MX2014011751A

MX2014011751A - Proceso para producir mezclas de polipropileno para aislamiento termoplastico.

Info

Publication number: MX2014011751A
Application number: MX2014011751A
Authority: MX
Inventors: Simon Sutton; Theo E Geussens; Alun Vaughan; Gary Stevens
Original assignee: Dow Global Technologies Llc
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2013-02-22
Publication date: 2015-06-17
Also published as: CA2868550A1; KR20150021023A; TW201343760A; MX366241B; TWI573827B; CA2868550C; US9334374B2; JP6189927B2; CN104583281B; EP2831152A1; KR102035883B1; JP2015514146A; CN104583281A; US20150087787A1; WO2013148028A1; BR112014024168B1; EP2831152B1; BR112014024168A2

Abstract

La invención se refiere a mezclas polímeros de homopolímero de polipropileno e interpolímero de propileno-a-olefina. La invención se refiere también a procesos para producir composiciones poliméricas que comprenden el enfriamiento controlado de mezclas calentadas de polipropileno y de interpolímero de propileno-a-olefina. Tales composiciones poliméricas pueden emplearse en la formación de alambres y cables recubiertos.

Description

“PROCESO PARA PRODUCIR MEZCLAS DE POLIPROPILENO PARA AISLAMIENTO TÉRMICO” Referencia cruzada a solicitudes relacionadas La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de E.U.A. núm. 61/617,347, presentada el 29 de marzo de 2012.

Campo de la Invención Diversas modalidades de la presente invención se refieren a mezclas de polímeros de homopolímero de polipropileno y propileno-a-olefina. Otros aspectos del polímero de enfriamiento controlado invención se refieren a mezclas fundidas de polímero de enfriamiento controlado e interpolímero de propileno-a-olefina para formar composiciones polimericas.

Antecedentes de la Invención El escrutinio público de las capas aislantes reticuladas en alambres y cables sigue acentuándose dado que la conciencia social impulsa el desarrollo de materiales cada vez más sostenibles. Uno de los criterios de sustentabilidad favorables es la capacidad de recielaje. Es bien conocido que los materiales reticulados no son fácilmente reciclables, y, al final de su vida útil, los materiales reticulados generalmente se desechan por incineración o relleno sanitario.

En la búsqueda de sustitutos sostenibles para capas aislantes reticuladas con una rigidez dielectrica adecuada para aplicaciones de alambres y cables, se sabe que la rigidez dieléctrica en una capa de aislamiento polimérico está influida por la morfología del polímero. Por ejemplo, la cristalización isotérmica de mezclas de poliolefina ramificada y poliolefina lineal es conocida por mejorar la rigidez dieléctrica y la resistencia de descarga ramificada en mezclas de poliolefinas en comparación con el homopolímero ramificado para condiciones adecuadas de cristalización.

Sin embargo, la cristalización isotérmica, tiene deficiencias. La cristalización isotérmica requiere que el polímero objetivo a mantener bajo una temperatura de cristalización constante durante un período prolongado (algunas veces del orden de horas) con objeto de asegurar la cristalización completa. Por esta razón, la cristalización isotérmica es poco práctica para muchas aplicaciones comerciales.

De acuerdo con lo anterior, la téenica reconoce la necesidad de un sustituto para materiales aislantes reticuladas para aplicaciones de alambres y cables. Consecuentemente, existe una necesidad de una capa aislante termoplástica con suficiente rigidez dieléctrica y un proceso para producir la misma en una escala comercial.

Breve Descripción de la Invención Una modalidad es un proceso para preparar una composición polimérica termoplástica, dicho proceso comprende: (a) calentar una mezcla de polímeros que comprende un homopolímero de polipropileno y un interpolímero de propileno-a-olefina a una temperatura de fusión mayor que 140°C y al menos la temperatura de fusión de ya sea el homopolímero de polipropileno o el interpolímero de propileno-a-olefina, la que sea mayor, durante un tiempo suficiente para formar una mezcla fundida de polímero; y (b) enfriar dicha mezcla fundida de polímero desde dicha temperatura de fusión descendentemente hasta la temperatura ambiente, en donde dicho enfriamiento comprende: (i) el enfriamiento no controlado de dicha mezcla fundida de polímero desde dicha temperatura de fusión hasta una temperatura de enfriamiento inicial en el intervalo de 140 a 125°C, (ii) el enfriamiento controlado de dicha mezcla fundida de polímero a una velocidad de enfriamiento promedio en el intervalo de 0.1 a 30°C por minuto desde dicha temperatura de enfriamiento inicial hasta una temperatura de enfriamiento intermedia en el intervalo de 110 a 100°C, y (iii) el enfriamiento, ya sea por enfriamiento controlado o enfriamiento no controlado, de dicha mezcla fundida de polímero desde dicha temperatura de enfriamiento intermedio hasta la temperatura ambiente, formando así dicha composición poli érica.

Breve Descripción de las Figuras Las Figuras 1 a, 1 b son micrografías de microscopio electrónico de barrido (“SEM” - Scanning Electron Microscope) de diferentes ubicaciones dentro de un cable que tiene al menos una capa de una composición polimérica preparada como se describió con anterioridad que muestra la morfología observada en la sección transversal (superficies grabadas al aguafuerte); y Las Figuras 2a-d son micrografías de SEM de las muestras como se prepararon en el Ejemplo 4, enfriadas a velocidades promedio de 0.3, 1 , 3, y 10°C/min, respectivamente, de 140 a 30°C, despues de 2 minutos se mantiene a 200°C y el enfriamiento natural a 140°C.

