Новые сополимеры этилена и винилацетата для высоконаполненных кабельных компаундов

Сополимеры этилена и винилацетата (EVA) играют важную роль в кабельном производстве, являясь основным полимерным материалом, который хорошо подходит для диспергирования наполнителя. В статье описан новый сополимер EVA, предназначенный для использования в безгалогенных, не распространяющих горение компаундах, который был специально разработан для одновременного сокращения водопоглощения и увеличения относительного удлинения при растяжении при высоком уровне наполнения компаунда минеральным антипиреном. Такое увеличение относительного удлинения потенциально может привести к снижению потребности в полиолефинах с привитым малеиновым ангидридом в этих высоконаполненных композициях. 

Сополимеры EVA – гибкие, полукристаллические термопластичные материалы, в которых модуль упругости и температура плавления полимера могут быть заданы путём регулирования соотношения сомономеров. Результатом радикальной полимеризации этилена является полиэтилен низкой плотности (LDPE), материал с номинальным модулем упругости в диапазоне приблизительно от 100 до 300 МПа и температурой плавления от 100°C до 120°C. Введение винилацетата во время этой полимеризации приводит к образованию случайного сополимера этилена и винилацетата. В твердой форме введённый винилацетат служит для нарушения кристалличности, снижая как модуль упругости, так и температуру плавления материала. Эти снижения являются достаточно существенными: сополимер EVA с 40% по весу включённого винилацетата имеет модуль упругости приблизительно 2 МПа и демонстрирует широкий переход температуры плавления с центром примерно при 50°C. EVA обладает сочетанием характеристик, которые делают его полезным в наполненных компаундах. Низкий модуль упругости материалов EVA, содержащих умеренные уровни винилацетата (уровни винилацетата от 12 до 40% по весу) в сочетании с умеренным уровнем полярности, позволяет использовать эти материалы с высокой концентрацией наполнителей  в нескольких областях применения. Высоконаполненные компаунды EVA (с содержанием неорганических веществ, иногда доходящим до 80% по весу) находят применение при производстве термоформуемых автомобильных шумопоглощающих слоёв, концентратов красок, а также проводов и кабелей.

Сополимеры EVA могут использоваться в разнообразных кабельных компаундах, но их основное применение – в качестве электропроводящих слоёв для кабелей среднего напряжения и в качестве матричного материала безгалогенных компаундов с низким дымовыделением для кабельных оболочек. В обоих случаях преимуществом является способность EVA сохранять гибкость при высоких концентрациях наполнителей. Полимеры EVA широко используются для производства безгалогенных компаундов с низким дымовыделением для кабельных оболочек. Эти компаунды получают путём объединения EVA с определёнными неорганическими компонентами, а также с другими ингредиентами, такими как другие полимеры, стабилизаторы и сшивающие агенты. В качестве неорганических компонентов обычно используются минеральные наполнители, которые разлагаются в результате эндотермической реакции при высоких температурах, что обычно происходит во время пожара.  
К широко распространённым антипиренам относятся гидроксид алюминия, гидроксид магния и карбонат магния. Эндотермическое разложение этих материалов препятствует горению за счёт поглощения тепла и выделения инертного газа, такого как водяной пар. 
Для достижения целевого уровня нераспространения горения безгалогенные компаунды на минеральной основе обычно должны содержать уровни наполнителей порядка 50-60 процентов по весу. При таких высоких концентрациях наполнителей разработчики рецептур компаундов должны пытаться преодолеть целый ряд проблем. Высоконаполненные компаунды могут стать жёсткими и хрупкими, что затруднит достижение целевых механических свойств. Кроме того, в то время как EVA является гидрофобным, не распространяющие горение компаунды, состоящие на 60 процентов по весу из гигроскопического минерала, могут поглощать значительные объёмы воды. Такое поглощение воды может, в свою очередь, оказать дополнительное негативное влияние на механические свойства. Полиолефины с привитым малеиновым ангидридом часто используются для повышения совместимости этих наполнителей в матрице полимера EVA, что может привести к улучшению механических свойств компаундов. Однако эти полиолефины с привитым малеиновым ангидридом обычно довольно дорогостоящие по сравнению с остальным составом компаунда. Руководствуясь этими соображениями, специалисты компании Celanese EVA Polymers решили разработать новые материалы EVA, которые проявляют меньшее водопоглощение при использовании гигроскопических наполнителей. Было продемонстрировано, что существенное снижение водопоглощения возможно как в термопластичных, так и термореактивных полимерных композициях. Также было показано, что существенные улучшения механических свойств были возможны в безгалогенных компаундах с низким дымовделением, содержащих EVA и MDH. В статье представлены результаты исследований, которые используются для моделирования полностью готовых рецептур компаундов, а также рассматривается возможность использования нового материала для сокращения применения полиолефинов с привитым малеиновым ангидридом.

Разработанный в компании Celanese EVA Polymers новый сополимер EVA предназначен для использования в не распространяющих горение компаундах, не содержащих галогенов, обладающих низким уровнем дымовыделения. В результате произведенной модификации материала происходит существенное увеличение относительного удлинения при растяжении и уменьшение вязкости высоконаполненных компаундов без значительного влияния на поверхностное и объёмное удельное сопротивление. Снижение вязкости является значительным, а выраженное в процентах увеличение удлинения остается значительным в рецептурах, содержащих менее 3% MA-g PE.

(По материалам статьи сотрудников компании Celanese EVA Polymers (США) в журнале EuroWire, сентябрь 2021) 

Компания Celanese EVA Polymers (США) является мировым лидером в области производства продуктов на основе ацетата, технических  полимеров, продуктов с высокими техническими характеристиками и другой химической продукции.