LU82641A1 - POLYMER COMPOSITIONS RESISTANT TO ELECTRIC EAGGLES AND WATER EAGLES - Google Patents
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Description
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Compositions de polymères résistant aux aigrettes électriques et aux aigrettes d'eau L'invention concerne des compositions polymères ayant une résistance accrue aux aigrettes électri-5 ques et aux aigrettes d'eau et qui sont utiles comme isolants pour câbles électriques.The present invention relates to polymeric compositions having increased resistance to electric egrets and water egrets and which are useful as insulators for electric cables.
; Les compositions polymères sont bien connues et on les utilise de façon étendue comme isolants pour fils et câbles. Comme isolant, il est important que la 10 composition ait diverses propriétés physiques et électriques, par exemple la résistance à l'enfoncement mécanique, la résistance à la fissuration sous contrainte et au claquage diélectrique. Des publications récentes ^ indiquent que le développement d'aigrettes d'eau et 15 d'aigrettes électriques dans l'isolant est un inconvénient particulièrement important,car il est associé au claquage diélectrique, bien qu'il n'en soit pas nécessairement totalement responsable.; Polymeric compositions are well known and are widely used as insulators for wires and cables. As an insulator, it is important that the composition has various physical and electrical properties, for example resistance to mechanical sinking, resistance to stress cracking and dielectric breakdown. Recent publications indicate that the development of water egrets and electric egrets in the insulation is a particularly significant drawback, as it is associated with dielectric breakdown, although it is not necessarily entirely responsible for it .
Une application importante d'une matière 20 isolante concerne les câbles de transport et de distribution de haute tension, spécialement en pleine terre, et on a observé, dans les câbles électriques, trois types d'aigrettes : les aigrettes électriques, les aigrettes d'eau et les aigrettes électrochimiques.An important application of an insulating material relates to high voltage transport and distribution cables, especially in the ground, and three types of egrets have been observed in electric cables: electric egrets, electric egrets. water and electrochemical egrets.
25 On pense généralement que les aigrettes électriques sont * engendrées par des décharges en couronne causant la fusion et le claquage du polymère, tandis que les aigrettes d'eau s'observent habituellement dans des câbles enterrés dans des endroits humides et ont une 3Q apparence différente des aigrettes électriques. Les s aigrettes électrochimiques sont similaires aux aigrettes d'eau, mais sont caractérisées par la présence d'ions métalliques.25 It is generally believed that electric egrets are caused by corona discharges causing melting and breakdown of the polymer, while water egrets are usually seen in cables buried in damp places and have a different appearance. electric egrets. Electrochemical egrets are similar to water egrets, but are characterized by the presence of metal ions.
Le brevet US 4 144 202 vise à inhiber le .r claquage par aigrettes d'eau des matières diélectriques / ï , t · * 2 ï * à base de polymères d'éthylène. Ce brevet décrit les défauts électriques causés par les aigrettes et explique la nature des aigrettes et certaines de leurs causes. En général, à mesure que la composition poly-5 mère claque, le dommage progresse à travers l'isolant ou le diélectrique suivant un parcours plus ou moins arborescent. L'aigrette est habituellement une détërio-s ration de type lent et peut mettre des années à causer une défaillance de l'isolant. Corme l'indique le = 10 brevet précité, on inhibe l'aigrette d'eau, dans les compositions de polymère d'éthylène, en y incluant certains organosilanes. En particulier, 1'organosilane est un silane contenant un radical époxyde. Le brevet cité décrit des polymères appropriés, des adjuvants - 15 et des procédés de traitement pour la préparation de la composition.US Pat. No. 4,144,202 aims to inhibit the breakdown of water with dielectric materials / ï, t · * 2 ï * based on ethylene polymers. This patent describes electrical faults caused by egrets and explains the nature of egrets and some of their causes. In general, as the poly-5 mother composition slams, the damage progresses through the insulator or the dielectric following a more or less arborescent course. The egret is usually a slow deterioration and can take years to cause insulation failure. As indicated in the above-mentioned patent, the water egret is inhibited in ethylene polymer compositions by including certain organosilanes. In particular, the organosilane is a silane containing an epoxide radical. The cited patent describes suitable polymers, adjuvants and processing methods for the preparation of the composition.
Dans les demandes de brevets US n° 709266 et 809 910, il est question d'un isolant convenant particulièrement aux câbles électriques à haute tension 20 et contenant une quantité efficace d'un alcool contenant 6 à 24 atomes de carbone, qui confère à la composition une résistance au développement d'aigrettes électriques.In US patent applications Nos. 709266 and 809 910, it is a question of an insulator particularly suitable for high voltage electric cables 20 and containing an effective amount of an alcohol containing 6 to 24 carbon atoms, which gives the composition resistance to the development of electric egrets.
Ces demandes, de même que le brevet US 4 144 202 déjà cité, décrivent le problème des aigrettes électriques 25 dans les compositions polymères et citent de nombreux brevets qui tentent de le résoudre. On y mentionne des » polymères appropriés, des adjuvants et des procédés de préparation.These applications, as well as the aforementioned US Pat. No. 4,144,202, describe the problem of electric egrets in polymer compositions and cite numerous patents which attempt to solve it. There are mentioned suitable polymers, adjuvants and methods of preparation.
