JP2018024885A - 共重合体組成物およびその製造方法 - Google Patents

共重合体組成物およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】電力ケーブル用途に利用されるポリエチレンの架橋効率および架橋の程度には、なお改良が望まれる。【解決手段】エチレンモノマー残基と非共役ジエンコモノマーの残基とを有する共重合体樹脂。前記非共役ジエンコモノマーは、下記式で代表されるジアルケニルフタレートであり、共重合体への非共役ジエンコモノマーの組み込みにより、架橋のためのさらなる不安定な不飽和部位を得ることができ、前記共重合体およびそれらの架橋変形物は様々な製品において、例えば、電力ケーブル用の絶縁材などとして用いることができる。【選択図】なし

Description

関連出願の相互参照
本願は、2011年12月21日に出願された米国特許仮出願第61/578,590
号の恩典を請求するものである。
本発明の様々な実施形態は、共重合体樹脂に関する。1つの態様において、本発明は、
架橋性共重合体に関する。本発明の他の態様は、電線・ケーブル用途のための絶縁材とし
ての使用に適する共重合体に関する。
電力ケーブルの製造において一般的な高分子絶縁体は、アルファ−オレフィンポリマー
製であり得る。例えば、エチレン系ポリマー、典型的にはポリエチレンまたはエチレン−
プロピレンエラストマー(別名エチレン−プロピレンゴム(「EPR」)として公知)の
いずれかからのものが、高分子絶縁体の形成に利用され得る。前記ポリエチレンは、多数
の様々なポリエチレン、例えば、ホモ−もしくはコポリマー、高密度ポリエチレン(「H
DPE」)、高圧低密度ポリエチレン(「HP LDPE」)および線状低密度ポリエチ
レン(「LLDPE」)のうちのいずれか1つ以上であり得る。
電力ケーブル用途に絶縁組成物の成分として利用されるポリエチレンは、通常は過酸化
物開始剤の作用により典型的に架橋される。架橋効率および架橋の程度は、少なくとも一
部は、ポリエチレン上の不安定な不飽和部位(すなわち、炭素−炭素二重結合)の量に依
存し得る。架橋性共重合体技術の改良が行われてきたが、なお改良が望まれる。
1つの実施形態は、共重合体であって、その中に、重合された:エチレンモノマー残基
と、次の式:
Figure 2018024885
(式中、RおよびRは、独立したC−C20アルケニル基である)
によって表される少なくとも1種の非共役ジエンコモノマーの残基とを有する共重合体
である。
もう1つの実施形態は、共重合体であって、その中に、重合された:エチレンモノマー
残基と、次の式:
Figure 2018024885
によって表される少なくとも1種の非共役ジエンコモノマーの残基とを有する共重合体
である。
さらにもう1つの実施形態は、共重合体の製造プロセスであり、該プロセスは、
反応ゾーンにおいて、エチレンと、次の式:
Figure 2018024885
によって表される、少なくとも1種の非共役ジエンコモノマーとを、フリーラジカル開
始剤の存在下、前記共重合体への前記エチレンの少なくとも一部分および前記非共役ジエ
ンコモノマーの少なくとも一部分の組み込みを果たすために十分な条件下で重合する工程
を含み、前記式中のRおよびRは、末端炭素−炭素二重結合を各々が有する独立した
−C20アルケニル基であり、前記反応ゾーンは、前記重合の少なくとも25パーセ
ントの間、120から360℃の範囲の温度で維持される。
本発明の様々な実施形態は、共重合体であって、その中に重合されたエチレンモノマー
残基と非共役ジエンである少なくとも1種のコモノマーの残基とを有する共重合体に関す
る。かかる共重合体は、電線・ケーブル用の絶縁および外被用途をはじめとする(しかし
これらに限定されない)様々な商業用途に用いることができる。本明細書ではエチレン系
ポリマーを主として論ずるが、単独またはエチレンとの併用いずれかでの他の種類のアル
ファ−オレフィンモノマーに基づいて同様の結果および成果を達成できると予想される。
今述べたように、本明細書に記載する共重合体は、エチレンモノマー残基を含む。加え
て、これらの共重合体は、アルファ−オレフィンモノマーの1つ以上のコモノマー残基を
含むことができる。当該技術分野において公知のまたは今後発見される任意のアルファ−
オレフィンを、本明細書に記載する共重合体の調製の際に利用することができる。様々な
実施形態において、前記アルファ−オレフィンコモノマーは、任意のC−C20アルフ
ァ−オレフィンモノマー、CからC12アルファ−オレフィンモノマー、またはC
らCアルファ−オレフィンモノマーであってよい。かかるアルファ−オレフィンモノマ
ーの具体的な例としては、プロピレン、1−ブテン、1−ペンテン、4−メチル−1−ペ
ンテン、1−ヘキセン、1−オクテン、1−デセン、1−ドデセン、1−テトラデセン、
1−ヘキサデセンおよび1−オクタデセンが挙げられるが、これらに限定されない。前記
アルファ−オレフィンはまた、シクロヘキサンまたはシクロペンタンなどの環式構造を含
有し、その結果、3−シクロヘキシル−1−プロペン(アリルシクロヘキサン)およびビ
