량%, 대안적으로 25 내지 31 중량%일 수 있다. 대안적으로 또는 추가로, (A)(예를 들어, EVA 이원중합체)는 ASTM D1238-04에 의해 측정될 때 2 내지 60 g/10분, 대안적으로 5 내지 40 g/10분의 용융 지수(190℃, 2.16 kg)를 가질 수 있다.
대안적으로, (A)의 불포화 카복실산 에스테르 공단량체성 단위가 유래되는 불포화 카복실산 에스테르 공단량체는 메틸 아크릴레이트 및 메틸 메타크릴레이트와 같은 (C1-C8)알킬 (메트)아크릴레이트와 같은 알킬 (메트)아크릴레이트일 수 있다. (C1-C8)알킬 (메트)아크릴레이트는 에틸렌―(C1-C8)알킬 (메트)아크릴레이트 공중합체(EAA)와 같은 에틸렌/불포화 카복실산 에스테르 공중합체에서 발견될 수 있다. 일부 양태에서, (C1-C8)알킬은 (C1-C4)알킬, (C5-C8)알킬 또는 (C2-C4)알킬일 수 있다. EAA는 본질적으로 에틸렌 유래된 단량체성 단위 및 하나 이상의 상이한 유형의 (C1-C8)알킬 (메트)아크릴레이트 유래된 공단량체성 단위, 예컨대 에틸 아크릴레이트 및/또는 에틸 메타크릴레이트 공단량체성 단위로 이루어진다. (C1-C8)알킬은 메틸, 에틸, 1,1-디메틸에틸, 부틸 또는 2-에틸헥실일 수 있다. (메트)아크릴레이트는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 또는 이들의 조합일 수 있다. (C1-C8)알킬 (메트)아크릴레이트는 에틸 아크릴레이트일 수 있고, EAA는 에틸렌-에틸 아크릴레이트 공중합체(EEA)일 수 있거나, (C1-C8)알킬 (메트)아크릴레이트는 에틸 메타크릴레이트일 수 있고, EAA는 에틸렌-에틸 메타크릴레이트 공중합체(EEMA)일 수 있다. EEA 또는 EEMA의 에틸 아크릴레이트 또는 에틸 메타크릴레이트 공단량체성 단위 함량은 각각, EEA 또는 EEMA 이원중합체의 중량을 기준으로, 독립적으로 5 내지 40 중량%, 대안적으로 20 내지 35 중량%, 대안적으로 25 내지 31 중량%일 수 있다.
(A) 극성 에틸렌계 공중합체의 양은 반도체 복합체 재료의 총 중량의 70 내지 98.9 중량%, 대안적으로 40 내지 94 중량%, 대안적으로 45 내지 60 중량%일 수 있다.
반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 유기 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체)는 단일 성분의 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체(단봉 분자량 분포를 가짐) 또는 2개 이상의 비극성 유기 중합체의 블렌드일 수 있다. 각각의 비극성 유기 중합체는 가교결합 가능한 또는 가교결합된(경화된) 단일 상 또는 다중 상(예를 들어, 무정형 상 및 결정질 상) 재료일 수 있다. 공중합체는 이원중합체, 삼원중합체 등을 포함한다.
반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 유기 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체)는 99 내지 100 중량%의 에틸렌 단량체성 단위를 함유하는 폴리에틸렌 단독중합체일 수 있다. 폴리에틸렌 단독중합체는 배위 중합에 의해 제조된 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 단독중합체 또는 라디칼 중합에 의해 제조된 저밀도 폴리에틸렌(LDPE) 단독중합체일 수 있다.
대안적으로, 반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 유기 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체)는 50 내지 100 중량% 미만의 에틸렌 단량체성 단위 및 50 내지 0 중량%의 (C3-C20)알파-올레핀 유래된 공단량체성 단위를 함유하는 에틸렌/알파-올레핀 공중합체일 수 있다. (A) 에틸렌/알파-올레핀 공중합체의 에틸렌/알파-올레핀 공중합체 실시형태는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)일 수 있다. 대안적으로, 폴리에틸렌 중합체는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)일 수 있다. 전체 혼성중합체의 중량을 기준으로, 적어도 1 중량%, 적어도 5 중량%, 적어도 10 중량%, 적어도 15 중량%, 적어도 20 중량%, 또는 적어도 25 중량%의 α-올레핀 함량을 갖는 에틸렌/알파-올레핀("α-올레핀") 혼성중합체. 이들 혼성중합체는 전체 혼성중합체의 중량을 기준으로 50 중량% 미만, 45 중량% 미만, 40 중량% 미만 또는 35 중량% 미만의 알파-올레핀 함량을 가질 수 있다. 예시적인 에틸렌/α-올레핀 혼성중합체는 20 내지 1 중량%의 디엔 공단량체성 단위를 함유하는 에틸렌/프로필렌, 에틸렌/1-부텐, 에틸렌/1-헥센, 에틸렌/1-옥텐, 에틸렌/디엔, 50 내지 100 중량%의 에틸렌 단량체성 단위, 49 내지 0 중량% 초과의 프로필렌 공단량체성 단위 및 20 내지 1 중량%의 디엔 공단량체성 단위를 함유하는 에틸렌/프로필렌/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/1-부텐, 에틸렌/1-부텐/1-옥텐, 에틸렌/프로필렌/디엔(EPDM)이다. 에틸렌/디엔 공중합체 또는 EPDM에서 디엔 공단량체성 단위를 제조하기 위해 사용된 디엔은 1,3-부타디엔, 1,5-헥사디엔, 1,7-옥타디엔, 에틸리덴 노르보르넨, 디사이클로펜타디엔, 비닐 노르보르넨, 또는 임의의 이들의 2개 이상의 조합일 수 있다.
반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 폴리올레핀 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체)의 에틸렌/알파-올레핀 공중합체 양태의 (C3-C20)알파-올레핀은 화학식 (I)의 화합물일 수 있고: H2C=C(H)-R (I), 상기 식에서 R은 직쇄 (C1-C18)알킬기이다. (C1-C18)알킬기는 1개 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 1가의 비치환된 올레핀이다. R 기의 예는 메틸, 에틸, 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 헵틸, 옥틸, 노닐, 데실, 운데실, 도데실, 트리데실, 테트라데실, 펜타데실, 헥사데실, 헵타데실 및 옥타데실이다. 일부 실시형태에서, (C3-C20)알파-올레핀은 1-프로펜, 1-부텐, 1-헥센 또는 1-옥텐; 대안적으로 1-부텐, 1-헥센 또는 1-옥텐; 대안적으로 1-부텐 또는 1-헥센; 대안적으로 1-부텐 또는 1-옥텐; 대안적으로 1-헥센 또는 1-옥텐; 대안적으로 1-부텐; 대안적으로 1-헥센; 대안적으로 1-옥텐; 대안적으로, 1-부텐, 1-헥센 및 1-옥텐 중 임의의 2 개의 조합이다. 대안적으로, 알파-올레핀은 사이클로헥산 또는 사이클로펜탄과 같은 환식 구조를 가질 수 있으며, 이는 결과적으로 3-사이클로헥실-1-프로펜(알릴 사이클로헥산) 및 비닐 사이클로헥산과 같은 α-올레핀을 생성시킨다. (C3-C20)알파-올레핀은 공단량체 또는 단량체로서 사용될 수 있다.
