RU2190639C2 - Сажа, обработанная полиэтиленгликолем, и ее соединения, устройство, проводящее электричество, и экран силового кабеля - Google Patents

Abstract

Данное изобретение относится к обработанной саже, пригодной для использования в полупроводящих и изолирующих соединениях, например в электрических кабелях, а именно относится к саже, обработанной полиэтиленгликолем, известной также как гомополимер этилен оксида, и к полупроводящим соединениям, включая, например, полиолефин и обработанную сажу. Прямое внесение соединения полиэтиленгликоля в полимерную композицию уменьшает время до 50% отверждения и 90% отверждения (t_c(50) и t_с(90) соответственно), что снижает время подвулканизации (t_s2) полимерного композита, а также снижает вязкость при сохранении объема выхода. 6 с. и 34 з.п.ф-лы, 16 табл., 1 ил.

Description

Изобретение относится к обработанной саже, пригодной для использования в полупроводящих соединениях, таких как используемые в электрических кабелях. Точнее, настоящее изобретение относится к саже, обработанной полиэтиленгликолем, известной также как гомополимер этилен оксида, и к полупроводящим соединениям, включая, например, полиолефин и обработанную сажу. Такие обработанные сажи являются текучими, производят мало пыли, являются износостойкими, легко диспергируют в полимерных системах и обеспечивают высокие реологические, механические и электрические свойства. Настоящее изобретение относится также к процессу производства таких обработанных саж и их соединений.

Из широкого спектра саж любая может быть использована в настоящем изобретении. Здесь используется термин сажа в его общем смысле, включая виды полностью разделенной сажи, такие как ламповая сажа, газовая сажа, печная сажа, ацетиленовая сажа и другие. Желательно, чтобы сажа была в рыхлой форме. Хотя сажи легко диспергируют в жидких и полимерных системах в своих рыхлых формах, с ними очень тяжело работать при перевозке и точном взвешивании. Это происходит из-за их низкой объемной плотности и, обычно, высокого уровня пылеобразования, имеющего тенденцию приводить к уплотнениям и соответственно к нерегулярной подаче в длительных операциях образования соединений. Эти свойства являются нежелательными потому, что, например, длительные операции образования соединений желательны для соединений, используемых в проводах и кабелях, как средство обеспечения однородности и чистоты соединений.

Вечной проблемой с сажей была относительная трудность и неудобство, связанные с производством, транспортировкой и использованием сажи. Упаковка, транспортировка и извлечение сажи из упаковки сопровождается большим количеством пыли от сажи.

Для улучшения транспортировочных характеристик рыхлых видов сажи они обычно агломерируются с помощью различных механических процессов с производством гранул, либо в сухом виде, либо с помощью гранулирующих жидкостей. Обычно, частицы сажи удерживаются вместе слабыми силами. Наиболее часто применяемый процесс гранулирования сажи производится с помощью воды или масла. Однако было обнаружено, что процесс агломерации или уплотнения оказывает вредный эффект на дисперсионные характеристики рыхлой сажи. То есть, когда рыхлая сажа агломерируется в гранулы, она теряет свойство хорошей дисперсности в полимерных системах. Поэтому существует компромисс между приемлемыми транспортировочными характеристиками и легкостью дисперсии.

Для того чтобы составить соединение с хорошей дисперсией сажи, она часто гранулируется с помощью таких материалов, как лигиосульфонат натрия, вода, сахароза и т.п., как описано ниже. Однако гранулирующие добавки часто приводят к менее чем адекватным результатам или вызывают несовместимость сажи в соединениях, в которые она добавляется. Например, некоторые сажи не развивают адекватную гранулирующую силу, когда гранулируются с помощью воды. Это происходит из-за слишком маленькой силы Ван дер Ваальса, возникающей в углеродной структуре. Таким образом, хотя они и находятся в гранулированном виде, однако являются вполне свободными и производят много пыли. В результате происходит неравномерная подача и соответственно негомогенная дисперсия состава.

Процесс грануляции сажи для производства гранул сажи известен в технике. Например патент США 2065371, Глахнер, описывает процесс влажной грануляции, в котором рыхлая сажа и жидкость, например вода, соединяются и перемешиваются до получения сферических шариков сажи. Затем шарики высушиваются для снижения содержания воды до величины ниже 1% для формирования гранул сажи.

Кроме воды известен большой спектр связующих добавок, используемых в процессе влажной грануляции, улучшающих характеристики транспортировки гранул рыхлой сажи. Например, нижеследующие ссылки описывают использование различных связующих добавок в качестве гранулирующих веществ при производстве сажи: патент США 2427238, Шварт, описывает использование ряда гигроскопичных органических жидкостей или растворов, включая этиленгликоль, при составлении резиноподобных материалов. Патент США 2850403, Дей, раскрывает использование углеводов, таких как сахар, меласса, растворимый крахмал, сахариды и производные бурого угля в качестве связующих добавок при грануляции в диапазоне от 0,1 до 0,4% по весу от сухой сажи. Затем влажные гранулы высушиваются в течение определенного времени при температурах от 150 до 425^oС для обугливания связующих углеводов. Патент США 2908586, Бриндл и др., раскрывает использование эмульсии смолы как альтернативы углеводам в количестве от 0,5 до 2,0% по весу от сухой сажи. Патент США 2639225, Венуто, раскрывает использование сульфонатов и сульфатов анионных сурфактантов в качестве гранулирующей добавки в количестве от 0,1 до 0,5% по весу от сухой сажи. Патент США 3565658, Фразиер и др., раскрывает использование жирного аминэтилата неионного сурфактанта в качестве связующей добавки, в которой жирный аминэтилат имеет уровень этиляции в диапазоне от 2 до 50 молей этиленоксида на группу жирного амина. Неионный сурфактант по патенту должен присутствовать в диапазоне от 0,05 до 5,0%. Аналогично, патент США 3645765, также Фразиер и др. , раскрывает использование жирной кислоты или неионный сурфактант кислый этилат смолы в диапазоне от 0,1 до 10,0% по весу от сажи. Неионный сурфактант по патенту имеет уровень этиляции от 5,0 до 15,0 молей этилена на кислую группу. Патент СССР 937492 раскрывает использование водного раствора от 0,1 до 5,0% продуктов реакции мочевины и этилированного алкилоламида, в котором уровень этиляции находится в диапазоне от 1,0 до 7,0 молей этиленоксида на алкилоламид. И наконец, патент США 3844809, Муррей, раскрывает использование неионного сурфактанта, содержащего случайно повторяющиеся группы поли(этиленоксида) и поли(диметилсиликона). Согласно патенту от 0,4 до 2,5% водных растворов, содержащих от 0,001 до 0,1% неионного сурфактанта, вызывает уменьшение уровня пылеобразования гранул. Меласса также включена при довольно высокой концентрации до 2,0% как дополнительное связующее, а азотная кислота включена в количестве до 15,0% как источник окисления. Вышеуказанные патенты приводят улучшенные транспортировочные свойства гранул, но не раскрывают изменений свойств действия гранулированной сажи в применении к конечным продуктам.

Среди погрузочных характеристик сажи, которые могут быть исправлены связующими добавками, и уровень этих добавок, используемый в процессе гранулирования, есть такие характеристики, как адгезия, диспергируемость, диапазон дисперсии, стабильность вязкости и антистатические свойства. Например, патентная публикация Японии 01-201369 раскрывает использование амфотерного сурфактанта типа карбоксильной кислоты в концентрации от 0,001 до 0,1% в гранулирующей воде для получения гранул сажи с низкой адгезией и отличной диспергируемостью. Патент США 3014810, Дубальский и др., раскрывает преимущества влажной грануляции ряда пигментов, включая сажу, от 0,05 до 5% по весу от смеси соединения аммония, состоящего из четырех частей, и дважды (2-гидроксиэтил)алкиламина. Показанные преимущества включают улучшение диапазона дисперсии, стабильности вязкости и антистатических свойств.