ニルシクロヘキサンなどのアルファ−オレフィンになることがある。様々な実施形態にお
いて、前記アルファ−オレフィンコモノマーをプロピレン、1−ブテンおよびそれらの混
合物から成る群より選択することができる。
一定の実施形態において、エチレンモノマーは、前記共重合体の全アルファ−オレフィ
ン含有量の少なくとも50重量パーセント(「重量%」)を構成する。1つ以上の実施形
態において、エチレンは、前記共重合体の全アルファ−オレフィン含有量の少なくとも6
0重量%、少なくとも70重量%、少なくとも80重量%、少なくとも90重量%、少な
くとも95重量%、少なくとも99重量%、実質的にすべて、またはすべてを構成するこ
とができる。
上で述べたように、前記共重合体は、非共役ジエンコモノマーをさらに含む。1つ以上
の実施形態において、前記非共役ジエンコモノマーの少なくとも一部分は、次の構造(I
):
Figure 2018024885
(式中、RおよびRは、独立したアルケニル基である)
を有する。本明細書において用いる場合、用語「アルケニル」基は、炭化水素から水素
原子を除去することによって形成される二価の基であって、少なくとも1つの炭素−炭素
二重結合を有する基を示す。様々な実施形態において、構造(I)によって表される非共
役ジエンコモノマーにおける使用に適するアルケニル基は、独立して、CからC20
ルケニル基、CからC12アルケニル基、またはCからCアルケニル基であり得る
。使用に適するアルケニル基は、直鎖であることもあり、または分岐していることもある
。様々な実施形態において、RおよびRの各々は、直鎖アルケニル基である。1つ以
上の実施形態において、RおよびRは、同じタイプのアルケニル基であることがある
。加えて、一定の実施形態では、少なくとも1つの不飽和箇所が、各アルケニル基R
よびRの末端部に位置することがある。さらなる実施形態において、各アルケニル基R
およびRは、その末端部に位置する単一の不飽和箇所を含有することがある。構造(
I)での使用に適するアルケニル基についての説明に役立つ実例としては、ビニル基、ア
リル基、3−ブテニル基、4−ペンテニル基、5−ヘキセニル基、および7−オクテニル
基が挙げられる。一定の実施形態において、RおよびRは、各々、構造(II)で示
されるようなアリル基である:
Figure 2018024885
上の構造(I)および(II)から分かるように、前記非共役ジエンコモノマーは、o
−フタレート、イソフタレート、テレフタレートのいずれか、またはそれらの2つ以上の
混合物であってよい。1つ以上の実施形態において、前記非共役ジエンコモノマーは、重
量ベースで主としてo−フタレート異性体を含む。本明細書において用いる場合、用語「
主として」は、50%より高い濃度を示すものとする。加えて、前記o−フタレートモノ
マーは、前記非共役ジエンコモノマーの少なくとも60重量%、少なくとも70重量%、
少なくとも80重量%、少なくとも90重量%、少なくとも95重量%、少なくとも99
重量%、実質的にすべて、またはすべてを構成することができ、この場合の各重量パーセ
ントは、全非共役ジエンモノマー重量に基づく。様々な実施形態において、前記非共役ジ
エンコモノマーは、ジアリル−o−フタレートである。
1つ以上の実施形態において、前記非共役ジエンコモノマーの残基は、前記共重合体の
少なくとも0.001、少なくとも0.01、少なくとも0.02、または少なくとも0
.05モルパーセントを構成することができる。さらに、前記非共役ジエンコモノマーは
、前記共重合体の0.001から5モルパーセントの範囲、0.01から1モルパーセン
トの範囲、または0.05から0.5モルパーセントの範囲を構成することができる。前
記共重合体のモノマー残基含有量は、下の実施例2で説明するものなどの手順を用いてプ
ロトン核磁気共鳴(「H NMR」)によって決定することができる。
様々な実施形態において、前記エチレンモノマー残基は、前記共重合体の残部のすべて
または実質的にすべてを構成する。したがって、エチレンモノマー残基は、前記共重合体
の少なくとも95、少なくとも99または少なくとも99.5モルパーセントを構成する
ことができる。さらに、エチレンモノマー残基は、前記共重合体の95から99.999
モルパーセントの範囲、99から99.99モルパーセントの範囲、または99.5から
99.95モルパーセントの範囲を構成することができる。したがって、様々な実施形態
において、前記共重合体は、エチレンモノマー残基と、非共役ジエンコモノマーの残基か
ら成り得るまたは本質的に成り得る。しかし、下でより詳細に説明するように、前記共重
合体は、例えばプロピレンなどの連鎖移動剤の多少の残存量を含有することもある。
代替実施形態において、前記エチレンモノマー残基および1つ以上のアルファ−オレフ
ィンコモノマー残基は、共同で、前記共重合体の少なくとも95、少なくとも99または
少なくとも99.5モルパーセントを構成することができる。さらに、その併せたエチレ
ンモノマー残基とアルファ−オレフィンコモノマー残基は、前記共重合体の95から99
.99モルパーセントの範囲、99から99.98モルパーセントの範囲、または99.
