CABLE CON RECUBRIMIENTO DE UN MATERIAL COMPUESTO.

Cable (1, 11) que comprende al menos un conductor eléctrico (2,

12) y al menos una capa de revestimiento (3, 14) sobre la base de un material compuesto que comprende:

- al menos un polímero que contiene una cantidad predeterminada de grupos polares; y

- al menos un material inorgánico con estructura laminar, tratado en la superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador;

siendo el compatibilizador seleccionado a partir del amonio cuaternario o sales de fosfonio de fórmula general (I):

Cable con recubrimiento de un material compuesto.

La presente invención se refiere a un cable con revestimiento de un material compuesto.

Más concretamente, la presente invención se refiere a un cable, en particular para la transmisión o distribución de energía de baja tensión o de media tensión, que tiene una capa de revestimiento de un material compuesto que posee alta resistencia mecánica, térmica, eléctrica y propiedades de barrera (muy baja permeabilidad al agua, a los solventes y gases) y resistencia al fuego.

Dicho cable permite, en particular, el uso de altas temperaturas de trabajo.

Es ahora un requisito en el sector los cables de energía y de las telecomunicaciones, encontrar materiales que pueden utilizarse para la fabricación de revestimientos que rodean al conductor que son capaces de mejorar las propiedades enumeradas anteriormente.

Con este fin, por ejemplo, es conocida la adición de rellenos minerales a la matriz polimérica que constituye las capas que rodean el conductor, impartiendo dichos rellenos propiedades semiconductoras a dichos revestimientos, por ejemplo negro de carbón y similares, o diferentes tipos de rellenos minerales que son capaces de impartir propiedades ignífugas a dichos revestimientos, por ejemplo, caolín calcinado, carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, hidróxido de aluminio y similares.

La solicitud de patente GB 2.113.453 describe un cable eléctrico que comprende uno o más conductores, una pantalla semiconductora, una capa semiconductora, una capa aislante, una pantalla metálica y una funda. Un material que es capaz de absorber el agua y reducir así el "árbol de agua", que incluye una montmorillonita sin revestir, se interpone entre la capa de semiconductor y la funda. En lugar de la montmorillonita es posible el uso de tamices moleculares, como tal, o mezclados con dicha montmorillonita. Preferentemente, dicho material que es capaz de absorber el agua se mezcla con un portador orgánico para formar una mezcla que se puede extrudir o una pasta. El portador puede ser un fluido orgánico viscoso o un caucho semisólido, por ejemplo, caucho de butilo despolimerizado o no vulcanizado o poliisobutileno.

La solicitud de patente EP 1.033.724 describe un cable eléctrico que tiene al menos un revestimiento que consiste en un material que comprende un compuesto orgánico, en particular, un polímero, y un material inorgánico con estructura laminar. El polímero puede ser seleccionado entre: poliolefinas (por ejemplo, el polietileno o polipropileno), tereftalato de polibutileno, polímeros de vinilo, elastómeros, que pueden ser halogenados, elastómeros termoplásticos, siliconas, copolímeros de etileno, o sus mezclas. Entre los copolímeros de etileno, se pueden utilizar los siguientes: copolímero etileno/acetato de vinilo, copolímero etileno/propileno, copolímero etileno/etil acrilato, copolímero etileno/metil acrilato, copolímero etileno/ácido acrílico, terpolímeros de etileno, polímeros de etileno funcionalizados con grupos como, por ejemplo, ácidos, epóxidos, etc. En algunos casos también es posible utilizar resinas epoxi, poliésteres, poliamidas, poliuretanos, siliconas, o sus mezclas. Un grafito o un óxido inorgánico pueden ser utilizados como el material inorgánico con estructura laminar. Preferentemente, el óxido orgánico es un silicato, en particular, un aluminio silicato, por ejemplo una arcilla natural o artificial. Entre las arcillas, es posible utilizar, por ejemplo, caolín, esmectita, montmorillonita, bentonita, y similares. Dicho compuesto inorgánico con estructura laminar se trata con un agente compatibilizante, que puede ser una sal de amonio cuaternario, un óxido de polietileno, un derivado del fósforo, etc.