Как показано выше, в качестве гранулирующего элемента используется также масло с или без добавления воды. Например, патенты США 2635057, Йордан, и 3011902, Йордан, и 4102967, Вандервин и др., раскрывают использование масла, например, минерального, в процессе гранулирования для улучшения погрузочных характеристик гранул сажи. Кроме этого, использование полимеров в эмульсиях, органических растворителях, растворах или расплавах были раскрыты как средства изменения свойств гранул сажи, например, как описано в патентах США 2511901, Банн (латексная эмульсия), 2457962, Уоли (водные эмульсии или дисперсии каучука), 4440807, Гуннелл (расплавленный каучук или раствор или эмульсия каучука), 4569834, Уест и др. (эмульсия окисленного полиэтилена) и 5168012, Ватсон и др. (каучуковый латекс), и патентная публикация Японии 77-130481.

Альтернативные гранулирующие добавки для производства гранул сажи включают натриевые лигносульфанаты, силаны, сахарозу и неионные дисперсанты, такие как алкилсукцинимиды и алкильные сукцинные сложные эфиры. Однако такие альтернативы не производят подходящих гранул сажи и/или полимерных композиций. Например, сажа, произведенная с использованием натриевого лигносульфаната, в общем случае считается непригодной для использования в полупроводниковых полимерных композициях из-за повышенной склонности к образованию водных дендритов, происходящей от повышенного содержания серных компонент. Другими недостатками альтернативных гранулирующих добавок являются адгезия сажи к производящему оборудованию, трудность внесения гранулирующих добавок в сажу и (особенно в составах для проводов и кабелей) образование водных дендритов в полимерных композициях.

Использование полиэтиленгликоля в производстве резины и термопластичных материалов из смолы также в общем известно. Например, патент США 4230501, Хоуард и др., описывает использование полиэтиленгликоля в пигментном концентрате, который легко диспергирует в пластиках. Полиэтиленгликоль или углеводородная смола вносится как добавка для управления вязкостью в природный, нефтяной или синтетический воск, который затем смешивается в пропорции от 51 до 85% по весу пигмента для формирования пигментного концентрата. Патент США 4397652, Нейманн, раскрывает производство порошковой композиции, содержащей органические красители и оптические отбеливатели, производящие ощутимый уровень пыли. Полиэтиленгликоль применяется и как компонента по регулированию адгезии, при молекулярных весах выше чем 3000, и как пылесвязующий агент, при молекулярных весах между 200 и 1000. Патентная публикация Великобритании GB 975847 раскрывает использование водного раствора полиэтиленгликоля или алифатических производных, как средств производства агломератов органических резинохимикатов. Гранулы композиций сформированы с помощью процесса экструзии и соответственно высушиваются при низких температурах.

Полиэтиленгликоль также известен в технике как добавка для прямого соединения с разветвленными и термопластичным композитами смолы. Например, патент США 4013622, ДеДжуниас и др., описывает внесение от 100 до 600 pmm полиэтиленгликоля, имеющего молекулярный вес от 600 до 20000 в основной состав полиэтилена низкой плотности. Полиэтиленгликоль вносится в термопластичную смолу для снижения ломкости полиэтилена во время операций формования пленок выдуванием. В качестве дальнейшего примера приведем патент США 3361702, Уортмен и др., раскрывающий использование полиэтиленгликоля или разветвленных молекул этоксилата в качестве пластификаторов для сополимеров этиленакриловой кислоты.

Полиэтиленгликоль известен также при производстве полимерных композитов. Например, патенты США 4812505, Топсик, 4440671, Тербетт, и 4305849, Кавасаки и др., раскрывают использование полиэтиленгликоля, имеющего молекулярный вес от 1000 до 20000, для уменьшения свойства образования водных дендритов в полимерных композитах для электроизоляционных материалов. Патент США 4812505, Топсик, раскрывает внесение от 0,1 до 20% по весу полиэтиленгликоля в полимерный композит. Патент США 4440671, Тербетт, раскрывает внесение от 0,2 до около 1 части полиэтиленгликоля, имеющего вес от 1000 до 20000 на часть по весу дифениламина. Патент США 4305849, Кавасаки и др., раскрывает внесение от 0,3 до 10% по весу полиэтиленгликоля прямо в изолирующий полимерный композит путем перемешивания полиэтиленгликоля с полимером.

В этом отношении образование водных дендритов относится к феномену, который происходит когда изолирующий полимерный материал, такой как полиолефин, подвергается воздействию электрического поля в течение длительного времени в условиях повышенного содержания влаги. Этот феномен необходимо отличать от электрических дендритов (обугливание изоляционного материала в результате электрических разрядов) и химических дендритов (кристаллов формирующихся от реактивных газов на поверхности проводника).

Снижение феномена образования водных дендритов рассматривается также в патенте США 4612139, Кавасаки и др., направленного на снижение образования водных дендритов в полупроводниковых полимерных композитах, содержащих сажу. Патент раскрывает, что полиэтиленгликоль может быть внесен непосредственно в полупроводниковый полимерный композит для исключения эффекта образования водных дендритов. Полиэтиленгликоль, имеющий молекулярный вес от 1000 до 20000, вносится в полимер в количестве от 0,1 до 20% по весу полимера. Сходные композиты раскрыты в патенте Германии DE 2723488, который раскрывает, что полиэтиленгликоль и другие подвижные добавки полезны для снижения межслойной адгезии между изолирующим слоем и внешним проводящим слоем (т.е. изолирующим экраном) в конструкции электрического кабеля.

Японские патентные публикации 61-181859 и 61-181860 раскрывают электропроводящие композиты. Композиты включают кристаллическую окись полиалкилина и сажу или графит. 61-181859 раскрывает также, что полимер модифицирован и содержит карбоксил или боковые цепи карбоксильной кислоты.

По-прежнему существует потребность в улучшенных гранулирующих добавках для использования в производстве гранул сажи с улучшенными характеристиками погрузки гранул, так и рабочими характеристиками полимерных композитов, в которые вносятся гранулы сажи. Мы показывали, что обработка сажи, предпочтительно в рыхлой форме, соединением полиэтиленгликоля в качестве гранулирующей добавки позволяет получить гранулы обработанной сажи, обладающие улучшенными характеристиками погрузки и рабочими характеристиками.

По-прежнему также существует потребность в улучшенных композитах для производства таких продуктов, как провода и кабели. Особенно велика потребность в материалах с улучшенными рабочими характеристиками. Мы обнаружили, что вышеупомянутая обработанная сажа может быть использована для производства полимерных композитов, таких как полупроводниковые и изолирующие полиолефиновые композиты, обладающие улучшенными рабочими характеристиками.

Здесь приводятся такие улучшенные обработанная сажа и полимерные композиты, содержащие обработанную сажу с уникальными и новыми свойствами, а также процессы их производства.

В частности, настоящее изобретение раскрывает такие полимерные композиты, как полупроводниковый композит, включающий полиолефиновый гомополимер, сополимер или тройной сополимер, и сажу, обработанную по крайней мере одним полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до порядка 1000000.

Настоящее изобретение предлагает также гранулированную сажу, в которой гранулы сажи состоят из сажи, обработанной по крайней мере одним полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до порядка 1000000.

Предлагается далее процесс для приготовления таких гранул сажи, включающий обработку сажи по крайней мере одним полиэтиленгликолем, имеющем молекулярный вес от около 1000 до около 1000000, для получения обработанной сажи.

Полимерные композиты, включающие обработанную сажу по настоящему изобретению, могут, например, использоваться в качестве полупроводниковых слоев, соединенных с первичными изолирующими слоями или электрическими проводниками, например, в кабелях. Полимерные композиты могут использоваться в качестве материала изолирующих экранов в форме полупроводниковых слоев, которые могут быть легко сняты или удалены с изолирующих материалов. Эти сажи могут быть также использованы в качестве композитов, наполняющих витые жилы, проводящих или непроводящих, или в проводящих или непроводящих внешних оболочках кабелей. Более того, эти обработанные сажи могут быть внесены в небольших количествах, без передачи полупроводниковых свойств композиту, например, как краситель в изолирующих соединениях.

