KR20220016488A - 코팅된 전도체 - Google Patents

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KR20220016488A
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캐롤라인 엠. 그랜드
바라트 아이. 차우드하리
주니어 윌리엄 씨. 프랜시스
모하메드 에세기어
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다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨
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Abstract

본 개시내용은 조성물을 제공한다. 조성물은 (A) 에틸렌계 중합체 및 조성물의 총 중량을 기준으로 (B) 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 포함한다. 금속 수산화물 성분은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함한다. 조성물은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는다. 본 개시내용은 비-금속 전도체 및 상기 전도체 상의 코팅을 포함하는 코팅된 전도체를 또한 제공하고, 코팅은 상기 조성물을 함유한다.

Description

코팅된 전도체
비(非)금속 자기지지형(ADSS: all-dielectric self-supporting) 케이블과 같은 케이블은 유리 섬유와 같은 내부 비(非)-금속 전도성 요소, 및 차폐 및 보호 목적을 위한 하나 이상의 외부층을 포함하는 전도체 유형이다. 케이블의 최외곽 코팅 또는 최외곽층은 통상적으로 외부 피복 또는 외부 재킷(outer jacket)으로 지칭되는 보호층이다.
우수한 열전도도 및 내트래킹성(track resistance)을 갖도록 하는 케이블 재킷의 제조를 위한 고밀도 충전제를 함유하는 에틸렌계 중합체는 알려져 있다. 그러나, 10 미만의 종횡비를 갖는 금속 수산화물과 같은 통상적인 고밀도 충전제는 일반적으로 케이블 재킷의 밀도를 증가시키는 것으로 알려져 있다. 고밀도 케이블 재킷은 케이블이 자기지지형인 ADSS 케이블 적용에는 허용될 수 없다. 또한, 10 미만의 종횡비를 갖는 금속 수산화물과 같은 통상적인 고밀도 충전제는 케이블 재킷의 교류 파단 강도(ACBD: alternating current breakdown strength)를 감소시키는 것으로 알려져 있다.
당업계는 적합한 열전도도와 함께 적합한 밀도를 나타내는 케이블 재킷 적용에 사용하기 위한 에틸렌계 중합체를 함유하는 조성물을 제공할 필요성을 인식하고 있다. 당업계는 또한 적합한 ACBD를 나타내는 케이블 재킷 적용에 사용하기 위한 에틸렌계 중합체를 함유하는 조성물을 제공할 필요성을 인식하고 있다.
본 개시내용은 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 (A) 에틸렌계 중합체 및 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 (B) 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 포함한다. 상기 금속 수산화물 성분은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함한다. 상기 조성물은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는다.
본 개시내용은 또한 코팅된 전도체를 제공한다. 상기 코팅된 전도체는 비-금속 전도체 및 비-금속 전도체 상의 코팅을 포함한다. 상기 코팅은 (A) 에틸렌계 중합체 및 상기 코팅의 총 중량을 기준으로 (B) 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 포함한다. 상기 금속 수산화물 성분은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함한다. 상기 코팅은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는다.
도 1은 본 개시내용의 실시형태에 따른 코팅된 전도체의 단면도이다.
정의
원소 주기율표에 대한 임의의 언급은 문헌[CRC Press, Inc., 1990-1991]에 의해 공개된 바와 같은 것이다. 이러한 주기율표에서 원소의 족에 대한 언급은 족의 번호 부여에 대한 새로운 표기법에 의한 것이다.
미국 특허 실무 상, 임의의 참조된 특허, 특허 출원 또는 공보의 내용은 특히 정의(본 개시내용에 구체적으로 제공된 임의의 정의와 불일치하지 않는 한) 및 당업계의 일반 지식의 개시내용과 관련하여 그 전체 내용이 인용되어 포함된다(또는 그와 동등한 US 버전이 이와 같이 인용되어 포함된다).
본원에 개시된 수치 범위는 하한값 및 상한값을 포함하여 그로부터의 모든 값을 포함한다. 명시적 값(예를 들어, 1 또는 2 또는 3 내지 5 또는 6 또는 7의 범위)을 보유하는 범위의 경우, 임의의 2개의 명시적 값 사이의 임의의 하위 범위가 포함된다(예를 들어, 1 내지 7의 범위는 1 내지 2; 2 내지 6; 5 내지 7; 3 내지 7; 5 내지 6 등의 하위 범위를 포함).
달리 명시되지 않는 한, 문맥으로부터 암시적으로 또는 당업계에서 통상적으로 모든 부 및 백분율은 중량을 기준으로 하고, 모든 시험 방법은 본 개시내용의 출원일 현재 통용되는 것이다.
"비금속 자기지지형 케이블" 또는 "ADSS 케이블"은 케이블 내부에 전도성 금속 지지체 요소를 사용하지 않고 외부 구조물(예를 들어, 전신주) 사이에서 자체적으로 지지할 수 있는 광섬유 케이블이다. ADSS 케이블은 기존의 고가(高架)의 전송선로를 따라 설치될 수 있고, 전기 전도체(예를 들어, 고전압 송전선)와 동일한 외부 구조물을 공유할 수 있다.
본원에 사용된 바, 용어 "배합물" 또는 "중합체 배합물"은 2개 이상의 중합체의 배합물이다. 이러한 배합물은 혼화성(분자 수준에서 상분리되지 않음)일 수 있거나 혼화성이 아닐 수 있다. 이러한 배합물은 상분리될 수 있거나 상분리되지 않을 수 있다. 이러한 배합물은 투과 전자 분광법, 광 산란, x-선 산란 및 당업계에 알려진 다른 방법으로부터 결정된 바와 같은 하나 이상의 도메인 구성(domain configuration)을 함유할 수 있거나 함유하지 않을 수 있다.
용어 "블록 공중합체" 또는 "분절된 공중합체"는 선형 방식으로 연결된 2개 이상의 화학적으로 별개의 영역 또는 분절("블록"으로 지칭)을 포함하는 중합체, 즉, 펜던트 또는 그래프트 방식보다는 중합된 작용성과 관련하여 말단 대 말단으로 연결된(공유 결합된) 화학적으로 구별되는 단위를 포함하는 중합체를 지칭한다. 일 실시형태에서, 블록들은 그 내부에 혼입된 공단량체의 양 또는 유형, 밀도, 결정화도의 양, 결정화도의 유형(예를 들어, 폴리에틸렌 대 폴리프로필렌), 이러한 조성물의 중합체에 기인하는 결정자 크기, 입체 규칙성의 유형 또는 정도(이소택틱(isotactic) 또는 신디오택틱(syndiotactic)), 위치 규칙성 또는 위치 불규칙성, 장쇄 분지 또는 과분지를 포함하는 분지의 양, 균질성 또는 임의의 다른 화학적 또는 물리적 특성이 상이하다.
용어 "조성물"은 조성물을 포함하는 물질의 혼합물뿐만 아니라 조성물의 물질로부터 형성되는 반응 생성물 및 분해 생성물을 지칭한다.
용어 "포함하는(comprising, including)", "갖는" 및 이들의 파생어는 임의의 추가 성분, 단계 또는 절차가 구체적으로 개시되어 있는지 여부에 상관없이 이들의 존재를 제외하는 것으로 의도되지 않는다. 의심의 여지를 피하기 위해, 용어 "포함하는"의 사용을 통해 청구된 모든 조성물은 달리 명시되지 않는 한, 중합체인지 여부에 상관없이 임의의 추가의 첨가제, 보조제 또는 화합물을 포함할 수 있다. 대조적으로, 용어 "본질적으로 구성된"은 실시 가능성에 필수적이지 않은 것들을 제외한 임의의 다른 성분, 단계 또는 절차를 임의의 후속 인용 범위에서 제외한다. 용어 "구성된"은 구체적으로 기술되거나 열거되지 않은 임의의 성분, 단계 또는 절차를 제외한다. 달리 명시되지 않는 한, 용어 "또는"은 개별적으로 및 임의의 조합으로 열거된 요소를 지칭한다. 단수 형태의 사용은 복수 형태의 사용을 포함하며, 그 반대도 마찬가지이다.
"전도체"는 열, 광 및/또는 전기를 전도시키기 위한 하나 이상의 와이어(들) 또는 하나 이상의 섬유(들)이다. 전도체는 단일-와이어/섬유 또는 다중-와이어/섬유일 수 있고, 가닥 형태 또는 관형 형태일 수 있다. 적합한 전도체의 비제한적인 예는 탄소 및 다양한 금속, 예를 들어 은, 금, 구리 및 알루미늄을 포함한다. 전도체는 또한 유리 또는 플라스틱으로 제조된 광섬유일 수 있다. 전도체는 보호 피복 내에 배치될 수 있거나 배치되지 않을 수 있다. "케이블"은 2개 이상의 와이어 또는 2개 이상의 광섬유가 선택적으로 통상적인 절연 외피 내에 함께 결합된 전도체이다. 외피 내부의 개별적인 와이어 또는 섬유는 노출되어 있거나, 피복되어 있거나, 절연되어 있을 수 있다. 조합 케이블은 전선 및 광섬유를 모두 보유할 수 있다. 케이블은 저전압, 중전압 및/또는 고전압 적용을 위해 설계될 수 있다.
"에틸렌계 중합체"는 (중합 가능한 단량체의 총량을 기준으로) 50 중량% 초과의 중합된 에틸렌 단량체를 함유하고, 선택적으로 적어도 하나의 공단량체를 함유할 수 있는 중합체이다. 에틸렌계 중합체는 에틸렌 동종중합체 및 에틸렌 공중합체(에틸렌 및 하나 이상의 공단량체로부터 유도된 단위를 의미)를 포함한다. 용어 "에틸렌계 중합체" 및 "폴리에틸렌"은 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 에틸렌계 중합체(폴리에틸렌)의 비제한적인 예는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE: low density polyethylene), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE: medium density polyethylene) 및 선형 폴리에틸렌을 포함한다. 선형 폴리에틸렌의 비제한적인 예는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE: linear low density polyethylene), 극저밀도 폴리에틸렌(ULDPE: ultra low density polyethylene), 초저밀도 폴리에틸렌(VLDPE: very low density polyethylene), 다성분 에틸렌계 공중합체(EPE), 에틸렌/α-올레핀 다중 블록 공중합체(올레핀 블록 공중합체(OBC)로도 알려짐), 단일 부위 촉매화 선형 저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE), 실질적으로 선형 또는 선형 플라스토머(plastomer)/엘라스토머(elastomer) 및 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 포함한다. 일반적으로, 폴리에틸렌은 불균질 촉매 시스템, 예를 들어 지글러-나타 촉매(Ziegler-Natta catalyst), 4족 전이금속 및 리간드 구조를 포함하는 균질 촉매 시스템, 예를 들어 메탈로센, 금속-중심의 비(非)-메탈로센, 헤테로아릴, 이종원자가(heterovalent) 아릴옥시에테르, 포스핀이민 등을 사용하여 가스상, 유동층 반응기, 액상 슬러리 공정 반응기 또는 액상 용액 공정 반응기에서 제조될 수 있다. 불균질 및/또는 균질 촉매의 조합이 또한 단일 반응기 또는 이중 반응기 구성에서 사용될 수 있다. 일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 그 내부에 중합된 방향족 공단량체를 함유하지 않는다.