5から99.95モルパーセントの範囲を構成することができる。したがって、様々な実
施形態において、前記共重合体は、エチレンモノマー残基と、アルファ−オレフィンコモ
ノマー残基と、非共役ジエンコモノマーの残基とからなり得るまたは本質的に成り得る。
この実施形態での使用に適するアルファ−オレフィンコモノマーについての説明に役立つ
実例としては、プロピレンおよび1−ブテンが挙げられる。様々な実施形態において、前
記共重合体は、エチレンモノマー残基とプロピレンコモノマー残基の両方を含む。
共重合体を調製するための公知のまたは今後発見される任意のプロセスを利用して、上
記組成を有する共重合体を製造することができる。様々な実施形態において、前記共重合
体は、高圧低密度ポリエチレン(「HP LDPE」)を製造するための公知のプロセス
を用いて調製することができる。1つの従来の高圧法は、「Introduction
to Polymer Chemistry」、Stille著、Wiley and
Sons出版、New York、1962年、149から151頁に記載されている。
高圧法は、典型的には、管型反応器または撹拌式オートクレーブで行われるフリーラジカ
ルにより開始される重合である。
構想されるプロセスは、単一または多数のオートクレーブ、直列でおよび逐次的順序で
運転される1基以上のオートクレーブと管型反応器の組み合わせ、または単一の管型反応
器を含む。これらのプロセスを、連続プロセスを用いて行ってもよい。加えて、前記モノ
マーおよびコモノマー(すなわち、非共役ジエンコモノマーおよび任意選択の他の種類の
コモノマー)成分を、最初のうちにもしくは最初に全部そのプロセスに供給してもよく、
または反応サイクルの間に(連続型プロセスについては)そのプロセスの幾つかの異なる
位置に供給してもよい。加えて、連鎖移動剤(「CTA」)を、モノマー/コモノマー添
加もしくは流の一部もしくはすべてに伴って含めてもよいし、またはモノマー/コモノマ
ー添加もしくは流の一部もしくはすべてに加えてもよい。モノマー/コモノマー供給流の
添加ばかりでなくCTAの添加に関するこの自由度は、プロセスのオペレータに本開示ポ
リマー製品の作製の自由度および利便性をもたらす。
管型反応器プロセスについてのフリーラジカルによって開始される低密度エチレン系重
合反応の非限定的説明を本開示に含める。前記反応器にエチレンおよび、上で説明したよ
うに、少なくとも1つの非共役ジエンコモノマー、ならびに他の任意選択のコモノマーを
供給することに加えて、他の成分、例えば反応開始剤、触媒およびCTA、を前記反応器
に供給して、前記共重合体が形成されるようなフリーラジカル反応を開始させるおよび支
援することができる。
低密度ポリエチレン系ポリマーを形成するための管型反応器の使用方法は、当該技術分
野において公知である。このプロセスは、エチレンから一部は成るプロセス流体をフリー
ラジカル重合し、それによって高発熱性反応を生じさせる管重合反応である。この反応は
、高い動作圧下、乱流プロセス流体流中で行われる(それ故、低密度エチレン系ポリマー
は「高圧」ポリマーとも呼ばれる)。その管の一定の箇所で、管壁を通して、フリーラジ
カル重合中に生成された熱の一部分を除去することができる。管型反応器についての典型
的なワンパス転化率値は、約20〜40%の範囲である。管型反応器システムは、転化効
率を向上させるために少なくとも1つのモノマー再循環ループを備えていることもある。
撹拌式オートクレーブ反応器を利用するとき、圧力は、1,000から4,000絶対
バール(「bara」)(100から400絶対メガパスカル(「MPaa」))、また
は2,000から3,000bara(200から300MPaa)の範囲であり得、お
よび温度は、120から340摂氏度(「℃」)の範囲であり得る。管型反応器を利用す
るとき、圧力は、1,000から4,000bara(100から400MPaa)の範
囲であり得、および温度は、120から360℃の範囲であり得る。利用する方法にかか
わらず、一定の実施形態において、反応ゾーンは、その重合の少なくとも一部分の間は、
少なくとも200℃、少なくとも225℃、または少なくとも250℃の温度を有するこ
とができる。かかる実施形態において、前記反応ゾーン内の温度の上限は、360℃であ
り得る。加えて、様々な実施形態において、前記反応ゾーンは、前記重合の少なくとも2
5%、前記重合の少なくとも50%、前記重合の少なくとも75%に関して、または全重
合プロセスの間、かかる温度を有することができる。
様々な実施形態において、フリーラジカル開始剤を使用して前記共重合体を調製するこ
とができる。当該技術分野において公知のまたは今後発見される任意のフリーラジカル開
始剤を、本明細書に記載する方法によって用いることができる。適するフリーラジカル開
始剤としては、酸素系開始剤、例えば有機過酸化物(「PO」)が挙げられるが、これら
に限定されない。かかる開始剤についての説明に役立つ実例としては、t−ブチルペルオ
キシピバレート、ジ−t−ブチルペルオキシド、t−ブチルペルオキシアセテート、t−
ブチルペルオキシ−2−エチルヘキサノエート、t−ブチルペルオキシネオデカノエート
、およびこれらの2つ以上の混合物が挙げられる。これらの有機ペルオキシ開始剤を、前
記高圧供給物の重量に基づき0.0001重量%と0.01重量%の間の量で使用するこ
とができる。本開示共重合体を生じさせる結果となるフリーラジカル重合反応は、開始剤
または触媒が存在する各反応ゾーンにおいて起こる。この反応は、大量の熱を発生させる
発熱反応である。
上で述べたように、CTAを使用して前記共重合体を調製することができる。当該技術
分野において公知のまたは今後発見される任意のCTAを、本明細書に記載する方法によ
って用いることができる。高圧、低密度ポリエチレン生産の際に使用するための多くのC
TAが当該技術分野において公知である。エチレンおよびエチレン系ポリマーのフリーラ
ジカル重合におけるCTAの使用に関する情報を含む参考文献例としては、Ehrlic
h,P.およびMortimer,G.A.著、「Fundamentals of t
he Free−Radical Polymerization of Ethyle
ne」、Advanced Polymers、第7巻、386−448頁(1970年
);Mortimer,George A.著、「Chain Transfer in
Ethylene Polymerization−IV.Additional S
