Композиция наполнителя кабеля - RU2638441C2
Код документа: RU2638441C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к композиции наполнителя кабеля, в частности к композиции наполнителя кабеля для использования в кабелях связи, таких как электрические и оптические кабели, в частности для использования в волоконно-оптических кабелях.
Уровень техники
Волоконно-оптический кабель представляет собой кабель, содержащий одно или несколько оптических волокон. Обычно волоконно-оптические элементы индивидуально покрываются слоями из пластика и помещаются в защитную трубку, подходящую для окружающей среды, в которой будет размещаться кабель. Обычно для заполнения пространства между защитной трубкой и оптическим волокном используют гелевую композицию. Гелевая композиция обеспечивает некоторую механическую защиту и используется для изоляции волокна от воды в случае повреждения трубки.
Широко применяемым решением, разработанным специалистами в этой области техники с целью минимизации проникновения воды внутрь кабеля в случае повреждения пластиковой трубки, является заполнение внутреннего промежуточного пространства кабеля материалом-наполнителем, нерастворимым в воде, таким как герметизирующий состав, который закупоривает кабель и прекращает миграцию воды внутрь кабеля. При использовании материала-наполнителя обычно принимают во внимание несколько факторов, например, такие как его диэлектрическая проницаемость, плотность, старение, термическая стабильность, гидрофобная природа композиции, характеристики обработки и эксплуатации, усадка материала-наполнителя при охлаждении, токсичность, стоимость и тому подобное.
Хотя может быть использована технология предшествующего уровня техники, существует потребность в композиции наполнителя кабеля, которая может быть использована в электрических или оптических кабелях, которая в частности обеспечивает усовершенствования технологичности, такие как простота производства и применения, улучшение реологических характеристик, улучшение тиксотропности, усовершенствование свойств при низкой температуре, улучшение цветовой устойчивости, снижение потерь композиции в случае повреждения кабеля, причем также принимаются во внимание факторы, перечисленные в предшествующем абзаце.
Раскрытие изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения разработана композиция наполнителя кабеля для волоконно-оптического кабеля, которая содержит: (i) базовое масло, полученное синтезом Фишера-Трошпа; и (ii) загущающую систему, которая содержит по меньшей мере один блочный сополимер.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения разработан волоконно-оптический кабель, содержащий композицию наполнителя кабеля, которая содержит: (i) базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша; и (ii) загущающую систему.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложено применение композиции, содержащей базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, и загущающую систему в композиции наполнителя кабеля для волоконно-оптического кабеля.
Неожиданно было обнаружено, что применение базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша в композиции наполнителя кабеля вместе с загущающей системой обеспечивает усовершенствование технологичности и реологических характеристик наряду с усовершенствованием свойств при низкой температуре, улучшением цветовой устойчивости, а также уменьшение до минимума количества таких присадок, как агенты понижения температуры застывания и антиоксиданты, которые необходимо использовать.
В частности, было обнаружено, что композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения демонстрирует более низкую вязкость при более высоких скоростях сдвига, что способствует простоте производства и легкости нанесения композиции.
Кроме того, было обнаружено, что композиция наполнителя кабеля оказывает слабое влияние на вязкость композиции при малых скоростях сдвига, что означает малую потерю (или отсутствие потери) композиции в случае повреждения кабеля.
Также было обнаружено, что композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения обладает преимуществом более высокой температуры вспышки по сравнению с композициями наполнителя кабеля, в которых используются традиционные парафиновые масла.
Дополнительно было обнаружено, что композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения демонстрирует слабое обесцвечивание (или оно отсутствует) при повышенных температурах, поэтому минимизируется содержание антиоксидантов, которые необходимо использовать.
Кроме того, было обнаружено, что композиции наполнителя кабеля настоящего изобретения демонстрируют малую плотность при испытании с конусным пенетратором при низких температурах по сравнению с композициями наполнителя кабеля, приготовленными с парафиновыми маслами, это означает, что композиция может быть использована в более холодном климате.
Краткое описание чертежа
На Фиг. 1 представлена зависимость динамической вязкости (η) композиций изобретения от скорости сдвига.
Осуществление изобретения
Композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения содержит базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша.
