Сажа, обработанная полиэтиленгликолем, и ее соединения, устройство, проводящее электричество, и экран силового кабеля

Сажа, обработанная полиэтиленгликолем, и ее соединения, устройство, проводящее электричество, и экран силового кабеля

Реферат

 

Данное изобретение относится к обработанной саже, пригодной для использования в полупроводящих и изолирующих соединениях, например в электрических кабелях, а именно относится к саже, обработанной полиэтиленгликолем, известной также как гомополимер этилен оксида, и к полупроводящим соединениям, включая, например, полиолефин и обработанную сажу. Прямое внесение соединения полиэтиленгликоля в полимерную композицию уменьшает время до 50% отверждения и 90% отверждения (t_c(50) и t_с(90) соответственно), что снижает время подвулканизации (t_s2) полимерного композита, а также снижает вязкость при сохранении объема выхода. 6 с. и 34 з.п.ф-лы, 16 табл., 1 ил.

Изобретение относится к обработанной саже, пригодной для использования в полупроводящих соединениях, таких как используемые в электрических кабелях. Точнее, настоящее изобретение относится к саже, обработанной полиэтиленгликолем, известной также как гомополимер этилен оксида, и к полупроводящим соединениям, включая, например, полиолефин и обработанную сажу. Такие обработанные сажи являются текучими, производят мало пыли, являются износостойкими, легко диспергируют в полимерных системах и обеспечивают высокие реологические, механические и электрические свойства. Настоящее изобретение относится также к процессу производства таких обработанных саж и их соединений.

Из широкого спектра саж любая может быть использована в настоящем изобретении. Здесь используется термин сажа в его общем смысле, включая виды полностью разделенной сажи, такие как ламповая сажа, газовая сажа, печная сажа, ацетиленовая сажа и другие. Желательно, чтобы сажа была в рыхлой форме. Хотя сажи легко диспергируют в жидких и полимерных системах в своих рыхлых формах, с ними очень тяжело работать при перевозке и точном взвешивании. Это происходит из-за их низкой объемной плотности и, обычно, высокого уровня пылеобразования, имеющего тенденцию приводить к уплотнениям и соответственно к нерегулярной подаче в длительных операциях образования соединений. Эти свойства являются нежелательными потому, что, например, длительные операции образования соединений желательны для соединений, используемых в проводах и кабелях, как средство обеспечения однородности и чистоты соединений.

Вечной проблемой с сажей была относительная трудность и неудобство, связанные с производством, транспортировкой и использованием сажи. Упаковка, транспортировка и извлечение сажи из упаковки сопровождается большим количеством пыли от сажи.

Для улучшения транспортировочных характеристик рыхлых видов сажи они обычно агломерируются с помощью различных механических процессов с производством гранул, либо в сухом виде, либо с помощью гранулирующих жидкостей. Обычно, частицы сажи удерживаются вместе слабыми силами. Наиболее часто применяемый процесс гранулирования сажи производится с помощью воды или масла. Однако было обнаружено, что процесс агломерации или уплотнения оказывает вредный эффект на дисперсионные характеристики рыхлой сажи. То есть, когда рыхлая сажа агломерируется в гранулы, она теряет свойство хорошей дисперсности в полимерных системах. Поэтому существует компромисс между приемлемыми транспортировочными характеристиками и легкостью дисперсии.

Для того чтобы составить соединение с хорошей дисперсией сажи, она часто гранулируется с помощью таких материалов, как лигиосульфонат натрия, вода, сахароза и т.п., как описано ниже. Однако гранулирующие добавки часто приводят к менее чем адекватным результатам или вызывают несовместимость сажи в соединениях, в которые она добавляется. Например, некоторые сажи не развивают адекватную гранулирующую силу, когда гранулируются с помощью воды. Это происходит из-за слишком маленькой силы Ван дер Ваальса, возникающей в углеродной структуре. Таким образом, хотя они и находятся в гранулированном виде, однако являются вполне свободными и производят много пыли. В результате происходит неравномерная подача и соответственно негомогенная дисперсия состава.

Процесс грануляции сажи для производства гранул сажи известен в технике. Например патент США 2065371, Глахнер, описывает процесс влажной грануляции, в котором рыхлая сажа и жидкость, например вода, соединяются и перемешиваются до получения сферических шариков сажи. Затем шарики высушиваются для снижения содержания воды до величины ниже 1% для формирования гранул сажи.

