WO2021100288A1 - 樹脂組成物、無機充填剤群、直流電力ケーブル、および直流電力ケーブルの製造方法 - Google Patents

樹脂組成物、無機充填剤群、直流電力ケーブル、および直流電力ケーブルの製造方法 Download PDF

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resin composition
group
hydrophobic
base resin
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康平 細水
山崎 孝則
関口 洋逸
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住友電気工業株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to resin compositions, inorganic filler groups, DC power cables, and methods for manufacturing DC power cables.
  • This application claims priority based on the Japanese application "Japanese Patent Application No. 2019-207918” filed on November 18, 2019, and incorporates all the contents described in the Japanese application.
  • DC power cables solid-insulated DC power cables
  • an inorganic filler may be added to the resin composition constituting the insulating layer in order to suppress the leakage current during power application (for example, Patent Document 1).
  • a group of inorganic fillers added to a base resin containing polyolefin.
  • a group of inorganic fillers comprising the above is provided.
  • An insulating layer provided so as to cover the outer periphery of the conductor, With the insulating layer is Base resin containing polyolefin and An inorganic filler (A) having an aminosilyl group containing an amino group on at least a part of the surface, An inorganic filler (B) having a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group on at least a part of the surface, A DC power cable composed of a resin composition comprising the above is provided.
  • a step of forming an insulating layer so as to cover the outer periphery of the conductor using the resin composition, and With The step of preparing the resin composition is A step of surface-treating the inorganic filler (A) with an aminosilane coupling agent containing an amino group, and A step of surface-treating the inorganic filler (B) with a hydrophobic silane coupling agent containing a hydrophobic group, and Have,
  • An aminosilyl group containing the amino group derived from the aminosilane coupling agent is bonded to at least a part of the surface of the inorganic filler (A).
  • the step of surface-treating the inorganic filler (B) Provided is a method for producing a DC power cable in which a hydrophobic silyl group containing the hydrophobic group derived from the hydrophobic silane coupling agent is bonded to at least a part of the surface of the inorganic filler (B).
  • An object of the present disclosure is to provide a technique capable of improving the insulating property of an insulating layer.
  • the insulating property of the insulating layer can be improved.
  • the inorganic filler added to the insulating layer may be surface-treated with a silane coupling agent. Thereby, the compatibility of the inorganic filler with the base resin can be improved.
  • the present inventors evaluated the insulating property of the insulating layer by changing the substituent in the silane coupling agent used for the surface treatment of the inorganic filler. As a result, it was found that the insulating property of the insulating layer depends on the substituent of the silane coupling agent used for the surface treatment of the inorganic filler. Furthermore, it has been found that the insulating property of the insulating layer can be improved by using two kinds of inorganic fillers surface-treated with different silane coupling agents.
  • the resin composition according to one aspect of the present disclosure is Base resin containing polyolefin and An inorganic filler (A) having an aminosilyl group containing an amino group on at least a part of the surface, An inorganic filler (B) having a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group on at least a part of the surface, To be equipped. According to this configuration, it is possible to stably improve the insulating property of the insulating layer.
  • the surface of the inorganic filler (A) is With the aminosilyl group Hydrophobic silyl groups including hydrophobic groups and Have. According to this configuration, the insulating property of the insulating layer can be remarkably improved.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base resin. According to this configuration, by setting the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) to 0.1 parts by mass or more, the space charge can be sufficiently trapped in the inorganic filler. Can be done.
  • the moldability of the resin composition is improved, and the inorganic filler in the insulating layer 130 is used. Dispersibility can be improved.
  • the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) are magnesium oxide, silicon dioxide, zinc oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, carbon black, and a mixture of two or more of these. Including at least one of them. According to this configuration, when the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) contain the above-mentioned materials, the insulating property of the insulating layer can be stably improved.
  • the volumetric resistance of the base resin, the inorganic filler (A), and the resin composition having the inorganic filler (B) is a resin composition having only the base resin and the inorganic filler (A) having a content of N. It is higher than the volume resistance of the object and higher than the volume resistance of the resin composition having only the base resin and the inorganic filler (B) having a content of N. According to this configuration, it is possible to obtain a DC power cable having improved insulation of the insulating layer.
  • the base resin contains low density polyethylene and contains
  • the temperature is 90 ° C. and the DC electric field is 75 kV / mm.
  • the volume resistivity of the sheet of the resin composition measured under the above conditions is 3.7 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm or more. According to this configuration, it is possible to obtain a DC power cable having improved insulation of the insulating layer.
  • the base resin contains a thermoplastic elastomer in which ethylene propylene rubber or ethylene propylene diene rubber is dispersed or copolymerized with polyethylene or polypropylene.
  • the temperature is 90 ° C. and the DC electric field is 75 kV / mm.
  • the volume resistivity of the sheet of the resin composition measured under the above conditions is 2.0 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm or more. According to this configuration, it is possible to obtain a DC power cable having improved insulation of the insulating layer.
  • the group of inorganic fillers includes A group of inorganic fillers added to a base resin containing polyolefin.
  • the DC power cable according to still another aspect of the present disclosure is With the conductor An insulating layer provided so as to cover the outer periphery of the conductor, With The insulating layer is Base resin containing polyolefin and An inorganic filler (A) having an aminosilyl group containing an amino group on at least a part of the surface, An inorganic filler (B) having a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group on at least a part of the surface, It is composed of a resin composition comprising. According to this configuration, it is possible to stably improve the insulating property of the insulating layer.
  • a step of forming an insulating layer so as to cover the outer periphery of the conductor using the resin composition, and With The step of preparing the resin composition is A step of surface-treating the inorganic filler (A) with an aminosilane coupling agent containing an amino group, and A step of surface-treating the inorganic filler (B) with a hydrophobic silane coupling agent containing a hydrophobic group, and Have,
  • An aminosilyl group containing the amino group derived from the aminosilane coupling agent is bonded to at least a part of the surface of the inorganic filler (A).
  • a hydrophobic silyl group containing the hydrophobic group derived from the hydrophobic silane coupling agent is bonded to at least a part of the surface of the inorganic filler (B). According to this configuration, it is possible to stably improve the insulating property of the insulating layer.
  • the resin composition of the present embodiment is a material constituting the insulating layer 130 of the DC power cable 10 described later, and includes, for example, a base resin, an inorganic filler group, and other additives. Includes.
  • the base resin refers to a resin component that constitutes the main component of the resin composition.
  • the base resin of this embodiment contains, for example, polyolefin.
  • the polyolefin constituting the base resin include polyethylene, polypropylene, ethylene- ⁇ -olefin copolymer, and thermoplastic in which ethylene propylene rubber (EPR) or ethylene propylene diene rubber (EPDM) is dispersed or copolymerized with polyethylene or polypropylene.
  • EPR ethylene propylene rubber
  • EPDM ethylene propylene diene rubber
  • TPO Thermoplastic Elastomer
  • polyethylene constituting the base resin examples include low-density polyethylene (LDPE), medium-density polyethylene (MDPE), and high-density polyethylene (HDPE). Further, these polyethylenes may be, for example, either linear or branched. By using polyethylene as the base resin and adding the inorganic filler group described later, it is possible to obtain the insulating layer 130 which is flexible and has a relatively high volume resistivity.
  • LDPE low-density polyethylene
  • MDPE medium-density polyethylene
  • HDPE high-density polyethylene
  • the base resin by using TPO as the base resin and adding the inorganic filler group described later, polyethylene is used as the base resin and by adding the inorganic filler group described later, it is flexible and has excellent heat resistance. Moreover, the insulating layer 130 having a high volume resistivity can be obtained.
  • the inorganic filler group is a group containing a plurality of types of inorganic powders added to the insulating layer 130.
  • the "inorganic filler group” does not mean that a plurality of types of inorganic fillers are aggregated.
  • the inorganic filler group acts to suppress the injection of electric charge from the conductor 110 into the insulating layer 130, for example. Thereby, the insulating property of the insulating layer 130 can be improved.
  • the inorganic fillers ((A) and (B) described later) constituting the inorganic filler group include, for example, magnesium oxide, silicon dioxide, zinc oxide, aluminum oxide, titanium oxide, zirconium oxide, carbon black, and these. It contains at least one of a mixture of two or more of them.
  • Examples of the method for forming magnesium oxide as an inorganic filler include a vapor phase method in which Mg vapor and oxygen are brought into contact with each other, or a seawater method in which magnesium oxide is formed from a seawater raw material.
  • the method for forming the inorganic filler in the present embodiment may be either a vapor phase method or a seawater method.
  • silicon dioxide as an inorganic filler examples include at least one of fumed silica, colloidal silica, precipitated silica, and explosive method silica. Among these, fumed silica is preferable as the silicon dioxide.
  • At least a part of the inorganic filler is surface-treated with a silane coupling agent.
  • the inorganic filler group of the present embodiment includes, for example, the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B).
  • the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) are surface-treated with, for example, different silane coupling agents.
  • the inorganic filler (A) is surface-treated with, for example, an aminosilane coupling agent containing an amino group.
  • the aminosilane coupling agent is represented by, for example, the following formula (1).
  • R 1 represents a monovalent hydrocarbon group containing at least one of a primary amino group, a secondary amino group, a tertiary amino group, an acid neutralizing group of an amino group, and a quaternary ammonium base.
  • X represents a monovalent hydrolyzable group, and n represents an integer of 1 to 3. When n is 2 or more, a plurality of R 1s may be the same or different.
  • Examples of the monovalent hydrolyzable group as X include an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms and a halogen group.
  • aminosilane coupling agent examples include 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, and N- ( 2-Aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethylbutylidene) propylamine , N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-methyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-ethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N-butyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N , N-dimethyl-3
  • the hydrolyzable group of the silane coupling agent is hydrolyzed to generate a silanol group.
  • the silanol group forms a hydrogen bond with the hydroxyl group on the surface of the inorganic filler and further causes a dehydration condensation reaction.
  • a predetermined silyl group strongly covalently bonded is formed on the surface of the inorganic filler.
  • the inorganic filler (A) is surface-treated with the above-mentioned aminosilane coupling agent, so that at least a part of the surface of the inorganic filler (A) is derived from, for example, the aminosilane coupling agent ( It has an aminosilyl group containing an amino group (derived by an aminosilane coupling agent). In other words, an aminosilyl group is attached to at least a part of the surface of the inorganic filler (A).
  • the insulating property of the insulating layer 130 can be improved by adding the inorganic filler (A) having an aminosilyl group to at least a part of the surface.
  • the mechanism by which the insulating property of the insulating layer 130 is improved by adding the inorganic filler (A) having an aminosilyl group to at least a part of the surface is not clear in detail, but for example, the following mechanism can be considered. .. Since at least a part of the surface of the inorganic filler (A) has an aminosilyl group, when the inorganic fillers (A) are adjacent to each other, the amino groups on the surface of the inorganic filler (A) are electrostatically repelled. It is possible to improve the dispersibility of the inorganic filler (A) in the resin composition. As a result, it is considered that the insulating property of the insulating layer 130 can be improved.
  • aminosilyl group containing an amino group derived from an aminosilane coupling agent is represented by, for example, the following formula (2).
  • R 1 is a monovalent hydrocarbon containing at least one of a primary amino group, a secondary amino group, a tertiary amino group, an acid neutralizing group of an amino group, and a quaternary ammonium base, as described above. It represents a hydrogen group, and n represents an integer of 1 to 3. When n is 2 or more, a plurality of R 1s may be the same or different.
  • the s and t of the bonders are 0 or 1 is represented, and the sum of n, s and t is 3.
  • At least one bond other than the bond having R 1 is bonded to the inorganic filler (A) via an oxygen atom. All the binding hands other than the binding hand having R 1 may be bonded to the inorganic filler (A), and at least one binding hand other than the binding hand having R 1 is bonded to the inorganic filler (A). You don't have to. When at least one bond other than the bond having R 1 is not bonded to the inorganic filler (A), the bond not bonded to the inorganic filler (A) is a hydroxyl group or a hydrolyzable group. May have.
  • the number of carbon atoms of the hydrocarbon group R 1 comprising an amino group is, for example, is preferably 3 to 12.
  • the aminosilyl group can be made bulky, and steric hindrance can be caused on the surface of the inorganic filler (A).
  • the effect of electrostatic repulsion between amino groups can be efficiently generated.
  • the number of carbon atoms of R 1 is more than 12, the alkyl chain length becomes very long and the degree of freedom of movement of the methylene chain increases. Therefore, the influence of steric hindrance may be excessively generated.
  • the amount of modification with the aminosilane coupling agent or the like may decrease.
  • the number of carbon atoms of R 1 to 12 or less it is possible to suppress an excessively long alkyl chain length and an excessive increase in the degree of freedom of movement of the methylene chain. Thereby, the excessive influence of steric hindrance can be suppressed. As a result, it is possible to suppress a decrease in the amount of modification due to the aminosilane coupling agent or the like.
  • the inorganic filler (B) is also surface-treated with, for example, a hydrophobic silane coupling agent having a hydrophobic group.
  • a hydrophobic silane coupling agent as used herein means a silane coupling agent that imparts hydrophobicity to an inorganic filler.
  • hydrophobic silane coupling agent examples include at least one of silazane, alkoxysilane, and halogenated silane having a hydrophobic group.
  • Cilazan (disilazan) having a hydrophobic group is represented by, for example, the following formula (3).
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted by halogen, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted by halogen, and 2 carbon atoms which may be substituted by halogen. It represents at least one of an alkenyl group having up to 20 or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms which may be substituted with a halogen or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen.
  • R Reference numeral 2 is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, or a phenyl group. A plurality of R 2s may be the same or different.
  • examples of the silazane having a hydrophobic group include hexamethyldisilazane (HMDS), hexaethyldisilazane, hexapropyldisilazane, hexabutyldisilazane, hexapentyldisilazane, hexahexyldisilazane, and hexa.
  • HMDS hexamethyldisilazane
  • hexaethyldisilazane hexapropyldisilazane
  • hexabutyldisilazane hexapentyldisilazane
  • hexahexyldisilazane At least one of cyclohexyldisilazane, hexaphenyldisilazane, divinyltetramethyldisilazane, dimethyltetravinyld
  • the alkoxysilane or halogenated silane having a hydrophobic group is represented by, for example, the following formula (4).
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted by halogen, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms which may be substituted by halogen, and 2 carbon atoms which may be substituted by halogen.
  • Y represents at least one of an alkenyl group having up to 20 or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms which may be substituted with a halogen or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may be substituted with a halogen. It represents a monovalent hydrolyzable group, and m represents an integer of 1 to 3. When m is 2 or more, a plurality of R 2s may be the same or different.
  • the monovalent hydrolyzable group as Y is, for example, an alkoxy group having 1 to 3 carbon atoms or a halogen group.
  • examples of the alkoxysilane having a hydrophobic group include methyltrimethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, phenyltrimethoxysilane, diphenyldimethoxysilane, o-methylphenyltrimethoxysilane, and p-methylphenyltrimethoxysilane.
  • n-Butyltrimethoxysilane iso-butyltrimethoxysilane, hexyltrimethoxysilane, n-octyltrimethoxysilane (trimethoxyn-octylsilane), decyltrimethoxysilane, dodecyltrimethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, methyltri At least one of ethoxysilane, dimethyldiethoxysilane, phenyltriethoxysilane, diphenyldiethoxysilane, iso-butyltriethoxysilane, decyltriethoxysilane, vinyltriethoxysilane, ⁇ -chloropropyltrimethoxysilane, etc. Be done.