"에틸렌 플라스토머/엘라스토머"는 에틸렌으로부터 유도된 단위 및 적어도 하나의 C3-C10 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C4-C8 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C6-C8 α-올레핀 공단량체로부터 유도된 단위를 포함하는 균질한 단쇄 분지 분포를 함유하는 실질적으로 선형 또는 선형 에틸렌/α-올레핀 공중합체이다. 에틸렌 플라스토머/엘라스토머는 0.870 g/cc 또는 0.880 g/cc 또는 0.890 g/cc 내지 0.900 g/cc 또는 0.902 g/cc 또는 0.904 g/cc 또는 0.909 g/cc 또는 0.910 g/cc 또는 0.917 g/cc의 밀도를 갖는다. 에틸렌 플라스토머/엘라스토머의 비제한적인 예는 AFFINITY™ 플라스토머 및 엘라스토머(The Dow Chemical Company로부터 입수 가능), EXACT™ 플라스토머(ExxonMobil Chemical로부터 입수 가능), Tafmer™(Mitsui로부터 입수 가능), Nexlene™(SK Chemicals Co.로부터 입수 가능) 및 Lucene™(LG Chem Ltd.로부터 입수 가능)을 포함한다.
"고밀도 폴리에틸렌"(또는 "HDPE")은 0.94 g/cc 초과 또는 0.945 g/cc 또는 0.95 g/cc 또는 0.955 g/cc 내지 0.96 g/cc 또는 0.97 g/cc 또는 0.98 g/cc의 밀도 및 적어도 하나의 C4-C10 α-올레핀 공단량체 또는 C4-C8 α-올레핀 공단량체를 갖는 에틸렌/α-올레핀 공중합체 또는 에틸렌 동종중합체이다. HDPE는 단일모드(monomodal) 공중합체 또는 다중모드(multimodal) 공중합체일 수 있다. "단일모드 에틸렌 공중합체"는 분자량 분포를 나타내는 겔 투과 크로마토그래피(GPC)에서 하나의 고유한 피크를 갖는 에틸렌/C4-C10 α-올레핀 공중합체이다. "다중모드 에틸렌 공중합체"는 분자량 분포를 나타내는 GPC에서 적어도 2개의 구별되는 피크를 갖는 에틸렌/C4-C10 α-올레핀 공중합체이다. 다중모드는 2개의 피크(이중모드)를 갖는 공중합체뿐만 아니라 2개 초과의 피크를 갖는 공중합체를 포함한다. HDPE의 비제한적인 예는 각각 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 DOW™ 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 수지, ELITE™ 강화 폴리에틸렌 수지 및 CONTINUUM™ 이중모드 폴리에틸렌 수지; LyondellBasell로부터 입수 가능한 LUPOLEN™; 및 Borealis, Ineos 및 ExxonMobil로부터의 HDPE 제품을 포함한다.
"혼성중합체"는 적어도 2개의 상이한 단량체의 중합에 의해 제조된 중합체이다. 이러한 일반적인 용어는 2개의 상이한 단량체로부터 제조된 중합체 및 2개 초과의 상이한 단량체로부터 제조된 중합체, 예를 들어, 삼원공중합체(terpolymer), 사원공중합체(tetrapolymer) 등을 지칭하기 위해 일반적으로 사용되는 공중합체를 포함한다.
"재킷"은 전도체 상의 코팅이다.
"선형 저밀도 폴리에틸렌"(또는 "LLDPE")은 에틸렌으로부터 유도된 단위 및 적어도 하나의 C3-C10 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C4-C8 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C6-C8 α-올레핀 공단량체로부터 유도된 단위를 포함하는 불균질한 단쇄 분지 분포를 함유하는 선형 에틸렌/α-올레핀 공중합체이다. LLDPE는 통상적인 LDPE와는 달리 장쇄 분지가 존재한다고 하더라도 거의 없는 것을 특징으로 한다. LLDPE는 0.910 g/cc 또는 0.915 g/cc 또는 0.920 g/cc 또는 0.925 g/cc 내지 0.930 g/cc 또는 0.935 g/cc 또는 0.940 g/cc의 밀도를 갖는다. LLDPE의 비제한적인 예는 각각 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 TUFLIN™ 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지 및 DOWLEX™ 폴리에틸렌 수지; 및 MARLEX™ 폴리에틸렌(Chevron Phillips로부터 입수 가능)을 포함한다.
"저밀도 폴리에틸렌"(또는 "LDPE")은 0.915 g/cc 내지 0.940 g/cc의 밀도를 갖고, 폭넓은 MWD를 갖는 장쇄 분지를 함유하는 적어도 하나의 C3-C10 α-올레핀, 바람직하게는 C3-C4 α-올레핀을 포함하는 에틸렌/α-올레핀 공중합체 또는 에틸렌 동종중합체로 구성된다. LDPE는 통상적으로 고압 자유 라디칼 중합(자유 라디칼 개시제를 갖는 오토클레이브(autoclave) 또는 관형 반응기)에 의해 제조된다. LDPE의 비제한적인 예는 MarFlex™(Chevron Phillips), LUPOLEN™(LyondellBasell)뿐만 아니라 Borealis, Ineos, ExxonMobil 등으로부터의 LDPE 제품을 포함한다.
"중밀도 폴리에틸렌"(또는 "MDPE")은 0.926 g/cc 또는 0.930 g/cc 또는 0.935 g/cc 내지 0.938 g/cc 또는 0.940 g/cc의 밀도를 갖는, 적어도 하나의 C3-C10 α-올레핀 또는 C3-C4 α-올레핀을 포함하는 에틸렌/α-올레핀 공중합체 또는 에틸렌 동종중합체이다.
"다성분 에틸렌계 공중합체"(또는 "EPE")는 특허 참조문헌 미국 특허 제6,111,023호; 미국 특허 제5,677,383호; 및 미국 특허 제6,984,695호에 개시된 바와 같이, 에틸렌으로부터 유도된 단위 및 적어도 하나의 C3-C10 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C4-C8 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C6-C8 α-올레핀 공단량체로부터 유도된 단위를 포함한다. EPE 수지는 0.905 g/cc 또는 0.908 g/cc 또는 0.912 g/cc 또는 0.920 g/cc 내지 0.926 g/cc 또는 0.929 g/cc 또는 0.940 g/cc 또는 0.962 g/cc의 밀도를 갖는다. EPE 수지의 비제한적인 예는 각각 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 ELITE™ 강화 폴리에틸렌 및 ELITE AT™ 첨단 기술 수지(advanced technology resin); Nova Chemicals로부터 입수 가능한 SURPASS™ 폴리에틸렌(PE) 수지; 및 SK Chemicals Co.로부터 입수 가능한 SMART™를 포함한다.
본원에 사용된 바, "올레핀계 중합체"는 (중합 가능한 단량체의 총량 기준으로) 50몰% 초과의 중합된 올레핀 단량체를 함유하고, 선택적으로 적어도 하나의 공단량체를 함유할 수 있는 중합체이다. 올레핀계 중합체의 비제한적인 예는 에틸렌계 중합체 및 프로필렌계 중합체를 포함한다.
"중합체"는 동일하거나 상이한 유형인지에 상관없이 단량체를 중합시킴으로써 제조된 화합물이며, 중합된 형태에서 중합체를 구성하는 다수 및/또는 반복 "단위" 또는 "량체 단위(mer unit)"를 제공한다. 따라서, 일반적인 용어 중합체는 단지 하나의 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하기 위해 일반적으로 사용되는 용어 동종중합체 및 적어도 두 가지 유형의 단량체로부터 제조된 중합체를 지칭하기 위해 일반적으로 사용되는 용어 공중합체를 포괄한다. 이는 또한 모든 형태의 공중합체, 예를 들어 랜덤, 블록 등을 포괄한다. 용어 "에틸렌/α-올레핀 중합체" 및 "프로필렌/α-올레핀 중합체"는 각각 에틸렌 또는 프로필렌과 하나 이상의 추가의 중합 가능한 α-올레핀 단량체를 중합시켜서 제조된 상기 기재된 바와 같은 공중합체를 가리킨다. 중합체는 보통 명시된 단량체 함량을 "함유하는" 명시된 단량체 또는 단량체 유형에 "기반하는" 하나 이상의 명시된 단량체로 "제조된" 것 등으로서 지칭되지만, 이 문맥에서 용어 "단량체"는 명시된 단량체의 중합된 잔사를 언급하는 것이며, 중합되지 않은 종을 언급하는 것이 아닌 것으로 이해해야 함을 유의한다. 일반적으로, 본원에서 중합체는 상응하는 단량체의 중합된 형태인 "단위"에 기반하는 것으로서 지칭된다.
"프로필렌계 중합체"는 (중합 가능한 단량체의 총량 기준으로) 50 몰% 초과의 중합된 프로필렌 단량체를 포함하고, 선택적으로 적어도 하나의 공단량체를 포함할 수 있는 중합체이다. 프로필렌계 중합체는 프로필렌 동종중합체 및 프로필렌 공중합체(프로필렌 및 하나 이상의 공단량체로부터 유도된 단위를 의미)를 포함한다. 용어 "프로필렌계 중합체" 및 "폴리프로필렌"은 상호 교환적으로 사용될 수 있다. 프로필렌계 중합체(폴리프로필렌)의 비제한적인 예는 적어도 하나의 C2 또는 C4-C10 α-올레핀 공단량체를 갖는 프로필렌/α-올레핀 공중합체이다.