Кроме воды известен большой спектр связующих добавок, используемых в процессе влажной грануляции, улучшающих характеристики транспортировки гранул рыхлой сажи. Например, нижеследующие ссылки описывают использование различных связующих добавок в качестве гранулирующих веществ при производстве сажи: патент США 2427238, Шварт, описывает использование ряда гигроскопичных органических жидкостей или растворов, включая этиленгликоль, при составлении резиноподобных материалов. Патент США 2850403, Дей, раскрывает использование углеводов, таких как сахар, меласса, растворимый крахмал, сахариды и производные бурого угля в качестве связующих добавок при грануляции в диапазоне от 0,1 до 0,4% по весу от сухой сажи. Затем влажные гранулы высушиваются в течение определенного времени при температурах от 150 до 425^oС для обугливания связующих углеводов. Патент США 2908586, Бриндл и др., раскрывает использование эмульсии смолы как альтернативы углеводам в количестве от 0,5 до 2,0% по весу от сухой сажи. Патент США 2639225, Венуто, раскрывает использование сульфонатов и сульфатов анионных сурфактантов в качестве гранулирующей добавки в количестве от 0,1 до 0,5% по весу от сухой сажи. Патент США 3565658, Фразиер и др., раскрывает использование жирного аминэтилата неионного сурфактанта в качестве связующей добавки, в которой жирный аминэтилат имеет уровень этиляции в диапазоне от 2 до 50 молей этиленоксида на группу жирного амина. Неионный сурфактант по патенту должен присутствовать в диапазоне от 0,05 до 5,0%. Аналогично, патент США 3645765, также Фразиер и др. , раскрывает использование жирной кислоты или неионный сурфактант кислый этилат смолы в диапазоне от 0,1 до 10,0% по весу от сажи. Неионный сурфактант по патенту имеет уровень этиляции от 5,0 до 15,0 молей этилена на кислую группу. Патент СССР 937492 раскрывает использование водного раствора от 0,1 до 5,0% продуктов реакции мочевины и этилированного алкилоламида, в котором уровень этиляции находится в диапазоне от 1,0 до 7,0 молей этиленоксида на алкилоламид. И наконец, патент США 3844809, Муррей, раскрывает использование неионного сурфактанта, содержащего случайно повторяющиеся группы поли(этиленоксида) и поли(диметилсиликона). Согласно патенту от 0,4 до 2,5% водных растворов, содержащих от 0,001 до 0,1% неионного сурфактанта, вызывает уменьшение уровня пылеобразования гранул. Меласса также включена при довольно высокой концентрации до 2,0% как дополнительное связующее, а азотная кислота включена в количестве до 15,0% как источник окисления. Вышеуказанные патенты приводят улучшенные транспортировочные свойства гранул, но не раскрывают изменений свойств действия гранулированной сажи в применении к конечным продуктам.

Среди погрузочных характеристик сажи, которые могут быть исправлены связующими добавками, и уровень этих добавок, используемый в процессе гранулирования, есть такие характеристики, как адгезия, диспергируемость, диапазон дисперсии, стабильность вязкости и антистатические свойства. Например, патентная публикация Японии 01-201369 раскрывает использование амфотерного сурфактанта типа карбоксильной кислоты в концентрации от 0,001 до 0,1% в гранулирующей воде для получения гранул сажи с низкой адгезией и отличной диспергируемостью. Патент США 3014810, Дубальский и др., раскрывает преимущества влажной грануляции ряда пигментов, включая сажу, от 0,05 до 5% по весу от смеси соединения аммония, состоящего из четырех частей, и дважды (2-гидроксиэтил)алкиламина. Показанные преимущества включают улучшение диапазона дисперсии, стабильности вязкости и антистатических свойств.

Как показано выше, в качестве гранулирующего элемента используется также масло с или без добавления воды. Например, патенты США 2635057, Йордан, и 3011902, Йордан, и 4102967, Вандервин и др., раскрывают использование масла, например, минерального, в процессе гранулирования для улучшения погрузочных характеристик гранул сажи. Кроме этого, использование полимеров в эмульсиях, органических растворителях, растворах или расплавах были раскрыты как средства изменения свойств гранул сажи, например, как описано в патентах США 2511901, Банн (латексная эмульсия), 2457962, Уоли (водные эмульсии или дисперсии каучука), 4440807, Гуннелл (расплавленный каучук или раствор или эмульсия каучука), 4569834, Уест и др. (эмульсия окисленного полиэтилена) и 5168012, Ватсон и др. (каучуковый латекс), и патентная публикация Японии 77-130481.

