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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine flammhemmende, thermoplastische Polyurethanharzzusammensetzung für eine Mantel eines Telekommunikationskabels. Die erfindungsgemäße Zusammensetzung wird bei einem Kabel zum Aufladen einer Batterie oder beim Ummanteln eines Elektrokabels eines Gerätes verwendet.
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2. Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
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Kabel für die Verwendung bei elektrischen und elektronischen Geräten werden typischerweise in Form eines Drahts bereitgestellt, der mit einem Isolationsmaterial überzogen ist, um eine elektrische Isolation zu erreichen und das Ausbrechen eines Brandes zu verhindern. Als ein solches Isolationsmaterial ist eine synthetische Harzzusammensetzung weitestgehend von Vorteil.
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Eine herkömmliche synthetische Harzzusammensetzung für einen Kabelmantel weist typischerweise eine auf PVC basierende Harzzusammensetzung auf, und als Ersatz für die auf PVC basierende Harzzusammensetzung wird in großem Umfang eine auf Polyolefin basierende Harzzusammensetzung, wie Polyethylen usw., verwendet.
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Die auf PVC basierende Harzzusammensetzung ist aufgrund des niedrigen Preises, der sehr guten Verarbeitbarkeit, des sehr guten Flammhemmvermögens und des einfachen Färbens der Produkte von Vorteil, ist jedoch nicht umweltfreundlich.
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PVC-Harze erfordern bei der Herstellung der Zusammensetzung die Verwendung einer Vielzahl von Zusätzen, wie eines Weichmachers, eines Stabilisators usw. Ferner enthalten PVC-Harze selbst eine Halogenkomponente, die bei der Verbrennung auf unerwünschte Weise schädliche Gase erzeugt, und sie können aufgrund der Verwendung einer Vielzahl von Zusätzen auch in bezug auf die Umwelt gesetzlich geregelte Materialien, wie Schwermetalle, Umwelt-Hormone usw. freisetzen, und somit ist die Anzahl der Länder, die deren Verwendung einschränken, immer größer geworden. Deshalb wird gegenwärtig die Verwendung eines halogenfreien Isolationsmaterials empfohlen, das keinerlei schädliche Gase erzeugt, und der Qualitätsmaßstab für ein ”halogenfreies, flammhemmendes Polyolefin-Stromkabel” ist im Koreanischen Standard KSC 3341 vorgeschrieben.
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Das Grundharz des halogenfreien Isolationsmaterials umfaßt leichte Harze (Harz mit einem geringen Molekulargewicht), wie Polyolefin- oder Polyurethanharze, die in ihrem Molekül keine Halogenkomponente enthalten. Eine Harzzusammensetzung, die ein leichtes Harz als Grundharz aufweist, ist selbst ohne den Zusatz eines Weichmachers, eines Stabilisators usw. in bezug auf die hervorragenden Eigenschaften bei der Verarbeitbarkeit und der Isolation vorteilhaft, wobei die Entstehung von schädlichen Gasen, wie Halogenen, bei der Verbrennung verhindert wird, hat jedoch einen niedrigen Erweichungspunkt. Polyethylen niedriger Dichte (LDPE) kann seine Form sogar bei Wärme von etwa 130°C nicht beibehalten. Um den Erweichungspunkt zu erhöhen und Flammhemmvermögen zu verleihen, wird eine große Menge eines anorganischen Flammhemmstoffs verwendet. Im Falle einer LDPE-Harzzusammensetzung wird ein anorganischer Flammhemmstoff, wie Mg(OH)2 in einer Menge von mindestens 50 Gew.-% verwendet, und zwar auf das Gewicht der Zusammensetzung bezogen.
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Wenn der anorganische Flammhemmstoff in einer großen Menge von 50 Gew.-% oder mehr verwendet wird, um Flammhemmvermögen zu verleihen den Erweichungspunkt zu erhöhen, können das Flammhemmvermögen und die Eigenschaften in bezug auf das Weichwerden verbessert werden, der ummantelte Draht kann sich jedoch weiß färben (wenn der ummantelte Draht gebogen und danach wieder zurückgebogen wird, erscheinen auf dessen Oberfläche weiße Punkte), und das Ausbluten, die Kratzfestigkeit und Zugfestigkeit können schlechter werden, womit die Qualität in unerwünschter Weise vermindert wird.
