JP6255337B2 - 電気デバイスのためのポリマー組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、電気デバイスまたは通信デバイス、好ましくはケーブルの層、好ましくは電力ケーブルの層、より好ましくは直流(DC)電力ケーブルの層を製造するためのポリマー組成物、上記ポリマー組成物を含みそして任意的に架橋可能であり、その後架橋されるケーブル、好ましくは電力ケーブル、より好ましくは直流(DC)電力ケーブル、ならびに上記ケーブルの製造法に関する。
ポリオレフィンは、ポリマーが高い機械的および/または電気的要求を満たさなければならないところの要求の厳しいポリマー用途において広く使用されている。例えば電力ケーブル用途、特に中電圧(MV)および特に高電圧(HV)および超高電圧(EHV)のケーブル用途では、ポリマー組成物の電気特性が特に重要である。さらに、重要な電気特性は、例えば交流(AC)ケーブル用途と直流(DC)ケーブル用途との間の場合のように種々のケーブル用途において異なり得る。
典型的な電力ケーブルは、少なくとも内側半導電層、絶縁層および外側半導電層によってこの順に囲まれた導体を含む。ケーブルは通常、導体上に上記層を押し出すことによって製造される。
ケーブルの架橋
上記層の1以上におけるポリマー物質はしばしば架橋されて、ケーブルの層におけるポリマーの、例えば耐熱性、変形耐性、クリープ特性、機械的強度、耐薬品性および耐摩耗性を改善する。ポリマーの架橋反応では、ポリマー間の架橋(橋)が主に形成される。架橋は、例えばフリーラジカル発生化合物を使用して行われ得る。フリーラジカル発生剤は典型的に、導体上での層の押出の前に層物質に入れられる。層状ケーブルの形成後、ケーブルは次いで、架橋工程に付されてラジカル形成およびそれによって架橋反応を開始する。パーオキシドがフリーラジカル発生化合物としてごく普通に使用される。パーオキシドの得られる分解生成物は、揮発性の副生物を含み得、それはしばしば望ましくない。なぜならば、それは、例えば、ケーブルの電気特性に負の影響を有し得るからである。したがって、揮発性の分解生成物、例えばメタンは、慣用的に最小に減少され、または架橋および冷却工程後に除去される。そのような除去工程は、一般に脱ガス工程として知られ、時間とエネルギーを消費し、追加コストを引き起こす。
電気伝導度
DC電気伝導度は、例えば高電圧直流(HVDC)ケーブル用絶縁性物質のための、重要な物性である。第一に、この特性の強い温度および電場依存性は、電場に影響を及ぼすであろう。第二の問題は、内側半導電層と外側半導電層との間を流れる漏えい電流によって絶縁体内に熱が発生することである。この漏えい電流は、電場および絶縁体の電気伝導度に依存する。絶縁性物質の高い伝導度は、高い応力/高い温度条件下で熱暴走をすら招き得る。従って、上記伝導度は、熱暴走を回避するのに十分低くなければならない。
したがって、HVDCケーブルでは、絶縁体が、漏えい電流によって加熱される。特定のケーブル設計の場合には、上記加熱が絶縁体の伝導度x(電場)に比例する。すなわち、電圧が増加すると、はるかにより多くの熱が発生するであろう。
特開平2−18811号公報は、2〜20重量%の高密度ポリエチレンと低密度ポリエチレンとのブレンドを含むDCケーブルのための絶縁層を開示している。ブレンドが、改善されたDC絶縁破壊およびインパルス特性を付与することが述べられている。上記ブレンドは、2〜3重量%の架橋剤と混合される。ケーブルの種類および層構造は特定されていない。
特開平2−18811号公報
電力ケーブル、好ましくは直流(DC)電力ケーブルの電圧を増加するための高い要求があり、したがって、低下された伝導度を有する代替のポリマー組成物を見出すための連続した要求がある。そのようなポリマー組成物はまた、好ましくは、要求が高い電力ケーブル態様のために要求される良好な機械的特性を有するべきである。
本発明は、層、好ましくはケーブルの、好ましくは電力ケーブルの、より好ましくは直流(DC)電力ケーブルの絶縁層のための非常に適し、かつ
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)イオン交換剤
を含むポリマー組成物を提供する。
図1は、イオン交換剤(c)としての好ましいアニオン交換剤のラメラ構造を示す模式的部分図である。
図1は、イオン交換剤(c)としての好ましいアニオン交換剤のラメラ構造を一般的に示すための、2つのラメラおよびそれらの間の中間層の模式的部分図である。安定なラメラ層は連続層として示され、丸形の種は、中間層の交換可能なアニオンを示す。
本発明のポリマー組成物はまた、以下において短く「ポリマー組成物」と呼ばれる。上記で定義されたその成分はまた、以下において短く「ポリオレフィン(a)」、「第二のポリオレフィン(b)」および「イオン交換剤(c)」とそれぞれ呼ばれる。
「低密度ポリエチレン」、LDPE、は高圧(HP)重合法で製造されたポリエチレンである。典型的には、エチレンおよび任意的なさらなるコモノマーの高圧法での重合が、開始剤の存在下で行われる。LDPEポリマーの意味は周知であり、文献に記載されている。用語LDPEは低密度ポリエチレンの略号であるが、上記用語は密度範囲を限定するものでなく、低密度、中密度およびより高い密度を有するLDPE様のHPポリエチレンをカバーすると理解される。用語LDPEは、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたPEと比較して、典型的な特徴、例えば異なる分岐構造を有するHPポリエチレンの性質のみを記載し、区別する。「オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリオレフィン」はまた、「低圧ポリオレフィン」と呼ばれて、LDPEと明らかに区別される。両者の表現は、ポリオレフィン分野において周知である。
予期せぬことに、LDPE以外のポリオレフィン(a)が第二のポリオレフィン(b)とブレンドされるとき、得られるポリマー組成物は、改善された電気特性を示す。さらに、上記ブレンドがイオン交換剤(c)とさらにブレンドされるとき、得られるポリマー組成物は、1のポリマー成分のみを含む参照ポリマー、または同じポリマーブレンドであるが、イオン交換剤(c)を含まないか、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリオレフィンとともに典型的に使用されるところの慣用の小分子酸スカベンジャーを含むブレンドの電気特性と比較してさらにより改善された電気特性を示す。すなわち、本発明のポリマー組成物は、驚いたことに、低下された、すなわち低い電気DC伝導度を有する。本明細書で交換可能に使用される「低下された」または「低い」電気伝導度は、下記の「測定法」に記載されたDC伝導度の測定から得られた値が低い、すなわち低下されたことを意味する。
何ら理論に縛られることなく、イオン交換剤(c)は、電気DC伝導度を悪くする(増加させる)イオン種、例えば、ポリマー(a)に存在し得る有害なアニオン種、例えば塩素を捕獲すると考えられる。
したがって、ポリマー組成物は、電気用途および通信用途、好ましくはワイヤおよびケーブル用途、特に電力ケーブル層のために非常に望ましい。さらに、低い電気DC伝導度は、例えばケーブルの、好ましくは電力ケーブルの、より好ましくはDC電力ケーブルの絶縁層における、望ましくない熱形成を最小にするために有益である。
さらに、例えば、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリオレフィンは典型的に、触媒残渣、例えば、アニオン種、典型的にハロゲン、しばしば塩素を含む。従って、酸スカベンジャーが、製造されたポリオレフィンに添加されて、例えば処理装置を、望ましくない残渣、例えば塩素に基づく残渣から形成される塩酸により引き起こされる腐食に対して保護している。従来技術では、慣用的に使用される酸スカベンジャーが、ポリマーの電気DC伝導度を増加することが分かっている。上記増加は、電力ケーブルの層物質のためにあまり望ましくなく、かつMVおよび特にHVレベルで、より特にはHVおよびEHV直流(DC)ケーブル用途で作動する電力ケーブルにおける、オレフィン重合触媒によって製造されたポリオレフィンの使用を制限する。本発明のポリマー組成物のイオン交換剤(c)は、望ましくないイオン触媒残渣を有効に捕獲し、そしてオレフィン重合触媒によって製造されたポリオレフィンの電気DC伝導度を著しく低下させる。その結果、電気DC伝導度に対する望ましくない効果を有する慣用の酸スカベンジャーの使用が回避され得る。
本発明は、したがって、LDPEのいずれかのブレンドを含むポリマー組成物またはオレフィン触媒によって製造されたポリオレフィン、またはその両方のために非常に有利である。
したがって、ポリマー組成物は、電力ケーブル用途に特に非常に望ましい。電力ケーブルは、任意の電圧レベルで作動する、エネルギーを伝えるケーブルであると定義される。さらに、ポリマー組成物は、DC電力ケーブルのために非常に有利な層物質である。上記DC電力ケーブルは、例えば低電圧(LV)、中電圧(MV)、高電圧(HV)または超高電圧(EHV)DCケーブルであり得、これらの用語は、周知のように、作動電圧のレベルを示す。ポリマー組成物は、任意の電圧で作動するHV電力ケーブル、好ましくは36kV超の電圧で作動するHVDC電力ケーブルのためのさらにより好ましい層物質である。HVDCケーブルに関して、作動電圧は、本明細書において、接地と高電圧ケーブルの導体との間の電気電圧として定義される。好ましいケーブルは、HVDC電力ケーブルである。
したがって、本発明は、上記、下記または特許請求の範囲で定義された、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)イオン交換剤
を含むポリマー組成物の、上記ポリマー組成物を含む電気デバイスまたは通信デバイスを製造するための、好ましくは電気デバイスまたは通信デバイスの絶縁体を製造するための使用にさらに向けられる。そのようなデバイスは、例えばケーブル、ケーブル用途における末端ジョイントなどのジョイント、キャパシタ膜などである。本発明の最も好ましい使用は、上記ポリマー組成物の、ケーブルの層を製造するための使用である。
より好ましくは、本発明は、少なくとも内側半導電層、絶縁層および外側半導電層をこの順に含むケーブルの、より好ましくは電力ケーブルの、より好ましくは直流(DC)電力ケーブルの少なくとも1の層、好ましくは絶縁層を製造するためのポリマー組成物の使用に向けられる。ここで、上記ポリマー組成物は、上記、下記または特許請求の範囲で定義された、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)イオン交換剤
を含む。
本発明はまた、少なくとも1の層によって囲まれた、好ましくは少なくとも絶縁層によって囲まれた導体を含むケーブル、好ましくは電力ケーブル、好ましくは直流(DV)電力ケーブル、より好ましくは少なくとも内側半導電層、絶縁層および外側半導電層によってこの順に囲まれた導体を含む直流(DC)電力ケーブルを提供し、ここで、上記少なくとも1の層、好ましくは少なくとも絶縁層は、上記、下記または特許請求の範囲で定義された、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)イオン交換剤
を含むポリマー組成物を含む。
好ましくは、ポリマー組成物が、40kV以上の電圧、さらには50kV以上の電圧で作動するHV電力ケーブルの層において使用される。より好ましくは、ポリマー組成物が、60kV以上の電圧で作動するHV電力ケーブルの層において使用される。本発明はまた、非常に要求の高いケーブル用途において非常に適し、70kVより高い電圧で作動するHV電力ケーブルの層において使用され得る。上限は制限されない。実際の上限は、900kVまでであり得る。本発明は、75〜400kV、好ましくは75〜350kVで作動するHV電力ケーブルでの使用に有利である。本発明はまた、400〜850kVで作動する要求の高い超HV電力ケーブルですら有利であることがわかった。上記電圧範囲のいずれかでの好ましいHVまたは超HV電力ケーブルは、HVDC電力ケーブルまたは超HVDC電力ケーブルである。
下記または特許請求の範囲で使用されるHVDC電力ケーブルは、本明細書において、好ましくは上記で定義された電圧で作動する、HVDC電力ケーブル、または、好ましくは上記で定義された電圧で作動する、超HVDC電力ケーブルを意味する。すなわち、上記用語は、HVDCケーブルおよびEHVDCケーブル用途の両方のための作動領域を独立にカバーする。
ポリマー組成物は好ましくは、「測定法」に記載されたDC伝導度法にしたがって測定されたとき、100fS/m以下、好ましくは90fS/m以下、より好ましくは<0.01(DC伝導度測定によって検出できない、より低い値)〜80fS/m、より好ましくは<0.01〜70fS/m、より好ましくは<0.01〜60fS/m、より好ましくは<0.01〜10fS/m、より好ましくは<0.01〜8.00fS/m、より好ましくは<0.01〜6.00fS/m、より好ましくは<0.01〜5.00fS/m、より好ましくは<0.01〜4.00fS/m、最も好ましくは0.01〜3.5fS/m、最も好ましくは、0.02〜3.0fS/mの電気伝導度を有する。
したがって、本発明はまた、上記、下記または特許請求の範囲で定義された、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)イオン交換剤
を含むポリマー組成物を使用して少なくとも1の層、好ましくは絶縁層を製造することにより、電力ケーブル、好ましくはDC電力ケーブルのポリマー組成物の電気伝導度を低下させるための、すなわち低い電気伝導度を提供するための方法に向けられる。
好ましくは、ポリマー組成物が、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて、0.1〜99.9重量%、好ましくは0.5重量%以上、好ましくは0.5〜80重量%、より好ましくは1.0〜70重量%、より好ましくは1.0〜50重量%、より好ましくは1.0〜40重量%、より好ましくは1.0〜30重量%、より好ましくは1.0〜25重量%、さらにより好ましくは1.0〜20重量%、さらにより好ましくは1.0〜17重量%の量のポリオレフィン(a)を含む。
