JP2005268036A

JP2005268036A - ノンハロゲン難燃電線・ケーブル

Info

Publication number: JP2005268036A
Application number: JP2004078604A
Authority: JP
Inventors: Kazufumi Kimura; 一史木村; Motoharu Kajiyama; 元治梶山
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2004-03-18
Filing date: 2004-03-18
Publication date: 2005-09-29

Abstract

【課題】機械的強度や可とう性に優れ、かつ環境に優しいノンハロゲン難燃電線・ケーブルを提供する。
【解決手段】ポリオレフィンと、無水マレイン酸で変性したエチレン系コポリマとのブレンドポリマに対し、金属水酸化物を混和してなる樹脂組成物３，６を被覆したノンハロゲン難燃電線１・ケーブル１０において、上記無水マレイン酸で変性したエチレン系コポリマがマレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマである。
【選択図】図１

Description

本発明は、ノンハロゲン難燃電線・ケーブルに係り、特に、可とう性の向上を図った環境配慮型のノンハロゲン難燃電線・ケーブルに関するものである。

近年、ポリ塩化ビニルやハロゲン系難燃剤を使用しない環境負荷の小さなノンハロゲン難燃電線・ケーブルは、いわゆるエコ電線・ケーブルとして急速に普及している。これらのノンハロゲン難燃電線・ケーブルでは、電線の絶縁体やケーブルのシースとして、ポリオレフィンに水酸化マグネシウムをはじめとするノンハロゲン難燃剤を多量に混和した樹脂組成物を用いたものが一般的である。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、次のものがある。

特開２０００−３２７８６４号公報

しかしながら、水酸化マグネシウムをはじめとするノンハロゲン難燃剤で電線・ケーブルを難燃化するためには、多量のノンハロゲン難燃剤を混和する必要があり、このため、電線・ケーブルの機械的強度や可とう性が大幅に低下するという問題がある。

一方、電線・ケーブルの機械的強度や可とう性の低下を抑えるために、赤リンなどの難燃助剤を加え、ノンハロゲン難燃剤を減量する方法もあるが、赤リンは燃焼時に有害なホスフィンを発生したり、廃却時にはリン酸を生成するおそれがある。このリン酸が土壌に浸透すると、地下水脈を汚染するおそれがあることから、最近では赤リンなどの使用を控える傾向にある。

これらのことから、難燃性に優れた無リンノンハロゲン難燃電線・ケーブルの開発が要求されている。

そこで、本発明の目的は、機械的強度や可とう性に優れ、かつ環境に優しいノンハロゲン難燃電線・ケーブルを提供することにある。

本発明は上記目的を達成するために創案されたものであり、請求項１の発明は、ポリオレフィンと、無水マレイン酸で変性したエチレン系コポリマとのブレンドポリマに対し、金属水酸化物を混和してなる樹脂組成物を被覆したノンハロゲン難燃電線・ケーブルにおいて、上記無水マレイン酸で変性したエチレン系コポリマがマレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマであるノンハロゲン難燃電線・ケーブルである。

請求項２の発明は、上記樹脂組成物は、上記ポリオレフィン４０〜９５ｗｔ％と、上記マレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくは上記マレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマ６０〜５ｗｔ％とのブレンドポリマ１００重量部に対し、金属水酸化物を５０〜３００重量部混和してなる請求項１記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブルである。

請求項３の発明は、上記金属水酸化物が、シランカップリング剤、もしくはステアリン酸により表面処理されている請求項１または２記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブルである。

請求項４の発明は、上記樹脂組成物を被覆して非架橋で作製した請求項１〜３いずれかに記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブルである。

請求項５の発明は、１０％モジュラスが３ＭＰａ以下である請求項１〜４いずれかに記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブルである。

本発明によれば、非常に柔軟で可とう性に優れ、かつ環境に優しいノンハロゲン難燃電線・ケーブルを得ることができる、という優れた効果を発揮する。

以下、本発明の好適実施の形態を添付図面にしたがって説明する。

図１は、本発明の好適実施の形態であるノンハロゲン難燃電線・ケーブルの一例を示す横断面図である。

図１に示すように、本実施の形態に係るノンハロゲン難燃電線（絶縁電線）１は、導体２の上（外周）に、後述するノンハロゲン難燃樹脂組成物からなる絶縁体３を被覆し、非架橋で作製したものである。