대안적으로, 반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 (A) 비극성 유기 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체)는 에틸렌/올레핀-작용성 실란 공중합체일 수 있다. 에틸렌/올레핀 작용성 실란 공중합체를 제조하기 위해 사용된 올레핀 작용성 실란 공단량체는 Chaudhary의 국제공개 WO 2016/200600 A1호(2016년 5월 24일에 출원된 국제출원 PCT/US16/033879)의 단락 [0019]; 또는 Meverden 등의 미국 특허 US 5,266,627호의 가수분해성 실란 단량체일 수 있다. 올레핀 작용성 가수분해성 실란은 공중합체 실시형태로 그래프팅될 수 있다(후반응기). 대안적으로, 올레핀 작용성 가수분해성 실란은 가수분해성 실릴기를 함유하는 공중합체 실시형태를 직접적으로 구현하기 위해 에틸렌 및 공단량체와 공중합될 수 있다. 일부 양태에서, 올레핀 작용성 가수분해성 실란은 비닐트리메톡시실란(VTMS), 비닐트리에톡시실란(VTES), 비닐트리아세톡시실란 또는 감마-(메트)아크릴옥시 프로필 트리메톡시실란이고, 가수분해성 실릴기는 2-트리메톡시실릴에틸, 2-트리에톡시실릴에틸, 2-트리아세톡시실릴에틸 또는 3-트리메톡시실릴프로필옥시카보닐에틸 또는 3-트리메톡시실릴프로필옥시카보닐프로필이다.
반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 유기 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체)는 2개 이상의 상이한 비극성 에틸렌계 중합체의 블렌드 또는 2개 이상의 상이한 촉매와의 중합 반응의 반응기 생성물일 수 있다. 비극성 폴리올레핀 중합체는 The Dow Chemical Company로부터의 ELITE™ 중합체인 비극성 에틸렌계 중합체와 같이 2개 이상의 반응기에서 제조될 수 있다.
반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 폴리올레핀 중합체는 비극성 에틸렌계 중합체, 대안적으로 비극성 프로필렌계 중합체, 대안적으로 비극성 에틸렌계 중합체와 비극성 프로필렌계 중합체의 블렌드일 수 있다.
반도체 복합체 재료로부터 생략되고 배제되는 비극성 유기 중합체(예컨대, 비극성 에틸렌계 중합체 또는 비극성 프로필렌계 중합체와 같은 비극성 폴리올레핀 중합체)는 임의의 적합한 공정에 의해 제조될 수 있으며, 이중 많은 공정은 공지되어 있다. 폴리에틸렌 중합체를 제조하기 위한 임의의 종래의 공정 또는 이후에 개발된 공정은 이를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 전형적으로, 제조 공정은 하나 이상의 중합 반응을 포함한다. 예를 들어, LDPE는 고압 중합 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 대안적으로, LDPE는 지글러-나타, 산화크롬, 메탈로센, 포스트-메탈로센 촉매와 같은 하나 이상의 중합 촉매를 사용하여 수행되는 배위 중합 공정을 사용하여 제조될 수 있다. 적합한 온도는 0℃ 내지 250℃, 또는 30℃ 또는 200℃이다. 적합한 압력은 대기압(101 kPa) 내지 10,000 분위기(대략 1,013 메가파스칼("MPa"))이다. 대부분의 중합 반응에서, 사용된 촉매 대 중합성 올레핀(단량체/공단량체)의 몰비는 10-12:1 내지 10-1:1, 또는 10-9:1 내지 10-5:1이다.
구성성분 (B): 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB). ULW-CB는 이전에 기재되어 있다. (B) ULW-CB는 반도체 복합체 재료의 1.0 내지 39 중량%, 대안적으로 1.5 내지 29 중량%, 대안적으로 1.5 내지 20.5 중량%, 대안적으로 1.5 내지 19 중량%, 대안적으로 1.5 내지 16 중량%, 대안적으로 1.5 내지 11 중량%, 대안적으로 1.5 내지 6 중량%일 수 있다.
일부 양태에서, 반도체 복합체 재료는 (B) ULW-CB 이외의 카본 블랙을 또한 함유할 수 있다. 이러한 다른 카본 블랙의 예는 Printex XE2 카본 블랙(DeGussa), Black Pearls 1000 카본 블랙(Cabot Corp.), Vulcan XC 72 카본 블랙(Cabot Corp.), Ketjenblack EC600JD 카본 블랙(Akzo), Vulcan P 카본 블랙(Cabot Corp.), United 120 카본 블랙(Cabot Corp.), Denka Black 카본 블랙(Denka), Vulcan XC 500 카본 블랙 또는 Acetylene Black AB 100%-01 카본 블랙(Soltex)이다. 다른 양태에서, (B) ULW-CB는 임의의 다른 카본 블랙을 포함하지 않는다.
구성성분 (C): 플라스토머. (C) 플라스토머는 고무-유사 특성과 같은 엘라스토머 및 플라스틱의 품질을 플라스틱의 가공 능력과 조합한 중합체 재료일 수 있다. (C)의 예는 The Dow Chemical Company로부터의 DFNA-1477 NT로서 입수 가능한 0.905 g/cm3의 밀도 및 0.9 g/10분의 용융 지수(I2)(ASTM D1238-04, 190℃, 2.16 kg)를 갖는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE)인 에틸렌/알파-올레핀 공중합체이다. 일부 양태에서, (C) 플라스토머는 본원에서 생략되고 배제되는 비극성 에틸렌계 중합체의 유형일 수 있다. 일부 양태에서, 반도체 복합체 재료 및 가교결합된 폴리에틸렌 생성물은 (C)를 함유하지 않는다. (C)는 존재할 때 반도체 복합체 재료의 0.01 내지 1.5 중량%, 대안적으로 0.05 내지 1.2 중량%, 대안적으로 0.1 내지 1.0 중량%일 수 있다.
선택적 구성성분 (D) 항산화제. (D) 항산화제는 반도체 복합체 재료 및/또는 과산화물 경화된 반도전성 생산물에 산화방지 특성을 제공하는 기능을 한다. 적합한 (D)의 예는 비스(4-(1-메틸-1-페닐에틸)페닐)아민(예를 들어, NAUGARD 445); 2,2'-메틸렌-비스(4-메틸-6-t-부틸페놀)(예를 들어, VANOX MBPC); 2,2'-티오비스(2-t-부틸-5-메틸페놀(CAS 번호 90-66-4, 상업적으로 LOWINOX TBM-6); 2,2'-티오비스(6-t-부틸-4-메틸페놀(CAS 번호 90-66-4, 상업적으로 LOWINOX TBP-6); 트리스[(4-tert-부틸-3-하이드록시-2,6-디메틸페닐)메틸]-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리온(예를 들어, CYANOX 1790); 펜타에리트리톨 테트라키스(3-(3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시페닐)프로피오네이트(예를 들어, IRGANOX 1010, CAS 번호 6683-19-8); 3,5-비스(1,1-디메틸에틸)-4-하이드록시벤젠프로판산 2,2'- 티오디에탄디일 에스테르(예를 들어, IRGANOX 1035, CAS 번호 41484-35-9); 및 디스테아릴 티오디프로피오네이트("DSTDP")이다. 일부 양태에서, (D)는 비스(4-(1-메틸-1-페닐에틸)페닐)아민(예를 들어, 미국 코네티컷주 댄버리 소재의 Addivant로부터 입수 가능한 NAUGARD 445)이다. 일부 양태에서, 반도체 복합체 및 가교결합된 폴리에틸렌 생성물은 (D)를 함유하지 않는다. (D)는 존재할 때 반도체 복합체 재료의 0.01 내지 1.5 중량%, 대안적으로 0.05 내지 1.2 중량%, 대안적으로 0.1 내지 1.0 중량%일 수 있다.
