DE3135749A1 - "feuerhemmende, durch strahlung haertbare, polymere massen" - Google Patents
"feuerhemmende, durch strahlung haertbare, polymere massen"Info
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Description
F-euerhemrnende, durch Strahlung härtbare, polymere Massen.
Die Erfindung betrifft durch Strahlung vernetzbare, polymere
Massen, die gegen Feuchtigkeit und Hitze widerstandsfähig sowie feuerhemmend sind und die sowohl zur Herstellung
von isoliertem Draht und Kabel als auch für gepreßte Produkte geeignet sind. Genauer betrifft die Erfindung
eine Masse aus einem durch Bestrahlung härtbaren Äthylen« Vinylester- oder Acrylat-Mischpolymerisat mit einer Zugfe«
stigkeit nach Vernetzung durch Bestrahlung, die im wesentlichen einer chemisch vernetzten Mischpolymerisatmasse
derselben allgemeinen Zusammensetzung entspricht♦
derselben allgemeinen Zusammensetzung entspricht♦
Einer der wichtigsten Bereiche, in denen, feuerhemmende,
polymere Massen Anwendung finden^ ist der elektrische Bereich ,d.h. wo sowohl isolierende als auch feuerheramende
Eigenschaften angestrebt werden, insbesondere auf dem Gebiet der Isolierung von Leitern. Einst wurden, für die
Nicht-Entflammbarkeit von extrudierbaren Massen für das
Gebiet der Drähte und Kabel halogenierte Polymeres wie
chloriertes Polyäthylens Polyvinylchlorid t Chlorbutadien, chloriertes Paraffin und dergl«s zusammen mit Antimontrioxid eingesetzta wobei beide Komponenten in beträchtlichen Mengen vorliegen. Alternativ wurde eine Beschichtung aus einer Farbe aus chlorsulfoniertem Polyäthylen auf eine Isolierungsverbindungs die nicht feuerhemmend war, aufgetragen , was eine zusätzliche Arbeitsstufe bei der Herstellung bedeutete„
polymere Massen Anwendung finden^ ist der elektrische Bereich ,d.h. wo sowohl isolierende als auch feuerheramende
Eigenschaften angestrebt werden, insbesondere auf dem Gebiet der Isolierung von Leitern. Einst wurden, für die
Nicht-Entflammbarkeit von extrudierbaren Massen für das
Gebiet der Drähte und Kabel halogenierte Polymeres wie
chloriertes Polyäthylens Polyvinylchlorid t Chlorbutadien, chloriertes Paraffin und dergl«s zusammen mit Antimontrioxid eingesetzta wobei beide Komponenten in beträchtlichen Mengen vorliegen. Alternativ wurde eine Beschichtung aus einer Farbe aus chlorsulfoniertem Polyäthylen auf eine Isolierungsverbindungs die nicht feuerhemmend war, aufgetragen , was eine zusätzliche Arbeitsstufe bei der Herstellung bedeutete„
Bei gewissen Typen von trockenen Transformatoren* insbesondere bei Hochspannungstrafosj bestand das Problems, daß
aufgrund von Kriechstrom an der Oberfläche der verwendeten
organischen Isolierungskomponente elektrischer Ausfall auftrat. Das Problem wurde gelöst, indem man Massen, deren organisches Bindemittel aus Butylkautschuk, Epoxyharzen
oder Polyesterharzen bestand, hydratisiertes Alumi-
niumoxid zugab. Diese Massen "besitzen jedoch nicht gleichzeitig
ausgezeichnete Extrudiereigenschaften, physikalische und elektrische Eigenschaften, Hitzebeständigkeit
und Feuerhemmung. Solche Massen werden in den US-PSen
2 997 526, 2 997 527 und 2 997 528 (Kessel et al.) beschrieben. Die für solche Verwendung beschriebenen Massen '
sind bezüglich der Zugfestigkeit, der Dehnung und der'
Dehnung nach dem Altern (in 90 schlecht.
Feuerhemmende, polymere Massen, die u.a. erhöhten Widerstand
gegen Feuchtigkeit und Hitze besitzen und im wesentlichen aus einem innigen Gemisch von wenigstens einem
quervernetzten Polymeren, das als Hauptkomponente ein Äthylen-Vinylacetat-Copolymeres, ein oder mehrere Silane
und einen oder mehrere hydratisierte, anorganische Füllmittel
enthält, besteht, wurden auf dem Gebiet der Draht- und Kabelherstellung weithin akzeptiert. Massen dieser
Art werden in den ÜS-PSen 3 832 326 und 3 922 442 (North
et alo) beschrieben. In diesen Patentschriften werden
Massen offenbart, die 80 bis 400 und vorzugsweise 125 bis bis 140 Gew.Teile Füllstoff/100 Gew.Teile Polymerisat und
0,5 bis 5,0 GeWuTeile Silan/100 Gew.Teile Füllstoff enthalten.
Für Gleitmittel wird kein besonderer Konzentrationsbereich offenbart; in allen vierzehn Massen der Beispiele
werden jedoch 2 Teile Calciumstearat/100 Teile
Polymerisat verwendet.
