КАБЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ЗАЛИВОЧНУЮ КОМПОЗИЦИЮ
CABLE CONTAINING A FILLING COMPOSITION

Область техники
Данное изобретение относится к заливочным композициям. В одном аспекте данное изобретение относится к заливочным композициям, содержащим полиолефиновый эластомер и масло, при этом в другом аспекте данное изобретение относится к заливочной композиции, в которой масло получено из природного источника, например, из растения, животного или водорослей.
Уровень техники
Заливочные композиции представляют собой материалы, предназначенные для заполнения пустот в телекоммуникационных кабелях, например, пустот, которые, как правило, обнаруживаются вокруг и в промежутках между буферными трубками, широко используемыми в волоконно-оптических кабелях. Кроме того, эти композиции могут быть использованы в качестве заполняющих материалов для подвешивания и защиты оптических волокон внутри буферных трубок. Заливочные композиции являются свободно текучими при высоких температурах (например, при температурах, которые используются при заполнении телекоммуникационного кабеля) и легко становятся вязкими при более низких температурах во избежание стекания при комнатной температуре. Кроме того, легко очищаемые и простые в уходе заливочные композиции являются желательными для простоты установки и предотвращения загрязнения окружающей среды. Хотя были достигнуты успехи в области техники заливочных соединений, улучшения все же желательны.
Другим важным свойством заливочной композиции является ее совместимость с полимерными материалами, используемыми в кабельных конструкциях, например, с полиолефином, т.е. низкое поглощение геля для хорошего сохранения свойств и долговечности кабеля. Современные коммерческие заливочные соединения основаны на синтетических углеводородах; они представляют собой грязные, похожие на твердый жир/воск материалы, которые прилипают к поверхностям, соприкасающимся с ними. В случае разлива они не являются экологически безвредными. Проволочная и кабельная промышленность имеет постоянный интерес к заливочным композициям, которые обладают пониженной липкостью, пониженным впитыванием в материалы, используемые в производстве кабельных компонентов, например, буферных трубок, оболочек и т.д., и являются более благоприятными для окружающей среды.
Сущность изобретения
В одном из вариантов осуществления данное изобретение представляет собой заливочную композицию, содержащую, в процентах по массе (% мас.), в расчете на массу композиции:
10-80 мас.% первого компонента, содержащего полиолефиновый эластомер; а также
20-90 мас.% второго компонента, содержащего жидкость на биологической основе.
В одном из вариантов осуществления изобретения заливочная композиция дополнительно содержит одну или большее количество добавок, например, противоокислитель, тиксотропную добавку и т.д. В одном из вариантов осуществления изобретения второй компонент представляет собой смесь жидкостей на биологической основе и масло на нефтяной основе.
Краткое описание графических материалов
На фиг. 1 проиллюстрирован вид в поперечном разрезе волоконно-оптического кабеля со свободной буферной трубкой.
На фиг. 2 проиллюстрирована диаграмма, показывающая маслопоглощение, в процентах по массе, в HDPE (полиэтилене высокой плотности) и cPP (сополимере полипропилена).
На фиг. 3 проиллюстрирована диаграмма, показывающая маслопоглощение, в процентах по массе, в HDPE и cPP в зависимости от общего процента ненасыщенности масла.
Подробное описание предпочтительного варианта осуществления изобретения
Определения
Для целей патентной практики Соединенных Штатов содержание любого ссылочного патента, патентной заявки или публикации включено в виде ссылки в полном объеме (или его эквивалентная версия в США включена в виде ссылки), особенно в отношении раскрытия определений (в той степени, в которой это не противоречит каким-либо определениям, конкретно указанным в данном раскрытии) и общих знаний в данной области техники.
Любая ссылка на Периодическую таблицу элементов представляет собой таковую, опубликованную в CRC Press, Inc., 1990-1991 гг. Ссылка на группу элементов в этой таблице осуществляется посредством новой записи для групп нумерации.
Если не указано иное, или неявно определено из контекста, или принято в данной области техники, все части и проценты основаны на массе, и все способы испытаний являются принятыми на момент подачи данной заявки.
Числовые диапазоны в данном раскрытии включают в себя все значения, а также включают в себя нижнее и верхнее значения. Для диапазонов, содержащих явные значения (например, 1 или 2; или от 3 до 5; или 6; или 7), включен любой поддиапазон между любыми двумя явными значениями (например, от 1 до 2; от 2 до 6; от 5 до 7; от 3 до 7; 5-6 и т.д.).
Термины «содержащий», «включающий в себя», «имеющий» и их производные не предназначены для исключения присутствия какого-либо дополнительного компонента, стадии или процедуры, независимо от того, раскрыты они конкретно или нет. Для полной ясности все композиции, заявленные в данном описании посредством использования термина «содержащий», могут включать в себя любую дополнительную добавку, адъювант или соединение, полимерные или иные, если не указано иначе. Напротив, термин «состоящий по существу из» исключает из объема любого последующего указания любой другой компонент, стадию или процедуру, кроме тех, которые не являются существенными для работоспособности. Термин «состоящий из» исключает любой компонент, стадию или процедуру, которым не было дано конкретное определение или которые не были перечислены. Термин «или», если не указано иное, относится к перечисленным членам по отдельности, а также в любой комбинации. Использование единственного числа включает в себя использование множественного числа и наоборот.
«Жидкость на биологической основе» и подобные термины означают жидкость, полученную из биологического источника, например, из растения, животного, бактерий, дрожжей, водорослей и т.п. Жидкости на биологической основе могут содержать одну жидкость на биологической основе, т.е. жидкость, полученную из одного биологического источника, или смесь двух или большего количества жидкостей на биологической основе, т.е. жидкость, полученную из двух или большего количества биологических источников. Жидкости на биологической основе являются жидкими в условиях окружающей среды (при 23°C и атмосферном давлении) или имеют воскоподобную консистенцию в условиях окружающей среды (при 23°C и атмосферном давлении) и становятся жидкими при нагревании.
«Проволока» и подобные термины означают одну жилу токопроводящего металла, например, меди или алюминия, или одну жилу оптического волокна.
«Кабель», «кабель электропитания» и подобные термины означают по меньшей мере один провод или оптическое волокно внутри оплётки, например, изоляционное покрытие или защитную наружную оболочку. Как правило, кабель представляет собой два или большее количество проводов или оптических волокон, связанных вместе, как правило, в общем изоляционном покрытии и/или защитной оболочке. Отдельные провода или волокна внутри оплётки могут быть неизолированными, покрытыми или изолированными. Комбинированные кабели могут содержать как электрические провода, так и оптические волокна. Кабель может быть выполнен с возможностью применения в условиях низкого, среднего и/или высокого напряжения. Типовые конструкции кабелей проиллюстрированы в патентах США 5246783; 6496629 и 6714707.
«Остаток», когда он относится к мономеру, означает ту часть молекулы мономера, которая находится в молекуле полимера в результате полимеризации с другой молекулой мономера или сомономера с образованием молекулы полимера.
«Композиция» и подобные термины означают смесь или комбинацию двух или большего количества компонентов.
В одном из вариантов осуществления данное изобретение представляет собой заливочную композицию, содержащую, в процентах по массе (% мас.), в расчете на массу композиции:
10-80 мас.% первого компонента, содержащего полиолефиновый эластомер; а также
20-90 мас.% второго компонента, содержащего жидкость на биологической основе.
Полиолефиновый эластомер
Первым компонентом заливочных композиций по данному изобретению является полиолефиновый эластомер. Как известно в данной области техники, «эластомер» представляет собой полимер, который испытывает большие упругие деформации при относительно низком напряжении. Эластомеры могут быть термопластичными либо термоотверждаемыми. «Термопластичные эластомеры» представляют собой эластомеры, имеющие термопластичные свойства. То есть термопластичные эластомеры, необязательно, прессуют или иным образом формуют и подвергают вторичной обработке при температурах выше их температуры плавления или размягчения. Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, представляют собой термопластичные эластомеры.