ポリオレフィン(a)は好ましくは、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンであり、エチレンホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとのコポリマーから選択される;またはオレフィン重合触媒の存在下で製造されたC3〜20のαオレフィンのホモまたはコポリマーであり、好ましくはプロピレンホモポリマー、ポロピレンと1以上のコモノマーとのランダムコポリマーまたはプロピレンと1以上のコモノマーとのヘテロ層コポリマー、またはブテンのホモまたはコポリマーである。
1の好ましい実施態様によれば、ポリオレフィン(a)が、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンであり、かつ極低密度ポリエチレン(VLDPE)コポリマー、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)コポリマー、中密度ポリエチレン(MDPE)コポリマー、または高密度ポリエチレン(HDPE)ホモポリマーもしくはコポリマーから選択される。低圧ポリエチレンは、分子量分布に関して単峰性または多峰性であり得る。
最も好ましいポリオレフィン(a)は、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンであり、かつ上記または下記で定義された、エチレンホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとのコポリマーから選択される。さらにより好ましくは、ポリオレフィン(a)が、MDPEポリマーまたはHDPEポリマー、最も好ましくは上記または下記で定義されたHDPEポリマー、さらにより好ましくは上記または下記で定義された、分子量分布に関して単峰性または多峰性であるHDPEポリマーである。
さらに好ましくは、ポリマー組成物が、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて、0.1〜99.9重量%、好ましくは99.5重量%以下、好ましくは20〜99.5重量%、より好ましくは30〜99.0重量%、より好ましくは50〜99.0重量%、より好ましくは60〜99.0重量%、より好ましくは70〜99.0重量%、より好ましくは75〜99.0重量%、さらにより好ましくは80〜99.0重量%、さらにより好ましくは83〜99.0重量%の量のポリオレフィン(b)を含む。
好ましくは、第二のポリオレフィン(b)は、上記または以降のポリオレフィン(a)のために定義されたポリオレフィンであり、かつポリオレフィン(a)と異なる、または任意的に不飽和のLDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとの任意的に不飽和のLDPEコポリマーから選択される低密度ポリエチレン(LDPE)ポリマーである。本発明の最も好ましい実施態様では、ポリオレフィン(b)が、任意的に不飽和のLDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとの任意的に不飽和のLDPEコポリマーから選択されるLDPEである。
ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)およびそれらの更なる特性および好ましい実施態様を下記にさらに記載する。
ポリマー組成物のイオン交換剤(c)について:
本発明のポリマー組成物のイオン交換剤(c)は、ポリマー組成物にそれ自体を、すなわち単品(neat)として添加され、または添加剤製造者によって供給された添加剤組成物として添加され得る。添加剤組成物は、例えば担体物質、例えば担体ポリマー、および任意的に更なる添加剤を含み得る。さらに、そのようなイオン交換剤(c)またはその添加剤組成物は、ポリマー組成物にそれ自体を、例えば添加剤製造者によって供給されたままで添加され得、または更なる担体物質中で、例えばポリマー担体中で、例えばいわゆるマスターバッチ(MB)で添加され得る。下記および特許請求の範囲に与えられるイオン交換剤(c)の量は、ポリマー組成物の総重量(量)(100重量%)に基づいて、上記イオン交換剤(c)自体の、すなわち単品としての重量(量)である。
本発明のポリマー組成物のイオン交換剤(c)は、好ましくは無機イオン交換剤、より好ましくは無機アニオン交換剤である。さらに好ましくはアニオン交換剤(c)が、アニオンをハロゲンと交換する(すなわちハロゲンを捕獲する)ことができ、好ましくはアニオンを少なくとも塩素に基づく種と交換することができる。さらに好ましくは、イオン交換剤(c)がラメラ構造を有する。
イオン交換剤(c)の好ましい実施態様は、ラメラ状のアニオン交換剤、好ましくはアニオン中間層を有するラメラ状のアニオン交換剤である。好ましいラメラ状のイオン交換剤(c)は、安定なホスト格子を形成する複数のラメラ層を有し、交換可能なアニオン中間層が上記複数のラメラの間にある。ここで、アニオン中間層は、上記中間層が、ラメラ層に弱く結合しかつポリマー組成物のポリマー(a)中に存在するアニオン種と交換可能なアニオンを含有することを意味する。図1は、好ましいイオン交換剤(c)としてのアニオン交換剤のラメラ構造(2のラメラとそれらの間の中間層を示す模式的部分図)を一般的に示す。この好ましい実施態様では、ラメラ状のアニオン交換剤(c)の中間層が好ましくは、ポリマー組成物中に、例えばポリマー組成物のポリオレフィン成分(a)および(b)のいずれかまたは両方に存在するアニオン種と交換可能なCO 2−アニオンを含有する。さらに、この好ましい実施態様では、安定なラメラが好ましくは、例えばMg、Al、Fe、Cr、Cu、NiまたはMnカチオンに基づく種、またはそれらの混合物から選択される、より好ましくは少なくともMg2+カチオンに基づく種から選択される、より好ましくはMg2+およびAl3+カチオンに基づく種から選択されるカチオン種を含有する。
この好ましい実施態様では、最も好ましいイオン交換剤(c)が、ハイドロタルサイト型のラメラ状のアニオン交換剤、好ましくは、交換可能なCO 2−アニオンを含むアニオン中間層を有する合成ハイドロタルサイト型のラメラ状のアニオン交換剤、さらにより好ましくは一般式Mgy (3+)(OH)(CO・nHO(R(3+)=Al、CrまたはFe、好ましくはAlである)を有する合成ハイドロタルサイト型のラメラ状のアニオン交換剤である。上記一般式において、好ましくはxが4〜6であり、yが2であり、zが6〜18であり、kが1であり、nが3〜4である。上記比は、例えば結晶水などの量に依存して変わり得ることが明らかである。非制限的例として、一般式Mg (3+)(OH)16CO・4HO(R(3+)=Al、CrまたはFe、好ましくはAlである)が挙げられ得る。
さらに、この好ましい実施態様では、イオン交換剤(c)、好ましくは上記、下記または特許請求の範囲において特定されたハイドロタルサイトが、周知のように改変され得る、例えば表面処理され得る。
本発明に適するイオン交換剤(c)は、例えば市販されている。好ましいイオン交換剤(c)のうち、市販されている合成ハイドロタルサイト(IUPAC名:ジアルミニウムヘキサマグネシウムカーボネートヘキサデカヒドロキシド、CAS番号11097−59−9)が挙げられ得、例えばKisuma ChemicalsからDHT−4Vの商品名で供給されている。
イオン交換剤(c)、好ましくは上記、下記または特許請求の範囲において定義されたハイドロタルサイトの量は、所望の最終用途(例えば所望の伝導度レベル)およびポリマー成分(a)および(b)の量に当然依存し、当業者によって適応され得る。好ましくは、ポリマー組成物は、上記、下記または特許請求の範囲で定義されたイオン交換剤(c)、好ましくはハイドロタルサイトを、それ自体を、すなわち単品として、ポリマー組成物の総重量に基づいて、1重量%未満、好ましくは0.8重量%未満、好ましくは0.000001〜0.7重量%、好ましくは0.000005〜0.6重量%、より好ましくは0.000005〜0.5重量%、より好ましくは0.00001〜0.1重量%、より好ましくは0.00001〜0.08重量%、より好ましくは0.00005〜0.07重量%、より好ましくは0.0001〜0.065重量%、より好ましくは0.0001〜0.06重量%、より好ましくは0.0001〜0.05重量%の量で含む。
さらに、ポリマー組成物が、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて50重量%未満の量のポリオレフィン(a)を含む場合には、イオン交換剤(c)、好ましくは上記、下記または特許請求の範囲で定義されたハイドロタルサイトが、ポリマー組成物の総重量に基づいて、0.0001〜0.06重量%、より好ましくは0.0001〜0.05重量%、より好ましくは0.0001〜0.045重量%、より好ましくは0.00015〜0.035重量%、より好ましくは0.0002〜0.025重量%、より好ましくは0.0003〜0.015重量%、より好ましくは0.0005〜0.01重量%、より好ましくは0.0008〜0.005重量%、より好ましくは0.001〜0.004重量%、より好ましくは0.0015〜0.0035重量%の量である。
非常に好ましい実施態様では、ポリマー組成物が、ポリオレフィン(a)を、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて、1.0〜50重量%、好ましくは1.0〜40重量%、より好ましくは1.0〜30重量%、より好ましくは1.0〜25重量%、さらにより好ましくは1.0〜20重量%、さらにより好ましくは1.0〜17重量%の量で含み、ポリオレフィン(b)を、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて、50〜99.0重量%、好ましくは60〜99.0重量%、より好ましくは70〜99.0重量%、より好ましくは75〜99.0重量%、さらにより好ましくは80〜99.0重量%、さらにより好ましくは83〜99.0重量%の量で含み、さらに、イオン交換剤(c)、好ましくは上記、下記または特許請求の範囲で定義されたハイドロタルサイトを、ポリマー組成物の総重量に基づいて、0.0001〜0.06重量%、より好ましくは0.0001〜0.05重量%、より好ましくは0.0001〜0.045重量%、より好ましくは0.00015〜0.035重量%、より好ましくは0.0002〜0.025重量%、より好ましくは0.0003〜0.015重量%、より好ましくは0.0005〜0.01重量%、より好ましくは0.0008〜0.005重量%、より好ましくは0.001〜0.004重量%、より好ましくは0.0015〜0.0035重量%の量で含む。
本発明のポリマー組成物は、架橋され得または非架橋であり得る。驚いたことに、ポリマー組成物は、架橋されたときも、有益な低い電気DC伝導度を有する。したがって、本発明のポリマー組成物は、好ましくは架橋可能である。架橋は好ましくは、ポリマー組成物の機械的特性、耐熱性および変形耐性にも寄与する。
「架橋可能な」は、ポリマー組成物が、その最終用途での使用の前に架橋剤を使用して架橋され得ることを意味する。本発明の架橋可能なポリマー組成物は、架橋剤をさらに含む。ポリオレフィン(a)、第二のポリオレフィン(b)、およびポリマー組成物のイオン交換剤(c)を含むポリマー組成物が架橋されるのが好ましい。さらに、架橋されたポリマー組成物または、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の一方または両方の架橋されたポリマー成分が、最も好ましくは、フリーラジカル発生剤によるラジカル反応によって架橋される。架橋されたポリマー組成物は、当該分野で周知のように、典型的な網目構造、特にポリマー間の架橋(橋)を有する。当業者に明らかなように、架橋されたポリマー組成物は、本明細書に記載されまたは本明細書から明らかなように、架橋の前または後にポリマー組成物、ポリオレフィン(a)または第二のポリオレフィン(b)に存在する特徴を有し得、または本明細書においてそのように定義される。例えば、ポリマー組成物における架橋剤の量または組成物の特性、例えばポリオレフィン(a)または第二のポリオレフィン(b)のMFR、密度および/または不飽和度は、特に断らない限り、架橋前に定義される。「架橋された」は、架橋工程が、架橋されたポリマー組成物にさらなる技術的特徴を付与し(プロダクトバイプロセス)、それが従来技術に対してさらなる相違をなすことを意味する。
ポリマー組成物が架橋剤を含まない実施態様では、「測定法」に記載された電気DC伝導度が、非架橋である(すなわち、架橋剤を含まず、架橋剤で架橋されていない)ポリマー組成物のサンプルについて測定される。ポリマー組成物が架橋可能であり、架橋剤を含む実施態様では、電気DC伝導度が、架橋されたポリマー組成物のサンプルについて測定される(すなわち、ポリマー組成物のサンプルが、ポリマー組成物に最初に存在する架橋剤を使用してサンプル調製中にまず架橋され、次いで電気伝導度が、得られた架橋されたサンプルについて測定される)。非架橋または架橋されたポリマー組成物サンプルのDC伝導度測定は、「測定法」に記載されている。架橋剤の量は、存在する場合、好ましくは下記に示す範囲内で、変わり得る。
表現「架橋剤なし」は、本明細書の上記および下記において、ポリマー組成物が、ポリマー組成物を架橋する目的のためにポリマー組成物に添加される架橋剤を何ら含まないことを意味する。
本発明の好ましい実施態様では、ポリマー組成物が、上記、下記または特許請求の範囲で定義された、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、
(c)イオン交換剤、および
架橋剤
を含む。
さらに好ましくは、ポリマー組成物が、架橋剤、最も好ましくはパーオキシド、を含む。ポリマー組成物は好ましくは、110ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは90ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは0〜75ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは50ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは40ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kgの量のパーオキシドを含む。
