Смесь из композиции полиэтилена, способ ее получения и содержащие ее изделия

Изобретение относится к способу получения смешанной композиции полиэтилена. Способ включает смешивание полиэтиленовой композиции и бикарбоната натрия, поддержание удельного расхода энергии (SEI) на уровне Y кВт-ч / т или менее, где Y равно 200. Смешанная композиция полиэтилена имеет плотность от 930 до 965 кг/м³ и содержит по меньшей мере 0,01 мас.% бикарбоната натрия после компаундирования смешанной композиции полиэтилена. При этом соотношение между бикарбонатом натрия в композиции полиэтилена до и после компаундирования представляет X, при этом X₁≤X<Х₂, и X₁ представляет значение 1,00, и Х₂ представляет значение 2,00. Сохранение в способе по изобретению подведенной удельной энергии на низком уровне позволяет смешивать бикарбонат натрия с полиэтиленом только с частичной потерей бикарбоната натрия, что позволяет использовать его для вспенивания композиции на последующих стадиях способа, например, экструзии кабеля. 10 з.п. ф-лы, 1 табл., 5 пр.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к новой композиции компаундированного полиэтилена, способу получения композиции компаундированного полиэтилена, изделию, например, покрытию, проводу или кабелю, содержащим композицию компаундированного полиэтилена, способу получения изделия и применению композиции компаундированного полиэтилена.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ

Вспенивание полиэтилена может быть проведено, как при использовании химических, так физических вспенивающих агентов, или комбинации обоих. Химические вспенивающие агенты представляют вещества, которые выделяют вспенивающий газ в результате реакции теплового разрушения, и химический вспенивающий агент потребляется в реакции вспенивания. Примерами таких веществ являются гидразид или азодикарбомид, или таковые на основе комбинаций твердых органических кислот (или их соли металлов) и карбонат(ы) щелочного металла или бикарбонат(ы) щелочного металла, такие как комбинация лимонной кислоты/производных лимонной кислоты и бикарбоната натрия. Физические вспенивающие агенты представляют газы, вводимые непосредственно в расплав полимера. В таких процессах обычно используют химические вспенивающие агенты в качестве инициаторов зародышеобразования для регулирования ячеек, поскольку газ, образованный реакцией вспенивающего агента, выступает в роли точек зародышеобразования с низкой энергией для образования пузырей. Газ, используемый в качестве физического вспенивающего агента, может представлять, например, N₂ или СО₂,

Для вспененного полиэтилена, используемого в коммуникационных кабелях, важны, как электрические, так и механические свойства. HDPE имеет более низкую диэлектрическую постоянную и более низкий коэффициент диэлектрических потерь, чем у LDPE, наряду с более высокой прочностью и твердостью.

Электрические коммуникационные кабели для телефонии и дата-кабели в норме представляют кабели с витыми парами, которые представляют тип проводки, в котором два проводника одной цепи скручены вместе для нейтрализации интерференции электромагнитных колебаний от внешних источников. Сборка кабелей с витыми парами включает прохождение изолированного проводника через устройства и механизмы и это может вызвать истирание или деформацию кабеля. Процесс скручивания - чрезвычайно деликатный, поскольку противонатяжение может сильно повлиять на герметичность и, следовательно, разделение проводников. Избыточное натяжение во время последующего покрытия оболочками и установки будет в равной степени влиять на разделение проводника, по сути, феномен сдавливания. Ключевыми параметрами, влияющими на характеристики сдавливания, являются разрывная прочность и прочность, которые должны быть максимальными для достижения оптимальных результатов.

Плотность полиэтилена в норме используют для классификации различных типов полиэтилена - HDPE, MDPE, LLDPE, LDPE, VLDPE и ULDPE. Плотность полиэтилена напрямую связана с кристалличностью материала и, следовательно, точкой плавления, поскольку точка плавления по существу определяется толщиной фракции ламеллярных кристаллов. Чистый линейный РЕ с высокой кристалличностью имеет плотность, как правило, от 960 до 970 кг/м³, то есть, около 965 кг/м³ и точку плавления, как правило, от 125 до 135°С, то есть, около 130°С. С понижением плотности полиэтилена точка плавления снижается. Для сильно разветвленного полиэтилена низкой плотности точка плавления, как правило, от 105 до 115°С, то есть около 110°С, поскольку кристалличность нарушается длинно- и короткоцепочечными разветвлениями в LDPE цепочечной структуре.