Краткое описание чертежей
Чертеж является иллюстрацией типичного силового кабеля.

Описание изобретения
Любая из широкого спектра саж может использоваться в настоящем изобретении, включая полностью разделенный углерод, типа ламповой сажи, печной сажи и аналогичных. Предпочтительно, чтобы сажа была в рыхлой форме.

В процессе по настоящему изобретению сажа, предпочтительно в рыхлой форме, обрабатывается полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до около 1000000. В данном описании полиэтиленгликоль называется в общем случае "полиэтиленгликолевое соединение", а кратко "полиэтиленгликоль". Однако подразумевается, что терминология включает также те полиэтиленгликолевые соединения, которые называются гомополимеры этилен оксида, и включают такие соединения, которые получаются в осадке при полимеризации этилен гликоля и дополнительной полимеризации этиленоксида. Термин соединения полиэтиленгликоля, таким образом, заключает полимеры, имеющие повторяющееся элементы (СН₂СН₂О)_n. Такое соединение полиэтиленгликоля может быть добавлено в сажу в качестве гранулирующей добавки в процессе получения гранул сажи.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы полиэтиленгликоль имел молекулярный вес от около 1000 до около 1000000. Лучше, если полиэтиленгликоль будет иметь молекулярный вес от около 20000 (желательно больше 20000) до около 1000000, а еще лучше, если от 35000 до 100000.

Настоящее изобретение предполагает, что соединение полиэтиленгликоля присутствует в количестве от 0,1 до около 50% по весу сажи. То есть при использовании соединения полиэтиленгликоля в качестве гранулирующий добавки в гранулах сажи желательно, чтобы соединение полиэтиленгликоля присутствовало в обработанной саже в количестве от около 0,1 до около 50% по весу. Лучше, если соединение полиэтиленгликоля может присутствовать в количестве от около 0,1 до 20%, а еще лучше в количестве от около 1 до около 10% по весу сажи.

В приготовлении обработанной сажи может оказаться предпочтительным образовать раствор, содержащий соединение полиэтиленгликоля. Если используется раствор соединения полиэтиленгликоля, в качестве растворителя можно взять любой из широкого ряда растворителей, способных растворять соединение полиэтиленгликоля. Например, соединение полиэтиленгликоля может быть легко растворено в воде и/или в ряде органических растворителей, включая, но не ограничиваясь, метанол, этанол, изопропанол, тетрахлорид углерода, трихлороэтилен, бензол, толуол, ксилол, ацетон, их смеси и другие подобные. Что касается растворителя, то наиболее важно, чтобы соединение полиэтиленгликоля было гомогенно диспергировано или растворено в растворителе, но использование какого-то определенного растворителя не является, в общем случае, обязательным. Желательно, однако, чтобы соединение полиэтиленгликоля использовалось в водных растворах, особенно при увеличении молекулярного веса соединения полиэтиленгликоля. На основе данного описания профессионал в этой области сможет легко выбрать подходящий растворитель для конкретного случая.

В другом варианте соединение полиэтиленгликоля может быть нагрето до температуры выше точки плавления соединения, в которой вязкость расплавленного соединения такова, чтобы обеспечить возможность распыления на сажу. Следует заметить, что многие соединения полиэтиленгликоля растворяются в воде при комнатной температуре и поэтому требуется либо небольшое нагревание, либо вообще никакого. Вязкость расплавленного соединения, хотя и не лимитируется, но желательно должна быть ниже 10 Пуаз. Температура сажи и соединения полиэтиленгликоля должны поддерживаться выше точки плавления соединения в течение времени, достаточного для гомогенного перемешивания.

В представленном варианте соединение полиэтиленгликоля используется как гранулирующая добавка для образования гранул сажи из сажи. Процесс гранулирования в общем случае включает контакт сажи с раствором, содержащим соединение полиэтиленгликоля и возможное, в некоторых случаях, нагревание и сушку гранул сажи.

Сажа может вступать в контакт с соединением полиэтиленгликоля путем внесения сажи в аппарат для гранулирования с соединением полиэтиленгликоля. Например, сажа, желательно в рыхлой форме, может вноситься в гранулятор с раствором соединения полиэтиленгликоля. Примеры таких гранулирующих аппаратов известны в технике и включают игольчатые грануляторы. Когда соединение полиэтиленгликоля вносится в гранулирующий аппарат в виде раствора, например, любого из описанных выше, концентрацию соединения полиэтиленгликоля в растворе желательно иметь в диапазоне от около 0,5 до около 35% по весу. Однако концентрация соединения полиэтиленгликоля в растворе и отношение количества раствора к саже должно подбираться так, чтобы обеспечить соответствующее количество соединения полиэтиленгликоля в частицах сажи, как описано выше.

После осуществления контакта сажи с соединением полиэтиленгликоля получающиеся гранулы сажи могут в некоторых случаях подвергаться нагреванию при контролируемой температуре и в течение контролируемого времени и/или при пониженном давлении для сушки гранул.

Обработанная сажа может использоваться для формирования широкого ряда соединений. Например, обработанная сажа может использоваться для формирования пигментных материалов или может комбинироваться с полимерами и другими возможными компонентами для формирования полупроводниковых и изоляционных материалов таких, которые используются в электрических кабелях и электрических экранах. Полупроводниковые композиты могут составлять полимер с количеством сажи достаточным, чтобы сделать композит полупроводниковым. Схожим образом изоляционные материалы могут формироваться внесением небольшого количества сажи, например, в качестве красителя в полимерный композит. Такие изоляционные материалы могут формироваться составлением полимера и сажи в количестве намного меньшем того, при котором образуются полупроводниковые свойства.

В частности, полимерные композиты в данном варианте могут составляться из полимера, такого как полиолефин с количеством сажи, достаточным, чтобы сделать композит полупроводниковым.

При подготовке полимерных композитов в настоящем изобретении полимер может быть выбран из ряда гомополимеров, сополимеров и третичных сополимеров, известных в технике, выбор основывается на желательном использовании полимерного композита. Например, полимеры, используемые в полимерных композитах настоящего изобретения могут включать, но не ограничиваются, гомополимеры, сополимеры и графтполимеры этилена, где сомономеры выбраны из бутена, гексена, пропена, октена, винилацетата, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, сложных эфиров акриловой кислоты, сложных эфиров метакриловой кислоты, малеинового ангидрида, сложных эфиров малеинового ангидрида, оксида углерода и других подобных; эластомеры выбраны из натуральной резины, полибутадиена, полиизопрена, случайно распределенной стиринбутадиеновой резины, полихлоропрена, нитриловых резин, сополимеров этиленпропилена и термополимеров и других подобных; гомополимеры и сополимеры стирина, включая стирин-бутадиен, стирин-бутадиен-стирин линейные и разветвленные полимеры, акрилонитрил-бутадиен-стирин, стиринакрилонитрил и другие подобные; линейный и разветвленный полиэфир или высокомолекулярные спирты полиэфиров; кристаллические и аморфные полиэфиры и полиамиды; алкидные смолы, смоляные кислоты или смоляные эфиры; углеводородные смолы, полученные с помощью термической полимеризации или полимеризации Фриделя-Крафтса циклических диеномономеров, таких как дициклопентадин, инден, кумен и другие подобные; сополимеры этилен/силан; этилен/α-олефин/диен тройные сополимеры, такие как этилен/пропилен/1,4-гексадиен, этилен/1-бутен/1,4-гексадиен и другие подобные; и углеводородные масла, такие как парафиновое масло, нафталиновое масло, гидроочищенное нафтеновое масло и другие подобные; а также их смеси. Кроме того, полимеры, используемые в композитах настоящего изобретения, могут включать сополимеры и тройные сополимеры, содержащие вышеперечисленные полимеры в качестве основных компонентов сополимера и тройного сополимера.