tudy at 1360 Atm and 130℃」、Journal of Po
lymer Science、Part A−1、第8巻、1513−23頁(1970
年);Mortimer,George A.著、「Chain Transfer i
n Ethylene Polymerization 5−VI.The Effec
t of Pressure」、Journal of Polymer Scienc
e、Part A−1、第8巻、1543−48頁(1970);Mortimer,G
eorge A.著、「Chain Transfer in Ethylene Po
lymerization−VII.Very Reactive and Deple
table Transfer Agents」、Journal of Polyme
r Science、Part A−1、第10巻、163−168頁(1972);英
国特許第997,408号明細書(Cave);米国特許第3,377,330号明細書
(Mortimer);米国特許出願公開第2004/0054097号明細書(Mae
hlingら);ならびに米国特許第6,596,241号、同第6,673,878号
および同第6,899,852号明細書(Donck)が挙げられる。
水素原子供与後、CTAはラジカルを形成することができ、このラジカルは、モノマー
、オリゴマーまたはコモノマーと反応し、新たなポリマー鎖を開始させることができる。
結果として、原CTAが新たなまたは既存のポリマー鎖に組み込まれ、それによってその
原CTAと会合したポリマー鎖に新たな官能基が導入されることになる。前記CTAは、
通常は前記モノマー/コモノマー重合の結果ではない前記ポリマー鎖に新たな官能基を導
入することができる。
様々な実施形態において、2つ以上の連鎖移動剤を使用することがある。加えて、1つ
以上の連鎖移動剤がアルファ−オレフィンであってもよい。他の実施形態では、単一の連
鎖移動剤を使用することがある。かかる実施形態において、前記単一の連鎖移動剤は、ア
ルファ−オレフィンであり得る。様々な実施形態において、前記連鎖移動剤は、プロピレ
ンを含む。前記連鎖移動剤は、一般に、エチレンモノマーと非共役ジエンコモノマーと存
在する場合には他のコモノマーとの総合重量に基づき0.05から0.5重量%または0
.1から0.2重量%の範囲の量で重合中に存在することができる。
ポリオレフィン、および特にポリエチレンに典型的であるように、得られる共重合体は
、末端ビニル基(R−CH=CH)、ビニリデンまたはペンタントビニル基(R−C(
=CH)−R)、およびトランスビニリデン(R−CH−CH=CH−CH−R)
をはじめとする、様々なタイプの不飽和を有することができる。本開示の共重合体では、
上記非共役ジエンモノマーもまた該共重合体の不飽和の一因となり得る。ポリオレフィン
中の不飽和の濃度は、従来、1,000炭素原子あたりのビニルまたはビニリデン基(「
基/1,000C」)によって表される。様々な実施形態において、前記共重合体は、少
なくとも0.01、少なくとも0.05、または少なくとも0.1ビニル基/1,000
Cの、上記非共役ジエンコモノマーに起因し得るビニル含有量を有することができる。加
えて、前記共重合体は、0.01から2ビニル基/1,000Cの範囲、または0.05
から1ビニル基/1,000Cの範囲、または0.1から0.4ビニル基/1,000C
の範囲の、前記非共役ジエンコモノマーに起因し得るビニル含有量を有することができる
。また、前記共重合体は、少なくとも0.05、少なくとも0.1、または少なくとも0
.2ビニル基/1,000Cの、前記コモノマーに起因し得ない末端ビニル含有量を有す
ることができる。さらに、前記共重合体は、0.05から2ビニル基/1,000Cの範
囲、0.1から1ビニル基/1,000Cの範囲、または0.2から0.5ビニル基/1
,000Cの範囲の、前記コモノマーに起因し得ない末端ビニル含有量を有することがで
きる。前記共重合体のビニル含有量は、下に実施例2において提供する条件下でのプロト
ン核磁気共鳴(「H NMR」)によって決定することができる。
前記共重合体は、ASTM D−1238(190℃/2.16kg)に従って判定し
て、1から50dg/分の範囲、または1から3dg/分の範囲のメルトインデックスを
有することができる。さらに、前記共重合体は、ASTM D−792に従って判定して
、0.90から0.94g/cmの範囲、または0.91から0.93g/cmの範
囲の密度を有することができる。また、前記共重合体は、ゲル透過クロマトグラフィーに
よって判定して、2から30の範囲、または3から10の範囲の多分散性指数(すなわち
、重量平均分子量/数平均分子量;「Mw/Mn」;または分子量分布(「MWD」))
を有することができる。
上に記載したような共重合体は、様々な用途を有することができ、および製品の調製に
それを利用することができる。一定の実施形態では、前記共重合体を電線・ケーブルの調
製において、特に、導体を包囲するまたは少なくとも部分的に包囲する絶縁材として利用
することができる。一般的に言うと、ケーブル(例えば、電力ケーブル)に関する絶縁材
として使用するとき、前記共重合体は、架橋されることになり、その結果、少なくとも部
分的に架橋された共重合体になる。かかる架橋は、不飽和部位を含有するポリオレフィン
を架橋させるための任意の公知のまたは今後発見される方法によって行うことができる。
様々な実施形態において、開始剤、例えば過酸化物開始剤を使用して、前記共重合体の
架橋を行うことができる。過酸化物開始剤の例としては、ジクミルペルオキシド;ビス(
アルファ−t−ブチル−ペルオキシイソプロピル)ベンゼン;イソプロピルクミルt−ブ
チルペルオキシド;t−ブチルクミルペルオキシド;ジ−t−ブチルペルオキシド;2,
5−ビス(t−ブチルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキサン;2,5−ビス(t−ブ
チルペルオキシ)−2,5−ジメチルヘキシン−3;1,1−ビス(t−ブチルペルオキ
シ)3,3,5−トリメチルシクロヘキサン;イソプロピルクミルクミルペルオキシド;
ジ(イソプロピルクミル)ペルオキシド;およびこれらの2つ以上の混合物が挙げられる
が、それらに限定されない。過酸化物開始剤を、典型的には、全組成物重量に基づき0.
1から3、さらに典型的には0.5から3、およびさらにいっそう典型的には1から2.
