CABLE CON AISLAMIENTO TERMOPLASTICO.

Capa aislante para cables que consta de una resina, por lo que dicha resina está constituida por una composición polimérica heterofásica (A) que comprende una matriz de polipropileno (1) con una entalpía de fusión de 25 a 70 J/g a una temperatura comprendida entre 135 y 170ºC determinada por DSC de conformidad con la norma ISO 11357 y disperso en su interior un copolímero de propileno (2) con un tamaño promedio ponderado de partícula inferior a 1 μ

m, y una entalpía de fusión de 0,5 a 75 J/g a una temperatura comprendida entre 100 y 130ºC determinada por DSC de conformidad con la norma ISO 11357

Cable con aislamiento termoplástico.

La presente invención se refiere a una capa aislante para cables, en particular a capas aislantes que comprenden una composición polimérica heterofásica con propiedades mecánicas y eléctricas superiores y de escaso impacto medioambiental. Además, la presente invención está relacionada con un proceso para producir la capa aislante así como con el uso de la misma. Asimismo, la invención también se relaciona con un cable que contiene la capa aislante inventiva así como con un proceso para la fabricación del mismo que comprende dicha capa aislante inventiva.

Hoy en día, los productos de polímero de etileno se utilizan como blindajes aislantes y semiconductores para cables de baja, media y alta tensión, respectivamente, debido a su fácil procesabilidad y a sus ventajosas propiedades eléctricas. Adicionalmente, en las aplicaciones de baja tensión por lo general también se utiliza como material aislante el cloruro de polivinilo (PVC), normalmente en combinación con ablandadores para obtener cables con la blandura adecuada. Un inconveniente del PVC reside en que la temperatura de operación está restringida a 70ºC según estandarización. Esto ha de entenderse en relación con el hecho de que el PVC tiene un rendimiento mecánico restringido a temperaturas elevadas. Además, los ablandadores tienen que añadirse al PVC con el fin de mantener un alto nivel de flexibilidad. Los ablandadores en cantidades insuficientes reducen significativamente las propiedades de temperatura baja del PVC. Desde un punto de vista medioambiental, estos ablandadores a veces contaminan por lo que es conveniente que sean eliminados.

Los cables que incorporan capas de polietileno operan comúnmente a 70ºC. No obstante, es necesario hallar temperaturas operacionales superiores lo que requiere, por tanto, el entrecruzamiento del polietileno, puesto que de lo contrario se ablandaría o incluso fundiría. Por lo tanto, en el sector del cable, la cubierta que envuelve al conductor consiste generalmente en materiales de polietileno entrecruzado que le confiere un rendimiento mecánico satisfactorio aún bajo calentamiento por el uso continuo y condiciones de sobrecarga de corriente a la vez que mantiene un elevado nivel de flexibilidad.

Por otro lado, una desventaja asociada a estos elementos es que los productos entrecruzados son difíciles de reciclar. Además, en algunos casos la lámina protectora exterior está compuesta de cloruro de polivinilo (PVC) el cual es difícil de separar por métodos convencionales de las poliolefinas entrecruzadas contenidas en los rellenos inorgánicos. Cuando el cable ha alcanzado el final de su vida operacional, debe eliminarse en su totalidad y, en caso de combustión, se generan productos clorados elevadamente tóxicos.

En el caso de que los cables se hayan curado con peróxido, la etapa de entrecruzamiento en sí es el factor limitante en términos de velocidad lineal. Además, a la hora de procesar dichos cables por extrusión, es importante que el entrecruzamiento no se produzca hasta que la mezcla haya salido del extrusor, puesto que el entrecruzamiento prematuro o la pre-vulcanización imposibilitan el mantenimiento de una capacidad de producción uniforme y, por consiguiente, la calidad del producto resultante será insatisfactoria. El entrecruzamiento o pre-curado dentro del extrusor da lugar a la gelificación y la adhesión del gel de polímero a las superficies del equipo, con el consiguiente riesgo de obstrucción.

Debido al motivo anterior, es necesario encontrar nuevas composiciones de capas que permitan una temperatura operacional superior a la de los materiales de polietileno o PVC, preferiblemente una temperatura operacional de al menos 90ºC. Además, la nueva capa aislante reducirá el fenómeno de pre-vulcanización permitiendo también una alta velocidad de extrusión. Igualmente, las propiedades mecánicas se verán mejoradas, en particular la resistencia al impacto y la resistencia a la tracción.

