具体实施方式
以下,根据附图对本发明的一个合适的实施方式进行详细说明。
首先,通过图1~图4,对适用本发明无卤阻燃树脂组合物(树脂组合物)的LAN电缆进行说明。
图1表示在线芯上被覆有由无卤阻燃树脂组合物形成的外皮3而成的LAN电缆10,所述线芯是把2根在铜导体1上被覆有绝缘体2的电线捻合成捻线后,进一步将4对如此得到的捻线捻合而形成的。
图2表示在线芯上被覆有由无卤阻燃树脂组合物形成的外皮3而成的LAN电缆20,所述线芯是把2根在铜导体1上被覆有绝缘体2的电线捻合成捻线后,使4对如此得到的捻线隔着十字形中介物各自独立而形成的。
图3表示在线芯上被覆有由无卤阻燃树脂组合物形成的外皮3而成的LAN电缆30,所述线芯是把2根在铜导体1上被覆有绝缘体2的电线捻合成捻线后,进一步将4对如此得到的捻线捻合,缠绕紧固带5的同时设置接地线61,进而设置屏蔽层而形成的。
图4表示在线芯外周被覆有由无卤阻燃树脂组合物形成的外皮3而成的LAN电缆40,所述线芯是将多根(图中是6根)图1所示的LAN电缆10与中介物4一同捻合,设置紧固带5而形成的。
图1~图4表示的由无卤阻燃树脂组合物形成的外皮3是通过挤出成形而被被覆的。
为了达到上述目的,本发明人等对聚合物组成和交联方式、添加剂的种类和量进行了深入研究,以使聚合物在保持以往的无卤阻燃树脂组合物的机械强度和阻燃性等各物性的同时,实现优良的可挠性和低摩擦性。
结果,通过包含(A)醋酸乙烯酯含量为30mass%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和(B)结晶性聚烯烃系树脂,并在由所述乙烯-醋酸乙烯酯共聚物交联而成的基质聚合物中添加(C)金属氢氧化物、(D)丙烯酸系加工助剂和(E)脂肪酸酰胺系润滑剂,从而得到了达到上述目的的无卤阻燃树脂组合物。
就该树脂组合物而言,通过在结晶性聚烯烃系树脂中加入柔软的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、加入作为阻燃剂的金属氢氧化物制成具有可挠性的树脂组合物时,加入丙烯酸系加工助剂和脂肪酸酰胺系润滑剂,从而能够制成外观良好、且动摩擦系数低、没有卷取缺陷的电缆。
如上所述,就在聚合物成分中含有大量无结晶性、柔软的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的树脂组合物而言,与以结晶性聚烯烃系树脂为主成分的以往的无卤阻燃性树脂组合物相比,具有可挠性优良的性质。但是,无结晶性的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物在未交联的状态下的粘着性高,可能会成为使树脂组合物的滑动性降低的要因。因而,优选选择性地仅使乙烯-醋酸乙烯酯共聚物交联,将粘着性抑制为低,本发明中,通过添加适量的丙烯酸系加工助剂和脂肪酸酰胺系润滑剂,通过在其平滑的表面形成低摩擦性的膜,从而能够得到低摩擦性的材料。
即,得到以下发现:由于该材料具有优良的可挠性和低摩擦性,因此作为LAN电缆的外皮材料来应用时,没有因卷取缺陷导致的作业效率降低,通线和抽出作业能够顺畅进行,操作性优异,从而完成了本发明。
本发明中限定的(A)乙烯-醋酸乙烯酯共聚物是醋酸乙烯酯含量为30mass%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。这是因为:醋酸乙烯酯含量少于30mass%时,结晶性增高,材料变硬,作为LAN电缆的外皮材料来应用时,电缆也会变硬,残留有卷取缺陷。分子量、熔融粘度等没有特别限定,可以使用任意的分子量、熔融粘度等。
另外,对于上述(A)醋酸乙烯酯含量为30mass%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,为了进行硅烷交联,也可以接枝共聚硅烷化合物。