Базовые масла, полученные синтезом Фишера-Тропша, известны из уровня техники. Термин "полученные синтезом Фишера-Тропша" означает, что базовое масло представляет собой продукт синтеза Фишера-Тропша или произведено из продукта синтеза Фишера-Тропша. Базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, также можно называть базовым маслом GTL (Газ в жидкий продукт). Подходящие базовые масла, полученные синтезом Фишера-Тропша, которые можно удобно использовать в качестве базового масла в композиции наполнителя кабеля настоящего изобретения, представляют собой, например, те, которые описаны в патентах ЕР 0 776 959, ЕР 0 668 342, WO 97/21788, WO 00/15736, WO 00/14188, WO 00/14187, WO 00/14183, WO 00/14179, WO 00/08115, WO 99/41332, ЕР 1 029 029, WO 01/18156 и WO 01/57166.
Типичное содержание ароматических соединений в базовом масле, полученном синтезом Фишера-Тропша, определенное подходящим образом по ASTM D 2007, обычно будет ниже 1 мас.%, предпочтительно ниже 0,5 мас.% и более предпочтительно ниже 0,1 мас.%. Подходящим образом, базовое масло имеет общее содержание парафинов по меньшей мере 80 мас.%, предпочтительно по меньшей мере 85, более предпочтительно по меньшей мере 90, еще более предпочтительно по меньшей мере 95 и наиболее предпочтительно по меньшей мере 99 мас.%. Подходящим образом, масло имеет содержание насыщенных соединений (измеренное по IP-368) больше чем 98 мас.%. Предпочтительно содержание насыщенных соединений в базовом масле составляет больше чем 99 мас.%, более предпочтительно больше чем 99,5 мас.%. Кроме того, предпочтительно масло имеет максимальное содержание н-парафинов 0,5 мас.%. Базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, также предпочтительно имеет содержание нафтеновых соединений от 0 до меньше чем 20 мас.%, более предпочтительно от 0,5 до 10 мас.%.
Типичное базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, или смесь базового масла имеет кинематическую вязкость при 100°С (измеренную по стандарту ASTM D 7042) в диапазоне от 1 до 35 мм2/с (сСт), предпочтительно от 1 до 25 мм2/с (сСт), более предпочтительно от 2 мм2/с до 12 мм2/с. Предпочтительно базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, имеет кинематическую вязкость при 100°С (измеренную по стандарту ASTM D 7042), по меньшей мере 2,5 мм2/с, более предпочтительно по меньшей мере 3,0 мм2/с. В одном варианте осуществления настоящего изобретения базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, имеет кинематическую вязкость при 100°С не более 5,0 мм2/с, предпочтительно не более 4,5 мм2/с, более предпочтительно не более 4,2 мм /с (например, "GTL 4"). В другом варианте осуществления настоящего изобретения базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, имеет кинематическую вязкость при 100°С не более 8,5 мм2/с, предпочтительно не более 8 мм2/с (например, "GTL 8").
Кроме того, базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, обычно имеет кинематическую вязкость при 40°С (измеренную по стандарту ASTM D 7042) от 10 до 100 мм2/с (сСт), предпочтительно от 15 до 50 мм2/с.
Кроме того, базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, предпочтительно имеет температуру текучести (измеренную по стандарту ASTM D 5950) ниже -30°С.
Температура вспышки (измеренная по стандарту ASTM D92) базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша, предпочтительно составляет больше чем 190°С, более предпочтительно больше чем 220°С.
Базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, предпочтительно имеет индекс вязкости (согласно ASTM D 2270) в диапазоне от 100 до 200. Предпочтительно, базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, имеет индекс вязкости по меньшей мере 125, предпочтительно 130. Кроме того, предпочтительно, индекс вязкости составляет ниже 180, предпочтительно ниже 150.
Коммерчески доступные базовые масла, полученные синтезом Фишера-Тропша, подходящие для использования в композиции наполнителя кабеля согласно изобретению, включают масла, доступные от фирмы Royal Dutch Shell под товарным знаком Risella X, включая Risella X 415, Risella X 420 и Risella X 430.