  • halogenated silane having a hydrophobic group examples include at least one of methyltrichlorosilane, dichlorodimethylsilane, trimethylchlorosilane, phenyltrichlorosilane, diphenyldichlorosilane, tert-butyldimethylchlorosilane, vinyltrichlorosilane and the like. Be done.
  • the hydrophobic silane coupling agent is not limited to the above-mentioned silane coupling agent as long as it has a hydrophobic group, and may be a silane coupling agent other than the above-mentioned silane coupling agent.
  • the inorganic filler (B) is surface-treated with the above-mentioned hydrophobic silane coupling agent, so that at least a part of the surface of the inorganic filler (B) is, for example, a hydrophobic silane coupling agent. It has a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group derived from (derived by a hydrophobic silane coupling agent). In other words, a hydrophobic silyl group is attached to at least a part of the surface of the inorganic filler (B).
  • the inorganic filler (A) having an aminosilyl group on at least a part of the surface but also the inorganic filler (B) having a hydrophobic silyl group on at least a part of the surface is added to insulate.
  • the insulating property of the layer 130 can be stably improved.
  • the mechanism by which the insulating property of the insulating layer 130 is stably improved by adding both the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is not clear in detail. However, at least one of (i) the effect of suppressing aggregation due to the hydrogen bond of the amino group during production and (ii) the effect of capturing both positive and negative charges during charging can be obtained. it is conceivable that. The details of the mechanism will be described later.
  • a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group derived from a hydrophobic silane coupling agent is represented by, for example, the following formula (5).
  • R 2 is an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted by halogen, an alkoxy group having 1 to 12 carbon atoms which may be substituted by halogen, and 2 carbon atoms which may be substituted by halogen.
  • M represents at least one of an alkenyl group of to 12 or an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms which may be substituted by halogen or an aryl group having 6 to 12 carbon atoms which may be substituted by halogen. It represents an integer of 1 to 3. When m is 2 or more, a plurality of R 2s may be the same or different.
  • U and v of the bonder represent 0 or 1, and m, u And v are 3 in total.
  • the number of carbon atoms in the hydrophobic radical R 2 is, for example, preferably as described above is 12 or less.
  • R 2 has more than 12 carbon atoms like a long-chain alkyl group, the viscosity of the resin composition may increase and the fluidity may decrease. Further, when the number of carbon atoms exceeds 12, the number of hydrophobic silyl groups bonded to the surface of the inorganic filler (B) may decrease due to steric hindrance.
  • the number of carbon atoms to 12 or less it is possible to suppress an increase in the viscosity of the resin composition and suppress a decrease in fluidity. Further, by setting the number of carbon atoms to 12 or less, it is possible to suppress a decrease in the number of hydrophobic silyl groups bonded to the surface of the inorganic filler (B) due to steric hindrance.
  • At least one bond other than the bond having R 2 is bonded to the inorganic filler (B) via an oxygen atom. All bonds other than the bond having R 2 may be bonded to the inorganic filler (B), or at least one bond other than the bond having R 2 is bonded to the inorganic filler (B). You don't have to. When at least one bond other than the bond having R 2 is not bonded to the inorganic filler (B), the bond not bonded to the inorganic filler (B) is a hydroxyl group or a hydrolyzable group. May have.
  • the hydrophobic silyl group bonded to the inorganic filler (B) is appropriately selected depending on, for example, the material of the inorganic filler (B), the type of the base resin, the type of the aminosilyl group of the inorganic filler (A), and the like. be able to.
  • the inorganic filler surface treated by HMDS as a hydrophobic silane coupling agent (B) it is possible to couple the three R 2 for one Si. Thereby, the hydrophobicity of the inorganic filler (B) can be improved.
  • a plurality of binders other than the binder having R 2 are bound to the inorganic filler (B). be able to. This makes it possible to strengthen the bond of the hydrophobic silyl group to the inorganic filler (B).
  • the volume average particle diameter (MV: Mean Volume Diameter) of each of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is not particularly limited, but is, for example, 1 ⁇ m or less, preferably 1 ⁇ m or less. , 700 nm or less, more preferably 100 nm or less.
  • the effect of suppressing the local accumulation of space charges in the insulating layer 130 can be stably obtained. Can be done. Further, by setting the volume average particle diameter of each of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) to 700 nm or less, preferably 100 nm or less, local accumulation of space charges in the insulating layer 130 is suppressed. The effect can be obtained more stably.
  • the lower limit of the volume average particle diameter of each of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is not particularly limited. However, from the viewpoint of stably forming each of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B), the volume average particle diameter of each of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is, for example, It is 1 nm or more, preferably 5 nm or more.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) in the resin composition is, for example, 0.1 part by mass or more and 5 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the base resin. It is less than a part by mass.
  • the space charge can be sufficiently trapped in the inorganic filler.
  • the moldability of the resin composition is improved, and the inorganic filler in the insulating layer 130 is used. Dispersibility can be improved.
  • the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) by adding both the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B), even if the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is small, , The insulating property of the insulating layer 130 can be stably improved.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) in the resin composition is preferably 1 part by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base resin. .. As described above, even if the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is 1 part by mass or less, the insulating property of the insulating layer 130 can be stably improved.
  • the manufacturing process of the DC power cable 10 described later can be stably performed.
  • the mechanical properties of the insulating layer 130 can be improved.
  • the ratio of the content of the inorganic filler (B) to the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is For example, it is 0.1 or more and 0.9 or less.
  • the content ratio B / (A + B) is set to 0.1 or more, (i) the effect of suppressing aggregation due to hydrogen bonds of amino groups during production, and (ii) positive and negative charges during charging. At least one of the two capture effects can be sufficiently obtained.
  • the content ratio B / (A + B) to 0.9 or less, the effect of electrostatic repulsion between the amino groups of the inorganic filler (A) can be sufficiently obtained.
  • the resin composition may not be crosslinked or may be crosslinked when forming the insulating layer 130. In either case, the effect of improving the insulating property of the insulating layer 130 can be obtained by adding both the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B).
  • the resin composition contains, for example, an organic peroxide as a crosslinking agent.
  • organic peroxide include dicumyl peroxide, t-butyl dicumyl peroxide, di (t-butyl peroxide), and 2,5-dimethyl-2,5-di (t-butylperoxy) hexane. , 1,3-Bis (t-butylperoxyisopropyl) benzene, 4,4-bis [(t-butyl) peroxy] butyl pentanate, 1,1-bis (1,1-dimethylethylperoxy) cyclohexane, etc. Can be mentioned. Two or more of these may be used in combination.
  • the resin composition may further contain, for example, an antioxidant and a lubricant.
  • antioxidants examples include 2,2-thio-diethylenebis [3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate] and pentaerythrityl-tetrax [3- (3,5). -Di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate], octadecyl 3- (3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate, 2,4-bis-[(octylthio) methyl] -o -Cresol, 2,4-bis- (n-octylthio) -6- (4-hydroxy-3,5-di-t-butylanilino) -1,3,5-triazine, bis [2-methyl-4- ⁇ Examples thereof include 3-n-alkyl (C12 or C14) thiopropionyloxy ⁇ -5-t-butylphenyl] sulfide, and 4,4'-thiobis (3-methyl-6-
  • the lubricant acts to suppress the aggregation of the inorganic filler and improve the fluidity of the resin composition during extrusion molding of the insulating layer 130.
  • a known material can be used as the lubricant of this embodiment.
  • the resin composition may further contain, for example, a colorant.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the DC power cable according to the present embodiment.
  • the DC power cable 10 of the present embodiment is configured as a so-called solid-insulated DC power cable (DC transmission cable), and includes, for example, a conductor 110, an internal semiconductive layer 120, an insulating layer 130, and an external semiconductive layer 140. It has a shielding layer 150 and a sheath 160.
  • DC transmission cable DC transmission cable
  • the conductor 110 is formed by twisting a plurality of conductor core wires (conductive core wires) including, for example, pure copper, a copper alloy, aluminum, or an aluminum alloy.
  • the internal semi-conductive layer 120 is provided so as to cover the outer periphery of the conductor 110. Further, the internal semi-conductive layer 120 has semi-conductive property and is configured to suppress electric field concentration on the surface side of the conductor 110.
  • the internal semi-conductive layer 120 is conductive with at least one of, for example, an ethylene-ethyl acrylate copolymer, an ethylene-methyl acrylate copolymer, an ethylene-butyl acrylate copolymer, and an ethylene-vinyl acetate copolymer. Contains carbon black and.
  • the insulating layer 130 is provided so as to cover the outer periphery of the inner semi-conductive layer 120, and is composed of the above-mentioned resin composition. As described above, the insulating layer 130 may not be crosslinked, or may be crosslinked by heating the resin composition of the present embodiment after extrusion molding.
  • the outer semi-conductive layer 140 is provided so as to cover the outer periphery of the insulating layer 130. Further, the external semi-conductive layer 140 has semi-conductive property and is configured to suppress electric field concentration between the insulating layer 130 and the shielding layer 150.
  • the outer semi-conductive layer 140 is made of, for example, the same material as the inner semi-conductive layer 120.
  • the shielding layer 150 is provided so as to cover the outer periphery of the outer semi-conductive layer 140.
  • the shielding layer 150 is configured by, for example, winding a copper tape, or is configured as a wire shield in which a plurality of annealed copper wires or the like are wound.
  • a tape made of a rubberized cloth or the like may be wound around the inside or outside of the shielding layer 150.
  • the sheath 160 is provided so as to cover the outer periphery of the shielding layer 150.
  • the sheath 160 is made of, for example, polyvinyl chloride or polyethylene.
  • the inorganic filler (A) having an aminosilyl group on at least a part of the surface and the inorganic filler (B) having a hydrophobic silyl group on at least a part of the surface By adding, to the insulating layer 130, for example, the following insulating properties can be obtained.
  • the volumetric resistance of the insulating layer 130 composed of the resin composition of the present embodiment is, for example, , A resin composition having a volume resistance higher than that of the resin composition having only the base resin and the inorganic filler (A) having the content N, and having only the base resin and the inorganic filler (B) having the content N. Higher than volumetric resistance.
  • the temperature is 90 ° C. and DC electric current is applied.
  • the volume resistivity of the sheet of the insulating layer 130 measured under the condition of a field of 75 kV / mm is, for example, 3.7 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm or more, preferably 5.0 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm or more.
  • the temperature is 90 ° C.
  • the volume resistivity of the sheet of the insulating layer 130 measured under the condition of a DC electric field of 75 kV / mm is, for example, 2.0 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm or more, preferably 3.7 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm or more. ..
  • the upper limit of the volume resistivity of the insulating layer 130 is not limited because the higher it is, but the upper limit of the volume resistivity of the insulating layer 130 due to the optimization of each condition is, for example. It is about 1 ⁇ 10 17 ⁇ ⁇ cm.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) in the resin composition of the present embodiment is 1 part by mass or less, preferably 0 parts by mass, based on 100 parts by mass of the base resin.
  • the elongation at break of the resin composition can be set to, for example, 500% or more and 600% or less.
  • the "elongation rate at break" referred to here is measured in accordance with JIS C3005.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) exceeds 1 part by mass, the elongation at break of the resin composition is less than 500%.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) in the resin composition of the present embodiment is 1 part by mass or less, preferably 1 part by mass or less, based on 100 parts by mass of the base resin.
  • the residual rate (change rate) of the elongation at break of the insulating layer 130 after aging at 135 ° C. for 168 hours can be set to, for example, 80% or more.
  • the "elongation rate at break” referred to here is measured in accordance with JIS C3005 in the same manner as described above. Further, the "residual rate (%) of the elongation at break of the insulating layer 130" is determined by the elongation at break after aging / the elongation at break before aging x 100.
  • the specific dimensions of the DC power cable 10 are not particularly limited, but for example, the diameter of the conductor 110 is 5 mm or more and 60 mm or less, and the thickness of the internal semiconductive layer 120 is 1 mm or more and 3 mm or less.
  • the thickness of the insulating layer 130 is 1 mm or more and 35 mm or less, the thickness of the external semi-conductive layer 140 is 1 mm or more and 3 mm or less, the thickness of the shielding layer 150 is 1 mm or more and 5 mm or less, and the thickness of the sheath 160.
  • the width is 1 mm or more.
  • the DC voltage applied to the DC power cable 10 of the present embodiment is, for example, 20 kV or more.
  • the manufacturing process of the DC power cable 10 of the present embodiment includes, for example, a resin composition preparation step S100, a conductor preparation step S200, a cable core forming step (extrusion step) S300, a shielding layer forming step S400, and a sheath forming step. It has S500 and.
  • the resin composition preparation step S100 includes, for example, a surface treatment step S120 and a mixing step S140.
  • the surface treatment step S120 includes, for example, an inorganic filler (A) surface treatment step S122 and an inorganic filler (B) surface treatment step S124.
  • the inorganic filler (A) is surface-treated with an aminosilane coupling agent. Thereby, an aminosilyl group containing an amino group derived from the aminosilane coupling agent can be bonded to at least a part of the surface of the inorganic filler (A).
  • the method of surface-treating the inorganic filler (A) with the aminosilane coupling agent may be a dry method or a wet method.
  • a dry method for example, while stirring the inorganic filler (A) in a stirrer such as a Henschel mixer, a solution containing a silane coupling agent is dropped into the stirrer or sprayed by spraying.
  • the wet method for example, the inorganic filler (A) is added to a predetermined solvent to form a slurry, and a silane coupling agent is added into the slurry.
  • the treated inorganic filler (A) After surface treatment with an aminosilane coupling agent, the treated inorganic filler (A) is appropriately dried.
  • the inorganic filler (B) is surface-treated with a hydrophobic silane coupling agent.
  • a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group derived from the hydrophobic silane coupling agent can be bonded to at least a part of the surface of the inorganic filler (B).
  • the method of surface-treating the inorganic filler (B) with a hydrophobic silane coupling agent may be a dry method or a wet method.
  • the treated inorganic filler (B) is appropriately dried.
  • the volume average particle size of each inorganic filler may be adjusted by performing a predetermined pulverization treatment.
  • the volume average particle diameter of each inorganic filler is set to, for example, 1 ⁇ m or less, preferably 700 nm or less, and more preferably 100 nm or less.
  • the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) are mixed at the same time. These may be mixed at different timings. In this case, the order in which the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) are mixed may be either first.
  • the extruder A for forming the internal semi-conductive layer 120 among the three-layer simultaneous extruders is, for example, with an ethylene-ethyl acrylate copolymer and a conductive material.
  • the resin composition for the internal semi-conductive layer mixed with carbon black in advance is charged.
  • the pellet-shaped resin composition described above is put into the extruder B that forms the insulating layer 130.
  • the external semi-conductive layer resin composition containing the same material as the internal semi-conductive layer resin composition charged into the extruder A is charged into the extruder C that forms the outer semi-conductive layer 140.
  • each extruded product from the extruders A to C is guided to the common head, and the inner semi-conductive layer 120, the insulating layer 130, and the outer semi-conductive layer 140 are simultaneously formed on the outer periphery of the conductor 110 from the inside to the outside. Extrude.
  • the insulating layer 130 When the insulating layer 130 is crosslinked, it is heated by radiation from an infrared heater in a crosslinked tube pressurized with nitrogen gas or the like after extrusion, or heat is transferred through a heat medium such as high-temperature nitrogen gas or silicone oil.