Diese aus dem Stand der Technik (North et al) bekannten Polymerisatmassen weisen eine einzigartige Kombination
oder Ausgewogenheit von verbesserten physikalischen und elektrischen Eigenschaften zusammen mit einem hohen Grad
von Feuerhemmung auf. Diese' hocherwünschten Ergebnisse
werden ohne Verwendung halogenierter Polymerer, wie Polyvinylchlorid
und chlorsulfoniertes Polyäthylen, erhalten, wodurch keine Chlorwasserstoffdämpfe auftreten; ohne Ruß,
wobei seine Verwendung als gefärbtes Isoliermaterial ermöglicht wird; ohne feuerhemmende BeSchichtungen, wie sie
häufig sind, wodurch eine zusätzliche Stufe bei den Herstellungsverfahren
fortgelassen wird, wenn die Massen verwendet werden, z.B. als auf einem Leiter, extrudierte, isolierende
Massen; und ohne Antimontrioxid, wodurch eine sehr teure Verbindung gespart wird.
Solche Massen finden spezielle Verwendung als weiße (eine
ihnen innewohnende Eigenschaften) und gefärbte Ein-Schicht~Xsolierungsmassen9
die über Leitern aus Metall, z.B. Kupfer oder Aluminium, extrudiert werden können und
so eine einschichtige Isolierungs- und Ummantelungsmasse
ergeben, die nach U.L.-Standards für Betrieb bei 900C und
in manchen Fallen für den Betrieb bei Temperaturen bis zu 125°C und bis zu 600 V eingestuft werden.
Diese von North et al. beschriebenen Isolierungsraassen
haben insbesondere bei der Isolierung von Schaltbrettkabeln, Geräteanschlußkabeln und kraftfahrtechnischen Kabeln
Anwendung gefunden, wo eine einzigartige Kombination überlegener elektrischer Eigenschaften zusammen mit Widerstandsfähigkeit
gegen die zerstörende Einwirkung von Hitze und Flamme entscheidend sind und so geringe Rauchdichte
und nicht-korrosive Dämpfe erwünscht sind.
Gemäß North et al. wird die Vernetzung der Äthylen-Vinylacetat-Copolymerisate
in diesen Massen durch Bestrahlung mit Strahlenquellen hoher Energie oder durch Verwendung
chemischer Vernetzungsmittel bevorzugt. Wie mit anderen strahlungsgehärteten, ; polymeren Massen beobachtet wurde,
besitzen strahlengehärtete Massen, die gemäß den Offenbarungen von North et al. hergestellt wurden, eine
schlechtere physikalische Festigkeit als ihre mit Peroxid gehärteten Gegenstücke. Die Gründe hierfür sind nicht
völlig ersichtlich; es wird angenommen, daß die genaue Art und Menge der Haupt- und Nebenkomponenten zu dem Ergebnis
beitragen. Versuche zur Verbesserung der physikalischen Festigkeit von Massen des Typs North et al. haben bis
jetzt zu keinem annehmbaren Erfolg geführt.
Zwei in den Beispielen, insbesondere in Beispiel 2, untersuchte,
quervemetzbare, polymere Massen vom Typ North
et al. zeigen diesen Unterschied. Das eine Produkt ist mit Peroxid härtbar , während das andere mit Strahlen
härtbar ist. Verschiedene Abänderungen wurden mit dem mit Peroxid härtbaren Produkt durchgeführt, um ein Gegenstück
zum strahlungshärtbaren Produkt zu erreichen. Das Mischpolymerisat des strahlungshärtbaren Produkts besitzt
einen höheren Gehalt an Vinylacetat und das Gleitmittel
Calciumstearat wurde durch Aluminiumstearat ersetzt. Hierdurch
wurde zwar die physikalische Festigkeit der strahlungshärtbaren Masse gegenüber vorher verbessert, sie
liegt jedoch noch beträchtlich niedriger als beim mit Peroxid gehärteten Produkt.
Es ist ein Zweck der Erfindung» eine durch Strahlung quervernetzbare
Masse aus Äthylenmischpolymerisat zur Verfügung zu stellen, die in ihrem quervernetzten Zustand Eigenschaften
der physikalischen Festigkeit aufweist, die gegenüber den bisher erreichten überlegen sind.
Gemäß der Erfindung wurde festgestellt, daß die physikalische
Festigkeit von Massen aus Äthylenmischpolymerisaten (insbesondere Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisaten),
welche mit Silan behandelte, hydratisierte, anorganische Füllstoffe enthalten, beträchtlich verbessert werden kann,
wenn (1) das bisher als Gleitmittel verwendete Stearat durch ein Gleitmittel ersetzt wird, das Laurinsäure und
Äthylen-bis-stearamid enthält, und (2) die Silankonzen-
tration gegenüber dem Stand der Technik beträchtlich erhöht wird. Diese Erfindung ist insbesondere auf eine
durch Strahlung vernetzbare, polymere Masse gerichtet,die enthält:
(a) ein Mischpolymerisat von Äthylen und einem Vinylester einer aliphatischen C^g-Carbonsäure} einem
C1_g-Alkylacrylat oder einem C^_g-Alkylmethacrylatj
(b) 80 bis 400 Teile hydratisieren r anorganischen
■■ Füllstoff /100 Teile Mischpolymerisat j
(c) 2,5 bis 6 Teile eines Alkoxysilans/100 Teile
hydratisieren s anorganischen Füllstoff; und
Cd) eine Gleitwirkung aufweisende Menge eines Gleitmittels, das Laurinsäure und Äthylen-bis-Stearamid
enthält.
