JPS63178151A - エチレン系重合体組成物用ウオータートリー抑制添加剤組成物 - Google Patents

エチレン系重合体組成物用ウオータートリー抑制添加剤組成物

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JPS63178151A
JPS63178151A JP62316388A JP31638887A JPS63178151A JP S63178151 A JPS63178151 A JP S63178151A JP 62316388 A JP62316388 A JP 62316388A JP 31638887 A JP31638887 A JP 31638887A JP S63178151 A JPS63178151 A JP S63178151A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、炭化水素置換ソフェニルアミンと高分子量ポ
リエチレングリコールよりなるウォータートリー抑制剤
組成物に関する。
発明の背景 絶縁電カケープルの有効寿命は、ウォータートリーイン
グと称する破壊現象によって短縮されることが知られて
いる。
その結果、重合体組成物、例えばエチレン重合体組成物
を基材とした絶縁体は、ウォータートリーイング抵抗性
を特徴とする絶縁体を提供する目的で各種の添加剤を添
加することによって変性された。ウォーター) +3−
は、絶縁体が水が存在する環境にある一方で長期間にわ
たって電界VC置かれたときに起る。ウォータートリー
は、枝のある木に似ているためにそのように呼ばれる。
実際には、ウォータートリーは、水で満されたときに明
らかに白色であるが乾燥したときに見えなくなる微小な
通路又は空隙である。観察するためには、ウォータート
リーを有する試験片は水中で煮沸し又は乾燥されねばな
らない。
ウォータートリーは絶縁体中で電圧応力の点で成長し始
める。応力の点は、空隙、汚染物又は不規則部、例えば
絶縁体と半導電性層との間の界面における不規則部が存
在する絶縁体中の場所であり得る。空隙又は汚染物の場
合には、ウォータートリーは、トリーの点(核)の対向
した側に成長する傾向があり、そしてやがてはちょうネ
クタイに類るように成長する。界面で開始したトリーは
ブツシュの形で一方向に成長し、そしてこれは通気形ト
リーと称される。これら2種のウォータートリー、即ち
ちょうネクタイ及び通気形トリーは、試験されたウォー
タートリ抑制剤の多くに対する異なった応答により示さ
れるように、異なった機構により開始し成長するものと
思われる。
現地点までのところでは、重合体組成物に添加したとき
に、長期間におけるちょうネクタイ形トリー及び通気形
ウォータートリー形成抵抗性も含めて商業的に満足でき
る調和した性質を有する組成物を生ずる単一ウォーター
ドリー抑制剤系は開発されなかった。
本発明は、エチレン重合体のような重合体材料に添加し
たときに、ちょうネクタイ形ウォータートリー及び通気
形ウォータートリー形成抵抗性を含めて商業的に満足で
きる調和した性質を有する組成物を提供するところの炭
化水案置換ジ7工二ルアミンと高分子量ポリエチレング
リコールよりなるウォータートリー抑制組成物を提供す
る。本発明の組成物は、これらを周匠に押出成形する絶
縁電気導体の通常の作動又は使用温度において、物理的
又は電気的性質の望ましくない低下を受けることなく、
長期間にわたってウォータートリーイング抵抗性を保持
する。さらに、本発明の組成物は、適当な架橋増進剤の
添加によって、架橋剤、即ち有機過酸化物の通常濃度を
それほど増大させることなく、ウォータートリー抵抗性
の架橋生成物に硬化させることができる。
上述したように、本発明のウォータートリー抑制剤は、
炭化水gtt換ジフジフェニルアミン分子量ポリエチレ
ングリコールとの組合せからなる。
本発明の目的に対して好適である、芳香族環上に1個以
上の炭化水素基が置換しているジフェニルアミンとして
は、次式 (ここで、各Rは、同−又は異なっていてよく、水素又
はアミ7基に対してパラ及び(又は)オルト位−に置換
しているアルキル又はアラールキル基のような炭化水素