Альтернативные гранулирующие добавки для производства гранул сажи включают натриевые лигносульфанаты, силаны, сахарозу и неионные дисперсанты, такие как алкилсукцинимиды и алкильные сукцинные сложные эфиры. Однако такие альтернативы не производят подходящих гранул сажи и/или полимерных композиций. Например, сажа, произведенная с использованием натриевого лигносульфаната, в общем случае считается непригодной для использования в полупроводниковых полимерных композициях из-за повышенной склонности к образованию водных дендритов, происходящей от повышенного содержания серных компонент. Другими недостатками альтернативных гранулирующих добавок являются адгезия сажи к производящему оборудованию, трудность внесения гранулирующих добавок в сажу и (особенно в составах для проводов и кабелей) образование водных дендритов в полимерных композициях.

Использование полиэтиленгликоля в производстве резины и термопластичных материалов из смолы также в общем известно. Например, патент США 4230501, Хоуард и др., описывает использование полиэтиленгликоля в пигментном концентрате, который легко диспергирует в пластиках. Полиэтиленгликоль или углеводородная смола вносится как добавка для управления вязкостью в природный, нефтяной или синтетический воск, который затем смешивается в пропорции от 51 до 85% по весу пигмента для формирования пигментного концентрата. Патент США 4397652, Нейманн, раскрывает производство порошковой композиции, содержащей органические красители и оптические отбеливатели, производящие ощутимый уровень пыли. Полиэтиленгликоль применяется и как компонента по регулированию адгезии, при молекулярных весах выше чем 3000, и как пылесвязующий агент, при молекулярных весах между 200 и 1000. Патентная публикация Великобритании GB 975847 раскрывает использование водного раствора полиэтиленгликоля или алифатических производных, как средств производства агломератов органических резинохимикатов. Гранулы композиций сформированы с помощью процесса экструзии и соответственно высушиваются при низких температурах.

Полиэтиленгликоль также известен в технике как добавка для прямого соединения с разветвленными и термопластичным композитами смолы. Например, патент США 4013622, ДеДжуниас и др., описывает внесение от 100 до 600 pmm полиэтиленгликоля, имеющего молекулярный вес от 600 до 20000 в основной состав полиэтилена низкой плотности. Полиэтиленгликоль вносится в термопластичную смолу для снижения ломкости полиэтилена во время операций формования пленок выдуванием. В качестве дальнейшего примера приведем патент США 3361702, Уортмен и др., раскрывающий использование полиэтиленгликоля или разветвленных молекул этоксилата в качестве пластификаторов для сополимеров этиленакриловой кислоты.

Полиэтиленгликоль известен также при производстве полимерных композитов. Например, патенты США 4812505, Топсик, 4440671, Тербетт, и 4305849, Кавасаки и др., раскрывают использование полиэтиленгликоля, имеющего молекулярный вес от 1000 до 20000, для уменьшения свойства образования водных дендритов в полимерных композитах для электроизоляционных материалов. Патент США 4812505, Топсик, раскрывает внесение от 0,1 до 20% по весу полиэтиленгликоля в полимерный композит. Патент США 4440671, Тербетт, раскрывает внесение от 0,2 до около 1 части полиэтиленгликоля, имеющего вес от 1000 до 20000 на часть по весу дифениламина. Патент США 4305849, Кавасаки и др., раскрывает внесение от 0,3 до 10% по весу полиэтиленгликоля прямо в изолирующий полимерный композит путем перемешивания полиэтиленгликоля с полимером.

В этом отношении образование водных дендритов относится к феномену, который происходит когда изолирующий полимерный материал, такой как полиолефин, подвергается воздействию электрического поля в течение длительного времени в условиях повышенного содержания влаги. Этот феномен необходимо отличать от электрических дендритов (обугливание изоляционного материала в результате электрических разрядов) и химических дендритов (кристаллов формирующихся от реактивных газов на поверхности проводника).