好ましい実施態様では、ポリマー組成物が、37ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは35ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.1〜34ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.5〜33ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは5.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは7.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは10.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kgの量のパーオキシドを含む。
単位「ミリモル−O−O−/ポリマー組成物kg」は、本明細書において、架橋前のポリマー組成物を用いて測定されるとき、ポリマー組成物1kg当たりのパーオキシド官能基の含量(ミリモル)を意味する。例えば、35ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kgは、ポリマー組成物の総重量(100重量%)に基づいて周知のジクミルパーオキシド0.95重量%に相当する。
低いパーオキシド含量では、有利に低い電気DC伝導度が達成され得、ケーブル層における架橋剤の使用に関する従来の欠点が最小にされ得る。さらに、使用されたより低いパーオキシドは、所望ならば、製造されそして架橋されたケーブルの要求される脱ガス工程を短くすることができる。これは、従来技術から予期されない。
そのようなポリマー組成物は、1の種類のパーオキシドまたは2以上の異なる種類のパーオキシドを含み得る。後者の場合には、上記、下記または特許請求の範囲で定義された−O−O−/ポリマー組成物kgの量(ミリモル)が、各パーオキシドの−O−O−/ポリマー組成物kgの量の合計である。適する有機パーオキシドの非制限的例として、ジ−t−アミルパーオキシド、2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)−2,5−ジメチル−3−ヘキシン、2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン、t−ブチルクミルパーオキシド、ジ(t−ブチル)パーオキシド、ジクミルパーオキシド、ブチル−4,4−ビス(t−ブチルパーオキシ)バレレート、1,1−ビス(t−ブチルパーオキシ)−3,3,5−トリメチルシクロヘキサン、t−ブチルパーオキシベンゾエート、ジベンゾイルパーオキシド、ビス(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、2,5−ジメチル−2,5−ジ(ベンゾイルパーオキシ)ヘキサン、1,1−ジ(t−ブチルパーオキシ)シクロヘキサン、1,1−ジ(t−アミルパーオキシ)シクロヘキサン、またはそれらの任意の混合物が挙げられ得る。好ましくは、パーオキシドが、2,5−ジ(t−ブチルパーオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン、ジ(t−ブチルパーオキシイソプロピル)ベンゼン、ジクミルパーオキシド、t−ブチルクミルパーオキシド、ジ(t−ブチル)パーオキシド、またはそれらの混合物から選択される。最も好ましくは、パーオキシドがジクミルパーオキシドである。
さらに、本発明のポリマー組成物は、ポリオレフィン(a)、第二のポリオレフィン(b)、イオン交換剤(c)および任意的なパーオキシドに加えて、更なる成分、例えばポリマー成分および/または添加剤、好ましくは添加剤、例えば、ポリマー分野で知られている、酸化防止剤、スコーチ遅延剤(SR)、架橋ブースター、安定剤、加工助剤、難燃剤、水トリー遅延剤、さらなる酸またはイオンスカベンジャー、無機フィラーおよび電圧安定剤を含み得る。ポリマー組成物は、好ましくは、W&C用途のために慣用的に使用される添加剤、例えば1以上の酸化防止剤および任意的に1以上のスコーチ遅延剤または架橋ブースター、好ましくは少なくとも1以上の酸化防止剤を含む。添加剤の使用される量は、慣用のものであり、当業者に周知である。
酸化防止剤の非制限的例として、例えば、立体障害を有するまたは半立体障害を有するフェノール、芳香族アミン、脂肪族系の立体障害を有するアミン、有機ホスファイトまたはホスホナイト、チオ化合物、およびそれらの混合物が挙げられ得る。
本発明のポリマー組成物におけるポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計量は、典型的に、ポリマー組成物に存在するポリマー成分の総重量の少なくとも50重量%、好ましくは少なくとも60重量%、より好ましくは少なくとも70重量%、より好ましくは少なくとも75重量%、より好ましくは80〜100重量%、より好ましくは85〜100重量%である。好ましいポリマー組成物は、唯一のポリマー成分としてポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)から成る。上記表現は、ポリマー組成物がさらなるポリマー成分を含まず、唯一のポリマー成分としてポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)を含むことを意味する。しかし、ポリマー組成物は、ポリオレフィン(a)、第二のポリオレフィン(b)、イオン交換剤(c)ならびに任意的なおよび好ましくは架橋剤を除く更なる成分、例えば、イオン交換剤(c)として、担体ポリマーとの混合物で、すなわちいわゆるマスターバッチで任意的に添加され得る添加剤を含み得ることが理解されるべきである。
ポリマー組成物、好ましくはポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)、の一方または両方、好ましくは第二のポリオレフィン(b)が任意的に、第二のポリオレフィン(b)の項で下記にさらに記載されるように、任意的な架橋の前に不飽和(炭素−炭素二重結合を含む)であり得る。
本発明はまた、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外であり、かつオレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンまたはオレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリプロピレン、より好ましくはオレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレン、より好ましくはMDPEポリマーまたはHDPEポリマー、最も好ましくはHDPEポリマーから選択されるポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、好ましくはLDPEポリマー、より好ましくは任意的に不飽和のLDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとの任意的に不飽和のLDPEコポリマー、
(c)上記、下記または特許請求の範囲で定義されるイオン交換剤、好ましくはハイドロタルサイト、および
37ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは35ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.1〜34ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.5〜33ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは5.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは7.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは10.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kgの量のパーオキシド
を含むポリマー組成物の好ましいサブ群を独立して提供する。このサブ群は、好ましくは架橋可能であり、架橋されると、非常に低下された電気伝導度を提供する。ポリマー組成物のサブ群は新規でありかつ最も好ましい。
ポリマー組成物のこのサブ群では、ポリオレフィン(a)の量が好ましくは、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて、50重量%以下、より好ましくは1.0〜40重量%、より好ましくは1.0〜30重量%、より好ましくは1.0〜25重量%、さらにより好ましくは1.0〜20重量%である。また好ましくは、このサブ群において、第二のポリオレフィン(b)の量が、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて、50重量%以上、より好ましくは60〜99.0重量%、より好ましくは70〜99.0重量%、より好ましくは75〜99.0重量%、さらにより好ましくは80〜99.0重量%である。
本発明のポリマー組成物のこの独立的なサブ群はまた、上記、下記または特許請求の範囲で定義される本発明の電力ケーブルの少なくとも1の層、好ましくは少なくとも絶縁層に存在する本発明のポリマー組成物の最も好ましいサブ群である。
一般に、上記、下記または特許請求の範囲で定義される本発明のポリマー組成物およびそのサブ群が、絶縁層を製造するために使用されるのが好ましい。
さらに好ましくは、ポリマー組成物が、カーボンブラックを回避する、すなわちカーボンブラックを含まない。また好ましくは、ポリマー組成物が、「難燃剤」として作用するために慣用的に使用されるような量の難燃剤、例えば難燃剤量の金属水酸化物含有添加剤を回避する、すなわち上記添加剤を含まない。
ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の下記の好ましい実施態様、特性およびサブ群、ならびにポリマー組成物に適するイオン交換剤(c)の上記の好ましい実施態様、特性およびサブ群は、それらが任意の順序でまたは組合せで使用されてポリマー組成物および上記ポリマー組成物を使用して製造されるケーブルの好ましい実施態様をさらに定義することができるように独立して一般化され得る。さらに、与えられたポリオレフィン(a)および(b)の記載は、任意的な架橋の前のポリオレフィンに当てはまることが明らかである。
ポリオレフィン(a)
好ましくは、ポリオレフィン(a)が、低圧ポリエチレン、すなわちオレフィン重合触媒の存在下で製造された(重合された)ポリエチレン、またはオレフィン重合触媒の存在下で重合されたC3〜20オレフィンのホモポリマーまたはコポリマーであり、後者は、好ましくは、ポリプロピレンのホモポリマーまたはコポリマー、またはブタンのホモポリマーまたはコポリマーである。最も好ましいポリオレフィン(a)は、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンまたはオレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリプロピレンであり、さらにより好ましくはオレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンである。
「オレフィン重合触媒」は、本明細書において、慣用の配位触媒を意味する。好ましくは、チーグラーナッタ触媒、シングルサイト触媒(メタロセン触媒および非メタロセン触媒を含む)、またはクロム触媒、またはそれらの任意の混合物から選択される。
用語「ポリエチレン」(PE)は、エチレンのホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとのコポリマーを意味する。「ポリプロピレン」(PP)は、プロピレンホモポリマー、プロピレンと1以上のコモノマーとのランダムコポリマー、またはプロピレンと1以上のコモノマーとのヘテロ相コポリマーを意味する。
低圧PEまたはPPは、分子量分布(MWD=Mw/Mn)に関して単峰性または多峰性であり得る。一般に、少なくとも2のポリマー画分を含むポリマーは、異なる重合条件で製造されて、上記画分のための異なる(重量平均)分子量および分子量分布を生じ、「多峰性」と呼ばれる。接頭語「多」は、ポリマーに存在する異なるポリマー画分の数に関係する。すなわち、例えば、多峰性ポリマーは、2の画分からなるいわゆる「二峰性」ポリマーを包含する。分子量分布曲線の形状、すなわち多峰性ポリマーのポリマー重量画分のその分子量の関数としてのグラフの外観が、2以上の極大を示し、または典型的には、個々の画分のための曲線と比較して明瞭に広がっている。例えば、ポリマーが、直列に結合された反応器を使用し、各反応器において異なる条件を使用して逐次の多段工程で製造されるならば、異なる反応器で製造されるポリマー画分は各々、それら自体の分子量分布および重量平均分子量を有するであろう。そのようなポリマーの分子量分布曲線が記録されると、これらの画分からの個々の曲線は、典型的に、全体として得られるポリマー生成物のための広げられた分子量分布曲線を一緒に形成する。
用語「多峰性」は、本明細書では、特に断らない限り、少なくとも分子量分布(MWD=Mw/Mn)に関する多峰性であり、二峰性ポリマーを包含する。
本発明で使用され得る多峰性の低圧PEまたはPPは、より低い重量平均分子量(LMW)成分(A)およびより高い重量平均分子量(HMW)成分(B)を含む。上記LMW成分は、上記HMW成分より低い分子量を有する。
もちろん、多峰性の低圧PEまたはPPは、MWDに関する多峰性に加えて、またはその代わりに、密度およびコモノマー含量に関して多峰性であり得る。すなわち、LMWおよびHMW成分は、異なるコモノマー含量または密度、またはその両方を有し得る。
好ましくは、低圧PEおよびPPが独立して、少なくとも2.0、好ましくは少なくとも2.5、好ましくは少なくとも2.9、好ましくは3〜30、より好ましくは3.3〜25、さらにより好ましくは3.5〜20、好ましくは3.5〜15のMWDを有する。単峰性のPEまたはPPは、典型的に3.0〜10.0のMWDを有する。