선택적 구성성분 (E): 유기 과산화물. 탄소 원자, 수소 원자 및 2개 이상의 산소 원자를 함유하고, 적어도 하나의 -O-O-기를 갖는 분자; 또는 이러한 분자의 집합이며, 단 1개 초과의 -O-O-기가 있는 경우에, 각각의 -O-O-기는 하나 이상의 탄소 원자를 통해 다른 -O-O-기에 간접적으로 결합된다. (E) 유기 과산화물은 반도체 복합체 재료의 경화가 원해지는 경우, 특히, 구성성분 (A), 구성성분 (B) 및 구성성분 (E)를 포함하는 반도체 복합체 재료를 (E) 유기 과산화물의 분해 온도 또는 이보다 높은 온도로 가열하는 것을 포함하는 경화가 원해지는 경우, 반도체 복합체 재료에 첨가될 수 있다. (E) 유기 과산화물은 화학식 RO-O-O-RO의 모노퍼옥사이드일 수 있으며, 상기 식에서 각각의 RO는 독립적으로 (C1-C20)알킬기 또는 (C6-C20)아릴기이다. 각각의 (C1-C20)알킬기는 독립적으로 비치환되거나, 1개 또는 2개의 (C6-C12)아릴기로 치환된다. 각각의 (C6-C20)아릴기는 비치환되거나, 1 내지 4개의 (C1-C10) 알킬기로 치환된다. 대안적으로, (E)는 화학식 RO-O-O-R-O-O-RO의 디퍼옥사이드일 수 있으며, 상기 식에서 R은 2가 탄화수소기, 예컨대 (C2-C10)알킬렌, (C3-C10)사이클로알킬렌 또는 페닐렌이고, 각각의 RO는 상기 정의된 바와 같다. (E) 유기 과산화물은 비스(1,1-디메틸에틸)퍼옥사이드; 비스(1,1-디메틸프로필)퍼옥사이드; 2,5-디메틸-2,5-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시)헥산; 2,5-디메틸-2,5-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시)헥신; 4,4-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시)발레르산; 부틸 에스테르; 1,1-비스(1,1-디메틸에틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸사이클로헥산; 벤조일 퍼옥사이드; tert-부틸 퍼옥시벤조에이트; 디-tert-아밀 퍼옥사이드("DTAP"); 비스(알파-t-부틸-퍼옥시이소프로필)벤젠("BIPB"); 이소프로필쿠밀 t-부틸 퍼옥사이드; t-부틸쿠밀퍼옥사이드; 디-t-부틸 퍼옥사이드; 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-트리메틸사이클로헥산; 이소프로필쿠밀 쿠밀퍼옥사이드; 부틸 4,4-디(tert-부틸퍼옥시)발레레이트; 또는 디(이소프로필쿠밀)퍼옥사이드; 또는 디쿠밀 퍼옥사이드일 수 있다. (E) 유기 과산화물은 디쿠밀 퍼옥사이드일 수 있다. 일부 양태에서, 단지 2개 이상의 (E) 유기 과산화물의 블렌드, 예를 들어 t-부틸 쿠밀 퍼옥사이드 및 비스(t-부틸 퍼옥시 이소프로필) 벤젠의 20:80(중량/중량) 블렌드(예를 들어, Arkema로부터 상업적으로 입수 가능한 LUPEROX D446B)를 사용한다. 일부 양태에서, 적어도 하나, 대안적으로 각각의 (E) 유기 과산화물은 하나의 -O-O-기를 함유한다. 일부 양태에서, 반도체 복합체 재료 및 가교결합된 폴리에틸렌 생성물은 (E)를 함유하지 않는다. (E) 유기 과산화물은 존재할 때 반도체 복합체 재료의 0.05 내지 3.0 중량%, 대안적으로 0.1 내지 3 중량%, 대안적으로 0.5 내지 2.5 중량%일 수 있다. 전형적으로, 반도체 복합체 재료가 (D) 항산화제 및 (E) 유기 과산화물 둘 다를 추가로 포함할 때, (D) 항산화제 대 (E) 유기 과산화물의 중량/중량 비율은 2 미만((D)/(E)(중량/중량) < 2) 이다.
선택적 구성성분 (F) 스코치 지연제. 조기 경화를 저해하는 분자 또는 이러한 분자의 집합. 스코치 지연제의 예는 장애 페놀; 반장애 페놀; TEMPO; TEMPO 유도체; 1,1-디페닐에틸렌; 2,4-디페닐-4-메틸-1-펜텐(알파-메틸 스티렌 이합체 또는 AMSD로도 공지됨); 및 미국 특허 US 6277925 B1호 2열 62줄 내지 3열 46 줄에 기재된 알릴 함유 화합물이다. 일부 양태에서, 반도체 복합체 재료 및 가교결합된 폴리에틸렌 생성물은 (K)를 함유하지 않는다. (K) 스코치 지연제는 존재할 때 반도체 복합체 재료의 0.01 내지 1.5 중량%, 대안적으로 0.05 내지 1.2 중량%, 대안적으로 0.1 내지 1.0 중량%일 수 있다.
선택적 구성성분 (G) 알케닐 작용성 공동작용제. 골격 또는 고리 하위구조 및 이에 결합된 1개, 대안적으로 2개 이상의 프로페닐, 아크릴레이트 및/또는 비닐기를 함유하는 분자, 또는 이러한 분자의 집합이며, 여기서 하위구조는 탄소 원자 및 선택적으로 질소 원자로 이루어진다. (D) 종래의 공동작용제는 규소 원자를 함유하지 않을 수 있다. (G) 알케닐 작용성 공동작용제는 (i) 내지 (v)의 제한 중 어느 하나에 의해 기재된 바와 같은 프로페닐 작용성의 종래의 공동작용제일 수 있다: (i) (G)가 2-알릴페닐 알릴 에테르; 4-이소프로페닐-2,6-디메틸페닐 알릴 에테르; 2,6-디메틸-4-알릴페닐 알릴 에테르; 2-메톡시-4-알릴페닐 알릴 에테르; 2,2'-디알릴 비스페놀 A; O,O'-디알릴 비스페놀 A; 또는 테트라메틸 디알릴비스페놀 A라는 제한; (ii) (G)가 2,4-디페닐-4-메틸-1-펜텐 또는 1,3-디이소프로페닐 벤젠이라는 제한; (iii) (G)가 트리알릴 이소시아누레이트("TAIC"); 트리알릴 시아누레이트("TAC"); 트리알릴 트리멜리테이트("TATM"); N,N,N′,N′,N″,N″-헥사알릴-1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민("HATATA"; N2,N2,N4,N4,N6,N6-헥사알릴-1,3,5-트리아진-2,4,6-트라이아민으로도 공지됨); 트리알릴 오르토포르메이트; 펜타에리트리톨 트리알릴 에테르; 트리알릴 시트레이트; 또는 트리알릴 아코니테이트라는 제한; (iv) (G)가 (i)에서의 임의의 2개의 프로페닐 작용성 공동작용제의 혼합물이라는 제한. 대안적으로, (G)는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트("TMPTA"), 트리메틸올프로판 트리메틸아크릴레이트("TMPTMA"), 에톡실화 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 트리스(2-히드록시에틸) 이소시아누레이트 트리아크릴레이트 및 프로폭실화 글리세릴 트리아크릴레이트로부터 선택된 아크릴레이트 작용성의 종래의 공동작용제일 수 있다. 대안적으로, (G)는 적어도 50 중량%의 1,2-비닐 함량을 갖는 폴리부타디엔 및 트리비닐 사이클로헥산("TVCH")으로부터 선택된 비닐 작용성의 종래의 공동작용제일 수 있다. 대안적으로, (G)는 미국 특허 US 5,346,961호 또는 미국 특허 US 4,018,852호에 기재된 종래의 공동작용제일 수 있다. 대안적으로, (G)는 상기 공동작용제 중 임의의 2개 이상의 조합일 수 있다. 일부 양태에서, 반도체 복합체 재료 및 가교결합된 폴리에틸렌 생성물은 (G)를 함유하지 않는다. (G) 공동작용제는 존재할 때 반도체 복합체 재료의 0.01 내지 4.5 중량%, 대안적으로 0.05 내지 2 중량%, 대안적으로 0.1 내지 1 중량%, 대안적으로 0.2 내지 0.5 중량%일 수 있다.
선택적 구성성분 (H) 조핵제. 폴리에틸렌 중합체의 결정화 속도를 향상시키는 유기 첨가제 또는 무기 첨가제. (H)의 예는 탄산칼슘, 이산화티탄, 황산바륨, 초고분자량 폴리에틸렌, 프탈산수소칼륨, 벤조산 화합물, 벤조산나트륨 화합물, 이나트륨 바이사이클로[2.2.1]헵탄-2,3-디카르복실레이트, 아연 모노글리세롤레이트 및 1,2-사이클로헥산디카르복실산, 칼슘염:스테아르산아연이다. 일부 양태에서, 반도체 복합체 재료 및 가교결합된 폴리에틸렌 생성물은 (H)를 함유하지 않는다. (H)는 존재할 때 반도체 복합체 재료의 0.01 내지 1.5 중량%, 대안적으로 0.05 내지 1.2 중량%, 대안적으로 0.1 내지 1.0 중량%의 농도일 수 있다.