Снижение феномена образования водных дендритов рассматривается также в патенте США 4612139, Кавасаки и др., направленного на снижение образования водных дендритов в полупроводниковых полимерных композитах, содержащих сажу. Патент раскрывает, что полиэтиленгликоль может быть внесен непосредственно в полупроводниковый полимерный композит для исключения эффекта образования водных дендритов. Полиэтиленгликоль, имеющий молекулярный вес от 1000 до 20000, вносится в полимер в количестве от 0,1 до 20% по весу полимера. Сходные композиты раскрыты в патенте Германии DE 2723488, который раскрывает, что полиэтиленгликоль и другие подвижные добавки полезны для снижения межслойной адгезии между изолирующим слоем и внешним проводящим слоем (т.е. изолирующим экраном) в конструкции электрического кабеля.

Японские патентные публикации 61-181859 и 61-181860 раскрывают электропроводящие композиты. Композиты включают кристаллическую окись полиалкилина и сажу или графит. 61-181859 раскрывает также, что полимер модифицирован и содержит карбоксил или боковые цепи карбоксильной кислоты.

По-прежнему существует потребность в улучшенных гранулирующих добавках для использования в производстве гранул сажи с улучшенными характеристиками погрузки гранул, так и рабочими характеристиками полимерных композитов, в которые вносятся гранулы сажи. Мы показывали, что обработка сажи, предпочтительно в рыхлой форме, соединением полиэтиленгликоля в качестве гранулирующей добавки позволяет получить гранулы обработанной сажи, обладающие улучшенными характеристиками погрузки и рабочими характеристиками.

По-прежнему также существует потребность в улучшенных композитах для производства таких продуктов, как провода и кабели. Особенно велика потребность в материалах с улучшенными рабочими характеристиками. Мы обнаружили, что вышеупомянутая обработанная сажа может быть использована для производства полимерных композитов, таких как полупроводниковые и изолирующие полиолефиновые композиты, обладающие улучшенными рабочими характеристиками.

Здесь приводятся такие улучшенные обработанная сажа и полимерные композиты, содержащие обработанную сажу с уникальными и новыми свойствами, а также процессы их производства.

В частности, настоящее изобретение раскрывает такие полимерные композиты, как полупроводниковый композит, включающий полиолефиновый гомополимер, сополимер или тройной сополимер, и сажу, обработанную по крайней мере одним полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до порядка 1000000.

Настоящее изобретение предлагает также гранулированную сажу, в которой гранулы сажи состоят из сажи, обработанной по крайней мере одним полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до порядка 1000000.

Предлагается далее процесс для приготовления таких гранул сажи, включающий обработку сажи по крайней мере одним полиэтиленгликолем, имеющем молекулярный вес от около 1000 до около 1000000, для получения обработанной сажи.

Полимерные композиты, включающие обработанную сажу по настоящему изобретению, могут, например, использоваться в качестве полупроводниковых слоев, соединенных с первичными изолирующими слоями или электрическими проводниками, например, в кабелях. Полимерные композиты могут использоваться в качестве материала изолирующих экранов в форме полупроводниковых слоев, которые могут быть легко сняты или удалены с изолирующих материалов. Эти сажи могут быть также использованы в качестве композитов, наполняющих витые жилы, проводящих или непроводящих, или в проводящих или непроводящих внешних оболочках кабелей. Более того, эти обработанные сажи могут быть внесены в небольших количествах, без передачи полупроводниковых свойств композиту, например, как краситель в изолирующих соединениях.

Краткое описание чертежей Чертеж является иллюстрацией типичного силового кабеля.

Описание изобретения Любая из широкого спектра саж может использоваться в настоящем изобретении, включая полностью разделенный углерод, типа ламповой сажи, печной сажи и аналогичных. Предпочтительно, чтобы сажа была в рыхлой форме.

В процессе по настоящему изобретению сажа, предпочтительно в рыхлой форме, обрабатывается полиэтиленгликолем, имеющим молекулярный вес от около 1000 до около 1000000. В данном описании полиэтиленгликоль называется в общем случае "полиэтиленгликолевое соединение", а кратко "полиэтиленгликоль". Однако подразумевается, что терминология включает также те полиэтиленгликолевые соединения, которые называются гомополимеры этилен оксида, и включают такие соединения, которые получаются в осадке при полимеризации этилен гликоля и дополнительной полимеризации этиленоксида. Термин соединения полиэтиленгликоля, таким образом, заключает полимеры, имеющие повторяющееся элементы (СН₂СН₂О)_n. Такое соединение полиэтиленгликоля может быть добавлено в сажу в качестве гранулирующей добавки в процессе получения гранул сажи.