低圧PEまたはPPは、それぞれ、エチレンまたはプロピレン(ランダムまたはヘテロ相)と1以上のコモノマーとのコポリマーであり得る。本明細書で使用されるコモノマーは、それぞれ、エチレンまたはプロピレンと共重合し得る、エチレンまたはプロピレン以外のモノマー単位を意味する。
低圧PEコポリマーは好ましくは、エチレンと1以上のオレフィンコモノマー、好ましくは少なくとも1のC3〜20αオレフィン、より好ましくは少なくとも1のC4〜12αオレフィン、より好ましくは少なくとも1のC4〜8αオレフィン、例えば1−ブテン、1−ヘキセンまたは1−オクテン、とのコポリマーである。PEコポリマーに存在するコモノマーの量は、0.1〜15モル%、典型的に0.25〜10モル%である。
PPコポリマーは好ましくは、プロピレンと1以上のオレフィンコモノマー、好ましくはエチレンまたはC4〜20αオレフィンの少なくとも1、より好ましくはエチレンまたはC4〜12αオレフィンの少なくとも1、より好ましくはエチレンまたはC4〜8αオレフィンの少なくとも1、例えばエチレン、1−ブテン、1−ヘキセンまたは1−オクテン、とのコポリマーである。
好ましくは、低圧PEまたはPPコポリマーは、二元コポリマーであり得、すなわちポリマーがエチレンと1のコモノマーを含み、または三元ポリマーであり得、すなわち、ポリマーがエチレンおよび2または3のコモノマーを含む。
本発明の最も好ましいポリマー組成物では、ポリオレフィン(a)が、超低密度エチレンコポリマー(VLDPE)、直鎖状低密度エチレンコポリマー(LLDPE)、中密度エチレンコポリマー(MDPE)または高密度エチレンホモポリマーもしくはコポリマー(HDPE)から選択される低圧PEである。これらの周知のタイプは、それらの密度領域に従って命名されている。用語VLDPEは、本明細書において、プラストマーおよびエラストマーとしても知られるPEを包含し、850〜909kg/mの密度範囲をカバーする。LLDPEは、909〜930kg/mの、好ましくは910〜929kg/mの、より好ましくは915〜929kg/mの密度を有する。MDPEは、930〜945kg/mの、好ましくは931〜945kg/mの密度を有する。HDPEは、945kg/mより高い、好ましくは946kg/mより高い、好ましくは946〜977kg/mの、より好ましくは946〜965kg/mの密度を有する。
単峰性または多峰性のMDPEまたは単峰性または多峰性のHDPEが、本発明のポリオレフィン(a)として使用するための低圧PEの最も好ましいタイプである。より好ましくは、ポリオレフィン(a)が単峰性または多峰性のHDPEホモポリマーまたはコポリマーであり、好ましくは単峰性または多峰性のHDPEホモポリマーである。
低圧PEは好ましくは、1200g/10分までの、例えば1000g/10分までの、好ましくは500g/10分までの、好ましくは400g/10分までの、好ましくは300g/10分までの、好ましくは200g/10分までの、好ましくは150g/10分までの、好ましくは0.01〜100g/10分の、好ましくは0.01〜50g/10分の、好ましくは0.01〜40.0g/10分の、好ましくは0.05〜30.0g/10分の、好ましくは0.1〜20.0g/10分の、より好ましくは0.2〜15.0g/10分のMFRを有する。
上述したように、好ましいポリオレフィン(a)は、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンであり、上記または下記で定義されたエチレンホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとのコポリマーから選択され、それらの上記および下記の好ましいサブ群を包含する。
ポリオレフィン(a)として適する低圧PEおよびPP、好ましくはPEは、そのようなものとして周知であり、例えば市販のものを使用することができ、あるいは、文献に十分記載されている慣用の重合法に従ってまたは上記方法と同様に製造され得る。
オレフィン重合触媒は、周知の配位触媒から選択され得、好ましくは、チーグラーナッタ触媒、シングルサイト触媒(周知のメタロセン触媒および非メタロセン触媒を含む)、またはクロム触媒、またはそれらの任意の混合物から選択される。触媒系が助触媒を含むことは当業者に明らかである。低圧PEのために適するチーグラーナッタ触媒は、例えば欧州特許第0810235号明細書または欧州特許第0688794号明細書に記載されており、これらは引用することにより本明細書に組み入れられる。PPのための適するチーグラーナッタ触媒は、例えば国際公開03000754号パンフレットまたは欧州特許第1484345号明細書に記載されており、これらは引用することにより本明細書に組み入れられる。知られているように、PP触媒は典型的に、内部または外部ドナーを含み得る。周知のように、触媒的に活性な触媒成分、例えばチーグラーナッタ触媒の触媒的に活性な成分は通常、活性剤と組み合わされる。さらに、触媒系は、担体、例えば、シリカに基づくまたはMgに基づく担体のような外部担体、に担持されていてもいなくてもよい。
単峰性の低圧PEおよびPP、好ましくはPEは、周知の、文献に記載されたやり方で単一の反応器中で一段重合により製造され得る。多峰性(例えば二峰性)の低圧PEまたはPP、好ましくはPEは、例えば、2以上の別々のポリマー成分を一緒に機械的にブレンドすることにより、または好ましくは上記成分の重合中にインシチューでブレンドすることにより、製造され得る。機械的ブレンドおよびインシチューでのブレンドは共に、当該分野で周知である。したがって、好ましいインシチューでのブレンドは、例えば多段の、すなわち2段以上の重合において異なる重合条件下で、または1段重合において2以上の異なる重合触媒(マルチサイトまたはデュアルサイト触媒を包含する)の使用によって、または多段重合と2以上の異なる重合触媒との組合せの使用によって、ポリマー成分を重合することを意味する。多段重合法では、ポリマーが、少なくとも2の重合工程を含む方法で重合される。各重合工程は、1の反応器における少なくとも2の別々の重合ゾーンで、または少なくとも2の別々の反応器で行われ得る。好ましくは、多段重合法が、少なくとも2のカスケード重合ゾーンで行われる。重合ゾーンは、平行に連結され得、または好ましくは、重合ゾーンがカスケード方式で作動する。重合ゾーンは、バルク、スラリー、溶液または気相条件で、またはそれらの任意の組合せで操作し得る。好ましい多段法では、第一の重合工程が、少なくとも1のスラリー反応器、例えばループ反応器で行われ、第二の重合工程が、1以上の気相反応器で行われる。1の好ましい多段法は、欧州特許第517868号明細書に記載されている。上記ポリオレフィン(a)として適するポリプロピレンに関して、その製造法は、例えばNello Pasquini (Ed.) Polypropylene Handbook, Hanser, Munich,2005, 15-141頁がまた参照される。
一般に、低圧PEおよびPP、好ましくはPE、の重合における温度は典型的に、50〜115℃、好ましくは60〜110℃である。圧力は、1〜150バール、好ましくは10〜100バールである。重合条件の精密な制御は、異なる種類の触媒を使用し、および異なるコモノマーおよび/または水素供給量を使用して行われ得る。
予備重合は、当該分野で周知であるように、実際の重合工程に先行し得る。
プロピレンのヘテロ相コポリマーの場合には、プロピレンホモポリマーまたはランダムコポリマーのマトリックスが、例えば上述した1段法でまたは多段法で製造され得、そしてプロピレンコポリマーのエラストマー(ゴム)部分が、例えば別個の反応器で、例えば先の工程で製造されたマトリックスポリマーの存在下での気相反応器で、インシチュー重合として製造され得る。あるいは、周知のように、プロピレンのエラストマーコポリマー部分がマトリックス相物質に機械的に配合され得る。
得られた低圧PEまたはPP、好ましくはPE、の重合生成物は、更なる使用のために、公知のやり方でそして任意的に添加剤と共に配合され、そしてペレット化され得る。
第二のポリオレフィン(b)
第二のポリオレフィン(b)は、ポリオレフィン(a)のために定義された任意のポリオレフィンまたは低密度ポリエチレン(LDPE)ポリマーであり得る。
第二のポリオレフィン(b)として適するポリオレフィンは、任意のポリオレフィン、例えば任意の慣用のポリオレフィンであり得、それは、ケーブルの、好ましくは電力ケーブルの、ケーブル層、好ましくは絶縁層において使用され得る。
第二のポリオレフィン(b)として適するポリオレフィンは、例えばそのようなものとして周知であり、例えば市販のものを使用することができ、あるいは、化学文献に記載されている公知の重合法に従ってまたは上記方法と同様にしてし製造され得る。
好ましい第二のポリオレフィン(b)は、エチレンの低密度ホモポリマー(本明細書においてLDPEホモポリマーと言う)またはエチレンと1以上のコモノマーとの低密度コポリマー(本明細書においてLDPEコポリマーと言う)であり得るLDPEポリマーである。LDPEコポリマーの1以上のコモノマーは好ましくは、上記または下記で定義される、極性コモノマー、非極性コモノマーまたは極性コモノマーと非極性コモノマーとの混合物から選択される。さらに、上記第二のポリオレフィン(b)としての上記LDPEホモポリマーまたはLDPEコポリマーは任意的に不飽和であり得る。
周知のように、「コモノマー」は、共重合可能なコモノマー単位を意味する。
第二のポリオレフィン(b)としてのLDPEコポリマーのための極性コモノマーとして、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基またはエステル基またはこれらの混合を含有するコモノマーが使用され得る。より好ましくは、カルボキシルおよび/またはエステル基を含有するコモノマーが、上記極性コモノマーとして使用される。さらにより好ましくは、LDPEコポリマーの極性コモノマーが、アクリレート、メタクリレートまたはアセテートまたはそれらの任意の混合物の群から選択される。上記LDPEコポリマーに存在するならば、極性コモノマーは好ましくは、アルキルアクリレート、アルキルメタクリレートまたはビニルアセテート、またはそれらの混合物の群から選択される。さらに好ましくは、上記極性コモノマーが、C〜Cアルキルアクリレート、C〜Cアルキルメタクリレートまたはビニルアセテートから選択される。さらにより好ましくは、上記極性LDPEコポリマーが、エチレンとC〜Cアルキルアクリレート、例えばメチル、エチル、プロピルまたはブチルアクリレート、またはビニルアセテート、またはそれらの任意の混合物とのコポリマーである。
上記第二のポリオレフィン(b)としてのLDPEコポリマーのための非極性コモノマーとして、上述した極性コモノマー以外のコモノマーが使用され得る。好ましくは、非極性コモノマーが、ヒドロキシル基、アルコキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、エーテル基またはエステル基を含有するコモノマー以外である。好ましい非極性コモノマーの1群は、モノ不飽和(=1つの二重結合)コモノマー、好ましくはオレフィン、好ましくはα−オレフィン、より好ましくはC〜C10α−オレフィン、例えばプロピレン、1−ブテン、1−ヘキセン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、1−オクテン、1−ノネン;多不飽和(=1より多い二重結合)コモノマー;シラン基含有コモノマー;またはそれらの任意の混合物を含み、好ましくはそれらから成る。上記多不飽和コモノマーは、不飽和LDPEコポリマーに関して以下にさらに記載される。
LDPEポリマーがコポリマーであるならば、好ましくは、0.001〜50重量%、より好ましくは0.05〜40重量%、さらにより好ましくは35重量%未満、さらにより好ましくは30重量%未満、より好ましくは25重量%未満の1以上のコモノマーを含む。
ポリマー組成物、好ましくは少なくともその第二のポリオレフィン(b)成分、より好ましくはLDPEポリマーが、任意的に不飽和であり得る。すなわち、ポリマー組成物、好ましくは少なくとも第二のポリオレフィン(b)、好ましくはLDPEポリマーが、炭素−炭素二重結合(−C=C−)を含み得る。「不飽和」は、本明細書において、ポリマー組成物、好ましくは第二のポリオレフィン(b)が、炭素−炭素二重結合/炭素原子1000個を、少なくとも0.4個/炭素原子1000個の総量で含有する。
周知であるように、不飽和は、特にポリオレフィン成分、低分子量(Mw)化合物、例えば架橋ブースターまたはスコーチ遅延剤、またはそれらの任意の組合せによってポリマー組成物に付与され得る。二重結合の総量は、本明細書では、不飽和に寄与することが知られ、そのために故意に添加される源から決定される二重結合を意味する。不飽和を与えるために使用されるべき2以上の上記二重結合源が選択されるならば、ポリマー組成物中の二重結合の総量は、それらの二重結合源に存在する二重結合の和を意味する。定量的赤外線(FTIR)決定を可能にするために、各選択された源のために、較正のための特徴的なモデル化合物が使用されることは明らかである。
任意の二重結合の測定が、任意的な架橋の前に行われる。
ポリマー組成物が、(任意的な架橋の前に)不飽和であるならば、不飽和が、少なくとも不飽和の第二のポリオレフィン(b)成分由来であるのが好ましい。より好ましくは、不飽和の第二のポリオレフィン(b)が不飽和ポリエチレンであり、より好ましくは不飽和LDPEポリマー、さらにより好ましくは不飽和LDPEホモポリマーまたは不飽和LDPEコポリマーである。多不飽和コモノマーが、上記不飽和ポリオレフィンとしてのLDPEポリマーに存在するとき、LDPEポリマーは、不飽和LDPEコポリマーである。
好ましい態様では、用語「炭素−炭素二重結合の総量」は、不飽和の第二のポリオレフィン(b)から定義され、特に断らない限り、存在するならば、ビニル基、ビニリデン基およびトランス−ビニレン基由来の二重結合の合計量を意味する。当然、第二のポリオレフィン(b)は必ずしも上記3種類の二重結合を全て含むわけではない。しかし、上記3種類のいずれかが、存在するとき、「炭素−炭素二重結合の総量」に計算される。各種類の二重結合の量は、「測定法」に示されるように測定される。