Mit anderen Worten ist die vorliegende Erfindung befaßt
mit der Verbesserung einer durch Strahlung vernetzbaren, polymeren Masse eines Typs9 der enthält;
(a) ein Copolymeres von Äthylen und einem Vinylester einer aliphatischen C^g-Carbonsäure, einem C* g-Alkylacrylat
oder einem C. ^-Älkylmethacrylat, und
(b) einem mit Silan behandelten» hydratisierten,
anorganischen Füllstoff, wobei die Konzentration des Füllstoffs 80 bis 400 Teile Füllstoff/100 Teile Mischpolymerisat beträgt,
wobei man als Silan ein Alkoxysilan in einer Menge von 2,5 bis 6 Teilen/100 Teile Füllstoff verwendet und in die
Masse eine als Gleitmittel wirksame Menge eines Gleitmittels, das Laurinsäure und Äthylen-bls-stearamid enthält,
verwendet..
Diese Erfindung betrifft ferner einen elektrischen Leiter,
der mit einer einlagigen Isolierschicht, welche diese quervernetzbaren9 polymeren Massen enthält, beschichtet
Ist.
F · · ♦
Die vorliegende Erfindung betrifft durch Bestrahlung vernetzbare, polymere Massen, die Mischpolymerisate aus
Äthylen und einem Vinylester einer aliphatischen Carbonsäure, einem Alkylacrylat oder einem Alkylmethacrylat und
einen mit Silan behandelten, hydratisieren, anorganischen
Füllstoff enthält, welche beträchtlich höhere physikalische Festigkeit in ihrer durch Strahlung quervernetzten
Form besitzen als vergleichbare, durch Strahlung quervernetzte Massen bisher aufwiesen. Weiterhin besitzen diese
durch Strahlung gehärteten Massen physikalische Festigkeitseigenschaften, die im wesentlichen solchen einer vergleichbaren,
chemisch quervernetzten> polymeren Massen gleich sind.
Die durch Strahlung quervernetzte Masse aus einem Äthy-.len-Mischpolymerisat
besitzt nicht nur überlegenen Widerstand gegen Feuchtigkeit, Hitze und Feuerf sondern weist
auch im quervernetzten Zustand höhere physikalische Festigkeit auf,als bisher erhalten wurde.
Die erfindungsgemäßen Massen enthalten viele der Bestandteile,
die die in den US-PSen 5 832 326 und 3 922 442
(North et al.) beschriebenen Massen enthalten. Die Offenbarung
der genannten Patentschriften wird hiermit auch in der vorliegenden Beschreibung offenbart.
Den Ausdrücken "quervernetzbar" oder "Quervernetzung"
wird in der vorliegenden Erfindung die normale, auf dem Fachgebiet anerkannte Bedeutung zugelegt, d.h. sie bezeichnen die Bildung primärer Valenzbindungen zwischen
den Polymermolekülen.
Das Quervernetzen von Polymerisaten kann durch solche bekannten Verfahren, wie chemisches Vernetzen, thermisches
Vernetzen oder Vernetzen durch Bestrahlung, erreicht wer-
den. Die Massen gemäß der vorliegenden Erfindung werden
vorzugsweise durch Bestrahlung vernetzt. Zu den Grundverfahren für die Vernetzung durch Bestrahlung gehören Verfahren
unter Verwendung von Kobalt-SO, Beschleunigern,,
ß~Strahlen, γ-Strahlen, Röntgenstrahlen und dergl.. Diese
Verfahren zur Vernetzung durch Bestrahlung sind auf dem Fachgebiet äußerst bekannt und werden hier nicht im einzelnen
beschrieben.
Der polymere Bestandteil der vorliegenden Masse ist ein Mischpolymerisat aus Äthylen und einem Comonomeren, das
ein Vinylester, ein Acrylat oder ein Methacrylat sein
kann» Der Vinylester kann ein Vinylester einer aliphatischen C2_g-Carbonsäure sein, wie Vinylacetat, Vinylpropionat,
Vinylbutyrat, Vinylpentanoat oder Vinylhexanoat.
Die Acrylate und Methacrylate können beliebige der C1_g-Alkylester sein, z„B. Methyl-» Äthyl-, Propyl-,
■Butyl-ν Pentyl- oder Hexyl-acrylat oder -methacrylate Das
bevorzugte Mischpolymerisat., das die polymere Komponente
gemäß der Erfindung enthält, ist ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat,
das etwa 9 bis 90%, vorzugsweise etwa bis etwa 40% und insbesondere etwa 9 bis etwa 28% .Vinylacetat
und als Rest Äthylen enthält*
Zwar enthielten die Massen nach dem Stand der Technik (North et al.), gegenüber denen die vorliegenden Masse
eine Verbesserung darstellen ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat
als bevorzugten polymeren Bestandteil, wobei geringe Mengen anderer quervernetzbarer Polymerer
oder Mischpolymerer eingeschlossen sein konnten. Jedoch
stellte Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat wenigstens
66% der gesamten Polymerisate, die in den Massen nach North et al. vorlagen, dar. Repräsentative Beispiele für
die geringeren polymeren Bestandteilen, die in den nicht bevorzugten Ausführungsformen verwendet wurden, sind z.B.
