JP2008235229A - 電気絶縁材料、または電力ケーブルの組成物 - Google Patents

Abstract

【課題】
生分解性を有するポリ乳酸系樹脂の耐熱性を向上させるために、生分解性を有する添加剤を含んで構成していることを特徴とする電気絶縁材料、または電力ケーブルを提供すること。
【解決手段】
ポリ乳酸系樹脂２中に生分解性のβ-結晶性キチン微粒子３を最適量添加し混合することによって、解決される。
【効果】
耐熱性に優れたポリ乳酸系樹脂からなる電気絶縁材料、または電力ケーブル１を提供することができる。また、電気絶縁材料、または電力ケーブルのベース材料となるポリ乳酸系樹脂と、添加剤となるβ-結晶性キチン微粒子は、何れも生分解性を有するため、廃棄処分された場合の環境への負荷が低減される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電気絶縁材料、または電力ケーブルの組成物に係り、生分解性を有するポリ乳酸系樹脂に、生分解性を有する添加剤を含むことにより、ポリ乳酸系樹脂の耐熱性の向上を図ると共に、廃棄処分された場合の環境への負荷が低減された電気絶縁材料、または電力ケーブルに関する。

電気絶縁材料、または電力ケーブルとして、高い電気絶縁性能を有し、かつ、優れた機械的特性、化学的特性、熱的特性などを持つプラスチックが幅広く用いられている。

プラスチックを用いた電気絶縁材料、または電力ケーブルの耐熱性を向上させるために、従来、粒子を最適量添加し、混合することが知られている。また、低密度ポリエチレンの耐熱性を付与するために、化学架橋させた架橋ポリエチレンが汎用されている。

一方、使用済みの電気絶縁材料、または電力ケーブルは分別され、金属は容易にリサイクルされるが、添加剤を含んだ電気絶縁材料、または電力ケーブルや、架橋反応させた電気絶縁材料、または電力ケーブルは、その性格上、再利用が困難である。また、塩化ビニールやゴムを用いた電気絶縁材料、または電力ケーブルにおいては、サーマルリサイクル時に有毒ガスなどを発生しやすく、埋立地へ処分するにしても汚染問題を残す。よって、これらの電気絶縁材料、または電力ケーブルの廃棄物処理が近年問題になっている。

上記のような課題を解決するための電気絶縁材料、または電力ケーブルの開発が近年進められており、その一例としては、トウモロコシなどの発酵でできた乳酸を重合させて生成する、生分解性を有するポリ乳酸系樹脂が、電力ケーブルの電気絶縁材料として用いられ得ることが特許文献１で提案されている。これによれば、ポリ乳酸系樹脂は、絶縁破壊電圧及び電気トリー形状が良好で、電力ケーブルの電気絶縁材料として好適である旨記載されており、また、ポリ乳酸系樹脂絶縁体を廃樹脂として埋設した場合、土壌中で生分解して形状崩壊するので、電力ケーブルの廃棄処分においては好ましい旨記載されている。
特開２００２−３５８８２９号公報

また、導体上に被覆されてなる半導電層及び絶縁層を有する電力ケーブルにおいて、前記半導電層及び絶縁層のそれぞれの全部または一部をポリ乳酸系樹脂で構成した電力ケーブルが特許文献２で提案されている。これによれば、ポリ乳酸系樹脂に可塑剤を含有することによって、さらには前記可塑剤が、エステル系可塑剤及び／またはアセチル化モノグリセライド系可塑剤であることによって、柔軟性ないしは曲げ特性に優れた電力ケーブルを付与し得る旨記載されており、廃棄処分においては、半導電層及び絶縁層を同時に生分解させることが可能な、環境への負荷を低減させることのできる電力ケーブルを提供し得る旨記載されている。
特開２００４−３１１０６３号公報

ポリ乳酸系樹脂の絶縁破壊電圧の温度依存性について本願発明者が調べた結果、室温から６０℃付近の温度範囲においては高い絶縁破壊電圧を示すが、それより高温になると絶縁破壊電圧が急激に低下することを明らかにしている。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、耐熱性に優れたポリ乳酸系樹脂からなる電気絶縁材料、または電力ケーブルを提供することにある。

前記解決しようとする課題は、請求項１に記載されるように、ポリ乳酸系樹脂に生分解性の添加剤を含んでなる電気絶縁材料、または電力ケーブルを提供することによって解決される。

または、請求項２に記載されるように、ポリ乳酸系樹脂に含む添加剤が多糖類系であることによって、または、請求項３に記載されるように、前記添加剤がキチン・キトサン系であることによって解決される。