Желательно, чтобы полимеры, используемые в композитах настоящего изобретения, включали этилен-винилацетат, этиленбутен, такой как этилен/1-бутен, этиленоктен, этиленэтилакрилат, этиленакриловую кислоту, их эквиваленты, их смеси и другие подобные.

Точный состав мономеров данных полимеров будет зависеть от таких факторов, как экономические и желаемое применение конечных композитов. В случае использования полиолефина в образовании полимерного композита обычно полимеры, используемые в композитах, в общем случае включают этилен в диапазоне от около 25 молярных процентов до около 98 молярных процентов от общего числа молей мономера. Желательно, чтобы полиолефиновые полимеры включали этилен от 30 молярных процентов до около 95 молярных процентов, а еще лучше, если от около 35 молярных процентов до около 90 молярных процентов. Другие мономеры в случае полиолефиновых сополимеров будут составлять остаток полимера.

Однако содержание этилена в этих полимерах может меняться в зависимости от сомономеров, присутствующих в полимере. Например, в случае этилен/винилацетатного сополимера желательно, чтобы полимер включал от 15 молевых процентов до 80 молевых процентов винилацетата. Желательно, чтобы сополимер этилен/винилацетата был высокоэластичного сорта и соответственно имел содержание винилацетата выше 28 молевых процентов. И даже еще лучше, если этилен /винилацетатный сополимер будет включать от 40 молевых процентов до 60 молевых процентов винилацетата.

К тому же, полимер, сополимер и тройной сополимер, используемые в полимерных композициях настоящего изобретения, могут быть либо с поперечными, либо без поперечных химических связей. Если полимер должен быть с поперечными связями, к композиции могут быть добавлены любые агенты по созданию поперечных связей (далее структурирующие агенты) из широкого спектра известных в технике.

Например, типичная композиция полимерного композита для использования в полупроводниковых проводах и кабелях включает:
25-55% по весу сажи, обработанной полиэтиленгликолем в объеме от 0,5 до 10 частей на 100 частей сажи;
0-2% по весу стабилизатора или антиоксиданта;
0-5% по весу органического пероксида;
0-10% по весу винилсилана; и
оставшаяся часть является полимером или смесью полимеров.

Композиция может также включать добавки полимеров, таких как, например, эластомер акрилонитрилбутадиена, содержащий, например, 25-55% по весу акрилонитрила.

В композитах настоящего изобретения обработанная сажа в общем случае присутствует в композите в количестве от 0,1 до 65% по весу и желательно от 10 до 50% по весу по отношению к весу всего композита. Такие композиты в общем случае обладают полупроводниковыми свойствами. Содержание обработанной сажи может подбираться, конечно, под желаемое использование окончательного композита и под желаемую относительную проводимость композита. Например, сажа может быть внесена в полимерную композицию в меньшей пропорции для обеспечения окрашенного изолирующего материала или для улучшения ультрафиолетовой сопротивляемости композита.

Композиты по настоящему изобретению могут также включать подходящие добавки с известными в их использовании целями и в известных эффективных количествах. Например, композиты могут включать структурирующие агенты, вулканизирующие агенты, стабилизаторы, пигменты, красители, оцветители, деактиваторы металла, масляные наполнители, смазочные материалы, неорганические наполнители и другие подобные вещества.

Например, полимерные композиты могут включать по крайней мере один структурирующий агент, желательно в количестве от 0,5 до 5% по весу от веса используемого полимера. Органический пероксид используется как генератор свободных радикалов и структурирующий агент. Полезные органические пероксидные структурирующие агенты включают, но не ограничиваются, α, α′-бис(трет-бутилперокси)-диизопропилбензол, дикумилпероксид, ди(трет-бутил)пероксид и 2,5-диметил-2,5-ди(трет-бутилперокси)-гексан. Могут также использоваться различные другие известные соагенты и структурирующие агенты. Например, органические пероксидные структурирующие агенты раскрыты в патенте США 3296189, полное описание которого включено сюда в качестве ссылки.

В качестве примеров антиоксидантов и технологических добавок, которые могут вносится в композиты, можно упомянуть, например, полимеризованный 1,2-дигидро-2,2,4-триметилквинолин, октадецил 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксигидроцинна-мат, 4,4'-тио-бис-(3-метил-6-трет-бутилфенол),тио-диэтилен-бис-(3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси) гидроциннамат, дистирил-тио-дипропионат, их смеси и подобные вещества. Такие антиоксиданты могут присутствовать в композитах в количестве от 0,4 до 2,0% по весу, а еще лучше от 0,4 до 0,75% по весу. Другие подходящие обычные антиоксиданты, которые могут быть использованы в композитах, включают пространственно неразвитые фонолы, фосфиты и определенные амины.

Технологические добавки могут вноситься в полимерные композиции с известными целями. Так, хотя технологические добавки не обязательно добиваются гомогенности смесей и снижения вязкости, они могут добавляться в композиты для дальнейшего улучшения этих свойств. Например, технологические добавки могут включать, но не ограничиваются, стеаратами металла, такими как стеарат цинка и стеарат алюминия, стеарат солей, стеариновая кислота, полисилоксаны, стеарамид, этилен-бисолиамид, этилен-бистеарамид, их смесями и другими подобными веществами. Технологические добавки при внесении в композиты обычно используются в количествах от 0,1 до 5,0 процентов по весу от общего веса полимерного композита.

Полимерные композиты могут производиться с помощью обычных машин и способов, производящих желаемый конечный полимерный продукт. Композиты могут приготавливаться с помощью одноразового смешения или непрерывного процесса перемешивания, которые хорошо известны в технике. Для перемешивания ингредиентов композиции может использоваться оборудование, такое как, например, смесители Банбури, месильная машина Басса и двойные винтовые экструдеры. В частности, полимерные композиты могут смешиваться и формироваться в гранулы для дальнейшего использования в производстве таких материалов, как изолированные электрические проводники.

Полимерные композиты могут применяться в любом продукте, которому подходят свойства этого полимерного композита. Например, полимерные композиты особенно полезны при изготовлении устройств, проводящих электричество, а именно изолированных электрических проводников, таких как электрические провода, кабели, экраны для силовых электрических кабелей, электрический монтаж. В зависимости от проводимости полимерного композита они могут использоваться, например, в качестве полупроводящего материала или как изолирующий материал в таких проводах и кабелях. Очень желательно, чтобы полупроводящий экран из полимерного композита формировался непосредственно на внутреннем электрическом проводнике как экран проводника или поверх изолирующего материала как связывающийся или легко отслаивающийся экран или как материал внешней оболочки. Такие сажи в определенных полимерных композитах могут быть также использованы в качестве наполнителя в скрученных кабелях либо как проводящий или как непроводящий материал.

В целях обеспечения наглядности на чертеже изображен типичный пример устройства, проводящего электричество, - элемент электрического кабеля. На чертеже показан типичный силовой кабель, состоящий из проводящего сердечника или проводника (например, в виде множества проводящих проволочек), окруженных несколькими защитными слоями. Проводящий сердечник или проводник могут дополнительно содержать наполняющий материал, находящийся между проводящими проволочками, например водоизоляционный материал. Как показано на чертеже, защитные слои включают внешнюю оболочку, экран из металлической ленты и полупроводящий экран, расположенные под оболочкой, изолирующий слой или изоляцию, расположенную под экраном в виде металлической ленты и полупроводящим экраном, и дополнительный полупроводящий экран [экраны], расположенный между проводником и изоляцией.