关于硅烷化合物,要求其同时具有能与聚合物反应的基团和能够通过硅烷醇缩合而形成交联的烷氧基。具体地,可以举出乙烯基甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷等乙烯基硅烷化合物、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、β-(氨基乙基)γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三甲氧基硅烷等氨基硅烷化合物、β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷等环氧硅烷化合物、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等丙烯酸系硅烷化合物、双(3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基)二硫化物、双(3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基)四硫化物等多硫化物硅烷化合物、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷等巯基硅烷化合物等。
使硅烷化合物接枝聚合可以采用已知的一般方法,即在基质的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中混合规定量的硅烷化合物、游离自由基产生剂,在80~200℃的温度下熔融混炼的方法。作为游离自由基产生剂,主要可以使用二枯烯过氧化物等有机过氧化物。
硅烷化合物的添加量没有特别限定,为了获得良好的物性,优选相对于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100质量份为0.5~10质量份。如果少于0.5质量份,则不能获得充分的交联效果,不仅组合物的强度、耐热性差,而且粘着性增加,可能降低滑动性。如果超过10.0质量份,则加工性显著降低。
另外,作为游离自由基产生剂的有机过氧化物的最佳量,优选相对于乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100质量份为0.001~3.0质量份。如果少于0.001质量份,则硅烷化合物不充分接枝共聚,不能获得充分的交联效果。如果超过3.0质量份,则容易发生乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的焦化(scorch)。
另外,本发明中,为了使接枝共聚了硅烷化合物的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物交联,可以添加硅烷醇缩合催化剂。作为这种硅烷醇缩合催化剂,可以举出二月桂酸二丁基锡、二乙酸二丁基锡、二辛酸二丁基锡、醋酸亚锡、辛酸亚锡、辛酸锌、环烷酸铅、环烷酸钴等,其添加量根据催化剂的种类而设定为每乙烯-醋酸乙烯酯共聚物100质量份添加0.001~0.5质量份。
作为添加方法,除了直接添加的方法以外,还有使用将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物或结晶性聚烯烃系树脂预先混合而得到的母炼胶(master batch)的方法等。
作为(B)结晶性聚烯烃系树脂,可以使用已知的树脂,包括从聚丙烯、高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、直链状低密度聚乙烯、超低密度聚乙烯、乙烯-丁烯-1共聚物、乙烯-己烯-1共聚物、乙烯-辛烯-1共聚物、聚丁烯、聚-4-甲基-戊烯-1、乙烯-丁烯-己烯三元共聚物、结晶性的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中选择的至少1种,这些可以单独使用也可以将2种以上混合来使用。
作为上述聚丙烯,除了均聚物以外,还包括共聚有以乙烯为代表的α-烯烃的嵌段共聚物或无规共聚物、以及在聚合阶段导入了以乙丙橡胶为代表的橡胶成分的聚丙烯。作为上述结晶性的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,可以使用醋酸乙烯酯含量少于30mass%的结晶性乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