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Beim Ausbluten, bei dem die lösliche Komponente der Zusammensetzung sich lösen und zur Oberfläche transportiert werden kann, kann sich die auf der Oberfläche gelöste lösliche Komponente verfärben, womit die Qualität auf unerwünschte Weise vermindert wird.
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Somit besteht Bedarf nach der Entwicklung einer synthetischen Harzzusammensetzung für einen Kabelmantel, die in bezug auf hervorragende elektrische Isolationseigenschaften, Wärmebeständigkeit und Flammhemmvermögen und eine sehr gute Kratzfestigkeit ohne Weißfärben oder Ausbluten von Vorteil ist.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung entstand somit angesichts der vorstehend aufgeführten, mit dem Stand der Technik verbundenen Probleme, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Harzzusammensetzung für den Mantel eines Telekommunikationskabels, die das Weißfärben oder Ausbluten verhindern kann und umweltfreundlich ist, wobei das Flammhemmvermögen, die Kratzfestigkeit und die Zugfestigkeit einer herkömmlichen, auf PVC basierenden Harzzusammensetzung erhalten bleiben.
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Die erfindungsgemäße Harzzusammensetzung zeigt Flammhemmeigenschaften, die UL1581VW-1 entsprechen.
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Die erfindungsgemäße Harzzusammensetzung ist eine flammhemmende Harzzusammensetzung für einen Kabelmantel, die ein thermoplastisches Polyurethan (TPU) als Grundharz, mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol (nachfolgend als SEBS-g-MAH bezeichnet) als Kompatibilitätsmittel und ein organisches Phosphinatsalz und Melamincyanurat als Flammhemmstoff aufweist.
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Wenn bei der Herstellung der halogenfreien, flammhemmenden, synthetischen Harzzusammensetzung für den Mantel eines Telekommunikationskabels das thermoplastische Polyurethanharz als Grundharz, SEBS-g-MAH als Kompatibilitätsmittel und das organische Phosphinatsalz und Melamincyanurat als Flammhemmstoff verwendet werden, werden die Eigenschaften in bezug auf die elektrische Isolation, die Wärmebeständigkeit und die Verarbeitbarkeit hervorragend, bei der Verbrennung entstehen keine schädlichen Gase, die Kratzfestigkeit ist hoch, und das Weißfärben tritt nicht auf, obwohl eine geringere Menge des Flammhemmstoffs verwendet wird.
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Die hier genannten Erfinder haben der Tatsache Aufmerksamkeit gezollt, daß bei einer leichten Harzzusammensetzung, die eine große Menge eines anorganischen Flammhemmstoff aufweist, das Weißfärben oder Ausbluten auf einem unzureichenden Bindungsvermögen zwischen der Harzmatrix und dem Flammhemmstoff basiert, und haben somit festgestellt, daß bei der Herstellung einer flammhemmenden TPU-Harzzusammensetzung, die als Kompatibilitätsmittel SEBS-g-MAH mit einem sehr guten Bindungsvermögen gegenüber dem Flammhemmstoff und einer sehr guten Kompatibilität mit TPU und als Flammhemmstoff ein organisches Phosphinatsalz mit einem sehr guten Bindungsvermögen gegenüber SEBS-g-MAH aufweist, das Weißfärben oder Ausbluten verhindert werden kann, obwohl eine vergleichsweise geringe Menge des Flammhemmstoffs verwendet wird, was zur vorliegenden Erfindung führte.
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Beschreibung bestimmter Ausführungsformen
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Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele ausführlich beschrieben.
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Beispiel 1
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5 kg TPU, 1 kg SEBS-g-MAH, 3,5 kg Melamincyanurat und 0,5 kg eines organischen Phospinatsalzes wurden in eine Knetvorrichtung gegeben, bei 120–140°C gleichmäßig vermischt und bei 145–160°C mit einem Extruder aus der Schmelze extrudiert, wodurch 10 kg einer Harzzusammensetzung erhalten wurden.
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Die Verwendung von TPU mit einem Molekulargewicht von etwa 20.000–700.000 ist als solches bevorzugt.
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Auf dem Gebiet von Harzzusammensetzungen für einen Kabelmantel wird typischerweise ein Harz mit einem Molekulargewicht von 20.000– –700.000 verwendet.