Полиэтилен с плотностью от 930 до 965 кг/м³ имеет более лучшие механические и электрические свойства, чем полиэтилен с более низкой плотностью и, следовательно, предпочтителен для коммуникационных кабелей. Для вспененной изоляции необходимо, чтобы полимерный материал изоляции имел высокую прочность расплава, поскольку слишком плохая прочность расплава в результате приведет к деформированной структуре ячеек, что плохо как для механических, так и для электрических свойств слоя изоляции кабеля. Полиэтилен с плотностью от 930 до 965 кг/м³ имеет относительно плохую прочность расплава, и для вспененной изоляции его часто смешивают с полиэтиленом низкой плотности, полученным в результате полимеризации высокого давления для улучшения прочности расплава, чтобы гарантировать вспененную изоляцию с закрытой структурой ячеек и гомогенным распределением ячеек.

Эндотермические вспенивающие агенты часто доступны в продаже, как комбинации бикарбоната натрия и производного лимонной кислоты. Эти вспенивающие агенты в норме добавляют непосредственно в питатель экструдера или проводят сухое смешивание с полиэтиленом перед проведением экструзии. В процессах высокоскоростной экструзии, таких как экструзия кабеля, этот способ добавления вспенивающего агента не обеспечивает достаточную гомогенность вспенивающего агента в расплаве полимера, и в результате это позволяет получить вспененную изоляцию с плохой структурой ячеек и плохой поверхностью. При компаундировании вспенивающих агентов с полиэтиленом перед экструзией, вспенивающие агенты лучше распределяются в полимере с получением превосходной и гомогенной структуры ячеек и гладкой поверхности.

Проблема с эндотермическими вспенивающими агентами состоит в том, что бикарбонат натрия начинает разлагаться уже при температуре менее 100°С, с максимальной скоростью реакции при температуре от 130 до 140°С. Температура максимальной скорости реакции, как правило, считается слишком близкой к температуре плавления полиэтилена с плотностью от 930 до 965 кг/м³, чтобы компаундирование происходило без полного разложения вспенивающего агента-бикарбоната натрия.

В WO 2014018768 описываются композиции добавок для материалов на основе полимера со специфическим применением предпочтительно в области с высокими диэлектрическими постоянными, низкими коэффициентами диэлектрических потерь и низкими плотностями, такими как применения, включающие диэлектрические материалы проводов и кабелей. Указанные композиции добавок состоят из термопластичного полимерного носителя, химического вспенивающего агента и наполнителя.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Настоящее изобретение относится к композиции компаундированного полиэтилена с плотностью от 930 до 965 кг/м³, и содержащей по меньшей мере 0,01 процент по массе (масс. %) бикарбоната натрия после компаундирования композиции компаундированного полиэтилена, где соотношение между бикарбонатом натрия в композиции полиэтилена, перед и после компаундирования представляет X, где X₁≤X<Х₂, и X₁ представляет 1,00, и Х₂ представляет 2,00.

Бикарбонат натрия функционирует в качестве вспенивающего агента и постепенно разлагается до карбоната натрия, воды и диоксида углерода. Реакция разложения является эндотермической и для ее прохождения требуется тепло. Реакция начинается при температуре ниже 100°С, но при такой температуре скорость реакции очень низкая. Скорость реакции быстро увеличивается при повышении температуры с максимальной скоростью реакции при температуре от 130°С до 140°С Hartman et al., Ind. Eng. Chem. Res. 2013, 52, 10619-10626. Как правило, полиэтилен высокой плотности имеет температуру плавления около 130°С, и считается, что компаундирование бикарбоната натрия с полиэтиленом высокой плотности невозможно, поскольку точка плавления полимера очень близка к максимальной скорости разложения вспенивающего агента бикарбоната натрия. Неожиданно было установлено, что использование установки смешивания мягкого типа и сохранение подведенной удельной энергии на низком уровне позволяет смешивать бикарбонат натрия с полиэтиленом с плотностью от 930 до 965 кг/м³ только с частичной потерей бикарбоната натрия. Количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять по меньшей мере 0,01 процент по массе (масс. %) и может быть выражено, как соотношение бикарбоната натрия в композиции полиэтилена перед и после компаундированием. Это соотношение определяют, как X, где X₁≤Х<Х₂, и X₁ представляет 1,00, и Х₂ представляет 2,00. Дополнительно, Х₂ менее 2,00 означает, что более чем 50% бикарбоната натрия остается в композиции, что может быть использовано для вспенивания композиции на последующей стадии способа, которая может представлять, например, экструзию кабеля.