Кроме того, возможно использование гидроочищенного базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша, медицинского качества, в качестве базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша, для использования в изобретении.
В случае, когда базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, содержит смесь двух или более базовых масел, полученных синтезом Фишера-Тропша, указанные выше величины применимы к смеси из двух или более базовых масел, полученных синтезом Фишера-Тропша.
Предпочтительно композиция наполнителя кабеля содержит больше чем 80 мас.%, более предпочтительно больше чем 90 мас.%, еще более предпочтительно больше чем 92 мас.% базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша, от массы композиции наполнителя кабеля.
Помимо базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша, композиция наполнителя кабеля может содержать один или несколько других типов минеральных, или синтетических базовых масел, включая базовые масла групп I, II, III, IV и V согласно определениям Американского нефтяного института (API). Указанные категории API определены в публикации API 1509, 15-ое издание, Приложение Е, июль 2009.
Другим типом базового масла, подходящего для использования в композиции наполнителя кабеля изобретения, являются алкилароматические базовые масла, например алкилированные нафталины или линейные алкилбензолы.
Другим типом базового масла, подходящего для использования в композиции наполнителя кабеля изобретения, являются производные жирных кислот, например сложные эфиры растительных масел.
Общее количество базового масла, введенного в композицию наполнителя кабеля настоящего изобретения, предпочтительно находится в диапазоне от 50 до 97 мас.%, более предпочтительное количество находится в диапазоне от 85 до 95 мас.%, в расчете на общую массу композиции наполнителя кабеля.
Композиция наполнителя кабеля дополнительно содержит загущающую систему. Предпочтительно загущающая система содержит по меньшей мере один блочный сополимер.
Блочный сополимер предпочтительно присутствует в количестве 15 мас.% или меньше, более предпочтительно в диапазоне от 3 мас.% до 10 мас.%, еще более предпочтительно в диапазоне от 5 мас.% до 9 мас.% от массы композиции наполнителя кабеля.
Предпочтительным блочным сополимером для использования в изобретении является стирольный блочный сополимер, состоящий из полистирольных блоков и каучуковых блоков.
Предпочтительно блочный полимер выбран из диблочных сополимеров, триблочных сополимеров и их смесей.
Подходящие диблочные сополимеры включают (но без ограничений) стирол-этилен/бутиленовый и стирол-этилен/пропиленовый сополимер.
Подходящие триблочные сополимеры включают (но без ограничений) стирол-бутадиен-стирольный (SBS), стирол-изопрен-стирольный (SIS), стирол-этилен/бутилен-стирольный (SEBS), стирол-этилен/пропилен-стирольный (SEPS), и их смеси. Коммерчески доступными триблочными полимерами являются Kraton D (SBS и SIS), от фирмы Kraton Polymers, Houston, Texas, USA. Коммерчески доступными диблочными полимерами являются Kraton G (SEB и SEP), от фирмы Kraton Polymers, Houston, Texas, USA.
Предпочтительным блочным сополимером, используемым в изобретении, является блочный сополимер KRATON G-1701 коммерчески доступный на фирме Kraton Polymers, Houston, Texas, USA, который представляет собой прозрачный линейный диблочный сополимер на основе стирола и этилен/пропилена с содержанием полистирола 37%.
Другими типами блочных полимеров, подходящих для использования в изобретении, являются блочные полиолефины (также известные как полиолефины Циглера-Натта, аморфные полиолефины (АРО) или металлоценовые полиолефины (МРО)).
Блочные полимеры могут быть использованы в изобретении в комбинации с загустителями других типов, такими как полимеры, других типов глины или воски.
Композиции наполнителя кабеля при необходимости могут содержать одну или несколько присадок, таких как антиоксиданты, депрессанты температуры текучести, пассиваторы меди и тому подобное. Специалист в этой области техники осведомлен о таких присадках, и типичных количествах каждой из таких присадок, которые вводятся в композиции настоящего изобретения.
Композиции наполнителя кабеля при необходимости содержат антиоксиданты или стабилизаторы, предпочтительно в концентрации меньше 1 мас.% с целью улучшения обработки или для защиты от старения в окружающей среде под действием теплоты. Подходящие антиоксиданты или стабилизаторы включают фенолы, фосфиты, фосфориты, тиосинергические агенты, амины, бензоаты и их смеси.