5重量%の量で使用する。様々な硬化助剤(ならびにブースタまたは遅延剤)を前記過酸
化物開始剤と併用することもでき、これらとしては、トリアリルイソシアヌレート;エト
キシ化ビスフェノールAジメチルアクリレート;アルファ−メチルスチレンダイマー;な
らびに米国特許第5,346,961号および同第4,018,852号明細書に記載さ
れている他の助剤が挙げられる。助剤を、少しでも使用する場合には、典型的に、全組成
物重量に基づき0より多い重量%(例えば、0.01重量%)から3重量%、さらに典型
的には0.1から0.5重量%、およびさらにいっそう典型的には0.2から0.4重量
%の量で使用する。
加えて、調製中に酸化防止剤を利用することができる。例示的酸化防止剤としては、ヒ
ンダードフェノール、例えば、テトラキス[メチレン(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒ
ドロキシヒドロシンナメート)]メタン、ビス[(ベータ−(3,5−ジ−t−ブチル−
4−ヒドロキシベンジル)−メチルカルボキシエチル)]スルフィド、4,4’−チオビ
ス(2−t−ブチル−5−メチルフェノール)、2,2’−チオビス(4−メチル−6−
t−ブチルフェノール)、およびチオジエチレンビス(3,5−ジ−t−ブチル−4−ヒ
ドロキシヒドロシンナメート);ホスファイトおよびホスホナイト、例えば、トリス(2
,4−ジ−t−ブチルフェニル)ホスファイトおよびジ−t−ブチルフェニル−ホスホナ
イト;チオ化合物、例えば、ジラウリルチオジプロピオネート、ジミリスチルチオジプロ
ピオネート、およびジステアリルチオジプロピオネート;様々なシロキサン;ならびに様
々なアミン、例えば、重合2,2,4−トリメチル−1,2−ジヒドロキノリン、4,4
’−ビス(アルファ,アルファジメチルベンジル)ジフェニルアミン、およびアルキル化
ジフェニルアミンが挙げられる。酸化防止剤を全組成物重量に基づき0.1から5重量%
の量で使用することができる。電線・ケーブル組成物の形成の際、典型的には、酸化防止
剤を完成品の加工前に(すなわち、押出しおよび架橋の前に)系に添加する。液体酸化防
止剤については、それらの材料をペレットに噴霧することができる。固体酸化防止剤につ
いては、それらを樹脂と溶融混合することができる。
得られる架橋共重合体は、50パーセント以下、45パーセント以下、40パーセント
以下、35パーセント以下、30パーセント以下、25パーセント以下、または20パー
セント以下の高温クリープを有することができる。高温クリープは、150℃で標準法I
CEA T−28−562によって判定する。加えて前記架橋共重合体は、ASTM D
149によって判定して、少なくとも30または少なくとも35kV/mmの初期絶縁破
壊(交流破壊、「ACBD」とも呼ばれる)を有することができる。さらに、前記架橋共
重合体は、後続の実施例で提供する方法およびASTM D149によって判定して、少
なくとも20または少なくとも25kV/mmの湿潤老化ACBDを有することができる
。また、前記架橋共重合体は、初期ACBDと比較して少なくとも50、少なくとも55
、少なくとも60、少なくとも65、または少なくとも70パーセントの湿潤老化ACB
Dにおける残留ACBDを有することができる。
製品に用いるとき、前記架橋共重合体は、加工助剤、充填剤、カップリング剤、紫外線
吸収剤または安定剤、静電防止剤、成核剤、スリップ剤、可塑剤、潤滑剤、粘度調整剤、
粘着性付与剤、粘着防止剤、界面活性剤、エキステンダー油、酸スカベンジャーおよび金
属不活性化剤をはじめとする(しかしこれらに限定されない)、他の添加剤を含有するこ
とがある。充填剤以外の添加剤は、典型的に、全組成物重量に基づき0.01重量%以下
から10重量%以上にわたる量で使用する。充填材は、一般に、より大量に添加するが、
その量は、その組成物の重量に基づき0.01重量%以下のような少量から50重量%以
上にわたり得る。充填剤についての説明に役立つ実例としては、15ナノメートルより大
きい典型的算術平均粒径を有する、クレー、沈降シリカおよびシリケート、ヒュームドシ
リカ、炭酸カルシウム、粉砕鉱物およびカーボンブラックが挙げられる。
ケーブル絶縁材の配合は、当業者に公知の標準的装置によって果たすことができる。配
合装置の例は、密閉式バッチミキサ、例えばBanbury(商標)またはBollin
g(商標)密閉式ミキサである。あるいは、連続一軸または二軸スクリューミキサ、例え
ば、Farrel(商標)連続ミキサ、Werner and Pfleiderer(
商標)二軸スクリューミキサ、またはBuss(商標)混練連続押出機を使用することが
できる。
共重合体を含む絶縁層を含有するケーブルを様々なタイプ(例えば、一軸または二軸ス
クリュータイプ)の押出機で調製することができる。従来の押出機の説明は、米国特許第
4,857,600号明細書において見つけることができる。共押出しおよびそのための
押出機の例は、米国特許第5,575,965号明細書において見つけることができる。
典型的な押出機は、その上流端にホッパーをおよびその下流端にダイを有する。前記ホッ
パーがバレルに供給し、該バレルは、スクリューを有する。前記スクリューの端部と前記
ダイの間の下流端には、スクリーンパックおよびブレーカープレートがある。前記押出機
のスクリュー部分は、3つのセクション、供給セクション、圧縮セクションおよび計量セ
クションと、2つのゾーン、後方ヒートゾーンおよび前方ヒートゾーンに分けられ、これ
らのセクションおよびゾーンが上流から下流へと並んでいると考えられる。代替実施形態
では、軸に沿って上流から下流へと並んでいる多数の(2つより多くの)加熱ゾーンがあ
ることがある。押出機が1つより多くのバレルを有する場合、それらのバレルは直列に接
続されている。各バレルの長さ対直径比は、約15:1から約30:1の範囲内である。
高分子絶縁体を押出し後に架橋する電線被覆の場合、ケーブルは、直ちに押出ダイの下流
の被加熱硬化ゾーンに進むことが多い。前記被加熱硬化ゾーンを200から350℃の範
囲、または170から250℃の範囲の温度で維持することができる。前記被加熱ゾーン
を加圧流または誘導加熱された加圧窒素ガスによって加熱することができる。その後、そ
の硬化ゾーンを出次第、そのケーブルを冷却する。
本発明の一部の実施形態を以下の実施例によって例証する。
試験法
密度
ASTM D 1928に従って密度を判定する。試料を374°F(190℃)およ