"단일 부위 촉매화 선형 저밀도 폴리에틸렌"(또는 "LLDPE")은 에틸렌으로부터 유도된 단위 및 적어도 하나의 C3-C10 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C4-C8 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C6-C8 α-올레핀 공단량체로부터 유도된 단위를 포함하는 균질한 단쇄 분지 분포를 함유하는 선형 에틸렌/α-올레핀 공중합체이다. m-LLDPE는 0.913 g/cc 또는 0.918 g/cc 또는 0.920 g/cc 내지 0.925 g/cc 또는 0.940 g/cc의 밀도를 갖는다. m-LLDPE의 비제한적인 예는 EXCEED™ 메탈로센 PE(ExxonMobil Chemical로부터 입수 가능), LUFLEXEN™ m-LLDPE(LyondellBasell로부터 입수 가능) 및 ELTEX™ PF m-LLDPE(Ineos Olefins & Polymers로부터 입수 가능)를 포함한다.
"극저밀도 폴리에틸렌"(또는 "ULDPE") 및 "초저밀도 폴리에틸렌"(또는 "VLDPE")은 각각 에틸렌으로부터 유도된 단위 및 적어도 하나의 C3-C10 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C4-C8 α-올레핀 공단량체 또는 적어도 하나의 C6-C8 α-올레핀 공단량체로부터 유도된 단위를 포함하는 불균질한 단쇄 분지 분포를 함유하는 선형 에틸렌/α-올레핀 공중합체이다. ULDPE 및 VLDPE는 각각 0.885 g/cc 또는 0.90 g/cc 내지 0.915 g/cc의 밀도를 갖는다. ULDPE 및 VLDPE의 비제한적인 예는 각각 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 ATTANE™ ULDPE 수지 및 FLEXOMER™ VLDPE 수지를 포함한다.
시험 방법
교류 파단 강도(AC 파단 또는 ACBD로도 알려짐)는 Hipotronics AC 파단 시험기를 사용하여 ASTM D 149에 따라 측정한다. 샘플은 시험 전에 180℃에서 40 mil(1.0 mm)의 플라크(plaque)에 압축 성형한다.
조성물 및 코팅의 밀도는 ASTM D792에 따라 측정하고, 그 값은 입방 센티미터당 그램(g/cc 또는 g/cm3)으로 기록한다. 샘플은 시험 전에 180℃에서 75 mil(1.9 mm)의 두께 및 1 인치(25.4 mm)의 지름을 갖는 플라크 디스크에 압축 성형한다.
에틸렌계 중합체의 밀도는 ASTM D792에 따라 측정하고, 그 값은 입방 센티미터당 그램(g/cc 또는 g/cm3)으로 기록한다.
초기 트래킹 전압(initial tracking voltage)은 ABNT NBR 10296, 방법 2(IEC 60587, 방법 2와 동등)에 따라 측정한다.
용융 지수는 ASTM D1238에 따라 2.16 kg의 하중 하에 190℃에서 측정하고, 10분당 용출되는 그램(g/10분)으로 기록한다.
쇼어 A 경도(Shore A hardness)는 ASTM D2240 - 05에 따라 측정한다.
쇼어 D 경도는 ASTM D2240 - 05에 따라 측정한다.
금속 수산화물의 비중은 ASTM D4439에 따라 측정하고, 그 값은 입방 센티미터당 그램(g/cc 또는 g/cm3)으로 기록한다.
열전도도는 Hot Disk TPS 2500 S 장치를 사용하여 ISO 표준 22007-2에 따라 측정한다. 샘플은 시험 전에 180℃에서 300 mil(7.6 mm)의 플라크에 압축 성형한다. 핫 디스크 센서(hot disk sensor)를 두 개의 샘플들(고체 형태) 사이에 배치하여 공극이 핫 디스크 센서와 샘플들 사이에 존재하지 않도록 한다. 상기 장치는 핫 디스크 센서를 통해 초기 등온 상태인 샘플에 알고 있는 양의 에너지를 공급한 후 온도계로서 핫 디스크 센서를 사용하여 수득된 온도 증가를 측정한다.
인장 강도 및 인장 신율(%)은 Instron Model 4201을 사용하여 IV형 도그본(dogbone) 상에서 ASTM D638에 따라 측정한다. 시험은 2.5 인치(63.5 mm)의 조 폭(jaw span) 및 100 파운드(45.4 kg)의 하중 셀을 갖는 분당 2 인치(50.8 mm/분)의 크로스헤드 속도(crosshead speed)에서 수행한다. 인강 강도는 메가파스칼(MPa)로 기록한다.
비카트 연화점(Vicat softening point)은 ASTM D 1525에 따라 측정한다.
평균 폭, 평균 두께 및 종횡비
금속 수산화물의 평균 폭 및 평균 두께는 금속 수산화물의 주사 전자 현미경(SEM) 사진으로부터 취한 열 개의 임의의 결정자 각각의 측정된 폭 및 측정된 두께 수치의 산술평균으로부터 계산한다.
종횡비는 하기 방정식(A)에 따라 계산한다:
Figure pct00001
시차 주사 열량측정법(DSC)
시차 주사 열량측정법(DSC)은 광범위한 온도에 걸쳐 중합체의 용융, 결정화 및 유리 전이 거동을 측정하기 위해 사용할 수 있다. 예를 들어, RCS(냉장 냉각 시스템(refrigerated cooling system)) 및 오토샘플러(autosampler)가 장착된 TA Instruments Q1000 DSC를 이 분석을 수행하기 위해 사용한다. 시험 동안, 50 ml/분의 질소 퍼지 가스 흐름을 사용하였다. 각각의 샘플은 약 190℃에서 박막으로 용융 압축하고; 용융된 샘플은 이후 실온(25℃)으로 공랭시킨다. 냉각된 중합체로부터 3 내지 10 mg, 6 mm 직경의 시편을 추출하고, 칭량하여 경량 알루미늄 팬(50 mg)에 놓고 크림핑하여 덮는다(crimped shut). 이어서, 이의 열 특성을 결정하기 위해 분석을 수행한다.
샘플의 열 거동은 샘플 온도를 위아래로 증감시켜서 열 흐름 대 온도 프로파일을 생성함으로써 결정한다. 먼저, 샘플을 180℃로 빠르게 가열하고, 이의 열 이력을 제거하기 위해 3분 동안 등온으로 유지한다. 다음으로, 샘플을 10℃/분의 냉각 속도로 -80℃로 냉각시키고, -80℃에서 3분 동안 등온으로 유지한다. 샘플을 이어서 10℃/분 가열 속도로 180℃(이는 "제2 가열" 경사)로 가열한다. 냉각 및 제2 가열 곡선을 기록한다. 결정된 값은 외삽된 용융 개시점 Tm 및 외삽된 결정화 개시점 Tc이다.
용융점 Tm을 먼저 용융 전이의 시작과 끝 사이의 기준선을 그려서 DSC 가열 곡선으로부터 결정한다. 이어서, 용융 피크의 저온 측 데이터에 접선을 그린다. 이 라인이 기준선과 교차하는 곳이 외삽된 용융 개시점(Tm)이다. 이는 문헌[Bernhard Wunderlich, The Basis of Thermal Analysis, in Thermal Characterization of Polymeric Materials 92, 277-278 (Edith A. Turi ed., 2d ed. 1997)]에 기재된 바와 같다.
결정화 온도 Tc는 접선이 결정화 피크의 고온 측에 그려지는 것을 제외하고 상기와 같이 DSC 냉각 곡선으로부터 결정한다. 이 접선이 기준선과 교차하는 지점은 외삽된 결정화 개시점(Tc)이다.
상세한 설명
본 개시내용은 조성물을 제공한다. 조성물은 (A) 에틸렌계 중합체 및 조성물의 총 중량을 기준으로 (B) 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 포함한다. 금속 수산화물 성분은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함한다. 조성물은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는다.
A. 에틸렌계 중합체
조성물은 에틸렌계 중합체를 함유한다.
에틸렌계 중합체는 본원에 개시된 임의의 에틸렌계 중합체일 수 있다.
일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 에틸렌/α-올레핀 공중합체이다. 적합한 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 비제한적인 예는 LDPE, MDPE 및 선형 폴리에틸렌을 포함한다. 선형 폴리에틸렌의 비제한적인 예는 LLDPE, ULDPE, VLDPE, EPE, 에틸렌/α-올레핀 다중-블록 공중합체(OBC로도 알려짐), m-LLDPE, 실질적으로 선형 또는 선형 플라스토머/엘라스토머(POP) 및 이의 조합을 포함한다.
에틸렌/α-올레핀 공중합체는 (i) 에틸렌 및 (ii) C6-C8 α-올레핀 공단량체를 함유하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성된다. 일 실시형태에서, α-올레핀 공단량체는 헥센 및 옥텐으로부터 선택된다. 추가의 실시형태에서, α-올레핀은 옥텐이다.
일 실시형태에서, 에틸렌/α-올레핀 공단량체는 에틸렌/α-올레핀 공단량체의 총량을 기준으로 (i) 에틸렌으로부터 유도된 50 중량% 초과 또는 60 중량% 또는 65 중량% 내지 80 중량% 또는 90 중량%의 단위; 및 (ii) C6-C8 α-올레핀 공단량체로부터 유도된 상응한 양의 단위 또는 C6-C8 α-올레핀 공단량체로부터 유도된 10 중량% 또는 20 중량% 내지 35 중량% 또는 40 중량% 또는 50 중량% 미만의 단위를 함유한다.
일 실시형태에서, 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 하기 특성 중 하나 또는 둘 모두를 갖는 MDPE이다:
(i) 0.926 g/cc 또는 0.930 g/cc 내지 0.935 g/cc 또는 0.940 g/cc의 밀도; 및/또는
(ii) 0.1 g/10분 또는 0.5 g/10분 또는 0.8 g/10분 내지 0.9 g/10분 또는 1.0 g/10분 또는 1.0 g/10분 또는 5.0 g/10분 또는 10 g/10분 또는 20 g/10분의 용융 지수.
