СИЛАНОЛЬНОСШИВАЕМАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ КАБЕЛЬНОЙ ИЗОЛЯЦИИ
SILANOL-CROSSLINKABLE COMPOSITION FOR CABLE INSULATION

Изобретение относится к области изготовления полимерных изделий, а именно к сшивающимся композициям на основе полиолефинов и их сополимеров и модификаторам для получения силанольносшивающихся полимерных композиций, которые могут быть использованы для получения пленочных покрытий, таких как изоляция и оболочки кабелей и проводов различного назначения.
Изобретение относится к полиолефиновым галоген не содержащим композициям, сшивающимся с помощью органосилана в присутствии инициатора - органической перекиси.
Для улучшения эксплуатационных характеристик полимерных композиций, например, повышения термической стабильности, увеличение модуля упругости, их модифицируют посредством различных добавок.
Анализ проведенных в последние годы отечественных и зарубежных работ свидетельствуют о высокой перспективности исследований в области полимерных нанокомпозитных материалов, представляющих собой полимеры, наполненные наночастицами, взаимодействующими с полимерной матрицей не на макро-, а на молекулярном уровне. Благодаря такому взаимодействию образуется композит, обладающий высокой адгезионной прочностью полимерной матрицы к наночастицам.
Наибольший интерес представляют полимерные композиты на основе модифицированных слоистых силикатов, которые широко распространены и хорошо известны как различные породы глин. Предпочтение среди них отдается бентонитовым породам глин, в состав которых входит не менее 70% минерала монтмориллонита, благодаря его способности к адсорбции различных ионов (в основном катионов), а также к ионному обмену.
Основным недостатком слоистых силикатов является резкое падение прочности при увлажнении, разжижение при динамических воздействиях, набухание при обводнении и усадки при высушивании. Гидрофильность алюмосиликатов является причиной их несовместимости с органической полимерной матрицей. Эта проблема может быть решена путем модификации глины органическим веществом.
2
Встречаются различные модификаторы глин. В качестве органомодификаторов слоистых силикатов (ОМСС) используются вещества различной химической природы - ионного и неионного происхождения. В качестве ионных органомодификаторов используются четвертичные соли аммония (ЧАС) с алифатическими (углеводородными) радикалами, в которых количество метиленовых (-СН-) групп варьируется от 14 до 18. Кроме алифатических радикалов могут быть использованы и другие четвертичные соли аммония, в том числе содержащие полярные функциональные группы, например, гидроксиэтиловые или полигидроксиэтиловые.
Например, известная полимерная композиция для изоляции проводов и оболочки кабелей различного назначения, представляющая собой сшитый перекисями полиэтилен, включает слоистый силикат, в частности, монтмориллонит, модифицированный четвертичными солями аммония для придания гидрофобности или, иными словами органофильности. Данная композиция обладает огнеустойчивостью, низким дымообразованием, низкой коррозионностью, низкой токсичностью [1].
Недостатком известной композиции является длительность процесса сшивания и то, что данный тип композиций не терпит присутствия даже следов влаги (менее 500 ppm). В противном случае, влага способствует предварительной нежелательной сшивке полимера непосредственно в экструдере, что, в свою очередь, приводит к существенному ухудшению качества поверхности изделия и увеличению числа электрических пробоев нанесенной на провод изоляции.
При использовании в качестве модификатора силикатов ЧАС процесс сушки затруднен, а получаемые органоглины содержат более 2% воды, которая набирается и при хранении органомодифицированной глины.
Принципиально иным продуктом, кардинально отличным по химизму сшивки является силанольносшиваемые композиции полиэтилена.
Известна силанольносшиваемая композиция для производства изоляции оболочек кабельных изделий, включающая полиолефин 93,5÷99,3% масс., винилалкоксисилан 0,1÷3,0% масс., органическую перекись 0,1÷0,4% масс. и синергисты - остальное, присутствие которых обеспечивает высокие показатели по тепловой деформации и стойкости к термоокислительтеному старению при повышенных температурах, и исключается возможность преждевременной сшивки [2].
Недостатком известного решения является сложность получения за счет использования специфических соединений - синергистов, а, следовательно, высокая стоимость сырья; продолжительное время сшивки; неудовлетворительные физико-механические характеристики изделий.
Решаемая изобретением задача - повышение качества изделий и упрощение процесса производства композиции и увеличение срока хранения.
Технический результат заключается в устранении указанных недостатков аналогов, а также в обеспечении возможности осушить органоглину до величины не более 500 ppm, и придать глине устойчивость к набору влаги при хранении до величины не более 1000 ppm., за счет чего повысить эксплуатационные характеристики и сократить время сшивки.