Le DE-OS 2 737 430 enseigne que certains * 30 alcoxysilanes, ajoutés à un isolant de polyoléfine, empêchent les aigrettes. Il y est dit que plusieurs triméthoxysilanes et triéthoxysilanes sont utiles. Il n'est pas indiqué, ni suggéré, que des alcoxyalcoxy-silanes aient la propriété d'inhiber aussi bien les 35 aigrettes d'eau que les aigrettes électriques. ^y ) * 3DE-OS 2 737 430 teaches that certain * 30 alkoxysilanes, added to a polyolefin insulator, prevent the egrets. It says that several trimethoxysilanes and triethoxysilanes are useful. It is not stated or suggested that alkoxyalkoxy silanes have the property of inhibiting both water and electric egrets. ^ y) * 3
Le brevet US 3 553 348 et les brevets GB 1 248 256 et 1 277 378 concernent des compositions de polymère à charge minérale utiles comme isolants pour fils et câbles électriques. On traite la charge 5 minérale par un organosilane tel qu'un alkyl-alcoxysilane ou un vinyl-alcoxysilane pour diminuer la porosité de " la composition. Aucun de ces brevets n'indique ni ne suggère que l'addition d'un organosilane â une composi-" tion de polymère non chargée augmente avantageusement 10 la résistance de la composition à la formation d'aigrettes d'eau et d'aigrettes électriques.US Patent 3,553,348 and GB Patents 1,248,256 and 1,277,378 relate to inorganic filler polymer compositions useful as insulators for electrical wires and cables. The mineral filler is treated with an organosilane such as an alkyl alkoxysilane or vinyl alkoxysilane to decrease the porosity of the composition. None of these patents indicate or suggest that the addition of an organosilane to a The uncharged polymer composition advantageously increases the resistance of the composition to the formation of water and electric egrets.
Toutefois, malheureusement, la technique antérieure ne fournit pas de composition isolante ayant à la fois une résistance accrue aux aigrettes 15 d'eau et aux aigrettes électriques. Comme l'indique le brevet US 4 144 202 déjà cité, le claquage électrique intrinsèque, la détérioration par effet couronne, par aigrette électrique et par aigrette d'eau sont différ rents, le mécanisme ést chaque fois différent et il faut 20 une solution différente pour obtenir une amélioration d'une matière diélectrique pour chaque mode de détérioration considéré. Un problème considérable pour les techniciens est donc de trouver une unique composition * qui soit capable de résister à la fois aux aigrettes 25 électriques et aux aigrettes d'eau.Unfortunately, however, the prior art does not provide an insulating composition having both increased resistance to water egrets and electric egrets. As indicated in US Pat. No. 4,144,202 already cited, intrinsic electrical breakdown, damage by crown effect, by electric egret and by water egret are different, the mechanism is different each time and a different solution is required. to obtain an improvement in a dielectric material for each deterioration mode considered. A considerable problem for technicians is therefore to find a single composition * which is capable of withstanding both electric and water egrets.
De façon inattendue, on a maintenant découvert que des compositions polymères comprenant une quantité efficace d'un composé organique déterminé, par exemple d'un constituant silane spécialement défini, 30 présentent à la fois une résistance accrue aux aigrettes d'eau et aux aigrettes électriques. On peut aussi durcir la composition en utilisant des techniques connues pour obtenir une composition réticulée ayant des / propriétés encore améliorées pour certaines applica- / / 35 tions.Unexpectedly, it has now been discovered that polymeric compositions comprising an effective amount of a specific organic compound, for example a specially defined silane component, exhibit both increased resistance to water and electric egrets. . The composition can also be cured using known techniques to obtain a crosslinked composition having further improved properties for certain applications.
9 s ‘ 49 s ‘4
De façon générale, la composition polymère comprend, pour 100 parties en poids de polymère, environ 0,1 à 10 parties d'un silane répondant à la formule : .In general, the polymer composition comprises, per 100 parts by weight of polymer, approximately 0.1 to 10 parts of a silane corresponding to the formula:
‘ 5 R - Si - R2 (a)‘5 R - Si - R2 (a)
VV
- R3 dans laquelle R, Rif R2 et R3 représentent chacun indépendamment un groupe alkyle en à Cg, un groupe alcoxyle en à Cg, un groupe acyloxyle en à Cg, 10 un groupe aryloxyle en Cg à C^g éventuellement substitué, un groupe aryle en Cg à C^g éventuellement substitué, un atome d'hydrogène ou d'halogène, un radical époxyde, un groupe alcényle en C2 à CQ, un radical azoté, un radical carboxylé, un radical à groupe X5 mercaptan ou un radical éthérifié, à condition qu'au moins un et de préférence au moins trois des symboles R, R^, R2 et Rg, par exemple tous les quatre, représentent un groupe contenant au moins un atome donneur d'électrons en position non adjacente à l'atome de 20 silicium. L'atome donneur d'électrons peut être par «, exemple un atome d’hydrogène, d'azote, de soufre, etc.R3 in which R, Rif R2 and R3 each independently represent a C1-C6 alkyl group, a C1-C6 alkoxyl group, a C1-C6 acyloxyl group, an optionally substituted C1-C6 aryloxyl group, an aryl group in Cg to C ^ g optionally substituted, a hydrogen or halogen atom, an epoxide radical, a C2 to CQ alkenyl group, a nitrogen radical, a carboxyl radical, a radical with a mercaptan X5 group or an etherified radical, provided that at least one and preferably at least three of the symbols R, R ^, R2 and Rg, for example all four, represent a group containing at least one electron donor atom in a position not adjacent to the atom of 20 silicon. The electron donor atom can be, for example, a hydrogen, nitrogen, sulfur atom, etc.
L'oxygène est préférable à cause de son efficacité démontrée. Dans un groupe très préférentiel, l'atome donneur <ÿélectrons est séparé de l'atome de silicium 25 par trois atomes.Oxygen is preferable because of its proven effectiveness. In a very preferential group, the donor atom <electrons is separated from the silicon atom 25 by three atoms.
Une composition préférentielle comprend environ 0,5 à 5 parties et,de préférence encore,1 à 3 parties de constituant silane par 100 parties de polymère.A preferred composition comprises approximately 0.5 to 5 parts and, more preferably, 1 to 3 parts of silane constituent per 100 parts of polymer.