基である。ただし、Rは少なくとも1個は炭化水素基で
ある) を有するものがあげられる。
原則として、各Rは5〜18情の炭素原子、好ましくは
8〜9個の炭素原子を有する。この上うな基の例は、n
−ヘキセン、n−ヘプテン、n−オクテン、n−ノネン
などのよりなα−オレフィンから導かれるもの並びにス
チレン、α−メチルスチレンなどから導かれる基である
本発明の目的に対して特に望ましいものは、スチレン又
はオクチレンでアルキル化したジフェニルアミンのよう
な液状ジフェニルアミンである。
スチレンでアルキル化された液状ジフェニルアミンであ
って、グツドイヤー・タイヤムラバー社よりWlngs
tay 29の商品名で市販されているものが、このよ
うな化合物の一例である。この化合物は、下記の理想式
に従い、7リーデル・クラフト触媒を使用するアルキル
化条件下でジフェニルアミンとスチレンを反応させるこ
とによって得られる。
実際には、この化合物は七ノW換体とジT!!換体との
混合物であるものと思われる。
液状炭化水素置換ジフェニルアミンを高分子量ポリエチ
レングリコールと組合せて含有する組成物は、前記した
性質を特徴とすること以外に、「プルーミング」(表面
滲出を説明するのに用いられる用語)を比較的水さない
その他の好適なジフェニルアミンは以下に記載する。
本発明の目的に対して好適なポリエチレングリコールは
、約t000〜約20.000の分子社を有するもので
ある。特に望ましいポリエチレングリコールは、少なく
とも30.好ましくは少なくとも80の炭素数、即ち炭
素原子数を有する。本発明に対して好適な市場で入手で
きるポリエチレングリコールは、商品名1” Carb
owaxJ、呼称20Mとしてユニオン・カーバイド社
より市販されている。これらの材料は、ユニオン・カー
バイド社のパンフレット屋F−4772111/7B、
「名称二カーボワックス、ポリエチレングリコール」に
記載されている。
ジフェニルアミンに対するポリエチレングリコールの量
は、重合体に添加したときに、向上したウォータートリ
ーイング抵抗性を有する重合体組成物を生ずる組成物を
提供するのに十分なものである。
好ましくは、炭化氷菓置換ジフェニルアミンに対するポ
リエチレングリコールの社は、ジフェニルアミンlff
1R部につき約12〜約1ffiff1部である。
ウォータートリー抵抗性の組成物を提供するために前記
のウォータートリ抑制剤組成物を添加できる好適な重合
体材料には、通常固体のエチレンホ七重合体、エチレン
−α−オレフィン共重合体、エチレン−α−オレフィン
−ジエン単量体の共重合体のようなエチレン重合体があ
る。好適な共重合性の単ffi体は、プロピレン、ブテ
ン−1、ヘキセン−1などのようなα−オレフィン;ブ
タジェン、イソプレンなどのようなジエン単量体であり
、そしてこの場合に重合体は少なくとも約70重量−の
エチレンを含有する。
好ましい共重合体は、エチレンープ胃ピレン共重合体、
エチレン−ブテン共重合体などである。
これらの共重合体は、1977年3月8日に発行された
米国特許@401t382号に開示されているように、
チタン変性酸化り田ム触媒を用いて約150〜約300
 psiの低圧下で製造することができる。
所望ならば、ポリプロピレン、エチレン−プロピレンゴ
ム、エチレン−プロピレン−ジエンゴムなどのような他
の重合体を本発明のエチレン重合体組成物に添加するこ
とができる。
本発明の組成物は、立体障害フェノール及びアミン、重
合した2、2.4−テトラメチルヒト四キノン、4.4
′−チオビス(6−t−ブチル−3−メチルフェノール
)、チオジエチレンビス(ts−t−ブチル−4−とド
ロ中シ)ヒドロキシシンナメート、ジステアリルチオジ
プロピオネートなどのような酸化防止剤を含有すること
ができる。
また、本発明の組成物は、これを熱可塑性組成物として
よりもむしろ加硫又は架橋生成切として用いようとする
ときには、架橋剤も含有することができる。加硫又は架
橋剤は当業界で周知であり、1967年1月3日に発行
された米国特許第4294189号に記載のような有機
過酸化物が含まれる。これらの化合物は、単独で、互の
混合物として、又は架橋増進剤と共に用いることができ
