Una composición polimérica y un cable eléctrico que comprende la composición polimérica.

Una composición polimérica que es reticulable, en donde la composición polimérica comprende una poliolefina y un agente reticulante,

y en donde la composición polimérica tiene una conductividad eléctrica de 150 fS/m o menos, cuando se mide a 70 ºC y un campo eléctrico medio de 30 kV/mm, a partir de una muestra de placa de 1 mm de espesor sin desgasificar, que consiste en una composición polimérica reticulada según el método de conductividad DC (1) como se describe bajo el subtítulo "Métodos de determinación"; y

en donde la poliolefina es un polímero LDPE insaturado, que se selecciona de un homopolímero LDPE insaturado o un copolímero LDPE insaturado de etileno con uno o más comonómeros, y en donde el polímero LDPE insaturado contiene grupos vinilo y la cantidad total de grupos vinilo presente en el polímero LDPE insaturado es superior a 0,05/1.000 átomos de carbono, y

en donde la poliolefina se obtiene por un procedimiento de alta presión, que comprende:

(a) comprimir uno o más monómeros bajo presión en un compresor, utilizando un lubricante de compresor para lubricación,

(b) polimerizar un monómero opcionalmente junto con uno o más comonómeros en una zona de polimerización,

(c) separar la poliolefina obtenida a partir de los productos sin reaccionar y recuperar la poliolefina separada en una zona de recuperación,

en donde en la etapa a) el lubricante para compresor comprende un aceite mineral.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2010/066711.

Solicitante: BOREALIS AG.

Nacionalidad solicitante: Austria.

Dirección: WAGRAMERSTRASSE 17-19 1220 VIENNA AUSTRIA.

Inventor/es: NILSSON, ULF, SMEDBERG, ANNIKA, CAMPUS,ALFRED.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C08F10/02 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES.C08F COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES QUE IMPLICAN UNICAMENTE ENLACES INSATURADOS CARBONO - CARBONO (producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de hidrocarburos de número reducido de átomos de carbono, p. ej. por oligomerización, C10G 50/00; Procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la síntesis de un compuesto químico dado o de una composición dada, o para la separación de isómeros ópticos a partir de una mezcla racémica C12P; polimerización por injerto de monómeros, que contienen uniones insaturadas carbono-carbono, sobre fibras, hilos, hilados, tejidos o artículos fibrosos hechos de estas materias D06M 14/00). › C08F 10/00 Homopolímeros y copolímeros de hidrocarburos alifáticos insaturados que tienen solamente un enlace doble carbono-carbono. › Eteno.
  • C10M101/02 C […] › C10 INDUSTRIAS DEL PETROLEO, GAS O COQUE; GAS DE SINTESIS QUE CONTIENE MONOXIDO DE CARBONO; COMBUSTIBLES; LUBRICANTES; TURBA.C10M COMPOSICIONES LUBRICANTES (composiciones para la perforación de pozos C09K 8/02 ); UTILIZACION DE SUSTANCIAS, YA SEA SOLAS, O COMO INGREDIENTES LUBRICANTES EN UNA COMPOSICION LUBRICANTE (agentes de desmoldeo, es decir, de separación, para metales B22C 3/00, para materias plásticas o para sustancias en estado plástico, en general B29C 33/56, para el vidrio C03B 40/02; lubricantes para textiles D06M 11/00, D06M 13/00, D06M 15/00; aceites de inmersión para microscopia G02B 21/33). › C10M 101/00 Composiciones lubricantes, caracterizadas porque el material de base es un aceite mineral o un aceite graso (que contienen más del 10% de agua C10M 173/00). › Fracciones de petróleo.
  • H01B3/44 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01B CABLES; CONDUCTORES; AISLADORES; ,o EMPLEO DE MATERIALES ESPECIFICOS POR SUS PROPIEDADES CONDUCTORAS, AISLANTES O DIELECTRICAS (empleo por las propiedades magnéticas H01F 1/00; guías de ondas H01P). › H01B 3/00 Aisladores o cuerpos aislantes caracterizados por el material aislante; Empleo de materiales por sus propiedades aislantes o dieléctricas. › resinas vinílicas; resinas acrílicas (siliconas H01B 3/46).