В настоящем изобретении предпочтительно, чтобы полиэтиленгликоль имел молекулярный вес от около 1000 до около 1000000. Лучше, если полиэтиленгликоль будет иметь молекулярный вес от около 20000 (желательно больше 20000) до около 1000000, а еще лучше, если от 35000 до 100000.

Настоящее изобретение предполагает, что соединение полиэтиленгликоля присутствует в количестве от 0,1 до около 50% по весу сажи. То есть при использовании соединения полиэтиленгликоля в качестве гранулирующий добавки в гранулах сажи желательно, чтобы соединение полиэтиленгликоля присутствовало в обработанной саже в количестве от около 0,1 до около 50% по весу. Лучше, если соединение полиэтиленгликоля может присутствовать в количестве от около 0,1 до 20%, а еще лучше в количестве от около 1 до около 10% по весу сажи.

В приготовлении обработанной сажи может оказаться предпочтительным образовать раствор, содержащий соединение полиэтиленгликоля. Если используется раствор соединения полиэтиленгликоля, в качестве растворителя можно взять любой из широкого ряда растворителей, способных растворять соединение полиэтиленгликоля. Например, соединение полиэтиленгликоля может быть легко растворено в воде и/или в ряде органических растворителей, включая, но не ограничиваясь, метанол, этанол, изопропанол, тетрахлорид углерода, трихлороэтилен, бензол, толуол, ксилол, ацетон, их смеси и другие подобные. Что касается растворителя, то наиболее важно, чтобы соединение полиэтиленгликоля было гомогенно диспергировано или растворено в растворителе, но использование какого-то определенного растворителя не является, в общем случае, обязательным. Желательно, однако, чтобы соединение полиэтиленгликоля использовалось в водных растворах, особенно при увеличении молекулярного веса соединения полиэтиленгликоля. На основе данного описания профессионал в этой области сможет легко выбрать подходящий растворитель для конкретного случая.

В другом варианте соединение полиэтиленгликоля может быть нагрето до температуры выше точки плавления соединения, в которой вязкость расплавленного соединения такова, чтобы обеспечить возможность распыления на сажу. Следует заметить, что многие соединения полиэтиленгликоля растворяются в воде при комнатной температуре и поэтому требуется либо небольшое нагревание, либо вообще никакого. Вязкость расплавленного соединения, хотя и не лимитируется, но желательно должна быть ниже 10 Пуаз. Температура сажи и соединения полиэтиленгликоля должны поддерживаться выше точки плавления соединения в течение времени, достаточного для гомогенного перемешивания.

В представленном варианте соединение полиэтиленгликоля используется как гранулирующая добавка для образования гранул сажи из сажи. Процесс гранулирования в общем случае включает контакт сажи с раствором, содержащим соединение полиэтиленгликоля и возможное, в некоторых случаях, нагревание и сушку гранул сажи.

Сажа может вступать в контакт с соединением полиэтиленгликоля путем внесения сажи в аппарат для гранулирования с соединением полиэтиленгликоля. Например, сажа, желательно в рыхлой форме, может вноситься в гранулятор с раствором соединения полиэтиленгликоля. Примеры таких гранулирующих аппаратов известны в технике и включают игольчатые грануляторы. Когда соединение полиэтиленгликоля вносится в гранулирующий аппарат в виде раствора, например, любого из описанных выше, концентрацию соединения полиэтиленгликоля в растворе желательно иметь в диапазоне от около 0,5 до около 35% по весу. Однако концентрация соединения полиэтиленгликоля в растворе и отношение количества раствора к саже должно подбираться так, чтобы обеспечить соответствующее количество соединения полиэтиленгликоля в частицах сажи, как описано выше.

После осуществления контакта сажи с соединением полиэтиленгликоля получающиеся гранулы сажи могут в некоторых случаях подвергаться нагреванию при контролируемой температуре и в течение контролируемого времени и/или при пониженном давлении для сушки гранул.