  • the insulating layer 130 is crosslinked by allowing the insulation layer 130 to be crosslinked.
  • a cable core composed of the conductor 110, the inner semiconductive layer 120, the insulating layer 130, and the outer semiconductive layer 140 is formed.
  • the shielding layer 150 is formed on the outside of the outer semi-conductive layer 140 by, for example, winding a copper tape.
  • the DC power cable 10 as a solid-insulated DC power cable is manufactured.
  • the insulating layer 130 has an inorganic filler (A) having an aminosilyl group containing an amino group on at least a part of the surface and a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group on at least a part of the surface. It is composed of a resin composition containing the inorganic filler (B) to be contained.
  • a mechanism for stably improving the insulating property of the insulating layer 130 for example, a mechanism based on at least one of the following (i) and (ii), preferably both, can be considered.
  • the inorganic fillers (A) may aggregate with each other.
  • the insulating property of the insulating layer 130 can be stably improved.
  • the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) uniformly dispersed in the insulating layer 130 can capture each of the negative charge and the positive charge. This makes it possible to suppress the movement of charge carriers having both negative and positive polarities involved in electrical conduction. As a result, the insulating property of the insulating layer 130 can be stably improved.
  • the volumetric resistance of the resin composition of the present embodiment can be made higher than the resistance. Specifically, when the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) of the present embodiment is N, the volume of the insulating layer 130 composed of the resin composition of the present embodiment. The resistance is higher than the volumetric resistance of the resin composition having only the base resin and the inorganic filler (A) having a content N, and the resin having only the base resin and the inorganic filler (B) having a content N. It can be higher than the volumetric resistance of the composition.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) in the resin composition is 0.1 part by mass or more and 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the base resin. It is less than a part.
  • the space charge can be sufficiently trapped in the inorganic filler.
  • the moldability of the resin composition is improved, and the inorganic filler in the insulating layer 130 is used. Dispersibility can be improved.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is small.
  • the insulating property of the insulating layer 130 can be stably improved.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) in the resin composition can be 1 part by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base resin. Even if the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is 1 part by mass or less, the insulating property of the insulating layer 130 can be stably improved.
  • the manufacturing process of the DC power cable 10 can be stably performed.
  • the mixing step S140 it is possible to suppress an excessive increase in the viscosity of the resin composition.
  • the resin composition can be kneaded stably.
  • the cable core forming step (extruding step) S300 clogging of the mesh of the extruder B forming the insulating layer 130 can be suppressed. As a result, the long insulating layer 130 can be stably extruded.
  • the mechanical properties of the insulating layer 130 can be improved. Specifically, the initial tensile strength and long-term thermal aging characteristics of the insulating layer 130 can be improved.
  • the inorganic filler (A) may be surface-treated not only with the above-mentioned aminosilane coupling agent but also with a hydrophobic silane coupling agent having a hydrophobic group. That is, the surface of the inorganic filler (A) may have, for example, both the above-mentioned aminosilyl group and a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group. In other words, an aminosilyl group may be bonded to a part of the surface of the inorganic filler (A), and a hydrophobic silyl group may be bonded to the other part.
  • the hydrophobic silane coupling agent for surface-treating the inorganic filler (A) is, for example, at least one of the materials listed as the hydrophobic silane coupling agent for surface-treating the inorganic filler (B) in the above-described embodiment. Similar materials can be used.
  • the hydrophobic silyl group contained in the surface of the inorganic filler (A) is represented by, for example, the above formula (5).
  • the hydrophobic silyl group on the surface of the inorganic filler (A) is, for example, equal to the hydrophobic silyl group on the surface of the inorganic filler (B).
  • the hydrophobic silane coupling agent for surface-treating each of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) can be made the same, and the surface treatment conditions can be easily optimized.
  • the hydrophobic silyl group possessed by the surface of the inorganic filler (A) may be different from, for example, the hydrophobic silyl group possessed by the surface of the inorganic filler (B).
  • a hydrophobic silyl group suitable for each of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) can be selected.
  • a silyl group having a different steric hindrance such as a dimethylsilyl group or a trimethylsilyl group
  • the number of carbon atoms in the hydrophobic radical R 2 in the surface of the inorganic filler (A) is, for example, less is more preferable than the number of carbon atoms of the hydrocarbon group R 1 comprising an amino group in the aminosilyl groups described above.
  • the carbon number of R 2 is smaller than the carbon number of R 1 , the aminosilyl group can be made bulkier than the hydrophobic silyl group.
  • the hydrophobic group R 2 is preferably, for example, a methyl group or an ethyl group.
  • the mole fraction of the aminosilyl group (hereinafter, also referred to as “aminosilyl group mole fraction”) with respect to all the silyl groups on the surface of the inorganic filler (A) is, for example, 2% or more and 90. % Or less, preferably 5% or more and 80% or less.
  • the "aminosilyl group mole fraction” referred to here is the ratio of the number of moles of aminosilyl groups to the number of moles of all silyl groups on the surface of the inorganic filler (A) expressed in%.
  • the effect of improving the insulating property of the insulating layer 130 is stable even if there is a predetermined variation in the mole fraction of aminosilyl groups in manufacturing. Can be obtained. Further, by setting the molar fraction of the aminosilyl group to 5% or more, the effect of improving the insulating property of the insulating layer 130 can be remarkably obtained.
  • aminosilyl group mole fraction can be obtained by, for example, the following method.
  • an inorganic filler (A) surface-treated using an aminosilane coupling agent and a hydrophobic silane coupling agent in a predetermined compounding ratio is prepared.
  • the surface of the inorganic filler (A) is elementally analyzed by a gas chromatography method using a thermal conductivity detector (TCD) under the conditions of a reaction temperature of 850 ° C. and a reduction temperature of 600 ° C.
  • TCD thermal conductivity detector
  • the calibration curve of the N / C ratio with respect to the mole fraction of aminosilyl groups is obtained by the following procedure.
  • Aminosilyl groups are identified from the aminosilane coupling agent used for the surface treatment, and the total atomic weight C 1 of carbon and the total atomic weight N 1 of nitrogen per aminosilyl group are determined.
  • the hydrophobic silyl group is specified from the hydrophobic silane coupling agent used for the surface treatment, and the total atomic weight C 2 of carbon per hydrophobic silyl group is determined.
  • the N / C ratio y is a function of the mole fraction x of aminosilyl groups constituting the calibration curve. Is expressed by the following equation (6).
  • the fraction x 100%, the theoretical value of the N / C ratio y is about 38.9%.
  • the N / C ratio obtained by elemental analysis of the surface of the inorganic filler by the above-mentioned gas chromatography method is, for example, 0.7% (when the aminosilyl group is an aminopropylsilyl group). It is preferably 35% or more, preferably 1.9% or more and 31% or less.
  • the molar fraction of aminosilyl groups can be 2% or more and 90% or less, preferably 5% or more and 80% or less.
  • the inorganic filler (A) is surface-treated with an aminosilane coupling agent and a hydrophobic silane coupling agent.
  • the surface treatment may be performed simultaneously using the aminosilane coupling agent and the hydrophobic silane coupling agent, or the surface treatment may be performed separately at different timings.
  • the order of the surface treatment of the aminosilane coupling agent and the surface treatment of the hydrophobic silane coupling agent may be either first.
  • the inorganic filler is prepared with an aminosilane coupling agent and a hydrophobic silane coupling agent so that the above-mentioned aminosilyl group molar fraction is, for example, 2% or more and 90% or less, preferably 5% or more and 80% or less.
  • Surface treatment Specifically, the R 1 having the amino silane coupling agent, and R 2 having the hydrophobic silane coupling agent, on the basis, as aminosilyl group molar fraction is within the above range, the amino silane coupling agent and Set the blending amount of each hydrophobic silane coupling agent.
  • the surface of the inorganic filler (B) is, for example, two or more kinds of hydrophobic silyls. It may have a group.
  • a plurality of effects can be obtained depending on the type of the hydrophobic silyl group.
  • the surface of the inorganic filler (B) by bonding both a trimethylsilyl group and a vinylsilyl group to the surface of the inorganic filler (B), both the effect of improving the dispersibility of the trimethylsilyl group and the effect of improving the adhesiveness of the vinylsilyl group to the base resin can be achieved.
  • the vinyl group among the vinylsilyl groups bonded to the surface of the inorganic filler (B) can improve the adhesiveness between the inorganic filler (B) and the base resin after crosslinking.
  • the inorganic filler (B) has different hydrophobic silyl groups 2 More than one kind of inorganic filler may be added. Thereby, a plurality of effects can be obtained depending on the type of the hydrophobic silyl group.
  • the particle size of the inorganic filler (B1) and the particle size of the inorganic filler (B2) are different, two hydrophobic silyl groups having different alkyl chain lengths are used as the inorganic filler (B1) and the inorganic filler. It is combined with each of (B2). Thereby, the dispersibility of the inorganic filler (B1) and the inorganic filler (B2) can be made equal.
  • the surface of the inorganic filler (A) has, for example, two or more kinds of aminosilyl groups. May be.
  • a plurality of effects can be obtained depending on the type of aminosilyl group. For example, by binding both the primary amine and the tertiary amine to the surface of the inorganic filler (A), the effect of imparting positive charge chargeability by the primary amine and the effect of improving the dispersibility by the tertiary amine And, both can be obtained.
  • the inorganic filler (A) for example, two or more kinds having different aminosilyl groups from each other. Inorganic filler may be added. Thereby, a plurality of effects can be obtained depending on the type of aminosilyl group.
  • the volume resistivity monotonically increased as the total content of the inorganic fillers increased.
  • the volume resistance of the sample to which both the inorganic filler (a1) and the inorganic filler (b1) were added was the volume of the sample to which only the inorganic filler (a1) was added at the same total content. It was higher than the resistance and higher than the volumetric resistance of the sample to which only the inorganic filler (b1) was added at the same total content.
  • the volume resistivity monotonically increased as the total content of the inorganic filler increased.
  • the volumetric resistance of the sample (gray part in Table 2) to which both the inorganic filler (a1) and the inorganic filler (b1) were added contained the same total content of only the inorganic filler (a1). It was higher than the volume resistance of the sample added by the amount, and higher than the volume resistance of the sample to which only the inorganic filler (b1) was added in the same total content.
  • the resin composition is obtained by adding both the inorganic filler (a1) and the inorganic filler (b1). It was confirmed that the effect of improving the insulation of the object could be obtained.
  • the volumetric resistance of each sample in which both the materials of the inorganic filler (a1) and the inorganic filler (b1) were other than magnesium oxide was determined by the inorganic filler (a1). And the volumetric resistance of the sample using magnesium oxide as both the materials of the inorganic filler (b1) was almost the same.
  • both the inorganic filler (a1) and the inorganic filler (b1) are added even when the inorganic filler is an inorganic powder other than magnesium oxide. As a result, it was confirmed that the effect of improving the insulating property of the resin composition could be obtained.
  • Example 3-1 A sheet of resin composition was prepared under the same conditions as the sample (non-crosslinked) of Experiment 1-1.
  • Sample 3-2 Sample 3-2 was the same as Sample 3-1 except that the base resin was crosslinked under the following conditions.
  • TBMTBP 4,4'-thiobis (3-methyl-6-t-butylphenol)
  • Samples 3-3 and 3-4 were made equivalent to Samples 3-1 and 3-2, respectively, except that the base resin was TPO.
  • the effect of improving the insulating property of the resin composition can be obtained by adding both the inorganic filler (a1) and the inorganic filler (b1) regardless of the crosslinked state of the base resin. I confirmed that I was able to do it.
  • Example 4-2 Samples 4-1 to 4-11] (Base resin) Same as Experiment 1-1 LDPE: 100 parts by mass (Inorganic filler (A): Inorganic filler (a1)) Powder material: Gas phase method Magnesium oxide (volume average particle size 50 nm) Silane coupling agent: 3-aminopropyltrimethoxysilane Surface treatment method: Dry method Content: 0 to 0.6 parts by mass (inorganic filler (B)) Same as the inorganic filler (a1) except that the silane coupling agent is different.
  • Hydrophobic silane coupling agent -Inorganic filler (b1): HMDS (same configuration as Experiment 1-1) -Inorganic filler (b3): Vinyl trimethoxysilane-Inorganic filler (b4): n-octylrimethoxysilane Content: 0.4 to 0.6 parts by mass
  • FIG. 4 is a diagram showing the volume resistivity with respect to the total content of the inorganic filler in Experiment 4-1.
  • each of the inorganic fillers (b3) and (b4) surface-treated with another hydrophobic silane coupling agent as the inorganic filler (B) and the inorganic filler (b4) was also the sample 4- to which only the inorganic filler (a1) was added at the same total content. It was higher than the volumetric resistance of 3 and higher than the volumetric resistance of Samples 4-8 and 4-11 to which only the inorganic filler (B) was added at the same total content.
  • inorganic filler (B) Same as the inorganic filler (a1) except that the silane coupling agent is different.
  • Hydrophobic silane coupling agent -Inorganic filler (b1): HMDS (same configuration as Experiment 1-1)
  • the volume resistivity of the samples 5-2 and 5-3 to which only the inorganic filler (a2) in Table 8 was added was the samples 4-2 and -4-3 to which only the inorganic filler (a1) in Table 7 was added, respectively. It was higher than the volume resistivity of. According to this result, even when only the inorganic filler (A) is added, not only the aminosilyl group but also the hydrophobic silyl group is bonded to the surface of the inorganic filler (A), so that the inorganic filler (A) It was possible to suppress the formation of hydrogen bonds via amino groups between A). As a result, it was confirmed that the insulating property of the resin composition could be improved.
  • the volume resistivity of the sample 5-1 to which both the inorganic filler (a2) and the inorganic filler (b1) in Table 8 were added was such that only the inorganic filler (a1) in Table 7 was added in the same total content. It was significantly higher than the volume resistivity of sample 4-3.
  • the volume resistivity of sample 5-1 is higher than the volume resistivity of sample 5-3 to which only the inorganic filler (a2) in Table 8 is added at the same total content, and the volume resistivity of the inorganic filler (b1) in Table 7 is higher.
  • ) was significantly higher than the volume resistivity of Sample 4-5 to which only the same total content was added.
  • the volume resistivity of Sample 5-1 was higher than the volume resistivity of Sample 4-1 to which both the inorganic filler (a1) and the inorganic filler (b1) in Table 7 were added.
  • the aminosilyl is added to the surface of the inorganic filler (A).
  • a synergistic effect of improving dispersibility by binding not only a group but also a hydrophobic silyl group and a charge carrier capture effect by adding both the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B). I was able to get the effect. As a result, it was confirmed that the insulating property of the resin composition could be remarkably improved.
  • both the inorganic fillers (b2) to (b4) surface-treated with a hydrophobic silane coupling agent other than HMDS and the inorganic filler (a2) are used.
  • the volumetric resistance of the added samples 5-4 to 5-6 is also higher than the volumetric resistance of the sample 5-3 to which only the inorganic filler (a2) is added at the same total content, and the inorganic filler (B) is added.
  • ) was added at the same total content (sample with only 0.6 parts by mass of (b-2) in Table 6, samples 4-8 and 4-11 in Table 7), which was higher than the volumetric resistance It was.
  • (Appendix 1) Base resin containing polyolefin and An inorganic filler (A) having an aminosilyl group containing an amino group on at least a part of the surface, An inorganic filler (B) having a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group on at least a part of the surface, A resin composition comprising.