30 Une composition polymère non chargée par- ticulièrement préférentielle comprend un mélange ///A particularly preferred uncharged polymer composition comprises a blend ///
YY
1 1 5 homogène d'un constituant polymère et d'une quantité efficace d'un inhibiteur d'aigrettes d'eau et d'aigrettes électriques qui est un composé organique répondant à la formule i ?1 5 R2 - ? - Yi <cnV Ve <B> - * ' ' dans laquelle R^, et sont semblables ou différents et représentent un groupe Y, (C H_ )Y_R_, alkyle x n *n 4 o en à CQ, alcoxyle en à Cg, acylaxyle en à Cg, 10 aryloxyle en C, à C . éventuellement substitué, aryle o xo en C à C éventuellement substitué, un atome d'hydro-6 Xo gène ou d'halogène, un radical époxydé, un groupe alcényle en à Cg, un radical azoté, un radical carboxylé, un radical à groupe mercaptan ou un radical 15 éthérifié, R_ représente un groupe alkyle en C à CQ, alcoxyle en à Cg, acyloxyle en C^ à Cg, aryloxyle en Cc à C éventuellement substitué, aryle en C_ à C _ éventuellement substitué, un atome d'hydrogène ou d'halogène, un radical époxydé, un groupe alcényle en 20 à Cg, un radical azoté, un radical carboxylé, un radical à groupe mercaptan ou un radical éthérifié, et Y^ sont semblables ou différents et représentent 0, S ou N, Z représente Si, Sn, Ti, P ou B, a vaut O ou 1 et n vaut de 1 à 8.1 1 5 homogeneous of a polymeric component and an effective amount of an inhibitor of water egrets and electric egrets which is an organic compound corresponding to the formula i? 1 5 R2 -? - Yi <cnV Ve <B> - * '' in which R ^, and are similar or different and represent a group Y, (C H_) Y_R_, alkyl xn * n 4 o en à CQ, alkoxyl en à Cg, acylaxyle to C8, C6 to C aryloxyl. optionally substituted, aryl o xo in C to C optionally substituted, a 6-hydrogen or halogen atom, an epoxidized radical, an alkenyl group in Cg, a nitrogen radical, a carboxyl radical, a group radical mercaptan or an etherified radical, R 1 represents a C 1 to C 6 alkyl group, C 1 to C 6 alkoxyl, C 1 to C 6 acyloxyl, optionally substituted C 1 to C 6 aryloxyl, optionally substituted C 1 to C 6 aryl, an atom hydrogen or halogen, an epoxidized radical, a 20 to C8 alkenyl group, a nitrogen radical, a carboxyl radical, a radical with a mercaptan group or an etherified radical, and Y ^ are similar or different and represent 0, S or N , Z represents Si, Sn, Ti, P or B, a is O or 1 and n is 1 to 8.
25 Cette composition particulièrement préféren tielle comprend environ 0,1 à 10 parties en poids du composé organique de formule B par 100 parties de polymère. Une composition spécialement préférentielle comprend environ 0,5 à 5 parties de composé organique, de préfé-30 rence environ 1 à 3 parties, par 100 parties de polymère. L'invention a aussi pour objet un procédé de stabilisation d'un conducteur électrique portant un isolant polymère contre les aigrettes d'eau et les y aigrettes électriques, qui consiste à revêtir le condnc/y . » 6 teur d'une quantité efficace d'une composition isolante polymère constituant un mélange homogène d'un constituant polymère et d'un inhibiteur d'aigrettes qui est un composé répondant à la formule B définie ci-dessus.This particularly preferred composition comprises approximately 0.1 to 10 parts by weight of the organic compound of formula B per 100 parts of polymer. A specially preferred composition comprises about 0.5 to 5 parts of organic compound, preferably about 1 to 3 parts, per 100 parts of polymer. The subject of the invention is also a method of stabilizing an electrical conductor carrying a polymeric insulator against the water egrets and the electric egrets, which consists in coating the condnc / y. 6 amount of an effective amount of a polymer insulating composition constituting a homogeneous mixture of a polymer component and an egret inhibitor which is a compound corresponding to formula B defined above.
5 Les compositions de 1’invention sont particulièrement utiles dans les câbles de transport “ et de distribution de haute tension, mais elles sont utiles dans d'autres applications électriques où l'on ‘ a besoin d'une combinaison remarquable de résistance 10 aux aigrettes d'eau et aux aigrettes électriques.The compositions of the invention are particularly useful in high voltage transport and distribution cables, but they are useful in other electrical applications where a remarkable combination of resistance to egrets is required. water and electric egrets.
En général, les polymères convenant à la pratique de 1'invention comprennent toute résine thermoplastique polymère organique synthétique normalement solide. Ils comprennent des polyoléfines et copoly-15 mères correspondants, des polymères vinyliques, des copolymères oléfine/vinylique, des copolymères oléfine/ allylique, des polyamides, des polymères acryliques, des polystyrènes, des matières cellulosiques, des polyesters et des fluorocarbures.In general, polymers suitable for the practice of the invention include any normally solid synthetic organic polymeric thermoplastic resin. They include corresponding polyolefins and copolymers, vinyl polymers, olefin / vinyl copolymers, olefin / allyl copolymers, polyamides, acrylic polymers, polystyrenes, cellulosics, polyesters and fluorocarbons.
20 Les polyoléfines comprennent des polymères normalement solides d'oléfines,particulièrement de mono-6<-oléfines contenant environ 2 à 6 atomes de carbone, par exemple le polyéthylène, le polypropylëne, le poly-*· butène, le polyisobutène, le poly-(4-méthylpentène) et 25 similaires. Des polyoléfines préférentielles sont le polyéthylène et le polypropylëne. Le polyéthylène est spécialement préférentiel. Un polyéthylène spécialement préférentiel à cause de son efficacité démontrée est vendu sous la désignation "NA 310" par National 30 Distillers and Chemical Company.Polyolefins include normally solid polymers of olefins, particularly mono-6 <-olefins containing about 2 to 6 carbon atoms, for example polyethylene, polypropylene, poly- butene, polyisobutene, poly- (4-methylpentene) and the like. Preferred polyolefins are polyethylene and polypropylene. Polyethylene is especially preferred. A specially preferred polyethylene because of its proven efficacy is sold under the designation "NA 310" by National 30 Distillers and Chemical Company.