Компаундирование мастербатча вспенивающего агента с полимерной основой позволяет достичь лучшего распределения вспенивающего агента и возможного нуклеирующего агента по сравнению с сухим смешиванием с полиэтиленом перед экструзией или непосредственным добавлением мастербатча вспенивающего агента в питатель экструдера. Это способствует более равномерному распределению ячеек и более единообразному размеру ячеек в конечном продукте, что является требованием для коммуникационных кабелей.

Композиция компаундированного полиэтилена содержит бикарбонат натрия, функционирующий в качестве химического вспенивающего агента, и также может содержать такие добавки, как антиоксиданты, лубриканты, поглотители кислот и нуклеирующие агенты. Полиэтилен должен представлять полиэтилен средней или высокой плотности, и химический вспенивающий агент представляет бикарбонат натрия, как таковой или в комбинации с другими вспенивающими агентами, такими как лимонная кислота, соли цитрата натрия и азодикарбонамид.

Бикарбонат натрия представляет химический вспенивающий агент, который обычно используют для вспенивания пластиков. Этот вспенивающий агент термически разлагается на карбонат натрия, воду и диоксид углерода. Скорость разложения зависит от температуры, и максимальная скорость достигается при температуре 130-140°С.

В одном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где композиция компаундированного полиэтилена является вспениваемой.

Вспениваемая означает, что можно получить вспененное изделие из композиции, например, в процессе экструзии. Композиция содержит компоненты, необходимые для вспенивания, и отсутствует необходимость в добавлении чего-либо перед стадией технологической обработки, на которой получают вспененное изделие. Однако можно инжектировать газ в экструдер для достижения более высокой степени расширения, чем только при чистом химическом вспенивании, где весь газ образуется при реакции разложения вспенивающего агента(ов).

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять по меньшей мере 0,02 масс. %.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять по меньшей мере 0,03 масс. %.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять по меньшей мере 0,04 масс. %.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять по меньшей мере 0,045 масс. %.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять по меньшей мере 0,05 масс. %.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять 1,0 масс. %, или менее.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять 0,8 масс. %, или менее.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять 0,7 масс. %, или менее.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где количество бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после стадии смешивания должно составлять 0,6 масс. %, или менее.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где X₁≤Х≤Х₃, и Х₃ представляет 1,95.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,90.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,85.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,80.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,75.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,70.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,65.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,60.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,55.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,50.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,45.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,40.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,35.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,30.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,25.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,20.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,19.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,18.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,17.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,16.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где Х₃ представляет 1,15.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где X₁ представляет 1,01,

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где X₁ представляет 1,02,

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где X₁ представляет 1,03.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где X₁ представляет 1,04.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где X₁ представляет 1,05.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, содержащей смесь по меньшей мере из двух полимеров полиэтилена.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, которая представляет смесь по меньшей мере из одного полимера полиэтилена низкой плотности и по меньшей мере одного полимера полиэтилена высокой плотности.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, содержащей по меньшей мере один полиэтилен высокой плотности (HDPE) с плотностью 930-965 кг/м³.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, содержащей по меньшей мере один полиэтилен низкой плотности (LDPE).

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, содержащей по меньшей мере один полиэтилен высокой плотности (HDPE).

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, где композиция компаундированного полиэтилена содержит смесь по меньшей мере из одного полимера полиэтилена высокой плотности (HDPE), например, одного или двух полимеров полиэтилена высокой плотности (HDPE), и по меньшей мере одного полимера полиэтилена низкой плотности (LDPE), например одного или двух полимеров полиэтилена низкой плотности (LDPE).