  • Appendix 2 The resin composition according to Appendix 1, which constitutes an insulating layer.
  • the surface of the inorganic filler (A) is With the aminosilyl group Hydrophobic silyl groups including hydrophobic groups and The resin composition according to Appendix 1 or Appendix 2.
  • the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is 0.1 parts by mass or more and 5 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the base resin.
  • the ratio of the content of the inorganic filler (B) to the total content of the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) is 0.1 or more and 0.9 or less.
  • the resin composition according to any one of the above.
  • the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) are the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) are magnesium oxide, silicon dioxide, zinc oxide, aluminum oxide, titanium oxide, and oxidation.
  • the volumetric resistance of the base resin, the inorganic filler (A), and the resin composition having the inorganic filler (B) is a resin composition having only the base resin and the inorganic filler (A) having a content of N.
  • Supplementary note 1 to Supplementary note 11 which is higher than the volumetric resistance of the object and higher than the volumetric resistance of the resin composition having only the base resin and the inorganic filler (B) having a content of N.
  • the base resin contains low density polyethylene and contains When a sheet of a resin composition having the base resin, the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) and having a thickness of 0.2 mm is formed, the temperature is 90 ° C. and the DC electric field is 75 kV / mm.
  • the base resin contains a thermoplastic elastomer in which ethylene propylene rubber or ethylene propylene diene rubber is dispersed or copolymerized with polyethylene or polypropylene.
  • a sheet of a resin composition having the base resin, the inorganic filler (A) and the inorganic filler (B) and having a thickness of 0.2 mm is formed, the temperature is 90 ° C. and the DC electric field is 75 kV / mm.
  • the resin composition according to any one of Supplementary note 1 to Supplementary note 12, wherein the volume resistivity of the sheet of the resin composition measured under the above conditions is 2.0 ⁇ 10 15 ⁇ ⁇ cm or more.
  • a group of inorganic fillers added to a base resin containing polyolefin A group of inorganic fillers added to a base resin containing polyolefin.
  • An insulating layer provided so as to cover the outer periphery of the conductor, With The insulating layer is Base resin containing polyolefin and An inorganic filler (A) having an aminosilyl group containing an amino group on at least a part of the surface, An inorganic filler (B) having a hydrophobic silyl group containing a hydrophobic group on at least a part of the surface, A DC power cable composed of a resin composition comprising.
  • a step of forming an insulating layer so as to cover the outer periphery of the conductor using the resin composition, and With The step of preparing the resin composition is A step of surface-treating the inorganic filler (A) with an aminosilane coupling agent containing an amino group, and A step of surface-treating the inorganic filler (B) with a hydrophobic silane coupling agent containing a hydrophobic group, and Have,
  • An aminosilyl group containing the amino group derived from the aminosilane coupling agent is bonded to at least a part of the surface of the inorganic filler (A).

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Abstract

樹脂組成物は、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、を備える。

Description

樹脂組成物、無機充填剤群、直流電力ケーブル、および直流電力ケーブルの製造方法
 本開示は、樹脂組成物、無機充填剤群、直流電力ケーブル、および直流電力ケーブルの製造方法に関する。
 本出願は、2019年11月18日出願の日本国出願「特願2019-207918」に基づく優先権を主張し、前記日本出願に記載された全ての記載内容を援用するものである。
 近年では、直流送電用途において、固体絶縁直流電力ケーブル(以下、「直流電力ケーブル」と略す)が開発されている。直流電力ケーブルを課電した際には、絶縁層内に空間電荷が生成され、漏れ電流が生じる可能性がある。そこで、課電中における漏れ電流を抑制するため、絶縁層を構成する樹脂組成物に無機充填剤が添加されることがある(例えば特許文献1)。
特開平11-16421号公報
 本開示の一態様によれば、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える
樹脂組成物が提供される。
 本開示の他の態様によれば、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂中に添加される無機充填剤群であって、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える
無機充填剤群が提供される。
 本開示の更に他の態様によれば、
 導体と、
 前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
 を備え、
 前記絶縁層は、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える樹脂組成物により構成される
直流電力ケーブルが提供される。
 本開示の更に他の態様によれば、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤(A)と、無機充填剤(B)と、を有する樹脂組成物を準備する工程と、
 前記樹脂組成物を用い、導体の外周を覆うように絶縁層を形成する工程と、
 を備え、
 前記樹脂組成物を準備する工程は、
 アミノ基を含むアミノシランカップリング剤により前記無機充填剤(A)を表面処理する工程と、
 疎水基を含む疎水性シランカップリング剤により前記無機充填剤(B)を表面処理する工程と、
 を有し、
 前記無機充填剤(A)を表面処理する工程では、
 前記無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部に、前記アミノシランカップリング剤に由来する前記アミノ基を含むアミノシリル基を結合させ、
 前記無機充填剤(B)を表面処理する工程では、
 前記無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部に、前記疎水性シランカップリング剤に由来する前記疎水基を含む疎水性シリル基を結合させる
直流電力ケーブルの製造方法が提供される。
本開示の一実施形態に係る直流電力ケーブルの軸方向に直交する模式的断面図である。 実験1-1における無機充填剤の合計の含有量に対する体積抵抗率を示す図である。 実験1-2における無機充填剤の合計の含有量に対する体積抵抗率を示す図である。 実験4-1における無機充填剤の合計の含有量に対する体積抵抗率を示す図である。
[本開示が解決しようとする課題]
 本開示の目的は、絶縁層の絶縁性を向上させることができる技術を提供することである。
[本開示の効果]
 本開示によれば、絶縁層の絶縁性を向上させることができる。
[本開示の実施形態の説明]
<発明者等の得た知見>
 まず、発明者等の得た知見について概略を説明する。
 上述した直流電力ケーブルでは、絶縁層中に添加される無機充填剤は、シランカップリング剤により表面処理されることがある。これにより、ベース樹脂に対する無機充填剤の相溶性を向上させることができる。
 本発明者等は、無機充填剤の表面処理に用いられるシランカップリング剤における置換基を変化させて、絶縁層の絶縁性を評価した。その結果、絶縁層の絶縁性が、無機充填剤の表面処理に用いられるシランカップリング剤の置換基に依存することを見出した。さらに、異なるシランカップリング剤により表面処理された2種類の無機充填剤を用いることにより、絶縁層の絶縁性を向上させることができることを見出した。
 本開示は、発明者等が見出した上述の知見に基づくものである。
<本開示の実施態様>
 次に、本開示の実施態様を列記して説明する。
[1]本開示の一態様に係る樹脂組成物は、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性を安定的に向上させることが可能となる。
[2]上記[1]に記載の樹脂組成物において、
 絶縁層を構成する。
 この構成によれば、絶縁層を上記樹脂組成物により構成した際に、絶縁層への電荷の注入を抑制することができる。
[3]上記[1]又は[2]に記載の樹脂組成物において、
 前記無機充填剤(A)の前記表面は、
 前記アミノシリル基と、
 疎水基を含む疎水性シリル基と、
 を有する。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性を顕著に向上させることができる。
[4]上記[1]から[3]のいずれか1つに記載の樹脂組成物において、
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量は、前記ベース樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下である。
 この構成によれば、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を0.1質量部以上とすることで、無機充填剤に対して空間電荷を充分にトラップさせることができる。一方で、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を5質量部以下とすることで、樹脂組成物による成形性を向上させつつ、絶縁層130中の無機充填剤の分散性を向上させることができる。
[5]上記[1]から[4]のいずれか1つに記載の樹脂組成物において、
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)は、酸化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、カーボンブラック、および、これらのうち2種以上を混合した混合物のうち少なくともいずれかを含む。
 この構成によれば、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)が上記材料を含むことで、絶縁層の絶縁性を安定的に向上させることができる。
[6]上記[1]から[5]のいずれか1つに記載の樹脂組成物において、
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量をNとしたときに、
 前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有する樹脂組成物の体積抵抗率は、前記ベース樹脂および含有量Nの前記無機充填剤(A)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高く、かつ、前記ベース樹脂および含有量Nの前記無機充填剤(B)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高い。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性が向上した直流電力ケーブルを得ることができる。
[7]上記[1]から[6]のいずれか1つに記載の樹脂組成物において、
 前記ベース樹脂は、低密度ポリエチレンを含み、
 前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有し0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した前記樹脂組成物のシートの体積抵抗率は、3.7×1015Ω・cm以上である。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性が向上した直流電力ケーブルを得ることができる。
[8]上記[1]から[6]のいずれか1つに記載の樹脂組成物において、
 前記ベース樹脂は、ポリエチレン若しくはポリプロピレンにエチレンプロピレンゴム若しくはエチレンプロピレンジエンゴムを分散あるいは共重合した熱可塑性エラストマを含み、
 前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有し0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した前記樹脂組成物のシートの体積抵抗率は、2.0×1015Ω・cm以上である。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性が向上した直流電力ケーブルを得ることができる。
[9]本開示の他の態様に係る無機充填剤群は、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂中に添加される無機充填剤群であって、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性を安定的に向上させることが可能となる。
[10]本開示の更に他の態様に係る直流電力ケーブルは、
 導体と、
 前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
 を備え、
 前記絶縁層は、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える樹脂組成物により構成される。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性を安定的に向上させることが可能となる。
[11]本開示の更に他の態様に係る直流電力ケーブルの製造方法は、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤(A)と、無機充填剤(B)と、を有する樹脂組成物を準備する工程と、
 前記樹脂組成物を用い、導体の外周を覆うように絶縁層を形成する工程と、
 を備え、
 前記樹脂組成物を準備する工程は、
 アミノ基を含むアミノシランカップリング剤により前記無機充填剤(A)を表面処理する工程と、
 疎水基を含む疎水性シランカップリング剤により前記無機充填剤(B)を表面処理する工程と、
 を有し、
 前記無機充填剤(A)を表面処理する工程では、
 前記無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部に、前記アミノシランカップリング剤に由来する前記アミノ基を含むアミノシリル基を結合させ、
 前記無機充填剤(B)を表面処理する工程では、
 前記無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部に、前記疎水性シランカップリング剤に由来する前記疎水基を含む疎水性シリル基を結合させる。
 この構成によれば、絶縁層の絶縁性を安定的に向上させることが可能となる。
[本開示の実施形態の詳細]
 次に、本開示の一実施形態を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本開示はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
<本開示の一実施形態>
(1)樹脂組成物
 本実施形態の樹脂組成物は、後述する直流電力ケーブル10の絶縁層130を構成する材料であり、例えば、ベース樹脂と、無機充填剤群と、その他の添加剤と、を含んでいる。
(ベース樹脂)
 ベース樹脂(ベースポリマ)とは、樹脂組成物の主成分を構成する樹脂成分のことをいう。本実施形態のベース樹脂は、例えば、ポリオレフィンを含んでいる。ベース樹脂を構成するポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-α-オレフィン共重合体、ポリエチレン若しくはポリプロピレンにエチレンプロピレンゴム(EPR)若しくはエチレンプロピレンジエンゴム(EPDM)を分散あるいは共重合した熱可塑性エラストマ(TPO:Thermoplastic Olefinic Elastomer)などが挙げられる。なお、これらのうち2種以上を組み合わせて用いてもよい。
 ベース樹脂を構成するポリエチレンとしては、例えば、低密度ポリエチレン(LDPE)、中密度ポリエチレン(MDPE)、高密度ポリエチレン(HDPE)などが挙げられる。また、これらのポリエチレンは、例えば、直鎖状または分岐状のいずれであってもよい。ベース樹脂としてポリエチレンを用い、後述の無機充填剤群を添加することで、柔軟であり、かつ、体積抵抗率が比較的高い絶縁層130を得ることができる。
 一方で、ベース樹脂としてTPOを用い、後述の無機充填剤群を添加することで、ベース樹脂としてポリエチレンを用い、後述の無機充填剤群を添加することで、柔軟であり、耐熱性に優れ、かつ、体積抵抗率が高い絶縁層130を得ることができる。