En la EP 0893801 A1 se revelan componentes de polímero de propileno adecuados como material de lámina aislante. En esta patente se describe particularmente una composición de un homo o copolímero cristalino de propileno mezclado con un copolímero de etileno con una α-olefina que posee una baja densidad y una alta uniformidad estructural, en particular con una distribución elevadamente homogénea de la α-olefina entre las moléculas de polímero. Sin embargo, la EP 0893801 A1 no expone la posibilidad de obtener una capa aislante apropiada para condiciones de altas temperaturas de operación que simultáneamente posea unas óptimas propiedades mecánicas.

La EP 1354901 describe una composición polimérica heterofásica de propileno que comprende una matriz y una fase dispersa en forma de partículas. En la WO01/37289 se describe un cable con un recubrimiento reciclable basado en un material termoplástico. La US 6342564 se refiere a copolímeros heterofásicos de polipropileno que son blandos y tienen buenas propiedades de temperatura baja, ópticas y de ajuste.

Por consiguiente, el objeto de la presente invención es proporcionar una capa aislante respetuosa con el medio ambiente que permita una temperatura de operación de al menos 90ºC y que simultáneamente posea propiedades mecánicas incrementadas, en particular una alta resistencia al impacto y una buena resistencia a la tracción.

La presente invención se basa en el descubrimiento de que dicho objeto se puede resolver mediante una capa aislante para cables que comprende una composición polimérica heterofásica constituida por un copolímero de propileno que tiene un tamaño específico de partícula.

Por lo tanto, la presente invención proporciona una capa aislante para cables que consta de una resina, por lo que dicha resina está constituida por una composición polimérica heterofásica (A) que comprende:

una matriz de polipropileno (1) y disperso en su interior

un copolímero de propileno (2) según la reivindicación 1.

Esta capa aislante no sólo es ecológica sino que también permite temperaturas de operación para cables de al menos 90ºC. Esto es debido al relativamente alto módulo elástico mostrado por la resina a temperaturas elevadas de relevancia en comparación con el del polietileno de alta densidad (HDPE), el PVC y el polietileno entrecruzado de baja densidad. Además, la capa aislante tiene propiedades mecánicas atractivas en términos de, por ejemplo, un equilibrio adecuado entre la resistencia al impacto y el módulo de flexión.

Las composiciones poliméricas heterofásicas de acuerdo con esta invención son aquellas que comprenden una matriz de propileno en la que está disperso un copolímero que tiene un orden estructural inferior al de la matriz.

Para la presente invención es importante que el tamaño de partícula del copolímero de propileno (2) sea al menos inferior a 1 μm lo que permite una buena distribución de la partícula en la matriz e influye positivamente en la resistencia al impacto de la capa aislante. Asimismo, un bajo tamaño promedio de partícula disminuye el riesgo de que dichas partículas den lugar a la formación de grietas mejorando al mismo tiempo la posibilidad de que estas partículas no continúen aumentando las grietas o fisuras ya existentes. La distribución del tamaño de partícula del copolímero de propileno (2) en la matriz de polipropileno (1) se puede determinar mediante métodos microscópicos adecuados. Como ejemplos de tales métodos cabe destacar la microscopía de fuerza atómica (AFM), la microscopía electrónica de barrido (SEM) y la microscopía electrónica de transmisión (TEM). Normalmente se requiere el grabado y/o la tinción de los especímenes para conseguir la resolución y nitidez necesarias de las imágenes. En la literatura se pueden encontrar ejemplos para determinar la distribución del tamaño de partícula y el cálculo del tamaño promedio ponderado de partícula. En Pölt et al., J. Appl. Polym. Sci. 78(2000) 1152-61 se describe un método apropiado que incluye el uso de SEM sobre especímenes teñidos con RuO₄. Este método de SEM se ha utilizado en la presente invención para determinar el tamaño promedio ponderado de partícula.

Tal y como se ha definido antes y se definirá posteriormente, es preferible que en la capa aislante el contenido de resina sea por lo menos del 90% en peso, de manera más preferida del 95% en peso.

Además, es preferible que...