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Fragmento de la descripción:

Una composición polimérica y un cable eléctrico que comprende la composición polimérica Campo de la Invención

La invención se refiere a una composición polimérica adecuada para una capa de un cable eléctrico, el uso de la composición polimérica en una capa de un cable eléctrico, comprendiendo dicho cable eléctrico la composición polimérica y a un procedimiento para producir el cable.

Técnica anterior

Las poliolefinas producidas en un procedimiento a alta presión (HP) son ampliamente utilizadas para aplicaciones poliméricas exigentes, en donde los polímeros deben cumplir altos requisitos mecánicos y/o eléctricos. Por ejemplo, para aplicaciones de cables eléctricos, particularmente para aplicaciones de cables eléctricos de voltaje medio (MV) y especialmente de alto voltaje (HV) y de extra alto voltaje (EHV), las propiedades eléctricas de la composición polimérica tienen una significativa importancia. Además, el requisito para las propiedades eléctricas puede diferir para diferentes aplicaciones de cable, como en el caso entre aplicaciones de cable de corriente alterna (AC) y de corriente continua (DC).

Un típico cable eléctrico comprende un conductor rodeado por, al menos, una capa semiconductora interna, una capa aislante y una capa semiconductora externa, en ese orden.

Carga espacial

Hay una diferencia fundamental entre AC y DC con respecto a la distribución del campo eléctrico en el cable. El campo eléctrico de un cable AC se calcula fácilmente puesto que depende únicamente de una propiedad del material, a saber, la permitividad relativa (la constante dieléctrica) con conocida dependencia de temperatura. El campo eléctrico no influenciará la constante dieléctrica. Por otra parte, el campo eléctrico en el cable DC es mucho más complejo y depende de la conducción, captura y acumulación de cargas eléctricas, denominadas cargas espaciales, dentro del aislamiento. Las cargas espaciales dentro del aislamiento distorsionarán el campo eléctrico y pueden ocasionar puntos de muy alta tensión eléctrica, posiblemente tan alta que ocasionará a un fallo eléctrico.

Preferiblemente, no debe haber cargas espaciales presentes puesto que esto haría posible diseñar fácilmente el cable según se conozca la distribución del campo eléctrico en el aislamiento.

Normalmente, las cargas espaciales se sitúan muy cerca de los electrodos; las cargas de la misma polaridad que el electrodo cercano se denominan homocargas, las cargas de polaridad opuestas se denominan heterocargas. Las heterocargas aumentarán el campo eléctrico en este electrodo, en cambio, las homocargas reducirán el campo eléctrico.

Conductividad eléctrica

La conductividad eléctrica DC es una importante propiedad del material, por ejemplo, para aislar materiales para cables HVDC. En primer lugar, la fuerte dependencia de temperatura y de campo eléctrico de esta propiedad influye sobre la distribución del campo eléctrico a través de la acumulación de carga espacial, como se describió previamente. El segundo problema, es el hecho de que el calor se genera dentro del aislamiento por la corriente de fuga eléctrica que fluye entre las capas semiconductoras interna y externa. Esta corriente de fuga depende del campo eléctrico y de la conductividad eléctrica del aislamiento. La alta conductividad del material aislante puede incluso ocasionar un embalamiento térmico en condiciones de alta tensión y alta temperatura. La conductividad debe por tanto mantenerse lo suficientemente baja como para evitar el embalamiento térmico.

Lubricantes para compresores

El procedimiento HP se realiza típicamente a altas presiones de hasta 4. bares. En sistemas de reactor HP conocidos, el o los monómeros de partida necesitan ser comprimidos (presurizados) antes de ser introducidos en el reactor de polimerización real a alta presión. Los lubricantes para compresores se utilizan convencionalmente en el o los hipercompresores para la lubricación de cilindros, para permitir la etapa de compresión mecánicamente exigente del o de los monómeros de partida. Es bien conocido que pequeñas cantidades del lubricante se cuelan normalmente a través de los cierres herméticos al interior del reactor y se mezclan con el o los monómeros. En consecuencia, la mezcla de reacción contiene trazas (hasta cientos de ppm) del lubricante para compresor durante la etapa real de polimerización del o de los monómeros. Estas trazas de lubricantes para compresores pueden tener un efecto sobre las propiedades eléctricas del polímero final.

Como ejemplos de lubricantes coemrciales para compresores está, por ejemplo, el polialquilenglicol (PAG):

R - [CxRyHz-]n - H, en donde R puede ser H o hidrocarbilo de cadena lineal o ramificada y x, y, x, n son números enteros independientes que pueden variar de una manera conocida, y pueden mencionarse lubricantes basados en un aceite mineral (subproducto de la destilación de petróleo).