また、本実施の形態に係るノンハロゲン難燃ケーブル１０は、２本並列の絶縁電線１を介在４と共に対撚りして構成されるコア５の外周に、後述するノンハロゲン難燃樹脂組成物からなるシース６を被覆し、非架橋で作製したものである。通常、絶縁体３に用いる樹脂組成物の配合と、シース６に用いる樹脂組成物の配合とは若干異なるが、詳細は後述する。

このケーブル１０は、例えば、エレベータ用ケーブル、キャブタイヤケーブルとして使用される。導体２としては、例えば、ＣｕあるいはＣｕ合金の撚り線、ＣｕあるいはＣｕ合金の単線を使用する。介在４としては、例えばポリプロピレンを使用する。

さて、本実施の形態に係るノンハロゲン難燃樹脂組成物は、ポリオレフィン４０〜９５ｗｔ％と、無水マレイン酸で変性したエチレン系コポリマ（マレイン酸変性エチレン系コポリマ）６０〜５ｗｔ％とのブレンドポリマ１００重量部に対し、難燃剤としての金属水酸化物を５０〜３００重量部混和してなる。

ポリオレフィンとしては、
高、中、低密度ポリエチレン、
ポリプロピレン、
エチレン・プロピレン・コポリマ、
エチレン・プロピレン・ジエンターポリマ、
エチレン・メチルアクリレートコポリマ、
エチレン・エチルアクリレートコポリマ、
直鎖状低密度ポリエチレン、
超低密度ポリエチレン、
エチレン・酢酸ビニルコポリマ、
エチレン・ブテンコポリマ、
エチレン・メチルメタアクリレートコポリマ、
エチレン・オクテンコポリマ
等を使用する。電線１やケーブル１０に優れた可とう性を付与するには、ポリオレフィンとしてエチレン・プロピレン・コポリマ、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマ、エチレン・ブテンコポリマ、エチレン・オクテンコポリマが特に望ましい。

一方、マレイン酸変性エチレン系コポリマとしては、エチレン・プロピレンコポリマ、もしくはエチレン・ブテンコポリマを無水マレイン酸で変性したもの（マレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマ）を用いる。これらマレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマと、マレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマとは、従来のポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・エチルアクリレートコポリマ、エチレン・酢酸ビニルコポリマのマレイン酸変性タイプに比べて非常に柔軟性に優れていることを特長としている。

ポリオレフィンのブレンド比率を４０〜９５ｗｔ％とし、マレイン酸変性エチレン系コポリマのブレンド比率を６０〜５ｗｔ％としたのは、マレイン酸変性エチレン系コポリマのブレンド比率が５ｗｔ％未満では、ポリオレフィンと金属水酸化物との接着が弱く、電線１やケーブル１０の機械的強度が十分に得られないからである。また、マレイン酸変性エチレン系コポリマのブレンド比率が６０ｗｔ％を超えると、電線１やケーブル１０の伸びが大幅に低下するからである。

金属水酸化物としては、水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）₂ ）、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）₃ ）、ハイドロタルサイト、カルシウムアルミネート水和物、水酸化カルシウム、水酸化バリウム等を使用する。水酸化マグネシウムとしては、合成水酸化マグネシウム、天然鉱石を粉砕した天然水酸化マグネシウム、Ｎｉなど他の元素と固溶体となったものなどを用いる。

ブレンドポリマ１００重量部に対し、難燃剤としての金属水酸化物の混和量を５０〜３００重量部としたのは、混和量が５０重量部未満では、電線１やケーブル１０の難燃性が不十分であり、混和量が３００重量部を超えると、電線１やケーブル１０の機械的特性が大幅に低下するからである。

金属水酸化物は、予めシランカップリング剤により表面処理されている。これは、金属水酸化物の表面を疎水化し、水との親和性を低下させると共に、逆にブレンドポリマとの親和性を高めることで、ブレンドポリマとの密着性を高めるためである。シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン等を使用する。これらを用いた周知の手法により、金属水酸化物を表面処理した後、ブレンドポリマに混和する。また、金属水酸化物の表面処理剤として、シランカップリング剤の代わりに、ステアリン酸を用いるようにしてもよい。

なお、本実施の形態に係る樹脂組成物においては、上述した成分に加えて、架橋助剤、難燃助剤、酸化防止剤、滑剤、安定剤、充填剤、着色剤、シリコーン等を適宜添加してもよい。

本実施の形態の作用を説明する。

電線１とケーブル１０は、絶縁体３やシース６として、軟質の接着性ポリマであるマレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマを配合した樹脂組成物を用いることにより、従来から使用されている硬質のマレイン酸変性ポリマ（ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・エチルアクリレートコポリマ、エチレン・酢酸ビニルコポリマのマレイン酸変性タイプ）を配合した従来の樹脂組成物を用いた電線やケーブルに比べ、優れた難燃性を有しながら非常に柔軟であり、可とう性を大幅に向上させることができる。