선택적 구성성분 (I) 가공 조제. (I)의 예는 불소고무(fluoroelastomer) 및 Viton FreeFlow 가공 조제, 예컨대 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 Chemours Company로부터의 iton FreeFlow 23이다.
선택적 구성성분 (J) 증량제 오일. (J)의 예는 광유, 파라핀유 및 이들의 조합이다.
선택적 구성성분 (K) 안정화제. 평균 입자 크기가 18 내지 22 나노미터(nm)인 미립자 고체. (K)는 Cabot Corporation으로부터 상표명 CAB-O-SIL 하에 상업적으로 입수 가능한 것과 같은 소수성화된 흄드 실리카일 수 있다. (K)는 또한 난연 효과를 가질 수 있는 UV 안정화제일 수 있다.
반도체 복합체 재료는 독립적으로 캐리어 수지, 부식 억제제(예를 들어, SnSO4), 윤활제, 블로킹 방지제, 대전방지제, 슬립제(slip agent), 가소제, 점착 부여제, 계면활성제, 산 소거제, 전압 안정화제 및 금속 불활성화제로부터 선택된 하나 이상의 선택적 첨가제의 각각으로 본질적으로 이루어지지 않을 수 있거나, 대안적으로 0.005 내지 0.5 중량%로 추가로 이루어질 수 있다.
선택적 첨가제는 본 발명의 반도체 복합체 재료 및/또는 본 발명의 생성물에 하나 이상의 유리한 특성을 부여하기 위해 사용될 수 있다. 일부 양태에서, 선택적 구성성분 또는 첨가제 중 어느 하나는 하기 실시예에 사용된 것이다.
전기 전도체 장치: 예컨대 저전압, 중전압, 고전압 및 초고전압 전기 전송 분야에 사용하기 위한, 코팅된 금속 와이어, 전기 케이블 또는 파워 케이블. "와이어"는 전도성 물질, 예를 들어 구리 또는 알루미늄과 같은 전도성 금속의 단일 가닥 또는 필라멘트, 또는 광 섬유의 단일 가닥 또는 필라멘트를 의미한다. "파워 케이블"은 절연 층으로 지칭될 수 있는 반도체 층 및 커버링 내에 배치된 적어도 하나의 와이어를 포함한다. 전기 전도체 장치는 중전압, 고전압 또는 초고전압 분야에 사용하도록 설계되고 구성될 수 있다. 적합한 케이블 설계의 예는 미국 특허 US 5,246,783호; 미국 특허 US 6,496,629호; 및 미국 특허 US 6,714,707호에 제시되어 있다.
전기 전도체 장치는 내부로부터 밖으로 전도성 코어, 내부 반도체 층 및 선택적으로 내부 절연 층을 함유할 수 있다. 전기 전도체 장치의 선택적 절연 양태는 외부 반도체 층 및 외부 절연 층을 함유할 수 있다. 전도성 코어는 하나 이상의 금속 와이어로 구성될 수 있다. 전도성 코어는 "가닥이 꼬인" 경우 2개 이상의 금속 와이어를 함유하는데, 이들은 별개의 와이어 번들로 나눠질 수 있다. 전도성 코어에서의 각각의 와이어는, 번들로 되든 또는 아니든, 절연 층으로 개별적으로 코팅될 수 있고/있거나, 별개의 번들은 절연 층으로 코팅될 수 있다. 각각의 절연 층은 독립적으로 단층 또는 다층 커버링, 코팅 또는 시스(sheath)일 수 있다. 절연 층(들)은 주로 일광, 물, 열, 산소, 기타 전도성 물질(예를 들어, 단락(short-circuiting)을 방지하기 위해) 및/또는 부식성 물질(예를 들어, 화학 흄(fume))과 같은 외부 환경으로부터 전도성 코어 및 반도체 층(들)을 보호하거나 절연시키도록 작용한다.
하나의 절연 전기 전도체 장치로부터 다음의 절연 전기 전도체 장치로의 단층 또는 다층 커버링은 이의 각각의 의도된 용도에 따라 다르게 구성될 수 있다. 예를 들어, 절연 전기 전도체 장치의 다층 커버링은 단면에서 볼 때 최내층으로부터 최외층으로 다음 성분으로 순차적으로 구성될 수 있다: (전도성 코어와 물리적으로 접촉하는) 내부 반도전성 층, 가교결합된 폴리에틸렌 생성물을 포함하는 절연 층(본 발명의 가교결합된 생성물), 외부 반도전성 층, 금속 실드 및 보호 시스. 층 및 시스는 원주 방향으로 연속적이고 동축 방향(종방향)으로 연속적이다. 금속 실드(접지(ground))는 동축으로 연속적이며, 원주 방향으로 연속적(층)이거나 불연속적(테이프 또는 와이어)이다. 외부 반도전성 층은 존재할 때 절연 층으로부터 벗겨질 수 있는 과산화물 가교결합된 반도전성 생성물로 구성될 수 있다.
전기 전도 방법. 본 발명의 전기 전도 방법은 전기 전도체 장치를 사용할 수 있거나, 본 발명의 반도체 복합체 재료 또는 생성물을 포함하는 상이한 전기 전도체를 사용할 수 있다.
전기 전도체 장치는 저전압, 중전압, 고전압 및 초고전압 분야를 포함하는 데이터 전송 분야 및/또는 전기 전송 분야에 유용하다.
본 발명의 반도체 복합체 재료 및 생성물은 컨테이너, 차량 부품 및 전자제품 패키징을 포함하는 다양한 다른 분야에 유용하다.
화합물은 이의 모든 동위원소 및 자연적으로 풍부하고 동위원소로 농후화된 형태를 포함한다. 상기 농후화된 형태는 의학 용도 또는 위조 방지 용도를 가질 수 있다.
일부 양태에서, 본원의 임의의 화합물, 조성물, 제제, 재료, 혼합물 또는 반응 생성물은 H, Li, Be, B, C, N, O, F, Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Cs, Ba, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg, Tl, Pb, Bi, 란탄족 원소 및 악티늄족 원소로 이루어진 군으로부터 선택된 임의의 하나의 화학 원소를 함유하지 않을 수 있고; 단 이 화합물, 조성물, 제제, 재료, 혼합물 또는 반응 생성물이 필요로 하는 화학 원소(예를 들어, 폴리에틸렌이 필요로 하는 C 및 H 또는 알코올이 필요로 하는 C, H 및 O)는 포함되지 않는다.
달리 나타내지 않는 한 다음 사항이 적용된다. 대안적으로 별개의 실시형태가 선행한다. AEIC는 미국 알라바마주 버밍엄 소재의 Association of Edison Illuminating Companies를 의미한다. ASTM은 미국 펜실베이니아주 웨스트 콘션호켄 소재의 표준 기구, ASTM International을 의미한다. IEC는 스위스 제네바 소재의 표준 기구, International Electrotechnical Commission을 의미한다. ISO는 스위스 제네바 소재의 표준 기구, 국제 표준화 기구(International Organization for Standardization)를 의미한다. 임의의 비교예는 단지 예시의 목적을 위해 사용되며, 종래 기술이 아니다. 함유하지 않거나 결여된다는 것은 완전한 부재; 대안적으로 검출 불가능함을 의미한다. ICEA는 Insulated Cable Engineers Association 및 영국 런던 소재의 IHS Markit이 공표한 표준을 의미한다. IUPAC는 International Union of Pure and Applied Chemistry(미국 노스 캐롤라이나주 리치 트라이앵클 파크 소재의 IUPAC Secretariat)이다. 일 수 있다는 반드시 해야 하는 것이 아니라, 허용된 선택을 부여하는 것이다. 가동적(operative)은 기능적으로 가능하거나 효과적임을 의미한다. 선택적(으로)은 부재(또는 제외), 대안적으로 존재(또는 포함)를 의미한다. 특성은 표준 시험 방법 및 측정 조건(예를 들어, 23℃ 및 101.3 kPa에서의 점도)을 사용하여 측정된다. 범위는 정수의 범위가 분수값을 포함하지 않는다는 점을 제외하고는 종점, 하위범위 및 정수 및/또는 분수를 포함한다. 실내 온도: 23℃ ± 1℃. 치환은 화합물을 언급할 때 수소 대신에 치환마다 하나 이상의 치환기를 포함함을 의미한다.