Los lubricantes para compresores basados en aceites minerales que cumplen los requisitos establecidos para el aceite mineral blanco en la Directriz Europea 22/72/EC, Anexo V, para plásticos utilizados en contacto con alimentos, se utilizan, por ejemplo, para polimerizar polímeros especialmente para la industria alimentaria y farmacéutica. Estos lubricantes basados en aceite minerales contienen usualmente uno o más aditivos de lubricidad y también pueden contener otro u otros tipos de aditivos, tal como antioxidantes.

El documento W291241 de Dow describe que en el procedimiento de polimerización a alta presión, en donde se utilizan compresores para presurizar los reactantes, es decir, uno o más monómeros, el lubricante para compresor puede tener un efecto sobre las propiedades del polímero polimerizado. El documento describe el uso de un poliéter poliol que comprende una o ninguna funcionalidad hidroxilo como lubricante de compresor para prevenir la reticulación prematura, en particular, de las poliolefinas HP modificadas con silano. El documento WÓ291292 de Dow describe una composición que comprende una (i) poliolefina HP libre de funcionalidad silano y (ii) un poliéter poliol hidrófobo de tipo PAG, en el que al menos 5% de sus moléculas, no comprenden más de un solo grupo funcional hidroxilo. El componente (ii) parece originarse a partir de un lubricante para compresor. La composición es, entre otras, para aplicaciones de alambres y cables (W&C) y se establece que reduce las pérdidas dieléctricas en cables eléctricos MV y HV véase página 2, párrafo 6. En ambas aplicaciones se establece que los grupos hidrófilos (por ejemplo, los grupos hidroxilo) presentes en el lubricante para compresor, pueden dar como resultado un aumento de la absorción de agua por parte del polímero lo cual a su vez puede aumentar las pérdidas eléctricas o quemado prematuro, respectivamente, cuando el polímero se utiliza como un material para revestir cables. Los problemas se resuelven mediante un tipo específico de PAG de lubricante con reducida cantidad de funcionalidades hidroxilo.

Existe una continua necesidad en el campo de los polímeros de encontrar polímeros que sean adecuados para las aplicaciones poliméricas exigentes, tal como aplicaciones de alambre y cable con altos requisitos y regulaciones estrictas.

Objetos de la invención

Uno de los objetos de la presente invención es proporcionar una composición polimérica alternativa con propiedades altamente ventajosas para usar en una capa cable, preferiblemente en una capa de cable de corriente alterna (AC) o de corriente continua (DC), más preferiblemente en una capa de cable DC.

Además, la invención proporciona un uso de una composición polimérica alternativa en una capa aislante de un cable eléctrico, preferiblemente a un cable eléctrico de corriente continua (DC)

A continuación, se describe y define con detalle la invención y objetos adicionales de la misma.

Descripción de la invención

La presente invención proporciona una composición polimérica que es reticulable, en donde la composición polimérica comprende una poliolefina y un agente reticulante, y en donde la composición polimérica tiene una conductividad eléctrica de 15 fS/m o menos, cuando se mide a 7 °C y un campo eléctrico medio de 3 kV/mm de una muestra de placa de 1 mm de espesor sin desgasificar, que consiste en una composición polimérica reticulada según el método de conductividad DC (1) como se describe bajo el subtítulo "Métodos de determinación"; y en donde la poliolefina es un polímero LDPE insaturado, que se selecciona de un homopolímero LDPE insaturado o un copolímero LDPE insaturado de etileno con uno o más comonómeros, y en donde el polímero LDPE insaturado contiene grupos vinilo... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Una composición polimérica que es reticulable, en donde la composición polimérica comprende una poliolefina y un agente reticulante, y en donde la composición polimérica tiene una conductividad eléctrica de 15 fS/m o menos, cuando se mide a 7 °C y un campo eléctrico medio de 3 kV/mm, a partir de una muestra de placa de 1 mm de espesor sin desgasificar, que consiste en una composición polimérica reticulada según el método de conductividad DC (1) como se describe bajo el subtítulo "Métodos de determinación"; y

en donde la poliolefina es un polímero LDPE insaturado, que se selecciona de un homopolímero LDPE insaturado o un copolímero LDPE insaturado de etileno con uno o más comonómeros, y en donde el polímero LDPE insaturado contiene grupos vinilo y la cantidad total de grupos vinilo presente en el polímero LDPE insaturado es superior a