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, содержащей смесь, которая содержит 5-70 процентов по массе (масс. %) LDPE, например, 10-60 масс. % LDPE, или например, 10-50 масс. % LDPE.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, которая содержит по меньшей мере один полиэтилен низкой плотности (LDPE), и указанный полиэтилен низкой плотности (LDPE) составляет 50 масс. %, или менее от общего количества полиэтилена в композиции компаундированного полиэтилена.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, содержащей смесь, которая содержит 30-95 масс. % HDPE, например, 40-90 масс. % HDPE, или например, 50-90 масс. % HDPE.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, которая содержит по меньшей мере один полиэтилен высокой плотности (HDPE), и указанный полиэтилен высокой плотности (HDPE) составляет 50 масс. %, или более от общего количества полиэтилена в композиции компаундированного полиэтилена.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанной выше композиции компаундированного полиэтилена, которая представляет смесь из:

a. по меньшей мере одного полимера полиэтилена низкой плотности (LDPE), и

b. по меньшей мере одного полимера полиэтилена высокой плотности (HDPE),

где полиэтилен низкой плотности (LDPE) присутствует в 5-50 масс. % от общего количества полиэтилена, и полиэтилен высокой плотности (HDPE) присутствует в 50-95 масс. % от общего количества полиэтилена.

Полимер полиэтилена высокой плотности (HDPE) полимеризуют в процессе полимеризации под низким давлением и представляет, например, гомополимер HDPE или сополимер HDPE сополимера этилена с одним или более сомономером(ами). Дополнительно, HDPE полимеризуют в процессе полимеризации под низким давлением в присутствии катализатора. Катализатор может представлять, например, катализатор Филлипса, металлоценовый катализатор или катализатор Циглера-Натта. Полимеризация может представлять, например, как газофазную полимеризацию, так и суспензионную полимеризацию или комбинацию суспензионная полимеризация/газофазная полимеризация или газофазная полимеризация/газофазная полимеризация. Дополнительно, полимеризация может представлять полимеризацию в растворе.

Полимеризация может быть проведена в одном реакторе иди в нескольких реакторах, объединенных в серию, с получением в результате уни-, би- или мультимодального полиэтилена. Используемый в описании настоящей патентной заявки термин «модальность» полимера относится к структуре распределения молекулярной массы полимера, то есть, кривой, показывающей число молекул, как функцию молекулярной массы. Если кривая демонстрирует один максимум, полимер указывают как «унимодальный», при этом, когда кривая демонстрирует очень широкий максимум или два, или более максимума, и полимер состоит из двух или более фракций, полимер указывают как «бимодальный», «мультимодальный» и анологичное им. Например, если полимер получают в последовательном многостадийном процессе при использовании реакторов, соединенных в серию и при использовании различных условий в каждом реакторе, каждая из полученных в различных реакторах фракций полимера будет иметь свое собственное распределение молекулярной массы и среднемассовую молекулярную массу. При записи кривой распределения молекулярной массы такого полимера индивидуальные кривые этих фракций накладываются на кривую распределения молекулярной массы для общего полученного полимерного продукта, как правило, с получением кривой с двумя или более различными максимумами.

При получении унимодального полиэтилена этиленовый полимер получают в реакторе при определенных условиях относительно композиции мономеров, давления газообразного водорода, температуры, давления и аналогичного им. Как правило, в качестве сомономера используют другие олефины с вплоть до 12 атомов углерода, такие как α-олефины с 3-12 атомов углерода, например, пропен, бутен, 4-метил-1-пентен, гексен, октен, децен и аналогичное им, при сополимеризации этилена.

Дополнительно, при получении, например, бимодального полиэтилена первый этиленовый полимер получают в первом реакторе при определенных условиях относительно композиции мономеров, давления газообразного водорода, температуры, давления и аналогичного им. После полимеризации в первом реакторе реакционную смесь, содержащую полученный полимер, подают во второй реактор, где имеет место последующая полимеризация при других условиях. Как правило, первый полимер с высокой скоростью течения расплава (низкая молекулярная масса) получают в первом реакторе с добавлением среднего или малого количества сомономера или без такого добавления вообще, при этом второй полимер с низкой скоростью течения расплава (высокая молекулярная масса) получают во втором реакторе с добавлением большего количества сомономера. Как правило, в качестве сомономера используют другие олефины с вплоть до 12 атомов углерода, такие как α-олефины с 3-12 атомов углерода, например, пропен, бутен, 4-метил-1-пентен, гексен, октен, децен и аналогичное им, при сополимеризации этилена. Полученный в результате конечный продукт состоит из гомогенной смеси полимеров из двух реакторов, отличающиеся кривые распределения молекулярной массы этих полимеров вместе образуют кривую распределения молекулярной массы с широким максимум или двумя максимумами, то есть конечный продукт представляет смесь бимодального полимера.