Descripción Detallada de la Invención La presente descripción proporciona un proceso para preparar una composición polimérica. El proceso incluye calentar una mezcla de polímeros que comprende un homopolímero de polipropileno y un interpolímero de propileno-a-olefina para formar una mezcla fundida de polímero. El proceso incluye además el enfriamiento controlado de la mezcla fundida de polímero a una velocidad que varía de 0.1 a 30 grados centígrados por minuto (“°C/m¡n”).

Composición polimérica El homopolímero de polipropileno puede ser cualquier homopolímero de polipropileno conocido en la materia. Como se utiliza en la presente, el término “homopolímero” se refiere a un polímero que comprende unidades de repetición derivadas de un solo tipo de monómero, pero no excluye cantidades residuales de otros componentes utilizados en la preparación del homopolímero, tales como agentes de transferencia de cadena. El homopolímero de polipropileno puede ser un polímero catalizado de Ziegler-Natta, un polímero catalizado con metaloceno, o un polímero catalizado con catalizador de geometría restringida, y puede fabricarse utilizando procesos de fabricación de polímeros de fase gaseosa, solución o suspensión.

El homopolímero de polipropileno puede ser principalmente isotáctico o principalmente sindiotáctico. Como se utiliza en la presente con respecto al homopolímero de polipropileno, el término “principalmente” significa mayor que 60 por ciento. Por ejemplo, un homopolímero de polipropileno principalmente sindiotáctico puede tener más de 60 por ciento de diadas racemo. En una modalidad, el homopolímero de polipropileno es principalmente isotáctico. En diversas modalidades, el homopolímero de polipropileno puede tener al menos 70, al menos 80, al menos 90, o al menos 95 por ciento de pentadas isotácticas como se determina por análisis de resonancia magnética nuclear (“NMR”) C13.

En diversas modalidades, el homopolímero de polipropileno es no nucleado.

En una modalidad, el homopolímero de polipropileno puede tener un índice de fusión (“ ”) de 0.5 a 10 g/10 minutos (“min”), o de 1 a 5 g/10 min, como se determina por la norma ASTM D-1238 (23CPC/2.16 kg). Además, el homopolímero de polipropileno puede tener un índice de polidispersidad (“PDI” - polydispersity índex) (es decir, el peso molecular promedio ponderal / peso molecular promedio en número; “Mw/Mn”; o distribución de peso molecular (“MWD” - molecular weight distribution)) en el intervalo de 2 a 12, o de 3 a 8, como se determina por cromatografía de permeación de geles.

Los homopolímeros de polipropileno comercialmente disponibles a manera de ejemplo incluyen BRASKEM™ PP H358-2, disponible por Braskem SA (Sao Paulo, Brasil); MOPLEN™ HP1073, disponible por LyondelIBasell (Rotterdam, Países Bajos); o PP525 P disponible por Sabic (Riad, Arabia Saudí).

El interpolímero de propileno-a-olefina es monómero de piopileno copolimerizado con uno o más tipos de una comonómero de a-olefina. El ¡nterpolímero de propileno-a-olefina puede ser un polímero catalizado por Ziegler-Natta, un polímero catalizado con metaloceno, o un polímero catalizado con catalizador de geometría restringida, y puede fabricarse utilizando procesos de fabricación de polímeros de fase gaseosa, solución o suspensión.

El comonómero de a-olefina puede ser etileno, una a-olefina lineal, ramificada o cíclica con molecula de 4 a 20 átomos de carbono (es decir, un monómero que tiene de 4 a 20 átomos de carbono). Los ejemplos no limitantes de a-olefinas con molécula de 4 a 20 átomos de carbono adecuadas incluyen 1-buteno, 4-metil-1 -penteno, 1-hexeno, 1 -octeno, 1 -deceno, 1 -dodeceno, 1 -tetradeceno, 1 -hexadeceno, y 1 -octadeceno. Las a-olefinas pueden incluir también una estructura cíclica tal como ciclohexano o ciclopentano, dando como resultado una a-olefina tal como 3-ciclohexil-1-propeno (alilciclohexano) y vinilciclohexano. Los interpolímeros ilustrativos de propileno-a-olefina incluyen propileno/etileno, propileno/buteno, propileno/1 -bexeno, propileno/1 -octeno, etileno/propileno/1 -octeno, eti le no/propile no/bu ten o, y etileno/propileno/monómero de dieno (“EPDM”). Los interpolímeros de propileno-a-olefina pueden ser interpolímeros aleatorios. En una modalidad, el componente de a-olefina del interpolímero de propileno-a-olefina es etileno.

El componente de a-olefina polimerizada del ¡nterpolímero de propileno-a-olefina puede constituir desde más de 0 hasta un máximo de 15 por ciento en mol (“% mol”), o de 5 a 15 % mol, del interpolímero de propileno-a-olefina. El propileno polimerizado puede constituir todo o prácticamente todo el resto del interpolímero de propileno-a-olefina.

En una modalidad, el interpolímero de propileno-a-olefina tiene una densidad de 0.855 a 0.90 g/cm3, o 0.86 a 0.88 g/cm3, tal como se determina de acuerdo con la norma ASTM D-792. El interpolímero de propileno-a-olefina puede tener un índice de fusión (“l2”) de 1 a 10 g/10 min, o de 1 a 5 g/10 min, como se determina por la norma ASTM D-1238 (230°C / 2.16 kg). Además, el interpolímero de propileno-a-olefina puede tener un PDI en el intervalo de 2 a 6, o en el intervalo de 2 a 4, como se determina por cromatografía de permeación de geles.