Polyäthylen, Mischpolymerisate von Äthylen mit Propylen, Buten, den Acryläten und Maleaten, Polydimethylsiloxan
und Polymethylphenylsiloxan, Mischpolymerisate von Vinylacetat mit den Acrylaten usw.. Offensichtlich wurden auch
Mischungen dieser kleineren polymeren Bestandteile verwendet. .
Es konnten auch Terpolymere von Äthylen und Vinylacetat,
die von z.B. irgendeinem oben aufgeführten, monomeren
Material (außer Äthylen oder Vinylacetat) abstammen, verwendet werden. Ein beispielhaftes Terpolymeres wäre ein
Äthylen-Vinylacetat-Vinylmaleat-Terpolymeres.
Die von North et al. verwendeten Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisate
haben vorzugsweise einen Schmelzindex von etwa 1,0 bis etwa 20,0.
Die in den Massen nach North et al. verwendeten Polyäthylene umfassen im wesentlichen alle Polyäthylene hoher,
mittlerer und niedriger Dichte sowie Mischungen daraus. Die am meisten bevorzugten Polyäthylene zum Mischen für
die Verwendung als einfache Isolierung für elektrische Geräte und Kabel besitzen im allgemeinen eine Dichte von
etwa 0,900 bis etwa 0,950 g/cnr und einen Schmelzindex von etwa 1,0 bis etwa 10,0*
Es können zwar geringe Mengen der von North et ale in geringerem
Anteil verwendeten Polymerisate und Mischpolymerisate
auch in den erfindungsgemäßen Massen verwendet werden; dies wird jedoch nicht bevorzugt. Tatsächlich ergeben
diese nicht bevorzugten Massen nicht die überlegene physikalische Festigkeit in den quervernetzten Massen,
die erhalten wird, wenn ein einzelnes Mischpolymerisat, vorzugsweise ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat,
als polymere Komponente verwendet wird.
O β tj in
- 11 -
Was auch für die bekannten Massen nach North et al. zutrifft,
besitzen die erfindungsgemäßen Massen ein überlegenes und unerwartetes Gleichgewicht von
(1) Sprödigkeit bei niedriger Temperatur, d»h.·
die Masse bricht nicht leicht bei einer Bewegung bei tiefer
Temperatur (ASTM D--746);
(2) Wärmebeständigkeit nach Alterungs d.h. ausgezeichnete
Dehnung nach ausgedehntem Betrieb bei 900C und selbst 125°C;
(3) Widerstand gegen Funken- und Spurbildung selbst bei 5 KV, während selbst Porzellan einen Oberflächendurchschlag
bei 4 KV zeigt. Diese Eigenschaft wird jedoch in der bevorzugten Umgebung bei einem.Betrieb unter 600 V nicht oft benötigt;
(4) Nicht-Entflammbarkeit und Feuerhemmung;
(5) Widerstand gegen Feuchtigkeit, d.h. geringe mechanische Wasserabsorption, was eine überlegene dielektrische
Konstante ergibt;
(6) Beständigkeit gegen industrielle Chemikalien.
Zusätzlich besitzen diese Massen nach ihrer Vernetzung
durch Bestrahlung Zugfestigkeiten* die denen der durch
Bestrahlung quervernetzten Massen nach dem Stand der Technik überlegen sind und im wesentlichen gleich sind
■wie diejenigen der chemisch quervernetzten Massen nach dem
Stand der Technik.
Der Grund für eine solche überlegene Ausgewogenheit der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Massen ist nicht bekannt. Es ist möglich, die Theorie aufzustellen, daß es
eine synergistische Beziehung zwischen dem Äthylenmischpolymerisat, Silan, dem hydratisieren anorganischen Füllstoff
und dem bevorzugten Gleitmittel in gewissem Ausmaß gibt; es wird jedoch nicht beabsichtigt, sich durch eine
solche Theorie zu binden. Es wurde jedoch bewiesen, daß
in Bereichen niedriger Spannung unter 5000 V, insbesondere in Bereichen unter 600 V, die Massen gemäß der Erfindung
in der Verwendung als einfache Isolierung dem Stand der Technik gleichwertig sind. Einfache Isolierung
ist ein auf dem Fachgebiet akzeptierter Ausdruck und bezeichnet eine Isolierung, bei der eine Schicht um den
Leiter extrudiert ist; diese eine Schicht dient als die elektrische Isolierung und Umhüllung zur Erzeugung eines
physikalischen Schutzes und eines Schutzes gegen Feuer. Die vorliegenden Massen sind besonders geeignet zur Verwendung
als einfache Isolierung im Bereich unter 5000 V, insbesondere unter 600 V, wo nur eine einzelne, extrudierte
Beschichtung verwendet wird; und in dieser Umgebung wird ein überlegenes Gleichgewicht von Eigenschaften benötigt.