Полимер полиэтилен низкой плотности (LDPE) полимеризуют в процессе полимеризации под высоким давлением, и он представляет, например, необязательно ненасыщенный гомополимер LDPE или необязательно ненасыщенный сополимер LDPE этилена с одним или более сомономером(ами).

Дополнительно, LDPE полимеризуют в процессе полимеризации под высоким давлением, например, в присутствии инициатора(ов), например, LDPE, представляющего необязательно ненасыщенный гомополимер LDPE или необязательно ненасыщенный сполимер LDPE этилена с одним или более сомономером(ами).

LDPE может быть получен, например, в трубчатом реакторе полимеризации или в автоклавном реакторе полимеризации.

Дополнительно, настоящее изобретение относится к способу получения указанного выше компаундированного полиэтилена, где способ включает компаундирование композиции полиэтилена и бикарбоната натрия, где в указанном способе подведенная удельная энергия (SEI) поддерживается на уровне Y кВт/тонна или менее, где Y представляет 200.

Подведенная удельная энергия представляет измерение того, сколько энергии было подведено к материалу в процессе смешивания. Чем меньше энергии подведено, тем меньше проведено работы по смешиванию материала, и это может быть использовано в качестве меры уровня смешивания. Подведенная к материалу энергия релевантна для всех типов смешивания. В настоящем изобретении подведенную энергию поддерживают на низком уровне для снижения количества бикарбоната натрия, который реагирует в процессе смешивания. Он может быть осуществлен при использовании устройства для компаундирования, которое обеспечивает мягкое смешивание, такого как миксер периодического действия с вращающимися в противоположном направлении смешивающими элементами, не находящимися в зацеплении. Такой смеситель подходит, поскольку обеспечивает хороший контроль SEI во время компаундирования. Пример миксера периодического действия с вращающимися в противоположном направлении смешивающими элементами представляет миксер Banbury. Другим типом устройства для компаундирования, обеспечивающим мягкое смешивание, является двухшнековый миксер со шнеками, вращающимися в противоположном направлении.

Устройства для компаундирования с подводом высокой энергии не подходят для компаундирования композиций полиэтилена, содержащих бикарбонат натрия. Примером такого миксера является миксер типа BUSS, который представляет уникальный тип одношнекового миксера с колеблющимся валом шнека. Миксеры BUSS очень эффективны для смешивания, но подводят к материалу высокую энергию в процессе смешивания, что в результате приводит к высокой потере бикарбоната натрия.

Способ получения компаундированного полиэтилена включает компаундирование композиции полиэтилена и бикарбоната натрия, где в указанном способе подведенную удельную энергию (SEI) поддерживают на среднем уровне для поддержания разложения бикарбоната натрия в процессе компаундирования на минимуме. Если подведенная удельная энергия слишком высокая, потери бикарбоната натрия будут больше, что в результате приведет к очень неэффективному процессу.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к получению композиции компаундированного полиэтилена, где бикарбонат натрия входит в состав композиции вспенивающего агента.

Состав вспенивающего агента, который содержит бикарбонат натрия, может дополнительно, содержать, например зародышеобразователи или другие химические вспенивающие агенты. Зародышеобразователи, используемые в составе вспенивающего агента, могут представлять, например минеральные наполнители. Другие вспенивающие агенты, используемые в составе вспенивающего агента, могут представлять, например лимонную кислоту, производные лимонной кислоты или азодикарбонамида.