(無機充填剤群)
 無機充填剤群は、絶縁層130中に添加される複数種の無機粉末を含む群である。なお、「無機充填剤群」とは、複数種の無機充填剤が凝集されていることを意味するものではない。
 無機充填剤群は、例えば、導体110から絶縁層130への電荷の注入を抑制するよう作用する。これにより、絶縁層130の絶縁性を向上させることができる。
 無機充填剤群を構成する無機充填剤(後述の(A)および(B))は、例えば、酸化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、カーボンブラック、および、これらのうち2種以上を混合した混合物のうち少なくともいずれかを含んでいる。
 無機充填剤としての酸化マグネシウムを形成する方法としては、例えば、Mg蒸気と酸素とを接触させる気相法、または海水原料から形成する海水法が挙げられる。本実施形態での無機充填剤を形成する方法は、気相法または海水法のいずれの方法であってもよい。
 無機充填剤としての二酸化シリコンとしては、例えば、フュームドシリカ、コロイダルシリカ、沈降シリカ、爆燃法シリカのうち少なくともいずれかが挙げられる。これらのなかでも、二酸化シリコンとしてはフュームドシリカが好ましい。
 無機充填剤のうち少なくとも一部は、シランカップリング剤により表面処理されている。これにより、上述のように、ベース樹脂に対する無機充填剤の相溶性を向上させることができ、無機充填剤とベース樹脂との間の界面の密着性を向上させることができる。
 ここで、本実施形態の無機充填剤群は、例えば、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)を含んでいる。無機充填剤(A)および無機充填剤(B)は、例えば、異なるシランカップリング剤により表面処理されている。無機充填剤(A)および無機充填剤(B)を混合した無機充填剤群を用いることで、ベース樹脂と無機充填剤群とを容易に混合しつつ、無機充填剤群のそれぞれの分散性を向上させることができる。
[無機充填剤(A)]
 無機充填剤(A)は、例えば、アミノ基を含むアミノシランカップリング剤により表面処理されている。
 アミノシランカップリング剤は、例えば、以下の式(1)により表される。
 R SiX4-n ・・・(1)
(Rは、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、アミノ基の酸中和基、4級アンモニウム塩基のうち少なくともいずれか1つを含む1価の炭化水素基を表し、Xは1価の加水分解性基を表し、nは1~3の整数を表す。なお、nが2以上の場合、複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。)
 なお、Xとしての1価の加水分解性基としては、例えば、炭素数1~3のアルコキシ基、ハロゲン基が挙げられる。
 具体的には、アミノシランカップリング剤としては、例えば、3-アミノプロピルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、3-トリエトキシシリル-N-(1、3-ジメチルブチリデン)プロピルアミン、N-フェニル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-メチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-エチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-ブチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N、N-ジメチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N、N-ジエチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N、N-ジブチル-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(ビニルベンジル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩、オクタデシルジメチル(3-トリメトキシシリルプロピル)アンモニウムクロライド、テトラデシルジメチル(3-トリメトキシシリルプロピル)アンモニウムクロライド、N-トリメトキシシリルプロピル-N、N、N-トリ-n-ブチルアンモニウムブロマイド、N-トリメトキシシリルプロピル-N、N、N-トリ-n-ブチルアンモニウムクロライド、N-トリメトキシシリルプロピル-N、N、N-トリメチルアンモニウムクロライドなどのうち少なくともいずれかが挙げられる。
 無機充填剤の表面処理工程では、シランカップリング剤の加水分解性基が加水分解し、シラノール基が生成される。シラノール基は、無機充填剤の表面にある水酸基と水素結合を形成し、さらに脱水縮合反応を生じさせる。その結果、無機充填剤の表面には、強固に共有結合した所定のシリル基が形成される。
 本実施形態では、無機充填剤(A)が上述のアミノシランカップリング剤により表面処理されることで、無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部は、例えば、アミノシランカップリング剤に由来する(アミノシランカップリング剤により誘導される)アミノ基を含むアミノシリル基を有している。言い換えれば、無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部に、アミノシリル基が結合している。
 本実施形態では、表面の少なくとも一部にアミノシリル基を有する無機充填剤(A)を添加することで、絶縁層130の絶縁性を向上させることができる。
 表面の少なくとも一部にアミノシリル基を有する無機充填剤(A)を添加することで、絶縁層130の絶縁性が向上するメカニズムは、詳細には明らかではないが、例えば、以下のメカニズムが考えられる。無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部がアミノシリル基を有することで、無機充填剤(A)同士が隣接した際には、無機充填剤(A)の表面におけるアミノ基同士を静電反発させることができ、樹脂組成物中の無機充填剤(A)の分散性を向上させることができる。その結果、絶縁層130の絶縁性を向上させることができると考えられる。
 アミノシランカップリング剤に由来するアミノ基を含むアミノシリル基は、例えば、以下の式(2)により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
(Rは、上述のように、1級アミノ基、2級アミノ基、3級アミノ基、アミノ基の酸中和基、4級アンモニウム塩基のうち少なくともいずれか1つを含む1価の炭化水素基を表し、nは1~3の整数を表す。なお、nが2以上の場合、複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。結合手のsおよびtは0又は1を表し、n、s及びtの合計は3である。)
 式(2)により表されるアミノシリル基において、Rを有する結合手以外の少なくとも1つの結合手は、酸素原子を介して無機充填剤(A)と結合している。Rを有する結合手以外の全ての結合手が無機充填剤(A)と結合していてもよいし、Rを有する結合手以外の少なくとも1つの結合手が無機充填剤(A)と結合していなくてもよい。Rを有する結合手以外の少なくとも1つの結合手が無機充填剤(A)と結合していない場合には、無機充填剤(A)と結合していない結合手が、水酸基もしくは加水分解性基を有していてもよい。
 本実施形態では、アミノ基を含む炭化水素基Rの炭素数は、例えば、3以上12以下であることが好ましい。Rの炭素数を3以上とすることで、アミノシリル基を嵩高くすることができ、無機充填剤(A)の表面に立体障害を生じさせることができる。これにより、アミノ基同士の静電反発の効果を効率よく生じさせることができる。一方で、Rの炭素数が12超であると、アルキル鎖長が非常に長くなり、メチレン鎖の運動自由度が増加する。このため、立体障害の影響が過剰に生じてしまう可能性がある。その結果、アミノシランカップリング剤等による修飾量が低下する可能性がある。これに対し、Rの炭素数を12以下とすることで、アルキル鎖長が過剰に長くなることを抑制し、メチレン鎖の運動自由度の過剰な増加を抑制することができる。これにより、立体障害の過剰な影響を抑制することができる。その結果、アミノシランカップリング剤等による修飾量の低下を抑制することができる。
[無機充填剤(B)]
 無機充填剤(B)は、例えば、疎水基を有する疎水性シランカップリング剤によっても表面処理されている。ここでいう「疎水性シランカップリング剤」とは、無機充填剤に疎水性を付与するシランカップリング剤のことを意味する。
 疎水性シランカップリング剤としては、例えば、疎水基を有する、シラザン、アルコキシシランまたはハロゲン化シランのうち少なくともいずれかが挙げられる。
 疎水基を有するシラザン(ジシラザン)は、例えば、以下の式(3)により表される。
 R Si-NH-SiR  ・・・(3)
(Rは、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~20のアルキル基、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~20のアルコキシ基、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数2~20のアルケニル基、又はハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基若しくはハロゲンにより置換されていてもよい炭素数6~12のアリール基のうち少なくともいずれかを表す。なお、「ハロゲンにより置換されていてもよい」とは、上記炭化水素基の水素原子の一部がハロゲンにより置換された置換基であってもよいことを意味する。また、式(3)では、Rは、炭素数1~6のアルキル基、炭素数2~6のアルケニル基、またはフェニル基であることが好ましい。複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。)
 具体的には、疎水基を有するシラザンとしては、例えば、ヘキサメチルジシラザン(HMDS)、ヘキサエチルジシラザン、へキサプロピルジシラザン、ヘキサブチルジシラザン、ヘキサペンチルジシラザン、ヘキサヘキシルジシラザン、ヘキサシクロヘキシルジシラザン、ヘキサフェニルジシラザン、ジビニルテトラメチルジシラザン、ジメチルテトラビニルジシラザンなどのうち少なくともいずれかが挙げられる。
 疎水基を有するアルコキシシランまたはハロゲン化シランは、例えば、以下の式(4)により表される。
 R SiY4-m ・・・(4)
(Rは、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~20のアルキル基、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~20のアルコキシ基、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数2~20のアルケニル基、又はハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基若しくはハロゲンにより置換されていてもよい炭素数6~12のアリール基のうち少なくともいずれかを表す。Yは1価の加水分解性基を表し、mは1~3の整数を表す。なお、mが2以上の場合、複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。)
 なお、Yとしての1価の加水分解性基は、例えば、炭素数1~3のアルコキシ基、またはハロゲン基である。
 具体的には、疎水基を有するアルコキシシランとしては、例えば、メチルトリメトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、ジフェニルジメトキシシラン、o-メチルフェニルトリメトキシシラン、p-メチルフェニルトリメトキシシラン、n-ブチルトリメトキシシラン、iso-ブチルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、n-オクチルトリメトキシシラン(トリメトキシn-オクチルシラン)、デシルトリメトキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、ジフェニルジエトキシシラン、iso-ブチルトリエトキシシラン、デシルトリエトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、γ-クロロプロピルトリメトキシシランなどのうち少なくともいずれかが挙げられる。
 また、疎水基を有するハロゲン化シランとしては、例えば、メチルトリクロロシラン、ジクロロジメチルシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、tert-ブチルジメチルクロロシラン、ビニルトリクロロシランなどのうち少なくともいずれかが挙げられる。
 なお、疎水性シランカップリング剤は、疎水基を有していれば、上述したシランカップリング剤に限定されず、上述以外のシランカップリング剤であってもよい。
 本実施形態では、無機充填剤(B)が上述の疎水性シランカップリング剤により表面処理されることで、無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部は、例えば、疎水性シランカップリング剤に由来する(疎水性シランカップリング剤で誘導される)疎水基を含む疎水性シリル基を有している。言い換えれば、無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部に、疎水性シリル基が結合している。
 本実施形態では、表面の少なくとも一部にアミノシリル基を有する無機充填剤(A)だけでなく、表面の少なくとも一部に疎水性シリル基を有する無機充填剤(B)も添加することで、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることができる。
 無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することで、絶縁層130の絶縁性が安定的に向上するメカニズムは、詳細には明らかではない。しかしながら、(i)製造時のアミノ基の水素結合に起因した凝集の抑制効果、および(ii)課電中における正電荷および負電荷の両方の捕獲効果のうち少なくともいずれかを得ることができるためと考えられる。なお、当該メカニズムについては、詳細を後述する。
 疎水性シランカップリング剤に由来する疎水基を含む疎水性シリル基は、例えば、以下の式(5)により表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
(Rは、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~12のアルキル基、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~12のアルコキシ基、ハロゲンにより置換されていてもよい炭素数2~12のアルケニル基、又はハロゲンにより置換されていてもよい炭素数1~3のアルキル基若しくはハロゲンにより置換されていてもよい炭素数6~12のアリール基のうち少なくともいずれかを表す。mは1~3の整数を表す。なお、mが2以上の場合、複数のRは、同一であっても異なっていてもよい。結合手のuおよびvは0又は1を表し、m、u及びvの合計は3である。)
 なお、疎水基Rの炭素数は、例えば、上述のように12以下であることが好ましい。
が長鎖アルキル基のように炭素数が12超であると、樹脂組成物の粘度が上昇し、流動性が低下する可能性がある。また、炭素数が12超であると、立体障害に起因して無機充填剤(B)の表面に結合する疎水性シリル基の数が減少する可能性がある。これに対し、炭素数を12以下とすることで、樹脂組成物の粘度の上昇を抑制し、流動性の低下を抑制することができる。また、炭素数を12以下とすることで、立体障害に起因した無機充填剤(B)の表面に結合する疎水性シリル基の数の減少を抑制することができる。
 式(5)により表される疎水性シリル基において、Rを有する結合手以外の少なくとも1つの結合手は、酸素原子を介して無機充填剤(B)と結合している。Rを有する結合手以外の全ての結合手が無機充填剤(B)と結合していてもよいし、Rを有する結合手以外の少なくとも1つの結合手が無機充填剤(B)と結合していなくてもよい。Rを有する結合手以外の少なくとも1つの結合手が無機充填剤(B)と結合していない場合には、無機充填剤(B)と結合していない結合手が、水酸基もしくは加水分解性基を有していてもよい。
 無機充填剤(B)に結合する疎水性シリル基は、例えば、無機充填剤(B)の材質、ベース樹脂の種類、無機充填剤(A)のアミノシリル基の種類などに応じて、適宜選択することができる。
 例えば、疎水性シランカップリング剤としてHMDSにより表面処理した無機充填剤(B)では、1つのSiに対して3つのRを結合させることができる。これにより、無機充填剤(B)の疎水性を向上させることができる。
 一方で、例えば、疎水性シランカップリング剤としてジクロロジメチルシランにより表面処理した無機充填剤(B)では、Rを有する結合手以外の複数の結合手を、無機充填剤(B)と結合させることができる。これにより、無機充填剤(B)に対する疎水性シリル基の結合を強固にすることができる。
 本実施形態では、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれの体積平均粒径(MV:Mean Volume Diameter)は、特に限定されるものではないが、例えば、1μm以下、好ましくは、700nm以下、より好ましくは100nm以下である。
 なお、ここでいう「体積平均粒径(MV)」は、粒子の粒子径をd、粒子の体積Vとしたとき、以下の式により求められる。
 MV=Σ(V)/ΣV
 なお、体積平均粒径の測定には、動的光散乱式粒子径・粒度分布測定装置が用いられる。
 無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれの体積平均粒径を1μm以下とすることで、絶縁層130中の空間電荷の局所的な蓄積を抑制する効果を安定的に得ることができる。さらに、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれの体積平均粒径を700nm以下、好ましくは100nm以下とすることで、絶縁層130中の空間電荷の局所的な蓄積を抑制する効果をより安定的に得ることができる。
 なお、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれの体積平均粒径の下限値についても、特に限定されるものではない。ただし、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれを安定的に形成する観点では、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれの体積平均粒径は、例えば、1nm以上、好ましくは5nm以上である。
 また、本実施形態では、樹脂組成物中における無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量は、ベース樹脂100質量部に対して、例えば、0.1質量部以上5質量部以下である。無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を0.1質量部以上とすることで、無機充填剤に対して空間電荷を充分にトラップさせることができる。一方で、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を5質量部以下とすることで、樹脂組成物による成形性を向上させつつ、絶縁層130中の無機充填剤の分散性を向上させることができる。
 さらに、本実施形態では、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することで、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量が少なくても、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることができる。
 具体的には、樹脂組成物中における無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量は、ベース樹脂100質量部に対して、例えば、1質量部以下であることが好ましい。上述のように、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を1質量部以下としても、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることができる。
 無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を1質量部以下とすることで、後述の直流電力ケーブル10の製造工程を安定的に行うことができる。また、絶縁層130の機械特性を向上させることができる。