,5/1. átomos de carbono, y

en donde la poliolefina se obtiene por un procedimiento de alta presión, que comprende:

(a) comprimir uno o más monómeros bajo presión en un compresor, utilizando un lubricante de compresor para lubricación,

(b) polimerizar un monómero opcionalmente junto con uno o más comonómeros en una zona de polimerización,

(c) separar la poliolefina obtenida a partir de los productos sin reaccionar y recuperar la poliolefina separada en una zona de recuperación,

en donde en la etapa a) el lubricante para compresor comprende un aceite mineral.

2. La composición polimérica según la reivindicación 1, en donde el aceite mineral es un aceite mineral blanco que cumple los requisitos establecidos para el aceite mineral blanco en la Directriz Europea 22/72/EC, de 6 Agosto de 22, Anexo V, para plásticos utilizados en contacto con alimentos.

3. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una conductividad eléctrica de ,27 fS/m o menos, cuando se mide a 2°C y un campo eléctrico medio de 4 kV/mm de una muestra de placa de ,5 mm de espesor desgasificada, que consiste en una composición polimérica reticulada según el método de conductividad DC (2), como se describe bajo el subtítulo "Métodos de determinación".

4. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la composición polimérica comprende peróxido antes de la reticulación y la cantidad de peróxido es de al menos 35 mmoles de -O- -/kg de composición polimérica.

5. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprende además uno o más antioxidantes seleccionados de fenoles esféricamente impedidos o semi-impedidos, aminas aromáticas, aminas esféricamente impedidas alifáticas, fosfitos o fosfonitos orgánicos, compuestos fio, y mezclas de los mismos;

y, opcionalmente, comprende además uno o más retardantes de quemadura, seleccionados de compuestos de alilo, difeniletilenos sustituidos o insustituidos, derivados de quinonas, derivados de hidroquinona, ásteres y éteres que contienen vinilo monofuncionales, hidrocarburos monocíclicos con al menos dos o más dobles enlaces, o mezclas de los mismos.

6. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la cantidad total de grupos vinilo presente en el LDPE insaturado es superior a ,8/1. átomos de carbono.

7. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el copolímero LDPE ¡nsaturado es un copolímero LDPE insaturado de etileno con al menos un comonómero polinsaturado y, opcionalmente, con uno o más comonómeros,

8. La composición polimérica según la reivindicación 7, en donde el comonómero polinsaturado consiste en una cadena lineal de carbono con al menos 8 átomos de carbono y al menos 4 átomos de carbonos entre los dobles enlaces no conjugados, de los cuales al menos uno es terminal.

9. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la poliolefina contiene grupos vinilo presente en una cantidad total superior a ,2/1. átomos de carbono.

1. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que ha sido reticulada.

11. La composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la poliolefina se retícula con un peróxido.

12. El uso de una composición polimérica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 1 a 9, para producir al menos una capa de un cable eléctrico reticulable.

13. Un cable eléctrico retlculable, que comprende un conductor que está rodeado por al menos una capa aislante, en donde la al menos una capa aislante comprende la composición polimérica como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 1 a 9, antes de la reticulación de la misma.

14. Un cable eléctrico reticulado, que comprende un conductor que está rodeado por al menos una capa aislante, en 5 donde la al menos una capa aislante, comprende la composición polimérica retlculada como se define en cualquiera

de las reivindicaciones anteriores 1 o 11.

15. Un procedimiento para producir un cable eléctrico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 13 o 14, en donde el procedimiento comprende las etapas de

-aplicar sobre un conductor una capa semiconductora interna, que comprende una primera capa semiconductora 1 interna, una capa aislante que comprende una composición polimérica y una capa semiconductora externa, que comprende una segunda capa semiconductora, en donde la capa aislante comprende una composición polimérica como se define en cualquiera de las reivindicaciones anteriores de 1 a 1, que comprende una poliolefina y un agente reticulante, y

-opcionalmente, reticular al menos la poliolefina de la composición polimérica de la capa aislante, también 15 opcionalmente al menos una de la primera capa semiconductora de la capa semiconductora interna y la segunda capa semiconductora de la capa semiconductora externa, en presencia de una gente reticulante y en condiciones de reticulación.


 

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