Дополнительно, состав вспенивающего агента содержит материал-носитель мастербатча, который представляет полимер. Полимер-носитель мастербатча представляет, например, полимер полиэтилена.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанному способу, где подведенную удельную энергию (SEI) поддерживают на уровне Y кВт/тонна или менее, где Y представляет 190.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, где Y представляет 180.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, где Y представляет 170.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к указанному выше способу, где Y представляет 160.

В другом дополнительном варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, где Y представляет 150.

В другом варианте осуществления настоящее изобретение относится к способу, где Y представляет 140.

Также настоящее изобретение относится к изделию, например, покрытию, жиле или кабелю, содержащему композицию компаундированного полиэтилена, где композиция компаундированного полиэтилена вспенена.

Вспененная композиция полиэтилена, например, может быть использована в качестве изоляции на жилах телефонного и дата-кабеля. Дополнительно, медные или алюминиевые провода, например, могут быть покрыты вспененным полиэтиленом с получением жилы кабеля. Указанный выше кабель может представлять, например, телекоммуникационный кабель, дата-кабель или коаксиальный кабель.

Дополнительно, настоящее изобретение также относится к способу получения изделия, где указанный способ включает применение, например, в экструзии, указанной выше композиции компаундированного полиэтилена.

Также настоящее изобретение относится к применению указанной выше композиции компаундированного полиэтилена.

Далее для целей иллюстрации настоящего изобретения приведены следующие не ограничивающие примеры.

ПРИМЕРЫ

1. Методы

Сравнительный пример СЕ1 получили при использовании ко-книдера Buss 100 MDK/E-11L/D, то есть, одношнекового миксера, расположенного по технологической линии ниже выхода из одношнекового экструдера с грануляционной подводной установкой, режущей расплав струей воды на гранулы. Температура миксера составила 55°С, температура шнека составила 30°С, и температура на выходе из экструдера составила 120°С. Скорость шнека миксера составила 120 оборотов в минуту и выходом 75 кг/час. Примеры по настоящему изобретению IE1-IE4 вместо этого получили при использовании миксер Farrel F270 Banbury, где при смешивании управляли SEI с тремя перемещениями поршня во время процесса смешивания (через 35, 90 и 120 секунд) с ограничением давления поршня 4 бар. После смешивания материал пропустили через 15-дюймовый экструдер Pomini Farrel и после выхода из экструдера материал нарезают на гранулы водой при использовании подводного гранулирования. Для IE1 и IE3 смешивание остановили при SEI 138 кВт/тонна, а для IЕ2 и IE4 при 145 кВт/тонна.

Количество бикарбоната натрия в составе определили проведением изотермической обработки образцов при температуре 170°С, где количество СО₂, образовавшегося при разложении бикарбоната натрия, количественно оценили при использовании детектора СО₂ на основе инфракрасной спектроскопии. Ниже приведено описание этого метода:

Устройство

Печь: Metrohm 832 KF Thermoprep, Herisau, Switzerland. Для продувки СО₂ использовали воздух, который проходил через колонну с содой/известью для удаления СО₂.

Детектор СО₂: SBA-5 (предел определения 100000 частей на миллион) PP-systems Amesbury, USA.

Химические реактивы

Гидрокарбонат натрия, степень чистоты реагента (>99,7%), Scharlau Chemi SA, Barcelona, Spain.

Процедура

В стеклянную пробирку, предназначенную для использования в Metrohm 832 KF Themoprep, отвесили около 200 мг измельченного полиэтилена. Пробирку укупорили.

Иглой в 832 KF Themoprep прокололи прокладку для продувки воздухом, прокаченным через пробирку в течение около 1 минуты, для удаления СО₂ из воздуха, находящегося в пробирке. Пробирку поместили в печь при температуре 170°С и определи выделяющийся СО₂ детектором SBA-5. Для калибровки использовали калибровочную кривую, полученную при отвешивании количеств гидрокарбоната натрия (здесь представляющий то же самое, что и бикарбонат натрия).

Для определения потери бикарбоната натрия на стадии компаундирования в образцы добавили мастербатч вспенивающего агента и провели анализ при использовании того же самого метода. Потерю бикарбоната натрия в процентах рассчитали при использовании приведенной ниже формулы:

где А - массовый процент бикарбоната натрия в композиции полиэтилена после компаундирования по сравнению с массовым процентом бикарбоната натрия, добавленным в состав через мастербатч, В - массовый процент в образце бикарбоната натрия в композиции полиэтилена, полученный при анализе с использованием приведенного выше метода, С - массовый процент бикарбоната натрия в мастербатче вспенивающего агента, и D - массовый процент вспенивающего агента мастербатч в композиции полиэтилена.