る。
本発明の目的に対して特に望ましい硬化性組成物は、エ
チレン重合体、液状の炭化水素置換ジフェニルアミン、
高分子量ポリエチレングリコール、有機過酸化物及び次
の平均式 (ここで81及びR2は、同−又は異なっていてよく、
一般に6〜18個の炭素原子、好ましくは12〜14個
の炭素原子を有する炭化水素基であり、nは4〜20、
好ましくは4〜16の値を有する整数である) を有するシラン架橋増進剤又は次の平均式(ここでR1
及びR2は前記したものと同じであり、X及びyは同−
又は異なっていてよく、4〜8の値を有する!I数であ
る) を有するシラン架橋増進剤を含む。
R1及びR2の好適な基の例は、オクチル、ノニル、デ
シル、ウンデシル、ドデシル、ステアリルなどのような
アル中ル基である。
式■及び■の範凹内に入るシランの製造は、メチルビニ
ルジクロルシラン又はメチルビニルジクロルシランとジ
メチルジクロルシランとの混合物を水及び脂肪族アルコ
ール又は脂肪族アルコール混合物と反応させ、次いで酸
性残留物を平衡化させ、中和させることによって具合よ
く製造することができる。水とアルコールのモル比は、
下記の化学Mm的方程式(簡単にするために反応体はメ
チルビニルジクロルシラン、水及びドデシルアルコール
であるものとして示す)があてはまるように二官能性り
pルシランの1モルごとについて変えることができる。
CM。
式■の範凹内に入るシランをTA造するにあたっては、
メチルビニルジクロルシランのffi (りとジメチル
ク四ルシランの量(y)の合計は、次の化学世論的反応
式に従って、nに等しい。
CH,CH。
反応の詳細を下記の操作で示す。
シラン1 次の平均式 を有するものとしてゲル浸透クロマトグラフィー及び核
磁気共鳴により特徴づけられた。
シラン1は下記のように製造された。
滴下ロート、機械的攪拌機、温度計及び窒素バイパスで
保愚した受器付蒸留ヘッドを備えた2Lの三日のフラス
コに8440 f (6,0モル)のメチルビニルジク
ロルシランを加えた。滴下ロートから7ラスコに294
.7 y (t sモAf)のドデカメールを岐かな速
度で、かきまぜながら加えた。
フラスコの温度はMCIの発生のためにく10℃に低下
した。デカノールを添加した後、フラスコの温度を外部
水浴により10±5℃に保持しながら89. y t 
(s、 oモル、即ち化学量論的麓の95%)の水を滴
下o−)からゆっくりと装入した。
水を添加した後、フラスコをかきまぜながら15±5℃
で3時間保持した(HC1平衡化工程)。
滴下ロートをN、−スパージ管で代え、フラスコの内容
物を90℃にゆっくりと加熱し、フラスコからHCIを
連続的に除去した。30分後にフラスコからとった試料
を分析したが、試料1fにつき111m@qC1″″を
含有することがわかった。水の残fi (4,5f s
α25モル)を飽和Na1CO1溶液として添加した。
加熱を80℃でさらに30分間再開し、そしてN3スパ
ージを続けた。残留酸塩化物を湿ったN a HCOz
で中和した。生成物をFj:Aして、101 !!l@
(1/ f (α04%)の塩素含有量を有する粘度1
6.5 estkの透明無色流動体7590f(理論量
792.5 F、即ち理論量の96%)を得た。
ここに記帳のシランの製造に用いたドデカノールは、プ
υクター&ギャンブル社製のCo−1214Fatty
 Alcohol (ドデカノールと夕景のC14アル
コールを含有する混合物の商品名)であった。
シラン2 次の平均式 を有するものとしてゲル滲透りaマドグラフィー及び核
磁気共鳴により特徴づけられた。これは次のように製造
した。
滴下ロート、凝縮器、機械的攪拌機、温度計を備え、そ
して窒素バイパス管で保護した1tの三日のフラスコに
282.0f(2,0モル)のメチルビニルジクロルシ
ランを加えた。温度を10〜15℃に保ちながらゆっく
りとかきまぜて、滴下ロートから98.25 t (1
5モル)のドデカノールを添加した。ドデカノールを添
加した後、反応容器の温度を水浴により10〜15℃に
かきまぜながら保持して2114f(158モル、17
5モルの化学社論的量に必要な90%)の水を添加した
。フラスコの内容物を10〜15℃の温度で3時間かき