«Полиолефиновый эластомер» представляет собой эластомерный полимер, содержащий остатки альфа-олефиновых («α-олефиновых») мономеров. В различных вариантах осуществления изобретения полиолефиновые эластомеры состоят только из остатков α-олефинового мономера, включая этилен. Такие полиолефиновые эластомеры могут быть гомополимерами либо интерполимерами. Используемый в данном документе термин «полимер» означает макромолекулярное соединение, полученное посредством взаимодействия (т.е. полимеризации) мономеров одного и того же или различного типа, и включает в себя гомополимеры и интерполимеры. Термин «интерполимер» означает полимер, полученный полимеризацией по меньшей мере двух разных типов мономеров. Этот общий термин включает в себя сополимеры (обычно используемые для обозначения полимеров, полученных из двух разных типов мономеров), и полимеры, полученные из более чем двух разных типов мономеров (например, терполимеры (три разных типа мономеров) и тетраполимеры (четыре разных типа мономеров) и т.д.). Используемый в данном документе термин «гомополимер» обозначает полимер, содержащий повторяющиеся звенья, полученные из одного типа мономера, но не исключает остаточные количества других компонентов, используемых при получении гомополимера, например, регуляторов степени полимеризации.
3-20
3-20
Полиолефиновые эластомеры включают в себя как полиолефиновые гомополимеры, так и интерполимеры. Примерами полиолефиновых гомополимеров являются гомополимеры этилена и пропилена. Примерами полиолефиновых интерполимеров являются интерполимеры этилена и α-олефинов и интерполимерыпропилена и α-олефинов.В таких вариантах осуществления изобретения α-олефин может представлять собой линейный, разветвленный или циклический α-олефин C (для интерполимеров пропилена и α-олефинов этилен рассматривается как α-олефин).Примеры α-олефинов C включают в себя: пропен, 1-бутен, 4-метил-1-пентен, 1-гексен, 1-октен, 1-децен, 1-додецен, 1-тетрадецен, 1-гексадецен и 1-октадецен. α-Олефины также могут содержать циклическую структуру, например, циклогексан или циклопентан, в результате чего образуется α-олефин, например, 3-циклогексил-1-пропен (аллилциклогексан) и винилциклогексан. Наглядные полиолефиновые сополимеры включают в себя: сополимер этилена с пропиленом, этилена с бутеном, этилена с 1-гексеном, этилена с 1-октеном и т.п. Наглядные терполимеры включают в себя: терполимеры этилена с пропиленом с 1-октеном, этилена с пропиленом с бутеном и этилена с бутеном с 1-октеном. В одном из вариантов осуществления изобретения полиолефиновый эластомер представляет собой сополимерэтилена с октеном. Кроме того, сополимеры могут быть неупорядоченными или блочными.
Полиолефиновые эластомеры также могут содержать одну или большее количество функциональных групп, например, ненасыщенного сложного эфира, кислотную или силановую, и эти эластомеры (полиолефины) хорошо известны и могут быть получены обычными методами при высоком давлении. Ненасыщенными эфирами могут быть алкилакрилаты, алкилметакрилаты или винилкарбоксилаты. Алкильные группы могут иметь от 1 до 8 атомов углерода и предпочтительно имеют от 1 до 4 атомов углерода. Карбоксилатные группы могут иметь от 2 до 8 атомов углерода и предпочтительно имеют от 2 до 5 атомов углерода. Часть сополимера, относящаяся к сложноэфирному сомономеру, может составлять от 1 до 50 процентов по массе в расчете на массу сополимера. Примерами акрилатов и метакрилатов являются этилацетат, метилакрилат, метилметакрилат, трет-бутилакрилат, н-бутилакрилат, н-бутилметакрилат и 2-этилгексилакрилат. Примерами винилкарбоксилатов являются винилацетат, винилпропионат и винилбутаноат. Примеры ненасыщенных кислот включают в себя акриловые кислоты или малеиновые кислоты. Одним из примеров ненасыщенного силана является винилтриалкоксисилан.
Функциональные группы также могут быть включены в полиолефиновый эластомер посредством прививки, которая может быть осуществлена, как широко известно в данной области техники. В одном из вариантов осуществления изобретения прививка может происходить посредством свободнорадикальной функционализации, которая, как правило, включает в себя смешивание в расплаве полиолефинового эластомера, инициатора свободных радикалов (например, пероксида или т.п.) и соединения, содержащего функциональную группу. В процессе смешивания в расплаве инициатор свободных радикалов вступает в реакцию (реакционноспособное смешивание в расплаве) с полиолефиновым эластомером с образованием полимерных радикалов. Соединение, содержащее функциональную группу, связывается с основной цепью полимерных радикалов с образованием функционализированного полимера. Примеры соединений, содержащих функциональные группы, включают в себя, но не ограничиваются ими: алкоксисиланы (например, винилтриметоксисилан, винилтриэтоксисилан) и винилкарбоновые кислоты и ангидриды (например, малеиновый ангидрид).
™
Коммерческие примеры полиолефиновых эластомеров, используемых в данном документе, включают в себя полиэтилен очень низкой плотности («VLDPE») (например, FLEXOMER™ этилен/1-гексен полиэтилен, производимый компанией The Dow Chemical Company); гомогенно разветвленные линейные сополимеры этилена и α-олефина (например, TAFMER™ от Mitsui Petrochemicals Company Limited и EXACT от Exxon Chemical Company); гомогенно разветвленные, по существу линейные сополимеры этилена и α-олефина (например, полиэтилен AFFINITY™ и ENGAGE™, доступный от The Dow Chemical Company); аморфные полиолефины (APO) (например, аморфный пропиленовый гомополимер EASTOFLEX™, доступный от Eastman Chemical Company); и комбинации вышеуказанных. В различных вариантах осуществления изобретения полиолефиновые эластомеры представляют собой гомогенно разветвленные линейные и по существу линейные сополимеры этилена. По существу линейные сополимеры этилена являются особенно предпочтительными и более подробно описаны в патентах США 5272236; 5278272 и 5986028. В другом варианте осуществления изобретения полиолефиновые эластомеры представляют собой аморфные полиолефины, например те, которые более подробно описаны в Публикации США № 2004/0081795.
Полиолефиновые эластомеры, используемые в данном документе, также включают в себя сополимеры на основе пропилена, бутена и других алкенов. Такие сополимеры содержат в большинстве (т.е. более 50 процентов по массе («мас.%»)) звенья, полученные из алкена (например, пропилена), и в меньшинстве звенья, полученные из другого α-олефина (включая этилен). В одном из вариантов осуществления изобретения полиолефиновый эластомер включает в себя сополимер на основе пропилена. В дополнительных вариантах осуществления изобретения полиолефиновый эластомер содержит сополимер пропилена и этилена. Типовые сополимеры на основе пропилена, используемые в данном документе, включают в себя полимеры VERSIFY™, доступные от The Dow Chemical Company, и полимеры VISTAMAXX™, доступные от ExxonMobil Chemical Company.
Полиолефиновые эластомеры могут также включать в себя этилен-пропилен монодиеновые («EPDM») эластомеры и хлорированные полиэтилены («CPE»). Коммерческие примеры подходящих EPDM включают в себя EPDM NORDEL™, доступные от The Dow Chemical Company. Коммерческие примеры подходящих CPE включают в себя CPE TYRIN™, доступные от The Dow Chemical Company.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения полиолефиновый эластомер выбран из группы, состоящей из полиолефиновых эластомеров на основе этилена, полиолефиновых эластомеров на основе пропилена и комбинаций вышеуказанных. В таких вариантах осуществления изобретения полиолефиновый эластомер на основе этилена может иметь содержание этилена, составляющее более чем 50% мас. или более чем 60% мас. в расчете на всю массу полиолефинового эластомера на основе этилена, с остатком, состоящим из одного или большего количества альфа-олефиновых мономеров. Кроме того, полиолефиновый эластомер на основе этилена может иметь содержание этилена в диапазоне от более чем 50% мас. до 90% мас. или от 60% мас. до 75% мас. в расчете на всю массу полиолефинового эластомера на основе этилена, с остатком, состоящим из одного или большего количества альфа-олефиновых мономеров. В различных вариантах осуществления изобретения альфа-олефиновый мономер представляет собой октен.