일 실시형태에서, 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는 VLDPE이다:
(i) 0.885 g/cc 또는 0.900 g/cc 내지 0.905 g/cc 또는 0.910 g/cc 또는 0.915 g/cc의 밀도; 및/또는
(ii) 0.1 g/10분 또는 0.5 g/10분 내지 1.0 g/10분 또는 5.0 g/10분 또는 10 g/10분 또는 20 g/10분의 용융 지수; 및/또는
(iii) 90℃ 또는 100℃ 또는 110℃ 또는 115℃ 내지 120℃ 또는 125℃ 또는 130℃의 용융 온도 Tm; 및/또는
(iv) 80 또는 85 또는 90 내지 95 또는 100의 쇼어 A 경도; 및/또는
(v) 75℃ 또는 80℃ 또는 85℃ 내지 90℃ 또는 95℃ 또는 100℃ 또는 110℃의 비카트 연화 온도.
일 실시형태에서, 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는 LLDPE이다:
(i) 0.910 g/cc 또는 0.915 g/cc 또는 0.920 g/cc 내지 0.925 g/cc 또는 0.930 g/cc 또는 0.935 g/cc 또는 0.940 g/cc의 밀도; 및/또는
(ii) 1 g/10분 또는 5 g/10분 또는 10 g/10분 또는 15 g/10분 또는 20 g/10분 내지 25 g/10분 또는 30 g/10분 또는 40 g/10분 또는 50 g/10분의 용융 지수; 및/또는
(iii) 90℃ 또는 100℃ 또는 110℃ 또는 115℃ 또는 120℃ 내지 125℃ 또는 130℃의 용융 온도 Tm; 및/또는
(iv) 80℃ 또는 90 ℃ 또는 100℃ 또는 105℃ 내지 110℃ 또는 115℃ 또는 120℃의 결정화 온도 Tc; 및/또는
(v) 80℃ 또는 85℃ 또는 90℃ 내지 95℃ 또는 100℃ 또는 110℃ 또는 115℃의 비카트 연화 온도; 및/또는
(vi) 40 또는 45 또는 50 내지 55 또는 60 또는 65 또는 70의 쇼어 D 경도.
일 실시형태에서, 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 MDPE와 VLDPE의 배합물이다. 다른 실시형태에서, 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 MDPE와 VLDPE와 LLDPE의 배합물이다.
에틸렌/α-올레핀 공중합체는 기능화된 에틸렌/α-올레핀 공중합체일 수 있다. "기능화된 에틸렌/α-올레핀 공중합체"는 에틸렌/α-올레핀 공중합체 사슬에 결합된 카복실산계 모이어티(carboxylic acid-based moiety)를 갖는 에틸렌/α-올레핀 공중합체(예를 들어, 카복실산계 모이어티가 그래프트된 에틸렌/α-올레핀 공중합체 사슬)이다. "카복실산계 모이어티"는 카복실기(-COOH) 또는 이의 유도체를 함유하는 화합물이다. 적합한 카복실산 모이어티의 비제한적인 예는 카복실산 및 카복실산 무수물을 포함한다. 에틸렌/α-올레핀 공중합체 상에 그래프트될 수 있는 적합한 카복실산 및 카복실산 무수물의 비제한적인 예는 말레산, 푸마르산, 이타콘산, 아크릴산, 메트아크릴산, 크로톤산, 말레산 무수물(MAH) 및 이타콘산 무수물을 포함한다. 기능화된 에틸렌/α-올레핀 공중합체의 기반 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 본원에 개시된 임의의 에틸렌/α-올레핀 공중합체일 수 있다. 일 실시형태에서, 기반 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 HDPE이다.
일 실시형태에서, 기능화된 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 말레산 무수물-그래프트 에틸렌/α-올레핀 공중합체이다. 추가의 실시형태에서, 말레산 무수물-그래프트 에틸렌/α-올레핀 공중합체는 말레산 무수물-그래프트 HDPE("MAH-g-HDPE")이다. 적합한 MAH-g-HDPE의 비제한적인 예는 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 DuPont FUSABOND E265이다.
일 실시형태에서, 말레산 무수물-그래프트 에틸렌/α-올레핀 공중합체 및 추가의 MAH-g-HDPE는 (i) 에틸렌, (ii) C4-C8 α-올레핀 공단량체 및 (iii) MAH를 함유하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성된다. 추가의 실시형태에서, α-올레핀 공단량체는 부텐, 헥센 및 옥텐으로부터 선택된다. MAH-g-HDPE는 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는다:
(i) 0.945 g/cc 또는 0.950 g/cc 내지 0.955 g/cc 또는 0.960 g/cc 또는 0.970 g/cc의 밀도; 및/또는
(ii) 1 g/10분 또는 5 g/10분 또는 10 g/10분 내지 15 g/10분 또는 20 g/10분의 용융 지수; 및/또는
(iii) 100℃ 또는 110℃ 또는 120℃ 또는 125℃ 또는 130℃ 내지 135℃ 또는 140℃ 또는 150℃의 용융 온도 Tm.
임의의 특정 이론에 구속되지 않은 상태에서, 본 조성물에서 1 중량% 내지 10 중량%의 기능화된 에틸렌/α-올레핀 공중합체 및 추가의 MAH-g-HDPE를 포함하는 것은 (i) 에틸렌계 중합체 매트릭스 내의 금속 수산화물 성분의 보다 균일한 분산 및 (ii) 금속 수산화물 성분의 보다 적은 응집을 갖게 함으로써 (iii) 보다 높은 열전전도(즉, 0.52 W·m-1·K-1 초과)를 나타내는 조성물을 수득하도록 한다.
일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 MDPE, VLDPE, LLDPE, 말레산 무수물-그래프트 에틸렌/α-올레핀 공중합체 및 이의 조합으로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 MDPE, VLDPE 및 MAH-g-HDPE를 함유하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성된 배합물이다. 다른 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 MDPE, VLDPE, LLDPE 및 MAH-g-HDPE를 함유하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성된 배합물이다.
에틸렌계 중합체는 본원에 개시된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
B. 금속 수산화물 성분
조성물은 금속 수산화물 성분을 함유한다. "금속 수산화물 성분"은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 함유하는 성분이다.
"금속 수산화물"은 적어도 하나의 금속 원자 및 적어도 하나의 수산(-OH)기를 함유하는 화합물이고, 입자 형태이다. 적합한 금속의 비제한적인 예는 마그네슘, 알루미늄 및 이의 조합을 포함한다. 적합한 금속 수산화물의 비제한적인 예는 수산화마그네슘, 삼수산화알루미늄(수산화알루미늄으로도 알려짐) 및 이의 조합을 포함한다. 일 실시형태에서, 금속 수산화물은 수산화마그네슘(Mg(OH)2)이다.
일 실시형태에서, 금속 수산화물 성분은 하기를 함유하거나, 하기로 본질적으로 구성되거나, 하기로 구성된다: (i) 제1 금속 수산화물로서, 10 이상의 종횡비를 갖는, 제1 금속 수산화물 및 (ii) 제2 금속 수산화물로서, 10 미만의 종횡비를 갖는, 제2 금속 수산화물.
i. 높은 종횡비의 금속 수산화물
금속 수산화물 성분은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물("높은 종횡비의 금속 수산화물")을 함유한다.
일 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 10 초과의 종횡비를 갖는다. 다른 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 10 내지 100 또는 10 내지 75 또는 10 내지 90 또는 10 내지 50 또는 10 내지 25 또는 20 내지 90 또는 30 내지 90 또는 40 내지 90 또는 40 내지 83의 종횡비를 갖는다.
일 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 0.01 μm 또는 0.02 μm 또는 0.05 μm 또는 0.06 μm 내지 0.07 μm 또는 0.10 μm 또는 0.15 μm 또는 0.5 μm의 평균 두께를 갖는다. 다른 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 0.01 μm 내지 0.5 μm 또는 0.01 μm 내지 0.15 μm 또는 0.05 μm 내지 0.10 μm의 평균 두께를 갖는다.
일 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 4.0 μm 또는 4.5 μm 내지 5.0 μm 또는 5.5 μm 또는 6.0 μm의 평균 폭을 갖는다. 다른 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 4.0 μm 내지 6.0 μm 또는 4.5 μm 내지 5.0 μm의 평균 폭을 갖는다.
일 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 2.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 2.5 g/cc 또는 3.0 g/cc 또는 4.0 g/cc의 비중을 갖는다. 다른 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중을 갖는다.
일 실시형태에서, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 10 초과의 종횡비를 갖는 수산화마그네슘이고, 높은 종횡비의 금속 수산화물은 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 포함한다: (i) 0.01 μm 내지 0.5 μm 또는 0.01 μm 내지 0.15 μm 또는 0.05 μm 내지 0.10 μm의 평균 두께; 및/또는 (ii) 4.0 μm 내지 6.0 μm 또는 4.5 μm 내지 5.0 μm의 평균 폭; 및/또는 (iii) 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중. 적합한 높은 종횡비의 금속 수산화물의 비제한적인 예는 Kisuma Chemicals BV로부터 입수 가능한 KISUMA 10J이다.
높은 종횡비의 금속 수산화물은 본원에 개시된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
ii. 낮은 종횡비의 금속 수산화물
일 실시형태에서, 금속 수산화물 성분은 높은 종횡비의 금속 수산화물 외에 10 미만의 종횡비를 갖는 금속 수산화물("낮은 종횡비의 금속 수산화물")을 함유한다.
일 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 9 미만 또는 8 미만 또는 7 미만 또는 6 미만의 종횡비를 갖는다. 다른 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 1 내지 9 또는 1 내지 6 또는 4 내지 5의 종횡비를 갖는다.
일 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 0.15 μm 또는 0.20 μm 내지 0.30 μm 또는 0.40 μm 또는 0.50 μm의 평균 두께를 갖는다. 다른 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 0.15 μm 내지 0.50 μm 또는 0.20 μm 내지 0.30 μm의 평균 두께를 갖는다.
일 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 0.15 μm 또는 0.20 μm 또는 0.40 μm 또는 0.50 μm 또는 0.60 μm 내지 0.90 μm 또는 1.0 μm 또는 2.0 μm의 평균 폭을 갖는다. 다른 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 0.15 μm 내지 2.0 μm 또는 0.60 μm 내지 0.90 μm의 평균 폭을 갖는다.
일 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 2.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 2.5 g/cc 또는 3.0 g/cc 또는 4.0 g/cc의 비중을 갖는다. 다른 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중을 갖는다.