On peut utiliser des copolymëres d'éthylène et d'autres composés interpolymérisables avec l’éthylène comme le butène (1), le pentène (1), le styrène, etc. ^Copolymers of ethylene and other compounds which can be polymerized with ethylene such as butene (1), pentene (1), styrene, etc. can be used. ^
En général, l'éthylène représente d'environ 50 à moins η/ 3 5 de 100 % en poids. /'/ f « ‘ 7In general, ethylene represents from about 50 to less η / 3 5 of 100% by weight. / '/ f «‘ 7
Des polymères vinyliques appropriés comprennent le polychlorure de vinyle, le polyacétate de vinyle, les copolymères chlorure de vinyle/acétate de vinyle, l'alcool polyvinylique et le polyvinylacétal.Suitable vinyl polymers include polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, vinyl chloride / vinyl acetate copolymers, polyvinyl alcohol and polyvinyl acetal.
5 Des copolymères oléfine/vinylique appropriés comprennent les copolymères ëthylène/acétate de vinyle, “ éthylène/propionate de vinyle, éthylène/isobutyrate de vinyle, ëthylêne/alcool vinylique, éthylène/acrylate de méthyle, éthylène/acrylate d'éthyle, éthylène/ 10 méthacrylate d'éthyle, etc. En général, l'éthylène - constitue au moins 25 % environ du poids du copoly mère.Suitable olefin / vinyl copolymers include ethylene / vinyl acetate, ethylene / vinyl propionate, ethylene / vinyl isobutyrate, ethylene / vinyl alcohol, ethylene / methyl acrylate, ethylene / ethyl acrylate, ethylene / 10 copolymers. ethyl methacrylate, etc. In general, ethylene - constitutes at least about 25% of the weight of the mother copoly.
Les copolymêres oléfine/allylique comprennent les copolymères éthylène/allylbenzène, éthylène/éther 15 allylique, éthylène/acroléine, etc.Olefin / allyl copolymers include ethylene / allylbenzene, ethylene / allyl ether, ethylene / acrolein, etc. copolymers.
Le silane utilisé dans les compositions polymères de 1'invention peut être représenté par un ou plusieurs composés de la formule h, définie ci-dessus .The silane used in the polymer compositions of the invention can be represented by one or more compounds of formula h, defined above.
20 Le composé organique utilisé dans les com positions polymères non chargées particulièrement préférentielles de l'invention est représenté par un ou plusieurs composés de la formule B, définie ci-dessus.The organic compound used in the particularly preferred uncharged polymer compositions of the invention is represented by one or more compounds of formula B, defined above.
" Un certain nombre de groupes R, , P^ et 25 utiles aux fins de l'invention sont indiqués S la page 43 de "Chemicals and Plastics Physical Properties-1978-80", édité par Union Carbide Company. Des exemples sont le chlore, les groupes méthyle, éthyle, méthoxyle, ëthoxyle, phényle, l'hydrogène, les groupes chloropropy-30 le, vinyle 2-méthoxyéthoxyle, ^ -méthacryloxypropyle, p- (3,4-êpoxycyclohexyl) -éthyle, 'jf-glycidoxypropyle, acétoxyle, )f-mercaptopropyle, 'Ç'-aminopropyle, bis-hydroxyéthyle-/-aminopropyle, diacrylato-'/-aminopropyle, N- (p-aminoéthyl)-f-aminopropyle et 2-(Tf-triméthoxysilyl-^y 35 propylamino)-éthylamino-propionate. /A' i 4 t 8"A number of groups R,, P ^ and 25 useful for the purposes of the invention are given on page 43 of" Chemicals and Plastics Physical Properties-1978-80 ", published by Union Carbide Company. Examples are chlorine , methyl, ethyl, methoxyl, ethoxyl, phenyl, hydrogen, chloropropyl groups, vinyl 2-methoxyethoxyl, ^ -methacryloxypropyl, p- (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyl, 'jf-glycidoxypropyl, acetoxyl,) f-mercaptopropyl, 'Ç'-aminopropyl, bis-hydroxyethyl - / - aminopropyl, diacrylato -' / - aminopropyl, N- (p-aminoethyl) -f-aminopropyl and 2- (Tf-trimethoxysilyl- ^ y 35 propylamino) -ethylamino-propionate. / A 'i 4 t 8
Comme on l'a dit plus haut, au moins un des groupes R, R^, R2 et Rg de la formule A contient un atome donneur d'électron tel qu'un atome d'oxygène, d'azote ou de soufre dans sa chaîne. De préférence, 5 l'atome donneur d'électrons est séparé de l'atome de silicium par trois atomes. Un groupe préférentiel répond à la formule (OR^ORç.), dans laquelle représente un groupe alkyle en à Cg et un groupe alkyle en C1 à Cg, un atome d'hydrogène, un groupe 10 alcoxyle en C^ à Cg ou un groupe alcényle en Cg à Cg.As mentioned above, at least one of the groups R, R ^, R2 and Rg of formula A contains an electron donor atom such as an oxygen, nitrogen or sulfur atom in its chain. Preferably, the electron donor atom is separated from the silicon atom by three atoms. A preferred group corresponds to the formula (OR ^ ORç.), In which represents a C1-C8 alkyl group and a C1-Cg alkyl group, a hydrogen atom, a C1-C6 alkoxyl group or a group C8 to C8 alkenyl.
Un groupe particulièrement préférentiel est le groupe ·-. 2-méthoxyêthyle de formule OCgH^OCHg. Un composé préfé rentiel est vendu sous la désignation "A-172" par Union Carbide Company ; il est défini chimiquement comme 15 étant le vinyl-tris-(2-méthoxyëthoxy)silane. D'autres groupes R, ^, R2 et Rg sont les groupes ^-méthacryloxy-propyle, ^-glycidoxypropyle, ^-aminopropyle, bis-hydroxy-éthyl-y-aminopropyle et N-(p-aminoéthyl)-^aminopropyle.A particularly preferential group is the · - group. 2-methoxyethyl of formula OCgH ^ OCHg. A preferred compound is sold under the designation "A-172" by Union Carbide Company; it is chemically defined as vinyl-tris- (2-methoxyethoxy) silane. Other groups R, ^, R2 and Rg are the ^ -methacryloxy-propyl, ^ -glycidoxypropyl, ^ -aminopropyl, bis-hydroxy-ethyl-y-aminopropyl and N- (p-aminoethyl) - ^ aminopropyl groups.