Los interpolímeros de propileno-a-olefina a manera de ejemplo comercialmente disponibles incluyen VERSIFY™ 2200 y 240P, cada uno disponible por The Dow Chemical Company (Midland, Michigan, E. U.A.); VISTAMAXX™ 3020 FL de ExxonMobil Chemical (Irving, Texas, E. U.A.); o TAFMER™ XM de Mitsui Chemicals (Tokio, Japón).

El homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina se combinan para formar una mezcla de polímeros. En una modalidad, el homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propiléno-a-olefina pueden mezclarse por fusión para formar la mezcla de polímeros. Además, una mezcla seca del homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina puede mezclarse (a través de extrusión por fusión, por ejemplo) y asumir cualquier forma deseada (película, gránulo, aislamiento de cables, etc.). La mezcla de polímeros puede después conformarse por fusión en un artículo como se describirá a continuación. En una modalidad, el homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina pueden introducirse en un extrusor de aislamiento de cables y conforman en un extrusado.

En diversas modalidades, el homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina pueden estar presentes en la mezcla de polímeros en una relación en peso que varía de 4: 1 a 1 :4, 3: 1 a 1 :3, 1 :2 a 2: 1 , o 1 : 1 , con base en el peso combinado del homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina. En particular, el homopolímero de polipropileno puede constituir en el intervalo de 35 a 65 por ciento en peso (“% wt”), o 50% en peso de la mezcla de polímeros con base en el peso combinado del homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina. Asimismo, el interpolímero de propileno-a-olefina puede constituir en el intervalo de 35 a 65% en peso, o 50% en peso de la mezcla de polímeros con base en el peso combinado del homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina.

La mezcla de polímeros puede calentarse a una temperatura de fusión de al menos el punto de fusión ya sea del homopolímero de polipropileno o del interpolímero de propileno-a-olefina de fusión, la que sea mayor. En otras palabras, la mezcla de polímeros se crlienta para asegurar que tanto el homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina se encuentran en estado fundido para formar una mezcla fundida de polímero. En determinadas modalidades, el homopolímero de polipropileno tendrá el punto de fusión más alto, el cual puede ser de aproximadamente 160°C. De acuerdo con lo anterior, la mezcla de polímeros puede calentarse a una temperatura mayor que 160°C. En diversas modalidades, la mezcla de polímeros puede calentarse a una temperatura de al menos 170°C, por lo menos 180°C, al menos 190°C, o al menos 200°C, hasta una temperatura máxima de 240°C, 260°C, 280°C, o 300°C.

Debe comprenderse que, aunque las etapas de mezcla y calentamiento mencionadas con anterioridad se han descrito como secuenciales, estas etapas pueden traslaparse e incluso pueden ejecutarse simultáneamente. Además, las etapas de calentamiento y mezcla pueden realizarse en orden inverso (es decir, calentamiento seguido por la mezcla del homopolímero de polipropileno y el interpolímero de propileno-a-olefina).

El proceso incluye el enfriamiento controlado de la mezcla fundida de polímero resultante. Como se utiliza en la presente, el término “enfriamiento controlado”, “enfriamiento por control”, “enfriado de manera controlada” y términos similares es un proceso que aplica un régimen de enfriamiento externo que produce una reducción de la temperatura de la mezcla de polímeros calentada a una determinada velocidad. El enfriamiento controlado de la mezcla de polímeros calentada produce la cristalización no isotérmica del homopolímero de polipropileno, el interpolímero de propileno-a-olefina, o ambos. Así, una “composición polimérica enfriada de manera controlada” es una composición que se ha sometido a un procedimiento de enfriamiento controlado. En una modalidad, la velocidad de enfriamiento controlado puede variar de 0.1 °C/min, 0.2°C/min, 0.5°C/min, o 1 °C/min, hasta 30°C/min, 20°C/min, 15°C/min, o 10°C/min.

El enfriamiento controlado es diferente respecto al enfriamiento no controlado. El término “enfriamiento no controlado” se refiere a una disminución de la temperatura de manera no controlada.

El enfriamiento controlado excluye la cristalización isotérmica. El término “cristalización isotérmica” es la cristalización de un polímero a temperatura constante, típicamente la temperatura de cristalización del polímero. En otras palabras, la temperatura de fusión del polímero no cambia durante la cristalización isotérmica del polímero. El enfriamiento controlado también excluye la extinción. El término “extinción”, o “extinción”, es un enfriamiento rápido del material por, pero no se limita a, la inmersión (total o parcial) de un material calentado en un baño líquido (típicamente agua).

En una modalidad, el enfriamiento controlado incluye exponer la mezcla fundida de polímero al aire ambiente, exponer la mezcla fundida de polímero a un fluido enfriado o refrigerado (tal como un líquido, aire, nitrógeno, oxígeno, o combinaciones de los mismos), pasar la mezcla fundida de polímero por una cámara de temperatura controlada (tal como un tubo, tubería o conducto o baño), y cualquier combinación de los mismos.

En una modalidad, después del enfriamiento controlado, la composición polimérica resultante puede tener una rigidez dieléctrica de corriente alterna (CA - “AC” - alternating current) de al menos 100 kV/mm, al menos 105 kV/mm, al menos 110 kV/mm, al menos 120 kV/mm, al menos 130 kV/mm, o al menos 140 kV/mm, medida en películas con un grosor de 100 micrómetros (“pm”) de acuerdo con la norma ASTM D-149.