まぜた。滴下ロートを液体反応混合物中に挿入した管で
置き換え、窒素を混合物中に通じる一方で、かきまぜな
がら90℃の温度に加熱してフラスコから塩化水素を除
去した。90℃の温度で115時間後に、水の残it(
五1t)を飽和Na1COs溶液として添加した。次い
で全ての残留塩化水素をシラン1の製造にあたり記載し
たようにして中和した。ア過した後、粘度が18.4e
stk(25℃)である250fの透明無色流動体が得
られた。
シラン3 次の平均式 を有するものとしてゲル滲透クロマトグラフィー及び核
磁気共鳴により特徴づけられた。
シラン3は、シラン1について記載した方法に従って、
282.0f(2モル)のメチルビニルジクロルシラン
、46.6f(α25モル)のドデカノール及び3五7
5f(1875モル)のH,0を反応させて17a、5
fの透明無色流動体を生じさせることにより製造した。
シラン4 次の平均式 を有するものとしてゲル滲透クロマトグラフィー及び核
a1%共鳴により特徴づけられた。
シラン4は、シラン1について記載した方法に従って、
14tor(toモル)のメチルビニルジクロルシラン
、1291f(tOモル)のジメチルジクロルシラン、
9五2f(α5モル)のドデカノール及び3tsr(t
7sモル)の水を反応させて1915Fの透明無色流動
体を生じさせることにより製造した。
本発明の組成物を処方するにあたっては、炭化水素置換
ジフェニルアミン、高分子量ポリエチレングリコール、
有機過酸化物及びシラン架橋増進剤の1組成物の全重量
を基にして)は次の通りである。
ジフェニルアミンは、高分子量ポリエチレングリコール
と共に、組成物のウォータートリー抵抗性を向上させる
のに十分な量で、一般に約12〜約α5ji%、好まし
くは約α5〜約1重ffi%の量で存在する。
高分子量ポリエチレングリコールは、ジフェニルアミン
と共に、組成物のウォータートリー抵抗性を向上させる
のに十分な鷲で、一般に約12〜約111ji%、好ま
しくは約12〜約α5重量%の量で存在する。
有機過酸化物は、組成輪を架橋生成物に硬化させるのに
十分な社で、一般に約1〜約311iff1%、好まし
くは約15〜約2重量%の量で存在する。
架橋増進剤は、約15〜約2ffiffi%、好ましく
は約15〜約t5重flk%の量で存在する。
本明細書に記載の成分の混合物を望むならばこれを使用
できるものである。
以下に表■及び表■に記載の実鹿例及び対照例を実施す
るのに用いた材料を説明する。
重合体 重合体A:0.7のメルトインデックス及びα92の密
度を有するエチレンとn−ブテンとの共重合体 重合体B:2のメルトインデックス及び(192の密度
を有するポリエチレン 重合体C:α2のメルトインデックス及びα92の密度
を有するポリエチレン I:スチレンでアルキル化したジフェニルアミン(Wi
n(stay  29、グツドイヤー社)−液状■ニジ
イソブチレンでアルキル化したジフェニルアミン(Na
vgalub@458 L 、ユニロイヤル社)−液状 ■:オクチレンでアルキル化したジフェニルアミン(8
talite −R,Vo、バンプルビ/I/)社)−
液状 ■:α−メチルスチレンでアルキル化したジフェニルア
ミン(Naugard 445、ユエロイヤル社)一固
体 ■=オクチレンでアルキル化したジフェニルアミ−固体 AQ−1:44’−チオビス(6−t−ブチル−3−メ
チルフェノール) 人Q−2:ジステアリルチオジプロビオネートAQ−3
:チオジエチレンビス(瓜5−ジーt−プチルー4−ヒ
トpキシ)ヒドロシンナメート ぎりエチレングリコール ポリエチレングリコール 分子量約4,000−ユニオ
ンカーバイド社より商品名「CarbovaxJとして
市販 ポリエチレングリコール 分子量約20,000−ユニ
オンカーバイド社より商品名20Mとして市販 表■に記載の組成物を処方し試験するのに用いた方法を
次に説明する。
エチレン重合体、アルキルジフェニルアミン及び高分子
量ポリエチレングリコールをプラベンダ配合した。生じ
た組成物を粒状化し、160℃の温度で試験片に圧縮成
形した。
通気形ウォータートリー:ウォータートリー成長速度(