Кроме того, когда полиолефиновый эластомер основан на пропилене, он может иметь содержание пропилена, составляющее более чем 50% мас., более чем 70% мас. или более чем 90% мас. в расчете на всю массу полиолефинового эластомера на основе пропилена, с остатком, состоящим из одного или большего количества альфа-олефиновых мономеров (включая этилен). Кроме того, полиолефиновый эластомер на основе пропилена может иметь содержание пропилена в диапазоне от более чем 50 до 99% мас., от 70 до 98% мас. или от 90 до 97% мас., в расчете на всю массу полиолефинового эластомера на основе пропилена, с остатком, состоящим из одного или большего количества альфа-олефиновых мономеров (включая этилен). В различных вариантах осуществления изобретения, если полиолефиновый эластомер основан на пропилене, то альфа-олефиновый сомономер представляет собой этилен. Неограничивающие примеры подходящего полиолефинового эластомера на основе пропилена включают в себя сополимер пропилена и гомополимер пропилена.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения полиолефиновый эластомер включает в себя сополимер этилена с октеном и аморфный гомополимер пропилена.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения полиолефиновый эластомер включает в себя сополимер пропилена с этиленом и аморфный гомополимер пропилена.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь степень кристалличности в диапазоне от 0,01 до менее чем 50% мас., от 0,5 до 40% мас. или от 10 до 35% мас., или от 11 до 32% мас .В других вариантах осуществления изобретения полиолефиновые эластомеры могут иметь степень кристалличности в диапазоне от 10 до менее чем 50% мас., от 10 до 40% мас. или от 20 до 35% мас. Степень кристалличности полиолефинового эластомера измеряется способом, описанным ниже в разделе «Способы испытаний».
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь вязкость по Брукфилду, составляющую 50000 сантипуаз («сП» или «сП») или менее, или в диапазоне от 1000 до 50000 сП, от 1000 до 40000 сП или от 1000 до 30000 сП, или от 1000 до 10000 сП. Вязкость по Брукфилду для полиолефиновых эластомеров определяется в соответствии с процедурой, предложенной ниже в разделе «Способы испытаний», при температуре 350°F (176,6°С) с использованием вискозиметра Брукфилда с термоплавким шпинделем SC-31.
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь среднечисловую молекулярную массу («Mn»), составляющую более чем 2000 г/моль, по меньшей мере 4000 г/моль или по меньшей мере 5000 г/моль. Кроме того, полиолефиновые эластомеры могут иметь Mn в диапазоне от 2000 до 60000 г/моль, или от 4000 до 50000 г/моль, или от 5000 до 35000 г/моль, или от 7000 до 20000 г/моль, или от 7000 до 15000 г/моль. Mn определяется в соответствии с методом гельпроникающей хроматографии, описанным ниже в разделе «Способы испытаний».
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь средневесовую молекулярную массу («Mw») в диапазоне от 1000 до 100000 г/моль, или от 5000 до 50000 г/моль, или от 8000 до 30000 г/моль. Mw определяется в соответствии с методом гельпроникающей хроматографии, описанным ниже в разделе «Способы испытаний».
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь коэффициент полидисперсности («PDI» или «Mw/Mn») в диапазоне от 0,2 до 20, от 0,5 до 10 или от 1 до 5.PDI определяется в соответствии с методом гельпроникающей хроматографии, описанным ниже в разделе «Способы испытаний».
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь плотность, составляющую менее чем 0,930 г/см, или менее чем 0,920 г/см, или менее чем 0,910 г/см, или менее чем 0,900 г/см. Кроме того, полиолефиновые эластомеры могут иметь плотность, составляющую по меньшей мере 0,850 г/см, или по меньшей мере 0,860 г/см, или по меньшей мере 0,870 г/см, или по меньшей мере 0,880 г/см, или по меньшей мере 0,890 г/см. Плотность определяется согласно стандарту ASTM D 792.
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь температуру плавления, составляющую по меньшей мере 50°С, или, по меньшей мере 55°С, или по меньшей мере 60°С, или по меньшей мере 65°С, или по меньшей мере 70°С, или по меньшей мере 75°С, или по меньшей мере 80°С, или по меньшей мере 85°С, или по меньшей мере 90°С, или по меньшей мере 95°С, или по меньшей мере 100°С. Температура плавления подходящих полиолефиновых эластомеров может быть вплоть до 120°С или 150°С, или вплоть до 155°С, или вплоть до 160°С. Температура плавления определяется в соответствии со способом, описанным ниже в разделе «Способы испытаний».
Подходящие для использования в контексте данного изобретения полиолефиновые эластомеры могут иметь значение B в диапазоне от 0,1 до 2,0, от 0,5 до 1,5 или от 0,7 до 1,0. Значение B определяется в соответствии со способом, описанным ниже в разделе «Способы испытаний».
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь температуру кристаллизации («Тс») в диапазоне от 30 до 100°С, или от 35 до 80°С, или от 50 до 75°С. Температура кристаллизации определяется в соответствии со способом, описанным ниже в разделе «Способы испытаний».
Полиолефиновые эластомеры, подходящие для использования в контексте данного изобретения, могут иметь одно, несколько или все из следующих свойств:
степень кристалличности от 0,01, или от 10 до 35, или менее, чем 50% мас.;
вязкость по Брукфилду от 1000 до 7000 или 50000 сП;
Mn от 2000 или 7000 до 55000 или 60000 г/моль;
Mw от 1000 до 100000 г/моль;
Mw/Mn от 0,2 до 20;
3
плотность от 0,850 или 0,860 до 0,890 или 0,930 г/см;
температура плавления (Tm) от 50 или 55 до 155 или 160°С;
значение B от 0,1 до 2,0; и/или
температура кристаллизации (Тс) от 30 до 75 или 100°С.
3
3
Конкретным примером подходящего полиолефинового эластомера на основе этилена является сополимер этилена с октеном, имеющий вязкость по Брукфилду, составляющую 8200 сП, и плотность, составляющую 0,889 г/см. Конкретным примером подходящего полиолефинового эластомера на основе пропилена является сополимерпропилена с этиленом, имеющий вязкость по Брукфилду, составляющую 1000 сП, и плотность, составляющую 0,884 г/см.
Жидкость на биологической основе
Вторым компонентом заливочных композиций по данному изобретению является жидкость на биологической основе (также называемая маслом). При том, что любая жидкость на биологической основе может быть использована в практике данного изобретения, жидкости, полученные из растений или водорослей, являются предпочтительными. Обычные источники жидкостей на биологической основе, используемых в практике данного изобретения, включают в себя, но не ограничиваются ими: кокос, кукурузу, хлопковое семя, рапс (одной из разновидностей которого является масло канолы), маслины, арахис, сафлор, кунжут, соевые бобы, подсолнечник, горчицу и водоросли. Масло добывается и перерабатывается из биологического материала с использованием известных технологий и оборудования.
В одном из вариантов осуществления изобретения все или некоторые жидкости на биологической основе функционализируются известным способом с получением функционализированного масла, например, метилового эфира жирной кислоты (FAME) или метилового эфира эпоксидированной жирной кислоты (eFAME). «Метиловый эфир жирной кислоты» («FAME») представляет собой сложный эфир жирной кислоты, как правило, образующийся посредством переэтерификации масла, например, метанолом. «Метиловый эфир эпоксидированной жирной кислоты» («eFAME») представляет собой сложный эфир жирной кислоты, содержащий по меньшей мере одну эпоксидную группу. «Эпоксидная группа» представляет собой трехэлементный циклический эфир (также называемый оксираном или алкиленоксидом), в котором атом кислорода присоединен к каждому из двух атомов углерода, которые уже связаны друг с другом. Реакции эпоксидирования, как правило, проводят с перкарбоновыми кислотами или другими пероксисоединениями. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения жидкость на биологической основе содержит функционализированную жидкость на биологической основе. В одном из вариантов осуществления изобретения, если жидкость на биологической основе содержит функционализированную жидкость на биологической основе, то жидкость на биологической основе содержит от более чем 0 до 100% мас., или от 20 до 80% мас., или от 40 до 60% мас., или 50% мас. функционализированной жидкости на биологической основе, а также от 0 до менее чем 100% мас., или от 20 до 80% мас., или от 40 до 60% мас., или 50% мас. нефункционализированной жидкости на биологической основе, в расчете на общую массу жидкости на биологической основе. В другом варианте осуществления изобретения жидкость на биологической основе исключает функционализированные жидкости на биологической основе.