En una modalidad, el presente proceso puede incrementar la rigidez dieléctrica de CA de las películas preparadas con las composiciones descritas con anterioridad. En comparación con una película enfriada de manera no controlada (por ejemplo, enfriada por extinción) que tiene la composición idéntica como una película enfriada de manera controlada compuesta por la presente composición polimérica, la película enfriada de manera controlada puede tener una rigidez dieléctrica de CA al menos 5%, al menos 8%, al menos 10%, al menos 15%, al menos 20%, al menos 30%, o al menos 40% mayor que la película enfriada de manera no controlada (por ejemplo, extinción), como se mide en películas con un grosor de 100 mm de acuerdo con la norma ASTM D-149.

La velocidad de enfriamiento controlado puede ser constante o variable. También puede ajustarse el intervalo de temperatura al que se aplica el enfriamiento controlado. Por ejemplo, la mezcla de polímeros puede calentarse a una temperatura de 200°C. El enfriamiento controlado puede aplicarse sobre todo el intervalo de 200°C a temperatura ambiente, o dentro de una porción de ese intervalo. Por ejemplo, en una modalidad, el control de enfriamiento puede aplicarse en un intervalo de desde 140 hasta 100°C, o desde 125 hasta 110°C. “Ambiente”, como se utiliza en la presente, se refiere a la temperatura del medio ambiente que rodea al equipo de producción utilizado en la preparación de la composición polimérica. La temperatura ambiente varía típicamente de 20 a 30°C, de 20 a 25°C, o 22°C.

En una modalidad, la mezcla fundida de polímero se enfría desde la temperatura de fusión hasta la temperatura ambiente por: (i) enfriamiento no controlado de la mezcla fundida de polímero desde la temperatura de fusión hasta una temperatura de enfriamiento inicial en el intervalo de 140 a 125°C, (ii) enfriamiento controlado de la mezcla fundida de polímero a una velocidad de enfriamiento promedio en el intervalo de 0.1 a 30°C por minuto desde la temperatura de enfriamiento inicial hasta una temperatura de enfriamiento intermedia en el intervalo de 110 a 100°C, y (iii) enfriamiento, ya sea por enfriamiento controlado o enfriamiento no controlado, de la mezcla fundida de polímero desde la temperatura de enfriamiento intermedia hasta la temperatura ambiente. En una modalidad, la etapa (iii) del presente procedimiento de enfriamiento se realiza por el enfriamiento no controlado.

En una modalidad, la ventana de enfriamiento controlado va de 140°C, 130°C, o 125°C, a 110°C, 100°C, o 90°C. En esta modalidad, la composición polimérica se calienta hasta al menos la temperatura de fusión del homopolímero de polipropileno o del interpolímero de propileno-a-olefina, la que sea mayor, típicamente al menos 160°C.

Cuando se enfría la temperatura de la mezcla de polímeros calentada (enfriamiento no controlado) hasta el límite superior (140°C, 130°C, o 125°C) para la ventana de enfriamiento controlado, inicia el enfriamiento controlado y se aplica a la mezcla de polímeros calentada. El enfriamiento controlado se aplica hasta que la mezcla de polímeros climatizada alcanza el límite inferior de la ventana de enfriamiento controlado (105°C, 100°C, 95°C, 90°C). Una vez que la temperatura de la mezcla de polímeros se calienta debajo de este límite inferior, el protocolo de enfriamiento controlado se suspende y la mezcla de polímeros calentada se somete a enfriamiento no controlado y/o extinción.

En otro ejemplo no limitante, la mezcla de polímeros puede calentarse por encima de 160°C. La mezcla de polímeros se enfría desde la temperatura de fusión de 125°C. El enfriamiento controlado puede entonces iniciarse y puede aplicarse a un intervalo de enfriamiento de 125 a 90°C. El enfriamiento controlado puede variar a través de esta ventana de enfriamiento controlado. El enfriamiento controlado puede tener una velocidad de enfriamiento de 3°C/min hasta que se alcanza 120°C. Una vez a 120°C, el enfriamiento controlado puede variar a 0.2°C/min hasta que se alcanza 105°C. A 105°C, el enfriamiento controlado puede variar a 7°C/min hasta que se alcanza 90°C. En virtud de estos ejemplos no limitantes, se comprende que la velocidad de enfriamiento durante el control fresco puede ser constante o variable.

Conductor recubierto La rigidez dieléctrica mejorada de la presente composición polimérica la hace muy adecuada para aplicaciones de recubrimiento de alambres y cables y las capas aislantes de alambres/cables en particular. De acuerdo con lo anterior, la presente descripción proporciona un proceso para producir un conductor recubierto. Un “conductor” es un elemento de forma alargada (alambre, cable, fibra) para transferir energía a cualquier voltaje (CC, CA, o transitoria). Comúnmente, el conductor es al menos un alambre metálico o al menos un cable metálico (tal como aluminio o cobre), pero puede incluir fibra óptica.

El conductor puede ser un solo cable o una pluralidad de cables unidos entre sí (es decir, un núcleo de cable, o un núcleo). Un “cable” es al menos un alambre o fibra óptica dentro de un aislamiento protector, cubierta o revestimiento. Por lo general, un cable es de dos o más alambres o fibras ópticas unidas entre sí, generalmente en un aislamiento, cubierta o revestimiento protector común. Los alambres o fibras individuales dentro de la cubierta pueden estar pelados, cubiertos, o aislados. Los cables combinados pueden contener tanto alambres eléctricos como fibras ópticas.