び30,000psiで3分間、そしてその後、70°F(21℃)および30,000
psiで1分間プレスする。試料プレスから1時間以内にASTM D792、方法Bを
用いて密度測定を行う。
メルトインデックス
ASTM D 1238、条件190℃/2.16kgに従ってメルトインデックス、
すなわちIを測定し、10分あたりの溶出グラム数で報告する。ASTM D 123
8、条件190℃/10kgに従ってI10を測定し、10分あたりの溶出グラム数で報
告する。
分子量分布
ゲル透過クロマトグラフィー(「GPC」)システムは、Polymer ChAR(
スペイン国バレンシア)からのIR4赤外検出器を装備したPolymer Char
GPC−IR High Temperature Chromatographから成
る。Polymer Charソフトウェアを使用してデータ収集および処理を行う。こ
のシステムは、オンライン溶剤脱気デバイスも装備している。
適する高温GPCカラム、例えば、4本の30cm長Shodex HT803 13
マイクロンカラム、または13マイクロン混合孔径パッキングの4本の30cm Pol
ymer Labsカラム(Olexis LS、Polymer Labs)を使用す
ることができる。ここではOlexis LSカラムを使用した。試料カルーセル区画を
140℃で動作させ、カラム区画を150℃で動作させる。試料を50ミリリットルの溶
剤中0.1グラムのポリマーの濃度で調製する。クロマトグラフィー溶剤および試料調製
溶剤は、200ppmの2,6−ジ−tert−ブチル−4メチルフェノール(「BHT
」)を含有する1,2,4−トリクロロベンゼン(「TCB」)である。その溶剤を窒素
でスパージする。ポリマー試料を160℃で4時間撹拌する。注入体積は200マイクロ
リットルである。GPCを通る流量を1mL/分に設定する。
21の狭い分子量分布のポリスチレン標準物質を流すことによって前記GPCカラムセ
ットを較正する。前記標準物質の分子量(「MW」)は、580g/molから8,40
0,000g/molにわたり、それらの標準物質が6つの「カクテル」混合物に含有さ
れている。各標準混合物は、個々の分子量の間に少なくとも10の隔たりを有する。それ
らの標準混合物をPolymer Laboratoriesから購入する。前記ポリス
チレン標準物質を、1,000,000g/mol以上の分子量については50mLの溶
媒中0.025gで、および1,000,000g/mol未満の分子量については50
mLの溶媒中0.05gで調製する。前記ポリスチレン標準物質を80℃で、撹拌しなが
ら、30分間溶解する。狭分子量分布標準物質(narrow standards)混
合物を最初に流し、そして最高分子量成分から分子量が高い順に流して、分解を最小限に
する。方程式(1)(WilliamsおよびWard著、J.Polym.Sci.,
Polym.Letters、第6巻、621頁(1968年)に記載のとおり):
Mポリエチレン=A×(Mポリスチレン) (式1)
(式中、Mは、(表示されているとおりの)ポリエチレンまたはポリスチレンの分子量
であり、およびBは、1.0である)
を用いて、ポリスチレン標準物質ピーク分子量をポリエチレン分子量に換算する。Aが
約0.38から約0.44の範囲内であり得、および下で論ずるような広分子量分布ポリ
エチレン標準物質(broad polyethylene standard)を使用
する較正時に決定されることは、通常の当業者には公知である。分子量値、例えば分子量
分布(MWDまたはMw/Mn)、および関連統計量を得るためのこのポリエチレン較正
法の使用をここでWilliamsおよびWardの変法として定義する。数平均分子量
、重量平均分子量、およびz平均分子量を次の方程式から計算する:
Figure 2018024885
実施例1 樹脂調製
0.3リットル(「L」)単一ゾーンオートクレーブ、連続反応器(「リアクタ」)を
使用して、3つのポリエチレン系ポリマー樹脂試料を調製する。エチレンモノマー(CA
S#74−85−1;The Dow Chemical Companyから入手可能
)と連鎖移動剤としてのプロピレン(CAS#115−07−1:The Dow Ch
emical Companyから入手可能)のみを使用して、比較試料1を調製する。
エチレンモノマーと、CTAとしてのプロピレンと、ジアリル−o−フタレート(「DA
P」)(CAS#131−17−9;Sigma Aldrichから入手可能)とを使
用して、本発明の試料2および3を調製する。
エチレン供給量をリアクタに12lb/時(5.44kg/時)で供給し、過酸化物混
合物およびヒーターブランケットによってリアクタ温度を245から255℃で維持する
。前記過酸化物混合物は、ISOPAR(商標)−E(CAS#64741−66−8;
ExxonMobil Chemical)中それぞれ1重量%および0.3重量%の濃
度でのジ−t−ブチルペルオキシド(CAS#110−05−4;Akzo Nobel
から入手可能)およびt−ブチル−ペルオキシアセテート(CAS#107−71−1;
Akzo Nobelから入手可能)から成る。ヒーターブランケット温度および過酸化
物混合物供給量を調整して、所望のリアクタ温度およびエチレン転化率両方を維持する。
計量した試料および入口エチレン供給量を比較することによって計算して、エチレン転化
率を10パーセントに維持する。
CTAを、リアクタに、メルトインデックスをほぼ2dg/分に制御するために十分な
量で供給する。本発明の試料2および3については、DAPを酢酸エチル(CAS#14
1−78−6;Sigma Aldrichから入手可能)に10重量%の濃度で混ぜ入
れた後、リアクタに供給する。下の表1に示すように、各試料についての供給量中で所望
のモルppmに達するために十分な速度でDAPを供給する。比較試料1については、D
AP溶液の代わりにISOPAR(商標)−Eを35g/時の速度で供給する。
すべての実験についてリアクタ圧力を降下弁により2,000barゲージ(200,
000kPa)で維持する。リアクタを出て行く生成物は、周囲圧に降下される。生成物
を吐き出しながらガス抜きして、低圧セパレーター内の揮発物を除去する。生成物を取り
出し、換算計算のために計量し、分析する。それらの樹脂の製品特性を下の表1に示す。
表1中のメルトインデックス(「MI」)は、標準手順ASTM 1238に従って測定