Es wurde ferner festgestellt, daß Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisate
große Mengen an Füllstoff halten und trotzdem hohe Biegsamkeit und ein hohes Ausmaß
an Quervernetzung ermöglichen. Daß gleichzeitig eine hohe Aufnahme von Füllstoff, Biegsamkeit und Quervernetzung
erreicht wird, ist recht überraschend, da eine hohe Biegsamkeit und hohe Quervernetzung im allgemeinen für unvereinbar
gehalten werden, wie auch eine hohe Quervernetzung und eine große Aufnahme von Füllstoff (was einen
Gehalt an niedrig-vernetzbarem Polymerisat bedeutet).
Äthylen-Vinylacetät-Mischpolymerisate geben den erfindungsgemäßen polymeren Massen weiterhin überlegene, feuerhemmende
Eigenschaften.
Die oben beschriebenen Äthylen-Mischpolymerisate werden durch Bestrahlung mit hochenergetischen Elektronenstrahlen
quervernetzt. Voll quervernetzt, bekommen diese Polymerisate·
ein wärmegehärtetes Verhalten.
Die Technik der Quervernetzung durch Bestrahlung ist so hoch entwickelt, daß hinsichtlich solcher Verfahren
■ - ··· · '■ ■■■■ -* 3 1 357Λ9
wenig gesagt zu werden braucht. Der Grad der Quervernetzung
steigt im allgemeinen, je höher die verwendeten Do—
sen der Bestrahlung sind; für bevorzugte Vernetzungen wird eine Gesamtbestrahlungsdosis von etwa 5 bis 25 Megarad
verwendet«
Allgemein gilt, daß die Polymerisatmasse umso beständiger gegen Feuchtigkeit, chemische Reagentien usw. und umso weniger
beständig gegen Abrieb wird, je höher der Grad der Quervernetzung ist. Bei niedrigeren Vernetzungsgraden tritt
auch ein gewisser Verlust an Widerstand gegen Hitze sowie eine ausgeprägte Wirkung auf die Dehnung (in %) nach dem
Altern auf. Natürlich kann der genaue Grad des Quervernet zens variiert werden, um die obengenannten Faktoren
und ihre Einwirkung auf das Endprodukt in Rechnung zu stellen. ' ■
Die zweite wesentliche Komponente der polymeren Massen gemäß der Erfindung stellen ein oder mehrere substituierte
Silane dar»
Jedes Silan kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet werden, das nicht das gewünschte Gleichgewicht der
Eigenschaften nachteilig beeinflußt und das hilft, das Polymerisat und den anorganischen Füllstoff gemäß der vorliegenden
Erfindung zu binden, vorausgesetzt, daß das Silan nicht brennbar ist, z*B. Alkoxy- und Aminsilane,
und unter der Voraussetzung, daß es die Quervernetzung des Polymerisats nicht beeinträchtigt oder während des
Verarbeitens des Polymerisats abbaut.
Die bevorzugten Silane, die zur Bildung der isolierenden
Massen verwendet werden, sind die Alkoxysilane, z.B.
O τ ~ t.
- 14 -
niedrige Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- und Aryl-alkoxysilane
sowie die niedrigen Alkyl-, Alkenyl-, Alkinyl- und Arylalkoxyalkoxy-
oder -aryloxy-alkoxysilane. Spezielle Beispiele für solche Silane sind Methyltriäthoxy-, Methyl·
tris-(2-methoxyäthoxy)-, Dimethyldiäthoxy-, Alkyltrimethoxy-,
Vinyl-tris-(2-methoxyäthoxy)-, Phenyl-tris-(2-methoxyäthoxy)-,
Vinyl trimethoxy- und Vinyltriäthoxy-silan.
Vorzugsweise werden die Vinylsilane verwendet, um bessere
Ergebnisse zu erzielen, und von den Vinylsilanen sind die folgenden besonders bevorzugt:
γ-Methacryloxypropyl-trimethoxy-silan
CH3 0
H2C=C - C .- 0 ( CH2) 3Si(OCH3 )3
und
Vinyl-tris-(2-methoxyäthoxy)-silan
H2C = CHSi (OCH2CH2OCH7
Die in der vorliegenden Erfindung verwendeten Füllstoffe sind die hydratisierten, anorganischen Füllstoffe, z.B.
hydratisierte Aluminiumoxide (Al2O3^H2O oder Al(OH)3),
hydratisiertes Magnesiumoxid, hydratisiertes Calciumsilikat« Von diesen Verbindungen wird hydratisiertes Aluminiumoxid
am meisten bevorzugt.
Um das beschriebene überlegene Gleichgewicht der Eigenschaften
zu erzielen, ist es zwingend, daß beim Formulieren der polymeren Massen ein hydratisierter, anorganischer
Füllstoff verwendet wird. Es ist zu betonen, daß große Anteile eines anderen Typs an Füllstoff, sei er inert
oder nicht, nicht zu den Massen zugesetzt werden können und dennoch das überlegene Gleichgewicht der Eigenschaften
erzielt wird.