另外,也可以使用在(B)结晶性聚烯烃系树脂的一部分中共聚有不饱和羧酸或其衍生物的结晶性聚烯烃系树脂。由此,(C)氢氧化镁和不饱和羧酸或其衍生物之间发生反应,密合性增高,从而提高树脂组合物的机械强度。这里的结晶性聚烯烃可以直接使用前述的结晶性聚烯烃。对于不饱和羧酸及其衍生物没有特别限定,优选马来酸酐。另外,替换量是任意的,优选0.5~10质量份。如果少于0.5质量份,则不能获得强度提高的效果,如果超过10质量份,则加工性显著降低。
本发明中,上述(A)醋酸乙烯酯含量为30mass%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和(B)结晶性聚烯烃系树脂的配合比例优选为,相对于两者的合计100质量份,(A)为40~80质量份、(B)为60~20质量份。如果(A)成分超过80质量份,则挤出外观可能会显著恶化。如果(A)成分少于40质量份,则可能无法得到良好的可挠性。
本发明中使用的(C)金属氢氧化物是对树脂组合物赋予阻燃性的物质。
作为这种(C)金属氢氧化物,可以举出氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钙等,其中优选阻燃效果最高的氢氧化镁。从分散性的观点考虑,希望用表面处理剂对金属氢氧化物进行表面处理。
作为表面处理剂,可以使用硅烷系偶联剂、钛酸酯系偶联剂、脂肪酸或脂肪酸金属盐等,其中,从提高树脂和金属氢氧化物的密合性的观点考虑,优选硅烷系偶联剂。
作为可以使用的硅烷系偶联剂,可以举出乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷等乙烯基硅烷化合物、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、N-β-(氨基乙基)γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、β-(氨基乙基)γ-氨基丙基甲基二甲氧基硅烷、N-苯基-γ-氨基丙基三乙氧基硅烷等氨基硅烷化合物、β-(3,4环氧环己基)乙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-环氧丙氧基丙基甲基二乙氧基硅烷等环氧硅烷化合物、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷等丙烯酸系硅烷化合物、双(3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基)二硫化物、双(3-(三乙氧基甲硅烷基)丙基)四硫化物等多硫化物硅烷化合物、3-巯基丙基三甲氧基硅烷、3-巯基丙基三乙氧基硅烷等巯基硅烷化合物。
作为用这些表面处理剂处理金属氢氧化物的方法,可以采用湿式法、干式法、直接混炼法等已知的方法。
处理量没有特别限定,优选相对于金属氢氧化物100质量份为0.1~5mass%的范围,如果处理量少于0.1mass%,则树脂组合物的强度降低,如果多于5mass%,则加工性变差。
另外,金属氢氧化物的平均粒径,从机械特性、分散性、阻燃性的观点考虑,更优选为4μm以下。
(C)金属氢氧化物的添加量优选为,相对于(A)醋酸乙烯酯含量为30mass%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和(B)结晶性聚烯烃系树脂的合计100质量份为30~150质量份。如果少于30质量份,则不能得到优异的阻燃效果,如果超过150质量份,则可挠性和机械强度显著降低。
作为本发明中使用的(D)丙烯酸系加工助剂,可以使用使丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸正丙酯、丙烯酸异丙酯、甲基丙烯酸正丙酯、甲基丙烯酸异丙酯、丙烯酸正丁酯、丙烯酸异丁酯、甲基丙烯酸叔丁酯、丙烯酸正己酯、甲基丙烯酸正己酯、丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸2-乙基己酯、甲基丙烯酸十二烷基酯、甲基丙烯酸十三烷基酯等(甲基)丙烯酸烷基酯的1种或2种以上共聚而得到的物质。另外,除上述以外,还可以使用(甲基)丙烯酸、含有羟基的(甲基)丙烯酸烷基酯。
作为上述这种丙烯酸系加工助剂的市售品,可以举出例如三菱丽阳制造的Metablen P-531A、Metablen P-530A、Metablen P-700、Metablen P-1050、Metablen L-1000、KANEKA公司制造的Kane Ace PA-20、Kane Ace PA-60、Kane Ace PA-100等。