일 실시형태에서, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 1 내지 9 또는 1 내지 6 또는 4 내지 5의 종횡비를 갖는 수산화마그네슘이고, 낮은 종횡비의 금속 수산화물은 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는다: (i) 0.15 μm 내지 0.50 μm 또는 0.20 μm 내지 0.30 μm의 평균 두께; 및/또는 (ii) 0.15 μm 내지 2.0 μm 또는 0.60 μm 내지 0.90 μm의 평균 폭; 및/또는 (iii) 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중. 적합한 낮은 종횡비의 금속 수산화물의 비제한적인 예는 각각 Kisuma Chemicals BV로부터 입수 가능한 KISUMA 5B-1G 및 KISUMA 5J를 포함한다.
낮은 종횡비의 금속 수산화물은 본원에 개시된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
금속 수산화물 성분은 높은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다. 일 실시형태에서, 금속 수산화물 성분은 높은 종횡비의 금속 수산화물 외에 낮은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다.
일 실시형태에서, 금속 수산화물 성분은 금속 수산화물 성분의 총량을 기준으로 40 중량% 또는 50 중량% 내지 60 중량%의 높은 종횡비의 금속 수산화물; 및 상응하는 양의 낮은 종횡비의 금속 수산화물 또는 40 중량% 내지 50 중량 % 또는 60 중량%의 낮은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다.
일 실시형태에서, 금속 수산화물 성분은 금속 수산화물 성분의 총량을 기준으로 50 중량%의 높은 종횡비의 금속 수산화물 및 50 중량%의 낮은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다.
일 실시형태에서, 금속 수산화물 성분은 높은 종횡비의 금속 수산화물로 구성된다.
일 실시형태에서, 금속 수산화물 성분 및 추가로 조성물은 낮은 종횡비의 금속 수산화물이 없거나 실질적으로 없다.
금속 수산화물 성분은 본원에 개시된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
C. 선택적인 첨가제
일 실시형태에서, 조성물은 (A) 에틸렌계 중합체, (B) 금속 수산화물 성분 및 (C) 하나 이상의 선택적인 첨가제를 포함한다.
적합한 첨가제의 비제한적인 예는 카본 블랙(carbon black), 산화방지제, 착색제, 자외선(UV) 흡수제 또는 안정화제, 열 안정화제, 블록킹 방지제(anti-blocking agent), 난연제, 상용화제, 가소화제, 충전제, 가공 보조제 및 이의 조합을 포함한다.
일 실시형태에서, 조성물은 카본 블랙을 함유한다. 적합한 카본 블랙의 비제한적인 예는 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능한 DFNC-0037 BK이다. 일 실시형태에서, 코팅은 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 또는 2 중량% 내지 3 중량% 또는 5 중량% 또는 7 중량% 또는 9 중량% 또는 10 중량%의 카본 블랙을 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 산화방지제를 함유한다. 적합한 산화방지제의 비제한적인 예는 페놀계 산화방지제, 티오계 산화방지제, 포스페이트계 산화방지제 및 하이드라진계 금속 불활성화제를 포함한다. 일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.05 중량% 또는 0.1 중량% 또는 0.5 중량% 또는 1.0 중량% 내지 1.5 중량% 또는 2.0 중량% 또는 3.0 중량%의 양으로 IRGANOX 1010, IRGANOX 1024, CHIMASSORB 944 및/또는 4,4'-티오비스(2-t-부틸-5-메틸페놀)(TBM-6)과 같은 산화방지제를 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 UV 안정화제를 함유한다. 적합한 안정화제의 비제한적인 예는 힌더드 아민 광 안정화제(hindered amine light stabilizer)이다. 일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% 또는 0.2 중량% 내지 0.3 중량% 또는 0.4 중량% 또는 0.5 중량%의 안정화제를 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 충전제를 함유한다. 적합한 충전제의 비제한적인 예는 산화아연, 아연 보레이트, 아연 몰리브데이트, 아연 설파이드, 유기-점토 및 이의 조합을 포함한다. 충전제는 난연제 특성을 가질 수 있거나 갖지 않을 수 있다.
일 실시형태에서, 조성물은 가공 보조제를 함유한다. 적합한 가공 보조제의 비제한적인 예는 오일, 유기산(예를 들어, 스테아르산) 및 유기산의 금속염(예를 들어, 아연 스테아레이트) 및 불화 중합체를 포함한다. 추가의 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 0.01 중량% 또는 0.02 중량% 내지 0.05 중량% 또는 0.10 중량%의 양으로 가공 보조제를 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 상용화제를 함유한다. 적합한 상용화제의 비제한적인 예는 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 공중합체, 에틸렌-에틸 아크릴레이트(EEA) 공중합체, 기능화된 폴리올레핀 및 이의 조합을 포함한다. 일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 2 중량% 또는 3 중량% 내지 5 중량% 또는 8 중량%의 상용화제를 함유한다.
다른 실시형태에서, 조성물은 상용화제가 없거나 실질적으로 없다.
일 실시형태에서, 조성물은 카본 블랙, 산화방지제, 안정화제, 가공 보조제 및 이의 조합으로부터 선택된 첨가제를 함유한다. 다른 실시형태에서, 조성물은 카본 블랙, 산화방지제 및 이의 조합으로부터 선택된 첨가제를 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 난연제가 없거나 실질적으로 없다. 수산화마그네슘 성분은 본 조성물에서 난연제가 아닌 것으로 이해된다.
일 실시형태에서, 조성물은 프로필렌계 중합체가 없거나 실질적으로 없다.
일 실시형태에서, 조성물은 기능화된 에틸렌계 중합체가 없거나 실질적으로 없다.
일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체 및 산화방지제는 조성물에 존재하는 유일한 중합체 화합물이다. 다른 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 조성물에 존재하는 유일한 중합체 화합물이다.
일 실시형태에서, 에틸렌계 중합체는 조성물에 존재하는 에틸렌 단량체를 함유하는 유일한 화합물이다.
선택적인 첨가제는 본원에 개시된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
일 실시형태에서, 조성물은 (A) 에틸렌계 중합체, (B) 금속 수산화물 성분 및 (C) 하나 이상의 선택적인 첨가제를 함유하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성된다.
일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 58 중량% 또는 60 중량% 또는 65 중량% 또는 70 중량% 또는 75 중량% 또는 80 중량% 내지 85 중량% 또는 90 중량% 또는 94 중량% 또는 95 중량%의 에틸렌계 중합체를 함유한다. 다른 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 58 중량% 내지 95 중량% 또는 65 중량% 내지 94 중량% 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 에틸렌계 중합체를 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 또는 2 중량% 또는 3 중량% 내지 4 중량% 또는 5 중량% 또는 6 중량% 또는 10 중량%의 기능화된 에틸렌계 중합체를 함유한다. 다른 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 10 중량% 또는 1 중량% 내지 5 중량% 또는 4 중량% 내지 5 중량% 또는 4 중량% 내지 10 중량%의 기능화된 에틸렌계 중합체를 함유한다.
임의의 특정 이론에 구속되지 않은 상태에서, 본 조성물에서 (조성물의 총 중량을 기준으로) 10 중량% 초과의 기능화된 에틸렌계 중합체 및/또는 프로필렌계 중합체를 포함하는 것은 1.02 g/cc 초과의 밀도를 갖는 조성물을 수득하도록 하는 것으로 여겨진다. 코팅의 밀도를 증가시키는 것은 코팅된 전도체의 총 중량을 더 높이는 원인이 되어 기존의 타워 구조물에서의 중량 하중을 증가(기존의 타워 구조물이 조사, 계획 및/또는 보충 토목 공사(remedial civil work)를 하지 않고서는 사용이 방지됨)시킬 수 있기 때문에 1.02 g/cc 초과의 밀도는 케이블 코팅 적용에 문제가 될 수 있다.
일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 (i) 50 중량% 또는 55 중량% 또는 60 중량% 내지 70 중량% 또는 75 중량% 또는 80 중량%의 MDPE; (ii) 5 중량% 또는 10 중량% 또는 15 중량% 내지 20 중량% 또는 25 중량% 또는 30 중량%의 VLDPE; 및 (iii) 1 중량% 또는 2 중량% 또는 3 중량% 내지 4 중량% 또는 5 중량% 또는 10 중량%의 LLDPE를 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 (i) 50 중량% 또는 55 중량% 또는 60 중량% 내지 65 중량% 또는 75 중량%의 MDPE; (ii) 5 중량% 또는 10 중량% 또는 15 중량% 내지 20 중량% 또는 25 중량% 또는 30 중량%의 VLDPE; (iii) 1 중량% 또는 2 중량% 또는 3 중량% 내지 4 중량% 또는 5 중량% 또는 10 중량%의 LLDPE; 및 (iv) 1 중량% 또는 2 중량% 또는 3 중량% 내지 4 중량% 또는 5 중량% 또는 6 중량% 또는 10 중량%의 MAH-g-HDPE를 함유한다.
조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 함유한다. 일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 또는 8 중량% 내지 10 중량% 또는 13 중량% 또는 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 함유한다. 다른 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 8 중량% 내지 15 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량% 또는 12 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 함유한다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않은 상태에서, 15 중량% 초과의 금속 수산화물을 금속 수산화물 성분이 로딩(loading)하는 것은 잘 부서지고 비(非)-가공성이어서 케이블 적용에는 적합하지 않은 조성물을 수득하도록 하는 것으로 여겨진다.
일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 또는 6 중량% 또는 8 중량% 또는 10 중량% 내지 13 중량% 또는 15 중량%의 높은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다. 다른 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 15 중량% 또는 6 중량% 내지 15 중량% 또는 8 중량% 내지 10 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량%의 높은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 또는 6 중량% 또는 8 중량% 또는 10 중량% 내지 13 중량% 또는 15 중량%의 높은 종횡비의 금속 수산화물; 및 1 중량% 또는 3 중량% 또는 5 중량% 또는 6 중량% 내지 7 중량% 또는 8 중량% 또는 9 중량% 또는 10 중량%의 낮은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다. 다른 실시형태에서, 조성물은 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 15 중량% 또는 6 중량% 내지 15 중량% 또는 8 중량% 내지 10 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량%의 높은 종횡비의 금속 수산화물; 및 1 중량% 내지 10 중량% 또는 3 중량% 내지 8 중량% 또는 6 중량% 내지 7 중량%의 낮은 종횡비의 금속 수산화물을 함유한다.