La solicitud de patente EP 1.052.534 describe un cable que se usa para la transmisión de datos que contiene al menos una fibra óptica y por lo menos una capa que revestimiento que contenga un material que incluya un compuesto orgánico y un compuesto inorgánico, caracterizado porque el compuesto inorgánico tiene una estructura en capas y el compuesto orgánico se inserta entre las capas del compuesto inorgánico.

El solicitante ha encontrado, sin embargo, que el uso del material antes mencionado que comprende un polímero y un material inorgánico con estructura laminar no siempre dota al cable con propiedades mejoradas. En particular, el solicitante ha encontrado que, con el fin de obtener un cable que posee propiedades mejoradas, el polímero y el material inorgánico con estructura laminar deben combinarse de forma adecuada.

El solicitante ha encontrado que es posible mejorar dichas propiedades realizando un cable provisto de al menos un revestimiento de material compuesto, dicho material compuesto se obtiene por intercalación de un polímero que contiene una cantidad predeterminada de grupos polares, en un material inorgánico con estructura laminar tratado en la superficie con una cantidad predeterminada de un compatibilizador. El solicitante ha encontrado que dicha intercalación sólo se produce cuando se utiliza un polímero y un material inorgánico con estructura laminar que son mutuamente compatibles. Más en particular, el logro de un grado suficiente de intercalación depende esencialmente de la combinación correcta de la cantidad de grupos polares presentes en el polímero y la cantidad de compatibilizador presente en el material inorgánico con estructura laminar. Una vez que se ha producido la intercalación del polímero, con la consiguiente exfoliación del material inorgánico con estructura laminar, se obtiene un material compuesto en el que dicho material inorgánico se distribuye homogéneamente en el polímero y tiene un tamaño de partícula del orden de un nanómetro. Por otra parte, si son seleccionados un polímero y un material inorgánico con estructura laminar que no son compatibles, la intercalación/exfoliación mencionada no se produce, y se obtiene así una mezcla simple entre los dos componentes (polímero/material inorgánico con estructura laminar), en dicha mezcla las partículas de dicho material inorgánico todavía tienen sus dimensiones iniciales (del orden de micras). Para un rendimiento final igual del cable, cuando se produce la intercalación es posible utilizar una menor cantidad de material inorgánico con estructura laminar, con respecto a la cantidad utilizada en el caso de que la intercalación no se produzca.

En un primer aspecto, la presente invención se refiere por lo tanto a un cable que comprende al menos un conductor y al menos una capa de revestimiento de un material compuesto que comprende:

- por lo menos un polímero que contiene una cantidad predeterminada de grupos polares; y

- al menos un material inorgánico con estructura laminar, tratado en la superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador;

en el que dicha cantidad predeterminada de grupos polares y dicha cantidad predeterminada de compatibilizador son tales que dicho material inorgánico exhibe, en el material compuesto, un valor de espacio d en el análisis de difracción de rayos X por lo menos un 20% superior, preferentemente al menos un 30% superior, respecto al valor de espacio d del material inorgánico como tal.

En la presente descripción y las reivindicaciones posteriores, el término "conductor" indica un elemento conductor como tal, de forma alargada y preferiblemente de un material metálico, o un elemento conductor revestido con una capa semiconductora.

En un segundo aspecto la presente invención se refiere a un material compuesto que comprende:

- por lo menos un polímero que contiene una cantidad predeterminada de grupos polares; y

- al menos un material inorgánico con estructura laminar, tratado en la superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador;

en el que dicha cantidad predeterminada de grupos polares y dicha cantidad predeterminada de compatibilizador son tales que dicho material inorgánico exhibe, en el material compuesto, un valor espacio d en el análisis de difracción de rayos X por lo menos un 20% superior, preferentemente al menos un 30% superior, respecto al valor de espacio d del material inorgánico como tal.

En otro aspecto, la presente invención se refiere a la utilización de un material compuesto según lo definido anteriormente como material de base para la preparación de una capa de revestimiento con propiedades de aislamiento eléctrico, o para la preparación de una capa de revestimiento con propiedades semiconductoras, o para la preparación de una capa de revestimiento...