(D)丙烯酸系加工助剂的添加量优选为,相对于(A)醋酸乙烯酯含量为30mass%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和(B)结晶性聚烯烃系树脂的合计100质量份为1~10质量份。如果少于1质量份,则挤出成形时不能得到的平滑的表面,摩擦系数增高;如果超过10质量份,则阻燃性可能显著降低。
作为本发明中使用的(E)脂肪酸酰胺系润滑剂,可以举出硬脂酰胺、软脂酰胺、油酸酰胺、褐煤酸酰胺、芥酸酰胺、山嵛酸酰胺、月桂酸酰胺、蓖麻油酸酰胺、羟基硬脂酸酰胺、N-硬脂基硬脂酸酰胺、N-硬脂基油酸酰胺、N-油烯基油酸酰胺、N-油烯基硬脂酰胺、N-硬脂基芥酸酰胺、N-油烯基软脂酰胺、亚甲基双硬脂酸酰胺、亚乙基双硬脂酸酰胺、亚乙基双月桂酸酰胺、亚乙基双羟基硬脂酰胺、亚乙基双油酰胺、亚乙基双芥酸酰胺、六亚甲基双油酰胺、间亚二甲苯基双硬脂酸酰胺、对亚苯基双硬脂酸酰胺、N,N-二油烯基己二酸酰胺、N,N-二油烯基癸二酸酰胺等。
(E)脂肪酸酰胺系润滑剂的添加量优选为,相对于(A)醋酸乙烯酯含量为30mass%以上的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和(B)结晶性聚烯烃系树脂的合计100质量份为0.1~2质量份。如果少于0.1质量份,则材料的动摩擦系数增高;如果超过2质量份,则由于润滑剂析出到材料表面,因此成形物的外观可能显著受损。
除上述以外,根据需要,还可以添加加工油、加工助剂、阻燃助剂、交联剂、交联助剂、抗氧化剂、润滑剂、相溶化剂、稳定剂、碳黑、着色剂等添加物。
制造本发明树脂组合物的装置没有限定,可以使用捏合机、班伯里混合机、辊、双螺杆挤出机等通用的装置。就制造来说,具有两个工序:(1)使硅烷化合物与乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝共聚的工序;(2)将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、结晶性聚烯烃系树脂、金属氢氧化物、丙烯酸系加工助剂、脂肪酸酰胺系润滑剂和硅烷醇缩合催化剂等配合剂混炼,同时使硅烷交联乙烯-醋酸乙烯酯共聚物的工序,制造方法有将这两个工序分别进行的方法,或者例如用双螺杆挤出机等在一次挤出中进行两个工序的方法等,没有特别限定。
另外,将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、结晶性聚烯烃系树脂和金属氢氧化物、丙烯酸系加工助剂、脂肪酸酰胺系润滑剂各成分混炼时的顺序是任意的,有:1)先将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和金属氢氧化物、丙烯酸系加工助剂、脂肪酸酰胺系润滑剂混炼,然后加入结晶性聚烯烃系树脂的方法;2)先将乙烯-醋酸乙烯酯共聚物和结晶性聚烯烃系树脂混炼,然后加入金属氢氧化物、丙烯酸系加工助剂、脂肪酸酰胺系润滑剂的方法;3)全部一起混炼的方法等。
上述各工序中,最合适的是最后加入硅烷醇催化剂。此外,抗氧化剂、着色剂等配合剂在什么时刻加入都可以。
通过本发明的无卤阻燃树脂组合物,可以得到环境负荷小、具有优良的可挠性和低摩擦性的无卤阻燃树脂组合物。通过将该树脂组合物用与已知的采用挤出机的电线被覆方法同样的方法,作为外皮挤出被覆,从而能够提供一种没有卷取缺陷导致的作业效率降低、通线或抽出的作业能够顺畅进行、操作性优异的电缆。
实施例
接着,对本发明的实施例1~10和比较例1~12进行说明。
首先,实施例1~10以及除比较例6外的比较例1~5、7~12中使用的是使硅烷化合物接枝共聚后的硅烷接枝乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
在使硅烷化合物与该乙烯-醋酸乙烯酯共聚物接枝共聚的工序中,将原料乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(醋酸乙烯酯含量25、30、42mass%)、乙烯基三甲氧基硅烷、二枯烯过氧化物以100/3/0.01质量份或者100/5/0.02质量份的比例含浸混合,将得到的物质用200℃的40mm挤出机(L/D=24)按照滞留时间约5分钟的方式进行挤出,使其进行接枝反应。