Когда полиэтиленгликоль используется для обработки сажи, полимерные композиты, содержащие эту обработанную сажу, обладают свойствами, являющимися уникальными и отличающимися от рассмотренных выше, в которых полиэтиленгликоль смешивается непосредственно с полимерным композитом. Эта разница в свойствах может наблюдаться, например, в полимерной композиции, включающей сажу, обработанную полиэтиленгликолем, при сравнении с полимерными композициями, включающими сажу и полиэтиленгликоль, смешанными непосредственно в композиции. Ниже описывается эта разница для полимерного композита, включающего по крайней мере одну полиолефиновую смолу, антиоксидант, отвердитель, сажу и соединение полиэтиленгликоля либо в виде добавки, либо в виде соединения для обработки сажи.

Прямое внесение соединения полиэтиленгликоля в полимерную композицию уменьшает время до 50% отверждения и 90% отверждения (t_c(50) и t_c(90) соответственно). Далее, прямое внесение соединения полиэтиленгликоля снижает время подвулканизации (t_s2) полимерного композита. Дальнейшее увеличение соотношения добавки соединения полиэтиленгликоля ухудшает эти результаты. Однако эти изменения не наблюдаются в полимерном композите, включающем сажу, обработанную соединением полиэтиленгликоля. Увеличенные время отверждения и подвулканизации являются предпочтительными, например, для предотвращения преждевременного отверждения и подвулканизации и, таким образом, предотвращения закупоривания оборудования или сокращения объемов выхода.

Удельное объемное сопротивление полимерных композитов может также неожиданно меняться при использовании соединения полиэтиленгликоля в качестве соединения для обработки сажи. В частности, существует взаимосвязь с уровнем добавки соединений полиэтиленгликоля в качестве гранулирующей добавки сажи. Увеличение соединения полиэтиленгликоля при обработке сажи значительно увеличивает удельное объемное сопротивление полимерного композита выше температурного диапазона в некоторых полимерных системах и при этом уменьшает удельное объемное сопротивление в других полимерных системах. Таким образом, удельное объемное сопротивление оказывается зависимым от содержания смолы. Увеличение уровня соединения полиэтиленгликоля, используемого для обработки сажи, еще больше расширяет эти результаты.

Использование обработанной сажи также влияет на вязкость экструзии в процессе производства полимерных композитов. Например, использование обработанной сажи в полимерных композитах с высокой вязкостью значительно снижает вязкость композита при сохранении объема выпуска. Далее, поскольку во время процесса увеличивается степень сдвига, повышенный уровень соединения полиэтиленгликоля в обработанной саже еще больше снижает вязкость при сохранении объемов выхода. Эти результаты лучше результатов, получаемых при непосредственном внесении соединения полиэтиленгликоля в композицию, благодаря тому, что снижаемая вязкость позволяет увеличить выход или сохранить выход при пониженной степени сдвига.

Более того, при использовании соединения полиэтиленгликоля для обработки сажи наблюдается значительное снижение адгезии полимерного композита с полиэтиленом с поперечными связями. Такое снижение адгезии желательно, поскольку оно облегчает отслаивание полимерного композита от других композитов, с которыми он сцеплен. Например, снижение адгезии в случае электрического кабеля позволяет облегчить отслоение полупроводникового экрана от лежащего под ним изолирующего материала.

На основании данного описания профессионалу в данной области будет ясно, что различные компоненты полимерных композитов, обсуждавшиеся выше, могут быть выбраны и подобраны с тем, чтобы достичь определенного конечного продукта с желаемыми характеристиками. Далее последует более детальное описание изобретения, опираясь на частные случаи его применения, при этом подразумевается, что эти примеры служат только для целей иллюстрации и не ограничивают области применимости изобретения с точки зрения материалов, условий, параметров процесса и т.д., приведенных в описании. Все части и проценты берутся по весу, если не оговорено иначе.

Примеры
Пример 1
Гранулы сажи, обработанной полиэтиленгликолем (ПЭГ), производятся при использовании полиэтиленгликоля в качестве гранулирующей добавки при производстве гранул из сажи в рыхлой форме. В этом примере сажа имеет абсорбционное число дибутилфталата (DBP) 138 cc/100 g и площадь поверхности йода 68 mg/g. Здесь, DBP измеряется в соответствии с ASTM D 2414, а площадь поверхности йода измеряется в соответствии с ASTM D 1510. Сажа комбинируется с водным связующим раствором полиэтиленгликоля (молекулярный вес = 20000) в достаточном количестве для получения обработанной сажи, имеющей 2% полиэтиленгликоля по весу от веса сажи. Сажа и водный связующий раствор смешиваются в непрерывном игольчатом грануляторе со скоростью вращения ротора 1100 об/мин и диапазоном потока массы от 1200 до 1800 фунтов/ч. Гранулы затем высушиваются в нагреваемом вращающемся барабане до содержания влаги ниже 0,6%.

Полученные таким образом гранулы сажи оцениваются на прочность по ASTM D 1937. Гранулы также оценивают на износ, используя модифицированную версию ASTM D 4324, измененную так, чтобы производить уровень пыли после встряхивания образцов гранул сажи в течение пяти и двадцати минут. Результаты этих измерений представлены в табл. 1.

Примеры 2 и 3
Гранулы сажи, обработанной полиэтиленгликолем, приготавливаются как и в примере 1, за исключением того, что молекулярный вес полиэтиленгликоля, содержащегося в водном связующем растворе, равен 35000 (пример 2) и 100000 (пример 3). Проводятся те же самые измерения прочности гранул и их истираемости, как и в примере 1, а результаты приведены в табл. 1.

Сравнительный пример 1
Гранулы сажи приготавливаются по примеру 1 за исключением того, что связующий раствор состоит только из воды, т.е. не содержит полиэтиленгликоля. Проводятся те же измерения прочности гранул и их истираемости, как и в примере 1, а результаты приведены в табл. 1.

Пример 4
Полупроводниковое соединение получено с использованием гранул обработанной полиэтиленгликолем сажи, полученных по параметрам примера 1 выше. Гранулы сажи соединяются с этиленвинилацетатной смолой с помощью экструдера с двойным винтом, типа ZSK. Этиленвинилацетатная смола имеет индекс плавления, равный 3, и содержит 40% винилацетата по весу. Полученное соединение оценивается по вязкости расплава (при степенях сдвига, равных 50 с^-1) и микроскопической дисперсии сажи. Микроскопическая дисперсия сажи оценивается изучением выдавленной ленты полупроводникового соединения на поверхностные дефекты с помощью оптического микроскопа и источника отраженного света. Область дефекта, принадлежащая недиспергировавшей саже, относится ко всей поверхности рассматриваемой ленты. В этом измерении частицы пыли и полимерный гель исключаются. Результаты этих измерений представлены в табл. 2.

Примеры 5 и 6 и сравнительный пример 2
Полупроводниковые материалы приготавливаются как в примере 4, внесением гранул сажи из примеров 2 и 3 и сравнительного примера 1 для приготовления полупроводниковых соединений для примеров 5 и 6 и сравнительного примера 2 соответственно. Проводятся измерения вязкости расплава и микроскопической дисперсии, как и в примере 4. Результаты представлены в табл. 2.

Пример 7
Полупроводниковое соединение примера 4 оценивается на отслоение на изоляционном соединении полиэтилена с поперечными связями. В полупроводниковое соединение примера 4 вносится 1% по весу дикумилпероксида с помощью миксера Брабендера. Температура во время процесса поддерживается ниже 150^oС для минимизации разложения пероксида. Материал затем переносится в нагреваемый гидравлический пресс, поддерживаемый при температуре 130^oС, и получают диск толщиной 1,2 мм. Также приготавливаются диски полиэтилена толщиной 2 мм, содержащие 1% дикумилпероксида. Два диска затем ламинируются под давлением 100 psi и оставляются для цикла отверждения при 180^oС на 15 минут. Соединенные слои затем остывают до температуры 100^oС под давлением. Затем измеряется сила расслоения, приложенная под углом 180^o и со скоростью 100 мм/мин. Испытание проводится 25 раз и вычисляется усредненная сила отслоения, приведенная в табл. 3.