El proceso para producir un conductor recubierto incluye calentar una mezcla de polímeros compuesta por un homopolímero de polipropileno y un ínterpolímero de propileno-a-olefina al menos a la temperatura de fusión del homopolímero de polipropileno o del interpolímero de propileno-a-olefina, la que sea mayor, y extruir la mezcla de polímero fundido sobre el conductor. El término “sobre” incluye el contacto directo o el contacto indirecto entre la mezcla fundida de polímero y el conductor. Se entiende que la mezcla fundida de polímero se encuentra en un estado extruíble. El proceso incluye además el enfriamiento controlado de la mezcla fundida de polímero ubicada en el conductor sobre una porción del intervalo de temperaturas de enfriamiento bajo las condiciones descritas con anterioridad, y formar un recubrimiento de la composición polimérica sobre el conductor.

En una modalidad, el enfriamiento controlado incluye exponer el conductor con un recubrimiento mezclado por fusión sobre un medio de enfriamiento (por ejemplo, un fluido), tal como el aire ambiente o un líquido controlado térmicamente, exponer el conductor con un recubrimiento mezclado por fusión sobre el mismo a una solución enfriada o refrigerada (tal como aire, nitrógeno, oxígeno, líquido o combinaciones de los mismos), pasar el conductor con recubrimiento mezclado por fusión sobre el mismo a través de una cámara de temperatura controlada (tal como un tubo, tubería, conducto o baño), llevar al conductor con el recubrimiento mezclado por fusión sobre el mismo a través de un tubo con una temperatura controlada, y cualquier combinación de los mismos.

En una modalidad, el proceso incluye formar la composición polimérica en una capa aislante, la capa aislante tiene un voltaje de ruptura de corriente continua (CC - “DC” - direct current) mayor que 400 kV en condiciones ambientales como se mide en un cable, donde la capa aislante tiene un grosor de 3.5 mm.

En una modalidad, el proceso incluye formar un recubrimiento sin reticulación en el conductor. De acuerdo con lo anterior, en diversas modalidades, la composición polimérica descrita con anterioridad carece de reticulación o prácticamente carece de reticulación. En una modalidad, la composición polimérica es una composición termoplástica.

El recubrimiento se coloca sobre el conductor. El recubrimiento puede ser una o más capas internas tales como una capa aislante y/o una capa semiconductora. El recubrimiento también puede incluir una capa externa (denominada también “cubierta” o una “revestimiento”). El recubrimiento puede cubrir total o parcialmente, o bien, rodear o envolver al conductor. El recubrimiento puede ser el único componente que rodea el conductor. Alternativamente, el recubrimiento puede ser una capa de una cubierta o revestimiento de múltiples capas que envuelve al conductor metálico.

El conductor recubierto preparado por el proceso anterior puede ser flexible, semirígido o rígido. Los ejemplos no limitantes de los conductores recubiertos adecuados incluyen cableado flexible, tal como el cableado para la electrónica de consumo, un cable de alimentación, un cable de base de carga para los teléfonos celulares y/o computadoras, cables de datos para computadora, cables de alimentación, material de cableado de dispositivos y cables de accesorios para electrónica de consumo.

Aditivos Cualquiera de las composiciones y/o recubrimientos poliméricos anteriores puede contener opcionalmente uno o más aditivos. Los ejemplos no limitantes de aditivos adecuados incluyen antioxidantes, estabilizadores, lubricantes, y/o auxiliares de procesamiento. Como antioxidantes, se incluyen a los fenoles esfericamente inhibidos o semi-inhibidos, aminas aromáticas, aminas alifáticas esféricamente inhibidas, fosfatos orgánicos, compuestos tio, y mezclas de los mismos. Como aditivos no limitantes adicionales, se incluye a los aditivos pirorretardantes, eliminadores de ácidos, materiales de relleno inorgánicos, retardantes de arborescencia en agua y otros estabilizadores de voltaje.

DEFINICIONES La “rigidez dieléctrica" de un aislante es el mínimo esfuerzo eléctrico que ocasiona que una porción de un aislante se convierta en eléctricamente conductora. La rigidez dieléctrica CA para la composición polimérica se determina de acuerdo con la norma ASTM D-149. La rigidez dieléctrica de CC de una capa aislante de un conductor recubierto se determina en condiciones ambientales de acuerdo con el proceso descrito en el Ejemplo 5, mostrado a continuación.

“Alambre” se refiere a un solo filamento de metal conductor, por ejemplo, cobre o aluminio, o de un solo filamento de fibra óptica.

“Cable” y “cable de alimentación” se refieren al menos a un alambre o fibra óptica dentro de un revestimiento, por ejemplo, una cubierta de aislamiento o una cubierta externa protectora. Por lo general, un cable son dos o más alambres o fibras ópticas unidas entre sí, normalmente en una cubierta de aislamiento común y/o cubierta protectora. Los alambres o fibras individuales dentro del revestimiento pueden estar pelados, cubiertos o aislados. Los cables combinados pueden contener tanto alambres eléctricos como fibras ópticas. El cable puede diseñarse para aplicaciones de bajo, medio y/o alto voltaje. Los diseños de cable típicos se ilustran en las patentes de E. U.A. USP 5,246,783, 6,496,629 y 6,714,707.