В одном из вариантов осуществления изобретения жидкость на биологической основе имеет уровень общей ненасыщенности, который составляет более чем 30%, или более чем 40%, или более чем 45%, или более чем 50%, или более чем 70%, или более чем 75%, или более чем 80%. В другом варианте осуществления изобретения жидкость на биологической основе имеет общий уровень ненасыщенности от 30%, или 40%, или 45%, или 50%, или 70%, или 75%, или 80%, или 85% до 90%, или 95% или 99%. Общий уровень ненасыщенности предложен в виде процента, представляющего совокупное количество полиненасыщенных жирных кислот и мононенасыщенных жирных кислот, присутствующих в жидкости на биологической основе, в расчете на общее количество жирной кислоты в жидкости на биологической основе. «Жирная кислота» представляет собой карбоновую кислоту с длинным алифатическим хвостом, которая является насыщенной либо ненасыщенной. Ненасыщенные жирные кислоты имеют одну или большее количество двойных связей между атомами углерода. «Мононенасыщенная жирная кислота» имеет одну двойную связь между атомами углерода. «Полиненасыщенная жирная кислота» имеет более чем одну двойную связь между атомами углерода. Насыщенные жирные кислоты не содержат двойных связей.
В таблице 1 приведены литературные данные о доле ненасыщенности для типовых растительных масел.
Таблица 1. Опубликованный в литературных источниках % ненасыщенности для различных растительных масел
Тип масла
Полиненасыщенные жирные кислоты (%)
Мононенасыщенные жирные кислоты (%)
Всего ненасыщенных жирных кислот (%)
Каноловое масло
33<sup>*</sup>
55<sup>*</sup>
88<sup>*</sup>
Сафлоровое масло
75<sup>*</sup>
12<sup>*</sup>
86<sup>*</sup>
Подсолнечное масло
66<sup>*</sup>
20<sup>*</sup>
86<sup>*</sup>
Подсолнечное масло (~65% линолевой кислоты)
65,7<sup>◊</sup>
19,5<sup>◊</sup>
85<sup>◊</sup>
Кукурузное масло
59<sup>*</sup>
24<sup>*</sup>
83<sup>*</sup>
Кукурузное масло
54,68<sup>◊</sup>
27,57<sup>◊</sup>
82<sup>◊</sup>
Оливковое масло
10,53<sup>◊</sup>
72,96<sup>◊</sup>
83<sup>◊</sup>
Оливковое масло
8<sup>*</sup>
74<sup>*</sup>
82<sup>*</sup>
Соевое масло
58<sup>*</sup>
23<sup>*</sup>
81<sup>*</sup>
Соевое масло
37,6<sup>◊</sup>
43,0<sup>◊</sup>
81<sup>◊</sup>
Кунжутное масло
41,7<sup>◊</sup>
39,7<sup>◊</sup>
81<sup>◊</sup>
Горчичное масло
21,2<sup>°</sup>
59,2<sup>°</sup>
80,4<sup>°</sup>
Арахисовое масло
32<sup>*</sup>
46<sup>*</sup>
78<sup>*</sup>
Арахисовое масло
32,0<sup>◊</sup>
46,2<sup>◊</sup>
78<sup>◊</sup>
Хлопковое масло
52<sup>*</sup>
18<sup>*</sup>
70<sup>*</sup>
Пальмовое масло
9*
37<sup>*</sup>
46<sup>*</sup>
Кокосовое масло
2<sup>*</sup>
6<sup>*</sup>
8<sup>*</sup>
Пальмоядровое масло
2<sup>*</sup>
11<sup>*</sup>
13<sup>*</sup>
Значения предложены в процентах, представляющих собой количество полиненасыщенных или мононенасыщенных жирных кислот в расчете на общее количество жирной кислоты в масле.
*
Источник: NutriStrategy, Fats, Cooking Oils and Fatty Acids, 2015 г., доступен по адресу http://www.nutristrategy.com/fatsoils.htm.
◊
Источник: Your Dictionary, Examples of Unsaturated Fats, доступен по адресу http://examples.yourdictionary.com/examples-of-unsaturated-fats.html.
°
Источник: United States Dep't of Ag., National Nutrient Database for Standard Reference Release 28: Basic Report: 04583, Oil, Mustard, май 2016 г., доступен по адресу https://ndb.nal.usda.gov/ndb/foods/show/719?manu=&fgcd=.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения масло на биологической основе может иметь температуру вспышки от 200°С, или 220°С, или 240°С, или 250°С, или 270°С, или 280°С, или 285°С до 300°С, или 315°С, или 320°С, или 350°С, измеренную согласно стандарту ASTM D92. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения масло на биологической основе может иметь температуру вспышки, составляющую более чем 200°С, или более чем 250°C, или более чем 280°C, или более чем 285°C, или более чем 290°C, или более чем 300°C, или более чем 310°C, или равную или более чем 315°C, измеренную согласно стандарту ASTM D92.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения масло на биологической основе при 40°С может иметь кинематическую вязкость, составляющую 500 сантистокс («сСт») или менее, или 200 сСт или менее, или 100 или менее, или 50 сСт или менее В одном из вариантов осуществления изобретения масло на биологической основе при 40°C имеет кинематическую вязкость от 10 сСт, или 15 сСт, или 20 сСт, или 30 сСт до 40 сСт, или 50 сСт, или 100 сСт, или 200 сСт, или 500 сСт. Вязкость масла на биологической основе измеряется согласно стандарту ASTM D445.
Жидкость на биологической основе, подходящая для использования в контексте данного изобретения, может иметь одно, несколько или все из следующих свойств:
общий уровень ненасыщенности от 30%, или 40%, или 45% до 95%, или 99%;
температура вспышки от 200, или 250, или 280 до 315, или 320, или 350°C; и/или
(с) кинематическая вязкость от 10 сСт, или 30 сСт до 50 сСт или 500 сСт.
В одном из вариантов осуществления изобретения масло на биологической основе представляет собой масло, полученное из единого биологического источника, например, из соевых бобов, или из кукурузы, или из водорослей и т.д. В одном из вариантов осуществления изобретения масло на биологической основе представляет собой смесь масел, полученных из двух или большего количества источников, например, из соевых бобов и кукурузы, или из соевых бобов и водорослей и т.д. Масло из водорослей, как правило, имеет общий уровень ненасыщенности, составляющий 90% или более.
В одном из вариантов осуществления изобретения второй компонент представляет собой комбинацию или смесь жидкости на биологической основе с маслом на нефтяной основе. Эти масла на нефтяной основе являются углеводородными маслами, известными в области заливочных композиций. Типовые примеры углеводородных масел включают в себя минеральные масла (например, парафиновые масла, нафтеновые масла и ароматические масла) и полиолефиновые масла с низким молекулярным весом (например, полибутеновое масло). В одном из вариантов осуществления изобретения углеводородное масло представляет собой парафиновое масло.
Углеводородное масло, если оно присутствует, может иметь среднечисловую молекулярную массу («Mn»), составляющую 2000 г/моль или менее, или 1000 г/моль или менее, или 800 г/моль или менее.
Углеводородное масло, если оно присутствует, при 40°C может иметь кинематическую вязкость, составляющую 500 сантистокс («сСт») или менее, или 200 сСт или менее, или 100 сСт или менее, или 50 сСт или менее. В одном из вариантов осуществления изобретения углеводородное масло, если оно присутствует, при 40°С имеет кинематическую вязкость, составляющую от 10 сСт, или 15 сСт, или 20 сСт до 30 сСт, или 40 сСт, или 50 сСт, или 100 сСт, или 200 сСт, или 500 сСт. Вязкость углеводородного масла измеряется согласно стандарту ASTM D445.
TM
Примером подходящего коммерчески доступного углеводородного масла является SUNPAR 110, которое имеет кинематическую вязкость, при 40°C составляющую 21,2 сСт, доступное от Sunoco Inc., Питсбург, Пенсильвания, США.