Das Hydratationswasser in dem anorganischen Füllstoff muß während der Anwendung von genügend Hitze, um die Verbrennung oder Entzündung des Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisats
zu bewirken, freigesetzt werden. Das chemisch an den anorganischen Füllstoff gebundene Hydratationswässer
wird endotherm freigesetzt. Es wurde festgestellt, daß der hydratisierte, anorganische Füllstoff die
Feuerhemmung weit mehr als andere, vorher in der Fachwelt verwendete Füllstoffe zur Erzielung einer feuerhemmenden
Isolierung, z.B. Ruß, Tone, Titandioxid usw., erhöhte.
Noch überraschender ist die Tatsache, daß die Feuerhemmung zusammen mit ausgezeichneten elektrischen Isolierungseigenschaften
bei den verwendeten hohen Füllstoffanteilen· einhergeht, da bei diesen hohen Beladungen die
Mischpolymerisatmasse eine große Menge an gebundenem Wasser
enthält.
Die Größe des Füllstoffs sollte in Übereinstimmung mit
den Größen sein, die nach dem Stand der Technik verwendet wurden.
Die Gleitmittel-Komponente
Wenn auf Leitern durch Extrudieren eine polymere Isolierung gebildet wird, bildet vorzugsweise ein Gleitmittel
einen Anteil der Isoliermasse. Solche Gleitmittel, wie eine Fettsäureseife oder ihr metallisches Derivat, wurden
auch früher verwendet. Das Gleitmittel unterstützt nicht nur das Extrudierverfahren, sondern verbessert auch die
Abstreifeigenschaften von Drahtisolierung und erleichtert dadurch die' Aufgabe des Endverbrauchers.
Die Gleitmittel-Komponente stellt eine wesentliche Komponente der erfindungsgemäßen Polymermassen dar. Es wurde
festgestellt, daß die Kombination aus einem bevorzugten
Silan in der benötigten Konzentration und einer speziel-
il· *■ u
- 16 -
len Zwei-Komponenten-Gleitmittelmas se in einer gleitwirksamen
Menge die physikalische Festigkeit der durch Strahlung quervernetzten erfindungsgemäßen Massen unerwartet
verbessert.
Calciutnstearat vmrde oft als Gleitmittel für Polymerisatmassen,
z.B. die von North et al. beschriebenen, verwendet. Im allgemeinen zeigten diejenigen, die durch Strahlung
quervernetzt waren, eine wesentlich geringere Zugfestigkeit als die entsprechenden, chemisch quervernetzten
Polymerisate. Es wurde festgestellt, daß die physikalische Festigkeit der durch Strahlung gehärteten Massen
etwas verbessert werden konnte, wenn ein Alurainiumstearat das Calciumstearat ersetzte, jedoch waren die physikalischen
Eigenschaften trotzdem noch denen der chemisch gehärteten Calciumstearatmasse unterlegen.
Es wurde als wesentlicher Teil der vorliegenden Erfindung gefunden» daß ein zusammengesetztes Gleitmittel, enthaltend
Laurinsäure und Äthylen-bis-steäramid, in Verbindung
mit einer geeigneten Menge eines bevorzugten Silans verwendet, eine durch Strahlung gehärtete Masse mit beträchtlich
erhöhter physikalischer Festigkeit ergibt. Die in der Masse gemäß der Erfindung verwendete Gleitmittel-Zusammensetzung
setzt sich aus 15 bis 35% Laurinsäure und
85 bis 65% Äthylen-bis-stearamid zusammen. Ein besonders
bevorzugtes Gleitmittel enthält etwa 25% Laurinsäure und etwa 75% Äthylen-bis-stearamid und ist im Handel unter
der Bezeichnung Mold-Wiz erhältlich.
Die Anteile der einzelnen Komponenten .
Die Mengen an Polymerisat und Füllstoff können in weiten
Anteilen variiert werden* Beste Ergebnisse werden beim Beschichten,
z.B. Extrudieren, auf einen elektrischen Draht und Kabel erzielt, wenn 80 bis 400 Teile Füllstoff und
vorzugsweise 100 bis 135 Teile Füllstoff/100 Teile Polymerisat
verwendet werden. Alle hier genannten Prozentsätze und Teile beziehen sich auf das Gewichts sofern nicht
anders angegeben«
Wie vorstehend erläutert, ist es die Menge an Silan und
die Zusammensetzung des Gleitmittels, die für die erhaltene, verbesserte Zugfestigkeit, wenn die erfindungsgemäßen
Massen durch Strahlung vernetzt werden, wesentlich sind, ausschlaggebend sind. Brauchbare Mengen des Silans sind
2 bis 8 Teile oder mehr und vorzugsweise 2,5 bis 6 Teile Silan/100 Teile hydratisieren Füllstoff. Die benötigte
Silanmenge wird in Kombination mit einer für das Gleiten
wirksamen Menge eines Gleitmittels, das Laurinsäure und Äthylen-bis-stearamid enthält, verwendet« Eine für das
Gleiten wirksame Menge liegt im allgemeinen im Bereich von 0,5 bis 5 Teilen Gleitmittel/100 Teile Harz«
Die erfindungsgemäßen Massen können auf mehrere Arten gebildet
werden,, Beispielsweise besteht die bevorzugte Methode, den Füllstoff zu behandeln, in einer direkten
Zugabe des Silans zum Polymerisat, gefolgt von einer Zugabe des Füllstoffs, des Gleitmittels und gegebenenfalls
anderer Zusätze. Dies kann in einem Innenmischer, wie
einem Banbury- oder Werner & Pfleiderer-Miseher, erfolgen»
Alternativ dazu kann das Silan direkt dem Füllstoff einverleibt, darin dispergiert und dann das Polymerisat und
das Gleitmittel zugesetzt werden»
Jede in der Fachwelt bekannte Verarbeitungsvorrichtung,
die ein. inniges Vermischen dieser drei wesentlichen Kornponenten sicherstellt, kann verwendet werden, vorausgesetzt,
daß das Silan innig und sorgfältig auf der Oberfläche des hydratisierten, anorganischen Füllstoffs dispergiert
wird.