 また、本実施形態では、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量に対する無機充填剤(B)の含有量の比率(含有量比率B/(A+B)ともいう)は、例えば、0.1以上0.9以下である。含有量比率B/(A+B)を0.1以上とすることで、(i)製造時のアミノ基の水素結合に起因した凝集の抑制効果、および(ii)課電中における正電荷および負電荷の両方の捕獲効果のうち少なくともいずれかの効果を充分に得ることができる。一方で、含有量比率B/(A+B)を0.9以下とすることで、無機充填剤(A)のアミノ基同士の静電反発の効果を充分に得ることができる。
(架橋剤)
 本実施形態では、樹脂組成物は、絶縁層130を構成する際に架橋されていなくてもよく、架橋されていてもよい。どちらの場合であっても、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することによる、絶縁層130の絶縁性向上の効果を得ることができる。
 なお、樹脂組成物が架橋される場合には、樹脂組成物は、例えば、架橋剤として、有機過酸化物を含むことが好ましい。有機過酸化物としては、例えば、ジクミルパーオキサイド、t-ブチルジクミルパーオキサイド、ジ(t-ブチルパーオキサイド)、2,5-ジメチル-2,5-ジ(t-ブチルパーオキシ)ヘキサン、1,3-ビス(t-ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、4,4-ビス[(t-ブチル)ペルオキシ]ペンタン酸ブチル、1,1-ビス(1,1-ジメチルエチルペルオキシ)シクロヘキサン等が挙げられる。なお、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
(その他の添加剤)
 樹脂組成物は、例えば、酸化防止剤と、滑剤と、をさらに含んでいてもよい。
 酸化防止剤としては、例えば、2,2-チオ-ジエチレンビス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、ペンタエリスリチル-テトラキス[3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート]、オクタデシル3-(3,5-ジ-t-ブチル-4-ヒドロキシフェニル)プロピオネート、2,4-ビス-[(オクチルチオ)メチル]-o-クレゾール、2,4-ビス-(n-オクチルチオ)-6-(4-ヒドロキシ-3,5-ジ-t-ブチルアニリノ)-1,3,5-トリアジン、ビス[2-メチル-4-{3-n-アルキル(C12あるいはC14)チオプロピオニルオキシ}-5-t-ブチルフェニル]スルフィド、および4,4′-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)等が挙げられる。なお、これらのうち2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
 滑剤は、無機充填剤の凝集を抑制するとともに、絶縁層130の押出成形時の樹脂組成物の流動性を向上させるよう作用する。本実施形態の滑剤は、公知の材料を用いることができる。
 なお、樹脂組成物は、例えば、着色剤をさらに含んでいてもよい。
(2)直流電力ケーブル
 次に、図1を用い、本実施形態の直流電力ケーブルについて説明する。図1は、本実施形態に係る直流電力ケーブルの軸方向に直交する断面図である。
 本実施形態の直流電力ケーブル10は、いわゆる固体絶縁直流電力ケーブル(直流送電用ケーブル)として構成され、例えば、導体110と、内部半導電層120と、絶縁層130と、外部半導電層140と、遮蔽層150と、シース160と、を有している。
(導体(導電部))
 導体110は、例えば、純銅、銅合金、アルミニウム、またはアルミニウム合金等を含む複数の導体芯線(導電芯線)を撚り合わせることにより構成されている。
(内部半導電層)
 内部半導電層120は、導体110の外周を覆うように設けられている。また、内部半導電層120は、半導電性を有し、導体110の表面側における電界集中を抑制するよう構成されている。内部半導電層120は、例えば、エチレン-エチルアクリレート共重合体、エチレン-メチルアクリレート共重合体、エチレン-ブチルアクリレート共重合体、およびエチレン-酢酸ビニル共重合体等のうち少なくともいずれかと、導電性のカーボンブラックと、を含んでいる。
(絶縁層)
 絶縁層130は、内部半導電層120の外周を覆うように設けられ、上述した樹脂組成物により構成されている。なお、絶縁層130は、上述のように、架橋されていなくてもよいし、本実施形態の樹脂組成物が押出成形された後に加熱されることにより架橋されていてもよい。
(外部半導電層)
 外部半導電層140は、絶縁層130の外周を覆うように設けられている。また、外部半導電層140は、半導電性を有し、絶縁層130と遮蔽層150との間における電界集中を抑制するよう構成されている。外部半導電層140は、例えば、内部半導電層120と同様の材料により構成されている。
(遮蔽層)
 遮蔽層150は、外部半導電層140の外周を覆うように設けられている。遮蔽層150は、例えば、銅テープを巻回することにより構成されるか、或いは、複数の軟銅線等を巻回したワイヤシールドとして構成されている。なお、遮蔽層150の内側や外側に、ゴム引き布等を素材としたテープが巻回されていてもよい。
(シース)
 シース160は、遮蔽層150の外周を覆うように設けられている。シース160は、例えば、ポリ塩化ビニルまたはポリエチレンにより構成されている。
(絶縁性)
 以上のように構成される直流電力ケーブル10では、表面の少なくとも一部にアミノシリル基を有する無機充填剤(A)と、表面の少なくとも一部に疎水性シリル基を有する無機充填剤(B)と、が絶縁層130中に添加されていることで、例えば、以下のような絶縁性が得られる。
 本実施形態の無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量をNとしたときに、本実施形態の樹脂組成物により構成される絶縁層130の体積抵抗率は、例えば、ベース樹脂および含有量Nの無機充填剤(A)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高く、かつ、ベース樹脂および含有量Nの無機充填剤(B)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高い。
 また、本実施形態では、ベース樹脂がLDPEを含む上述の樹脂組成物により絶縁層130を構成し、0.2mmの厚さを有する絶縁層130のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した絶縁層130のシートの体積抵抗率は、例えば、3.7×1015Ω・cm以上、好ましくは5.0×1015Ω・cm以上である。
 また、本実施形態では、ベース樹脂がPP系TPOを含む上述の樹脂組成物により絶縁層130を構成し、0.2mmの厚さを有する絶縁層130のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した絶縁層130のシートの体積抵抗率は、例えば、2.0×1015Ω・cm以上、好ましくは3.7×1015Ω・cm以上である。
 なお、絶縁層130の体積抵抗率の上限値は、高ければ高いほどよいため、限定されるものではないが、各条件を最適化したことによる絶縁層130の体積抵抗率の上限値は、例えば、1×1017Ω・cm程度である。
(機械特性)
 本実施形態では、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することで、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量が少なくすることができる。これにより、絶縁層130の機械特性を向上させることができる。
 具体的には、本実施形態の樹脂組成物中における無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量をベース樹脂100質量部に対して1質量部以下、好ましくは0.6質量部以下とすることで、樹脂組成物の破断時伸び率を例えば500%以上600%以下とすることができる。ここでいう「破断時伸び率」は、JIS C3005に準拠して測定される。なお、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量が1質量部超であると、樹脂組成物の破断時伸び率は500%未満となる。
 また、具体的には、本実施形態の樹脂組成物中における無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量をベース樹脂100質量部に対して1質量部以下、好ましくは0.6質量部以下とすることで、135℃168時間老化後の絶縁層130の破断時伸び率の残率(変化率)を例えば80%以上とすることができる。ここでいう「破断時伸び率」は、上述と同様にJIS C3005に準拠して測定される。また、「絶縁層130の破断時伸び率の残率(%)」は、老化後の破断時伸び率/老化前の破断時伸び率×100で求められる。
(具体的寸法等)
 直流電力ケーブル10における具体的な各寸法としては、特に限定されるものではないが、例えば、導体110の直径は5mm以上60mm以下であり、内部半導電層120の厚さは1mm以上3mm以下であり、絶縁層130の厚さは1mm以上35mm以下であり、外部半導電層140の厚さは1mm以上3mm以下であり、遮蔽層150の厚さは1mm以上5mm以下であり、シース160の厚さは1mm以上である。本実施形態の直流電力ケーブル10に適用される直流電圧は、例えば20kV以上である。
(3)直流電力ケーブルの製造方法
 次に、本実施形態の直流電力ケーブルの製造方法について説明する。以下、ステップを「S」と略す。
 本実施形態の直流電力ケーブル10の製造工程は、例えば、樹脂組成物準備工程S100と、導体準備工程S200と、ケーブルコア形成工程(押出工程)S300と、遮蔽層形成工程S400と、シース形成工程S500と、を有している。
(S100:樹脂組成物準備工程)
 まず、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤(A)と、無機充填剤(B)と、を有する樹脂組成物を準備する。当該樹脂組成物準備工程S100は、例えば、表面処理工程S120と、混合工程S140と、を有している。
(S120:表面処理工程)
 本実施形態では、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)を別々に表面処理する。当該表面処理工程S120は、例えば、無機充填剤(A)表面処理工程S122と、無機充填剤(B)表面処理工程S124と、を有している。
(S122:無機充填剤(A)表面処理工程)
 無機充填剤(A)をアミノシランカップリング剤により表面処理する。これにより、無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部に、アミノシランカップリング剤に由来するアミノ基を含むアミノシリル基を結合させることができる。
 なお、無機充填剤(A)をアミノシランカップリング剤により表面処理する方法は、乾式法であっても、湿式法であってもよい。乾式法では、例えば、ヘンシェルミキサ等の攪拌装置内において無機充填剤(A)を攪拌しながら、攪拌装置内にシランカップリング剤を含む溶液を滴下するか、或いは、スプレーにより噴霧する。湿式法では、例えば、所定の溶媒に無機充填剤(A)を加えスラリーを形成し、スラリー内にシランカップリング剤を添加する。
 アミノシランカップリング剤により表面処理を行ったら、処理後の無機充填剤(A)を適宜乾燥させる。
(S124:無機充填剤(B)表面処理工程)
 無機充填剤(B)を疎水性シランカップリング剤により表面処理する。これにより、無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部に、疎水性シランカップリング剤に由来する疎水基を含む疎水性シリル基を結合させることができる。
 なお、無機充填剤(B)を疎水性シランカップリング剤により表面処理する方法についても、乾式法であっても、湿式法であってもよい。
 疎水性シランカップリング剤により表面処理を行ったら、処理後の無機充填剤(B)を適宜乾燥させる。
 なお、表面処理工程S120が完了したら、所定の粉砕処理を行うことで、それぞれの無機充填剤の体積平均粒径を調整してもよい。このとき、それぞれの無機充填剤の体積平均粒径を、例えば、1μm以下、好ましくは、700nm以下、より好ましくは100nm以下とする。
(S140:混合工程)
 表面処理工程S120が完了したら、ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤(A)と、無機充填剤(B)と、その他の添加剤(酸化防止剤、滑剤等)と、をバンバリミキサやニーダなどの混合機により混合(混練)し、混合材を形成する。混合材を形成したら、当該混合材を押出機により造粒する。これにより、絶縁層130を構成することとなるペレット状の樹脂組成物が形成される。なお、混練作用の高い2軸型の押出機を用いて、混合から造粒までの工程を一括して行ってもよい。
 このとき、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)を混合する方法としては、例えば、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)を同時に混合する。なお、これらを異なるタイミングで混合してもよい。この場合、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)を混合する順番は、どちらが先でも構わない。
(S200:導体準備工程)
 上述の樹脂組成物準備工程S100を行う一方で、複数の導体芯線を撚り合わせることにより形成された導体110を準備する。
(S300:ケーブルコア形成工程(押出工程))
 樹脂組成物準備工程S100および導体準備工程S200が完了したら、3層同時押出機のうち、内部半導電層120を形成する押出機Aに、例えば、エチレン-エチルアクリレート共重合体と、導電性のカーボンブラックとが予め混合された内部半導電層用樹脂組成物を投入する。
 絶縁層130を形成する押出機Bに、上記したペレット状の樹脂組成物を投入する。
 外部半導電層140を形成する押出機Cに、押出機Aに投入した内部半導電層用樹脂組成物と同様の材料を含む外部半導電層用樹脂組成物を投入する。
 次に、押出機A~Cからのそれぞれの押出物をコモンヘッドに導き、導体110の外周に、内側から外側に向けて、内部半導電層120、絶縁層130および外部半導電層140を同時に押出す。
 なお、絶縁層130を架橋させる場合には、押出後、窒素ガスなどにより加圧された架橋管内において、赤外線ヒータによる輻射により加熱したり、高温の窒素ガスまたはシリコーン油等の熱媒体を通じて熱伝達させたりすることにより、絶縁層130を架橋させる。
 以上のケーブルコア形成工程S300により、導体110、内部半導電層120、絶縁層130および外部半導電層140により構成されるケーブルコアが形成される。
(S400:遮蔽層形成工程)
 ケーブルコアを形成したら、外部半導電層140の外側に、例えば銅テープを巻回することにより遮蔽層150を形成する。
(S500:シース形成工程)
 遮蔽層150を形成したら、押出機に塩化ビニルを投入して押出すことにより、遮蔽層150の外周に、シース160を形成する。
 以上により、固体絶縁直流電力ケーブルとしての直流電力ケーブル10が製造される。
(4)本実施形態に係る効果
 本実施形態によれば、以下に示す1つ又は複数の効果を奏する。
(a)本実施形態では、絶縁層130は、アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、を含む樹脂組成物により構成されている。絶縁層130中に無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することで、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることができる。
 絶縁層130の絶縁性が安定的に向上するメカニズムは、例えば、以下の(i)および(ii)のうち少なくともいずれか、好ましくは両方によるメカニズムが考えられる。
(i)製造時のアミノ基の水素結合に起因した凝集の抑制効果
 無機充填剤(A)がアミノ基を有していることで、無機充填剤(A)の表面を正に帯電させることができる。これにより、製造時に無機充填剤(A)同士が隣接した際に、無機充填剤(A)の表面におけるアミノ基同士を静電反発させることができる。無機充填剤(A)同士が静電反発することで、樹脂組成物中の無機充填剤(A)の分散性を向上させることができる。
 しかしながら、このとき、無機充填剤(A)間において、アミノ基を介した水素結合が形成されうる。このため、無機充填剤(A)同士が凝集してしまう可能性がある。
 そこで、絶縁層130中に無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することで、無機充填剤(A)間において、アミノ基を介した水素結合が形成されることを抑制することができる。これにより、無機充填剤(A)のアミノ基同士の静電反発を充分に生じさせることができる。無機充填剤(A)同士を充分に静電反発させることで、樹脂組成物中で、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の分散性を向上させることができる。
 樹脂組成物中の無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の分散性を向上させることで、課電中において、絶縁層130中の空間電荷の局所的な蓄積を抑制し、漏れ電流の発生を抑制することができる。その結果、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることが可能となる。
(ii)課電中における負電荷および正電荷の両方の捕獲効果
 無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部がアミノ基を含むアミノシリル基を有することで、無機充填剤(A)の表面に正電荷を帯びさせることができる。これにより、課電中に、無機充填剤(A)とベース樹脂との界面に、負電荷を捕獲させることができる。一方で、無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部が疎水基を含む疎水性シリル基を有することで、無機充填剤(B)の表面に負電荷を帯びさせることができる。これにより、課電中に、無機充填剤(B)とベース樹脂との界面に、正電荷を捕獲させることができる。
 このようにして、絶縁層130中に均一に分散した無機充填剤(A)および無機充填剤(B)に、負電荷および正電荷のそれぞれを捕獲させることができる。これにより、電気伝導に関与する負・正の両方の極性を有する電荷キャリアの移動を抑制することができる。その結果、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることができる。
(b)無機充填剤(A)と無機充填剤(B)とを樹脂組成物中に添加することで、これらの無機充填剤のうちいずれか一方を単独で用いた場合の樹脂組成物の体積抵抗率よりも、本実施形態の樹脂組成物の体積抵抗率を高くすることができる。具体的には、本実施形態の無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量をNとしたときに、本実施形態の樹脂組成物により構成される絶縁層130の体積抵抗率を、ベース樹脂および含有量Nの無機充填剤(A)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高く、かつ、ベース樹脂および含有量Nの無機充填剤(B)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高くすることができる。
(c)本実施形態では、樹脂組成物中における無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量は、ベース樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下である。無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を0.1質量部以上とすることで、無機充填剤に対して空間電荷を充分にトラップさせることができる。一方で、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を5質量部以下とすることで、樹脂組成物による成形性を向上させつつ、絶縁層130中の無機充填剤の分散性を向上させることができる。
(d)本実施形態では、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することで、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量が少なくても、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることができる。
 具体的には、樹脂組成物中における無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を、ベース樹脂100質量部に対して、1質量部以下とすることができる。無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を1質量部以下としても、絶縁層130の絶縁性を安定的に向上させることができる。