반도체 복합체 재료 제조 방법: (A) 및 (B)의 농축된 마스터배치를 생성하기 위해 C.W. Brabender 제조용-혼합기를 사용하여 160℃에서 20분 동안 분당 50 회전수(rpm)의 혼합 속도에서 (A) 및 (B)를 용융 혼합하여 본질적으로 67 중량%의 (A) 극성 유기 공중합체 및 33 중량%의 (B) ULW-CB로 이루어진 반도체 복합체 재료의 실시형태를 구현한다. 이 용융 혼합 조건은 (A)가 극성 에틸렌계 중합체일 때 매우 적합하다. 그 조건은 예컨대 더 높은 온도(예를 들어, 200℃)를 사용하여 극성 프로필렌계 중합체와 같은 (A)의 다른 실시형태의 적절한 용융 혼합을 보장하기 위해 조정될 수 있다. 원하는 경우, 0 초과 내지 33 중량% 미만의 (B) ULW-CB의 농도를 갖는 반도체 복합체 재료의 다른 실시형태를 생성하기 위해 농축된 마스터배치 또는 반도체 복합체 재료의 실시형태를 (A)의 농축된 마스터배치와 동일하거나 상이할 수 있는 추가의 독립적으로 선택된 (A) 극성 유기 공중합체와 용융 혼합한다.
펠릿 제조 방법. 용융 스트랜드로서 반도체 복합체 재료를 생성하기 위해 반도체 복합체 재료 제조 방법에 의해 제조된 반도체 복합체 재료를 Brabender 단일 스크류 압출기의 호퍼로 컴파운딩하고, 25 rpm의 스크류 속도로 120℃에서 반도체 복합체 재료의 용융물을 압출한다. 이 압출 및 스트랜딩 조건은 (A)가 극성 에틸렌계 중합체일 때 매우 적합하다. 그 조건은 예컨대 더 높은 온도(예를 들어, 200℃)를 사용하여 극성 프로필렌계 중합체와 같은 (A)의 다른 실시형태의 적절한 압출 및 스트랜딩을 보장하기 위해 조정될 수 있다. 용융 스트랜드를 Brabender Pelletizer에 공급하여 펠릿 형태의 제2의 본 발명의 반도체 복합체 재료를 생성한다.
침지 방법. 50 그램(g)의 펠릿 제조 방법에서 제조된 제2의 본 발명의 반도체 복합체 재료의 펠릿 및 0.865 g의 (E) 유기 과산화물을 250 밀리리터 부피의 플루오르화된 고밀도 폴리에틸렌 (F-HDPE) 병에 첨가한다. 펠릿 및 (E)를 함유하는 병을 단단히 밀봉한다. 밀봉된 병을 0분, 2분, 5분, 10분, 20분 및 30분에서 진탕하여 (E) 유기 과산화물이 펠릿에 70℃에서 8시간 동안 침지되게 하여 유기 과산화물-침지된 펠릿으로 제3의 본 발명의 반도체 복합체 재료를 생성한다. 시험에 필요할 때까지 유기 과산화물 침지된 펠릿을 F-HDPE 병에 23℃에서 보관한다.
가교결합된 폴리에틸렌 생성물 및 압축 성형 플라크 제조 방법 1: 손실 계수 시험을 위해 가교결합된 폴리에틸렌 생성물의 압축 성형 플라크를 제조한다. 침지 방법 1에 의해 제조된 유기 과산화물 침지된 펠릿 15 g을 2개의 2-밀리미터(mm) 두께의 폴리(에틸렌 테레프탈레이트) 필름 사이에 끼워 넣어 샌드위치를 생성한다. 샌드위치를 하기 치수의 금형에 넣는다: 180 mm x 190 mm x 0.5 mm. 샌드위치를 함유하는 금형을 핫 프레스 기계의 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에 놓고, 10분 동안 120℃ 및 0 메가파스칼(MPa)의 인가된 압력에서 성형하여 예열된 금형을 생성한다. 금형을 5 MPa 하에 120℃에서 0.5 분 동안 유지시키고, 이후 10 MPa 하에 120℃에서 0.5분 동안 유지시킨다. 금형을 8회 배기시키고, 이후 금형을 10 MPa 압력 하에 180℃에서 대략 13분 동안 유지시켜 추가 경화를 제공하여 가교결합된 폴리에틸렌 생성물을 생성한다. 금형을 10 MPa 하에 10분 내에 180℃에서 25℃로 냉각시키고, 압축 성형 플라크 형태인 가교결합된 폴리에틸렌 생성물을 제거한다. 하기 방법에 따라 손실 계수를 시험한다.
압축 성형 플라크 제조 방법: 금형에 재료(예를 들어, (A) 극성 유기 공중합체 또는 반도체 복합체 재료)의 버진 샘플을 넣고, 하기와 같이 Grenerd 수압 프레스에서 프레스한다: 프레스를 150℃로 예열하고; 이후 3분 동안 압력 없이 금형에서 샘플을 가열하여 가열된 샘플을 생성하고; 3분 동안 0.689 메가파스칼(MPa, 제곱인치당 100 파운드(psi)) 압력에서 가열된 샘플을 프레스하고, 이후 3분 동안 17.2 MPa(2500 psi) 압력에서 프레스하고; 금형을 켄칭하고 0.689 MPa 압력에서 40℃에서 3분 동안 유지시켜 샘플의 압축 성형 플라크를 생성한다.
BET 질소 표면적 시험 방법: Micromeritics Accelerated Surface Area & Porosimetry 기구(ASAP 2420)를 사용하여 BET 표면적 분석을 수행한다. 샘플을 분석 전에 진공 하에 두면서 250℃에서 가스 제거한다. 상기 기구는 정적(부피측정) 샘플 투입 방법을 사용하고, 액체 질소 온도에서 고체에 물리적으로 흡착(물리흡착)될 수 있는 가스의 양을 측정한다. 다점 BET 측정의 경우, 일정 온도에서 미리 선택된 상대 압력 지점에서 질소 흡수 부피를 측정한다. 상대 압력은 -196℃의 분석 온도에서 적용된 질소 압력 대 질소 증기압의 비이다.
밀도 시험 방법: (물이 아닌 액체, 예를 들어, 액체 2-프로판올에서 고체 플라스틱을 시험하기 위한) ASTM D792-13, Standard Test Methods for Density and Specific Gravity (Relative Density) of Plastics by Displacement, Method B에 따라 측정한다. 결과를 입방 센티미터당 그램(g/cm3)의 단위로 기록한다.
용융 지수(190℃, 2.16 킬로그램(kg), "I2") 시험 방법: 비극성 에틸렌계 중합체에 대해, 이전에 "조건 E"로 공지되고, I2로도 공지된, 190℃/2.16 킬로그램(kg)의 조건을 사용하여, ASTM D1238-04, Standard Test Method for Melt Flow Rates of Thermoplastics by Extrusion Platometer에 따라 측정한다. 결과를 10분당 용리된 그램(g/10분)의 단위로 기록한다. 190℃ 대신에 230℃의 사용을 제외하고는 비극성 프로필렌계 중합체에 대해 반복한다.