WTGR)として測定。1981年4月21日に発行さ
れた米国特許第4.264158号に詳述されているよ
うにして決定。WTGRは、次の条件:IKHz、SK
Y、72時間で決定した。
定鵜によって、ウォータートリー抵抗性添加剤を添加し
なかって組成物のWTGRはtoである(表■の対照例
6、表■の対照個人)。
ちょうネクタイ形つォータートリー:WTGR試験につ
いて記載したように製造した試験片を顕微鏡(倍率40
×)で観察し、ちょうネクタイ形トリーの敞及び大きさ
を記録することによって決定、各試験片は、0(ちょう
ネクタイ形ウォータートリーが存在しない)から4(多
くのちょうネクタイ形ウォータートリーが存在)までの
尺度で定性的に評価した。
プルーミング:11n厚の17100試験片を成形し、
試験片を室温で1ケ月放置させ、試験片表面を滲出につ
いて検査し、定性的評価を行うことによって決定。
商業的観点からは、水中で黛呈されるべき電気導体を取
り巻く絶縁体として使用すべき組成物についての主な目
的は、 WIGRが12に等しいか又はα2より小さく、ちょう
ネクタイ形ウォータートリー評点が4より小さく、 ブルーミングが表面滲出のレベルが低いことである。
表■及び表■の例は、本発明を例示するもので、その範
囲を何ら制限しない。
表に記載の表は重ff1一部である。
例1   対照例1   例2   。
重合体A     98.75 99.25 9117
5重舎体C 0PA  I     α75  α75  −−−−
DPA  tl DPA  Ill              α75
DPA  ■ DPA  V AQ−1−− AQ−3 WTGRα16  α73  α09 プルーミング  少量〜中程度 大k    少量醪照
例2 例5   対照例3 対照例4 対照例5 対照
例6 対照例799.5  99.0  995  9
a9  995  −−−  999115     
−−−   −−−   −−−   −−−   −
−−   −一−−−−α5     1lL5   
  −−−   −−−   −−−   −−−−−
一−−−−−−−− −αS      −−−−−−
一一−−−−−−−−−−−− −α1−−−   −
−−   −−−    (Ll     −−−−−
−α1114   α15  α26  α29  α
44   to    t。
少量   少量   大量   少量   少量   
少量   少量1      4      0   
   4      −一一4表「の架橋組成物は、各
成分をプラベンダーミキサーに装入し、生じた混合物を
約120’Cの溶融温度まで配合することによって製造
した。各組成物を粒状化し、125℃の温度で試験片に
圧縮成形した。試験片を180℃の温度で型内で硬化さ
せた。WIGRについて試験する前に、各硬化試験片を
115℃の温度にしたオープンで15分間アニーリング
し、その後試験片を85℃の温度の真空オープンで7日
間加熱することによって過酸化#J残留物を除去した。
表■に記載の試験は、次のように実施した。
WTGR: 5 KV、 I KHz 、 72時間で
決定。
各組成物の硬化度は、1977年4月19日に発行され
た米国特許第4,018,852号に詳述されたモンサ
ント・レオメータ試験により決定し、そして1b−1n
で記録した。
物理的劣化に対する抵抗性:前記のように製造した硬化
試験片を用い、ASTM D−658に記載の方法に従
う伸びの残率を試験することにより決定。
プルーミング:未硬化試験片を7℃〜60℃の湿度で1
ケ月放置し、試験片の表面を滲出について目視検査し、
定性評価を行なうことにより決定。
ちょうネクタイ形ウォータートリー:各組成物について
、それぞれ(LO2in厚の2枚のシートを成形し、2
枚のシートの界面に少量の粉末状NaC1を置き、2枚
のシートを一緒にして125℃の温度で成形して試験片
を作成することにより決定。試験片は、180℃の温度
で型内で硬化させた。過酸化物残留物は、試験片を85
℃の温度とした真空オーブン内で7日間加熱することに
より除去した。
添附の図面を参照するに、試験片(2)をガラス容器(
4)の中央開口部に入れて保持し、ガラス容器(4)を