Примеры 8 и 9 и сравнительный пример 3
Аналогично примеру 7, примеры 8 и 9 и сравнительный пример 3 оценивают расслаиваемость полупроводниковых соединений, приготовленных по примерам 5 и 6 и сравнительному примеру 2, соответственно на изолирующем соединении полиэтилена с поперечными связями. Средняя сила отслоения для каждого материала представлена в табл. 3.

Пример 10
Гранулы сажи, обработанной полиэтиленгликолем, получены при использовании полиэтиленгликоля в качестве гранулирующей добавки при получении гранул из сажи в рыхлой форме. В этом примере сажа имеет DBP, равную 143 сс/100 г, и площадь поверхности йода 129 mg/g. Сажа соединяется с водным связующим раствором полиэтиленгликоля (молекулярный вес = 1000), достаточным для получения обработанной сажи с 2% полиэтиленгликоля по весу от сажи. Сажа и водный связующий раствор смешиваются в непрерывном игольчатом грануляторе со скоростью вращения ротора 1000 оборотов в минуту и скоростью потока 850 фунтов в час. Гранулы собираются и высушиваются в воздушной печи при температуре 125^oС до снижения влажности ниже 0,5%.

Полученные таким образом гранулы сажи оцениваются на прочность и истираемость, как описано выше. Результаты этих измерений представлены в табл. 4.

Примеры 11-14
Гранулы сажи, обработанной полиэтиленгликолем, приготавливаются как в примере 10, за исключением того, что молекулярный вес полиэтиленгликоля, содержащегося в водном связующем растворе, равен 8000 (пример 11), 20000 (пример 12), 35000 (пример 13) и 100000 (пример 14). В случае примера 14 связующий раствор содержит полиэтиленгликоль в количестве, достаточном для получения обработанной сажи, имеющей 1% полиэтиленгликоля по весу от сажи. Проводятся такие же измерения прочности и истираемости гранул, что и в примере 10, и результаты сведены в табл. 4.

Сравнительный пример 4
Гранулы сажи приготовлены по примеру 10 за исключением того, что связующий раствор состоит только из воды, т.е. не включает полиэтиленгликоля. Проводятся такие же измерения прочности и истираемости гранул, что и в примере 10, и результаты представлены в табл. 4.

Пример 15
Полупроводниковые соединения готовятся с использованием гранул сажи, обработанной полиэтиленгликолем, как в примере 10, выше. Гранулы сажи по отдельности соединяются с тремя различными полимерами в миксере Брабендера. Соединения содержат 40% сажи и 60% полимера по весу. Три полимера таковы: (1) сополимер этиленвинилацетата, содержащий 40% винилацетата и имеющий индекс плавления 3; (2) сополимер этиленвинилацетата, содержащий 18% винилацетата и имеющий индекс плавления 2,5; и (3) сополимер этиленэтилакрилата, содержащий 18% этилакрилата и имеющий индекс плавления 3,4. Полученные соединения оцениваются на вязкость расплава (при степени сдвига 50 с^-1 и 130^oС), как описано выше. Результаты этих измерений представлены в табл. 5.

Примеры 16-19 и сравнительный пример 5
Полупроводниковые материалы приготовлены как в примере 15, внесением гранул сажи из примеров 11-14 и сравнительного примера 4 для получения полупроводниковых соединений для примеров 16-19 и сравнительного примера 5 соответственно. Проводились те же измерения, что и в примере 15. Результаты представлены в табл. 5.

Все примеры 15-19 показывают, что добавление полиэтиленгликоля при обработке сажи приводит к улучшению дисперсии сажи.

Примеры 20-36 и сравнительный пример 6
Соединения сажи, подходящие для пигментной ультрафиолетовой защиты, приготавливались следующим образом.

Сажа с DBP 145 сс/100 g и поверхностью йода 70 mg/g гранулировалась с помощью различных водных растворов с различной концентрацией полиэтиленгликоля в игольчатом грануляторе, имеющем скорость ротора 1050 об/мин. В случае сравнительного примера 6 сажа гранулировалась с помощью 100% водного раствора без добавления полиэтиленгликоля. Гранулы собирались и сушились в воздушной печи при температуре 125^oС до снижения влажности ниже 0,5%. Гранулы оценивались по прочности в соответствии с ASTM D 1937 и истираемости в соответствии с модифицированной версией ASTM D 4324, как в примере 1. Результаты представлены в табл. 6.

Несколько гранул сажи были затем соединены с полиэтиленом низкой плотности, имеющим индекс плавления 26, для приготовления 40% пигментного концентрированного красителя. Соединения полиэтилена оценивались затем на вязкость плавления при температуре 130^oС и степени сдвига 50 с^-1. Результаты представлены в табл. 6.

Во всех примерах 20-36 внесение полиэтиленгликоля увеличивает прочность гранул и улучшает сопротивление истиранию. Оказалось также, что результаты не зависят от молекулярного веса полиэтиленгликоля. Вязкость маточного раствора сажи также понижается при внесении полиэтиленгликоля как связующего материала. Полиэтиленгликоль позволяет также легче пропускать через экструдер пленки или профили, в которых концентрация сажи достигает от 0,5 до 4,0% в зависимости от конечного применения.

Более того, образцы композита с 2,5% сажи, загружаемые в полиэтилен низкой плотности (ПЭНП), имеющий индекс плавления 0,7, приготовлены для моделирования пленочного применения. Визуальная инспекция образцов показывает качественное улучшение дисперсии сажи.

Примеры 37-38 и сравнительный пример 7
Готовились соединения сажи, подходящие для использования в маточной смеси.

Гранулировалась сажа с DBP 135 сс/100 g и площадью поверхности йода 180 mg/g с применением различных водных растворов, меняющейся концентрации полиэтиленгликоля в игольчатом грануляторе, действующем при скорости ротора 1100 об/мин. Водные растворы примеров 37 и 38 включают полиэтиленгликоль (МВ= 35000) в количестве, достаточном для получения содержания в гранулах сажи на уровне 2 и 16% соответственно. Сравнительный пример 7 использует 100% водный раствор. Гранулы собираются и сушатся в воздушной печи при температуре 125^oС до снижения уровня влаги ниже 0,3%.

Сухие гранулы соединяются затем с полиэтиленом низкой плотности, имеющем индекс плавления 26, для получения маточной смеси, содержащей 40% сажи по весу. Гранулы сажи и полиэтилен низкой плотности смешиваются в миксере Брабендера при начальной температуре 115^oС и скорости 50 об/мин. Соединения полиэтилена затем измеряются на вязкость расплава при 130^oС и степени сдвига 50 с^-1. Результаты представлены в табл. 7.

Примеры 39-40 и сравнительный пример 8
Соединения приготавливаются так же, как в примерах 37-38 и сравнительном примере 7, за исключением того, что исходная сажа имеет DBP 136 сс/100 g и площадь поверхности йода 120 mg/g. Приготавливается и тестируется такой же маточный композит, а результаты представлены в табл. 8.

Примеры 41-45
Приготавливалась сажа, обработанная полиэтиленгликолем, как описано в примере 1, выше. Обработанные образцы сажи готовятся с использованием различного количества полиэтиленгликоля в качестве элемента обработки. В частности, пять образцов сажи готовились с использованием следующих типов и количеств полиэтиленгликоля как обрабатывающего соединения (см. табл. 8.1).

Необходимо заметить, что полиэтиленгликоль с молекулярным весом 100000 известен также как соединение полиэтиленоксида.

Полупроводниковые экраны для использования в электрических кабелях изготавливаются составлением примерно 57 весовых частей сополимера этилен/1-бутен (содержание бутана 15%), около 41 весовой части одной из обработанных саж и 1,5 весовых частей других добавок. Сополимер этилен/1-бутен имеет индекс плавления 27, плотность 0,9 г/см³ и распределение молекулярного веса 2,15. Добавки включают около 0,5% любого антиоксиданта (такого как 1,2-дигидро-2,2,4-триметилквинолин, октадецил 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксигидроциннамат или их смеси) и 1,0% органического пероксидного отвердителя α, α′-бис(трет-бутилперокси)-диизопропилбензол. Специфическое соотношение компонент приведено в табл. 8.2.