수분 흡수 시험 방법: 100℃에서 진공 오븐에서 밤새 카본 블랙 샘플을 건조시키고, 건조된 카본 블랙 샘플의 중량을 측정하고, 24시간 동안 잘 조절된 80% 상대 습도(RH) 및 온도 24℃를 갖는 챔버 내에 건조된 카본 블랙 샘플을 배치하여 습윤된 카본 블랙 샘플을 생성하고, 습윤된 카본 블랙 샘플을 칭량하고, 하기 식을 사용하여 중량 백만분율 단위의 수분 흡수의 양을 계산하여 카본 블랙의 수분 흡수를 측정한다: 수분 흡수 양 = 건조된 CB 샘플의 중량으로 나눈 (습윤된 CB 샘플의 중량 - 건조된 CB 샘플의 중량).
오일 흡수가(OAN) 시험 방법: 디부틸 프탈레이트(DBP)로 ASTM D2414-04, Procedure A를 사용한다.
상 형태학 시험 방법: 주사 전자 현미경법(SEM)을 사용하여 반도체 복합체 재료의 상 형태학을 규명한다. 분석을 위해 제조하기 위해, 처음에 레이저 블레이드를 사용하여 압축 성형 플라크 제조 방법에 의해 제조된 압축 성형 플라크 샘플을 절단 개방하여 이의 내부를 노출시킨다. -80℃에서 Leica Ultracut EM FC7 초저온박편절단기(cryo-ultramicrotome)에서 노출된 내부를 연마한다. 10 킬로볼트(kV)에서 작동하는 지르콘화 텅스텐 전계 방출 전자 소스가 장착된 FEI Nova NanoSEM 630 전자 현미경, Everhart-Thornley 2차 전자 검출기 및 저전압 고콘트라스트 후방산란 전자 검출기에서 전자 현미경사진을 획득한다.
레올로지 시험 방법: 점도 대 각 주파수. 점탄성 거동의 분석을 위해 ARES 진동 전단 레오미터로 동적 진동 전단 레올로지를 수행한다. 선형 점탄성 영역 내에 변형에 대해 초당 0.1 내지 100 라디안(rad/s)의 각 주파수에 대해 0.25% 변형에서 주파수 이동을 사용하여 평행판 지오메트리(25 mm의 판 직경)로 진동 전단 측정을 수행한다. 160℃에서 측정을 수행한다. 파스칼-초(Pa-s) 단위로 결과를 기록한다.
표면 에너지 시험 방법: Owens-Wendt 식을 사용하여 3개의 액체 접촉 각으로부터 23℃에서 측정한다. (이전에 기재된) 압축 성형 플라크 제조 방법에 의해 (A) 극성 유기 공중합체의 샘플의 플라크를 제조한다. OWENS-WENDT 방법을 사용하여 액체 접촉 각에 기초하여 샘플의 표면 에너지를 계산한다. 수동 기본 선을 사용하여 100의 휘도, 80의 콘트라스트 및 50의 프레임 속도에서 KRUSS DSA100 Drop Shape Analyzer(고니오미터)에서 정적법(sessile drop)에 의해 접촉 각을 측정한다. 3개의 액체는 물, 포름아미드 및 디요오도메탄이고, 0.5 밀리미터(mm)의 스테인리스 강/중합체 침으로 터릿(turret) 설정으로부터 사용된다. Ellipse(Tangent 1) 방법을 사용하여 접촉 각을 적합화한다. 각각의 액체에 대해 적어도 6 방울을 분석하고, 결과의 평균을 기록한다. OWENS-WENDT 방법에 의해 평균을 사용하여 표면 에너지를 계산한다.
열 순환 시험 방법: 180℃에서 압력 없이 3분 동안, 이어서 0.689 MPa(100 psi)의 압력 하에 3분 동안 및 17.2 MPa(2500 psi)의 압력 하에 3분 동안 (수압 프레스 내에 배치된) 구리 금형에서 반도체 복합체 재료의 샘플을 가열한다. 이후, 샘플을 0.689 MPa(100 psi)의 압력 하에 40℃로 켄칭한다. 이 열 순환을 2회 반복하여 열 순환된 샘플을 생성한다.
부피 저항률 시험 방법: 2점 프로브를 갖는 Keithley 2700 Integra Series 디지털 멀티미터를 사용하여 낮은 저항률(108 Ohm-cm (Ωㆍcm) 미만)을 갖는 샘플의 저항률을 측정한다. 샘플과 전극 사이의 접촉 저항을 최소화하기 위해 은 페인트(전도성 은 #4817N)를 도포하고, 여기서 샘플은 1.905 내지 1.203 mm(75 mil 내지 80 mil)의 두께, 101.6 mm의 길이 및 50.8 mm의 폭을 갖는 압축 성형 플라크 제조 방법에 의해 제조된 압축 성형 플라크 샘플이다. 원형 디스크 샘플을 사용하여 Model 8009 저항률 시험 챔버와 커플링된 Keithley Model 6517B 전위계를 사용하여 높은 저항률(108 Ωㆍcm 초과)을 갖는 샘플의 저항률을 측정하고, 여기서 샘플은 1.905 내지 1.203 mm(75 mil 내지 80 mil)의 두께 및 63.5 mm의 직경을 갖는 압축 성형 플라크 제조 방법에 의해 제조된 압축 성형 플라크 샘플로서 제조된 원형 디스크이다.
습윤성 시험 방법: 둘 다 Surface Measurement Systems, Ltd.(미국 펜실베니아주 알렌타운 소재)로부터 입수 가능한 IGC 표면 에너지 분석장치 기구 및 SEA Analysis Software에 의한 역기체 크로마토그래피(IGC) 방법을 사용한다. 재료의 총 표면 에너지(γ(총))는 분산성 성분(γ(분산성)) 및 극성 성분(γ(극성))의 2개의 성분의 합이다: γ(총) = γ(극성) + γ(분산성). 데칸, 노난, 옥탄 및 헵탄의 4개의 알칸 가스 프로브로 γ(분산성) 성분을 측정하고, Dorris 및 Gray의 방법(하기 참조)으로 γ(분산성)을 결정한다. 에틸 아세테이트 및 디클로로메탄의 2개의 극성 가스 프로브로 γ(극성) 성분을 측정하고, Della Volpe 스케일로 van Oss 접근법에 기초하여 γ(극성)을 분석한다(문헌[D.J. Burnett et al., AAPS PharmSciTech, 2010, 13, 1511-1517]; 문헌[G. M. Dorris et al. J. Colloid Interface Sci. 1980, 23, 45-60]; 문헌[C. Della Volpe et al., J Colloid Interface Sci, 1997, 195, 121-136]). 개별 실란화 유리 칼럼(300 mm 길이 x 4 mm 내경)으로 대략 10 내지 20 밀리그램(mg)의 양의 미처리 카본 블랙의 시험 샘플을 충전한다. 헬륨 운반 가스로 100℃ 및 0% 상대 습도에서 2시간 동안 카본 블랙 충전된 칼럼을 프리컨디셔닝하여 샘플을 정규화한다. 헬륨의 분당 10 표준 입방 센티미터(sccm) 총 유량으로 측정을 수행하고, 사부피 보정을 위해 메탄을 사용한다. 100℃ 및 0% 상대 습도에서 성분을 측정한다. 카본 블랙의 표면 에너지는 표면 피복률 n/nm의 함수로서 측정되고, 상기 식에서 n은 가스 프로브의 흡착 양이고, nm은 카본 블랙의 단층 역량이다. 표면 피복률의 함수로서의 표면 에너지의 분포는 카본 블랙 표면의 이질성을 밝혀낸다.
실시예
Soltex로부터의 Acetylene Black AB 100%-01 카본 블랙. BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정된 77 m2/g의 BET 질소 표면적; ASTM D2414-04에 의해 측정된 187 내지 202 mL/100 g의 OAN; 및 수분 흡수 시험 방법에 의해 측정된 수분 흡수 3,000 ppm; 및 0.02의 표면 피복률에서의 0.0101의 습윤성 및 0.04의 표면 피복률에서의 0.0108의 습윤성 및 0.06의 표면 피복률에서의 0.0111의 습윤성 및 0.08의 표면 피복률에서의 0.0112의 습윤성 및 0.10의 표면 피복률에서의 0.0113의 습윤성을 특징으로 하는 표면 습윤성 프로필.