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Wenn das Molekulargewicht zu hoch oder zu gering ist, können die Flexibilität, die Verarbeitbarkeit und die Verschleißfestigkeit problematisch werden.
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SEBS-g-MAH, das zusammen mit TPU verwendet wird, zeigt bei Raumtemperatur ohne Vulkanisieren elastische Eigenschaften. Wenn die Menge dieser Komponente in der Harzzusammensetzung 10 Gew.-% übersteigt, können die Verschleißfestigkeit und die Kratzfestigkeit abnehmen.
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Um die Kompatibilität mit TPU zu verbessern, wird die Styrolmenge geeigneterweise bei etwa 30–60 Gew.-% festgelegt.
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Da SEBS-g-MAH (mit Maleinsäureanhydrid gepfropftes SEBS) eine Verstärkung der Bindung zwischen der Harzmatrix und dem Flammhemmstoff bewirkt, wird angenommen, daß das Weißfärben oder Ausbluten unterdrückt wird, indem das Aufbrechen der Harzbindung unter externer Belastung minimiert wird.
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Als Flammhemmstoff wurde eine Kombination aus einem auf Stickstoffbasierenden Flammhemmstoff, z. B. Melamincyanurat, und einem auf Phosphor basierenden Flammhemmstoff, z. B. ein organisches Phosphinatsalz, verwendet.
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Selbst bei der Verwendung der Kombination von Melamincyanurat und organischem Phosphinatsalz als Flammhemmstoff wird die Menge des Flammhemmstoffs bei 40 Gew.-% oder weniger gehalten, und zwar auf das Gesamtgewicht der Harzzusammensetzung bezogen, so daß das Flammhemmvermögen und die Eigenschaften in bezug auf das Erweichen gesichert werden können.
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Melamincyanurat, das den auf Stickstoff basierenden Flammhemmstoff darstellt, zersetzt sich beim Erwärmen zu Melamin und Cyanursäure, womit eine große Wärmemenge absorbiert und gasförmiger Stickstoff freigesetzt wird, wodurch Flammhemmvermögen verliehen wird. Das organische Phosphinatsalz, das den auf Phosphor basierenden Flammhemmstoff darstellt, erzeugt während der thermischen Zersetzung Phosphorsäure, wodurch aufgrund der Phosphorsäureschicht Flammhemmvermögen verliehen wird. Die Verwendung der Kombination von zwei Arten von Flammhemmstoffen wird als hervorragendes Flammhemmvermögen deutlich.
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Beispiele 2 bis 4
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Harzzusammensetzungen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhalten, wobei die Komponenten in den in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Mengen verwendet wurden. In den Beispielen 2 bis 4 wurden die Harzzusammensetzungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Komponenten in anderen Mengen verwendet wurden.
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Vergleichsbeispiel 1 und 2
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Harzzusammensetzungen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 erhalten, wobei die Komponenten in den in der nachfolgenden Tabelle 1 angegebenen Mengen verwendet wurden.
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In den Vergleichsbeispielen 1 und 2 wurden die Harzzusammensetzungen in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, außer daß die Komponenten in anderen Mengen verwendet wurden.