일 실시형태에서, 조성물은 하기를 함유하거나, 하기로 본질적으로 구성되거나, 하기로 구성된다: 조성물의 총 중량을 기준으로 (A) 58 중량% 내지 95 중량% 또는 65 중량% 내지 94 중량% 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 에틸렌계 중합체; (B) 5 중량% 내지 15 중량% 또는 8 중량% 내지 15 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량% 또는 12 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분; (C) 선택적으로, 1 중량% 내지 10 중량% 또는 1 중량% 내지 5 중량% 또는 2 중량% 내지 3 중량%의 카본 블랙; (D) 선택적으로, 0.05 중량% 내지 3.0 중량% 또는 1.0 중량% 내지 2.0 중량%의 산화방지제.
조성물은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도를 갖는다. 일 실시형태에서, 조성물은 0.53 W·m-1·K-1 초과 또는 0.54 W·m-1·K-1 초과 또는 0.55 W·m-1·K-1 초과 또는 0.58 W·m-1·K-1 초과 또는 0.60 W·m-1·K-1 초과 또는 0.62 W·m-1·K-1 초과 또는 0.65 W·m-1·K-1 초과의 열전도도를 갖는다. 증가된 열활성은 건조 대역 아크 발생(dry band arcing)으로 인한 코팅 부식을 감소시키기 위한 하나의 경로이기 때문에 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도는 케이블 코팅 적용에 이롭다.
일 실시형태에서, 조성물은 0.52 W·m-1·K-1 초과 또는 0.53 W·m-1·K-1 또는 0.54 W·m-1·K-1 내지 0.70 W·m-1·K-1 또는 0.80 W·m-1·K-1 또는 0.90 W·m-1·K-1의 열전도도를 갖는다. 다른 실시형태에서, 조성물은 0.52 W·m-1·K-1 초과 내지 0.90 W·m-1·K-1 또는 0.52 W·m-1·K-1 초과 내지 0.70 W·m-1·K-1의 열전도도를 갖는다.
조성물은 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는다. 일 실시형태에서, 조성물은 0.850 g/cc 또는 0.900 g/cc 또는 0.950 g/cc 또는 0.990 g/cc 내지 1.000 g/cc 또는 1.010 g/cc 또는 1.020 g/cc의 밀도를 갖는다. 다른 실시형태에서, 조성물은 0.850 g/cc 내지 1.020 g/cc 또는 0.950 g/cc 내지 1.020 또는 0.990 g/cc 내지 1.020 또는 0.990 g/cc 내지 1.010 또는 0.990 g/cc 내지 1.000 g/cc의 밀도를 갖는다. 코팅의 밀도를 감소시키는 것은 코팅된 전도체의 총 중량을 더 낮추는 데 기여하여 기존의 타워 구조물 상의 중량 하중을 감소(기존 타워 구조물이 조사, 계획 및/또는 보충 토목 공사를 할 필요없이 사용되도록 허용됨)시킬 수 있기 때문에 1.02 g/cc 이하의 밀도는 케이블 코팅 적용에 이롭다.
일 실시형태에서, 조성물은 2.75 kV 초과 또는 3.00 kV 초과의 초기 트래킹 전압을 갖는다. 다른 실시형태에서, 조성물은 2.50 kV 또는 2.75 kV 또는 3.00 kV 내지 3.25 kV 또는 3.50 kV 또는 4.00 kV의 초기 트래킹 전압을 갖는다.
일 실시형태에서, 조성물은 40 kV/mm 또는 41 kV/mm 내지 42 kV/mm 또는 45 kV/mm 또는 50 kV/mm 또는 70 kV/mm의 AC 파단 강도(ACBD)를 갖는다. 다른 실시형태에서, 조성물은 40 kV/mm 내지 70 kV/mm 또는 41 kV/mm 내지 50 kV/mm의 ACBD를 갖는다.
일 실시형태에서, 조성물은 13.0 MPa 또는 13.8 MPa 또는 15.0 MPa 또는 16.0 MPa 또는 17.0 MPa 또는 18.0 MPa 또는 19.0 MPa 내지 25.0 MPa 또는 27.0 MPa 또는 30.0 MPa 또는 35.0 MPa의 인장 강도를 갖는다. 다른 실시형태에서, 조성물은 13.0 MPa 내지 35.0 MPa 또는 16.0 MPa 내지 35.0 MPa 또는 19.0 MPa 내지 30.0 MPa의 인장 강도를 갖는다.
일 실시형태에서, 조성물은 400% 또는 450% 또는 475% 또는 500% 내지 1,000% 또는 1,500%의 인장 신율을 갖는다.
일 실시형태에서, 조성물은 하기를 함유하거나, 하기로 본질적으로 구성되거나, 하기로 구성된다:
(A) 58 중량% 내지 95 중량% 또는 65 중량% 내지 94 중량% 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 에틸렌계 중합체로서, MDPE, VLDPE, LLDPE 및 선택적으로 MAH-g-HDPE를 함유하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성된 배합물인, 에틸렌계 중합체;
(B) 5 중량% 내지 15 중량% 또는 8 중량% 내지 15 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량% 또는 12 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분으로서, 하기를 함유하거나, 하기로 본질적으로 구성되거나, 하기로 구성된, 금속 수산화물 성분:
i. 10 초과 또는 10 내지 100 또는 10 내지 75 또는 10 내지 90 또는 10 내지 50 또는 10 내지 25 또는 20 내지 90 또는 30 내지 90 또는 40 내지 90 또는 40 내지 83의 종횡비를 갖는 수산화마그네슘인 높은 종횡비의 금속 수산화물로서, 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는, 높은 종횡비의 금속 수산화물: (a) 0.01 μm 내지 0.5 μm 또는 0.01 μm 내지 0.15 μm 또는 0.05 μm 내지 0.10 μm의 평균 두께; 및/또는 (b) 4.0 μm 내지 6.0 μm 또는 4.5 μm 내지 5.0 μm의 평균 폭; 및/또는 (c) 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중;
ii. 선택적으로, 1 내지 9 또는 1 내지 6 또는 4 내지 5의 종횡비를 갖는 수산화마그네슘인 낮은 종횡비의 금속 수산화물로서, 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는, 낮은 종횡비의 금속 수산화물: (a) 0.15 μm 내지 0.50 μm 또는 0.20 μm 내지 0.30 μm의 평균 두께; 및/또는 (b) 0.15 μm 내지 2.0 μm 또는 0.60 μm 내지 0.90 μm의 평균 폭; 및/또는 (c) 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중;
(C) 선택적으로, 조성물의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20 중량% 또는 1 중량% 내지 10 중량% 또는 1 중량% 내지 5 중량% 또는 2 중량% 내지 5 중량%의 첨가제;
조성물은 0.53 W·m-1·K-1 초과 또는 0.54 W·m-1·K-1 초과 또는 0.55 W·m-1·K-1 초과 또는 0.58 W·m-1·K-1 초과 또는 0.60 W·m-1·K-1 초과 또는 0.62 W·m-1·K-1 초과 또는 0.65 W·m-1·K-1 초과의 열전도도를 갖고;
조성물은 0.850 g/cc 내지 1.020 g/cc 또는 0.950 g/cc 내지 1.020 또는 0.990 g/cc 내지 1.020 또는 0.990 g/cc 내지 1.010 또는 0.990 g/cc 내지 1.000 g/cc의 밀도를 가지며;
조성물은 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는다: (i) 2.75 kV 초과 또는 3.00 kV 초과의 초기 트래킹 전압; 및/또는 (ii) 40 kV/mm 내지 70 kV/mm 또는 41 kV/mm 내지 50 kV/mm의 ACBD; 및/또는 (iii) 13.0 MPa 내지 35.0 MPa 또는 16.0 MPa 내지 35.0 MPa 또는 19.0 MPa 내지 30.0 MPa의 인장 강도; 및/또는 (iv) 400% 내지 1,500% 또는 400% 내지 1,000% 또는 500% 내지 1,000%의 인장 신율.
전술한 조성물을 포함하여 본원에 개시된 각각의 조성물 및 코팅의 성분의 합은 100 중량%를 획득하는 것으로 이해된다.
조성물은 본원에 개시된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
D. 코팅된 전도체
본 개시내용은 코팅된 전도체를 제공한다. 코팅된 전도체는 비-금속 전도체 및 비-금속 전도체 상의 코팅을 포함한다. 코팅은 (A) 에틸렌계 중합체 및 코팅의 총 중량을 기준으로 (B) 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 포함한다. 금속 수산화물 성분은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함한다. 코팅은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는다.
i. 비-금속 전도체
코팅된 전도체는 비-금속 전도체를 포함한다. "비-금속 전도체"는 금속이 없거나 실질적으로 없는 전도체이다. 비-금속 전도체는 단일-와이어/섬유 또는 다중-와이어/섬유일 수 있고, 가닥 형태 또는 관형 형태일 수 있다. 적합한 비-금속 전도체의 비제한적인 예는 유리 또는 플라스틱으로 제조된 광섬유를 포함한다. 비-금속 전도체는 보호 피복 내에 배치될 수 있거나 배치되지 않을 수 있다.
일 실시형태에서, 비-금속 전도체는 케이블이다. "케이블"은 2개 이상의 와이어 또는 2개 이상의 광섬유가 선택적으로 통상적인 절연 외피 내에 함께 결합된 전도체이다. 외피 내부의 개별적인 와이어 또는 섬유는 노출되어 있거나, 피복되어 있거나, 절연되어 있을 수 있다. 조합 케이블은 전선 및 광섬유를 모두 보유할 수 있다. 케이블은 저전압, 중전압 및/또는 고전압 적용을 위해 설계될 수 있다. 일 실시형태에서, 케이블 및 추가로 코팅된 전도체는 전선을 제외한다.
비-금속 전도체는 본원에 개시된 2개 이상의 실시형태를 포함할 수 있다.
ii. 코팅
코팅된 전도체는 비-금속 전도체 상의 코팅을 포함한다. 코팅은 (A) 에틸렌계 중합체 및 코팅의 총 중량을 기준으로 (B) 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 함유한다. 금속 수산화물 성분은 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함한다. 코팅은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는다.
코팅은 본원에 개시된 임의의 조성물일 수 있다.