LDPEホモポリマーが不飽和であるならば、不飽和は、例えば、連鎖移動剤(CTA)、例えばプロピレン、によっておよび/または重合条件によって付与され得る。LDPEコポリマーが不飽和であるならば、不飽和は、下記手段:連鎖移動剤(CTA)、1以上の多不飽和コモノマー、または重合条件、の1以上によって付与され得る。選択された重合条件、例えばピーク温度および圧力、が不飽和度に影響を及ぼし得ることは周知である。不飽和LDPEコポリマーの場合には、好ましくは、エチレンと少なくとも1の多不飽和コモノマーおよび任意的に他のコモノマー、例えばアクリレートまたはアセテートコモノマーから好ましくは選択される極性コモノマー、との不飽和LDPEコポリマーである。より好ましくは、不飽和LDPEコポリマーが、エチレンと少なくとも1の多不飽和コモノマーのとの不飽和LDPEコポリマーである。
不飽和の第二のポリオレフィン(b)に適する多不飽和コモノマーは好ましくは、少なくとも8個の炭素原子を有しかつ複数の非共役二重結合間に少なくとも4個の炭素原子を有する炭素直鎖からなり、上記複数の非共役二重結合のうち少なくとも1は末端である。より好ましくは、上記多不飽和コモノマーがジエンであり、好ましくは少なくとも8個の炭素原子を含み、第一の炭素−炭素二重結合が末端であり、第二の炭素−炭素二重結合が第一のものに対して非共役の関係にあるジエンである。好ましいジエンは、C〜C14非共役ジエンまたはそれらの混合物から選択され、より好ましくは、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、1,11−ドデカジエン、1,13−テトラデカジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、9−メチル−1,8−デカジエン、またはそれらの混合物から選択される。さらにより好ましくは、ジエンが、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、1,11−ドデカジエン、1,13−テトラデカジエン、またはそれらの任意の混合物から選択されるが、上記ジエンに限定されない。
例えばプロピレンがコモノマーとしてまたは連鎖移動剤(CTA)としてまたは両方として使用され得、それによって、炭素−炭素二重結合の総量に、好ましくはビニル基の総量に寄与し得ることは周知である。本明細書では、コモノマーとしても作用し得る化合物、例えばプロピレン、が二重結合を付与するためのCTAとして使用されるとき、上記共重合可能なコモノマーは、コモノマー含量の計算に入れない。
第二のポリオレフィン(b)、より好ましくはLDPEポリマーが不飽和であるならば、それは、好ましくは、存在するならば、ビニル基、ビニリデン基およびトランス−ビニレン基に由来する炭素−炭素二重結合を、0.4超/炭素原子1000個、好ましくは0.5超/炭素原子1000個の総量で有する。上記ポリオレフィンに存在する炭素−炭素二重結合の量の上限は限定されないが、好ましくは、5.0未満/炭素原子1000個、好ましくは3.0未満/炭素原子1000個であり得る。
いくつかの態様、例えば低いパーオキシド含量でより高い架橋度が望ましいところの態様では、不飽和LDPE中の、存在するならば、ビニル基、ビニリデン基およびトランス−ビニレン基に由来する炭素−炭素二重結合の総量が、好ましくは0.40超/炭素原子1000個、好ましくは0.50超/炭素原子1000個、好ましくは0.60超/炭素原子1000個である。
非常に好ましい実施態様では、第二のポリオレフィン(b)が、上記で定義された不飽和LDPEポリマーであり、ポリマー組成物が、上記または特許請求の範囲で定義された本発明の好ましい「低い」パーオキシド含量を含む。好ましい「低い」パーオキシド含量と組み合わされるより高い二重結合含量はさらに、低い電気伝導度に寄与する。上記実施態様はまた、高いケーブル製造速度またはより長い押出時間、またはその両方が望ましいならば、好ましくあり得る。上記実施態様はまた、層、好ましくは絶縁層の物質に必要な望ましい機械的特性および/または耐熱性に寄与する。
より好ましくは、第二のポリオレフィン(b)が、上記で定義された不飽和LDPEでありかつ少なくともビニル基を有し、ビニル基の総量が、好ましくは0.05超/炭素原子1000個、さらにより好ましくは0.08超/炭素原子1000個、最も好ましくは0.11超/炭素原子1000個である。好ましくは、ビニル基の総量が、4.0/炭素原子1000個までである。より好ましくは、架橋前の第二のポリオレフィン(b)が、0.20超/炭素原子1000個、さらにより好ましくは0.30超/炭素原子1000個の総量のビニル基を有する。
ポリマー組成物での使用のために好ましい第二のポリオレフィン(b)は、エチレンと少なくとも1の多不飽和コモノマー、好ましくは上述したジエン、および任意的に他のコモノマーとの不飽和LDPEコポリマーである。さらに好ましくは、そのような、エチレンと少なくとも1の多不飽和コモノマー、好ましくは上述したジエン、および任意的に他のコモノマーとの不飽和LDPEコポリマーがビニル基を有する。この実施態様では、ビニル基の総量が、上記、下記または特許請求の範囲で定義した通りである。上記不飽和LDPEコポリマーは、電力ケーブル、好ましくはDC電力ケーブル、の好ましくは絶縁層におけるポリマー組成物の第二のポリオレフィン(b)としての使用のための本発明のために大いに使用され得る。
典型的には、およびワイヤおよびケーブル(W&C)用途において好ましくは、第二のポリオレフィン(b)、好ましくはLDPEポリマー、の密度が860kg/mより高い。好ましくは、第二のポリオレフィン(b)、好ましくはLDPEホモポリマーまたはコポリマー、の密度が960kg/m以下であり、好ましくは900〜945kg/mである。第二のポリオレフィン(b)、好ましくはLDPEポリマー、のMFR(2.16kg、190℃)は好ましくは0.01〜50g/10分、より好ましくは0.01〜40.0g/10分、より好ましくは0.1〜20g/10分、最も好ましくは0.2〜10g/10分である。
したがって、本発明の第二のポリオレフィン(b)は、上記または特許請求の範囲で定義したLDPEポリマーであり、それは好ましくは、フリーラジカル開始重合によって高圧で製造される(高圧(HP)ラジカル重合と言う)。HP反応器は、例えば周知の管状反応器またはオートクレーブ反応器、またはそれらの混合、好ましくは管状反応器であり得る。高圧(HP)重合および、所望の最終用途に依存してポリオレフィンの他の特性をさらに適応させるためのプロセス条件の調整は周知であり、文献に記載されており、そして当業者によって容易に使用され得る。適する重合温度は400℃までであり、好ましくは80〜350℃である。圧力は70MPaからであり、好ましくは100〜400MPaであり、より好ましくは100〜350MPaである。圧力は、少なくとも圧縮工程および/または管状反応器の後に測定され得る。温度は、全工程中のいくつかの時点で測定され得る。
分離後、得られたLDPEは典型的にポリマー溶融物の形状であり、それは通常、HP反応器系に連結して配置されたペレット化部分、例えば造粒押出機、において混合されそしてペレット化される。任意的に、添加剤、例えば酸化防止剤、が公知のやり方でこの混合機に添加され得る。
エチレン(コ)ポリマーの高圧ラジカル重合による製造のさらなる詳細は、特に、the Encyclopedia of Polymer Science and Engineering,Vol.6 (1986), pp 383-410およびEncyclopedia of Materials:Science and Technology, 2001 Elsevier Science Ltd.: “Polyethylene:High-pressure, R. Klimesch, D. Littmannand F.-O. Mahling pp. 7181-7184に見られ得る。
エチレンの不飽和LDPEコポリマーが製造されるとき、周知のように、炭素−炭素二重結合量は、不飽和LDPEコポリマーのために望ましいC−C二重結合の性質および量に応じて、エチレンを、例えば1以上の多不飽和コモノマー、連鎖移動剤、またはその両方の存在下で、モノマー、好ましくはエチレン、および多不飽和コモノマーおよび/または連鎖移動剤の間の望ましい供給比を使用して、重合することにより調整され得る。特に国際公開第9308222号パンフレットは、エチレンと多不飽和モノマーとの高圧ラジカル重合を記載している。その結果、不飽和が、ランダム共重合法においてポリマー鎖に沿って均一に分配され得る。また、例えば国際公開第9635732号パンフレットは、エチレンとある種の多不飽和α,ω−ジビニルシロキサンとの高圧ラジカル重合を記載している。
本発明のポリマー組成物の最終使用および最終用途
本発明のポリマー組成物は最も好ましくは、上記、下記または特許請求の範囲で定義したポリマー組成物およびその成分の好ましいサブ群および特性と任意の順序で組み合わせられ得る、その好ましいサブ群を包含する、ケーブル、好ましくは電力ケーブル、より好ましくは直流(DC)電力ケーブルの層を製造するために使用される。
本発明はさらに、少なくとも1の層、好ましくは絶縁層によって囲まれた導体を含むケーブル、好ましくは電力ケーブル、より好ましくは直流(DC)電力ケーブルを提供する。ここで、上記少なくとも1の層は、上記、下記または特許請求の範囲で定義された、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)イオン交換剤
を含む、上記、下記または特許請求の範囲で定義されたポリマー組成物を含み、好ましくは上記ポリマー組成物から成る。
本発明の好ましいケーブルは、少なくとも内側半導電層、絶縁層および外側半導電層によってこの順に囲まれた導体を含む電力ケーブル、好ましくは直流(DC)電力ケーブル、であり、ここで、少なくとも1の層、好ましくは少なくとも絶縁層が、上記、下記または特許請求の範囲で定義された、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)イオン交換剤
を含む、上記、下記または特許請求の範囲で定義されたポリマー組成物を含み、好ましくは上記ポリマー組成物から成る。
したがって、電力ケーブルの内側半導電層は、第一の半導電性組成物を含み、好ましくは上記第一の半導電性組成物から成り、絶縁層が絶縁性組成物を含み、好ましくは上記絶縁性組成物から成り、外側半導電層が、第二の半導電性組成物を含み、好ましくは上記第二の半導電性組成物から成る。すなわち、組成物の1、好ましくは少なくとも絶縁性組成物が、本発明のポリマー組成物を含み、より好ましくは上記ポリマー組成物から成る。
用語「導体」は、本明細書の上記および下記において、導体が1以上のワイヤを含むことを意味し得る。さらに、ケーブルは、1以上のそのような導体を含み得る。好ましくは、導体が電気導体であり、1以上の金属ワイヤを含む。
第一および第二の半導電性組成物は、互いに異なっていても同じでもよく、ポリマー、好ましくはポリオレフィンまたはポリオレフィンの混合物、および導電性フィラー、好ましくはカーボンブラックを含み得る。適するポリオレフィンは、例えば低圧法で製造されたポリエチレンまたはHP法で製造されたポリエチレン(LDPE)である。ポリオレフィン(a)および第二の任意的なポリオレフィン(b)に関して上記に示した一般的なポリマーの説明は、半導電層のための適するポリマーのためにも当てはまる。カーボンブラックは、電力ケーブルの半導電層、好ましくはDC電力ケーブルの半導電層に使用される任意の慣用的なカーボンブラックであり得る。好ましくはカーボンブラックが下記特性の1以上を有する。a)ASTM D3849−95a、散乱法Dに従う数平均粒径として定義される一次粒径が少なくとも5nmである、b)ASTM D1510に従うヨウ素価が少なくとも30mg/gである、c)ASTM D2414にしたがって測定される油吸収値が少なくとも30ml/100gである。カーボンブラックの非制限的例は、例えばアセチレンカーボンブラック、ファーネスカーボンブラックおよびケッチェンカーボンブラックであり、好ましくはファーネスカーボンブラックおよびアセチレンカーボンブラックである。好ましくは、第一および第二の半導電性ポリマー組成物が、半導電性組成物の重量に基づいて10〜50重量%のカーボンブラックを含む。
本発明の電力ケーブル、好ましくはDC電力ケーブルは、好ましくは架橋可能であり、ここで、少なくとも1の層、好ましくは少なくとも絶縁層が、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)上記、下記または特許請求の範囲で定義されたイオン交換剤、および
架橋剤、好ましくは110ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは90ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは1.0〜75ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは50ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは40ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは37ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは35ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.1〜34ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.5〜33ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは5.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは7.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは10.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kgの量のパーオキシド、
を含む上記、下記または特許請求の範囲で定義されたポリマー組成物を含み、好ましくは上記組成物からなる。