Les groupes R.^ R2 et Rg utiles selon l'in-20 vention dans la formule B, dans le cas où Z est un atome de silicium, comprennent des exemples de groupes mentionnés plus haut à propos de la publication Union Carbide Company, particulièrement lorsque Yi(cnH2n^Y2R6 est un groupe alcoxyalcoxyle. Parmi les silanes utiles de for-25 mule B figurent le ^-méthacryloxypropyl-tris-(2-méthoxyéthoxy) -silane, le tëtrakis-(2-méthoxyéthoxy)-silane, le méthyl-tris-Î2-méthoxyéthoxy)-silane, le phényl-tris-(2-mêthoxyéthoxy)-silane, le vinyl-tris-(2-phénoxyëthoxy)-silane, le vinyl-tris-(2-méthylthioéthoxy)-silane, et 30 le vinyl-tris-(2-méthoxyéthoxy)-silane, ce dernier étant particulièrement préférentiel. Si l'on remplace le silicium, par exemple, par l'étain, le titane, le phosphore ou le bore, on obtient d'autres composés utiles dans l'invention. Ainsi, on peut utiliser des composés^ / 35 tels que le phosphite de tris-(2-éthoxyéthyle), le 4<* i 9 phosphite de tris-(2-n-butoxyéthyle), le tétrakis-(2-méthoxyéthoxy)-titane, etc, qui rentrent dans le cadre de 1'invention.The groups R.sup.-R2 and Rg useful according to the invention in formula B, in the case where Z is a silicon atom, include examples of groups mentioned above in connection with the publication Union Carbide Company, particularly when Yi (cnH2n ^ Y2R6 is an alkoxyalkoxyl group. Among the useful silanes of formula B are ^ -methacryloxypropyl-tris- (2-methoxyethoxy) -silane, tetrakis- (2-methoxyethoxy) -silane, methyl -tris-Î2-methoxyethoxy) -silane, phenyl-tris- (2-methoxyethoxy) -silane, vinyl-tris- (2-phenoxyethoxy) -silane, vinyl-tris- (2-methylthioethoxy) -silane, and Vinyl-tris- (2-methoxyethoxy) -silane, the latter being particularly preferred. If silicon, for example, is replaced by tin, titanium, phosphorus or boron, other compounds useful in the invention are obtained. Thus, compounds can be used, such as tris- (2-ethoxyethyl) phosphite, tris (2-n-butoxyethyl) phosphite, tetrakis- (2-methoxyethoxy) -. titanium, etc, which fall within the scope of the invention.
Par conséquent, dans les composés organiques 5 préférentiels de formule B, , R£ et R^ représentent chacun un groupe Y^^ (cnH2n^ Y2R6 ' alkyle, alcoxyle, acyloxyle, aryle ou alcényle, Rg un groupe alkyle ou aryle, et Y2 représentent O èt Z représente Si ou P.Consequently, in the preferred organic compounds of formula B,, R 1 and R 1 each represent a group Y 4 ^ (cnH 2 n 4 Y 2 R 6 'alkyl, alkoxyl, acyloxyl, aryl or alkenyl, Rg an alkyl or aryl group, and Y2 represent O and Z represents Si or P.
Bien entendu, lorsque Z représente Si, a vaut 1 et 10 lorsque Z représente P, a vaut 0.Of course, when Z represents Si, a is 1 and 10 when Z represents P, a is 0.
Lorsqu'on désire utiliser une composition polymère pouvant être réticulée, on peut réaliser la réticulation par l'un quelconque des procédés connus, par exemple par des moyens chimiques, comprenant la 15 réticulation par peroxyde, l'irradiation au moyen d'accélérateurs d'électrons, de rayons gamma, de rayons à grande énergie comme les rayons X, les microondes, etc, ou bien la réticulation thermique. Les procédés fondamentaux de réticulation des polymères sont 20 parfaitement connus dans la technique et ή'ont pas besoin d'être décrits ici en détail.When it is desired to use a crosslinkable polymeric composition, crosslinking may be accomplished by any of the known methods, for example by chemical means, including peroxide crosslinking, irradiation by means of accelerators. electrons, gamma rays, high energy rays like X-rays, microwaves, etc, or thermal crosslinking. The basic methods of crosslinking polymers are well known in the art and need not be described here in detail.
On peut utiliser des agents de réticulation classiques comme les peroxydes organiques. Des générateurs * de radicaux libres du type des peroxydes organiques 25 sont notamment le peroxyde de dicumyle, le 2,5-bis-' (tertiobutylperoxy)-2,5-diméthylhexane, le peroxyde de dibutyle tertiaire, le peroxyde de benzoyle, l'tf ,o('-bis-(tertiobutylperoxy)-diisopropylbenzêne, etc, comme décrit dans le brevet US 3 287 312. La quantité de 30 peroxyde organique, s'il y a lieu, varie de 0,5 à 5,0 % environ du poids total de la composition, ou d'environ 0,5 à 10 parties et de préférence 3 à 6 parties par 100 parties de polymère.Conventional crosslinking agents such as organic peroxides can be used. Free radical generators * of the organic peroxide type are in particular dicumyl peroxide, 2,5-bis- '(tert-butylperoxy) -2,5-dimethylhexane, tertiary dibutyl peroxide, benzoyl peroxide, tf, o ('- bis- (tert-butylperoxy) -diisopropylbenzene, etc., as described in US Patent 3,287,312. The amount of organic peroxide, if any, ranges from 0.5 to 5.0% about the total weight of the composition, or about 0.5 to 10 parts and preferably 3 to 6 parts per 100 parts of polymer.
Les slianes et les composés organiques décrits 35 plus haut sont utiles aussi bien pour les compositions , / polymères thermoplastiques que durcies, mais, pour les/^ * ✓ 4.The slianans and organic compounds described above are useful for both thermoplastic and cured compositions / polymers, but, for / 4 *.