Es ist ersichtlich, daß zusätzlich zu den zwingenden Komponenten der erfindungsgemäßen Massen andere Zusätze vorliegen
können, z.B. Pigmente, Stabilisatoren, Antioxidantien (z.B. polymerisiertes Trimethyldihydrochinolin), so-,
lange sie die Quervernetzung, wenn erwünscht, nicht stören oder erwünschte Eigenschaften nicht verschlechtern. Ein
solches Material liegt in sehr geringen Anteilen vor, die im Bereich von weniger als 10$ des Polymerisats und gewöhnlich
in Mengen von weniger als 5% liegen. Es gibt zwei Gründe, warum Mengen an anderen Komponenten nicht erwünscht
sind: Erstens hat die vorliegende Masse per se solche überlegenen Eigenschaften; und zweitens dienen beträchtliche
Mengen an z.B. anderen Füllstoffen nur .zur
Verschlechterung oder Störung des Gleichgewichts der Eigenschaften.
Die folgenden Beispiele dienen zur Verdeutlichung der
vorliegenden Erfindung.
Beim Herstellen jeder Probe wurde dasselbe allgemeine Verfahren
verwendet. In jedem Falle wurde das zu beurteilende Silan, das hydratisierte Aluminiumoxid (Al2O.,,. 3H2O),
das zu bewertende Gleitmittel und ein Antioxidans (in allen Fällen polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethylchinolin)
der Polymerisatkomponente zugesetzt und mit ihr vermischt. Nach dem Mischen wurde in Abhängigkeit von der
angewandten Testbewertung die Polymerisatmasse entweder
zu Testplatten verformt und durch Strahlung gehärtet oder
mittels eines Brabender-Extruders auf einem Kupferdraht extrudiert und durch Strahlung gehärtet.
Verschiedene Gleitmittel wurden bewertet. Aluminiumstearat,
das einer durch Strahlung gehärteten Masse überlegene physikalische Eigenschaften im Vergleich zu Calciumstearat,
ölt β
— 19 —
das in der chemisch gehärteten Masse verwendet wird, gibt, wurde zahlenmäßig mit einem Gleitmittel aus Laurinsäure
und Äthylen-bis-stearamid verglichen. Letzteres war ein Gemisch aus 25% Laurinsäure und 75% Äthylen-bis-stearamid,
das unter der Handelsbezeichnung Mold Wiz 33 UDK ist. Die übrigen Bestandteile warenJ
EVA-Mischpolymerisat (28% VA)
EVA-Mischpolymerisat (28% VA)
hydratisiertes Aluminiumoxid 118 Teile pro
Hundert (TpH)
γ-Methacryloxypropyl-trimethoxy-silan 3 TpH
Antioxidans 1 TpH.
Die Testergebnisse v/erden in Tabelle I aufgeführt.
Tabelle I Wirkung von Mold Wiz im Vergleich zu Aluminiumstearat
2 TpH 1 TpH Aluminium- Mold Wiz stearat 33UDK
Härtung durch 0 Mrad
Zugfestigkeit, bar .110 111
Dehnung, % 2 620 630
H90-Absorption,mg/cm (7 Tage
^ bei etwa 820C) 296 227
Härtung bei 1O1 Mrad
Zugfestigkeit, bar 137 161
Dehnung, % 250 220
Quellverhältnis/Extraktion, % 4,45/9,72 4,37/7,77
Härtung bei 12,5 Mrad
Zugfestigkeit, bar 146 165
Dehnung, % ? 240 200
H20-Absorpt., mg/cm 143 84
Quellverhältnis/Extraktion,% 4,38/8,12 3,6/5,69
Härtung bei 15 Mrad
Zugfestigkeit, bar 147 166
Dehnung, % 210 190
Quellverhältnis/Extraktion, % 4,01/6,52 3,28/3,99
Härtung bei 17,5, Mrad
Zug'festigk'eit,"' baF ' 134 153
Dehnung, % 200 170 HpO-Absorpt. ,mg/cm<:i(7Tage,ca.82oC) 98,2 77,0
Quellverhältnis/Extraktion,% 4s03/7,15 3,36/5,60
Diese Vierte zeigen, daß ein beträchtliches Ansteigen der
Zugfestigkeit erfolgt, wenn Aluminiumstearat durch ein Gleitmittel aus Laurinsäure und Äthylen-bis-stearamid in
durch Strahlung gehärteten, mit Aluminiumoxid gefüllten EVA-Massen ersetzt wird. Zusätzlich ergibt die Verwendung
dieses Zwei-Komponenten-Gleitmittels auch eine verringerte
Wasserabsorption.