もちろん、ポリマー組成物のための、またはそのポリオレフィン(a)、第二のポリオレフィン(b)またはイオン交換剤(c)および好ましい架橋剤成分のための上記または下記で定義された上記特性、さらなる特性、変形および実施態様の更なる好ましいサブ群は、本発明の電力ケーブル、好ましくはDC電力ケーブルに同様に当てはまる。
周知のように、ケーブルは任意的に、さらなる層、例えば絶縁層または存在するならば外側半導電層を囲む層、例えばスクリーン、ジャケット層、他の保護層またはそれらの任意の組合せを含み得る。
本発明はまた、上記または特許請求の範囲で定義された、好ましくは架橋可能な、ケーブル、好ましくは電力ケーブル、より好ましくはDC電力ケーブルを製造する方法を提供し、ここで、上記方法は、
少なくとも1の層、好ましくは、第一の半導電性組成物を含む内側半導電層、絶縁性組成物を含む絶縁層、および第二の半導電性組成物を含む外側半導電層をこの順に、好ましくは(共)押出によって、導体上に施与すること、ここで、少なくとも1の層、好ましくは絶縁層の組成物が、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)上記、下記または特許請求の範囲で定義されたイオン交換剤、および
任意的に、および好ましくは、架橋剤、好ましくは110ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは90ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは0〜75ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは50ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは40ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは37ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは35ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.1〜34ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.5〜33ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは5.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは7.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは10.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kgの量のパーオキシド、
を含むポリマー組成物を含み、好ましくは上記組成物からなる。
好ましくは、ポリマー組成物が架橋剤を含み、上記方法が、架橋剤、好ましくは上記で定義された量の架橋剤の存在下で、架橋条件で、少なくとも上記絶縁層のポリマー組成物を架橋し、そして任意的におよび好ましくは、内側半導電層の第一の半導電性組成物および外側半導電層の第二の半導電性組成物の少なくとも1、好ましくは両方を、架橋剤の存在下で架橋条件で架橋するさらなる工程を含む。
より好ましくは、架橋可能な電力ケーブル、より好ましくは架橋可能なDC電力ケーブル、より好ましくは架橋可能なHVDC電力ケーブルが製造され、ここで、上記方法は、
(a)−内側半導電層のための、ポリマー、カーボンブラックおよび任意的に更なる成分を含む、任意的におよび好ましくは架橋可能な、第一の半導電性組成物を用意しそして混合する、好ましくは押出機で溶融混合すること、
−絶縁層のための、
(a)低密度ポリエチレン(LDPE)以外のポリオレフィン、
(b)ポリオレフィン(a)と異なる第二のポリオレフィン、および
(c)上記、下記または特許請求の範囲で定義されたイオン交換剤、および
任意的におよび好ましくは、架橋剤、好ましくは110ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは90ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは0〜75ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは50ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは40ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは37ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは35ミリモル未満の−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.1〜34ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、好ましくは0.5〜33ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは5.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは7.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kg、より好ましくは10.0〜30ミリモルの−O−O−/ポリマー組成物kgの量のパーオキシド、
を含む、好ましくは上記から成る、本発明の架橋可能なポリマー組成物を用意しそして混合する、好ましくは押出機中で溶融混合すること、
−外側半導電層のための、ポリマー、カーボンブラックおよび任意的に更なる成分を含む、任意的におよび好ましくは架橋可能な、第二の半導電性組成物を用意しそして混合する、好ましくは押出機中で溶融混合すること、
(b)−内側半導電層を形成するための、工程(a)で得られた第一の半導電性組成物の溶融混合物、
−絶縁層を形成するための、工程(a)で得られた本発明のポリマー組成物の溶融混合物、
−外側半導電層を形成するための、工程(a)で得られた第二の半導電性組成物の溶融混合物
を導体上に、好ましくは共押出によって、施与すること、
(c)任意的に、得られたケーブルの絶縁層のポリマー組成物、内側半導電層の第一の半導電性組成物および外側半導電層の第二の半導電性組成物の1以上、好ましくは少なくとも絶縁層のポリマー組成物、より好ましくは絶縁層のポリマー組成物、内側半導電層の第一の半導電性組成物および外側半導電層の第二の半導電性組成物を、架橋剤の存在下および架橋条件で架橋すること、
を含む。
溶融混合は、得られた混合物の少なくとも主要なポリマー成分の融点より上で混合することを意味し、例えば、それに限定されないが、ポリマー成分の融点または軟化点より少なくとも15℃上の温度で行われる。
本明細書において用語「(共)押出」は、周知であるように、2以上の層の場合には、上記層が別々の工程で押し出され得、または上記層の少なくとも2または全てが、同じ押出工程で共押出され得ることを意味する。用語「(共)押出」はまた、本明細書において、層の全部または一部が、1以上の押出ヘッドを使用して同時に形成されることを意味する。
周知のように、本発明のポリマー組成物および任意的なおよび好ましい第一および第二の半導電性組成物は、ケーブル製造プロセスの前またはその製造プロセスの間に製造され得る。さらに、本発明のポリマー組成物および任意的なおよび好ましい第一および第二の半導電性組成物は各々独立して、ケーブル製造プロセスの(溶融)混合工程a)へ導入する前に最終組成物の成分の一部または全部を含み得る。
好ましくは、本発明のポリマー組成物および任意的な第一および第二の半導電性組成物は、粉末、顆粒またはペレットの形状でケーブル製造プロセスに供給される。本明細書においてペレットは、(反応器から直接得られた)反応器で作られたポリマーから、反応器後の変形によって固体ポリマー粒子に形成された任意のポリマー生成物を一般的に意味する。周知の反応器後の変形は、ポリマー生成物および任意的な添加剤の溶融混合物をペレット化装置においてペレット化して固体ペレットにすることである。ペレットは、任意の大きさおよび形状を有し得る。さらに、ポリオレフィン成分(a)および(b)は、同じ粉末、顆粒またはペレット生成物で一緒にされ得、したがって、ポリオレフィン成分(a)および第二のポリオレフィン(b)の固体ポリマー混合物を含む。あるいはおよび好ましくは、ポリオレフィン成分(a)および第二のポリオレフィン(b)が別々に、例えば2つの別々のペレット生成物として、ケーブル製造プロセスに提供される。
イオン交換剤(c)は、ポリオレフィン成分(a)および(b)の両方を含むペレットに存在し得、または各ポリオレフィン成分の別々のペレットの場合には、別々のペレットのいずれかに存在し得る。あるいは、イオン交換剤(c)は、ケーブル製造プロセス中にポリマー成分に添加され得る。
任意的な添加剤の全部または一部が、そのような粉末、顆粒またはペレットに存在し得、または別個に添加される。
したがって、ポリマー組成物のポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)は、混合工程(a)に提供される前に、予備混合され得、例えば一緒に溶融混合されそしてペレット化され得る。あるいはおよび好ましくは、これらの成分が、例えば別々のペレットで(溶融)混合工程(a)に提供され得、ここでペレットが一緒にブレンドされる。上述したように、イオン交換剤(c)は、別々のペレットのいずれかに存在し得、または(溶融)混合工程(a)中に添加され得る。好ましくは、イオン交換剤(c)は、少なくともポリオレフィン(a)成分中に存在し、上記成分は好ましくは、上記または特許請求の範囲で定義された、オレフィン重合触媒の存在下で製造されたポリエチレンである。
本発明の提供されたポリマー組成物および好ましい第一および第二の半導電性組成物の(溶融)混合工程(a)は好ましくは、ケーブル押出機において行われる。ケーブル製造プロセスの工程a)は任意的に、例えばケーブル製造ラインのケーブル押出機に結合しかつ先行して配置されたミキサーにおける、別個の混合工程を含み得る。先行する別個のミキサーでの混合は、成分の外部加熱(外部の源による加熱)を伴ってまたは伴わないで混合することにより行われ得る。本発明のポリマー組成物のポリオレフィン(a)、第二のポリオレフィン(b)およびイオン交換剤(c)の1、または任意的なおよび好ましいパーオキシドおよび任意的なさらなる成分、例えばさらなる添加剤、の一部または全部、ならびに第一または第二の半導電性組成物の上記成分の一部または全部がそれぞれ、ケーブル製造プロセス中にポリオレフィンに添加される場合には、上記添加は、混合工程(a)中の任意の段階で、例えばケーブル押出機に先行する任意的な別個のミキサーでまたはケーブル押出機の任意の時点で、行われ得る。任意的なパーオキシドおよび任意的な添加剤の添加は、そのようなものとして、好ましくは液体形状で、または周知のマスターバッチで、混合工程(a)中の任意の段階で、同時にまたは別々になされ得る。
ポリマー組成物は好ましくは、架橋剤、好ましくはパーオキシドを含む。架橋剤は、ケーブル製造プロセスの前に、または(溶融)混合工程(a)中に添加され得る。例えばおよび好ましくは、架橋剤および任意的なさらなる成分、例えば添加剤が、ケーブル製造プロセスの製造ラインでの使用の前にポリオレフィン(a)または第二のポリオレフィン(b)の少なくとも1に既に存在し得る。架橋剤は、例えばポリオレフィン(a)または第二のポリオレフィン(b)、または両方、またはそれらの混合物および任意的な更なる成分と一緒に溶融混合され得、次いで溶融混合物がペレット化される。あるいはおよび好ましくは、架橋剤が、ポリオレフィン成分またはポリマー組成物の固体ポリマー粒子、好ましくはペレットに添加される、好ましくは含浸される。
溶融混合工程(a)から得られたポリマー組成物の溶融混合物は、唯一のポリマー成分として本発明のポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)から成るのが好ましい。イオン交換剤(c)および任意的なおよび好ましい添加剤は、それ自体を、または担体ポリマーとの混合物として、すなわちいわゆるマスターバッチの形状でポリマー組成物に添加され得る。
ケーブル製造プロセスの好ましい実施態様では、架橋可能な電力ケーブル、好ましくは架橋可能なDC電力ケーブル、より好ましくは架橋可能なHVDC電力ケーブルが製造される。ここで、絶縁層が、上記または下記に示す量のパーオキシドをさらに含む本発明の架橋可能なポリマー組成物を含み、好ましくは上記組成物から成り、第二のポリオレフィン(b)が任意的におよび好ましくは不飽和LDPEホモポリマーまたはコポリマーであり、得られるケーブルの少なくとも架橋可能な絶縁層が工程c)で架橋条件で架橋される。
したがって、本発明はさらに、架橋された電力ケーブル、好ましくは架橋されたDC電力ケーブル、より好ましくは架橋されたHVDC電力ケーブル、を提供し、ここで、上記または特許請求の範囲で定義された本発明のポリマー組成物を含む層が少なくとも、架橋される。
絶縁層のポリマー組成物の架橋は好ましくは、上記または特許請求の範囲で定義された量のパーオキシドの存在下で行われ、内側半導電層の第一の半導電性組成物の任意的なおよび好ましい架橋は、架橋剤、好ましくはフリーラジカル発生剤、好ましくはパーオキシドの存在下で行われる。
架橋剤は、架橋工程c)に導入される前に任意的な第一および第二の半導電性組成物にすでに存在し得る、または架橋工程中に導入され得る。パーオキシドが、第一および第二の半導電性組成物のための好ましい架橋剤であり、好ましくは、半導電性組成物が上記ケーブル製造プロセスで使用される前に上記組成物のペレットに含められる。
架橋は、高められた温度で行われ得、上記温度は、周知のように、架橋剤の種類に依存して選択される。例えば、150℃より上の温度、例えば160〜350℃が典型的であるが、それに限定されない。
プロセス温度およびデバイスは周知であり、例えば慣用のミキサーおよび押出機、例えば単軸または二軸押出機、が本発明の方法に適する。