10 compositions destinées à être durcies, il est préférable que l'un des groupes, à savoir R, , R2 ou R3 soit un radical organofonctionnel, par exemple un groupe vinyle, qui donne à la composition de meilleures 5 propriétés de durcissement.10 compositions intended to be cured, it is preferable that one of the groups, namely R,, R2 or R3 is an organofunctional radical, for example a vinyl group, which gives the composition better curing properties.
On peut aussi utiliser de petites quantités usuelles d'autres additifs pour obtenir les résultats * désirés. On peut utiliser des antioxydants classiques comme les phénols empêchés, les polyquinolëines, etc.Small usual amounts of other additives can also be used to achieve the desired results *. Conventional antioxidants such as hindered phenols, polyquinolines, etc. can be used.
10 D'autres ingrédients qui peuvent être inclus sont des plastifiants, colorants, pigments, thermostabilisants, photostabilisants, antistatiques,etc.Other ingredients which may be included are plasticizers, dyes, pigments, heat stabilizers, light stabilizers, antistats, etc.
Les compositions préférentielles de 1'invention sont des compositions de polymère non chargées. Le terme 15 "non chargé" veut dire une composition qui contient moins de 10 % d'une charge classique pour polymères.The preferred compositions of the invention are uncharged polymer compositions. The term "uncharged" means a composition which contains less than 10% of a conventional filler for polymers.
Pour certaines applications et pour répondre à des spécifications particulières, les compositions non chargées peuvent ne contenir aucune charge. Les composi-20 tions de l'invention peuvent donc contenir de 0 à moins de 10 % de charge. En conséquence, on peut utiliser, dans cette mesure limitée, des charges telles que des charges minérales, pour préparer les compositions de l'invention, mais, dans le mode d'exécution particulière-25 ment préférentiel et pour certains usages, les compositions ne contiennent pas de charges.For certain applications and to meet specific specifications, the uncharged compositions may contain no charge. The compositions of the invention can therefore contain from 0 to less than 10% of filler. Consequently, fillers such as mineral fillers can be used, to this limited extent, to prepare the compositions of the invention, but, in the particularly preferred embodiment and for certain uses, the compositions do not contain no fillers.
Pour préparer les compositions polymères de l'invention, on peut mélanger les divers ingrédients. Lorsqu'on mélange ensemble le composé organique et le 30 constituant polymère pour former les compositions de l'invention, on les disperse l'un dans l'autre de façon homogène. L'ordre d'incorporation et le procédé particulier ne sont pas critiques, si ce n'est qu'à partir du moment où l'on ajoute le peroxyde,s'il y a lieu, la / 35 température doit être inférieure à 130°C environ, poiu^y/To prepare the polymer compositions of the invention, the various ingredients can be mixed. When the organic compound and the polymeric component are mixed together to form the compositions of the invention, they are homogeneously dispersed in each other. The order of incorporation and the particular process are not critical, except that from the moment when the peroxide is added, if necessary, the temperature must be less than 130 About ° C, poiu ^ y /
, V, V
11 éviter un durcissement prématuré de la composition. Toutefois, cette précaution est classique.11 Avoid premature hardening of the composition. However, this precaution is classic.
On peut mélanger les constituants sur divers appareils comprenant des laminoirs à plusieurs cylin-5 dres, des mélangeurs à vis, des mélangeurs continus, des extrudeuses mélangeuses et des mélangeurs Banbury.Constituents can be mixed on a variety of devices including multi-roll mills, screw mixers, continuous mixers, extruder mixers and Banbury mixers.
Après les avoir extrudées sur un fil ou câble ou un autre substrat, on vulcanise les compositions réticulables à des températures élevées, par exemple au 10 dessus de 180°C environ, par des procédés de vulcanisation classiques.After extruding them onto a wire or cable or other substrate, the crosslinkable compositions are vulcanized at elevated temperatures, for example above about 180 ° C., by conventional vulcanization methods.
Pour déterminer l'utilité et l'efficacité des compositions polymères de l'invention, en ce qui concerne l'inhibition des aigrettes d'eau et des 15 aigrettes électriques, on applique des essais accélérés.To determine the usefulness and effectiveness of the polymeric compositions of the invention with respect to the inhibition of water and electric egrets, accelerated tests are applied.
On effectue les essais d'aigrette électrique par une méthode similaire à celle qui est décrite dans "IEEE Conference Paper n° C73, 257-3 1973" par E.J.The electric egret tests are carried out by a method similar to that which is described in "IEEE Conference Paper No. C73, 257-3 1973" by E.J.
McMahon et J.R. Perkins. Dans une plaque de 6,35 mm 20 d'épaisseur moulée par compression, on découpe des bandes de matière d'environ 25,4 mm de largeur. On usine le bloc de manière à obtenir une bande présentant des bords parallèles espacés de 25,4 mm. On coupe alors la bande en blocs carrés de 25,4 mm. On insère une 25 aiguille émoussée et une aiguille aigüe dans des bords parallèles opposés, à des températures élevées, de façon que les pointes soient espacées de 3,2 mm. On effectue lentement l'insertion des aiguilles et le refroidissement de l’échantillon pour éviter d'appliquer 30 à celui-ci des contraintes thermiques ou mécaniques.McMahon and J.R. Perkins. In a 6.35 mm thick plate molded by compression, strips of material about 25.4 mm wide are cut. The block is machined so as to obtain a strip having parallel edges spaced 25.4 mm apart. The strip is then cut into 25.4 mm square blocks. A blunt needle and a sharp needle are inserted into opposite parallel edges at elevated temperatures so that the tips are spaced 3.2 mm apart. The insertion of the needles and the cooling of the sample are carried out slowly to avoid applying thermal or mechanical stresses to the sample.