Обработанная сажа может использоваться для формирования широкого ряда соединений. Например, обработанная сажа может использоваться для формирования пигментных материалов или может комбинироваться с полимерами и другими возможными компонентами для формирования полупроводниковых и изоляционных материалов таких, которые используются в электрических кабелях и электрических экранах. Полупроводниковые композиты могут составлять полимер с количеством сажи достаточным, чтобы сделать композит полупроводниковым. Схожим образом изоляционные материалы могут формироваться внесением небольшого количества сажи, например, в качестве красителя в полимерный композит. Такие изоляционные материалы могут формироваться составлением полимера и сажи в количестве намного меньшем того, при котором образуются полупроводниковые свойства.

В частности, полимерные композиты в данном варианте могут составляться из полимера, такого как полиолефин с количеством сажи, достаточным, чтобы сделать композит полупроводниковым.

При подготовке полимерных композитов в настоящем изобретении полимер может быть выбран из ряда гомополимеров, сополимеров и третичных сополимеров, известных в технике, выбор основывается на желательном использовании полимерного композита. Например, полимеры, используемые в полимерных композитах настоящего изобретения могут включать, но не ограничиваются, гомополимеры, сополимеры и графтполимеры этилена, где сомономеры выбраны из бутена, гексена, пропена, октена, винилацетата, акриловой кислоты, метакриловой кислоты, сложных эфиров акриловой кислоты, сложных эфиров метакриловой кислоты, малеинового ангидрида, сложных эфиров малеинового ангидрида, оксида углерода и других подобных; эластомеры выбраны из натуральной резины, полибутадиена, полиизопрена, случайно распределенной стиринбутадиеновой резины, полихлоропрена, нитриловых резин, сополимеров этиленпропилена и термополимеров и других подобных; гомополимеры и сополимеры стирина, включая стирин-бутадиен, стирин-бутадиен-стирин линейные и разветвленные полимеры, акрилонитрил-бутадиен-стирин, стиринакрилонитрил и другие подобные; линейный и разветвленный полиэфир или высокомолекулярные спирты полиэфиров; кристаллические и аморфные полиэфиры и полиамиды; алкидные смолы, смоляные кислоты или смоляные эфиры; углеводородные смолы, полученные с помощью термической полимеризации или полимеризации Фриделя-Крафтса циклических диеномономеров, таких как дициклопентадин, инден, кумен и другие подобные; сополимеры этилен/силан; этилен/-олефин/диен тройные сополимеры, такие как этилен/пропилен/1,4-гексадиен, этилен/1-бутен/1,4-гексадиен и другие подобные; и углеводородные масла, такие как парафиновое масло, нафталиновое масло, гидроочищенное нафтеновое масло и другие подобные; а также их смеси. Кроме того, полимеры, используемые в композитах настоящего изобретения, могут включать сополимеры и тройные сополимеры, содержащие вышеперечисленные полимеры в качестве основных компонентов сополимера и тройного сополимера.

Желательно, чтобы полимеры, используемые в композитах настоящего изобретения, включали этилен-винилацетат, этиленбутен, такой как этилен/1-бутен, этиленоктен, этиленэтилакрилат, этиленакриловую кислоту, их эквиваленты, их смеси и другие подобные.

Точный состав мономеров данных полимеров будет зависеть от таких факторов, как экономические и желаемое применение конечных композитов. В случае использования полиолефина в образовании полимерного композита обычно полимеры, используемые в композитах, в общем случае включают этилен в диапазоне от около 25 молярных процентов до около 98 молярных процентов от общего числа молей мономера. Желательно, чтобы полиолефиновые полимеры включали этилен от 30 молярных процентов до около 95 молярных процентов, а еще лучше, если от около 35 молярных процентов до около 90 молярных процентов. Другие мономеры в случае полиолефиновых сополимеров будут составлять остаток полимера.

Однако содержание этилена в этих полимерах может меняться в зависимости от сомономеров, присутствующих в полимере. Например, в случае этилен/винилацетатного сополимера желательно, чтобы полимер включал от 15 молевых процентов до 80 молевых процентов винилацетата. Желательно, чтобы сополимер этилен/винилацетата был высокоэластичного сорта и соответственно имел содержание винилацетата выше 28 молевых процентов. И даже еще лучше, если этилен /винилацетатный сополимер будет включать от 40 молевых процентов до 60 молевых процентов винилацетата.

К тому же, полимер, сополимер и тройной сополимер, используемые в полимерных композициях настоящего изобретения, могут быть либо с поперечными, либо без поперечных химических связей. Если полимер должен быть с поперечными связями, к композиции могут быть добавлены любые агенты по созданию поперечных связей (далее структурирующие агенты) из широкого спектра известных в технике.