する。上で述べたように、比較試料1は、DAPを利用せずに製造するが、試料2および
3は、DAPを使用して製造する。
Figure 2018024885
実施例2 不飽和測定
LDPEには3種類の不飽和が認められる:
●末端ビニル:R−CH=CH
●ビニリデン(またはペンダントビニル(「PV」)):R−C(=CH)−R
●トランスビニリデン:R−CH−CH=CH−CH−R
NORELL 1001−7 10mm NMR管中の0.001Mアセチルアセトン
酸クロム(III)(「Cr(AcAc)3」)を有する3.25gの重量比50/50
テトラクロロエタン−dに、実施例1において調製した〜130mgの試料を添加す
ることにより、H NMR分析用の試料を調製する。酸化を防止するために、前記管に
挿入したピペットにより前記溶剤を窒素でおおよそ5分間バブリングすることによってそ
れらの試料をパージし、蓋をし、テフロンテープで封止し、その後、一晩、室温で浸漬し
て、試料溶解を助長する。調製前および後の保管中は試料を窒素パージボックス内に保持
して酸素への曝露を最小限にする。試料を115℃で加熱し、ボルテックスミキサで混合
して均質性を確保する。
Bruker Dual DUL高温CryoProbeを装備したBruker A
VANCE 400 MHz分光計および120℃の試料温度でH NMRを行う。Z
Gパルス、16スキャン、SWH 10,000Hz、AQ 1.64秒、D 14秒
でスペクトルを獲得する。
そのデータから1,000炭素あたりのビニル含有量を計算する。試料中のDAPの総
量は、単結合(一方のDAPビニル基が反応してポリマーになっている)、二重結合(両
方のDAPビニル基が反応してポリマーになっている)および遊離または未結合(いずれ
のDAPビニル基もポリマーになっていない)DAP分子を含む。試料を酢酸エチルで洗
浄することにより、単結合および二重結合DAPの量を判定するための分析を行う。試料
の洗浄は、0.05グラムの試料と10グラムの酢酸エチルの混合、および24時間にわ
たる室温での振盪を含む。DAP濃度が上昇し続けないことを保証するために溶剤を周期
的に確認する。これは、遊離または未結合DAPが酢酸エチルに溶解されていることを示
す。
較正したガスクロマトグラフィーにより酢酸エチル溶液中で遊離または未結合DAPを
測定する。酢酸エチル中で測定されるDAPを、ポリマー試料中の予め溶解されている遊
離または未結合DAPの100%であると仮定する。この仮定のもと、酢酸エチル中のD
APの濃度とポリマーおよび酢酸エチルの初期質量とから、ポリマー試料中の有機または
未結合DAPの濃度を計算する。
酢酸エチル中のDAPの濃度、NMRによって検出されるDAPの総量、およびNMR
によって検出されるDAPビニルの総量を使用して、物質収支を行う。その物質収支を下
に示す:
DAPν=NMRによって測定される1000炭素あたりのDAPビニルの総数
DAP=NMRによって測定される1000炭素あたりDAP分子の総数
DAP0=1000炭素あたりの未反応DAP分子の総数
DAPw=洗浄によって測定される未反応DAP分子の重量分率
DAP1=1000炭素あたりの1端が反応したDAP分子の総数
DAP2=1000炭素あたりの2端が反応したDAP分子の総数
Figure 2018024885
方程式(5)における比は、6.2であることが分かる。この比の値が反応操作に基づ
いて変わり得ること、およびそれが推定値に過ぎないことは理解される。しかし、上の解
析により、遊離DAPが存在するときに単結合および二重結合DAPの濃度を決定する手
段が得られ、およびNMRを用いて、試料中に存在するDAPの総量およびビニルDAP
の総量を決定する。
単結合DAPの二重結合DAPに対するモル比の値を推定することにより、「洗浄」段
階なしでのポリマー中の遊離、単結合および二重結合DAPの計算が可能になる。上の方
程式(1)および(2)に戻って、モル比を用いて単結合および二重結合DAPについて
解く。下記は、単結合DAP濃度を決定するための方程式である。
Figure 2018024885
上記試料についての測定および計算値を下の表2に示す。
Figure 2018024885
実施例3 架橋および性能特性
上で説明したように調製した樹脂試料を架橋させるために、ジクミルペルオキシド(P
ERKADOX(登録商標)BC−FF;AkzoNobelから入手可能)を試料樹脂
のペレットに浸み込ませ、それらの架橋材料に関して硬化評価を行う。ジクミルペルオキ
シドを先ず溶融させる。ペレット状の樹脂試料を大きいガラス瓶の中で、70℃で4時間
、予熱する;その後、溶融したジクミルペルオキシドを、そのジクミルペルオキシドと樹
脂試料の総合重量に基づき1.9重量%の濃度で、シリンジを使用して添加する。ペレッ
トの瓶にしっかりと蓋をし、30回転毎分(「rpm」)に設定したせっ器タンブラーに
載せる。2分の混転後、瓶を取り去り、手作業で振盪してその瓶の側面からペレットを離
す。その瓶を1分間、タンブラー上に戻し、その後、取り去り、すべての過酸化物が吸着
されたと視認される(すなわち、ペレットが湿潤しているように見えない、または白色残
留物を有する)まで(おおよそ6時間)、70℃オーブンに戻す。
マニュアルモードで動作するスチームプレス(WABASH、モデル番号G302H−
12−CLX)を使用して、それらの過酸化物処理樹脂の試料を圧縮成形する。試料に対
して行うべき試験の要件に応じて試料毎にプラック(8×8インチ)を調製する。前記プ
レスを115℃(±5℃)に予熱する。合計75グラムの材料を予備計量し、マイラーで
構成された金型装置とアルミニウムシートの間の75ミルステンレス鋼プラックの中央に
配置する。その後、その充填された金型を300psiの前記プレスに3分間入れる。3
分後、温度を185℃(±5℃)に、圧力を2,500psiゲージ(「psig」)に
急上昇させる。それらのプラックを185℃および2,500psigで15分間、架橋
させる。
架橋した試料の各々を架橋および絶縁破壊(交流破壊とも呼ばれる)(「ACBD」)
の程度について分析する。150℃で行う高温クリープ実験によって、これらの試料の架
橋の程度を測定する。高温クリープの判定は、標準法ICEA T−28−562に従っ
て行う。高温クリープ分析については、高温クリープ率が低いほど、大きい架橋度を示す
ASTM D149に従って、ACBDについて上で説明したように架橋試料の各々を