구성성분 (A1): 28 중량%의 비닐 아세테이트 공단량체성 단위 함량을 갖는 에틸렌/비닐 아세테이트(EVA) 공중합체. 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 DuPont으로부터의 제품 ELVAX 260으로서 입수 가능.
구성성분 (B1): Cabot Corporation으로부터의 LITX 50 Conductive Additive인 (B) ULW-CB. BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정된 56 m2/g의 BET 질소 표면적; ASTM D2414-04에 의해 측정된 125 내지 145 mL/100 g의 OAN; 및 수분 흡수 시험 방법에 의해 측정된 수분 흡수 520 ppm; 및 0.02의 표면 피복률에서의 0.0014의 습윤성 및 0.04의 표면 피복률에서의 0.0039의 습윤성 및 0.06의 표면 피복률에서의 0.0051의 습윤성 및 0.08의 표면 피복률에서의 0.0061의 습윤성 및 0.10의 표면 피복률에서의 0.0069의 습윤성을 특징으로 하는 표면 습윤성 프로필.
비교예 1 내지 비교예 3(CE1 내지 CE3): 구성성분 (A1) ELVAX 260 및 Acetylene Black AB 100%-01 카본 블랙을 사용하여 제조된 비교용 복합체 재료. 반도체 복합체 재료 제조 방법에 따라 구성성분 (A1) 및 Acetylene Black AB 100%-01을 용융 혼합하여 제조하여 CE1 내지 CE2의 반도체 재료를 생성한다. 압축 성형 플라크 제조 방법에 따라 CE1 내지 CE3의 샘플을 별개로 프레스하여 플라크를 형성한다.
실시예 1 및 실시예 2(IE1 및 IE2): 구성성분 (A1) ELVAX 260 및 구성성분 (B1) LITX 50 카본 블랙을 사용하여 제조된 본 발명의 반도체 복합체 재료. 반도체 복합체 재료 제조 방법에 따라 구성성분 (A1) 및 (B1)을 용융 혼합하여 제조하여 IE1 및 IE2의 반도체 재료를 생성한다. 압축 성형 플라크 제조 방법에 따라 IE1 및 IE2의 샘플을 별개로 프레스하여 플라크를 형성한다.
Figure pct00001
표 1에서의 데이터로 표시된 것처럼, CE1 내지 CE3은 파워 케이블의 반도체 층에 바람직하지 않은 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적의 주어진 범위에서 높은 저항률을 갖는다. Log(부피 저항률) 값은 20.0 내지 26.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 1.3 Log(Ohm-cm) 초과이고; 15.0 내지 20.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 3 Log(Ohm-cm) 초과이고; 5.0 내지 15.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 5 Log(Ohm-cm) 초과이다. 비교용 재료 CE1 내지 CE3은 다양한 로딩에서 선행의 전도성 카본 블랙을 함유하여 로딩-전도도 관계를 보여준다. 결과는 100,000 Ohm-cm 미만의 부피 저항률이 이 선행의 카본 블랙의 20 중량% 초과의 로딩을 필요로 한다는 것을 나타낸다. 이러한 높은 로딩은 비교용 제제를 용융 가공하고 압축/스트랜딩하는 것이 어렵게 하고, 이를 함유하는 파워 케이블의 조작 사용 동안 원치 않는 양의 수분 흡수를 발생시킬 것이다.
Figure pct00002
표 2에서의 데이터로 표시된 것처럼, IE1 및 IE2는 반도체 층에 원해지는 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적의 주어진 범위에서 낮은 부피 저항률을 갖는다: log(부피 저항률) 값은 20.0 내지 26.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 1.3 Log(Ohm-cm) 이하이고; 15.0 내지 20.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 3 Log(Ohm-cm) 이하이고; 5.0 내지 15.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 5 Log(Ohm-cm) 이하이다. 본 발명의 실시예는 더 높은 전도도(더 낮은 부피 저항률)가 ULW-CB의 동일한 로딩에서 달성될 수 있다는 것을 명확히 보여준다. 100,000 Ohm-cm 미만(5 Log(Ohm-cm) 미만)의 부피 저항률은 20 중량% 미만의 ULW-CB로 달성된다. 이것은 전도도 및 카본 블랙 로딩의 개선된 균형을 제공한다.

Claims (15)

  1. 반도체 복합체 재료로서, (A) 극성 에틸렌계 공중합체, 및 (B) BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 그램당 35 내지 190 제곱미터(m2/g)의 브루나우어-에메트-텔러(BET: Brunauer-Emmett-Teller) 질소 표면적; 및 오일 흡수가(OAN: oil absorption number) 시험 방법에 의해 측정될 때 100 그램당 115 내지 180 밀리리터(mL/100 g)의 오일의 오일 흡수가를 갖는, 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)의 전기 전도성 유효량으로 본질적으로 이루어진, 반도체 복합체 재료.
  2. 제1항에 있어서, (B) ULW-CB는 (i) (B) ULW-CB가 BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 40 내지 63 m2/g의 BET 질소 표면적; 및 오일 흡수가 시험 방법에 의해 측정될 때 120 내지 150 mL/100 g의 OAN을 갖는다는 제한; (ii) (B) ULW-CB가 BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 120 내지 180 m2/g의 BET 질소 표면적; 및 오일 흡수가 시험 방법에 의해 측정될 때 150 내지 175 mL/100 g의 OAN을 갖는다는 제한; 및 (iii) (B) ULW-CB가 (i) 및 (ii)의 ULW-CB의 블렌드라는 제한인 (i) 내지 (iii)의 제한 중 어느 하나를 특징으로 하는, 반도체 복합체 재료.