EJEMPLOS Ejemplo 1 - Efecto de la velocidad de enfriamiento controlado y relación del polímero sobre la rigidez dieléctrica Preparar doce mezclas de polímeros mezclando por fusión en un plastógrafo Brabender con acoplamiento de mezcla W50EHT. Premezclar homopolímero de polipropileno granular e interpolímero de propileno/etileno en la relación de mezcla indicadas en la Tabla 1 , mostrada a continuación. El homopolímero de polipropileno (“PP”) es Braskem PP H358-02, comercialmente disponible por Braskem SA (Sao Paulo, Brasil). El interpolímero de propileno/etileno (“PE”) es o VERSIFY™ 2200 (densidad: 0.876 g/cm3) o VERSIFY™ 2400 (densidad: 0.858 g/cm3), como se indica en la Tabla 1 , mostrada a continuación, cada uno de los cuales se encuentra comercialmente disponible por The Dow Chemical Company. Colocar 36 g del polímero premezclado en la cámara de mezcla precalentada a 170°C. Mezclar a 30 rpm a una temperatura de 170°C en un programa de 20 minutos. Enfriar las muestras por los regímenes de enfriamiento indicados en la Tabla 1.

Preparar las muestras de película (-100 mm de grosor) del polímero mezclado utilizando una prensa hidráulica Graseby-Specac 25.011. Calentar el molde a una temperatura estable de 200°C. Insertar aproximadamente 0.13 g de polímero en el molde entre láminas de aluminio e introducirlo en la prensa; después de 10 segundos, aplicar una presión de 4 toneladas. Retirar la muestra y enfriar rápidamente en un vaso de agua de grifo.

Impartir historias térmicas a las muestras utilizando una platina caliente Mettler Toledo FP82HT. Precalentar la platina caliente a 200°C, y mantener las muestras (aún en sus láminas) a esta temperatura durante 2 minutos (“min”). Después de ello, las muestras o (1 ) se extinguen inmediatamente; (2) o se retiran de la platina caliente y, naturalmente, se enfrían (es decir, se les deja enfriar de manera no controlada) de 200 a 140°C, posteriormente se enfría de manera controlada de 140 a 100°C a 1 °C/min, y después se enfría naturalmente a temperatura ambiente; o (3) se retiran de la platina caliente y se enfrían de manera controlada de 200 a 100°C a 0.1 °C/min, y después de ello, se enfrían naturalmente a temperatura ambiente.

Retirar las láminas agitando las muestras en HCI - 4 % en peso en agua destilada durante 6 horas. Enjuagar detalladamente las muestras en agua destilada y dejar secar durante la noche.

Determinar los valores de rigidez dieléctrica de corriente alterna (“CA”) para estas muestras de acuerdo con la norma ASTM D 149 mediante la colocación de las muestras entre dos cojinetes de bolas de 6.3 mm verticalmente opuestos en un tanque de 20 centistokes (“es”) de fluido de silicona. Aplicar una rampa de 50 Hz desde cero hasta la rigidez a una velocidad de 50 ± 2 voltios por segundo (“Vs _1”). Para cada historia térmica, someter 3 discos a 8 eventos de rigidez cada uno.

Procesar los datos resultantes utilizando el software Weibull + + 7 de Reliasoft Corp. Esto proporciona cálculos de máxima probabilidad de los parámetros de escala y forma de Weibull además de los intervalos de confianza del 90% de 2 colas. La Tabla 1 presenta los datos derivados.

Tabla 1 : Efecto de la velocidad de enfriamiento sobre I rigidez dielectrica Las muestras 1-4 demuestran que una velocidad de enfriamiento controlada de 1 °C/min proporciona una rigidez dieléctrica superior cuando se aplica sobre un intervalo de 140 a 100°C.

Ejemplo 2 - Efecto de la velocidad de enfriamiento controlado sobre la rigidez dielectrica para una mezcla de 50/50 Preparar una mezcla que conste de los siguientes componentes en un extrusor de doble tornillo Berstorff ZE40UT: Homopolímero de polipropileno (Braskem PP H358-02): 49.95% Copolímero de propileno-etileno (VERSIFY™ 2200): 50% Antioxidante (IRGANOX™ 1010): 0.05% El perfil de temperatura del extrusor utilizado es: Zona 1 : enfriada Zona 2: 155°C Zona 3: 190°C Zona 4: 199°C Zonas 5-8: 210°C Válvula T: 220°C Troquel: 230°C La velocidad del tornillo es de 500 rpm y la salida es de 150 kg/h. Se preparan 400 kg de mezcla.

Preparar placas de 0.5 mm de grosor con 48 g del compuesto en una prensa caliente Collin. Primeramente, presionar el material a una presión de 2 bares (0.2 megapascales (“MPa”)) y 180°C durante 260 segundos (“s”); después de ello, incrementar la presión a 200 bares (20 MPa) durante 300 s, y luego enfriar las muestras bajo los regímenes de enfriamiento mostrados en la Tabla 2 a temperatura ambiente. Para la muestra enfriada por extinción, retirar la placa y las placas de apoyo de la prensa mientras aún estén calientes y sumérjalas en un baño de agua que contenga agua a temperatura ambiente. Medir la rigidez dieléctrica CA de acuerdo con la norma IEC 60243-1 empleando placas de 0.5 mm, con los siguientes parámetros: Dispositivo: PRF 50/A (Sefelec GmbH) hasta 50 kV Frecuencia: 50 Hz Número de muestras: 10 Electrodos cilindricos con diámetro de 25 mm / 75 mm Accesorio de medición lleno de aceite Tiempo de medición entre 10 y 20 seg.

Los resultados se proporcionan en la Tabla 2, mostrada a continuación.