本発明で使用するポリ乳酸系樹脂は、市場からの入手が可能である。その一例としては、三井化学（株）製の「登録商標、レイシア」や、ＮａｔｕｒｅＷｏｒｋｓ社製の「商品名、ＮａｔｕｒｅＷｏｒｋｓ」などが挙げられる。

本発明で使用するポリ乳酸系樹脂には、目的に応じて請求項１、または請求項２、または請求項３で記載した添加剤の他に、種々の添加剤を多少加えることができる。その一例としては、可塑剤や熱安定剤、光安定剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、顔料、着色剤、滑剤、難燃剤、発泡剤、抗菌剤、防菌剤、核形成剤などが挙げられ、これらの添加剤は一種または二種以上混合して用いることができる。ただし、廃棄処分された場合の環境への負荷を低減させるために、これらの添加剤は無毒性のものを使用し、さらに、ポリ乳酸系樹脂の生分解性及び電気絶縁性能が低下しないよう、十分に配慮する必要がある。

本発明で使用する生分解性の添加剤は、市場からの入手が可能である。その一例としては、生化学工業（株）製の「β−結晶性キチン」や、大日精化工業（株）製の「商品名、ダイキトサン」などが挙げられる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本発明の実施例に係る電気絶縁材料、または電力ケーブルを図１及び図２を参照して説明する。図１は、本発明の実施例に係る電気絶縁材料、または電力ケーブルの構成を示す概念図、図２は、本発明の実施例に係る生分解性の微粒子を添加させた電気絶縁材料、または電力ケーブルの絶縁破壊電圧を求める電極配置図である。

図１に示すように、電気絶縁材料、または電力ケーブル１には、ポリ乳酸系樹脂（三井化学（株）製、登録商標；レイシア）２中に、多糖類系のβ-結晶性キチン微粒子（生化学工業（株）製）３が添加され混合されている。この電気絶縁材料、または電力ケーブルは、次のように製作した。

（１）ポリ乳酸系樹脂２
（２）β-結晶性キチン微粒子３
ここで、添加剤となるβ-結晶性キチン微粒子３の粒径は、大部分を０．５〜２．５μｍ（この範囲を平均粒径１μｍとする）とするが、これに限定するものではなく、粒径を２．５μｍ以下または０．５μｍ以上にしても良く、平均粒径を１μｍ以下または１μｍ以上にしても良く、これらは何れも本発明に包含される。

表１に、ポリ乳酸系樹脂２とβ-結晶性キチン微粒子３の混合状態を表す試料名を示す。ここで、添加剤となるβ-結晶性キチン微粒子３の添加量は、０．３重量％、０．５重量％、１．０重量％、３．０重量％とするが、添加量を０．３重量％以下または０．３重量％以上にしても良く、これらは何れも本発明に包含される。

ペレット状のポリ乳酸系樹脂２中とβ-結晶性キチン微粒子３を、攪拌機及びバンドヒーターを備えた肉厚の円筒形重合容器へ装入し、反応容器内に円筒形重合容器を装着する。反応容器内を真空ポンプで脱気しながら、円筒形重合容器を２２０℃まで昇温し、ペレット状のポリ乳酸系樹脂２が融解するまで温度を保持する。その後、円筒形重合容器の温度を保ちながら攪拌機を回転させて混練する。反応容器内を大気圧に戻した後、円筒形重合容器から混練物を取り出し、２００℃に温めておいたホットプレス機にて成形する。ここで、成形した電気絶縁材料、または電力ケーブル１の厚さｔは５０μｍとするが、電気絶縁材料、または電力ケーブル１の厚さを５０μｍ以下または５０μｍ以上にしても良く、これらは何れも本発明に包含される。また、電気絶縁材料、または電力ケーブル１に対して熱処理を行うこともできる。さらに、電気絶縁材料、または電力ケーブル１中のβ-結晶性キチン微粒子３の分散状態を調べるために、走査型電子顕微鏡や透過型電子顕微鏡を用いて観察する。

上述した実施例の絶縁破壊電圧を調べた。絶縁破壊電圧の測定はシリコンオイル中で行い、図２に示すように、直径φ１＝２０ｍｍの球電極４と、直径φ２＝２５ｍｍの円盤電極５間に、上述の方法で製作した厚さｔ＝５０μｍの電気絶縁材料、または電力ケーブル１を挟み、両電極４、５間にDＣ電圧を印加し、絶縁破壊電圧を試料厚さで除して求めた。昇圧速度は１ｋＶ／秒であり、また、試験回数はそれぞれ１０回、またはそれ以上である。また、球電極４の沿面放電を防止するため、エポキシ樹脂６で覆っている。