1. Cable (1, 11) que comprende al menos un conductor eléctrico (2, 12) y al menos una capa de revestimiento (3, 14) sobre la base de un material compuesto que comprende:

- al menos un polímero que contiene una cantidad predeterminada de grupos polares; y

- al menos un material inorgánico con estructura laminar, tratado en la superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador;

siendo el compatibilizador seleccionado a partir del amonio cuaternario o sales de fosfonio de fórmula general (I):

en el que:

- Y representa N o P;

- R₁ R₂, R₃ y R₄, que pueden ser iguales o diferentes, representan un grupo alquilo o hidroxialquilo C₁-C₂₀ lineal o ramificado; un grupo alquenilo o hidroxialquenil C₁-C₂₀ lineal o ramificado, un grupo -R₅-SH o -R₅-NH en el que R₅ representa un grupo alquileno C₁-C₂₀ lineal o ramificado, un grupo arilo C₆-C₁₈; una grupo arilalquilo o alquilaril C₇-C₂₀; un grupo cicloalquilo C₅-C₁₈, dicho grupo cicloalquilo posiblemente conteniendo un heteroátomo como oxígeno, nitrógeno o azufre;

- X^n- representa un anión como el ion cloruro, el ion sulfato o el ion fosfato;

- n representa 1, 2 ó 3;

en el que dicha predeterminada cantidad de grupos polares y dicha cantidad predeterminada de compatibilizador se seleccionan de forma tal que dichos material inorgánico exhibe, en el material compuesto, un valor espacio d en el análisis de difracción de rayos X por lo menos 20% mayor con respecto al valor de espacio d del material inorgánico, como tal, en donde

el al menos un polímero es seleccionado entre los polímeros de baja polaridad con un contenido de heteroátomos entre 0,5% en peso y 7% en peso con respecto al peso del polímero, y el al menos un material inorgánico con estructura laminar seleccionado de los materiales inorgánicos con estructura laminar de baja polaridad obtenidos por tratamiento de superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador de fórmula general (I) en la que al menos dos de los sustituyentes R₁, R₂, R₃ y R₄, representan un grupo alquilo C₄-C₂₀ lineal o ramificado, estando dicha cantidad entre 125 meq y 200 meq por 100 g de material inorgánico con estructura laminar, o

el al menos un polímero es seleccionado entre los polímeros de polaridad media con un contenido de heteroátomos entre 7 y 32% en peso, y el al menos un material inorgánico con estructura laminar se selecciona entre los materiales inorgánicos con estructura laminar de polaridad media obtenida por tratamiento de superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador de fórmula general (I) en los que al menos uno de los sustituyentes R₁, R₂, R₃ y R₄, representa un grupo alquilo o hidroxialquilo C₄-C₂₀ lineal o ramificado o un grupo -R₅-SH o -R₅-NH en el que R₅ representa un grupo alquileno C₄-C₂₀ lineal o ramificado, estando dicha cantidad entre 95 meq y 125 meq por 100 g de material inorgánico con estructura laminar, o

el al menos un polímero es seleccionado entre los polímeros de alta polaridad con un contenido de heteroátomos entre 32 y 50% en peso, y el al menos un material inorgánico con estructura laminar se selecciona entre los materiales inorgánicos con estructura laminar de alta polaridad obtenidos por tratamiento de superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador de fórmula general (I) en los que al menos uno de los sustituyentes R₁, R₂, R₃ y R₄, representa un grupo alquilo o hidroxialquilo C₄-C₂₀ lineal o ramificado o un grupo alquenilo o hidroxialquenil C₄-C₂₀ lineal o ramificado, o un grupo -R-₅SH o -R₅-NH en el que R₅ representa un grupo alquileno C₄-C₂₀ lineal o ramificado, estando dicha cantidad entre 20 meq y 95 meq por 100 g de material inorgánico con estructura laminar.