Если масло на нефтяной основе используется в комбинации с жидкостью на биологической основе, то, как правило, жидкость на биологической основе содержит по меньшей мере 5, более часто более чем 10, или более чем 30, или 40, или 50% мас. смеси жидкости на биологической основе и масла на нефтяной основе. В одном из вариантов осуществления изобретения, если масло на нефтяной основе используется в комбинации с жидкостью на биологической основе, то, как правило, жидкость на биологической основе содержит от 5, или 10, или 30, или 40, или 50 до 60, или 70, или 80, или 90, или 95, или 99% мас. смеси жидкости на биологической основе и масла на нефтяной основе.
2
6
8
10
2
14
20
В одном из вариантов осуществления изобретения второй компонент представляет собой комбинацию или смесь жидкости на биологической основе и поли-α-олефинового масла. «Поли-α-олефиновое масло» («масло PAO») представляет собой синтетическое соединение, полученное посредством полимеризации по меньшей мере одного α-олефина, и при 22°С и давлении в 1 атмосферу представляет собой жидкость.α-Олефин может быть любым α-олефином из раскрытых в данном документе, например, α-олефином C, C, C, C, C1, C, и C. Эти масла PAO известны в области заливочных композиций. Типовые примеры масел PAO включают в себя гидрированный гомополимер дец-1-ена (например, DURASYN™ 180I и DURASYN™ 180R, доступные от INEOS) и гидрированный полимер 1-тетрадецена с 1-додеценом (например, DURASYN™ 126, доступный от INEOS).
Масло PAO, если оно присутствует, может иметь кинематическую вязкость, при 40°C составляющую 1500 сантистокс («сСт») или менее, или 1000 сСт или менее, или 500 сСт или менее, или 200 сСт или менее, или 100 сСт или менее, или 50 сСт или менее, или 10 сСт или менее. В одном из вариантов осуществления изобретения масло PAO, если оно присутствует, то при 40°C имеет кинематическую вязкость от 10 сСт, или 15 сСт, или 20 сСт, или 30 сСт до 40 сСт, или 50 сСт, или 100 сСт, или 200 сСт, или 500 сСт, или 1000 сСт, или 1300 сСт, или 1500 сСт. Вязкость масла PAO измеряется согласно стандарту ASTM D445.
Если масло PAO используется в комбинации с жидкостью на биологической основе, то, как правило, жидкость на биологической основе содержит по меньшей мере 5, более типично более чем 10, или более чем 20, или 30, или 40, или 50, или 60 или 70, или 75, или 80, или 85% мас. смеси жидкости на биологической основе и масла PAO. В одном из вариантов осуществления изобретения, если масло PAO используется в комбинации с жидкостью на биологической основе, то, как правило, жидкость на биологической основе содержит от 5, или 10, или 14, или 20, или 30, или 40, до 50, или 60, или 70, или 75, или 80, или 90, или 95, или 99% мас. смеси жидкости на биологической основе и масла PAO.
Добавки
В одном из вариантов осуществления изобретения заливочная композиция, необязательно, может содержать одну или большее количество добавок, выбранных, например, из указанных, но не ограничиваясь ими: противоокислители, модификаторы реологии (например, тиксотропные добавки), стабилизаторы (например, УФ-стабилизаторы), минеральные наполнители, полимерные наполнители и их комбинации.
Противоокислители, когда они используются, могут присутствовать в любом обычном количестве, например, в количестве в диапазоне от 0,01 до 1% мас. или от 0,01 до 0,3% мас., в расчете на общую массу заливочной композиции. Подходящие противоокислители включают в себя, но не ограничиваются ими: стерически затрудненные фенолы, например, тетракис[метилен(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксигидроциннамат)]метан; бис[(бета-(3,5-дитрет-бутил-4-гидроксибензил)метил-карбоксиэтил)]-сульфид, 4,4'-тиобис(2-метил-6-трет-бутилфенол), 4,4'-тиобис(2-трет-бутил-5-метилфенол), 2,2'-тиобис(4-метил-6-трет-бутилфенол) и тиодиэтилен-бис(3,5-ди-трет-бутил-4-гидрокси)-гидроциннамат; фосфиты и фосфониты, например, трис(2,4-ди-трет-бутилфенил) фосфит и ди-трет-бутилфенил-фосфонит; тиосоединения, например, дилаурилтиодипропионат, димиристилтиодипропионат и дистеарилтиодипропионат; различные силоксаны; полимеризованный 2,2,4-триметил-1,2-дигидрохинолин, н,н'-бис(1,4-диметилпентил-п-фенилендиамин), алкилированные дифениламины, 4,4'-бис(альфа,альфа-диметилбензил)дифениламин, дифенил-п-фенилендиамин, смешанные ди-арил-п-фенилендиамины и другие антидеграданты или стабилизаторы из стерически затрудненных аминов. В одном из вариантов осуществления изобретения противоокислитель представляет собой [3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат], коммерчески доступный как IRGANOX™ 1035 от BASF.
Тиксотропные добавки, когда они используются, могут присутствовать в любом обычном количестве, например, в количестве в диапазоне от более чем 0 до 5, или 6% мас., в расчете на общую массу заливочной композиции. Пример подходящей тиксотропной добавки включает в себя, но не ограничивается им, пирогенный диоксид кремния. Подходящие коммерческие тиксотропные добавки включают в себя, но не ограничиваются ими: продукты AEROSIL™ от Evonik Corp. Подходящие коммерческие тиксотропные добавки также поставляют BYK Industries и Kusumoto Chemicals.
В различных вариантах осуществления изобретения заливочная композиция может не содержать или по существу не содержать тиксотропных добавок. Используемый в данном документе термин «по существу не содержит» означает концентрацию, составляющую менее чем 10 частей на миллион по массе в расчете на общую массу заливочной композиции.
В различных вариантах осуществления изобретения заливочная композиция может содержать один или большее количество наполнителей. Такие наполнители включают в себя, но не ограничиваются ими: полые микросферы (например, стеклянные или полимерные), минеральные неорганические соединения, полимерные наполнители и т.п. При использовании, наполнители могут присутствовать в любом обычном количестве, например, в количестве в диапазоне от более чем 0 вплоть до 60% мас.
Заливочная композиция
Заливочная композиция может быть получена простыми методами компаундирования, известными в данной области техники. Например, полиолефиновый эластомер, жидкость на биологической основе (включая любое масло на нефтяной основе) и любые необязательные добавки могут быть компаундированы в жидкостном рабочем смесителе с контролем температуры. Например, ингредиенты могут быть компаундированы в смесителе периодического или непрерывного действия. Подходящие смесители периодического действия включают в себя, но не ограничиваются ими: перемешиватели в резервуаре и мешалки Banbury™, Silverson™, Dynamix™ и смесители периодического действия Littleford™. Смесители непрерывного действия включают в себя двухшнековые и одношнековые экструдеры, смесители Farrel™ и совместные смесители Buss™.
Вышеописанный полиолефиновый эластомер или его смеси может присутствовать в заливочном соединении в количестве в диапазоне от 10 до 80% мас., от 20 до 60% мас., или от 20 до 40% мас., или от 25 до 40% мас. %, или от 20 до 30% мас., или от 30 до 50% мас., в расчете на совокупную массу полиолефинового эластомера и жидкости на биологической основе (включая любое масло на нефтяной основе).
Вышеописанная жидкость на биологической основе (включая любое масло на нефтяной основе и/или PAO (полиальфаолефиновое) масло) может присутствовать в заливочной композиции в количестве в диапазоне от 5 до 90% мас., или от 20 до 80% мас., или от 40 до 70% мас., или от 50 до 80% мас., или от 60 до 75% мас., в расчете на совокупную массу полиолефинового эластомера и жидкости на биологической основе. В одном из вариантов осуществления изобретения, если масло PAO и/или масло на нефтяной основе используется в комбинации с жидкостью на биологической основе, то, как правило, жидкость на биологической основе содержит от 5, или 10, или 14, или 20, или 30, или 40 до 50, или 60, или 70, или 75, или 80, или 90, или 95, или 99% мас. смеси жидкости на биологической основе и масла PAO и/или масла на нефтяной основе.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения полученная заливочная композиция может иметь кажущуюся вязкость в диапазоне от 20 до равной или более чем 1000 сантипуаз («сП»), от 50 до 1000 сП, от 200 до 800 сП или от 300 до 600 сП, измеренную при 150°C согласно стандарту ASTM D3236. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения полученная заливочная композиция может иметь кажущуюся вязкость от 20 сП, или 30 сП, или 40 сП, или 45 сП, или 50 сП до 60 сП, или 70 сП, или 80 сП, или 90 сП, или 100 сП, или 110 сП, или 120 сП, или 130 сП, или 140 сП, или 150 сП, или 160 сП, или 170 сП, или 180 сП, или 190 сП, или 200 сП, или 225 сП, или 250 сП, или 280 сП, или 300 сП, измеренную при 150°C согласно стандарту ASTM D3236.