코팅은 용융 배합에 의해 형성될 수 있다. "용융 배합"은 적어도 두 개의 성분이 결합되거나 달리 함께 혼합되고, 성분 중 적어도 하나는 용융된 상태인 공정이다. 용융 배합은 회분 혼합, 압출 배합, 압출 성형 및 이의 임의의 조합에 의해 달성될 수 있다.
일 실시형태에서, 코팅은 비-금속 전도체 상에 압출된다. 압출기는 크로스헤드 다이(crosshead die)를 가지며, 소기의 층(벽 또는 코팅) 두께를 제공한다. 사용될 수 있는 압출기의 비제한적인 예는 크로스헤드 다이, 냉각조(cooling trough) 및 연속식 테이크-업 장비(continuous take-up equipment)로 변형된 단일 스크류 유형이다. 통상적인 단일 스크류 유형 압출기는 이의 상류 단부에서 호퍼를 갖고 이의 하류 단부에서 다이를 갖는 것으로 기술될 수 있다. 호퍼는 스크류를 보유하는 배럴(barrel) 내로 원료를 공급한다. 하류 단부에서, 스크류의 단부와 다이 사이에는 스크린 팩(screen pack) 및 브레이커 플레이트(breaker plate)가 존재한다. 압출기의 스크류 부분은 세 개의 구획, 공급 구획, 압축 구획 및 계량 구획으로 나눠지고, 후면 가열 구역부터 전면 가열 구역까지의 다수의 가열 구역은 상류에서 하류로 진행되는 다수의 구획을 갖는 것으로 간주된다. 배럴의 길이 대 직경의 비는 16:1 내지 30:1의 범위이다. 홈이 있는 배럴 압출기 또는 트윈 스크류 압출기(twin screw extruder)가 또한 코어 코팅 공정(core coating process)에서 사용될 수 있다. 재킷 압출 공정은 160℃ 또는 180℃ 또는 200℃ 내지 220℃ 또는 240℃ 또는 260℃ 범위의 온도에서 수행될 수 있다. 코로스헤드 다이는 코팅 조성물을 유동 채널에 분포시켜서 용융된 코팅 조성물이 균일한 속도로 배출되어 전도체에 도포되도록 한다. 이러한 방식으로, 배합(용융 배합) 및 압출은 동일한 단일 압출기에서 수행된다. 전도체는 크로스헤드의 중심을 통해 통과하여 배출됨에 따라 균일한 층의 코팅이 튜브-온 툴링(tube-on tooling)의 압력 또는 준압력(semi-pressure)를 사용하여 원주 상에 도포된다. 코팅(또는 다른 물질)의 하나 이상의 층은 다수의 크로스헤드를 사용하여 도포될 수 있다. 코팅된 비-금속 전도체는 이어서 테이크-업 릴(take-up reel) 상에서의 도포된 코팅층의 변형을 방지하도록 충분하게 수조에서 냉각되어 코팅된 전도체를 수득한다.
용융 배합은 압출 전에 순차적으로 수행될 수 있다. 대안적으로, 용융 배합은 압출과 동시에 또는 실질적으로 동시에 수행될 수 있다(즉, 용융 배합 및 압출은 동일 압출기에서 수행됨). 카본 블랙은 용융 배합 동안 및/또는 압출 동안 첨가될 수 있다.
일 실시형태에서, 코팅은 비-금속 전도체 상의 최외곽 코팅이다. "최외곽 코팅"은 주위 환경에 노출되거나 실질적으로 노출된 외부 표면을 갖는 층이다. 코팅은 비-금속 전도체를 둘러싸는 단독 성분일 수 있다. 대안적으로, 코팅은 비-금속 전도체를 감싸는 다층 재킷 또는 다층 피복의 최외곽층일 수 있다.
일 실시형태에서, 코팅은 비-금속 전도체와 직접 접촉한다. 본원에 사용된 바, 용어 "직접 접촉"은 코팅이 비-금속 전도체에 바로 인접하게 위치하여 코팅이 비-금속 전도체와 접촉하고, 코팅과 전도체 사이에 개재 층, 개재 코팅 및/또는 개재 구조가 존재하지 않는 코팅 구성이다.
다른 실시형태에서, 코팅은 비-금속 전도체와 간접 접촉한다. 본원에 사용된 바, 용어 "간접 접촉"은 코팅과 비-금속 전도체 사이에 개재 층, 개재 코팅 및/또는 개재 구조가 존재하는 코팅 구성이다. 적합한 개재 층, 개재 코팅 및 개재 구조의 비제한적인 예는 절연층, 수분 장벽층, 완충관(buffer tube) 및 이의 조합을 포함한다.
일 실시형태에서, 절연층은 비-금속 전도체와 직접 접촉하고, 최외곽 코팅은 절연층과 직접 접촉한다. 바꾸어 말하면, 코팅은 비-금속 전도체를 둘러싸는 절연층과 직접 접촉한다. 적합한 절연층의 비제한적인 예는 발포 절연층, 열가소성 절연층, 가교결합된 절연층 및 이의 조합을 포함한다.
일 실시형태에서, 코팅된 전도체는 광섬유인 복수의 전도체를 포함하고, 광섬유는 완충관 내에 배치되며, 코팅은 완충관을 둘러싼다. 광섬유는 단일 완충관 또는 복수의 완충관 내에 배치될 수 있다.
일 실시형태에서, 코팅은 0.25 mm 내지 0.50 mm 또는 0.60 mm 또는 0.70 mm 또는 1.00 mm 또는 2.00 mm 또는 3.00 mm 또는 4.00 mm; 또는 0.25 mm 내지 4.00 mm 또는 0.25 mm 내지 1.00 mm 또는 0.25 mm 내지 0.50 mm의 두께를 갖는다.
도 1은 적합한 코팅된 전도체(10)의 비제한적인 예를 도시한다. 코팅된 전도체(10)는 제1 비-금속 강도 부재(1)를 포함한다. 적합한 제1 비-금속 강도 부재의 비제한적인 예는 유리 섬유 강화 플라스틱이다. 복수의 완충관(3)은 비-금속 강도 부재(1) 주위를 감싸고 있다. 적합한 완충관의 비제한적인 예는 물의 전파를 방지하기 위해 겔(2)로 패킹된 폴리부틸렌 테레프탈레이트 관을 포함한다. 완충관(3)은 겔(2) 내에 배치된 광섬유(8)를 보유한다. 광섬유(8)는 완충관(3)을 통해 연장되고, 겔(2)에 의해 둘러싸여 있다. 완충관(3)은 광학 완충관(4) 내부에 보유된다.
절연층(5)은 광학 완충관(4)을 둘러싸고 있다. 절연층(5)은 광학 완충관(4)과 직접 접촉한다. 제2 비-금속 강도 부재(6)는 절연층(5)을 둘러싸고 있다. 적합한 제2 비-금속 강도 부재의 비제한적인 예는 유리 섬유, 아라미드사 및 이의 조합을 포함한다. 제2 비-금속 강도 부재(6)는 절연층(5)과 직접 접촉한다.
최외곽층(7)은 제2 비-금속 강도 부재(6)를 둘러싸고 있다. 최외곽층(7)은 본 코팅 및 조성물을 함유한다. 최외곽층(7)은 제2 비-금속 강도 부재(6)와 직접 접촉한다.
코팅된 전도체는 금속 강도 부재를 제외하거나 금속 강도 부재가 존재하지 않고; 코팅된 전도체는 금속 차폐층을 제외하거나 금속 차폐층이 존재하지 않는다.
일 실시형태에서, 코팅된 전도체에서 존재하는 유일한 금속은 금속 수산화물 성분이다. 바꾸어 말하면, 코팅된 전도체에 존재하는 유일한 금속-함유 성분 또는 금속-함유 구조는 금속 수산화물 성분이다.
일 실시형태에서, 코팅된 전도체는 하기를 보유하거나, 하기로 본질적으로 구성되거나, 하기로 구성된다:
광섬유를 보유하는 비-금속 전도체;
비-금속 전도체 상의 최외곽 코팅으로서, 하기를 함유하거나, 하기로 본질적으로 구성되거나, 하기로 구성되는, 최외곽 코팅:
(A) 58 중량% 내지 95 중량% 또는 65 중량% 내지 94 중량% 또는 80 중량% 내지 90 중량%의 에틸렌계 중합체로서, MDPE, VLDPE, LLDPE 및 선택적으로 MAH-g-HDPE를 함유하거나, 이로 본질적으로 구성되거나, 이로 구성된 배합물인, 에틸렌계 중합체;
(B) 5 중량% 내지 15 중량% 또는 8 중량% 내지 15 중량% 또는 10 중량% 내지 15 중량% 또는 12 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분으로서, 하기를 함유하거나, 하기로 본질적으로 구성되거나, 하기로 구성된, 금속 수산화물 성분:
i. 10 초과 또는 10 내지 100 또는 10 내지 75 또는 10 내지 90 또는 10 내지 50 또는 10 내지 25 또는 20 내지 90 또는 30 내지 90 또는 40 내지 90 또는 40 내지 83의 종횡비를 갖는 수산화마그네슘인 높은 종횡비의 금속 수산화물로서, 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는, 높은 종횡비의 금속 수산화물: (a) 0.01 μm 내지 0.5 μm 또는 0.01 μm 내지 0.15 μm 또는 0.05 μm 내지 0.10 μm의 평균 두께; 및/또는 (b) 4.0 μm 내지 6.0 μm 또는 4.5 μm 내지 5.0 μm의 평균 폭; 및/또는 (c) 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중;
ii. 선택적으로, 1 내지 9 또는 1 내지 6 또는 4 내지 5의 종횡비를 갖는 수산화마그네슘인 낮은 종횡비의 금속 수산화물로서, 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는, 낮은 종횡비의 금속 수산화물: (a) 0.15 μm 내지 0.50 μm 또는 0.20 μm 내지 0.30 μm의 평균 두께; 및/또는 (b) 0.15 μm 내지 2.0 μm 또는 0.60 μm 내지 0.90 μm의 평균 폭; 및/또는 (c) 2.0 g/cc 내지 4.0 g/cc 또는 2.4 g/cc 내지 3.0 g/cc의 비중;
(C) 선택적으로, 최외곽 코팅의 총 중량을 기준으로 1 중량% 내지 20 중량% 또는 1 중량% 내지 10 중량% 또는 1 중량% 내지 5 중량% 또는 2 중량% 내지 5 중량%의 첨가제; 그리고
최외곽 코팅은 하기 특성 중 하나, 일부 또는 전부를 갖는다: (i) 0.52 W·m-1·K-1 초과 또는 0.53 W·m-1·K-1 초과 또는 0.54 W·m-1·K-1 초과 또는 0.55 W·m-1·K-1 초과 또는 0.58 W·m-1·K-1 초과 또는 0.60 W·m-1·K-1 초과 또는 0.62 W·m-1·K-1 초과 또는 0.65 W·m-1·K-1 초과의 열전도도; 및/또는 (ii) 0.850 g/cc 내지 1.020 g/cc 또는 0.950 g/cc 내지 1.020 또는 0.990 g/cc 내지 1.020 또는 0.990 g/cc 내지 1.010 또는 0.990 g/cc 내지 1.000 g/cc의 밀도; 및/또는 (iii) 2.75 kV 초과 또는 3.00 kV 초과의 초기 트래킹 전압; 및/또는 (iv) 40 kV/mm 내지 70 kV/mm 또는 41 kV/mm 내지 50 kV/mm의 ACBD; 및/또는 (v) 13.0 MPa 내지 35.0 MPa 또는 16.0 MPa 내지 35.0 MPa 또는 19.0 MPa 내지 30.0 MPa의 인장 강도; 및/또는 (vi) 400% 내지 1,500% 또는 400% 내지 1,000% 또는 500% 내지 1,000%의 인장 신율.