本発明はさらに、架橋された電力ケーブル、好ましくは直流(DC)電力ケーブル、好ましくは架橋されたHVDC電力ケーブルを提供する。ここで、内側半導電層が、任意的に架橋された第一の半導電性組成物を含み、好ましくは上記第一の半導電性組成物から成り、絶縁層のポリマー組成物が、上記または特許請求の範囲で定義された本発明の架橋されたポリマー組成物を含み、好ましくは上記ポリマー組成物から成り、外側半導電層が、任意的に架橋された第二の半導電性組成物を含み、好ましくは上記第二の半導電性組成物から成る。より好ましくは内側半導電層が、架橋された第一の半導電性組成物を含み、好ましくは上記第一の半導電性組成物から成り、絶縁層のポリマー組成物が、特許請求の範囲に記載の架橋されたポリマー組成物を含み、好ましくは上記ポリマー組成物から成り、外側半導電層が、任意的に架橋された、好ましくは架橋化された第二の半導電性組成物を含み、好ましくは上記第二の半導電性組成物から成る。
本発明の好ましいDC電力ケーブルは、HVDC電力ケーブルである。好ましくはHVDC電力ケーブルが、所望の最終ケーブル用途に応じて、HVDCケーブルまたは超HVDCケーブルのために上記で定義された電圧で作動する。
さらに、本発明の電力ケーブル、好ましくはDC電力ケーブル、より好ましくはHVDC電力ケーブルが、上述したように架橋されている。
DC電力ケーブル、より好ましくはHVDC電力ケーブルの絶縁層の厚さは典型的に、ケーブルの絶縁層の断面で測定されたとき、2mm以上、好ましくは少なくとも3mm、好ましくは少なくとも5〜100mm、より好ましくは5〜50mm、および慣用的に5〜40mm、例えば5〜35mmである。内側および外側半導電層の厚さは典型的に、絶縁層の厚さより小さく、HVDC電力ケーブルでは、例えば0.1mm超、例えば0.3〜20mmであり、0.3〜10mmの内側半導電層および外側半導電層である。内側半導電層の厚さは、好ましくは0.3〜5.0mm、好ましくは0.5〜3.0mm、好ましくは0.8〜2.0mmである。外側半導電層の厚さは、好ましくは0.3〜10mm、例えば0.3〜5mm、好ましくは0.5〜3.0mm、好ましくは0.8〜3.0mmである。DCケーブルの層の厚さが最終用途のケーブルの意図される電圧レベルに依存し、それに従って選択され得ることは当業者に明らかであり、当業者の範囲内である。
測定法
説明および実験部分において特に断らない限り、下記方法が特性の決定のために使用される。
wt%は重量%である。
メルトフローレート
メルトフローレート(MFR)は、ISO1133に従って測定され、g/10分で示される。MFRは、ポリマーの流動性、したがって加工性、の指標である。メルトフローレートが高いほど、ポリマーの粘度が低い。MFRはポリエチレンの場合には190℃で測定され、ポリプロピレンの場合には230℃で測定される。MFRは、種々の荷重、例えば2.16kg(MFR)または21.6kg(MFR21)、で測定され得る。
分子量
Mz、Mw、MnおよびMWDが、下記方法にしたがって、ゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)によって測定される。
重量平均分子量Mwおよび分子量分布(MWD=Mw/Mn、ここでMnは数平均分子量であり、Mwは重量平均分子量であり、Mzはz−平均分子量である)は、ISO16014−4:2003およびASTM D6474−99に従って測定される。屈折率検出器およびオンライン粘度計を備えたWaters GPCV2000計器がTosoh Bioscienceからの2xGMHXL−HTおよび1xG7000HXL−HT TSKゲルカラムならびに溶媒としての1,2,4−トリクロロベンゼン(TCB、250mg/Lの2,6−ジ−t−ブチル−4−メチルフェノールで安定化された)とともに140℃および1mL/分の一定の流速で使用された。分析ごとに209.5μLのサンプル溶液が注入された。カラムセットが、普遍的較正(ISO16014−2:2003に従う)を使用して、少なくとも15の狭いMWDポリスチレン(PS)標準を用いて1kg/モル〜12000kg/モルの範囲で較正された。ASTM D6474−99に示されたMark Houwink 定数が使用された。全てのサンプルが、0.5〜4.0mgのポリマーを4mL(140℃)の安定化されたTCB(移動相と同じ)に溶解し、連続的に静かに攪拌しながら160℃の最高温度で最長3時間保持することにより調製された後、GPC装置中にサンプリングされた。
コモノマー含量
a)ポリプロピレンのランダムコポリマーにおけるコモノマー含量
定量的フーリエ変換赤外分光法(FTIR)を使用してコモノマーの量を定量した。較正は、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法によって決定されたコモノマー含量に対する補正によって行われた。定量的13C−NMR分光法から得られた結果に基づく較正手順が、文献に十分記載されている慣用的なやり方で行われた。コモノマーの量(N)が、重量%(wt%)として、
N=kl(A/R)+k2
(Aは、コモノマーバンドの定義された最大吸光度であり、Rは参照ピークのピーク高さとして定義される最大吸光度であり、k1およびk2は較正によって得られた線形定数である)によって決定された。エチレン含量の定量に使用されるバンドは、エチレン含量がランダム(730cm−1)かブロック様(ヘテロ相PPコポリマーのように)(720cm−1)かどうかに依存して選択される。4324cm−1での吸光度が参照バンドとして使用された。
b)NMR分光法による直鎖状低密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレンにおけるα−オレフィン含量の定量
コモノマー含量は、基本的割り当ての後、定量的13C核磁気共鳴(NMR)分光法によって決定された(J. Randall JMS - Rev. Macromol. Chem. Phys., C29(2&3), 201-317(1989))。実験パラメータが、この特定の仕事のための定量的スペクトルの測定を確実にするために調整された。
特に溶液状態のNMR分光法が、Bruker AvanceIII 400分光計を使用して用いられた。ヒートブロックおよび回転管オーブンを使用して140℃で10mmサンプル管において約0.200gのポリマーを2.5mlの重水素化テトラクロロエテンに溶解することにより均一なサンプルを調製した。NOE(powergated)を伴うプロトンデカップリングされた13C単パルスNMRスペクトルが下記の取得パラメータを使用して記録された:90°のフリップ角、4個のダミースキャン、4096積算回数(transients)1.6sのアクイジションタイム、20kHzのスペクトル幅、125℃の温度、2元準位(bilevel)WALTZプロトンデカップリングスキームおよび3.0sの緩和遅延。得られたFIDは、下記のプロセッシングパラメータを使用して処理された:32kデータポイントへのゼロ充填(zero-filling)および、ガウス窓関数を使用するアポダイゼーション;自動ゼロ次および一次位相補正および、関係領域に限定された5次多項式を使用する自動基線補正。
従来周知の方法に基づいて代表的位置のシグナルの積分の簡単な較正された比を使用して量が計算された。
b)低密度ポリエチレンの極性コモノマーのコモノマー含量
(1)>6重量%の極性コモノマー単位を含有するポリマー
コモノマー含量(重量%)が、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法によって較正されるフーリエ変換赤外分光法(FTIR)に基づいて公知のやり方で決定された。下記に、エチレンエチルアクリレート、エチレンブチルアクリレートおよびエチレンメチルアクリレートの極性コモノマー含量の決定を例示する。ポリマーのフィルムサンプルが、FTIR測定のために作製された。0.5〜0.7mm厚さがエチレンブチルアクリレートおよびエチレンエチルアクリレートのために使用され、0.10mmフィルム厚さが>6重量%の量のエチレンメチルアクリレ-トのために使用された。フィルムが、Specacフィルムプレスを使用して、150℃で約5トンで1〜2分間プレスされ、次いで制御されないやり方で冷水を用いて冷却された。得られたフィルムサンプルの正確な厚さが測定された。
FTIRによる分析の後、吸光度モードにおける基線が、分析されるべきピークのために引かれた。コモノマーのための吸光度ピークが、ポリエチレンの吸光度ピークによって正規化された(例えば、3450cm−1でのブチルアクリレートまたはエチルアクリレートのためのピーク高さを、2020cm−1でのポリエチレンのピーク高さで割った)。NMR分光法の較正手法が、文献に十分記載され、下記で説明される慣用のやり方で行われた。
メチルアクリレートの含量の決定のために、0.10mm厚さのフィルムサンプルが作製された。分析後、3455cm−1でのメチルアクリレートのためのピークの最大吸光度から2475cm−1での基線の吸光度が差し引かれた(Aメチルアクリレート−A2475)。次いで、2660cm−1でのポリエチレンのピークのための最大吸光度から、2475cm−1での基線の吸光度が差し引かれた(A2660−A2475)。次いで、文献に十分記載されている慣用のやり方で、(Aメチルアクリレート−A2475)と(A2660−A2475)との比が計算された。重量%は、計算によってモル%に変換され得る。それは、文献に十分記載されている。
NMR分光法によるポリマー中のコポリマー含量の定量
コノモマー含量が、基本的割り当ての後、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法によって決定された(例えば、”NMR Spectra of Polymers and Polymer Additives(ポリマーおよびポリマー添加剤のNMRスペクトル)”, A. J. Brandolini and D. D. Hills, 2000,Marcel Dekker, Inc. New York)。実験パラメータが、この特定の仕事のための定量的スペクトルの測定を確実にするために調整された(例えば、”200 and More NMR Experiments: A Practical Course”, S. Berger and S. Braun, 2004, Wiley-VCH, Weinheim)。従来公知のやり方で代表的位置のシグナルの積分の簡単な補正された比を使用して量が計算された。
(2)6重量%以下の極性コモノマー単位を含有するポリマー
コモノマー含量(重量%)が、定量的核磁気共鳴(NMR)分光法によって較正されるフーリエ変換赤外分光法(FTIR)に基づいて公知のやり方で決定された。下記に、エチレンブチルアクリレートおよびエチレンメチルアクリレートの極性コモノマー含量の決定を例示する。FTIR測定のために、0.05〜0.12mm厚さのフィルムサンプルが、上記方法1)に記載されたように作製された。得られたフィルムサンプルの正確な厚さが測定された。
FTIRによる分析の後、吸光度モードにおける基線が、分析されるべきピークのために引かれた。コモノマーのためのピーク(例えば、1164cm−1でのメチルアクリレートおよび1165cm−1でのブチルアクリレート)の最大吸光度から、1850cm−1での基線の吸光度が差し引かれた(A極性コモノマー−A1850)。次いで、2660cm−1でのポリエチレンのピークのための最大吸光度から、1850cm−1での基線の吸光度が差し引かれた(A2660−A1850)。次いで、(A極性コモノマー−A1850)と(A2660−A1850)との比が計算された。NMR分光法の較正手法が、文献に十分記載された慣用のやり方で、上記方法1)に記載されたように行われた。重量%は、計算によってモル%に変換され得る。それは、文献に十分記載されている。
下記に、その量に依存して、上記方法(1)または(2)から得られた極性コモノマー含量が、本明細書および特許請求の範囲における定義において使用されるミクロモルまたはミリモル/g極性コモノマーにどのようにして変換され得るかを例示する。
ミリモル(mmol)およびミクロモルの計算は、下記のようになされた。
例えば、1gのポリ(エチレン−コ−ブチルアクリレート)ポリマーが20重量%のブチルアクリレートを含むならば、この物質は、0.20/Mブチルアクリレート(128g/モル)=1.56x10−3モル(1563ミクロモル)を含む。
極性コポリマーにおける極性コモノマー単位の含量C極性コモノマーは、ミリモル/g(コポリマー)で表わされる。例えば、20重量%のブチルアクリレートコモノマー単位を含む極性(エチレン−コ−ブチルアクリレート)ポリマーは、1.56ミリモル/gのC極性コモノマーを有する。使用された分子量は、Mブチルアクリレート=128g/モル、Mエチルアクリレート=100g/モル、Mメチルアクリレート=86g/モルである。
密度
低密度ポリエチレン(LDPE):密度は、ISO1183−2に従って測定された。サンプルの作製は、ISO1872−2表3Q(圧縮成形)に従って行われた。
低圧法ポリエチレン:ポリマーの密度は、ISO1183/1872−2Bに従って測定された。
ポリマー組成物またはポリマー中の二重結合の量の測定法
A)IR分光法による炭素−炭素二重結合の量の定量
定量的赤外(IR)分光法が、炭素−炭素二重結合(C=C)の量を定量するために使用された。既知の構造の代表的低分子量モデル化合物中のC=C官能基のモル吸光係数の事前の決定により較正が達成された。
これらの基の各々の量(N)が、下記式によって、炭素原子1000個当たりの炭素−炭素二重結合の数(C=C/1000C)として決定された。
N=(A×14)/(E×L×D)
ここで、Aは、ピーク高さとして定義される最大吸光度であり、Eは、係る基のモル吸光係数(l・モル−1・mm−1)であり、Lはフィルム厚さ(mm)であり、Dは物質の密度(g・cm−1)である。
炭素原子1000個当たりのC=C結合の総量は、個々のC=C含有成分のNを合計することによって計算され得る。
ポリエチレンサンプルの場合には、固体状態の赤外スペクトルが、FTIR分光計(PerkinElmer 2000)を使用して、圧縮成形された薄い(0.5〜1.0mm)フィルムについて4cm−1の分解能で記録され、吸収モードで分析された。
1)>0.4重量%の極性コモノマーを有するポリエチレンコポリマーを除く、ポリエチレンホモポリマーおよびコポリマーを含むポリマー組成物