В различных вариантах осуществления изобретения заливочная композиция может иметь точку росы, составляющую по меньшей мере 65°С, или по меньшей мере 70°С, или по меньшей мере 75°С, или по меньшей мере 80°С, или по меньшей мере 90°С, или по меньшей мере 100°С, или по меньшей мере 110°С, или по меньшей мере 120°С.В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения заливочная композиция имеет точку росы от более чем 90°C, или более чем 100°C, или более чем 110°C до 120°C, или 130°C, или 140°C, или 150°C, или 160°C, или 200°C. Точка росы определяется согласно стандарту ASTM D127.
В различных вариантах осуществления изобретения заливочная композиция может иметь маслоотделение при выдерживании в течение 24 часов при 21°С, составляющее менее чем 0,1, или менее чем 0,05, или менее чем 0,01. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения заливочная композиция имеет маслоотделение при выдерживании в течение 24 часов при 21°С, составляющее от 0 до 0,01, или 0,05, или менее чем 0,1. В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения заливочная композиция не имеет (т.е. 0) маслоотделения при выдерживании в течение 24 часов при 21°С. Маслоотделение определяется согласно стандарту ASTM D1742.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения заливочная композиция содержит:
от 10, или 20 до 40, или 50, или 80% мас. первого компонента, содержащего полиолефиновый эластомер; и
от 20, или 50, или 60 до 70, или 75, или 90% мас. второго компонента, содержащего жидкость на биологической основе, причем жидкость на биологической основе имеет уровень общей ненасыщенности от 30%, или 40 %, или 45% до 95%, или 99%; а также
заливочная композиция имеет одно, несколько или все из следующих свойств:
кажущаяся вязкость от 20, или от 50 до 250, или 280 сП3, или 300 сП3 при 150°С;
точка росы от более чем 90°С, или более чем 100°С, или более чем 110°С до 120°С, или 130°С, 200°С; и/или
маслоотделение при выдерживании в течение 24 часов при 21°С от 0 до 0,01 или менее чем 0,1.
Понятно, что сумма компонентов в композиции дает выход 100 процентов по массе.
Волоконно-оптический кабель
В различных вариантах осуществления изобретения может быть изготовлен волоконно-оптический кабель, также известный как оптоволоконный кабель, который содержит по меньшей мере одно оптическое волокно, множество буферных трубок и вышеописанную заливочную композицию.
Вид в поперечном сечении обычного оптоволоконного кабеля со свободной буферной трубкой проиллюстрирован на фиг. 1. В этой конструкции оптоволоконного кабеля 1 буферные трубки 2 расположены радиально вокруг центрального силового элемента 4 с винтовым поворотом к трубкам в осевом направлении. Спиральное вращение позволяет изгибать кабель без значительного растяжения трубки или оптических волокон 6.
Если требуется уменьшенное количество буферных трубок, то в качестве недорогих прокладок можно использовать вспененные стержни-наполнители, чтобы занимать одно или большее количество положений 10 пустых буферных трубок для поддержания геометрии кабеля. Оболочка 14 кабеля, как правило, может быть изготовлена из материала на основе полиэтилена.
Вышеописанная заливочная композиция может быть использована для заполнения пустых пространств 8, окружающих оптические волокна 6 внутри буферных трубок 2. Кроме того, заливочная композиция может быть использована для заполнения пустот, окружающих и находящихся между буферными трубками 2, но внутри оболочки 14 кабеля. Заливочная композиция обеспечивает суспензию и защиту, необходимые в непосредственно окружающей волокна среде, включая устранение воздушного пространства. Заливочная композиция также обеспечивает барьер против проникновения воды, которая ухудшает характеристики оптической передачи.
Возможны многие другие конструкции буферных трубок. Размер и материалы конструкции для центрального элемента прочности и растяжения, размеры и количество буферных трубок, а также использование металлических оплёток и множества слоев материала оболочки являются одними из элементов конструкции. Такие конструкции, включающие в себя заливочную композицию, рассматриваются в объеме данного раскрытия.
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения буферные трубки образованы из сополимера полипропилена (cPP) (например, Escorene™ 7132, блок-сополимера, доступного от Exxon Chemical Company).
3
3
3
3
В одном или большем количестве вариантов осуществления изобретения оболочка кабеля сформирована из полиэтилена высокой плотности (HDPE) (например, DGDA-6318BK, доступного от The Dow Chemical Company, имеющего плотность 0,954 г/см). «Полиэтилен высокой плотности» (или «HDPE») представляет собой полимер на основе этилена, имеющий плотность, составляющую по меньшей мере 0,94 г/см или по меньшей мере от 0,94 г/см до 0,98 г/см. HDPE имеет индекс расплава от 0,1 г/10 мин до 25 г/10 мин, измеренный согласно стандарту ASTM D 1238, в условиях190°С/2,16 кг.
Оптоволоконный кабель, например, описанный выше, как правило, может быть изготовлен в виде серий последовательных производственных стадий. Оптические передающие волокна, как правило, изготавливают на начальной стадии. Волокна могут иметь полимерное покрытие для механической защиты. Эти волокна могут быть собраны в пучки или конфигурации ленточного кабеля или могут быть включены в кабель непосредственно при его производстве.
Оптические защитные компоненты могут быть изготовлены с использованием экструзионного производственного процесса. Как правило, одношнековый экструдер для пластификации подает под давлением расплавленный и смешанный полимер в проволоку и кабельную поперечную головку экструдера. Поперечная головка экструдера поворачивает поток расплава перпендикулярно экструдеру и формирует поток в расплавленный компонент. Для буферных и сердцевинных трубок одно или большее количество оптических волокон или волоконных сборок и заливочная композиция подаются в заднюю часть поперечной головки экструдера и выходят из поперечной головки экструдера внутрь расплавленной трубки, которая затем охлаждается и затвердевает в водосточной системе. Этот компонент в конечном итоге собирается как готовый компонент на приемной бобине.
Для изготовления компонентов, состоящих из двух или большего количества слоев материала, как правило, должны быть отдельные пластифицирующие экструдеры, подающие расплавленные композиции в многослойную поперечную головку экструдера, где они формируются в желаемую многослойную конструкцию.
Элементы с прорезями в сердцевине и другие профильные экструзионные компоненты, как правило, экструдируют в процессе экструзии аналогичных профилей, включающих в себя соответствующую формующую головку, а затем объединяют с компонентами из оптического волокна для изготовления готового кабеля.
Для контроля избыточной длины волокна используется система натяжения для подачи компонентов волокна в процесс изготовления трубки. Кроме того, выбор материалов компонентов, оборудование для экструзии трубок и поперечной головки экструдера, а также условия обработки оптимизированы для получения готового компонента, где послеэкструзионная усадка не приводит к чрезмерному провисанию компонентов оптического волокна.
Экструдированные оптические защитные компоненты вместе с другими компонентами, например, с центральными компонентами, оплёткой, обмоткой затем впоследствии обрабатывают в одну или большее количество стадий для получения готовой кабельной конструкции. Как правило, это включает в себя обработку на кабельной линии, где компоненты собираются с использованием обрабатывающего экструдера/поперечной головки экструдера, а затем используются для нанесения полимерной оболочки.
Способы испытаний
Плотность
Плотность определяется согласно стандарту ASTM D792.
Индекс расплава
2
10
Индекс расплава, или I, измеряется согласно стандарту ASTM D 1238 в условиях 190°С/2,16 кг и приводится в граммах, элюированных за 10 минут (г/10 мин). I измеряется согласно стандарту ASTM D 1238, в условиях 190°С/10 кг, и приводится в граммах, элюированных за 10 минут (г/10 минут).