Компоненты перемешиваются в миксере Банбури или другом подходящем.

Композиция испытывается на различные физические и электрические характеристики. Данные отверждения определяются измерением изгиба (фунт-дюйм) на дисках композиции с помощью реометра с вибрирующим диском, действующего до 400^oF и 3^o дуги. Нижнее (М_l) и верхнее (М_h) значения изгиба, время подвулканизации (t_s2) и время 50% (t_с(50)) и 90% (t_с(90)), отверждения представлены в табл. 10. Композиция оценивалась также по таким параметрам, как величина удельного объемного сопротивления при различных температурах, предел прочности при растяжении и относительное удлинение, параметры экструзии по Хааку Реокорду. Результаты представлены в табл. 9.

Сравнительные примеры 9-13
Полупроводниковые экраны для использования в изготовлении электрических кабелей изготавливаются аналогично примерам 41-45 выше, за исключением того, что сажа берется необработанная. То есть гранулы сажи получаются из гранулятора сажи с деионизированной водой.

Полупроводниковые экраны для электрических кабелей изготавливаются составлением примерно 57 весовых частей сополимера этилен/1-бутена (этот сополимер используется в примерах 41-45), около 41 весовой части необработанной сажи и около 1,5 частей других добавок. Композиция дополнительно включает полиэтиленгликоль (ПЕГ), добавляемый непосредственно в композицию. В этих сравнительных примерах к композиции добавляются различные количества полиэтиленгликоля различных молекулярных весов. В частности, соотношение компонентов представлено в табл. 8.3.

Здесь все весовые части берутся от веса всей композиции. Компоненты перемешиваются в миксере Банбури или другом подходящем устройстве, как и в примерах 41-45 выше.

Заметим также, что добавки в сравнительных примерах 9-13 те же, что и в примерах 41-45, и присутствуют в тех же количествах. Кроме того, количество полимера, сажи и полиэтиленгликоля те же, что и в примерах 41-43 и 45 и сравнительных примерах 9-11 и 13 соответственно. Необходимо также отметить, что в примере 44 количество используемого полиэтиленгликоля составляет 3% по весу сажи и используется как обрабатывающее соединение для сажи. Сравнительный пример 12 содержит полиэтиленгликоль в количестве 4% по весу сажи и добавляемый прямо в композицию. Далее, как замечено выше, полиэтиленгликоль в примерах 41-45 используется для обработки сажи, в то время как в сравнительных примерах 9-13 он добавляется прямо в композицию.

Результаты таких же испытаний и измерений, что и в примерах 41-45, представлены в табл. 9.

Примеры 46-50
Полупроводниковые экраны для электрических кабелей изготавливаются составлением 48 весовых частей сополимера этилен/винилацетата (с содержанием Винилацетата 50%), порядка 11,08 весовых частей сополимера этилен/октен, около 37 весовых частей одной из обработанных саж, приготовленных в примерах 41-45 выше, и около 3,5 весовых частей других добавок. Сополимер этилен/винилацетат имеет индекс плавления между 7 и 11. Сополимер этилен/октен имеет индекс плавления 31 и плотность 0,87 г/см³. Добавки включают около 0,9% технологической добавки стеариновой кислоты, 0,7% антиоксиданта 1,2-дигидро-2,2,4-триметилквинолин, 1,0% органического пероксидного отвердителя α, α′-бис(трет-бутилперокси)-диизопропилбензол и 0,9% гидроталцит. В частности, соотношение компонентов приведено в табл. 9.1.

Компоненты перемешивались в миксере Банбури.

Проводились испытания и измерения, аналогичные примерам 41-45, и результаты представлены в табл. 10. Кроме того, композиции проверялись на адгезию к полиэтилену с перекрестными связями и результаты также представлены в табл. 10.

Сравнительные примеры 14-18
Полупроводниковые экраны для электрических кабелей приготавливались так же, как и в примерах 46-50 выше, за исключением того, что сажа бралась необработанная. То есть гранулы сажи получались грануляторе с помощью деионизированной воды.

Полупроводниковые экраны для электрических кабелей готовились смешением примерно 48 весовых частей сополимера этилен/винилацетата (с содержанием Винилацетата 50%) и порядка 11 весовых частей сополимера этилен/октен, как в примерах 46-50, около 37 весовых частей необработанной сажи и около 3,5 весовых частей других добавок. Композиция дополнительно включает полиэтиленгликоль (ПЕГ). В этих сравнительных примерах к композиции добавлялось меняющееся количество полиэтиленгликоля с различным молекулярным весом. В частности, соотношение компонентов приведено в табл. 9.2.

Здесь все весовые части брались по отношению к общему весу композиции. Компоненты перемешивались в миксере Банбури, как в примерах 46-50 выше.

Заметим также, что добавки в сравнительных примерах 14-18 те же, что и в примерах 46-50, и в тех же количествах. Кроме этого, количество полимера, сажи и полиэтиленгликоля одинаковы в примерах 46-48 и 50 и сравнительных примерах 14-16 и 18 соответственно. Между примером 49 и сравнительным примером 17 разница заключалась в том, что в примере 49 количество полиэтиленгликоля составляло 3% по весу от веса сажи (и использовалось для ее обработки), а в сравнительном примере 17 оно составляло 4% по весу от сажи и использовалось для непосредственной добавки в композицию. Далее, как замечено выше, полиэтиленгликоль в примерах 46-50 использовался для обработки сажи, в то время как в сравнительных примерах 14-18 добавлялся прямо в композицию.

Проводились те же испытания и измерения, что и в примерах 46-50, а результаты представлены в табл. 10.

Сравнительные примеры 19-20
Следующие полимерные композиты были приготовлены для сравнения результатов, полученных в вышеприведенных примерах и сравнительных примерах с полимерными композициями, не включающими соединение полиэтиленгликоля ни как гранулирующую добавку для обработки сажи, ни как прямое включение в композицию.

Полупроводниковая композиция готовилась как в сравнительных примерах 9-13, за исключением того, что композиция содержит примерно 58 весовых частей сополимера этилен/1-бутен (этот же полимер использовался в примерах 41-45), около 40,5 весовых частей необработанной сажи и около 1,5 весовых частей других добавок. Эта композиция определяется как сравнительный пример 19.

Добавки в сравнительном примере 19 те же, что и в примерах 41-45 и сравнительных примерах 9-13, и внесены в примерно тех же количествах, за исключением соединения полиэтиленгликоля.

Другая полупроводниковая композиция готовилась как в сравнительных примерах 14-18, за исключением того, что композиция содержит примерно 48,9 весовых частей сополимера этилен/винилацетат (с содержанием винилацетата 50%) и 11,24 весовых частей сополимера этилен/октен, использовавшегося в примерах 46-50, около 36,4 весовых частей необработанной сажи и около 3,5 весовых частей других добавок. Эта композиция определяется как сравнительный пример 20.

Добавки в сравнительном примере 19 те же, что и в примерах 46-50 и сравнительных примерах 14-18, и внесены в примерно тех же количествах, за исключением соединения полиэтиленгликоля.

Компоненты каждой композиции смешивались в миксере Банбури или другом подходящем устройстве как и в примерах 41-45 выше. Композиции затем подвергались испытаниям и измерениям, как в примерах 41-45, а результаты представлены в табл. 11.

Для облегчения сравнения результаты сравнительных примеров 9 и 14 примеров 41 и 46 повторены в табл. 11. Табл. 11, таким образом, показывает результаты двух различных полимерных композиций, не содержащих полиэтиленгликоль (сравнительные примеры 19 и 20), композиций, содержащих полиэтиленгликоль в количестве 2% по весу от сажи как прямая добавка к композиции (сравнительные примеры 9 и 14), и композиций, содержащих полиэтиленгликоль в количестве 2% по весу от сажи как агент для обработки сажи (примеры 41 и 46).