(e)無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を1質量部以下とすることで、直流電力ケーブル10の製造工程を安定的に行うことができる。具体的には、混合工程S140において、樹脂組成物の粘度の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、樹脂組成物を安定的に混練することができる。また、ケーブルコア形成工程(押出工程)S300において、絶縁層130を形成する押出機Bのメッシュの目詰まりを抑制することができる。これにより、長尺な絶縁層130を安定的に押し出すことができる。
(f)無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の合計の含有量を1質量部以下とすることで、絶縁層130の機械特性を向上させることができる。具体的には、絶縁層130の初期引張強度および長期熱老化特性を向上させることができる。
(5)本実施形態の変形例
 上述の実施形態は、必要に応じて、以下に示す変形例のように変更することができる。以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明する。
(無機充填剤)
 本変形例では、無機充填剤(A)は、上述のアミノシランカップリング剤だけでなく、疎水基を有する疎水性シランカップリング剤によっても表面処理されていてもよい。すなわち、無機充填剤(A)の表面は、例えば、上述のアミノシリル基と、疎水基を含む疎水性シリル基と、の両方を有していてもよい。言い換えれば、無機充填剤(A)の1つ当たりの表面のうちの一部にアミノシリル基が結合し、他部に疎水性シリル基が結合していてもよい。
 無機充填剤(A)を表面処理する疎水性シランカップリング剤としては、例えば、上述の実施形態において無機充填剤(B)を表面処理する疎水性シランカップリング剤として挙げた材料の少なくともいずれかと同様の材料を用いることができる。これにより、無機充填剤(A)の表面が有する疎水性シリル基は、例えば、上述の式(5)により表されるものとなる。
 無機充填剤(A)の表面が有する疎水性シリル基は、例えば、無機充填剤(B)の表面が有する疎水性シリル基と等しい。これにより、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれを表面処理する疎水性シランカップリング剤を同一のものとし、表面処理条件の最適化を容易に行うことができる。
 一方で、無機充填剤(A)の表面が有する疎水性シリル基は、例えば、無機充填剤(B)の表面が有する疎水性シリル基と異なっていてもよい。これにより、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれに適した疎水性シリル基を選択することができる。例えば、ジメチルシリル基やトリメチルシリル基といった立体障害の異なるシリル基を無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれに結合させることで、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)のそれぞれの表面における帯電電荷量を調整することができる。
 本変形例では、無機充填剤(A)の表面における疎水基Rの炭素数は、例えば、上述したアミノシリル基におけるアミノ基を含む炭化水素基Rの炭素数よりも小さいことが好ましい。Rの炭素数をRの炭素数よりも小さくすることで、アミノシリル基を疎水性シリル基よりも嵩高くすることができる。これにより、アミノ基同士の静電反発の効果を効率よく生じさせることができる。具体的には、疎水基Rは、例えば、メチル基またはエチル基であることが好ましい。
 また、本変形例では、無機充填剤(A)の表面が有する全てのシリル基に対する、アミノシリル基のモル分率(以下、「アミノシリル基モル分率」ともいう)は、例えば、2%以上90%以下、好ましくは5%以上80%以下であることが好ましい。なお、ここでいう「アミノシリル基モル分率」は、無機充填剤(A)の表面が有する全てのシリル基のモル数に対する、アミノシリル基のモル数の割合を%により表したものである。
 本変形例では、アミノシリル基モル分率を2%以上とすることで、製造上におけるアミノシリル基モル分率に所定のばらつきが生じていたとしても、絶縁層130の絶縁性向上の効果を安定的に得ることができる。さらに、アミノシリル基モル分率を5%以上とすることで、絶縁層130の絶縁性向上の効果を顕著に得ることができる。
 一方で、本変形例では、アミノシリル基モル分率を90%以下とすることで、粒子間においてアミノ基を介した水素結合が形成されることを抑制し、アミノ基同士の静電反発を充分に生じさせることができる。また、水素結合に起因して粒子界面を介して導電経路が形成されることを安定的に抑制することができる。これにより、絶縁層130の絶縁性向上の効果を充分に得ることができる。さらに、アミノシリル基モル分率を80%以下とすることで、絶縁層130の絶縁性向上の効果を顕著に得ることができる。
 上述のアミノシリル基モル分率については、例えば、以下の方法により求めることができる。
 具体的には、まず、アミノシランカップリング剤と疎水性シランカップリング剤とを所定の配合比で用いて表面処理された無機充填剤(A)を用意する。次に、反応温度850℃および還元温度600℃の条件下において熱伝導度検出器(TCD:Thermal Conductivity Detector)を用いたガスクロマトグラフィ法により無機充填剤(A)の表面を元素分析する。これにより、実際に無機充填剤(A)の表面に結合していたシリル基における、炭素に対する窒素の質量比(以下、N/C比)が求められる。
 一方で、以下の手順により、アミノシリル基モル分率に対するN/C比の検量線を求める。表面処理に使用したアミノシランカップリング剤からアミノシリル基を特定し、アミノシリル基1つ当たりの、炭素の合計原子量Cと、窒素の合計原子量Nと、を求める。また、表面処理に使用した疎水性シランカップリング剤から疎水性シリル基を特定し、疎水性シリル基1つ当たりの、炭素の合計原子量Cを求める。ここで、アミノシリル基モル分率をx(単位%)とし、N/C比をy(単位%)としたとき、N/C比yは、検量線を構成するアミノシリル基モル分率xの関数として、以下の式(6)により表される。
 y=Nx/{(C-C)x+100C} ・・・(6)
 (ただし、0<x≦100である。)
 なお、式(6)において、アミノシリル基が有する炭素数と、疎水性シリル基が有する炭素数とが等しく、C=Cであるときには、N/C比yは、アミノシリル基モル分率xの一次関数となり、すなわち、検量線が直線となる。
 例えば、アミノシリル基がアミノプロピルシリル基(C=36.03)であり、疎水性シリル基がトリメチルシリル基(C=36.03)である場合には、検量線が直線となり、アミノシリル基モル分率x=100%のときの、N/C比yの理論値は、約38.9%となる。
 上述のように検量線を得たら、実測したN/C比yを検量線の式(6)に代入することで、実際に無機充填剤(A)の表面に結合していたシリル基におけるアミノシリル基モル分率xが求められる。
 本変形例では、上述のガスクロマトグラフィ法により無機充填剤の表面を元素分析することで求められるN/C比は、例えば、(アミノシリル基がアミノプロピルシリル基である場合に)、0.7%以上35%以下、好ましくは1.9%以上31%以下であることが好ましい。これにより、アミノシリル基モル分率を、2%以上90%以下、好ましくは5%以上80%以下とすることができる。
(製造方法)
 本変形例の無機充填剤(A)表面処理工程S122では、アミノシランカップリング剤および疎水性シランカップリング剤により無機充填剤(A)を表面処理する。
 このとき、例えば、アミノシランカップリング剤と疎水性シランカップリング剤とを用いて同時に表面処理を行ってもよく、或いは、これらを別々に用いて異なるタイミングにおいて表面処理を行ってもよい。後者の場合、アミノシランカップリング剤の表面処理と疎水性シランカップリング剤の表面処理との順番は、どちらが先でも構わない。
 このとき、上述のアミノシリル基モル分率が、例えば、2%以上90%以下、好ましくは5%以上80%以下となるように、アミノシランカップリング剤および疎水性シランカップリング剤により無機充填剤を表面処理する。具体的には、アミノシランカップリング剤が有するRと、疎水性シランカップリング剤が有するRと、に基づいて、アミノシリル基モル分率が上記範囲内となるように、アミノシランカップリング剤および疎水性シランカップリング剤のそれぞれの配合量を設定する。
(効果)
 無機充填剤(A)の表面にアミノシリル基だけでなく疎水性シリル基も結合させることで、無機充填剤(A)の表面にアミノシリル基だけが過剰に結合することを抑制することができる。これにより、無機充填剤(A)間においてアミノ基を介した水素結合が形成されることを抑制し、アミノ基同士の静電反発を充分に生じさせることができる。また、水素結合に起因して無機充填剤(A)の界面を介して導電経路が形成されることを抑制することができる。
 本変形例では、無機充填剤(A)の表面にアミノシリル基だけでなく疎水性シリル基も結合させることによる分散性改善の効果と、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することによる電荷キャリア捕獲効果との、相乗的な効果を得ることができる。その結果、絶縁層130の絶縁性を顕著に向上させることができる。
<本開示の他の実施形態>
 以上、本開示の実施形態について具体的に説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能である。
 上述の実施形態では、無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部が疎水性シリル基を有する場合について説明したが、無機充填剤(B)の表面は、例えば、2種類以上の疎水性シリル基を有していてもよい。これにより、疎水性シリル基の種類に応じた複数の効果を得ることができる。例えば、無機充填剤(B)の表面にトリメチルシリル基とビニルシリル基との両方を結合させることで、トリメチルシリル基による分散性改善効果と、ビニルシリル基によるベース樹脂との接着性改善の効果と、の両方を得ることができる。なお、無機充填剤(B)の表面に結合したビニルシリル基のうちのビニル基によって、架橋後に無機充填剤(B)とベース樹脂との接着性を向上させることができる。
 上述の実施形態では、無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部が疎水性シリル基を有する場合について説明したが、無機充填剤(B)として、例えば、互いに異なる疎水性シリル基を有する2種類以上の無機充填剤を添加していてもよい。これにより、疎水性シリル基の種類に応じた複数の効果を得ることができる。例えば、無機充填剤(B1)の粒径と無機充填剤(B2)の粒径とが異なる場合に、異なるアルキル鎖長を有する2つの疎水性シリル基を無機充填剤(B1)および無機充填剤(B2)のそれぞれに結合させる。これにより、無機充填剤(B1)および無機充填剤(B2)の分散性を等しくすることができる。
 上述の実施形態では、無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部がアミノシリル基を有する場合について説明したが、無機充填剤(A)の表面は、例えば、2種類以上のアミノシリル基を有していてもよい。これにより、アミノシリル基の種類に応じた複数の効果を得ることができる。例えば、無機充填剤(A)の表面に1級アミンと3級アミンとの両方を結合させることで、1級アミンによる正電荷帯電性を付与する効果と、3級アミンによる分散性改善の効果と、の両方を得ることができる。
 上述の実施形態では、無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部が疎水性シリル基を有する場合について説明したが、無機充填剤(A)として、例えば、互いに異なるアミノシリル基を有する2種類以上の無機充填剤を添加していてもよい。これにより、アミノシリル基の種類に応じた複数の効果を得ることができる。
 次に、本開示に係る実施例を説明する。これらの実施例は本開示の一例であって、本開示はこれらの実施例により限定されない。
<実験1-1、1-2>
 まず、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することによる効果を評価するため、以下の実験1-1および1-2を行った。
(1-1)樹脂組成物のシートサンプルの作製
 以下の試料のそれぞれの材料をロール混合し、樹脂組成物を形成した。樹脂組成物を形成した後、プレス成型により120℃において10分、樹脂組成物をプレスすることで、0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを作製した。なお、実験1-1および1-2では、架橋剤を添加せず、プレス時の加熱温度を180℃未満としたため、ベース樹脂を非架橋とした。詳細条件は、以下のとおりである。
[実験1-1]
(ベース樹脂)
 低密度ポリエチレン(LDPE):住友化学製スミカセンC215
 (密度d=920kg/m、MFR=1.4g/10min) 100質量部
(無機充填剤(A):無機充填剤(a1))
 粉末材料:気相法酸化マグネシウム(体積平均粒径50nm)
 アミノシランカップリング剤:3-アミノプロピルトリメトキシシラン
 表面処理方法:乾式法
 含有量:0~0.6質量部
(無機充填剤(B):無機充填剤(b1))
 シランカップリング剤が異なる点を除いて無機充填剤(a1)と同じ。
 疎水性シランカップリング剤:ヘキサメチルジシラザン
 含有量:0~0.6質量部
[実験1-2]
 ベース樹脂が異なる点を除いて、実験1-1と同じ。
(ベース樹脂)
 PP系TPO:サーモラン5013
 (密度d=880kg/m、MFR=1g/10min) 100質量部
(1-2)評価
 上述の各試料のシートを温度90℃の大気雰囲気下で、直径65mmのガード付き平板電極を用いて、75kV/mmの直流電界を絶縁層のシートに印加することで、体積抵抗率を測定した。なお、後述の実験2~5においても、実験1-1および1-2と同様の評価を行った。
(1-3)結果
 以下の表1、表2、図2および図3を用い、実験1-1および1-2の各試料の評価を行った結果を説明する。図2および図3は、それぞれ、実験1-1および1-2における無機充填剤の合計の含有量に対する体積抵抗率を示す図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表1および図2に示すように、ベース樹脂をLDPEとした実験1-1では、無機充填剤の合計の含有量が増加するにつれて、体積抵抗率が単調増加していた。無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加した試料(表1中灰色部)の体積抵抗率は、無機充填剤(a1)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高く、かつ、無機充填剤(b1)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高かった。
 実験1-1の結果によれば、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加することで、(i)製造時のアミノ基の水素結合に起因した凝集の抑制効果、および(ii)課電中における正電荷および負電荷の両方の捕獲効果のうち少なくともいずれかを得ることができた。その結果、樹脂組成物の絶縁性を安定的に向上させることができたことを確認した。
 また、表2および図3に示すように、ベース樹脂をTPOとした実験1-2においても、無機充填剤の合計の含有量が増加するにつれて、体積抵抗率が単調増加していた。実験1-2においても、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加した試料(表2中灰色部)の体積抵抗率は、無機充填剤(a1)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高く、かつ、無機充填剤(b1)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高かった。
 実験1-2の結果によれば、ベース樹脂をTPOなどの他のポリオレフィンとした場合であっても、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加することによる、樹脂組成物の絶縁性向上の効果を得ることができたことを確認した。
<実験2-1、2-2>
 次に、絶縁性についての無機充填剤の材料依存性を評価するため、以下の実験2-1、2-2を行った。
(2-1)樹脂組成物のシートサンプルの作製
 以下の条件で、実験2-1および2-2の試料を作製した。なお、以下に記載のない条件については、実験1-1および1-2と同様の条件とした。
[実験2-1]
(ベース樹脂)
 実験1-1と同じLDPE:100質量部
(無機充填剤(A):無機充填剤(a1))
 粉末材料:
 ・酸化マグネシウム:気相法酸化マグネシウム(体積平均粒径50nm)
 ・二酸化シリコン:フュームドシリカ(体積平均粒径12nm)
 ・酸化亜鉛:(体積平均粒径40nm)
 ・酸化アルミニウム:(体積平均粒径13nm)
 アミノシランカップリング剤:3-アミノプロピルトリメトキシシラン
 表面処理方法:乾式法
 含有量:0~0.6質量部
(無機充填剤(B):無機充填剤(b1))
 シランカップリング剤が異なる点を除いて無機充填剤(a1)と同じ。
 疎水性シランカップリング剤:ヘキサメチルジシラザン
 含有量:0~0.6質量部
[実験2-2]
 ベース樹脂が異なる点を除いて、実験2-1と同じ。
(ベース樹脂)
 PP系TPO:サーモラン5013
 (密度d=880kg/m、MFR=1g/10min) 100質量部
(2-2)結果
 以下の表3および表4を用い、実験2-1および2-2の各試料の評価を行った結果を説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表3に示すように、ベース樹脂をLDPEとした実験2-1では、酸化マグネシウム以外の無機粉末を使用した試料においても、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加した試料(表3中灰色部)の体積抵抗率は、無機充填剤(a1)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高く、かつ、無機充填剤(b1)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高かった。また、無機粉末の材料を比較したときに、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方の材料を酸化マグネシウム以外とした試料のそれぞれの体積抵抗率は、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方の材料を酸化マグネシウムとした試料の体積抵抗率とほぼ同等であった。
 また、表4に示すように、ベース樹脂をTPOとした実験2-2においても、ベース樹脂をLDPEとした実験2-1と同様の結果が得られた。
 実験2-1および2-2の結果によれば、無機充填剤を酸化マグネシウム以外の無機粉末とした場合であっても、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加することによる、樹脂組成物の絶縁性向上の効果を得ることができたことを確認した。
<実験3>
 次に、ベース樹脂の架橋状態依存性を評価するため、以下の実験3を行った。
(3-1)樹脂組成物のシートサンプルの作製
 以下の条件で、実験3の試料を作製した。
[試料3-1]
 実験1-1の試料(非架橋)と同じ条件において、樹脂組成物のシートを作製した。
[試料3-2]
 試料3-2は、以下の条件でベース樹脂を架橋させた点を除く他の条件を試料3-1と同等とした。
(添加剤)
 架橋剤:ジクミルパーオキサイド 1.3質量部
 酸化防止剤:4,4′-チオビス(3-メチル-6-t-ブチルフェノール)(TBMTBP) 0.22質量部
(シート作製条件)
 樹脂組成物を形成した後、プレス成型により180℃において30分、樹脂組成物をプレスすることで、0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを作製した。180℃において30分加熱したことで、ベース樹脂を架橋させた。その後、架橋剤の残渣を除去するために、80℃において24時間、シートの真空乾燥を行った。
[試料3-3、3-4]
 試料3-3および3-4は、ベース樹脂をTPOとした点を除く他の条件を、それぞれ、試料3-1および3-2と同等とした。
(3-2)結果
 以下の表5を用い、実験3の各試料の評価を行った結果を説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 表5に示すように、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加した試料の架橋状態を比較したときに、ベース樹脂を架橋させた試料3-2および3-4の体積抵抗率は、それぞれ、ベース樹脂を架橋させなかった試料3-1および3-3の体積抵抗率とほぼ同等であった。