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Die Zusammensetzungen der Vergleichsbeispiele 1 und 2 stellen typische Zusammensetzungen auf dem entsprechenden Gebiet dar. Tabelle 1 Komponente und Menge der Harzzusammensetzung (Einheit: kg)
| | Vergl.-bsp. | Beispiel |
| | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| EVA | 1 | | | | | |
| LDPE | 1 | | | | | |
| TPU | | 2,5 | 5 | 7,4 | 6,5 | 5,6 |
| SEBS | | | | | | |
| PP | | | | | | |
| Paraffinöl (Weichmacher) | | | | | | |
| SEBS-g-MAH (Kompatibilitätsmittel) | | | 1 | 0,1 | 0,5 | 0,4 |
| EVA-g-MAH (Kompatibilitätsmittel) | 1 | 0,5 | | | | |
| Melamincyanurat (Flammhemmstoff) | | | 3,5 | 0,5 | 2,0 | 3,8 |
| organisches Phosphinatsalz (Flammhemmstoff) | | | 0,2 | 2 | 1 | 0,2 |
| Magnesiumhydroxid (Flammhemmstoff) | 7 | 7 | | | | |
| Summe (Gew.-%) | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
EVA: Ethylen-Vinylacetat
LDPE: Polyethylen niedriger Dichte (ENGAGE 8440, von Dow Chemical erhältlich)
TPU: TPU 6185AP, von Dongsung Hichem erhältlich
SEBS: Styrol-Ethylen/Butylen-Styrol (Septon 8007, von Kuraray erhältlich)
EVA-g-MAH: Ethylen-Vinylacetat – mit Maleinsäureanhydrid gepfropft
Organisches Phosphinatsalz: Exolite OP-930, von Clarient erhältlich
PP: Polypropylen (H-1500, von GS Caltex erhältlich)
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Es wurde die Qualität der erfindungsgemäßen Zusammensetzungen, die TPU, SEBS-g-MAH, Melamincyanurat und organisches Phosphinatsalz umfassen, ausgewertet. Als Ergebnis war die Zusammensetzung geeignet, die 50–74 Gew.-% TPU, 1–10 Gew.-% SEBS-g-MAH, 5–38 Gew.-% Melamincyanurat und 2–20 Gew.-% organisches Phosphinatsalz innerhalb des Bereichs aufweist, bei dem die Summe von Melamincyanurat und organischem Phosphinatsalz 40 Gew.-% nicht überschritten wird. Tabelle 2 Ergebnisse des Qualitätsauswertungstests
| Testpunkte | Vergl.-bsp. | Beispiel |
| | 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Flammhemmvermögen | gut | gut | gut | gut | gut | gut |
| Zugfestigkeit (kgf/cm2) | 88 | 106 | 187 | 225 | 209 | 174 |
| Weißfärbung | ja | ja | nein | nein | nein | nein |
| Ausbluten | nein | nein | nein | nein | nein | nein |
| Verschleißfestigkeit (Anzahl) | 56 | 89 | 157 | 192 | 176 | 149 |
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Auswertungsverfahren
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Flammhemmvermögen: UL 1581. Flammtest VW-1, in Abhängigkeit davon, ob die auf einer Testprobe erzeugte Flamme eine vorbestimmte Distanz oder mehr erreicht.
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Zugfestigkeit: ASTM D638, in Abhängigkeit vom Meßverfahren der Zugfestigkeit des synthetischen Harzes.
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Weißfärbung: Die Weißfärbung wurde mit dem bloßen Auge beobachtet, als eine Testprobe mit einer Dicke von 1 mm unter den Bedingungen eines Krümmungsradius von 5 mm gebogen wurde.
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Ausbluten: Eine Testprobe mit einer Dicke von 1 mm, einer Breite von 10 mm und einer Länge von 10 mm wird für 15 Tage in einer Kammer mit konstanter Temperatur/Feuchte bei 80°C und einer relativen Feuchte von 80% stehen gelassen und dann wird mit dem bloßen Auge betrachtet, ob es bei ihr zu einer Übertragung gekommen ist.
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Verschleißfestigkeit: Ein Gewicht mit 310 g wird auf eine Nadel mit einem Durchmesser von 0,125 mm auf einer Testprobe gegeben, die eine Dicke von 1 mm, eine Breite von 2 mm und eine Länge von 100 mm aufweist, und danach wird eine wechselseitige Bewegung durchgeführt, so daß die Testprobe mit der Nadel zerkratzt wird. Nach mindestens 100 wechselseitigen Bewegungen sollte die Testprobe nicht durchstoßen sein.
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Wie bereits beschrieben stellt die vorliegende Erfindung eine flammhemmende, thermoplastische Polyurethanharzzusammensetzung für einen Mantel eines Telekommunikationskabels bereit. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die halogenfreie, flammhemmende Harzzusammensetzung vorteilhaft, da das Flammhemmvermögen aufrechterhalten werden kann, das Weißfärben oder Ausbluten verhindert werden kann und eine hohe Kratzfestigkeit erreicht werden kann, obwohl eine geringe Menge des Flammhemmstoff verwendet wird.
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Obwohl bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zur Erläuterung offenbart worden sind, kann der Fachmann einschätzen, daß verschiedene Abänderungen, Ergänzungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Gedanken der Erfindung abzuweichen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen offenbart sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- Koreanischen Standard KSC 3341 [0005]
- ASTM D638 [0032]