2. Cable, según la reivindicación 1, en el que el material inorgánico exhibe, en el material compuesto, un valor espacio d en análisis de difracción de rayos X por lo menos 30% mayor con respecto al valor de espacio d del material inorgánico como tal.

3. Cable, según la reivindicación 1, en el que los polímeros de baja polaridad son: polipropileno o polietileno injertado con anhídrido maleico; copolímeros etileno- vinil acetato (EVA) con un contenido de vinil acetato entre 2 y 18% en peso; copolímeros etileno-etil acrilato (EEA) que tengan un contenido de etil acrilato entre 2% en peso y 18% en peso; copolímeros etileno-metil acrilato (EMA) que tengan un contenido de metil acrilato entre 2% en peso y 21% en peso; copolímeros etileno-ácido acrílico, caucho natural epoxidado (ENR), caucho natural funcionalizados con grupos acrílico o metacrilato.

4. Cable, según la reivindicación 1, en el que los polímeros de polaridad media son: acetato de etileno- vinil acetato (EVA) con un contenido de copolímeros de vinil acetato de 18% en peso y 80% en peso; copolímeros etileno- etil acrilato (EEE) con un contenido de etil acrilato entre 18% en peso y 80% en peso; copolímeros etileno-metil acrilato (EMA) con un contenido de acrilato de metilo entre 21% en peso y 80% en peso; polimetilmetacrilato (PMMA), polibutileno tereftalato (PBT), polietileno tereftalato (PET); copoliésteres elastoméricos obtenidos por transesterificación de anhídrido tereftálico con una mezcla de dioles; clorosulfonato polietileno (CSP), polietileno clorado; poliacri- latos.

5. Cable, según la reivindicación 1, en el que los polímeros de alta polaridad son: etileno-vinil acetato (EVA) con un contenido de copolímeros de vinil acetato superior a 80% en peso; copolímeros etileno-etil acrilato (CEA) que tengan un contenido de etil acrilato mayor de 80% en peso; copolímeros de etileno-metil acrilato con un contenido de metil acrilato superior a 80% en peso; polivinil acetato, polietil acrilato; polimetil acrilato, cloruro de polivinilo (PVC).

6. Cable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que se selecciona el material inorgánico con estructura laminar de los filosilicatos.

7. Cable, según la reivindicación 6, en el que los filosilicatos se seleccionan a partir de: esmectitas; vermiculita: halloisite; sericita, o sus mezclas.

8. Cable, según la reivindicación 7, en el que las esmectitas se seleccionan a partir de: montmorillonita, nontronita, beidellita, volkonskoita, hectorita, saponita, sauconita.

9. Cable, según la reivindicación 8, en el que la esmectita es montmorillonita.

10. Cable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material compuesto comprende una cantidad entre 1 y 40 partes en peso de material inorgánico con estructura laminar por cada 100 partes de dicho al menos un polímero.

11. Cable, según la reivindicación 10, en el que el material compuesto comprende una cantidad entre 4 y 20 partes en peso de material inorgánico con estructura laminar por cada 100 partes de dicho al menos un polímero.

12. Cable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos una capa de revestimiento (3, 14) con propiedades de aislamiento eléctrico que incluye el material compuesto como en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

13. Cable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos una capa de revestimiento (3, 14) con propiedades semiconductoras, que incluye el material compuesto como en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

14. Cable según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos una capa de revestimiento (3, 14) que tiene la función de funda protectora externa (6, 17) que incluye el material compuesto como en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.

15. Material compuesto que comprende:

- al menos un polímero que contiene una cantidad predeterminada de grupos polares, y

- al menos un material inorgánico con estructura laminar tratado en la superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador;

siendo el compatibilizador seleccionado a partir del amonio cuaternario o sales de fosfonio de fórmula general (I):

en el que:

- Y representa N o P;