二つの区kに分けた。試験片(2)をガラス容器(4)
に入れたα1N塩化ナトリウム水溶液(6)と接触させ
た。水溶液(6)を高電圧リード線(8)を介してm源
(図示してない)と接続し、そして接地&[(10)を
介して接地させた。AC電圧、5 KV 、 I KH
$をリード線を介して2日間印加した。2日間後に、試
験片をメチレンブルー水溶液で染色させ、ウォータート
リーを目視できるようにさせた。各試験片を顕M鏡(倍
率40x)で目視検査し、o(ちょうネクタイ形つォー
ター′トリーが存在しない)から4(多くのちょうネク
タイ形ウォータートリーが存在)までの尺度で定性的に
評価した。
WTGR,ちょうネクタイ形ウォータートリーについて
の主な商朶的目的は、先に記載した。
硬化度についての主な商梨的目的は、48±41b−1
nである。150℃で7日間の伸びの残率−は75%以
上である。
本発明で用いたシラン増進剤は、H・rbsrt B。
Pettyの米国特許出願に記載されている。
本明細書で記載のメルトインデックスは、A8TM試1
jiD−1238で決定され、df/winで表わされ
る。
また、密度は、ASTMK験D−1505で決定され、
f/cxa”で表わされる。
添附の図面は、ちょうネクタイ形ウォータートリーを試
験片に成長させるのに用いる装りの横断面図である。
2は試験片、4はガラス容器、6は塩化ナトリウム水溶
液、8は高圧リード線。

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)液状炭化水素置換ジフェニルアミンと、該ジフェ
    ニルアミン1重量部につき0.2〜1重量部の量の1,
    000〜20,000の分子量を有するポリエチレング
    リコールとよりなるエチレン系重合体組成物用ウォータ
    ートリー抑制添加剤組成物。
  2. (2)アミンが、スチレンでアルキル化されたジフェニ
    ルアミンである特許請求の範囲第1項記載の組成物。
  3. (3)アミンが、オクチレンでアルキル化されたジフェ
    ニルアミンである特許請求の範囲第1項記載の組成物。
  4. (4)アミンが、α−メチルスチレンでアルキル化され
    たジフェニルアミンである特許請求の範囲第1項記載の
    組成物。
  5. (5)グリコールが4,000の分子量を有する特許請
    求の範囲第1項記載の組成物。
  6. (6)グリコールが20,000の分子量を有する特許
    請求の範囲第1項記載の組成物。
  7. (7)炭化水素置換ジフェニルアミン、該ジフェニルア
    ミン1重量部につき0.2〜1重量部の量の1,000
    〜20,000の分子量を有するポリエチレングリコー
    ル、有機過酸化物及び架橋増進剤よりなるエチレン系重
    合体組成物のウォータートリーイング抵抗性を向上させ
    且つ該エチレン系重合体組成物を架橋させるのに好適な
    添加剤組成物。
  8. (8)架橋増進剤が次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ここで、R^1及びR^2は炭化水素基であり、nは
    4〜16の値を有する整数である) を有する特許請求の範囲第7項記載の組成物。
  9. (9)架橋増進剤が次式 ▲数式、化学式、表等があります▼ (ここで、R^1及びR^2は炭化水素基であり、x及
    びyは4〜8の値を有する整数である) を有する特許請求の範囲第7項記載の組成物。
  10. (10)R^1及びR^2における炭素原子の数が12
    であり、そしてnが8の値を有する特許請求の範囲第8
    項記載の組成物。
  11. (11)R^1及びR^2における炭素原子の数が12
    であり、そしてx及びyがそれぞれ4の値を有する特許
    請求の範囲第9項記載の組成物。
JP62316388A 1982-03-31 1987-12-16 エチレン系重合体組成物用ウオータートリー抑制添加剤組成物 Pending JPS63178151A (ja)

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