Например, типичная композиция полимерного композита для использования в полупроводниковых проводах и кабелях включает: 25-55% по весу сажи, обработанной полиэтиленгликолем в объеме от 0,5 до 10 частей на 100 частей сажи; 0-2% по весу стабилизатора или антиоксиданта; 0-5% по весу органического пероксида; 0-10% по весу винилсилана; и оставшаяся часть является полимером или смесью полимеров.

Композиция может также включать добавки полимеров, таких как, например, эластомер акрилонитрилбутадиена, содержащий, например, 25-55% по весу акрилонитрила.

В композитах настоящего изобретения обработанная сажа в общем случае присутствует в композите в количестве от 0,1 до 65% по весу и желательно от 10 до 50% по весу по отношению к весу всего композита. Такие композиты в общем случае обладают полупроводниковыми свойствами. Содержание обработанной сажи может подбираться, конечно, под желаемое использование окончательного композита и под желаемую относительную проводимость композита. Например, сажа может быть внесена в полимерную композицию в меньшей пропорции для обеспечения окрашенного изолирующего материала или для улучшения ультрафиолетовой сопротивляемости композита.

Композиты по настоящему изобретению могут также включать подходящие добавки с известными в их использовании целями и в известных эффективных количествах. Например, композиты могут включать структурирующие агенты, вулканизирующие агенты, стабилизаторы, пигменты, красители, оцветители, деактиваторы металла, масляные наполнители, смазочные материалы, неорганические наполнители и другие подобные вещества.

Например, полимерные композиты могут включать по крайней мере один структурирующий агент, желательно в количестве от 0,5 до 5% по весу от веса используемого полимера. Органический пероксид используется как генератор свободных радикалов и структурирующий агент. Полезные органические пероксидные структурирующие агенты включают, но не ограничиваются, , -бис(трет-бутилперокси)-диизопропилбензол, дикумилпероксид, ди(трет-бутил)пероксид и 2,5-диметил-2,5-ди(трет-бутилперокси)-гексан. Могут также использоваться различные другие известные соагенты и структурирующие агенты. Например, органические пероксидные структурирующие агенты раскрыты в патенте США 3296189, полное описание которого включено сюда в качестве ссылки.

В качестве примеров антиоксидантов и технологических добавок, которые могут вносится в композиты, можно упомянуть, например, полимеризованный 1,2-дигидро-2,2,4-триметилквинолин, октадецил 3,5-дитрет-бутил-4-гидроксигидроцинна-мат, 4,4'-тио-бис-(3-метил-6-трет-бутилфенол),тио-диэтилен-бис-(3,5-дитрет-бутил-4-гидрокси) гидроциннамат, дистирил-тио-дипропионат, их смеси и подобные вещества. Такие антиоксиданты могут присутствовать в композитах в количестве от 0,4 до 2,0% по весу, а еще лучше от 0,4 до 0,75% по весу. Другие подходящие обычные антиоксиданты, которые могут быть использованы в композитах, включают пространственно неразвитые фонолы, фосфиты и определенные амины.

Технологические добавки могут вноситься в полимерные композиции с известными целями. Так, хотя технологические добавки не обязательно добиваются гомогенности смесей и снижения вязкости, они могут добавляться в композиты для дальнейшего улучшения этих свойств. Например, технологические добавки могут включать, но не ограничиваются, стеаратами металла, такими как стеарат цинка и стеарат алюминия, стеарат солей, стеариновая кислота, полисилоксаны, стеарамид, этилен-бисолиамид, этилен-бистеарамид, их смесями и другими подобными веществами. Технологические добавки при внесении в композиты обычно используются в количествах от 0,1 до 5,0 процентов по весу от общего веса полимерного композита.

Полимерные композиты могут производиться с помощью обычных машин и способов, производящих желаемый конечный полимерный продукт. Композиты могут приготавливаться с помощью одноразового смешения или непрерывного процесса перемешивания, которые хорошо известны в технике. Для перемешивания ингредиентов композиции может использоваться оборудование, такое как, например, смесители Банбури, месильная машина Басса и двойные винтовые экструдеры. В частности, полимерные композиты могут смешиваться и формироваться в гранулы для дальнейшего использования в производстве таких материалов, как изолированные электрические проводники.