ポリエチレンのために、3種類のC=C含有官能基が定量された。各々は特徴的な吸収を有し、個々の吸光係数をもたらす異なるモデル化合物に対して較正された。
E=13.13l・モル−1・mm−1を与える1−デセン[デク−1−エン]に基づく910cm−1によるビニル(R−CH=CH2)
E=18.24l・モル−1・mm−1を与える2−メチル−1−ヘプテン[2−メチルヘプト−1−エン]に基づく888cm−1によるビニリデン(RR’C=CH2)
E=15.14l・モル−1・mm−1を与えるトランス−4−デセン[(E)−デク−4−エン]に基づく965cm−1によるトランス−ビニレン(R−CH=CH−R’)
<0.4重量%の極性コモノマーを有するポリエチレンホモポリマーまたはコポリマーのために、約980cm−1と840cm−1との間に線状基線較正が適用された。
2)>0.4重量%の極性コモノマーを有するポリエチレンコポリマーを含むポリマー組成物
>0.4重量%の極性コモノマーを有するポリエチレンコポリマーのために、2種類のC=C含有官能基が定量された。各々は、特的な吸収を有し、個々の吸光係数をもたらす異なるモデル化合物に対して較正された。
E=13.13l・モル−1・mm−1を与える1−デセン[デク−1−エン]に基づく910cm−1によるビニル(R−CH=CH2)
E=18.24l・モル−1・mm−1を与える2−メチル−1−ヘプテン[2−メチルヘプト−1−エン]に基づく888cm−1によるビニリデン(RR’C=CH2)
EBA:
ポリ(エチレン−コ−ブチルアクリレート)(EBA)系のために、約920cm−1と870cm−1との間に線状基線較正が適用された。
EMA:
ポリ(エチレン−コ−メチルアクリレート)(EMA)系のために、約930cm−1と870cm−1との間に線状基線較正が適用された。
3)不飽和低分子量分子を含むポリマー組成物
低分子量C=C含有種を含む系のために、上記低分子量種自体におけるC=C吸収のモル吸光係数を使用する直接の較正が行われた。
B)IR分光法によるモル吸光係数の定量
モル吸光係数が、ASTM D−3124−98およびASTM D6248−98に示された手法に従って決定された。溶液状態の赤外スペクトルが、0.1mm光路長の液体セルを備えたFTIR分光計(Perkin Elmer 2000)を使用して4cm−1の解像度で記録された。モル吸光係数(E)は、下記式によって、l・モル−1・mm−1として決定された。
E=A/(C×L)
ここで、Aはピーク高さとして定義される最大吸光度であり、Cは濃度(モル・l−1)であり、Lはセル厚さ(mm)である。少なくとも3つの二硫化炭素(CS)中の0.18モルモル・l−1溶液が使用され、モル吸光係数の平均値が決定された。
DC伝導度の測定法
プレート(plaque)が、試験ポリマー組成物のペレットから圧縮成形される。最終のプレートは、試験ポリマー組成物から成り、1mmの厚さおよび330mmの直径を有する。
伝導度の測定が、任意的な架橋剤を含まないまたは含む試験ポリマー組成物を使用して行われ得る。架橋剤がない場合には、伝導度が、下記の手法を使用して、架橋されていないプレートサンプルから測定される。試験ポリマー組成物が架橋剤を含むならば、架橋がプレートサンプルの作製中に生じ、伝導度は、得られた架橋されたプレートサンプルから下記の手法に従って測定される。架橋の前のポリマー組成物中の架橋剤は、存在するならば、好ましくはパーオキシドである。
プレートが、130℃で12分間圧縮成形され、その間に圧力は2MPaから20MPaに徐々に高められる。その後、温度が高められ、5分後に180℃に達する。温度は次いで、180℃で15分間一定に保たれ、その間に、プレートは試験ポリマー組成物中のパーオキシド(存在するならば)によって完全に架橋される。最後に、圧力が開放されるときに室温に達するまで、温度が15℃/分の冷却速度を使用して低下される。プレートは、揮発性物質の損失を防ぐために、圧力の開放後直ちに金属製ホイルで包まれる。
試験サンプルに電圧をかけるために、高電圧源が、上方電極に連結される。サンプルを通って得られた電流が電位計を用いて測定される。測定セルは、真鍮電極を有する3電極系である。真鍮電極は、高められた温度での測定を容易にしかつ試験サンプルの均一の温度を付与するために、加熱サーキュレーターに連結された加熱パイプを備えている。測定電極の直径は100mmである。電極の丸い端部からのフラッシュオーバーを回避するために、シリコーンゴムのスカート部が真鍮電極端部と試験サンプルとの間に置かれる。
適用された電圧は30kVDCであり、これは、30kV/mmの平均電場を意味する。温度は70℃であった。プレートを通る電流が、24時間続く実験全体にわたって記録された。24時間後の電流が、絶縁体の伝導度を計算するために使用された。
この方法および伝導度測定のための測定手順の模式図は、Nordic InsulationSymposium 2009 (Nord-IS 09)、スウェーデン国イェーテボリ、2009年6月15〜17日、55〜58頁、Olssonら、”Experimental determination of DC conductivity for XLPE insulation”に完全に記載されている。
実験
本発明のポリマー組成物および参照組成物の成分の調製
LDPE1(ポリオレフィン(b)):ポリオレフィンは、高圧反応器で製造された低密度ポリエチレンであった。本発明および参照のポリマーの製造を下記に記載する。CTA供給に関して、例えばPA含量は、リットル/時またはkg/時として示され得、検算のために0.807kg/リットルのPAの密度を使用していずれかの単位に変換され得る。
エチレンが、再循環されたCTAとともに、中間の冷却を伴って5−段階プレ圧縮器および2−段階ハイパー圧縮器において圧縮されて約2628バールの初期反応圧力に達した。合計の圧縮器処理量は約30トン/時であった。圧縮器領域では、約4.9リットル/時のプロピオンアルデヒド(PA、CAS番号:123−38−6)が連鎖移動剤としての約81kgのプロピレン/時とともに添加されて1.89g/10分のMFRを維持した。ここでまた、1,7−オクタジエンが27kg/時の量で反応器に添加された。圧縮された混合物が、フロント供給2−ゾーン管状反応器の予熱セクションで157℃に加熱された。イソドデカンに溶解された市販のパーオキシドラジカル開始剤の混合物が、プレヒーターのすぐ後で、発熱重合反応が約275℃のピーク温度に達するのに十分な量で注入され、その後、約200℃に冷却された。続く第二のピーク反応温度は264℃であった。反応混合物は、キックバルブ(kick valve)によって減圧され、冷却され、ポリマーが未反応ガスから分離された。
Figure 0006255337
HDPE(ポリオレフィン(a)):気相反応器で製造される慣用の単峰性高密度ポリエチレン(コモノマーとして0.8モル%の1−ブテン含量)。HDPEは12g/10分のMFR(190℃/2.16kg)および962kg/mの密度を有する。表2で特定された添加剤系と組みわされることを除いて、同じベース樹脂が市販級のBormed HE9621-PH(供給者Borealis)で使用される。
イオン交換剤(c):合成ハイドロタルサイト(IUPAC名:ジアルミニウムヘキサマグネシウムカーボーネートヘキサデカヒドロキシド、CAS番号11097−59−9)、DHT−4Vの商品名でKisuma Chemicalsによって供給
架橋剤:パーオキシド、ジクミルパーオキシド、DCP(CAS番号80−43−3)、市販品
酸化防止剤(AO):4,4’−チオビス(2−t−ブチル−5−メチルフェノール)(CAS番号96−69−5)、市販品
スコーチ遅延剤(SR):2,4−ジフェニル−4−メチル−1−ペンテン(CAS番号6362−80−7)、市販品
酸スカベンジャー(CaSt):市販のステアリン酸カルシウム、CAS番号1592−23−0、市販品
酸スカベンジャー(ZnSt):市販のステアリン酸亜鉛、CAS番号557−05−1、市販品
ポリマー組成物の配合:試験ポリマー組成物の各ポリマー成分が別々のペレットとして、架橋剤およびSR以外の添加剤(ペレット中に存在しない場合)と一緒にパイロット規模の押出機(Prism TSE 24TC)に添加された。得られた混合物が、下記表に示された条件で溶融混合され、そして慣用のやり方でペレットに押し出された。
Figure 0006255337
架橋剤、ここではパーオキシド、およびSRが、存在するならば、液体形状でペレットに添加され、得られたペレットが実験に使用された。
Figure 0006255337
ケーブルの製造:本発明のポリマー組成物を使用して、電力ケーブルの絶縁層が製造された。
電力ケーブル押出
3層を有するケーブルが、内側および外側層としての市販の半導電性組成物を使用して作られた。真ん中の絶縁層は、本発明のポリマー組成物で形成された。ケーブルの構造は、50mmの撚り合わせたAl導体および5.5mm厚さの絶縁体であった。内側および外側半導電層は、それぞれ1mmおよび1mmの厚さを有した。ケーブルラインは、カテナリーNokia Maillefer 1+2系であった。即ち、内側半導電層のための1の押出ヘッドおよび絶縁体+外側半導電層のための別の押出ヘッドであった。架橋されていないケーブルが水中で冷却された。
ケーブルが架橋されるならば、架橋は、窒素下で硫化管中で行われ、その後水中で冷却された。
得られたケーブルは低い伝導度を有し、本発明のポリマー組成物の、電力ケーブル、例えばHVDC電力ケーブル用途におけるケーブル層としての、好ましくは絶縁層としての適用性を示す。

Claims (13)

  1. 少なくとも1の層によって囲まれた導体を含むケーブルであって、上記少なくとも1の層が、
    (a)超低密度ポリエチレン(VLDPE)コポリマー、直鎖状低密度ポリエチレン(LLDPE)コポリマー、中密度ポリエチレン(MDPE)コポリマーまたは高密度ポリエチレン(HDPE)ホモポリマーもしくはコポリマーから選択されるポリオレフィン、
    (b)不飽和であってもよいLDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとの不飽和であってもよいLDPEコポリマーである第二のポリオレフィン、および
    (c)イオン交換剤
    を含むポリマー組成物を含み、
    イオン交換剤(c)が、ハイドロタルサイト型のアニオン交換剤であり、
    第二のポリオレフィン(b)の量が、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて70〜99.0重量%であり、かつ
    ポリマー組成物がイオン交換剤(c)自体を、すなわち単品として、ポリマー組成物の総重量に基づいて0.000001〜1重量%未満の量で含む、
    上記ケーブル。
  2. ポリオレフィン(a)が、単峰性もしくは多峰性のHDPEまたはMDPEである、請求項1に記載のケーブル。
  3. 第二のポリオレフィン(b)が不飽和LDPEポリマーであり、かつ不飽和LDPEホモポリマーまたはエチレンと1以上のコモノマーとの不飽和LDPEコポリマーから選択される、請求項1または2に記載されたケーブル。
  4. 第二のポリオレフィン(b)が、エチレンと少なくとも1の多不飽和コモノマーとの不飽和LDPEコポリマーであり、上記コポリマーは1以上の他のコモノマーを含んでいてもよく、上記多不飽和コモノマーが、少なくとも8個の炭素原子を有しかつ複数の非共役二重結合の間に少なくとも4個の炭素原子を有する炭素直鎖からなり、かつ上記複数の非共役二重結合のうちの少なくとも1が末端にあるところのものである、請求項1〜3のいずれか1項に記載されたケーブル。
  5. 第二のポリオレフィン(b)が、0.20超/炭素原子1000個のビニル基の総量を含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載されたケーブル。
  6. ポリオレフィン(a)の量が、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて1.0〜30重量%である、請求項1〜のいずれか1項に記載されたケーブル。
  7. 第二のポリオレフィン(b)の量が、ポリオレフィン(a)および第二のポリオレフィン(b)の合計重量に基づいて80〜99.0重量%である、請求項1〜のいずれか1項に記載されたケーブル。
  8. ポリマー組成物がパーオキシドを110ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kgの量でさらに含む、請求項1〜のいずれか1項に記載されたケーブル。
  9. 少なくとも内側半導電層、絶縁層および外側半導電層によってこの順に囲まれた導体を含み、該絶縁層が上記ポリマー組成物を含む、請求項1〜のいずれか1項に記載のケーブル。
  10. 架橋可能な直流(DC)電力ケーブルであり、請求項1で定義された層のポリマー組成物または請求項で定義された絶縁層のポリマー組成物がパーオキシドを110ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kgの量でさらに含む、請求項1〜のいずれか1項に記載された電力ケーブル。
  11. 架橋された直流(DC)電力ケーブルであり、内側半導電層が、架橋されていてもよい第一の半導電性組成物を含み、絶縁層のポリマー組成物が、架橋された請求項1〜10のいずれか1項で定義されたポリマー組成物を含み、外側半導電層が、架橋されていてもよい第二の半導電性組成物を含む、請求項を引用する請求項10に記載された電力ケーブル。
  12. 請求項1〜11のいずれか1項に記載された電力ケーブルの製造法において、該方法が、
    ポリマー組成物を含む少なくとも1の層を導体に施与すること、ここで、少なくとも1の層のポリマー組成物が、請求項1〜11のいずれか1項で定義されたポリマー組成物であって、さらにパーオーキシドを110ミリモルまでの−O−O−/ポリマー組成物kgの量で含んでいてもよいポリマー組成物を含む、
    を含む、上記方法。
  13. 上記コモノマーが、1,7−オクタジエン、1,9−デカジエン、1,11−ドデカジエン、1,13−テトラデカジエン、7−メチル−1,6−オクタジエン、9−メチル−1,8−デカジエン、またはそれらの混合物である、請求項4に記載されたケーブル。
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