  3. 반도체 복합체 재료로서, (A) 극성 에틸렌계 공중합체, 및 (B) 습윤성 시험 방법에 따라 역기체 크로마토그래피(IGC: inverse gas chromatography)에 의해 측정될 때 0.02의 표면 피복률에서의 0.0101 이하의 습윤성, 및 0.04의 표면 피복률에서의 0.0101 이하의 습윤성, 및 0.06의 표면 피복률에서의 0.0099 이하의 습윤성, 및 0.08의 표면 피복률에서의 0.0111 이하의 습윤성, 및 0.10의 표면 피복률에서의 0.0113 이하의 습윤성을 특징으로 하는 표면 습윤성 프로필을 갖는, 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)의 전기 전도성 유효량으로 본질적으로 이루어진, 반도체 복합체 재료.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, (B) ULW-CB는 (i) BET 질소 표면적 시험 방법에 의해 측정될 때 40 내지 180 m2/g의 BET 질소 표면적; (ii) 수분 흡수 시험 방법에 의해 측정될 때 400 내지 2400 백만분율(ppm, 중량)의 물 흡수; (iii) 습윤성 시험 방법에 따라 IGC에 의해 측정될 때 0.02의 표면 피복률에서의 0.0058 이하의 습윤성, 및 0.04의 표면 피복률에서의 0.0070 이하의 습윤성, 및 0.06의 표면 피복률에서의 0.0075 이하의 습윤성, 및 0.08의 표면 피복률에서의 0.0086 이하의 습윤성, 및 0.10의 표면 피복률에서의 0.0091 이하의 습윤성을 특징으로 하는 표면 습윤성 프로필; (iv) (i) 및 (ii) 둘 다; (v) (i) 및 (iii) 둘 다; (vi) (ii) 및 (iii) 둘 다; (vii) (i), (ii)와 (iii)의 조합의 (i) 내지 (vii)의 제한 중 어느 하나를 특징으로 하는, 반도체 복합체 재료.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 초저 습윤성 카본 블랙 이외의 임의의 카본 블랙이 없는, 반도체 복합체 재료.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 반도체 복합체 재료의 총 중량을 기준으로 61.0 내지 99.0 중량%의 (A) 극성 에틸렌계 공중합체의 조합; 및 39.0 내지 1.0 중량%의 (B) ULW-CB를 포함하는, 반도체 복합체 재료.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, (C) 플라스토머; (D) 항산화제; (E) 유기 과산화물; (F) 스코치 지연제(scorch retardant); (G) 알케닐 작용성 공동작용제; (H) 조핵제; (I) 가공 조제; (J) 증량제 오일; (K) 안정화제(예를 들어, 자외선(UV) 광 연관 분해를 저해하는 화합물)로부터 선택된 적어도 하나의 첨가제로 추가로 본질적으로 이루어진, 반도체 복합체 재료.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 부피 저항률 시험 방법(Volume Resistivity Test Method)에 따라 측정될 때 33 중량%의 전기 전도성 유효량에서의 1.4 log(Ohm-센티미터(Ohm-cm)) 미만, 또는 20 중량%의 전기 전도성 유효량에서의 4.5 log(Ohm-cm) 미만의 log(부피 저항률)을 특징으로 하고, (B) ULW-CB의 전기 전도성 유효량은 반도체 복합체 재료의 총 중량을 기준으로 하는, 반도체 복합체 재료.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 부피 저항률 시험 방법에 의해 측정될 때 20.0 내지 26.0 m2/g의 복합체에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 1.3 Log(Ohm-cm) 이하; 또는 15.0 내지 20.0 m2/g의 복합체 재료에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 3 Log(Ohm-cm) 이하; 또는 5.0 내지 15.0 m2/g의 복합체 재료에서의 카본 블랙의 총 BET N2 표면적에서 5 Log(Ohm-cm) 이하의 log(부피 저항률)을 특징으로 하는, 반도체 복합체 재료.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 반도체 복합체 재료를 제조하는 방법으로서, (B) 초저 습윤성 카본 블랙(ULW-CB)을 (A) 극성 에틸렌계 공중합체의 용융물로 혼합하여 구성성분 (A)와 구성성분 (B)로 본질적으로 이루어진 용융 블렌드로서 반도체 복합체 재료를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 반도체 복합체 재료의 경화의 생성물인 가교결합된 폴리에틸렌 생성물.
  12. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 반도체 복합체 재료, 또는 제9항의 방법에 의해 제조된 반도체 복합체 재료, 또는 제11항의 가교결합된 폴리에틸렌 생성물의 성형된 형태를 포함하는, 제조 물품.
  13. 전도성 코어 및 전도성 코어를 적어도 부분적으로 피복하는 반도체 층을 포함하는 전기 전도체 장치로서, 반도체 층의 적어도 일부는 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 반도체 복합체 재료, 또는 제10항의 방법에 의해 제조된 반도체 복합체 재료, 또는 제11항의 가교결합된 폴리에틸렌 생성물을 포함하는, 전기 전도체 장치.
  14. 전기를 전도하는 방법으로서, 전도성 코어를 통과하는 전기 흐름을 발생시키도록 제13항의 전기 전도체 장치의 전도성 코어에 걸쳐 전압을 인가하는 단계를 포함하는, 방법.
  15. 열 순환된 반도체 복합체 재료로서, 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 반도체 복합체 재료를, 1 내지 5분 동안 170℃ 내지 190℃로 반도체 복합체 재료를 가열하고 이후 30℃로 냉각시켜 냉각된 열 순환된 반도체 복합체 재료를 생성하는 것을 포함하는 열 주기로 처리하여 제조된, 열 순환된 반도체 복합체 재료.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4315371A1 (en) 2021-03-31 2024-02-07 Dow Global Technologies LLC Moisture-curable semiconductive formulation
TW202239854A (zh) 2021-03-31 2022-10-16 美商陶氏全球科技有限責任公司 可濕固化半導電調配物

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4018852A (en) 1974-11-27 1977-04-19 Union Carbide Corporation Composition with triallyl compounds and process for avoiding scorching of ethylene polymer composition
US5266627A (en) 1991-02-25 1993-11-30 Quantum Chemical Corporation Hydrolyzable silane copolymer compositions resistant to premature crosslinking and process
US5246783A (en) 1991-08-15 1993-09-21 Exxon Chemical Patents Inc. Electrical devices comprising polymeric insulating or semiconducting members
US5346961A (en) 1993-04-07 1994-09-13 Union Carbide Chemicals & Plastics Technology Corporation Process for crosslinking
JP3088055B2 (ja) * 1993-12-10 2000-09-18 矢崎総業株式会社 電力ケーブルの半導電層用組成物
ES2262311T3 (es) 1998-02-12 2006-11-16 Cabot Corporation Combinaciones polimericas conductoras con material conductor finamente dividido ubicado selectivamente en la fase polimerica continua o en la interfase continua.
JPH11329077A (ja) * 1998-05-21 1999-11-30 Yazaki Corp 半導電層用組成物及び電力ケーブル
US6277303B1 (en) 1998-07-10 2001-08-21 Pirelli Cable Corporation Conductive polymer composite materials and methods of making same
US6284832B1 (en) 1998-10-23 2001-09-04 Pirelli Cables And Systems, Llc Crosslinked conducting polymer composite materials and method of making same
US6277925B1 (en) 1999-03-18 2001-08-21 Hercules Incorporated Allyl compounds, compositions containing allyl compounds and processes for forming and curing polymer compositions
US6496629B2 (en) 1999-05-28 2002-12-17 Tycom (Us) Inc. Undersea telecommunications cable
KR20020070453A (ko) * 1999-12-02 2002-09-09 캐보트 코포레이션 와이어 및 케이블 화합물에 유용한 카본 블랙
JP2003147134A (ja) * 2001-08-27 2003-05-21 Fujikura Ltd 半導電水密組成物
JP4245310B2 (ja) * 2001-08-30 2009-03-25 忠正 藤村 分散安定性に優れたダイヤモンド懸濁水性液、このダイヤモンドを含む金属膜及びその製造物
CN1232578C (zh) * 2001-11-02 2005-12-21 株式会社藤仓 半导电水密组成物
US6714707B2 (en) 2002-01-24 2004-03-30 Alcatel Optical cable housing an optical unit surrounded by a plurality of gel layers
CN102875883B (zh) 2006-02-06 2015-06-03 陶氏环球技术有限责任公司 半导电组合物
US20090258803A1 (en) * 2008-04-14 2009-10-15 Harrison James J Copolymers made with quasi-living polyolefins and unsaturated acidic reagents, dispersants using same, and methods of making same
JP5296622B2 (ja) * 2009-07-08 2013-09-25 帝人株式会社 導電性樹脂組成物からなる成形品
DE102009046540A1 (de) * 2009-11-09 2011-05-12 Evonik Degussa Gmbh Thermoplastische Elastomermischungen
EP2444980B1 (en) * 2010-10-21 2014-03-26 Borealis AG A cable comprising a layer which is formed of a composition containing epoxy-groups
PL3011619T3 (pl) * 2013-06-21 2018-12-31 Cabot Corporation Materiały aktywne do akumulatorów litowo-jonowych
EP2886585A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-24 Borealis AG Semiconductive polymer composition for electric power cables
CA2987910C (en) 2015-06-11 2023-08-29 Dow Global Technologies Llc Cable insulation comprising a blend of ldpe and polypropylene
CN107474371B (zh) * 2016-06-07 2020-10-27 中国石油化工股份有限公司 聚烯烃抗静电组合物及其制备方法
EP3567663A4 (en) * 2017-01-06 2020-07-29 Mitsui Chemicals, Inc. SECONDARY BATTERY WITH WATER-FREE ELECTROLYTE AND MATERIAL FOR USE IN IT
WO2018147390A1 (ja) * 2017-02-10 2018-08-16 三井化学株式会社 集電体、電極及び非水電解質二次電池
PL3639312T3 (pl) * 2017-06-15 2022-01-31 Cabot Corporation Elektrody i baterie zawierające różniące się cząstki sadzy

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