В одном варианте осуществления настоящего изобретения композиция наполнителя кабеля содержит один или несколько антиоксидантов. Антиоксиданты, подходящие для использования в изобретении, включают фенольные антиоксиданты и/или аминные антиоксиданты. Композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения может содержать смеси из одного или нескольких фенольных антиоксидантов с одним или несколькими аминными антиоксид антами.
При наличии в композиции наполнителя кабеля настоящего изобретения указанные антиоксиданты предпочтительно содержатся в диапазоне от 0,1 до 5,0 мас.%, более предпочтительно в диапазоне от 0,3 до 3,0 мас.% и наиболее предпочтительно в диапазоне от 0,5 до 1,5 мас.% в расчете на массу композиции наполнителя кабеля.
В одном предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения композиция наполнителя кабеля не содержит антиоксидантов.
Композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения предпочтительно имеет динамическую вязкость при 25°С (при скорости сдвига 1 с-1) (с использованием ISO 2555) в диапазоне от 20 до 200 Па⋅с, более предпочтительно в диапазоне от 25 до 50 Па⋅с, еще более предпочтительно в диапазоне от 30 до 40 Па⋅с.
Композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения предпочтительно находится в форме геля, предпочтительно тиксотропного геля.
Композицию наполнителя кабеля настоящего изобретения можно удобно приготовить путем смешивания базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша, и любого другого базового масла (масел) с загущающей системой и любой присадкой (присадками) при повышенных температурах.
Композиция наполнителя кабеля согласно настоящему изобретению может быть использована в различных применениях, в таких как электрические кабели, волоконно-оптические кабели и тому подобное. Композиции наполнителя кабеля настоящего изобретения являются особенно подходящими для использования в волоконно-оптических кабелях. Поэтому согласно другому замыслу настоящего изобретения разработан волоконно-оптический кабель, который содержит композицию наполнителя кабеля, которая содержит (i) базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша; и (ii) загущающую систему.
Неожиданно было обнаружено, что использование базового масла, полученного синтезом Фишера-Тропша, в композиции наполнителя кабеля вместо традиционного базового масла группы II или базового масла группы III, позволяет получить преимущества в отношении единицах реологических характеристик, технологичности, легкости использования, тиксотропии, цветовой устойчивости и улучшения свойств при низкой температуре. Следовательно, согласно другому аспекту настоящего изобретения разработано применение композиции, содержащей базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, и загущающую систему в композиции наполнителя для волоконно-оптического кабеля.
Настоящее изобретение описано ниже со ссылкой на следующие примеры, которые не предусмотрены для ограничения объема настоящего изобретения каким-либо образом.
Примеры
Композиции наполнителя кабеля
Композиции наполнителя кабеля в примерах и сравнительных примерах были приготовлены с использованием традиционного лабораторного смесителя путем нагревания базового масла до температуры 130°С и добавления блочного сополимера. Смесь перемешивают приблизительно в течение 50 минут с последующей вакуумной дегазацией.
"Базовое масло 1" (или "БМ1" или "GTL 4") представляет собой базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, имеющее кинематическую вязкость при 100°С (ISO 3104) приблизительно равную 4,1 сСт (мм2с-1). Базовое масло 1 является коммерчески доступным от фирмы Royal Dutch Shell под товарным знаком Risella X 420.
"Базовое масло 2" (или "БМ2") является коммерчески доступным базовым маслом группы II, имеющим кинематическую вязкость при 40°С (ISO 3104) приблизительно равную 21,7 сСт. Базовое масло 2 является коммерчески доступным от фирмы Royal Dutch Shell под товарным знаком "Catenex Т121".
"Базовое масло 3" (или "БМ3") является коммерчески доступным базовым маслом группы III, имеющим кинематическую вязкость при 100°С (ASTM D445) приблизительно равную 4,3 сСт. Базовое масло 3 является коммерчески доступным от фирмы Neste Oil под товарным знаком Nexbase 3043.