Tabla 2: Efecto de la velocidad de enfriamiento sobre la rigidez dieléctrica Los resultados de la Tabla 2, mostrada arriba, indican una disminución en el rendimiento de rigidez dieléctrica a velocidades de enfriamiento superiores a 30°C/min.

Ejemplo 3 - Preparación de muestras de cable Preparar una mezcla polimérica tal como se describió con anterioridad en el Ejemplo 2. Extruir un cable con esta composición como recubrimiento. Prepare el cable como un cable modelo de 10 kV (tamaño del conductor de aluminio: 25 mm2) en una línea que consta de un extrusor de aislamiento de 45 mm 20 L/D y dos extrusores de 30 mm 20 L/D para las pantallas semiconductoras interna y externa. El calentamiento del tubo de vulcanización continua (“CV” - continuous vulcanization) se desconecta; la sección de enfriamiento se enfría con agua que tiene una temperatura de aproximadamente 15°C).

Preparar el aislamiento del cable desde la mezcla descrita con anterioridad. Dow DHDA-7707 BK (grado de semiconductor termoplástico; disponible por The Dow Chemical Company) se utiliza como capa semiconductora interna (es decir, la pantalla de conductor) No se aplica ninguna pantalla de aislamiento para facilitar las pruebas de rigidez dieléctrica del cable. Secar la resina semiconductora durante 2 horas.

Ajustar el perfil de temperatura del extrusor de aislamiento a 170/170/180/180/180°C; establecer el perfil de temperatura del extrusor de semiconductor interno en 150/150/150/150°C. Ajustar la temperatura de la cabeza a 185/185/185°C.

El grosor del aislamiento es de 3.5 mm; la capa semiconductora interna tiene un grosor de 0.5 mm.

Operar el extrusor de aislamiento a una velocidad de tornillo de 45 rpm; la temperatura de fusión es de 195°C y presión de fusión es de 32 bares. Operar el extrusor de capa semiconductora a 10 rpm; la temperatura de fusión es 182°C y la presión de fusión es de 99 bares. La velocidad de línea es de 1.5 m/min.

El conductor con el aislamiento mezclado por fusión y el y semicon se prueba en el tubo de CV, que se desconecta. Medir las temperaturas de la superficie del cable con un dispositivo de medición de temperatura infrarroja. La temperatura de la superficie cuando sale del troquel es de 176°C; en la pieza de transición del tubo de CV la temperatura de la superficie del cable es de 83°C; al salir de la sección de enfriamiento del tubo, la temperatura de la superficie es de 51 °C. La temperatura ambiente en la sala de extrusor es de 25°C.

Un cable de referencia para la comparación se fabrica en la misma línea que el cable de la invención utilizando aislamiento HFDK-4201 EC XLPE (polietileno reticulado; disponible por The Dow Chemical Company) y la capa semiconductora interna HFDK-0587 BK (copolímero de etileno; disponible por The Dow Chemical Company).

Emplear las siguientes condiciones para la extrusión del cable de referencia: Temperatura de extrusor de aislamiento: 125/125/123/123/123°C Extrusor de capa semiconductora 125/125/123/123/123°C interna: Temperaturas del cabezal: 125/125/125°C Las temperaturas del tubo de CV se 360/360/360/270°C ajustaron en: Operar el extrusor de aislamiento con una velocidad de tornillo de 35 rpm; la temperatura de fusión es de 135°C. Operar el extrusor de capa semiconductora con una velocidad de tornillo de 10 rpm; la temperatura de fusión es de 138°C. La velocidad de la línea es de 1.5 m/min.

Ejemplo 4 - Influencia de la velocidad de refrigeración en la morfología Las Figuras 1 a y 1 b muestran micrografías de SEM de secciones transversales de cable grabadas al agua fuerte, cortadas del cable de la invención, preparadas como se describe en el Ejemplo 3.

Las Figuras 2a a 2d muestran el efecto de la variación de la velocidad de enfriamiento sobre la evolución morfológica de una serie de cuatro muestras de laboratorio. Preparar muestras de laboratorio de acuerdo con el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. Enfriar de manera controlada las muestras enfriadas a velocidades constantes de 0.3, 1 , 3, y 10°C/min, respectivamente, desde 140 hasta 30°C, despues de 2 minutos de premantener a 200°C. El enfriamiento de 200 a 140°C se realiza naturalmente (es decir, se deja enfriar de una manera no controlada). Como se observa al comparar las Figuras 2a y 2b, en el intervalo de control de enfriamiento de 0.3 a 1 °C/min, las laminillas observable son menos aparentes. Como se muestra en las Figuras 2c y 2d, en el intervalo de control de enfriamiento de 1 a 10°C/min, tiene lugar una disminución progresiva de la longitud de onda característica de la morfología.

La comparación de las Figuras 1 y 2 sugiere que la muestra de cable se cristalizó alrededor de 10°C/min, suponiendo que los efectos del cizallamiento durante la extrusión tienen un efecto insignificante en la morfología que se forma.