2. Материалы:

HDPE: унимодальный HDPE материал, полученный при использовании катализатора Филипса с плотностью 946 кг/м³ и MFR₂ (2,16 кг и 190°С) 0,95 г/10 минут.

LDPE: полученный в трубчатом реакторе гомополимер LDPE с плотностью 923 кг/м³ и MFR₂ (2,16 кг и 190°С) 0,75 г/10 минут. Коммерчески доступен от Borealis AG под торговой маркой FT5230.

НЕ1345: соединение полиэтилена высокой плотности, коммерчески доступное от Borealis AG, для химически вспененных одножильных кабелей, которое состоит из вспенивающего агента - азодикарбомида, активированного кремнием. MFR₅ (5 кг и 140°С) 1,1 г/10 минут.

Tracel® РО 4207: Мастербатч эндотермического вспенивающего агента, коммерчески доступный от Tramaco GmbH, содержащий смесь вспенивающего агента - бикарбонат натрия и производного лимонной кислоты, в котором количество производного лимонной кислоты составляет менее чем 75 масс. % добавленного вспенивающего агента. Мастербатч дополнительно содержит нуклеирующий агент. Содержащий минеральный нуклеирующий агент.

Tracel® РО 2217: Мастербатч эндотермического вспенивающего агента коммерчески доступный от Tramaco GmbH, содержащий производное лимонной кислоты, в котором количество лимонной кислоты составляет 100 масс. % добавленного вспенивающего агента. Мастербатч дополнительно содержит нуклеирующий агент. Содержащий минеральный нуклеирующий агент.

Пентаэритрил-тетракис(3-(3',5'-ди-трет.бутил-4-гидроксифенил)-пропионат: антиоксидант, коммерчески доступный от BASF GmbH под торговой маркой Irganox 1010 (CAS-no: 6683-19-8).

N,N'-бис(3(3'5'-ди-трет.бутил-4'-гидроксифенил)пропил) гидразин: деактиватор металла, коммерчески доступный от BASF GmbH под торговой маркой Irganox MD 1024 (CAS-no: 32687-78-8).

1. Способ получения смешанной композиции полиэтилена, включающий компаундирование композиции полиэтилена и бикарбоната натрия, где в указанном способе подведенная удельная энергия (SEI) поддерживается на уровне Y кВт-ч/тонна или менее, где Y представляет значение 200, при этом смешанная композиция полиэтилена имеет плотность от 930 до 965 кг/м³ и содержит по меньшей мере 0,01 мас.% бикарбоната натрия после компаундирования смешанной композиции полиэтилена, где соотношение между бикарбонатом натрия в композиции полиэтилена до и после компаундирования представляет X, при этом X₁≤X<Х₂, и X₁ представляет значение 1,00, и Х₂ представляет значение 2,00.

2. Способ по п. 1, где смешанная композиция полиэтилена является вспениваемой.

3. Способ по п. 1 или 2, где X₁≤Х≤Х₃, и Х₃ представляет значение 1,95.

4. Способ по п. 3, где Х₃ представляет значение 1,90.

5. Способ по п. 3, где Х₃ представляет значение 1,75.

6. Способ по п. 3, где Х₃ представляет значение 1,60.

7. Способ по п. 3, где Х₃ представляет значение 1,50.

8. Способ по любому из пп. 1-7, где смешанная композиция полиэтилена содержит смесь по меньшей мере из двух полимеров полиэтилена.

9. Способ по любому из пп. 1-8, где смешанная композиция полиэтилена содержит по меньшей мере один полиэтилен высокой плотности (HDPE), и указанный полиэтилен высокой плотности (HDPE) составляет значение от 50 до 90 мас.% от общего количества полиэтилена в смешанной композиции полиэтилена.

10. Способ по любому из пп. 1-9, где бикарбонат натрия входит в состав вспенивающего агента.

11. Способ по любому из пп. 1-10, где Y представляет 160.