Блочный сополимер, использованный в примерах и сравнительных примерах, представляет собой KRATON G1701 коммерчески доступный от фирмы Kraton Polymers, Houston, Texas. KRATON G1701 представляет собой линейный, диблочный сополимер на основе стирола и этилена/пропилена с содержанием полистирола 37%.
В таблице 1 приведены физические характеристики базовых масел. В таблице 2 указаны количества базового масла и полимера, введенных в соответствующие рецептуры. Эти количества приведены в мас.%, в расчете на общую массу композиции наполнителя кабеля.
Пример 1 представляет собой пример согласно настоящему изобретению, тогда как примеры 2 и 3 являются сравнительными примерами.
Метод испытания динамической вязкости при сдвиге
Динамическую вязкость при сдвиге примеров 1-3 измеряют с использованием метода испытания ISO 2555 с помощью следующих данных/параметров для приборов:
Вискозиметр: Anton-Paar MCR301.
Параметры: конус/пластина
Конусность 1°, диаметр 25 мм
Температура 25°С
Логарифмическое возрастание сдвига от 1 до 5000 с-1
50 измерительных точек при времени 8 с на каждую точку
Результаты измерений динамической вязкости для примеров 1-3 приведены в таблице 3 и на фиг. 1.
Метод испытания пенетрации
В примерах 1-3 пенетрацию измеряют при температуре -40°C с использованием метода испытания ISO 13737 без предварительной обработки, с помощью пенетрометра Sommer & Runge PHR10. Результаты измерения пенетрапии указаны ниже в таблице 4.
На фиг. 1 приведен график динамической вязкости (rj) при 25°С в зависимости от скорости сдвига (1/с) для Примера 1 (№образца WE1000972), Примера 2 (№образца WE1000973) и Примера 3 (№образца WE1000974).
Обсуждение
Данные, приведенные выше в таблице 3 и на Фиг. 1, демонстрируют, что композиция наполнителя кабеля в Примере 1 (согласно настоящему изобретению, содержащая базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша, в комбинации со стирольным диблочным полимером) обладает практически такой же динамической вязкостью в отсутствие сдвига, но меньшей динамической вязкостью, при высоких скоростях сдвига, в сопоставлении с композициями наполнителя кабеля из сравнительных примеров 2 и 3 (содержащими традиционные базовые масла из группы II и группы III соответственно, в комбинации со стирольным диблочным полимером). Это означает, что композиции наполнителя кабеля настоящего изобретения могут быть ненесены более легко и быстрее без какого-либо нагревания.
Данные, приведенные выше в таблице 4, демонстрируют, что композиции примера 1 обладают меньшим значением пенетрации при -40°С, чем пенетрация в сравнительных примерах. Это означает, что композиции наполнителя кабеля настоящего изобретения являются более мягкими при низкой температуре и могут быть использованы в более холодном климате.
Данные, приведенные в таблице 1, демонстрируют, что базовое масло из синтеза Фишера-Тропша, использованное в примере 1, обладает более высокой температурой вспышки, чем базовые масла, использованные в сравнительных примерах 2 и 3. Это демонстрирует, что базовое масло из синтеза Фишера-Тропша, использованное в настоящем изобретении, более безопасно при использовании в композициях наполнителя кабеля, чем другие более традиционные базовые масла.
Данные, приведенные в таблице 1, также демонстрируют, что базовое масло из синтеза Фишера-Тропша, использованное в примере 1, имеет повышенную цветовую устойчивость по сравнению с другими двумя базовыми маслами, использованными в примерах 2 и 3, соответственно. Это означает, что для композиций наполнителя кабеля согласно настоящему изобретению требуется минимум антиоксидантов или они не требуются.
Реферат
Настоящее изобретение относится к волоконно-оптическому кабелю, содержащему композицию наполнителя кабеля, которая содержит: (i) базовое масло, полученное синтезом Фишера-Тропша; и (ii) загущающую систему, которая содержит по меньшей мере один блочный сополимер. Композиция наполнителя кабеля настоящего изобретения обеспечивает усовершенствования реологических характеристик, улучшение свойств при низкой температуре и цветовой устойчивости, а также минимизируется содержание присадок, таких как антиоксиданты и депрессанты температуры текучести, которые необходимо использовать. 9 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 табл