試験する。その後、「U」字管の半割体間に1mm厚の架橋材料スラブをクランプするこ
とにより試料を湿潤老化させる(前記管の各々の半割体には電解質溶液(0.01M N
aCl溶液)が満たされている)。その電解質溶液中でワイヤー電極を使用して6kV
1kHz電圧を試料の全域に印加する。U字管中での15日の老化後、試料の水分を拭き
取り、0.5kV/秒の電圧勾配を用いるASTM D149による60Hz ACBD
試験に付す。
前記高温クリープ分析、初期ACBDおよび湿潤老化ACBDからの結果を下の表3に
提供する。
Figure 2018024885
はるかに低い高温クリープおよびはるかに向上した残留ACBD値から分かるように、
DAPを含有する試料が、DAPを含有しない試料より性能がはるかに優れていることが
表3から明白である。
定義
「電線」およびこれに類する用語は、導電性金属、例えば、銅もしくはアルミニウムの
単一の撚線、または光ファイバーの単一の撚線を意味する。
「ケーブル」、「電力ケーブル」およびこれらに類する用語は、外装、例えば、絶縁被
覆または外部保護ジャケットのうちの少なくとも1本の電線または光ファイバーを意味す
る。典型的に、ケーブルは、典型的には共通絶縁被覆および/または保護ジャケット内の
、互いに結合された2本以上の電線または光ファイバーである。外装内部の個々の電線ま
たはファイバーは裸であることもあり、被覆されていることもあり、または絶縁されてい
ることもある。結合ケーブルは、電線と光ファイバーの両方を含有することができる。前
記ケーブルを低、中および/または高圧用途用に設計することができる。典型的なケーブ
ル設計は、米国特許第5,246,783号、同第6,496,629号および同第6,
714,707号明細書において例証されている。
「ポリマー」およびこれに類する用語は、同じまたは異なるタイプのモノマーを反応さ
せる(すなわち、重合させる)ことによって調製された高分子化合物を意味する。「ポリ
マー」は、ホモポリマーおよび共重合体を含む。
「共重合体」は、少なくとも2種の異なるモノマーの重合によって調製されたポリマー
を意味する。この一般用語は、2種の異なるモノマーから調製されたポリマーを指すため
に通常は用いられるコポリマー、および2種より多くの異なるモノマーから調製されたポ
リマー、例えば、ターポリマー(3種の異なるモノマー)、テトラポリマー(4種の異な
るモノマー)などを含む。
モノマーに言及するときの「残基」は、ポリマー分子中に、該ポリマー分子を製造する
ための別のモノマーまたはコモノマー分子との重合の結果として残存する、モノマー分子
の一部を意味する。
数値範囲
数値範囲は、上方の値から下方の値までのすべての値であって、上方の値と下方の値を
含むすべての値を1単位刻みで含むが、但し、任意の下方の値と任意の高い方の値の間に
少なくとも2単位の隔たりがあることを条件とする。一例として、組成的、物理的または
他の特性、例えば、分子量、重量%老化などが、100から1,000である場合には、
その意図は、すべての個々の値、例えば100、101、102、および部分範囲、例え
ば100から144、155から170、197から200を明確に列挙することである

Claims (10)

  1. 共重合体であって、その中に、重合された:
    エチレンモノマー残基と、
    次の式:
    Figure 2018024885
    (式中、RおよびRは、独立したC−C20アルケニル基である)
    によって表される少なくとも1種の非共役ジエンコモノマーの残基と
    を有する共重合体。
  2. 共重合体であって、その中に、重合された:
    エチレンモノマー残基と、
    次の式:
    Figure 2018024885
    によって表される少なくとも1種の非共役ジエンコモノマーの残基と
    を有する共重合体。
  3. 前記非共役ジエンコモノマーが、ジアリル−o−フタレートである、請求項1または2
    に記載の共重合体。
  4. 炭素原子1000につき少なくとも0.01の、前記非共役ジエンコモノマーの残基に
    起因し得るビニル含有量を有する、請求項1から3のいずれか一項に記載の共重合体。
  5. 前記エチレンモノマー残基が、前記共重合体の95から99.99モルパーセントの範
    囲を構成し、前記非共役ジエンコモノマーの前記残基が、前記共重合体の0.001から
    5モルパーセントの範囲を構成する、請求項1から4のいずれか一項に記載の共重合体。
  6. 前記共重合体が、少なくとも部分的に架橋されており、前記少なくとも部分的に架橋さ
    れている共重合体が、50パーセント以下の高温クリープを有する、請求項1から5のい
    ずれか一項に記載の共重合体を含む製品。
  7. 導体と絶縁材とを含む電力ケーブルであり、前記少なくとも部分的に架橋されている共
    重合体の少なくとも一部分が、前記絶縁材の少なくとも一部分を構成する、請求項6に記
    載の製品。
  8. 共重合体の製造プロセスであって、
    反応ゾーンにおいて、エチレンと、次の式:
    Figure 2018024885
    によって表される、少なくとも1種の非共役ジエンコモノマーとを、フリーラジカル開
    始剤の存在下、前記共重合体への前記エチレンの少なくとも一部分および前記非共役ジエ
    ンコモノマーの少なくとも一部分の組み込みを果たすために十分な条件下で重合する工程
    を含み、
    前記式中のRおよびRが、末端炭素−炭素二重結合を各々が有する独立したC
    20アルケニル基であり、
    前記反応ゾーンが、前記重合のうち少なくとも25パーセントの間、120から360
    ℃の範囲の温度で維持される、
    プロセス。
  9. 前記共重合体の少なくとも一部分を少なくとも部分的に架橋させる工程をさらに含む、
    請求項8に記載のプロセス。
  10. 前記共重合体が、炭素原子1000につき少なくとも0.01の、前記非共役ジエンコ
    モノマーの残基に起因し得るビニル含有量を有し、前記非共役ジエンコモノマーが、ジア
    リル−o−フタレートであり、前記重合が、プロピレンを含む連鎖移動剤の存在下で行わ
    れる、請求項8に記載のプロセス。
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