1. Capa aislante para cables que consta de una resina, por lo que dicha resina está constituida por una composición polimérica heterofásica (A) que comprende una matriz de polipropileno (1) con una entalpía de fusión de 25 a 70 J/g a una temperatura comprendida entre 135 y 170ºC determinada por DSC de conformidad con la norma ISO 11357 y disperso en su interior un copolímero de propileno (2) con un tamaño promedio ponderado de partícula inferior a 1 μm, y una entalpía de fusión de 0,5 a 75 J/g a una temperatura comprendida entre 100 y 130ºC determinada por DSC de conformidad con la norma ISO 11357.

2. Capa aislante según la reivindicación 1, caracterizada porque contiene al menos un 90% en peso de resina.

3. Capa aislante según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la resina tiene un MFR₂, medido de acuerdo con la norma ISO 1133, de 0,5 a 50 g/10 min.

4. Capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 3, caracterizada porque la resina tiene una densidad de 0,89 a 0,95 g/cm³.

5. Capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 4, caracterizada porque la composición (A) comprende del 50 al 90% en peso de la matriz de polipropileno (1).

6. Capa aislante según la reivindicación 5, caracterizada porque la matriz de polipropileno (1) es un copolímero aleatorio de propileno.

7. Capa aislante según la reivindicación 6, caracterizada porque el copolímero aleatorio de propileno comprende por lo menos un comonómero escogido del grupo consistente en etileno y alfa-olefina C₄-C₈.

8. Capa aislante según la reivindicación 6 ó 7, caracterizada porque el contenido de comonómero en la matriz de polipropileno (1) es del 0,5 al 10% en peso.

9. Capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 8, caracterizada porque la composición (A) comprende del 10 al 50% en peso de copolímero de propileno (2) disperso en la matriz de polipropileno (1).

10. Capa aislante según la reivindicación 9, caracterizada porque el copolímero de propileno (2) tiene una entalpía de fusión inferior a 10 J/g.

11. Capa aislante según la reivindicación 9 ó 10, caracterizada porque el copolímero de propileno (2) comprende por lo menos un comonómero escogido del grupo consistente en etileno y alfa-olefina C₄-C₈.

12. Capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 9 a 11, caracterizada porque el contenido de comonómero en el copolímero de propileno (2) es del 30 al 70% en peso.

13. Capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 12, caracterizada porque la resina comprende además un polietileno (B).

14. Capa aislante según la reivindicación 13, caracterizada porque el polietileno (B) es un polietileno de baja densidad producido en un proceso de alta presión o un polietileno lineal de baja densidad producido en un proceso de baja presión.

15. Capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 13 a 14, caracterizada porque el polietileno (B) tiene una entalpía de fusión de 0,5 a 75 J/g a una temperatura comprendida entre 100 y 130ºC medida por DSC de conformidad con la norma ISO 11357.

16. Capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes a la 15, caracterizada porque la resina es una composición de poliolefina termoplástica.

17. Proceso de producción de una capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 16, caracterizada porque se produce una matriz de polipropileno (1) en uno o más reactores en fase líquida y opcionalmente en uno o más reactores en fase gaseosa seguido de la producción de un copolímero de propileno (2) en la fase gaseosa y añadiendo de manera opcional polietileno (B) mediante mezclado o polimerización in situ del etileno en el sistema del reactor.

18. Uso de la capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 16 para cables.

19. Uso de la capa aislante según la reivindicación 18 para cables de baja, media o alta tensión.

20. Cable constituido por al menos un conductor y al menos una capa aislante según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 1 a 16.

21. Cable según la reivindicación 20, caracterizado porque comprende una capa semiconductora y/o una de revestimiento.

22. Cable según las reivindicaciones 20 ó 21, caracterizado porque la capa semiconductora y/o la de revestimiento comprende una resina como la de las reivindicaciones 1 a 17.

23. Cable según la reivindicación 21, caracterizado porque todas las capas son termoplásticas.

24. Cable según las reivindicaciones 20 a 23, caracterizado porque la capa aislante contiene negro de carbón.

25. Proceso de producción de un cable según cualquiera de las reivindicaciones precedentes 20 a 24 mediante extrusión de una capa o capas aislantes sobre el conductor o conductores seguido de la solidificación de los componentes de polímero termoplástico a velocidades lineales de hasta 300 a 400 m/min.

26. Proceso según la reivindicación 25, por el que la solidificación se realiza al baño maría.