Дифференциальная сканирующая калориметрия (кристалличность, температура плавления, температура кристаллизации)
f
f
Дифференциальная сканирующая калориметрия («ДСК») используется для измерения кристалличности в полимерах (например, в полимерах на основе этилена (РЕ)). Около 5-8 мг образца полимера взвесили и поместили в чашку для ДСК. Крышка обжата на поддоне, чтобы обеспечить закрытую атмосферу. Чашку для образцов поместили в ячейку ДСК и затем нагрели со скоростью приблизительно 10°С/мин до температуры 180°С для PE (230°С для полипропилена или «PP»). Образец выдерживали при этой температуре в течение трех минут. Затем образец охладили со скоростью от 10°С/мин до -60°С для PE (-40°С для PP) и изотермически выдерживали при этой температуре в течение трех минут. После этого образец нагрели со скоростью 10°С/мин до полного плавления (второе нагревание). Процент кристалличности рассчитывается посредством деления теплоты плавления (H), определенной по второй тепловой кривой, на теоретическую теплоту плавления, составляющую 292 Дж/г для PE (165 Дж/г для PP) и умножения этой величины на 100 (например, % крист. = (H / 292 Дж/г) x 100 (для PE)).
m
c
Если не указано иное, то температура (точка) плавления (T) каждого полимера определяется по второй кривой нагрева (пик Tm), а температура кристаллизации (T) определяется по первой кривой охлаждения (пик Tc).
Точка росы
Точка росы определяется согласно стандарту ASTM D127.
Вязкость
Кажущаяся вязкость заливочных соединений определяется согласно стандарту ASTM D3236 при 150°C. Кинематическая вязкость может быть рассчитана с использованием кажущейся вязкости, деленной на плотность жидкости.
Вязкость по Брукфилду полимерных компонентов (т.е. полиолефиновых эластомеров) определяется в соответствии со следующей процедурой с использованием вискозиметра DVII+ от Brookfield Laboratories в одноразовых камерах для образцов алюминия. Используемый шпиндель представляет собой термоплавкий шпиндель SC-31, пригодный для измерения вязкости в диапазоне от 10 до 100000 сантипуаз (от 0,1 до 1000 г/(см·с)). Режущий диск используется для резки образцов на кусочки, достаточно маленькие, чтобы поместить их в камеру для образцов шириной 1 дюйм, длиной 5 дюймов (шириной 2,5 см, длиной 13 см). Образец помещают в камеру, которая, в свою очередь, вставляется в термоячейку Brookfield Thermosel, и фиксируется на месте инструментом утконосы. Камера для образцов имеет в нижней части выемку, которая подходит к нижней части термоячейки Brookfield Thermosel, чтобы гарантировать, что камера не сможет вращаться, когда шпиндель вставлен и вращается. Образец нагревают до 350°F (176,6°С), при этом добавляют дополнительный образец до тех пор, пока расплавленный образец не окажется на расстоянии около 1 дюйма (2,5 см) ниже верхней части камеры для образца. Опускают устройство вискозиметра, и шпиндель погружается в камеру для образцов. Опускание продолжается до тех пор, пока кронштейны на вискозиметре не совпадут с термоячейкой. Вискозиметр включается и устанавливается на скорость сдвига, что приводит к считыванию показаний крутящего момента в диапазоне от 30 до 60 процентов. Считывания показаний производят каждую минуту в течение около 15 минут или до тех пор, пока значения не стабилизируются, затем записывается конечное значение показателя.
Значение B
OE
O
E
E
O
OE
Значение B рассчитывается как B=P/(2×PP); где P - мольная доля этиленового компонента в сополимере, P - мольная доля α-олефинового компонента, а P - мольная доля α-олефин-этиленовых последовательностей во всех последовательностях диад, где мольная доля каждого компонента, кроме терминального компонента, представляет собой рассчитанное значение, а значение B рассчитывается на основе диаграммы C-ЯМР (270 МГц).
Маслопоглощение
Отлитый под давлением образец толщиной 75 мил (~ 0,5 × 0,2 дюйма) (~ 12,7 × 5,08 мм) материала оболочки (HDPE или полипропилен (например, cPP)) при 85°С погрузили в масло. Через 4 дня масло, покрывающее поверхность материала оболочки, вытерли, а прирост массы отложения материала оболочки рассчитали посредством сравнения его массы до и после выдерживания.
Гельпроникающая хроматография
Используется система высокотемпературной гельпроникающей хроматографии («ГПХ»), оснащенная системой Robotic Assistant Deliver («RAD») для подготовки и введения образца. Детектором концентрации является инфракрасный детектор (IR4) от Polymer Char Inc. (Валенсия, Испания). Сбор данных осуществляется с использованием коробки сбора данных Polymer Char DM 100. Растворителем-носителем является 1,2,4-трихлорбензол («TCB»). Система оснащена интерактивным устройством для дегазации растворителей от Agilent. Колоночное отделение работает при 150°С. Колонки представляют собой четыре 30-сантиметровые, 20-микронные колонки Mixed A LS. Растворителем является продуваемый азотом TCB, содержащий приблизительно 200 м.д.2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенола («BHT»). Скорость потока составляет 1,0 мл/мин, а объем впрыска составляет 200 микролитров (мкл). Концентрацию образца 2 мг/мл получают посредством растворения образца в продуваемом азотом и предварительно нагретом TCB (содержащем 200 м.д. ВНТ) в течение 2,5 часов при температуре 160°С при осторожном перемешивании.
Калибровку набора колонок метода ГПХ проводили при использовании двадцати полистирольных («PS») стандартов с узким молекулярно-массовым распределением. Молекулярная масса ("ММ") стандартов находится в диапазоне от 580 до 8400000 г/моль, причём стандарты содержатся в шести «коктейльных» смесях. Каждая стандартная смесь имеет по меньшей мере декаду разделения между отдельными молекулярными массами. Эквивалентные молекулярные массы полипропилена («РР») каждого стандарта PS рассчитывают с использованием следующего уравнения с указанными коэффициентами Марка-Хоуинка для полипропилена (Th.G. Scholte, N.L.J. Meijerink, H.M. Schoffeleers, and A.M.G. Brands, J. Appl. Polym. Sci., 29, 3763 - 3782 (1984 г.)) и полистирола (E.P. Otocka, R.J. Roe, N.Y. Hellman, P.M. Muglia, Macromolecules, 4, 507 (1971 г.)):
(Уравнение 1),
pp
PS
где M - PP-эквивалентная MW, M - PS-эквивалентная MW, log K и значения a коэффициентов Марка-Хаувинка для PP и PS перечислены ниже.
Логарифмическая калибровка молекулярной массы генерируется с использованием полиномиальной подгонки четвертого порядка в зависимости от объема элюции. Среднечисловая и средневесовая молекулярная масса рассчитывается в соответствии со следующими уравнениями:
(Уравнение 2),  (Уравнение 3),
i
i
где Wf и M - массовая доля и молекулярная масса элюирующего компонента i, соответственно.
Температура вспышки
Температура вспышки определяется согласно стандарту ASTM D92.
Маслоотделение
После перемешивания образцов, как описано выше, 50 миллилитров (мл) расплавленного образца выливают в неглубокий алюминиевый поддон, и образцу дают остыть и затвердеть. После отстаивания в течение 24 часов при комнатной температуре любое маслоотделение будет видимым на поверхности, и результат записывают.
В качестве примера, а не ограничения, некоторые варианты осуществления данного изобретения теперь будут подробно описаны в следующих примерах.
Примеры
™
™
™
Основным требованием к заливочным/заполняющим составам кабеля является маслопоглощение компонентами кабеля, которые, как правило, основаны на полиолефине (например, буферная трубка, оболочка). По этой причине смешивающиеся с полиолефинами материалы для наполнения/заливки имеют более высокую стоимость, поскольку они основаны на более дорогих маслах, например, на поли-α-олефиновых маслах (PAO) и полибутене (PIB, также известном как сополимер изобутилена с бутеном). Более дешевые соединения на основе минеральных/парафиновых масел имеют плохую совместимость. Данные в таблице 2 показывают, что растительные масла (например, соевое, каноловое масла) имеют желаемую низкую вязкость (например, 32 сСт при 40°C для соевого масла), пригодную для модификации вязкости полиолефиновых эластомеров для изготовления заливочных и заполняющих соединений. Такие вязкости сопоставимы с вязкостью парафинового масла, а также с имеющей более высокую стоимость жидкостью PAO (DURASYN 126, DURASYN 180I и DURASYN 180R) и жидкостью PIB (Indopol™ L-14 и Indopol™ H-100). Растительные масла также желательно имеют гораздо более высокую температуру вспышки по сравнению с парафиновыми маслами и PIB L-14.