Вышеприведенные конструктивные решения предназначены для иллюстрации и не ограничивают настоящего изобретения. Очевидно, что возможны различные модификации, не изменяющие духа и буквы настоящего изобретения, как оно определено в прилагаемой формуле изобретения.

Claims (40)

1. Обработанная сажа, включающая сажу, обработанную полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до около 1000000.

2. Обработанная сажа по п.1, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль используется в количестве от около 0,1% до около 50% по весу от сажи.

3. Обработанная сажа по п.1, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль используется в количестве от около 0,1% до около 20% по весу от сажи.

4. Обработанная сажа по п.1, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль используется в количестве от около 1% до около 10% по весу от сажи.

5. Обработанная сажа по п.1, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль имеет молекулярный вес от более чем 20000 до около 100000.

6. Обработанная сажа по п.1, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль имеет молекулярный вес от около 35000 до около 100000.

7. Обработанная сажа по п.1, отличающаяся тем, что она в гранулированной форме.

8. Способ изготовления обработанной сажи, включающий обработку сажи полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до около 1000000 для производства обработанной сажи.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что полиэтиленгликоль используется в количестве от около 0,1% до около 50% по весу от обработанной сажи.

10. Полимерная композиция, включающая, по крайней мере, один полимер и сажу, обработанную, по крайней мере, одним полиэтиленгликолем с молекулярным весом от около 1000 до около 1000000.

11. Полимерная композиция по п.10, отличающаяся тем, что полимер выбирается из группы, включающей гомополимеры, сополимеры и графтполимеры этилена, эластомеры натуральной резины, полибутадиен, полиизопрен, стринбутадиеновую резину со случайным распределением, полихлоропрен, нитриловую резину, сополимеры и тройные сополимеры этиленпропилена, гомополимеры и сополимеры стирина, линейные полиэтерные и полиэстерные полиолы и с перекрестными связями, кристаллические и аморфные полиэстеры и полиамиды, алкидные смолы, смоляные кислоты, смоляные эфиры, углеводородные смолы, полученные с помощью термической полимеризации Фридал Крафтса циклических диенмономеров, сополимеры этилен/силан, тройные полимеры этилен/а-олефин/диен, и углеводородные масла, а также их смеси.

12. Полимерная композиция по п.10, отличающаяся тем, что полимер является полимером, сополимером или тройным полимером, содержащим, по крайней мере, полиолефин.

13. Полимерная композиция по п.10, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль имеет молекулярный вес от больше чем 20000 до около 10000.

14. Полимерная композиция по п.10, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль имеет молекулярный вес от около 35000 до около 100000.

15. Полимерная композиция по п.10, отличающаяся тем, что полиэтиленгликоль используется в количестве от около 0,1% до около 50% по весу от обработанной сажи.

16. Полимерная композиция по п.10, отличающаяся тем, что обработанная сажа используется в количестве от около 0,1% до около 50% по весу от композиции.

17. Полимерная композиция по п.10, отличающаяся тем, что она дополнительно включает, по крайней мере, одну добавку, выбранную из группы, включающей агенты, создающие перекрестные связи, вулканизирующие агенты, стабилизаторы, антиоксиданты, технологические добавки, пигменты, красители, цветовые добавки, деактиваторы металла, масляные наполнители, смазочные материалы и органические наполнители.

18. Полимерная композиция по п.12, отличающаяся тем, что полимер является сополимером этилена с, по крайней мере, одним мономером, выбранным из группы, включающей винилацетат, алкилакрилаты, С₁-С₈ алкилметакрилаты и альфаолефины.

19. Полимерная композиция по п.18, отличающаяся тем, что сополимер этилена является сополимером этилен/винилацетат, содержащим винилацетат в количестве от около 5 до около 80 мол.%.

20. Полимерная композиция по п.18, отличающаяся тем, что сополимер этилена является этиленом, сополимеризованным с одним из метилакрилатов, этилакрилатов и бутилакрилатов.

21. Полимерная композиция по п. 20, отличающаяся тем, что сополимер этилена содержит алкилакрилат в количестве от около 5 до около 80 мол.%.

22. Полимерная композиция по п. 18, отличающаяся тем, что сополимер этилена является этиленом, сополимеризованным с альфаолефином, выбранным из группы, включающей, пропен, бутен, гексен и октен и сополимер этилена содержит этилен в количестве от около 25 до около 98 мол.%.

23. Полимерная композиция по п. 18, отличающаяся тем, что композиция включает от около 30 до около 80 вес. ч. сополимера этилена и от около 12 до около 50 вес.% обработанной сажи, взятых от общего веса композиции.

24. Полимерная композиция по п.23, отличающаяся тем, что обработанная сажа является сажей, обработанной полиэтиленгликолем в количестве от около 1% до около 10% по весу обработанной сажи.

25. Полимерная композиция по п. 23, отличающаяся тем, что она также включает, по крайней мере, одну добавку, выбранную из группы, включающей структурирующие агенты, вулканизирующие агенты, стабилизаторы, антиоксиданты, технологические добавки, пигменты, красители, цветовые добавки, деактиваторы металла, масляные наполнители, смазывающие вещества и органические наполнители.

26. Полимерная композиция по п.23, отличающаяся тем, что она также включает сополимер этилен/октен в количестве от около 2% до около 30% по весу от веса композиции.

27. Полимерная композиция по п. 18, отличающаяся тем, что композиция включает от около 40 до около 90 вес.ч. сополимера этилен/альфаолефин и от около 10 до около 50 вес.ч. обработанной сажи, взятых от общего веса композиции.

28. Полимерная композиция по п.27, отличающаяся тем, что сополимер этилен альфаолефин является сополимером этилен бутен.

29. Полимерная композиция по п.27, отличающаяся тем, что сополимер этилен альфаолефин является сополимером этилен/пропилен.

30. Полимерная композиция по п.27, отличающаяся тем, что обработанная сажа является сажей, обработанной полиэтиленгликолем в количестве от около 1% до около 10% по весу обработанной сажи.

31. Полимерная композиция по п.27, отличающаяся тем, что она также включает, по крайней мере, одну добавку, выбранную из группы, включающей структурирующие агенты, вулканизирующие агенты, стабилизаторы, антиоксиданты, технологические добавки, пигменты, красители, цветовые добавки, деактиваторы металла, масляные наполнители, смазывающие вещества и органические наполнители.

32. Устройство, проводящее электричество, включающее изолирующий материал, электрический проводник и полимерную композицию по п.10.

33. Устройство, проводящее электричество, по п.32, отличающееся тем, что полимерная композиция соединена с электрическим проводником.

34. Устройство, проводящее электричество, по п.32, отличающееся тем, что полимерная композиция соединена с изолирующим материалом.

35. Устройство, проводящее электричество, по п.32, отличающееся тем, что полимерная композиция покрывает изолирующий материал и может удаляться отслоением от изолирующего материала.

36. Устройство, проводящее электричество, по п.32, отличающееся тем, что электрический проводник включает множество проводящих проволочек и полимерная композиция образует заполняющий материал между ними.

37. Устройство, проводящее электричество, по п.32, отличающееся тем, что полимерная композиция образует внешнюю оболочку указанного устройства.

38. Устройство, проводящее электричество, по п.32, отличающееся тем, что оно выполнено в виде электрического кабеля.

39. Экран для силового электрического кабеля, включающий полимерную композицию по п. 10, в котором композиция включает обработанную сажу в количестве, достаточном для придания полупроводящих свойств композиции.

40. Экран для силового электрического кабеля, включающий полимерную композицию по п. 10, в котором композиция включает обработанную сажу в количестве, достаточном малом, чтобы не изменять изолирующих свойств изолирующего материала.

Images