L'aiguille aigüe a un diamètre au bout d'environ 5,1 /um et l'aiguille émoussée un diamètre d'environ 51 λ®. On prépare huit éprouvettes de chaque composition, que l'on essaie simultanément. Pour exécuter l'essai d'ai- / / / 35 grette électrique, on applicue à l'aiguille aigüe une/ / 1/ « * 12 tension de 15 kV avec une fréquence de 60 Hz ; l'aiguille émoussée est reliée a la masse. On note le temps nécessaire pour que chacune des huit éprouvettes se détériore par formation d'aigrettes et ensuite par court-5 circuit. On utilise le temps nécessaire à la détérioration de 50 % des éprouvettes pour caractériser l'effica- * cité du retardateur d'aigrettes essayé.The acute needle has a diameter at the end of approximately 5.1 μm and the blunt needle a diameter of approximately 51 λ®. Eight test tubes of each composition are prepared, which are tested simultaneously. To carry out the electric grid test, a / / 1 / "* 12 voltage of 15 kV with a frequency of 60 Hz is applied to the acute needle; the blunt needle is grounded. The time required for each of the eight test pieces to deteriorate is noted by formation of egrets and then by short-circuit. The time necessary for the deterioration of 50% of the test pieces is used to characterize the effectiveness of the tested egret retarder.
. On exécute l'essai d'aigrette d'eau par une • méthode similaire à celle qui est décrite dans le 10 brevet US 4 144 202 déjà cité. On prépare pour chaque composition un disque moulé par compression d'environ 150 mm de diamètre présentant 24 dépressions coniques. La géométrie du disque et les dimensions des dépressions sont pratiquement les mêmes que dans le brevet cité.. The water egret test is carried out by a method similar to that described in US Pat. No. 4,144,202 already cited. A compression molded disc approximately 150 mm in diameter with 24 conical depressions is prepared for each composition. The geometry of the disc and the dimensions of the depressions are practically the same as in the cited patent.
15 Sur la base du disque, on pulvérise une peinture à l'argent qui sert d'électrode de masse. On serre sur la face supérieure un tube de résine acrylique de 152 mm, formant une cellule d'essai. On verse dans la cellule environ 150 ml de solution de chlorure de sodium 20 0,0] N et on élimine les bulles d'air retenues à la surface de l'éprouvette. On plonge alors dans l'électrolyte un anneau de fil de platine et on le relie à la source électrique qui fournit 5 kV à une fréquence de * 3 Hz. On alimente les éprouvettes pendant 22 heures, 25 puis on les retire de la cellule d'essai et on les lave à ' l'eau distillée. On découpe les dix dépressions centrales du disque et on les colore pour rendre plus visibles les aigrettes d'eau. On prépare avec un microtome des sec-' tions minces que l'on examine alors au microscope 30 (à 200 X) et on mesure la dimension des aigrettes. Normalement, on prépare quatre disques pour chaque éprouvette, de sorte que l'on calcule la grandeur moyenne des aigrettes d'après quarante mesures individuelles. Dans l'évaluation de différents retardateurs / 35 d'aigrette, on détermine la grandeur relative des a.i.~^ grettes en comparant la grandeur moyenne obtenue sur/J' 7.On the base of the disc, a silver paint is sprayed which serves as a ground electrode. A 152 mm acrylic resin tube is clamped on the upper face, forming a test cell. About 150 ml of 0.01 N sodium chloride solution is poured into the cell and the air bubbles retained on the surface of the test piece are removed. A ring of platinum wire is then immersed in the electrolyte and it is connected to the electric source which supplies 5 kV at a frequency of * 3 Hz. The test tubes are supplied for 22 hours, then they are removed from the cell d 'test and washed with distilled water. The ten central depressions of the disc are cut out and colored to make the water egrets more visible. Thin sections are prepared with a microtome which are then examined under a microscope 30 (at 200 X) and the size of the egrets is measured. Normally, four discs are prepared for each test tube, so that the average size of the egrets is calculated from forty individual measurements. In the evaluation of different egret retarders / 35, the relative size of the a.i. ~ ^ grettes is determined by comparing the average size obtained on / J '7.
» 1 13 une matière isolante thermoplastique normale pour hautes tensions ne contenant pas d'additifs retardateurs d'aigrettes.»1 13 a normal thermoplastic insulating material for high voltages not containing additives delaying egrets.
Divers modes d'exécution de l'invention vont 5 maintenant être décrits en référence aux exemples concrets ci-après. Toutefois, il est entendu que ces exemples sont donnés seulement aux fins d'illustration et ne limitent aucunement l'invention. Toutes les parties et les pourcentages s1 entendent en poids sauf 10 indication contraire.Various embodiments of the invention will now be described with reference to the concrete examples below. However, it is understood that these examples are given only for the purpose of illustration and do not limit the invention in any way. All parts and percentages are by weight unless otherwise indicated.
EXEMPLE 1EXAMPLE 1
On prépare les compositions en broyant une qualité commerciale de polyéthylène ("NA 310") et l'additif inhibiteur d'aigrettes (2 % en poids) sur un lami-15 noir à deux cylindres à environ 149“Cependant environ 10 minutes, pour obtenir une dispersion homogène. On utilise alors le crêpe obtenu pour préparer les éprouvettes destinées aux essais d'aigrette électrique et d'aigrette d'eau, par les procédés décrits plus haut.The compositions are prepared by grinding a commercial grade polyethylene ("NA 310") and the egret inhibitor additive (2% by weight) on a black lami-15 with two cylinders at approximately 149 ° C. However approximately 10 minutes, for obtain a homogeneous dispersion. The crepe obtained is then used to prepare the test pieces intended for the tests of electric egret and water egret, by the methods described above.