- R₁, R₂, R₃ y R₄, que pueden ser iguales o diferentes, representan un grupo alquilo o hidroxialquilo C₁-C₂₀ lineal o ramificado; un grupo alquenilo o hidroxialquenil C₁-C₂₀ lineal o ramificado, un grupo -R₅-SH o -R₅-NH en el que R₅ representa un grupo alquileno C₁-C₂₀ lineal o ramificado, un grupo arilo C₆-C₁₈; un grupo arilalquilo o alquilarilo C₇-C₂₀; un grupo cicloalquilo C₅-C₁₈, dicho grupo cicloalquilo posiblemente conteniendo un heteroátomo como el oxígeno, nitrógeno o azufre;

- X^n- representa un anión como el ion cloruro, el ion sulfato o el ion fosfato;

- n representa 1, 2 ó 3;

en el que dicha cantidad predeterminada de grupos polares y dicha cantidad predeterminada de compatibilizador se seleccionan de forma tal que dicho material inorgánico exhibe, en el material compuesto, un valor espacio d en el análisis de difracción de rayos X por lo menos 20% mayor con respecto al valor de espacio d del material inorgánico como tal, en donde

al menos un polímero es seleccionado entre los polímeros de baja polaridad con un contenido de heteroátomos entre 0,5% en peso y 7% en peso respecto al peso del polímero, y el al menos un material inorgánico con estructura laminar se selecciona entre los materiales inorgánicos con estructura laminar de baja polaridad obtenidos por tratamiento de superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador de fórmula general (I) en los que al menos dos de los sustituyentes R₁, R₂, R₃ y R₄, representan un grupo alquilo C₄-C₂₀ lineal o ramificado, estando dicha cantidad entre 125 meq y 200 meq por 100 g de material inorgánico con estructura laminar; o

el al menos un polímero es seleccionado entre los polímeros de polaridad media con un contenido de heteroátomos entre 7% en peso y 32% en peso, y el al menos un material inorgánico con estructura laminar se selecciona entre los materiales inorgánicos con estructura laminar de polaridad media obtenidos por tratamiento de superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador de fórmula general (I) en los que al menos uno de los sustituyentes R₁, R₂, R₃ y R₄, representa un grupo alquilo o hidroxialquilo C₄-C₂₀ lineal o ramificado o un grupo -R₅-SH o -R₅-NH en el que R₅ representa un grupo alquileno C₄-C₂₀ lineal o ramificado, estando dicha cantidad entre 95 meq y 125 meq por 100 g de material inorgánico con estructura laminar, o

el al menos un polímero es seleccionado entre los polímeros de alta polaridad con un contenido de heteroátomos entre 32% en peso y 50% en peso, y el al menos un material inorgánico con estructura laminar se selecciona entre los materiales inorgánicos con estructura laminar de alta polaridad obtenidos por tratamiento de superficie con una cantidad predeterminada de un agente compatibilizador de fórmula general (I) en los que al menos uno de los sustituyentes R₁, R₂, R₃ y R₄, representa un grupo alquilo o hidroxialquilo C₄-C₂₀ lineal o ramificado o un grupo alquenilo o hidroxialquenil C₄-C₂₀ lineal o ramificado, o un grupo -R-₅SH o -R₅-NH en el que R₅ representa un grupo alquileno C₄-C₂₀ lineal o ramificado, estando dicha cantidad entre 20 meq y 95 meq por 100 g de material inorgánico con estructura laminar.

16. Material compuesto según la reivindicación 15, en el que el material inorgánico exhibe, en el material compuesto, un valor espacio d en el análisis de difracción de rayos X por lo menos 30% mayor con respecto al valor de espacio d del material inorgánico como tal.

17. Material compuesto según la reivindicación 15 ó 16, en el que el material inorgánico con estructura laminar está presente en una cantidad entre 1 phr y 40 phr.

18. Material compuesto según la reivindicación 17, en el que el material inorgánico con estructura laminar está presente en una cantidad entre 4 phr y 20 phr.

19. Utilización de un material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, como material de base para la producción de una capa de revestimiento con propiedades de aislamiento eléctrico.

20. Utilización de un material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, como material de base para la producción de una capa de revestimiento con propiedades semiconductoras.

21. Utilización de un material compuesto según cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, como material de base para la producción de una capa de revestimiento que tiene la función de la funda protectora externa.