例えば、後述する実施例において、電線１やケーブル１０は、可とう性の指標である１０％モジュラス（１０％伸びにおける引張強さ）がいずれも３ＭＰａ以下であった。

また、マレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマを含むブレンドポリマに、難燃剤として、シランカップリング剤、もしくはステアリン酸で表面処理した金属水酸化物を混和することで、金属水酸化物とブレンドポリマとの密着性が高まるため、金属水酸化物を多量に混和しても、電線１やケーブル１０の可とう性および機械的強度を維持させることができる。したがって、電線１とケーブル１０は機械的強度にも優れている。

さらに、電線１とケーブル１０は、本実施の形態に係る樹脂組成物を導体２やコア５に被覆して非架橋で作製され、樹脂組成物を架橋しないため、可とう性だけでなくリサイクル（再成形）が容易に可能であることも大きな特長である。

電線１とケーブル１０は、ハロゲン元素やリンを含まないので、燃焼時にハロゲン化水素やホスフィンなどの有害ガスが発生せず、火災時の安全性が高い。しかも、電線１とケーブル１０は、重金属を含まないので、焼却、埋立などの廃却時に環境汚染を起こすこともなく、環境に優しい。

（実施例（電線）１〜５）
表１に示したポリマ、酸化防止剤、難燃剤を１００〜１３０℃に保持した混練器（８インチオープンロール）に投入して混練し、混練後の樹脂組成物を１８０℃に保持した４０ｍｍ押出機（Ｌ／Ｄ＝２４）を用いて、断面積が２ｍｍ² の銅撚り線（導体２）上に絶縁体３として厚さ１ｍｍで押出被覆し、非架橋で図１の絶縁電線１を作製した。ブレンドポリマ中のポリオレフィンのブレンド比率は６０〜９５ｗｔ％とした。

（実施例（シース）１１〜１３）
実施例３の絶縁電線１をポリプロピレン介在４と共に対撚りしたコア５の上に、１８０℃に保持した４０ｍｍ押出機（Ｌ／Ｄ＝２４）を用いて、表１に示したポリマ、酸化防止剤、難燃剤からなる樹脂組成物をシース６として押出被覆し、非架橋で図１のケーブル１０を作製した。ブレンドポリマ中のポリオレフィンのブレンド比率は４０〜６０ｗｔ％とした。

（比較例（電線）１〜５）
比較例１〜４は、表１に示した配合の樹脂組成物を用いて、実施例１〜５と同様にして絶縁電線を作製したものである。比較例５は、表１に示した配合の樹脂組成物を押出被覆した後、その樹脂組成物を電子線照射（照射量１Ｍｒａｄ）で架橋して絶縁電線を作製したものである。

リサイクル性評価用試料は、上記各電線の絶縁体、もしくは各ケーブルのシースを剥ぎ取り、ペレタイザーを用いて２×２×１ｍｍの各ペレットを作製し、これを上記各電線・ケーブルと同じ条件で押出被覆したものである。

各電線・ケーブルの評価方法は以下のようにして行った。

（１）引張特性および１０％モジュラス
電線については、導体を抜き取って得られたチューブをＪＩＳＣ３００５に準拠して引張試験を行った。また、ケーブルについては、シースを剥ぎ取り、これをダンベル３号に切り抜き、ＪＩＳＫ６２５１に準拠して引張試験を行った。引張速度はいずれも２００ｍｍ／ｍｉｎとした。引張強さと伸び、１０％モジュラスの目標は、それぞれ１２ＭＰａ以上、３５０％以上、３．０ＭＰａ以下とした。

（２）可とう性
可とう性は、図２に示すように、固定台２１に各電線・ケーブルの試料ｓを固定台２１から２５０ｍｍ水平に突出するように固定し、試料ｓの先端におもりｗを取り付け、所定の荷重で試料ｓを下方に曲げたときのたわみ量ｈを、汎用の塩化ビニル電線・ケーブルと比較し、これと同等以上のものを○（合格）、劣るものを不合格（×）と判定した。

（３）難燃性
各電線およびケーブルをＪＩＳＣ３００５に準拠して６０°傾斜における難燃性を評価した。評価の基準は、着火確認後、６０秒以内に消火したものを合格、６０秒を越えて燃焼するものを不合格とした。