20 Les résultats sont indiqués au tableau I. Toutes les compositions contiennent les mêmes ingrédients, à part l'additif inhibiteur d'aigrettes indiqué au tableau I, et elles comprennent une qualité commerciale de polyéthylène ayant un indice de fusion d'environ 0,20 à 0,35 g/ 3 25 10 mn et une masse volumique d'environ 0,917 g/cm . Le témoin ne contient pas d'additif inhibiteur d'aigrettes^/ £ . * 14The results are shown in Table I. All the compositions contain the same ingredients, apart from the egret inhibitor additive shown in Table I, and they include a commercial grade polyethylene having a melt index of about 0.20 at 0.35 g / 3 25 10 min and a density of approximately 0.917 g / cm. The control does not contain an egret inhibitor additive ^ / £. * 14
TABLEAU ITABLE I
Eprou- Additif Temps avant Aigrette vette inhibiteur détérioration d'eau n° d'aigrettes de 50 %, mn,à (grandeur 5 l'essai aux deux relative) aiguilles A vinyl-tris-(2- >12 700 méthoxyéthoxy)- (pas de dété- 0,23 silane riorations) 10 B Y-glycidoxypropyl- 2 800 0,34 triméthoxysilane 1 témoin (sans additif) 80 1 2 vinyltriéthoxysilane 30 0,-29 3 ß-(3,4-époxycyclo- 15 hexyl)-ëthyltriméthoxy- silane 620 0,34 4 dodécanol 127 0,34Test- Additive Time before Egret vette inhibitor deterioration of water n ° of egrets of 50%, min, at (size 5 the test with the two relative) vinyl-tris- needles (2-> 12,700 methoxyethoxy) - ( no dete 0.23 silane riorations) 10 B Y-glycidoxypropyl- 2,800 0.34 trimethoxysilane 1 control (without additive) 80 1 2 vinyltriethoxysilane 30 0, -29 3 ß- (3,4-epoxycyclohexyl) -ethyltrimethoxy-silane 620 0.34 4 dodecanol 127 0.34
Les résultats montrent clairement l'amélioration des propriétés, en ce qui concerne à la fois les ai-20 grettes d'eau et les aigrettes électriques, dans les compositions préparées selon l'invention. Ainsi, en comparant les éprouvettes A et B selon l'invention et les éprouvettes 1 à 4, étrangères à l'invention, on voit facilement l'amélioration. En comparant l'éprouvette A 25 au témoin, éprouvette 1, on voit la grande amélioration de propriétés obtenue avec le vinyl-tris-(2-méthoxy-éthoxy)-silane. De même, la comparaison de l'éprouvette A et de l'éprouvette 2 montre l'importance d'utiliser un silane contenant un atome donneur d'électrons dans la 30 chaîne des groupes rattachés à l'atome de silicium. La comparaison des éprouvettes A et B montre 1'avantage / d'utiliser trois radicaux à donneur d'électron rattachés-/ à l'atome de silicium.The results clearly show the improvement of the properties, as regards both the ai-20 grettes of water and the electric egrets, in the compositions prepared according to the invention. Thus, by comparing test pieces A and B according to the invention and test pieces 1 to 4, foreign to the invention, the improvement can easily be seen. By comparing test piece A 25 with the control, test piece 1, we see the great improvement in properties obtained with vinyl-tris- (2-methoxy-ethoxy) -silane. Likewise, the comparison of test piece A and test piece 2 shows the importance of using a silane containing an electron donor atom in the chain of groups attached to the silicon atom. The comparison of test pieces A and B shows the advantage / of using three electron donor radicals attached / to the silicon atom.
// / ** . 1 15// / **. 1 15
EXEMPLE IIEXAMPLE II
De la même façon que dans l'exemple I, on évalue un certain nombre de composés organiques comme additifs inhibiteurs d'aigrettes. Dans tous les cas, l'additif 5 est incorporé au polyéthylène à une concentration de 1,5 %. Les résultats des essais d'aigrette électrique / et d'aigrette d'eau sont indiqués au Tableau II.In the same way as in Example I, a number of organic compounds are evaluated as egret inhibitor additives. In all cases, the additive 5 is incorporated into the polyethylene at a concentration of 1.5%. The results of the electric egret / and water egret tests are shown in Table II.
i \ 1 * 16 . 1 P —i \ 1 * 16. 1 P -
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Les silanes essayés démontrent une résistance supérieure aussi bien aux aigrettes d'eau qu'aux aigrettes électriques, dans le cas des silanes à substituants alcoxyalcoxyle (éprouvettes 6, 9, 10, 14, 22 et 23), On 5 peut le voir en comparant entre autres les paires de silanes des échantillons 6 et 7, 9 et 11 et 13 et 14. Il , apparaît donc qu'il existe un nombre optimal de substi tuants alcoxyalcoxyle (comparer les échantillons 6, 9 et 10). L'effet d'un substituant vinyle, en comparaison d'un 10 substituant alkyle ou aryle, est démontré par la comparaison des éprouvettes 6, 9 et 22. L'emplacement d'un substituant particulier, à savoir un groupe aryle, peut influencer les propriétés d'inhibition du composé organique, comme on le voit par les éprouvettes 22 et 23.The silanes tested demonstrate superior resistance to both water and electric egrets, in the case of alkane-alkoxyl substituted silanes (test tubes 6, 9, 10, 14, 22 and 23), as can be seen by comparing inter alia the silane pairs of samples 6 and 7, 9 and 11 and 13 and 14. It therefore appears that there is an optimal number of alkoxyalkoxyl substituents (compare samples 6, 9 and 10). The effect of a vinyl substituent, in comparison to an alkyl or aryl substituent, is demonstrated by the comparison of test pieces 6, 9 and 22. The location of a particular substituent, namely an aryl group, can influence the inhibition properties of the organic compound, as can be seen in test pieces 22 and 23.
15 Les éprouvettes 24 et 25 montrent que les phosphites organiques sont efficaces pour inhiber les aigrettes d'eau aussi bien que les aigrettes électriques, tandis que l'éprouvette 26 indique une efficacité similaire pour un composé organique du titane.Test specimens 24 and 25 show that organic phosphites are effective in inhibiting water egrets as well as electric egrets, while test tube 26 indicates similar effectiveness for an organic titanium compound.
20 Bien que l'invention concerne principalement l'utilisation de silanes, l'homme de l'art comprendra qu'il est possible d'utiliser d'autres composés contenant/ un atome polyvalent comme le titane, l'étain, le phos- / phore et similaires.Although the invention relates mainly to the use of silanes, those skilled in the art will understand that it is possible to use other compounds containing / a polyvalent atom such as titanium, tin, phos- / phore and the like.
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