Указанный результат достигается тем, что силанольносшиваемая композиция, включающая полиолефин, винилалкоксисилан и органическую перекись, содержит слоистый силикат, модифицированный резорцинольной смолой (PC) следующего строения
При содержании компонентов в следующем соотношении: полиолефин (93,5÷99,3) масс.ч., внилалкоксисилан (0,5÷2,0) масс.ч., органическая перекись (0,1÷1,5) масс.ч., органомодифицированный слоистый силикат, модифицированный резорцинольной смолой (0,1÷3,0) масс.ч.
Соотношение модификатора полиолефина PC и слоистого алюмосиликата (глины) равно 6 м.ч.: 10 м.ч., соответственно.
Дополнительно технический результат достигается тем, что композиция в качестве полиолефина содержит полимеры этилена, сополимеры этилена и альфа-олефинов, предпочтительно, полиэтилен низкой плотности, полиэтилен линейный низкой плотности, полиэтилен высокой плотности; в качестве органических перекисей композиция содержит пероксиды, относящиеся к классам гидропероксидов, диалкилпероксидов, диаралкилпероксидов, алкил-аралкилпероксидов, пероксиэфиров, предпочтительно, дикумилпероксид.
Композиция может содержать катализатор сшивки, например, дилаурат дибутилолова, например, в количестве 5 мас. частей концентрата катализатора сшивки.
Использование слоистого силиката, обработанного резорциновой смолой, для модификации композиции силанольносшивемого полиэтилена, является существенным отличием от всех известных из уровня техники решений.
Установлено, что введение в слоистый алюмосиликат от 6 м.ч. до 10 м.ч., PC позволяет улучшить процесс эксфолиации глины и, как следствие, повысить механические и долговременные характеристики конечной композиции, по сравнению с аналогичными композициями.
Для ускорения процесса сшивки может быть использован катализатор. Предпочтительным вариантом катализатора является дилаурат дибутилолова.
Настоящее изобретение может быть изготавлено по технологии SIOPLAS, заключающейся в том, что при изготовлении изоляции смешиваются два компонента: силанольнопривитой полиолефин и концентрат катализатора сшивки, а качестве которого может выступать дилаурат дибутилолова.
Композиция, состоящая из смеси силанольнопривитого полиолефина и концентрата катализатора, сшивается под воздействием воды.
Таблица 1
Реализация изобретения может быть подтверждена следующими примерами
Компонент
Состав композиций в примерах, мас.части
1
2
3
4
5
6 сравнение
Линейный полиэтилен низкой плотности
93,5
94
95
99
99,3
98,1
Винилалкоксисилан
0,5
1,5
1,8
1,8
2,0
1,8
Дикумил пероксид
0,1
1
0,1
0,1
1,5
0,1
Органомодифицированный монтмориллонит, модифицированный резорцинольной смолой
0,1
0,5
1,0
3,0
0,8
0
Сравнительные физико-механические свойства приведены в таблице 2.
Таблица 2
Свойство
Свойства рецептур в смеси с 5 масс.ч. концентрата катализатора после сшивки
1
2
3
4
5
6 сравнение
Прочность при растяжении, МПа
14,5
16,7
17,1
15,2
17,5
13,8
Изменение прочности при растяжении после 240 часов теплового старения при 135°C, %
22
15
15
25
10
60
Время достижения максимальной степени сшивки в водяной ванне при 90°C, минут
65
60
45
40
50
90
Тепловая деформация, %
80
70
60
55
60
100
Полученные результаты свидетельствуют о существенном улучшении свойств силанольносшивемой композиции при ее модификации слоистым силикатом, обработанным резорциновой смолой. При этом полученные показатели превосходят не только характеристики композиции-прототипа, но и композиции, включающие орагноглины, модифицированные ЧАС.
Полимерная композиция охарактеризована минимальной совокупностью признаков, необходимой для обеспечения указанного результата, но не исключающей присутствие каких-либо других компонентов. Данная композиция может рассматриваться в качестве основы и быть полезна при производстве полимерных составов различного назначения. Изделия, выполненные с использованием предложенной композиции, благодаря свойству слоистого силиката, обработанного резорциновой смолой, имеют улучшенные эксплуатационные характеристики и длительное время сохранения свойств конечной композиции.
Источники информации.
1. GB 2367064, опубл. 27.03.2002, C08F 255/02, C08L 23/02
2. RU 2440633, опубл. 28.09.2012, H01B 3/44.