Ejemplo 5 - Pruebas de rigidez dielectrica de CC de los cables Realizar una prueba de rigidez dieléctrica de corriente continua (“CC”) a temperatura ambiente con un equipo de pruebas de 600 kV Henry Patterson & Sons Ltd. Para cada prueba, se cortan 5 muestras del cable de prueba (como el producido en el Ejemplo 3) con una medida de 6 m (±2%), se engarzan, y cuelgan de una varilla de fibra de vidrio de 3 m unida a un cabrestante. Conectar el conductor a un suministro de HVDC utilizando un tubo de cobre de 2 m; un canal de agua de grifo forma el electrodo de tierra; la longitud del cable bajo el agua es de 1.3 m ± 10%. La temperatura de laboratorio a lo largo de las pruebas permanece constante entre 16 y 17°C. Aplicar rampas escalonadamente: 1.75 kV s 1 ± incrementos del 13% seguidos por 30 s de reposo, produciendo una velocidad de rampa general de 370 V s 1 ± 7%. Por razones de seguridad, no es posible aplicar un voltaje mayor que 400 kV a los cables. Como se muestra en la Tabla 3, mostrada a continuación, no hay fallas en el conjunto de muestras de la invención.

Como ejemplo comparativo, la rigidez dielectrica de CC de 5 bucles del cable de referencia preparado en el Ejemplo 3 con una medida de 6 m (± 2%) también se proporciona en la Tabla 3 mostrada a continuación.

Tabla 3: Rendimiento de rigidez dieléctrica de CC de los cables Ejemplo 6 - Pruebas de rigidez dieléctrica de CC de cables deformados Deformar las muestras de cable preparadas en el Ejemplo 5, envolviendo aproximadamente un mandril de. 60 mm ± 10% de radio durante 2 h antes de permitir la relajación durante > 12 h antes de las pruebas. El objetivo de la aplicación de tal curva severa es comprobar la integridad de la interfaz dieléctrica de semiconductores, con la posibilidad añadida de inducir daños en la estructura cristalina de la mezcla de PP. Se elige un tiempo de aplicación de 2 h con objeto de que los procesos de relajación molecular queden prácticamente completados para el momento de la extracción. Las pruebas de rigidez dieléctrica de CC a temperatura ambiente se realizan de acuerdo con el procedimiento descrito con anterioridad en el Ejemplo 5. Los datos de voltaje de ruptura por doblez (“Vb“) de este conjunto de muestras se presenta en la Tabla 4, mostrada a continuación.

Tabla 4: Rendimiento de rigidez dieléctrica de CC de cables doblados.

Los resultados de rigidez dieléctrica tanto de muestras no deformadas (Ejemplo 5) como deformadas (Ejemplo 6) son considerablemente más altos que los resultados equivalentes de cables de referencia, los cuales muestran un voltaje de ruptura característica Weibull de 196 kV (Tabla 3).

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para preparar una composición polimérica termoplástica, dicho proceso comprende: (a) calentar una mezcla de polímeros que comprende un homopolímero de polipropileno y un interpolímero de propileno-a-olefina a una temperatura de fusión mayor que 140°C y al menos la temperatura de fusión de ya sea el homopolímero de polipropileno o el ínterpolímero de propileno-a-olefina, la que sea mayor, durante un tiempo suficiente para formar una mezcla fundida de polímero; y (b) enfriar dicha mezcla fundida de polímero desde dicha temperatura de fusión descendentemente hasta la temperatura ambiente, en donde dicho enfriamiento comprende: (i) el enfriamiento no controlado de dicha mezcla fundida de polímero desde dicha temperatura de fusión hasta una temperatura de enfriamiento inicial en el intervalo de 140 a 125°C, (ii) el enfriamiento controlado de dicha mezcla fundida de polímero a una velocidad de enfriamiento promedio en el intervalo de 0.1 a 30°C por minuto desde dicha temperatura de enfriamiento inicial hasta una temperatura de enfriamiento intermedia en el intervalo de 1 10 a 100°C, y (iii) el enfriamiento, ya sea por enfriamiento controlado o enfriamiento no controlado, de dicha mezcla fundida ue polímero desde dicha temperatura de enfriamiento intermedio hasta la temperatura ambiente, formando así dicha composición polimérica.

2. El proceso según la reivindicación 1 , en el que dicha composición polimerica tiene una rigidez dieléctrica de corriente alterna (“CA”) que es al menos 5% mayor que una composición polimérica por lo demás idéntica pero enfriada por extinción, como se mide en películas con un grosor de 100 micrómetros de acuerdo con la norma ASTM D- 149.

3. El proceso según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en el que dicha composición polimérica tiene una rigidez dieléctrica de CA de al menos 100 kV/mm, como se mide en películas con un grosor de 100 micrómetros de acuerdo con la norma ASTM D-149.

4. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho homopolímero de polipropileno y dicho poliprop¡leno-a-olefina se encuentran presentes en dicha mezcla de polímeros en una relación en peso que varía de 4: 1 a 1 :4.

5. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha temperatura de enfriamiento inicial es 125°C, en el que dicha temperatura de enfriamiento intermedia es 110°C, en el que dicho enfriamiento de la etapa (iii) es enfriamiento no controlado.

6. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho enfriamiento de control de la etapa (ii) se realiza a una velocidad en el intervalo de 1 a 10°C por minuto.

7. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además, antes de dicho enfriamiento de la etapa (b), recubrir dicha mezcla fundida de polímero sobre un núcleo conductor, formando así dicho revestimiento polimérico sobre dicho núcleo conductor después de dicha enfriamiento de la etapa (b).

8. El proceso según la reivindicación 7, en el que dicho recubrimiento polimérico sobre dicho núcleo conductor presenta una rigidez dieléctrica de corriente continua (“CC”) de al menos 400 kV cuando se mide con un grosor de 3.5 mm.

9. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho homopolímero de polipropileno es no nucleado.

10. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el componente de a-olefina de dicho interpolímero de polipropileno-a-olefina es etileno.