Die bevorzugte Kombination aus Alkoxysilan und einem Gleitmittel
aus Laurinsäure und Äthylen-bis-stearamid wurde auf einem beschichteten Draht nach Härtung durch Strahlung
von 12,5 Mrad zahlenmäßig bewertet und •Vergleichsmassen gegenübergestellt, von denen die eine mit Peroxid
gehärtet, die andere mit Strahlung gehärtet war.
Die erfindungsgemäße Probe besaß folgende Zusammensetzung:
EVA-Copolymerisat (28?$ VA)
hydratisiertes Aluminiumoxid 118 TpH
• Vinyl-tris~(methoxyäthoxy)-silan 3 ■"
Gleitmittel (25% Laurinsäure und 75%
Äthylen-bis-stearamid 1 "
polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin
1 n
Die durch Strahlung härtbare Vergleichsmasse besaß folgende Zusammensetzung: ·
EVA-Copolymerisat (28% VA)
hydratisiertes Aluminiumoxid 118 TpH
Vinyl-tris-(methoxyäthoxy)-silan 1 "
Gleitmittel (Aluminiumstearat) 2 "
polymerisiertes 1,2-Dihydro-2,2,4-trimethyl-chinolin
1 "
Die durch Peroxid härtbare Masse war der durch Strahlung
härtbaren Vergleichsmasse ähnlich, enthielt jedoch zusätzlich ein organisches Peroxid.
Die. Bewertung eines mit diesen Massen beschichteten Drahts wird in Tabelle II unten zusammengestellt.
Tabelle | Nicht gealtert | Erfin | II | Vergleich | mit Peroxid gehärtet |
Zugf e s tigkeit, bar Dehnung, % 7 Tage bei 158°C gealtert |
dungs gemäß |
strahlurigs- gehärtet |
|||
Zugfestigkeit, bar Dehnung, % 14 Tage bei 1580C gealtert |
165 250 |
||||
162 260 |
95,3 210 |
184 210 |
|||
201 190 |
113 220 |
184 200 bestanden |
|||
Zugfestigkeit, bar 189 Dehnung, % 190 horizontale Einwirkung bestanden bestanden einer Flamme auf den Draht |
Diese Werte zeigens daß bei einer Erhöhung des Silangehaltes
und einem Ersatz von Aluminiumstearat durch ein Gleitmittel aus Laurinsäure/Äthylen-bis-stearamid eine strah- ·
lungsgehärtete Masse mit verbesserter Dispersion und verbesserten physikalischen Eigenschaften erhalten wird«
Tatsächlich sind die physikalischen Eigenschaften der
verbesserten, durch Strahlung gehärteten Masse vergleichbar einer entsprechenden, durch Peroxid gehärteten Masse.
Tatsächlich sind die physikalischen Eigenschaften der
verbesserten, durch Strahlung gehärteten Masse vergleichbar einer entsprechenden, durch Peroxid gehärteten Masse.
Claims (7)
1. Durch Strahlung versetzbare» polymerer Masse,
dadurch gekennzeichnet, daß sie enthält?
(a) ein Mischpolymerisat aus Äthylen und einem Vinylester einer aliphatischen Cg^g-Carbonsäure., einem
C1_g-Alkylacrylat oder einem C1_g-Alkylmethacrylat,
(b) 80 bis 400 Teile eines hydratisieren, anorganischen
Füllstoffs/100 Teile Mischpolymerisat,
(c) 2 bis 8 Teile eines Alkoxysilans/100 Teile
hydratisierten, anorganischen Füllstoff, und
(d) eine als Gleitmittel wirksame Menge eines Gleitmittels, enthaltend Laurinsäure und Äthylen-bisstearamid.
TELEFON (0891 22 28 82
MH MONAPAT"
2. Masse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Mischpolymerisat ein Äthylen-Vinylacetat-Mischpolymerisat
ist.
3. Masse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Silan Vinyl-tris-(2-methoxyäthoxy)-silan
oder γ-Methacryloxypropyl-trimethoxy-silan ist.
4. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Aluminiumoxid ist.
5. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß das Gleitmittel 15 bis 35% Laurinsäure
und 85 bis 65% Äthylen-bis-stearamid enthält.
6. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß sie zusätzlich enthält:
(e) eine als Antioxidationsmittel wirksame Menge eines polymerisieren 1,2-Dihyaro-2,2s4-trimethylchinolins.
7. Masse nach einem der Ansprüche 1 bis 6? dadurchgekennzeichnet,
daß sie durch Strahlung vernetzt ist.
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