図３に各試料の絶縁破壊電圧の温度依存性を示す。室温の場合、絶縁破壊電圧はいずれの試料も５ＭＶ／ｃｍ前後であるが、温度が高くなると共に傾向に違いが現れた。

ＰＬＡ−０．３及びＰＬＡ−０．５の場合、絶縁破壊電圧は温度が高くなると共に低くなる傾向が見られ、ＰＬＡ−０より低下した。また、その傾向はＰＬＡ−０．３がもっとも顕著に現れた。よって、ＰＬＡ−０．３及びＰＬＡ−０．５の場合、ＰＬＡ−０において６０℃以上の高温領域で見られる絶縁破壊電圧の急激な低下を改善することができなかった。

ＰＬＡ−１．０の場合、絶縁破壊電圧は温度が高くなる共にＰＬＡ−０と同様の傾向を示し、８０℃及び１００℃の時のＰＬＡ−１．０の絶縁破壊電圧は、ＰＬＡ−０に比べ約１．２倍の値を示した。

ＰＬＡ−３．０の場合、絶縁破壊電圧は温度が高くなる共に低くなり、その値はＰＬＡ−０より低下した。また、６０℃以上の高温領域になると、ＰＬＡ−３．０の絶縁破壊電圧はＰＬＡ−０に近い値となった。よって、ＰＬＡ−０において６０℃以上の高温領域で見られる絶縁破壊電圧の急激な低下を改善することができなかった。

このように、ポリ乳酸系樹脂１中にβ-結晶性キチン微粒子２を１．０重量％程度添加することにより、６０℃以上の高温領域で見られるポリ乳酸系樹脂１の絶縁破壊電圧の低下を改善することができた。

各試料の生分解性試験を行った。一般的にポリ乳酸系樹脂は土壌分解が遅く、測定結果を出すためには時間がかかる。そこで、温度６０℃、含水率５０〜６０％のコンポスト中に各試料を埋設して分解試験を行った。なお、コンポストのｐＨが７．０より低い場合、易分解性物質が先に分解されたことでコンポストが酸性になり、生分解が阻害される可能性がある。これを防ぐため、定期的にコンポストのｐＨを測定し、必要に応じてコンポストを追加した。また、コンポストの含水率を５０〜６０％に保つために、必要に応じてコンポストに水分を補給した。１ヵ月後に外観変化を観察した結果、何れの試料も外力で形状が崩れ、生分解性は良好であった。

以上述べたように本発明の電気絶縁材料、または電力ケーブルは、ポリ乳酸系樹脂中にβ-結晶性キチン微粒子を最適量添加し混合することにより、耐熱性に優れたポリ乳酸系樹脂からなる電気絶縁材料、または電力ケーブルを得ることができる。また、電気絶縁材料、または電力ケーブルのベース材料となるポリ乳酸系樹脂と、添加剤となるβ-結晶性キチン微粒子は、何れも生分解性を有し、廃棄処分された場合の環境への負荷が低減される。

本発明の実施例に係る電気絶縁材料、または電力ケーブルの構成を示す概念図。 本発明の実施例に係る電気絶縁材料、または電力ケーブルの絶縁破壊電圧を求める電極配置図。 本発明の実施例に係る電気絶縁材料、または電力ケーブルの絶縁破壊電圧の温度依存性。

符号の説明

１ 電気絶縁材料、または電力ケーブル
２ ポリ乳酸系樹脂
３ β-結晶性キチン微粒子
４ 球電極
５ 円盤電極
６ エポキシ樹脂

Claims (5)

1. 電気絶縁材料、または電力ケーブルにおいて、ベース材料の全部または一部をポリ乳酸系樹脂で構成し、生分解性を有する添加剤を含んでなることを特徴とする電気絶縁材料、または電力ケーブル。
2. 前記添加剤が、さらに多糖類系添加剤であることを特徴とする、請求項１記載の電気絶縁材料、または電力ケーブル。
3. 前記添加剤が、さらにキチン・キトサン系添加剤であることを特徴とする、請求項２記載の電気絶縁材料、または電力ケーブル。
4. 添加剤が多糖類系であることを特徴とする、電気絶縁材料、または電力ケーブル。
5. 前記添加剤が、さらにキチン・キトサン系であることを特徴とする、請求項４記載の電気絶縁材料、または電力ケーブル。