일 실시형태에서, 코팅된 전도체는 광섬유 케이블, 통신 케이블(예를 들어, 전화 케이블 또는 근거리 통신망(LAN) 케이블) 및 이의 임의의 조합으로부터 선택된다.
일 실시형태에서, 코팅된 전도체는 비금속 자기지지형(ADSS) 케이블이다. ADSS는 고전압 송전선(IEEE 1222에 따라 측정된 바와 같은 염함유 또는 오염 지역에서 적어도 4 kV의 공간 전위(space potential) 및/또는 적어도 150 kV의 작동 전압을 가짐)을 따라 설치하기에 적합하다. 코팅된 전도체에서 유일하게 존재하는 금속이 금속 수산화물 성분인 본 ADSS 케이블은 이롭게도 고전압 송전선의 작동 정지 없이 상기 선을 따라 설치될 수 있다. 금속 강도 부재 및/또는 금속 차폐층과 같은 금속성 성분 또는 구조를 추가로 보유하는 코팅된 전도체는 고전압 송전선을 따라 설치 시 상기 선의 작동 정지를 요구할 것이기 때문에 ADSS 케이블용으로 적합하지 않다.
(A) 에틸렌계 중합체 및 (B) 높은 종횡비의 금속 수산화물을 함유하는 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 함유하는 본 코팅은 이롭게도 적합한 저밀도(즉, 1.02 g/cc 이하)를 유지하면서 개선된 열전도도(즉, 0.52 W·m-1·K-1 초과)를 제공한다.
이제, 제한되지 않은 실시예로서 본 개시내용의 일부 실시형태를 하기 실시예에서 보다 상세하게 기술할 것이다.
실시예
발명예 및 비교예에서 사용된 물질은 하기 표 1에 제시되어 있다.
Figure pct00002
Brabender 혼합볼(mixing bowl)에서 조성물을 제조한다. DFH-3580H(MDPE)를 먼저 180℃에서 상기 볼에 로딩한다. DFH-3580H가 용융된 후 FLEXOMER DFDA-1137 NT 7(VLDPE)를 첨가하여 180℃의 온도에서 3분 동안 혼합한다. 이어서, DFNC-0037 BK(카본 블랙 마스터배치), 수산화마그네슘(KISUMA 5B-1G, KISUMA 5J 및/또는 KISUMA 10J) 및 AO MB를 상기 볼에 첨가하여 180℃의 온도에서 5분 동안 혼합한다. 조성물을 실온(23 내지 25℃)으로 냉각시킨 후 압출을 위해 조각으로 절단한다.
조성물 조각을 하기 표 2에서 제공하는 조건을 갖는 Maddock 혼합 스크류가 장착된 Brabender 압출기에 로딩한다. 조성물을 압출기의 단부에서 20/30/100/60/20 메시의 스크린 팩을 통해 공급한다. 압출기에서 배출된 후, 조성물을 실온(23 내지 25℃)으로 냉각시키고, 펠렛화한다.
Figure pct00003
조성물 및 각각의 샘플 조성물의 특성은 하기 표 3에 제시되어 있다.
표 3에서 나타낸 바, CS 10은 (A) 에틸렌계 중합체(MDPE 및 VLDPE)를 함유하지만, 금속 수산화물은 함유하지 않는다. CS 10은 0.52 W·m-1·K-1 미만의 열전도도(0.410 W·m-1·K-1)를 나타낸다. 결과적으로, CS 10은 ADSS 케이블 적용에 적합하지 않다.
CS 9는 (A) 에틸렌계 중합체(MDPE 및 VLDPE) 및 (B) 10 미만의 종횡비(4 내지 5)를 갖는 금속 수산화물(KISUMA 5J)을 함유하는 12.5 중량%의 금속 수산화물을 함유한다. CS 9는 (i) 0.52 W·m-1·K-1 미만의 열전도도(0.508 W·m-1·K-1) 및 (ii) 1.02 g/cc 초과의 밀도(1.021 g/cc)를 나타낸다. 결과적으로, CS 9는 ADSS 케이블 적용에 적합하지 않다.
Figure pct00004
표 3에서 나타낸 바, CS 8은 (A) 에틸렌계 중합체(MDPE 및 VLDPE) 및 (B) 10 미만의 종횡비(4 내지 5)를 갖는 금속 수산화물(KISUMA 5B-1G)을 함유하는 15 중량% 초과(25 중량%)의 금속 수산화물 성분을 함유한다. CS 8은 1.02 g/cc 초과의 밀도(1.099 g/cc)를 나타낸다. 결과적으로, CS 8은 ADSS 케이블 적용에 적합하지 않다.
CS 7는 (A) 에틸렌계 중합체(MDPE 및 VLDPE) 및 10의 종횡비를 갖는 금속 수산화물(KISUMA 10J)을 함유하는 15 중량% 초과(25 중량%)의 금속 수산화물을 함유한다. CS 7은 잘 부서져서 CS 7의 특성은 측정될 수 있다. 결과적으로, CS 7은 ADSS 케이블 적용에 적합하지 않다.
대조적으로, (A) 에틸렌계 중합체(MDPE 및 VLDPE) 및 10의 종횡비를 갖는 금속 수산화물(KISUMA 10J)을 함유하는 5 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분을 함유하는 조성물(실시예 1 내지 실시예 6)은 예상외로 (i) 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 (ii) 1.02 g/cc 이하의 밀도의 조합을 나타낸다. 결과적으로, 실시예 1 내지 실시예 6은 ADSS 케이블 적용에 적합하다.
실시예 1 및 CS 9는 각각 (A) 에틸렌계 중합체(MDPE 및 VLDPE) (B) 12.5 중량%의 금속 수산화물 성분을 함유한다. 실시예 1은 10의 종횡비를 갖는 금속 수산화물(KISUMA 10J)을 함유하는 반면, CS 9는 10 미만의 종횡비(4 내지 5)를 갖는 금속 수산화물(KISUMA 5J)을 함유한다. 실시예 1은 예상외로 CS 9에 비해 열전도도에서 32%의 증가를 나타낸다. 또한, 실시예 1은 1.02 g/cc 이하의 밀도(1.019 g/cc)를 나타내는 반면, CS 9의 밀도는 1.02 g/cc 초과(1.021 g/cc)이다. 결과적으로, 실시예 1은 ADSS 케이블 적용에 적합한 반면, CS 9는 ADSS 케이블 적용에 적합하지 않다.
특히 본 개시내용은 본원에 포함된 실시양태 및 예시에 제한되지 않으며, 하기 청구범위의 범주 내에 있는 실시양태의 일부 및 상이한 실시양태들의 구성 요소의 조합을 포함하는 이들의 실시양태의 변형된 형태를 포함하도록 의도된다.

Claims (15)

  1. 조성물로서,
    (A) 에틸렌계 중합체;
    (B) 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분으로서, 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함하는, 금속 수산화물 성분을 포함하고,
    상기 조성물은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는, 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (A) 에틸렌계 중합체는 중밀도 폴리에틸렌(medium density polyethylene) 및 초저밀도 폴리에틸렌(very low density polyethylene)을 포함하는, 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 조성물은 0.54 W·m-1·K-1 초과의 열전도도를 갖는, 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물은 2.75 kV 초과의 초기 트래킹 전압(initial tracking voltage)을 갖는, 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 조성물의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물을 포함하는, 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 수산화물 성분은 10 미만의 종횡비를 갖는 제2 금속 수산화물을 포함하는, 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, (C) 말레산 무수물-그래프트 에틸렌계 중합체를 추가로 포함하는, 조성물.
  8. 코팅된 전도체로서,
    비(非)-금속 전도체;
    상기 비-금속 전도체 상의 코팅을 포함하고, 상기 코팅은,
    (A) 에틸렌계 중합체;
    (B) 상기 코팅의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 15 중량%의 금속 수산화물 성분으로서, 10 이상의 종횡비를 갖는 금속 수산화물을 포함하는, 금속 수산화물 성분을 포함하는, 코팅된 전도체.
  9. 제8항에 있어서, 상기 코팅은 최외곽층인, 코팅된 전도체.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 코팅은 0.52 W·m-1·K-1 초과의 열전도도 및 1.02 g/cc 이하의 밀도를 갖는, 코팅된 전도체.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (A) 에틸렌계 중합체는 중밀도 폴리에틸렌 및 초저밀도 폴리에틸렌을 포함하는, 코팅된 전도체.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅은 2.75 kV 초과의 초기 트래킹 전압을 갖는, 코팅된 전도체.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 수산화물 성분은 10 미만의 종횡비를 갖는 제2 금속 수산화물을 포함하는, 코팅된 전도체.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 코팅은 (C) 말레산 무수물-그래프트 에틸렌계 중합체를 추가로 포함하는, 코팅된 전도체.
  15. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비-금속 전도체는 광섬유를 포함하는, 코팅된 전도체.
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