 実験3の結果によれば、ベース樹脂の架橋状態にかかわらず、無機充填剤(a1)および無機充填剤(b1)の両方を添加することによる、樹脂組成物の絶縁性向上の効果を得ることができたことを確認した。
<実験4>
 次に、絶縁性についての無機充填剤(B)を表面処理した疎水性シランカップリング剤依存性を評価するため、以下の実験4を行った。
(4-1)樹脂組成物のシートサンプルの作製
 以下の条件で、実験4-1および4-2の試料を作製した。なお、以下に記載のない条件については、実験1-1および1-2と同様の条件とした。
[実験4-1]
(ベース樹脂)
 実験1-1と同じLDPE:100質量部
(無機充填剤(A):無機充填剤(a1))
 粉末材料:気相法酸化マグネシウム(体積平均粒径50nm)
 アミノシランカップリング剤:3-アミノプロピルトリメトキシシラン
 表面処理方法:乾式法
 含有量:0~0.6質量部
(無機充填剤(B):無機充填剤(b2))
 シランカップリング剤が異なる点を除いて無機充填剤(a1)と同じ。
 疎水性シランカップリング剤:ジクロロジメチルシラン
 含有量:0~0.6質量部
[実験4-2:試料4-1~4-11]
(ベース樹脂)
 実験1-1と同じLDPE:100質量部
(無機充填剤(A):無機充填剤(a1))
 粉末材料:気相法酸化マグネシウム(体積平均粒径50nm)
 シランカップリング剤:3-アミノプロピルトリメトキシシラン
 表面処理方法:乾式法
 含有量:0~0.6質量部
(無機充填剤(B))
 シランカップリング剤が異なる点を除いて無機充填剤(a1)と同じ。
 疎水性シランカップリング剤:
 ・無機充填剤(b1):HMDS(実験1-1と同じ構成)
 ・無機充填剤(b3):ビニルトリメトキシシラン
 ・無機充填剤(b4):n-オクチルトリメトキシシラン
 含有量:0.4~0.6質量部
(4-2)評価
 以下の表6、表7、図4を用い、実験4-1および4-2の各試料の評価を行った結果を説明する。図4は、実験4-1における無機充填剤の合計の含有量に対する体積抵抗率を示す図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 表6および図4に示すように、実験4-1において、無機充填剤(B)としてジクロロジメチルシラン処理をした無機充填剤(b2)と、無機充填剤(a1)との両方を添加した試料(表6中灰色部)においても、無機充填剤の合計の含有量が増加するにつれて、体積抵抗率が単調増加していた。また、無機充填剤(a1)と無機充填剤(b2)との両方を添加した試料の体積抵抗率も、無機充填剤(a1)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高く、かつ、無機充填剤(b2)のみを等しい合計含有量で添加した試料の体積抵抗率よりも高かった。
 また、表7に示すように、実験4-2において、無機充填剤(B)として他の疎水性シランカップリング剤により表面処理をした無機充填剤(b3)および(b4)のそれぞれと、無機充填剤(a1)との両方を添加した試料4-6および4-9(表7中灰色部)の体積抵抗率も、無機充填剤(a1)のみを等しい合計含有量で添加した試料4-3の体積抵抗率よりも高く、かつ、無機充填剤(B)のみを等しい合計含有量で添加した試料4-8および4-11の体積抵抗率よりも高かった。
 また、無機充填剤(B)を表面処理した疎水性シランカップリング剤を比較したときに、無機充填剤(a1)と無機充填剤(b1)~(b4)のそれぞれとの両方を添加した試料(表6中灰色部の一部の試料、表7中の試料4-1、4-6および4-9)の体積抵抗率は、互いにほぼ同等であった。
 実験4-1および4-2の結果によれば、無機充填剤(B)としてHMDS以外の疎水性シランカップリング剤により表面処理をした無機充填剤を添加した場合であっても、無機充填剤(a1)および無機充填剤(B)の両方を添加することによる、樹脂組成物の絶縁性向上の効果を得ることができたことを確認した。
<実験5>
 次に、無機充填剤(A)に関する変形例を評価するため、以下の実験5を行った。
(5-1)樹脂組成物のシートサンプルの作製
 以下の条件で、実験5の試料を作製した。
[試料5-1~5-6]
(ベース樹脂)
 実験1-1と同じLDPE:100質量部
(無機充填剤(A):無機充填剤(a2))
 粉末材料:気相法酸化マグネシウム(体積平均粒径50nm)
 以下の2種類のシランカップリング剤で表面処理を行った。
 アミノシランカップリング剤:3-アミノプロピルトリメトキシシラン
 疎水性シランカップリング剤:ヘキサメチルジシラザン
 表面処理方法:乾式法(同時処理)
 なお、アミノシリル基モル分率が12%となるように、アミノシランカップリング剤および疎水性シランカップリング剤のそれぞれの配合量を設定した。
 含有量:0.2~0.6質量部
(無機充填剤(B))
 シランカップリング剤が異なる点を除いて無機充填剤(a1)と同じ。
 疎水性シランカップリング剤:
 ・無機充填剤(b1):HMDS(実験1-1と同じ構成)
 ・無機充填剤(b2):ジクロロジメチルシラン
 ・無機充填剤(b3):ビニルトリメトキシシラン
 ・無機充填剤(b4):n-オクチルトリメトキシシラン
 含有量:0~0.4質量部
(5-2)評価
 以下の表8を用い、実験5の各試料の評価を行った結果を説明する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 表8の無機充填剤(a2)のみを添加した試料5-2および5-3の体積抵抗率は、それぞれ、表7の無機充填剤(a1)のみを添加した試料4-2および4-3の体積抵抗率よりも高かった。この結果によれば、無機充填剤(A)のみを添加した場合であっても、無機充填剤(A)の表面にアミノシリル基だけでなく疎水性シリル基も結合させることで、無機充填剤(A)間においてアミノ基を介した水素結合が形成されることを抑制することができた。その結果、樹脂組成物の絶縁性を向上させることができたことを確認した。
 表8の無機充填剤(a2)と無機充填剤(b1)との両方を添加した試料5-1の体積抵抗率は、表7の無機充填剤(a1)のみを等しい合計含有量で添加した試料4-3の体積抵抗率よりも顕著に高かった。試料5-1の体積抵抗率は、表8の無機充填剤(a2)のみを等しい合計含有量で添加した試料5-3の体積抵抗率よりも高く、かつ、表7の無機充填剤(b1)のみを等しい合計含有量で添加した試料4-5の体積抵抗率よりも顕著に高かった。さらに、試料5-1の体積抵抗率は、表7の無機充填剤(a1)と無機充填剤(b1)との両方を添加した試料4-1の体積抵抗率よりも高かった。
 これらの結果によれば、アミノシリル基と疎水性シリル基とを有する無機充填剤(a2)と、無機充填剤(b1)との両方を添加することで、無機充填剤(A)の表面にアミノシリル基だけでなく疎水性シリル基も結合させることによる分散性改善の効果と、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することによる電荷キャリア捕獲効果との、相乗的な効果を得ることができた。その結果、樹脂組成物の絶縁性を顕著に向上させることができたことを確認した。
 また、表8の無機充填剤(B)としてHMDS以外の疎水性シランカップリング剤により表面処理をした無機充填剤(b2)~(b4)のそれぞれと、無機充填剤(a2)との両方を添加した試料5-4~5-6の体積抵抗率も、無機充填剤(a2)のみを等しい合計含有量で添加した試料5-3の体積抵抗率よりも高く、かつ、無機充填剤(B)のみを等しい合計含有量で添加した試料(表6の(b-2)のみを0.6質量部とした試料、表7の試料4-8および4-11)の体積抵抗率よりも高かった。
 また、表8に示すように、無機充填剤(B)で用いた疎水性シランカップリング剤を比較したときに、無機充填剤(a2)と無機充填剤(b1)~(b4)のそれぞれとの両方を添加した試料5-1、5-4~5-6の体積抵抗率は、互いにほぼ同等であった。
 これらの結果によれば、無機充填剤(B)としてHMDS以外の疎水性シランカップリング剤により表面処理をした無機充填剤を添加した場合であっても、無機充填剤(A)の表面にアミノシリル基だけでなく疎水性シリル基も結合させることによる分散性改善の効果と、無機充填剤(A)および無機充填剤(B)の両方を添加することによる電荷キャリア捕獲効果との、相乗的な効果を得ることができたことを確認した。
<本開示の好ましい態様>
 以下、本開示の好ましい態様を付記する。
(付記1)
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える
樹脂組成物。
(付記2)
 絶縁層を構成する
付記1に記載の樹脂組成物。
(付記3)
 前記無機充填剤(A)の前記表面は、
 前記アミノシリル基と、
 疎水基を含む疎水性シリル基と、
 を有する
付記1又は付記2に記載の樹脂組成物。
(付記4)
 前記無機充填剤(A)の前記表面が有する前記疎水性シリル基は、前記無機充填剤(B)の前記表面が有する前記疎水性シリル基と等しい
付記3に記載の樹脂組成物。
(付記5)
 前記無機充填剤(A)の前記表面が有する前記疎水性シリル基は、前記無機充填剤(B)の前記表面が有する前記疎水性シリル基と異なる
付記3に記載の樹脂組成物。
(付記6)
 前記無機充填剤(A)の前記表面が有する全てのシリル基に対する、前記アミノシリル基のモル分率は、2%以上90%以下である
付記3から付記5のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記7)
 反応温度850℃および還元温度600℃の条件下において熱伝導度検出器を用いたガスクロマトグラフィ法により前記無機充填剤(A)の表面を元素分析することで求められる、炭素に対する窒素の質量比は、0.7%以上35%以下である
付記3から付記5のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記8)
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量は、前記ベース樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下である
付記1から付記7のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記9)
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量は、前記ベース樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上1質量部以下である
付記8に記載の樹脂組成物。
(付記10)
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量に対する前記無機充填剤(B)の含有量の比率は、0.1以上0.9以下である
付記1から付記9のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記11)
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)は、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)は、酸化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、カーボンブラック、および、これらのうち2種以上を混合した混合物のうち少なくともいずれかを含む
付記1から付記10のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記12)
 前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量をNとしたときに、
 前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有する樹脂組成物の体積抵抗率は、前記ベース樹脂および含有量Nの前記無機充填剤(A)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高く、かつ、前記ベース樹脂および含有量Nの前記無機充填剤(B)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高い
付記1から付記11のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記13)
 前記ベース樹脂は、低密度ポリエチレンを含み、
 前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有し0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した前記樹脂組成物のシートの体積抵抗率は、3.7×1015Ω・cm以上である
付記1から付記12のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記14)
 前記ベース樹脂は、ポリエチレン若しくはポリプロピレンにエチレンプロピレンゴム若しくはエチレンプロピレンジエンゴムを分散あるいは共重合した熱可塑性エラストマを含み、
 前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有し0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した前記樹脂組成物のシートの体積抵抗率は、2.0×1015Ω・cm以上である
付記1から付記12のいずれか1つに記載の樹脂組成物。
(付記15)
 ポリオレフィンを含むベース樹脂中に添加される無機充填剤群であって、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える
無機充填剤群。
(付記16)
 導体と、
 前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
 を備え、
 前記絶縁層は、
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
 アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
 疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
 を備える樹脂組成物により構成される
直流電力ケーブル。
(付記17)
 ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤(A)と、無機充填剤(B)と、を有する樹脂組成物を準備する工程と、
 前記樹脂組成物を用い、導体の外周を覆うように絶縁層を形成する工程と、
 を備え、
 前記樹脂組成物を準備する工程は、
 アミノ基を含むアミノシランカップリング剤により前記無機充填剤(A)を表面処理する工程と、
 疎水基を含む疎水性シランカップリング剤により前記無機充填剤(B)を表面処理する工程と、
 を有し、
 前記無機充填剤(A)を表面処理する工程では、
 前記無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部に、前記アミノシランカップリング剤に由来する前記アミノ基を含むアミノシリル基を結合させ、
 前記無機充填剤(B)を表面処理する工程では、
 前記無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部に、前記疎水性シランカップリング剤に由来する前記疎水基を含む疎水性シリル基を結合させる
直流電力ケーブルの製造方法。
10 直流電力ケーブル
110 導体
120 内部半導電層
130 絶縁層
140 外部半導電層
150 遮蔽層
160 シース

Claims (11)

  1.  ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
     アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
     疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
     を備える
    樹脂組成物。
  2.  絶縁層を構成する
    請求項1に記載の樹脂組成物。
  3.  前記無機充填剤(A)の前記表面は、
     前記アミノシリル基と、
     疎水基を含む疎水性シリル基と、
     を有する
    請求項1又は請求項2に記載の樹脂組成物。
  4.  前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量は、前記ベース樹脂100質量部に対して、0.1質量部以上5質量部以下である
    請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  5.  前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)は、酸化マグネシウム、二酸化シリコン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、カーボンブラック、および、これらのうち2種以上を混合した混合物のうち少なくともいずれかを含む
    請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  6.  前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)の合計の含有量をNとしたときに、
     前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有する樹脂組成物の体積抵抗率は、前記ベース樹脂および含有量Nの前記無機充填剤(A)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高く、かつ、前記ベース樹脂および含有量Nの前記無機充填剤(B)のみを有する樹脂組成物の体積抵抗率よりも高い
    請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  7.  前記ベース樹脂は、低密度ポリエチレンを含み、
     前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有し0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した前記樹脂組成物のシートの体積抵抗率は、3.7×1015Ω・cm以上である
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  8.  前記ベース樹脂は、ポリエチレン若しくはポリプロピレンにエチレンプロピレンゴム若しくはエチレンプロピレンジエンゴムを分散あるいは共重合した熱可塑性エラストマを含み、
     前記ベース樹脂、前記無機充填剤(A)および前記無機充填剤(B)を有し0.2mmの厚さを有する樹脂組成物のシートを形成した場合に、温度90℃および直流電界75kV/mmの条件下において測定した前記樹脂組成物のシートの体積抵抗率は、2.0×1015Ω・cm以上である
    請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の樹脂組成物。
  9.  ポリオレフィンを含むベース樹脂中に添加される無機充填剤群であって、
     アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
     疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
     を備える
    無機充填剤群。
  10.  導体と、
     前記導体の外周を覆うように設けられる絶縁層と、
     を備え、
     前記絶縁層は、
     ポリオレフィンを含むベース樹脂と、
     アミノ基を含むアミノシリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(A)と、
     疎水基を含む疎水性シリル基を表面の少なくとも一部に有する無機充填剤(B)と、
     を備える樹脂組成物により構成される
    直流電力ケーブル。
  11.  ポリオレフィンを含むベース樹脂と、無機充填剤(A)と、無機充填剤(B)と、を有する樹脂組成物を準備する工程と、
     前記樹脂組成物を用い、導体の外周を覆うように絶縁層を形成する工程と、
     を備え、
     前記樹脂組成物を準備する工程は、
     アミノ基を含むアミノシランカップリング剤により前記無機充填剤(A)を表面処理する工程と、
     疎水基を含む疎水性シランカップリング剤により前記無機充填剤(B)を表面処理する工程と、
     を有し、
     前記無機充填剤(A)を表面処理する工程では、
     前記無機充填剤(A)の表面の少なくとも一部に、前記アミノシランカップリング剤に由来する前記アミノ基を含むアミノシリル基を結合させ、
     前記無機充填剤(B)を表面処理する工程では、
     前記無機充填剤(B)の表面の少なくとも一部に、前記疎水性シランカップリング剤に由来する前記疎水基を含む疎水性シリル基を結合させる
    直流電力ケーブルの製造方法。
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