（４）リサイクル性
押出外観が初期ロットと同じものを○（合格）、外観荒れを生じているものを×（不合格）とした。

実施例１〜５、実施例１１〜１３、比較例１〜５の各電線・ケーブルの樹脂組成物の配合と、その評価結果を表１に示す。ポリマ、酸化防止剤はブレンドポリマ中のｗｔ％、難燃剤はブレンドポリマ１００重量部に対する重量部で示した。

表１に示すように、実施例１〜５は、ポリオレフィンのブレンド率が６０〜９５ｗｔ％と４０〜９５ｗｔ％の範囲内であり、軟質の接着性ポリマであるマレイン酸変性エチレン・ブテンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン・プロピレンコポリマのブレンド率が４０〜５ｗｔ％と６０〜５ｗｔ％の範囲内であり、難燃剤としての金属水酸化物の混和量が５０〜３００重量部なので、引張強さが１２．２〜１４．２ＭＰａ、伸びが３８０〜６００％といずれも目標に達し、引張特性が良好であることがわかる。しかも、実施例１〜５は、１０％モジュラスが１．４〜２．８ＭＰａといずれも目標に達し、可とう性に優れるだけでなく、難燃性、リサイクル性にも優れていることがわかる。

また、実施例１１〜１３も、ポリオレフィンのブレンド率が４０〜６０ｗｔ％、マレイン酸変性エチレン・ブテンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン・プロピレンコポリマのブレンド率が６０〜４０ｗｔ％、難燃剤の混和量が５０〜１００重量部と５０〜３００重量部の範囲内なので、引張強さが１３．２〜１５．４ＭＰａ、伸びが４８０〜５４０％といずれも目標に達し、引張特性が良好であることがわかる。しかも、実施例１１〜１３は、１０％モジュラスが１．３〜２ＭＰａといずれも目標に達し、可とう性に優れるだけでなく、難燃性、リサイクル性にも優れていることがわかる。

一方、比較例１は、マレイン酸変性エチレン・プロピレンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン・ブテンコポリマを使用せず、また難燃剤が４０重量部と５０重量部未満なので、引張強さが低く、かつ難燃性が不合格となった。比較例２は、マレイン酸変性エチレン・プロピレンコポリマのブレンド率が６５ｗｔ％と６０ｗｔ％を超えるので、実施例に比べて可とう性が著しく低下した。比較例３は、硬質のマレイン酸変性ポリマであるマレイン酸変性エチレン・エチルアクリレートコポリマを使用しているので、実施例に比べて可とう性が劣った。また、比較例４は、難燃剤が３５０重量部と３００重量部を超えるので、引張強さ、伸び、１０％モジュラスが目標を満足せず、可とう性が不合格となった。比較例５は、照射線量が１Ｍｒａｄと非常に低いにもかかわらず、樹脂組成物を電子線照射で架橋しているので、可とう性とリサイクル性が不合格となった。

本実施の形態に係る樹脂組成物は、図１の電線１やケーブル１０に限定されず、例えば、平型ケーブルのシース材料や、エスカレータのハンドレール、難燃フィルムとしても応用可能である。

本発明の好適実施の形態であるノンハロゲン難燃電線・ケーブルの一例を示す横断面図である。可とう性試験方法を説明する概略図である。

符号の説明

１ノンハロゲン難燃電線
２導体
３絶縁体（樹脂組成物）
６シース（樹脂組成物）
１０ノンハロゲン難燃ケーブル

Claims

ポリオレフィンと、無水マレイン酸で変性したエチレン系コポリマとのブレンドポリマに対し、金属水酸化物を混和してなる樹脂組成物を被覆したノンハロゲン難燃電線・ケーブルにおいて、上記無水マレイン酸で変性したエチレン系コポリマがマレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくはマレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマであることを特徴とするノンハロゲン難燃電線・ケーブル。
上記樹脂組成物は、上記ポリオレフィン４０〜９５ｗｔ％と、上記マレイン酸変性エチレン−プロピレンコポリマ、もしくは上記マレイン酸変性エチレン−ブテンコポリマ６０〜５ｗｔ％とのブレンドポリマ１００重量部に対し、金属水酸化物を５０〜３００重量部混和してなる請求項１記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブル。
上記金属水酸化物が、シランカップリング剤、もしくはステアリン酸により表面処理されている請求項１または２記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブル。
上記樹脂組成物を被覆して非架橋で作製した請求項１〜３いずれかに記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブル。
１０％モジュラスが３ＭＰａ以下である請求項１〜４いずれかに記載のノンハロゲン難燃電線・ケーブル。