Полимерные композиты могут применяться в любом продукте, которому подходят свойства этого полимерного композита. Например, полимерные композиты особенно полезны при изготовлении устройств, проводящих электричество, а именно изолированных электрических проводников, таких как электрические провода, кабели, экраны для силовых электрических кабелей, электрический монтаж. В зависимости от проводимости полимерного композита они могут использоваться, например, в качестве полупроводящего материала или как изолирующий материал в таких проводах и кабелях. Очень желательно, чтобы полупроводящий экран из полимерного композита формировался непосредственно на внутреннем электрическом проводнике как экран проводника или поверх изолирующего материала как связывающийся или легко отслаивающийся экран или как материал внешней оболочки. Такие сажи в определенных полимерных композитах могут быть также использованы в качестве наполнителя в скрученных кабелях либо как проводящий или как непроводящий материал.

В целях обеспечения наглядности на чертеже изображен типичный пример устройства, проводящего электричество, - элемент электрического кабеля. На чертеже показан типичный силовой кабель, состоящий из проводящего сердечника или проводника (например, в виде множества проводящих проволочек), окруженных несколькими защитными слоями. Проводящий сердечник или проводник могут дополнительно содержать наполняющий материал, находящийся между проводящими проволочками, например водоизоляционный материал. Как показано на чертеже, защитные слои включают внешнюю оболочку, экран из металлической ленты и полупроводящий экран, расположенные под оболочкой, изолирующий слой или изоляцию, расположенную под экраном в виде металлической ленты и полупроводящим экраном, и дополнительный полупроводящий экран [экраны], расположенный между проводником и изоляцией.

Когда полиэтиленгликоль используется для обработки сажи, полимерные композиты, содержащие эту обработанную сажу, обладают свойствами, являющимися уникальными и отличающимися от рассмотренных выше, в которых полиэтиленгликоль смешивается непосредственно с полимерным композитом. Эта разница в свойствах может наблюдаться, например, в полимерной композиции, включающей сажу, обработанную полиэтиленгликолем, при сравнении с полимерными композициями, включающими сажу и полиэтиленгликоль, смешанными непосредственно в композиции. Ниже описывается эта разница для полимерного композита, включающего по крайней мере одну полиолефиновую смолу, антиоксидант, отвердитель, сажу и соединение полиэтиленгликоля либо в виде добавки, либо в виде соединения для обработки сажи.

Прямое внесение соединения полиэтиленгликоля в полимерную композицию уменьшает время до 50% отверждения и 90% отверждения (t_c(50) и t_c(90) соответственно). Далее, прямое внесение соединения полиэтиленгликоля снижает время подвулканизации (t_s2) полимерного композита. Дальнейшее увеличение соотношения добавки соединения полиэтиленгликоля ухудшает эти результаты. Однако эти изменения не наблюдаются в полимерном композите, включающем сажу, обработанную соединением полиэтиленгликоля. Увеличенные время отверждения и подвулканизации являются предпочтительными, например, для предотвращения преждевременного отверждения и подвулканизации и, таким образом, предотвращения закупоривания оборудования или сокращения объемов выхода.

Удельное объемное сопротивление полимерных композитов может также неожиданно меняться при использовании соединения полиэтиленгликоля в качестве соединения для обработки сажи. В частности, существует взаимосвязь с уровнем добавки соединений полиэтиленгликоля в качестве гранулирующей добавки сажи. Увеличение соединения полиэтиленгликоля при обработке сажи значительно увеличивает удельное объемное сопротивление полимерного композита выше температурного диапазона в некоторых полимерных системах и при этом уменьшает удельное объемное сопротивление в других полимерных системах. Таким образом, удельное объемное сопротивление оказывается зависимым от содержания смолы. Увеличение уровня соединения полиэтиленгликоля, используемого для обработки сажи, еще больше расширяет эти результаты.

Использование обработанной сажи также влияет на вязкость экструзии в процессе производства полимерных композитов. Например, использование обработанной сажи в полимерных композитах с высокой вязкостью значительно снижает вязкость композита при сохранении объема выпуска. Далее, поскольку во время процесса увеличивается степень сдвига, повышенный уровень соединения полиэтиленгликоля в обработанной саже еще больше снижает вязкость при сохранении объемов выхода. Эти результаты лучше результатов, получаемых при непосредственн