接着,将表1的各例所示的配比的各成分一起投入37mm双螺杆挤出机(L/D=60)中进行混炼,在混炼过程中,使接枝共聚有硅烷化合物的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物交联,从而制成混炼物。
使温度为180℃,螺杆旋转数为150rpm。将其颗粒化,作为外皮和电缆制作用材料。
评价用薄片如下制作:将颗粒投入预热至140℃的两根辊(6英寸),以薄片状取出后,用180℃的加压压制机而成形。
评价用电缆如下制作:用预热至180℃的40mm挤出机(L/D=24),以软管状挤出被覆到电缆线芯上,使厚度为0.5mm、外径为5.5mm。作为电缆线芯,使用如下制成的线芯:将聚乙烯以0.2mm的厚度被覆在外径0.5mm的铜导体上,得到2根如此得到的电线捻合成捻线,进而将4对该捻线捻合而成线芯。挤出后的电缆卷到筒径300mm的电缆卷筒上。电缆的全长是50m。
用以下所示的方法对以上述程序制作的薄片和电缆进行评价。
按照JIS K7171规定的弯曲弹性模量对薄片进行了评价。弯曲弹性模量为45MPa以下的材料是合格的。
按照JIS C3005的规定评价电缆的机械强度、阻燃性。电缆外皮的拉伸强度为8MPa以上、断裂伸长率为200%以上是合格的。
关于阻燃性评价,进行60度倾斜燃烧试验,测定去掉火焰后的延烧时间,60秒内自动熄火的情况为合格。
电缆外观和卷取缺陷的评价方法为:将在挤出时卷在电缆卷筒上的电缆放置1周后,通过目测来确认拉出电缆时的外观(表面平滑程度、有无起霜(bloom))以及有无卷取缺陷(将卷在卷筒上的电缆拉出时不能拉得很直的状态)。
另外,使用相同材料的电缆彼此间的滑动性(拉出性)是通过基于JISK7125进行的动摩擦系数测定来评价的。即,如图5所示,在上下各2根固定了的电缆51之间放置试验电缆10,从上方施加载荷(19.6N),由抽出试验电缆10时的抽出力来计算动摩擦系数。动摩擦系数是通过f(抽出力)/N(载荷)计算的。该动摩擦系数为与被覆有聚氯乙烯的电缆相同的0.7以下的情况为合格。
如表1所示,在实施例1~10中,得到了可挠性、机械强度、阻燃性、挤出外观优良,没有卷取缺陷,拉出性也优良的电缆。
与此相对,比较例1中,由于没有添加丙烯酸系加工助剂,因此动摩擦系数和挤出外观不合格;比较例2中,由于没有添加脂肪酸酰胺系润滑剂,因此动摩擦系数不合格。比较例3中,硅烷接枝乙烯-醋酸乙烯酯聚合物与结晶性聚烯烃系树脂的配合比例是85质量份,比实施例1的80质量份多,挤出外观为凹凸不平。
另外,比较例4中,硅烷接枝乙烯-醋酸乙烯酯聚合物与结晶性聚烯烃系树脂的配合比例是35质量份,比实施例2的40质量份少,弯曲弹性模量高,卷取缺陷是不合格的。
比较例5中,使用的是醋酸乙烯酯含量为25mass%即比规定少的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物,因此不能得到充分的可挠性,电缆上残留有卷取缺陷。由此,醋酸乙烯酯含量为30mass%以上是合适的。
比较例6中,乙烯-醋酸乙烯酯共聚物使用了与实施例1同样的醋酸乙烯酯含量为42mass%,但由于没有使其硅烷交联,因此拉伸强度小、并且材料表面的粘着力也增高,动摩擦系数增高。
比较例7中,金属氢氧化物的添加量为25质量份,比实施例3的30质量份少,因此阻燃性低;比较例8中,添加量为155质量份,超过了实施例5的150质量份,因此可挠性、机械特性无法满足目标值。
比较例9中,丙烯酸系加工助剂的添加量为0.5质量份,比实施例7~10的1质量份少0.5质量份,挤出外观不平滑,动摩擦系数增高。另外,比较例10中,丙烯酸系加工助剂的添加量为11质量份,比实施例3、4的10质量份多,阻燃性变得不充分。
比较例11中,脂肪酸酰胺系润滑剂的添加量为0.05质量份,比实施例3、4的0.1质量份少,材料的滑动性差,动摩擦系数增高;比较例12中为2.5质量份,超过了实施例5的1质量份,由于润滑剂多,因此看到由于起霜而电缆表面发生白化的现象,外观差。
由上可见,使用了本实施方式的无卤阻燃树脂组合物的LAN电缆没有残留卷取缺陷,滑动性优异,因此,与以往的LAN电缆相比,布线作业性大幅改善,其工业实用性极高。