Таблица 2. Избранные свойства различных масел
Масло
Поставщик
Тип масла
Кинематическая вязкость при 40°С (сСт)
Температура вспышки (°C)
M<sub>n</sub>
SUNPAR™ 110
Sunoco
Парафиновое
21
192
DURASYN™ 126
Ineos
PAO
31
254
DURASYN™ 180I
Ineos
PAO
1,261
290
DURASYN™ 180R
Ineos
PAO
928
290
Соевое масло
Cargill
Растительное
32
288
Каноловое
Растительное
42
315
Indopol™ H-100
Ineos
PIB (полиизобутилен)
215 при 100°С
210
910
Indopol™ L-14
Ineos
PIB
27
>138
370
3
TM
Данные в таблице 3 показывают, что некоторые растительные масла обладают удивительно низким поглощением как полиэтилена высокой плотности (HDPE) (DGDA-6318BK, доступного от The Dow Chemical Company, имеющего плотность 0,954 г/см) (соединение оболочки), так и сополимера полипропилена(CPP) (ESCORENE™ 7132, блок-сополимера от Exxon Chemical Company) (материал буферной трубки). По сравнению с парафиновым маслом, поглощение почти в 30 раз ниже у HDPE и приблизительно в 9 раз ниже у cPP. Растительное масло также имеет более хорошую совместимость (более низкое поглощение) по сравнению с более дорогим PAO (DURASYN 126), имеющим эквивалентную вязкость. Данные также показывают немного более хорошую совместимость по сравнению с PIB Indopol™ H-100, несмотря на то, что последний имеет более высокую вязкость. Однако было обнаружено, что растительные масла не имеют аналогичных характеристик впитывания в полимерах. Например, кокосовое, масло пальмового ядра и в определенной степени пальмовые масла имеют большее впитывание в соответствующих тестируемых смолах по сравнению с другими маслами на биологической основе, как показано в таблице 3 и на фиг. 2. На фиг. 2 проиллюстрирована диаграмма, показывающая маслопоглощение, в процентах по массе, в HDPE (полиэтилене высокой плотности) и cPP (сополимере полипропилена).
Как показано в таблице 3 и на фиг. 3, маслопоглощение в полимерных смолах связано с общей ненасыщенностью отдельных масел. Снижение ненасыщенности приводит к высокому впитыванию в полимерных смолах, особенно в cPP. Предпочтительные масла, как правило, имеют общий уровень ненасыщенности, составляющий более чем (>) 40% или более чем 50%. На фиг. 3 проиллюстрирована диаграмма, показывающая маслопоглощение, в процентах по массе, в HDPE и cPP в зависимости от общего процента ненасыщенности масла.
Таблица 3. Поглощение/впитывание различных масел в смолах HDPE и cPP
Масло/Соединение
Поставщик
Тип масла
Всего ненасыщенных жирных кислот (%)<sup>▪</sup>
Маслопоглоще-ние в HDPE<sup>4</sup> (% мас.)
Маслопоглоще-ние в cPP<sup>5</sup> (% мас.)
INFO-GEL™ LA 444
Stewart Group
Тиксотропное наполняющее соединение <sup>1</sup>
4,97
10,94
Indopol™ L-14
Ineos
PIB
5,05
20,71
Соевое
Wegmans Food Markets
Растительное
81
0,32
2,34
Подсолнечное
Foodhold USA
Растительное
86
0,81
2,47
Каноловое
Conagra Foods
Растительное
88
0,82
2,45
Арахисовое
Foodhold USA
Растительное
78
0,83
2,61
Кунжутное
Liberty Richter
Растительное
81
0,85
2,59
Кукурузное
Foodhold USA
Растительное
83
0,86
2,33
Оливковое
Deleo USA
Растительное
82
0,98
2,81
Кокосовое
Health Source International, Inc.
Растительное
8
2,22
5,37
Пальмовое
Essential Wholesale and Labs
Растительное
46
0,84
3,64
Пальмоядровое
Essential Wholesale and Labs
Растительное
13
1,54
4,90
Водорослей
Formulator Sample Shop
Биомассы
2,12
4,03
SUNPAR™ 110
Sunoco
Парафиновое
9,5
21,02
DURASYN™ 126
Ineos
PAO
3,33
7,65
DURASYN™ 180I
Ineos
PAO
-0,31
0,99
DURASYN™ 180R
Ineos
PAO
-0,14
1,23
UCON™ OSP 32
Dow
PAG<sup>2</sup>
0,64
3,08
UCON™ OSP 680
Dow
PAG<sup>3</sup>
-0,89
0,09
▪
Данные по общей ненасыщенности, основанные на таблице 1, приведены выше.
1
INFO-GEL LA 444 представляет собой тиксотропный гель-наполнитель, содержащий синтетическое масло, в состав которого входят полимеры, тиксотропные вещества и добавки.
2
2
UCON™ OSP 32 представляет собой синтетический полиалкиленгликоль (PAG), при 40°С имеющий температуру вспышки 216°С и кинематическую вязкость 32 мм/с (измеренные согласно стандарту ASTM D445).
3
2
UCON™ OSP 680 представляет собой синтетический полиалкиленгликоль (ПАГ), при 40°С имеющий температуру вспышки 243°С и кинематическую вязкость 680 мм/с (измеренные согласно стандарту ASTM D445).
4
3
DGDA-6318BK, доступный от The Dow Chemical Company, имеет плотность 0,954 г/см.
5
ESCORENE™ 7132 представляет собой блок-сополимер, доступный от Exxon Chemical Company.
В таблице 4 приведены свойства полиолефиновых эластомеров, используемых в композициях, представленных в таблице 5.
Таблица 4. Свойства полиолефинового эластомера
В таблице 5 приведены свойства композиций на основе олефиновых эластомеров. Композиции получили с использованием следующего протокола: поместите все масла и проивоокислитель (IRGANOX™ 1035, [3-(3,5-ди-трет-бутил-4-гидроксифенил)пропионат], доступный от BASF) в стальную банку с краской, причем можно поместить на горячую плиту. Начните перемешивание со скоростью 15 об/мин с использованием стальной лопастной мешалки и лабораторной мешалки, например, цифрового реверсивного смесителя Cole Parmer EW-50004-00, и нагрейте до около 100°С. Добавьте смолы и продолжайте перемешивать и нагревать до температуры около 130-150°С, пока все смолы не расплавятся. Поддерживайте температуру 130-150°С и перемешивайте при 25 об/мин в течение 15 минут после расплавления смол. Возьмите образец для определения вязкости по Брукфилду при 150°C.
Примеры по изобретению от IE1 до IE14 показывают возможность составления с выбранными растительными маслами, имеющими общую ненасыщенность более чем 40% (например, соевое и рапсовое масла; и другие возможности смешивания этих масел с маслом PAO, как показано в примерах от IE11 до IE14), чтобы достичь желаемой низкой вязкости соединения (в некоторых случаях, намного ниже, чем целевая кажущаяся вязкость, составляющая менее чем (<) 1000 сП, или менее чем 400 сП, или менее чем 300 сП при 150°С), таким образом, имеется потенциальная возможность для дополнительных наполнителей, чтобы снизить стоимость или улучшить другие свойства. Также композиции по изобретению обладают консистенцией от мягкой твердой до пастообразной и в зависимости от композиции демонстрируют маслоотделение от низкого до нулевого при комнатной температуре и соответствующую требованиям точку росы.
В частности, подразумевается, что данное раскрытие не ограничивается вариантами осуществления изобретения и иллюстрациями, содержащимися в данном документе, но включает в себя модифицированные формы этих вариантов осуществления изобретения, включая части вариантов осуществления изобретения и комбинации элементов различных вариантов осуществления изобретения, которые входят в объем следующей формулы изобретения.