JP2011046879A

JP2011046879A - 電線・ケーブル被覆用難燃性組成物および電線・ケーブル

Info

Publication number: JP2011046879A
Application number: JP2009198670A
Authority: JP
Inventors: Shinobu Tanaka; 忍田中; Minoru Okashita; 稔岡下
Original assignee: SWCC Showa Cable Systems Co Ltd
Current assignee: SWCC Corp
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2011-03-10

Abstract

【課題】ハロゲンフリーで、難燃性に優れ、かつ耐外傷性にも優れる電線・ケーブル被覆用難燃性組成物、およびこのような組成物を用いた電線・ケーブルを提供する。
【解決手段】（Ａ）ポリプロピレン５０〜７０質量％、（Ｂ）ポリエチレン２０〜４５質量％、および（Ｃ）接着性ポリマーおよび／またはプロピレン・αオレフィンコポリマー５〜３０質量％からなるベース樹脂１００質量部に対し、（Ｄ）金属水和物１００〜２５０質量部を含有する電線・ケーブル被覆用難燃性組成物、およびこのような組成物からなる被覆を有する電線・ケーブルである。
【選択図】なし

Description

本発明は、ハロゲンフリーで難燃性および耐外傷性に優れる電線・ケーブル被覆用難燃性組成物、およびこれを用いた電線・ケーブルに関する。

近年、電線・ケーブル分野においては、環境への負荷を低減するため、焼却時にハロゲン化水素などの有害なガスを発生するポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）やハロゲン系難燃剤を配合した組成物に代えて、ポリエチレンに水酸化アルミニウムや水酸化マグネシウムなどの金属水和物を多量に添加して難燃化したハロゲンフリーの組成物を被覆材料として用いた電線・ケーブルが使用されるようになってきた。このような環境に配慮した材料を用いた電線・ケーブルは、一般に、エコ電線、エコケーブルと呼ばれている。

しかしながら、これらのエコ電線、エコケーブルでは、金属水和物の多量配合により、従来のＰＶＣなどを用いたものと比較して耐外傷性（耐傷付き性）に劣り、輸送時の振動や包装作業の際に外表面に簡単に傷が付いてしまうという問題があった。外表面に傷が付くと、外観を損なわれるだけでなく、耐アーク性や絶縁特性などの電気特性も低下する。

そこで、このような耐外傷性の問題を解決するため、例えば、ポリエチレンより硬く傷付きにくいポリプロピレンをベースポリマーに用いたり、金属水和物に特定の難燃助剤を併用した組成物などが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、難燃性および耐外傷性において未だ十分に満足し得る特性を備えたものはなく、さらなる改善が求められている。

特開２００６−７７０９２号公報

上述したように、環境に配慮したハロゲンフリーの難燃性組成物を用いた電線・ケーブルは、外表面が傷付きやすいという問題があり、その改良が進められている。しかしながら、未だ十分な難燃性と耐外傷性を併せ持つものは得られていない。

本発明はこのような従来技術の課題を解決するためになされたもので、ハロゲンフリーの難燃性組成物であって、難燃性に優れ、かつ耐外傷性にも優れる電線・ケーブル被覆用難燃性組成物、およびこのような難燃性組成物を用いた電線・ケーブルを提供することを目的とする。

本発明者らは、上記の目的を達成するため鋭意研究を重ねた結果、ポリプロピレンと、ポリエチレンと、接着性ポリマーおよび／またはプロピレン・αオレフィンコポリマーとをベース樹脂として含有させるとともに、難燃剤として金属水和物を配合することにより、難燃性および耐外傷性に十分に優れるハロゲンフリーの難燃性組成物、およびこれを用いた電線・ケーブルが得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

すなわち、上記目的を解決するため、請求項１に記載された発明は、（Ａ）ポリプロピレン５０〜７０質量％、（Ｂ）ポリエチレン２０〜４５質量％、および（Ｃ）接着性ポリマーおよび／またはプロピレン・αオレフィンコポリマー５〜３０質量％からなるベース樹脂１００質量部に対し、（Ｄ）金属水和物１００〜２５０質量部を含有することを特徴とする電線・ケーブル被覆用難燃性組成物である。

請求項２に記載された発明は、請求項１記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物において、（Ａ）成分のポリプロピレンは、プロピレン・エチレンブロックコポリマーであることを特徴とする電線・ケーブル被覆用難燃性組成物である。

請求項３に記載された発明は、請求項１または２記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物において、（Ｂ）成分のポリエチレンは、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレンから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする電線・ケーブル被覆用難燃性組成物である。

請求項４に記載された発明は、請求項１乃至３のいずれか１項記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物において、（Ｃ）成分の接着性ポリマーは、不飽和カルボン酸もしくはその誘導体で変性されたポリオレフィンであることを特徴とする電線・ケーブル被覆用難燃性組成物である。

請求項５に記載された発明は、請求項１乃至４のいずれか１項記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物において、（Ｄ）成分の金属水和物は、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムおよび水酸化カルシウムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする電線・ケーブル被覆用難燃性組成物である。

請求項６に記載された発明は、請求項１乃至５のいずれか１項記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物からなる被覆を有することを特徴とする電線・ケーブルである。

本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物は、ハロゲンフリーであって、優れた難燃性と優れた耐外傷性を併せ持つことができる。

また、本発明の電線・ケーブルは、このような特性を有する被覆を備えるので、ハロゲンフリーの優れた難燃性と優れた耐外傷性を併せ持つ電線・ケーブルとすることができる。

本発明の電線・ケーブルの一例を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

まず、本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物について説明する。

本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物のベース樹脂を構成する（Ａ）成分のポリプロピレンとしては、プロピレンのホモポリマーのみならず、エチレンとのランダムコポリマーやブロックコポリマー、これらの混合物が使用される。なかでも、エチレンとのブロックコポリマーが好ましく、特に、ＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０；２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）０．３〜１．５ｇ／１０分、密度（ＪＩＳＫ７１１２）０．８５〜０．９５ｇ／ｃｍ^３、引張降伏応力（ＪＩＳＫ７１６１）２６〜４０ＭＰａ、引張破壊歪み（ＪＩＳＫ７１６２）４００％以上、シャルピー衝撃強さ（ＪＩＳＫ７１１１；２３℃）２０ｋＪ／ｍ^２以上のプロピレン・エチレンブロックコポリマーの使用が好ましい。このような物性を有する市販品を具体的に例示すると、例えばノバテックＰＰＥＣ９（日本ポリプロ（株）製商品名）が挙げられる。

また、本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物のベース樹脂を構成する（Ｂ）成分のポリエチレンとしては、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、中密度ポリエチレン（ＭＤＰＥ）、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）、直鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ）、超低密度ポリエチレン（ＶＬＤＰＥ）などが挙げられる。これらは、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。本発明においては、なかでも、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレンが好ましく、直鎖状低密度ポリエチレンがより好ましい。

さらに、本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物のベース樹脂を構成する（Ｃ）成分の接着性ポリマーは、ポリオレフィンを不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性したもの、すなわち、ポリオレフィンに、例えばグラフト反応により不飽和カルボン酸またはその誘導体を導入したものである。このような接着性ポリマーを配合することにより、後述する金属水和物と樹脂成分とを強固に接着させることができ、得られる組成物の機械的特性、特に引張強さおよび引張伸びを向上させることができる。

ポリオレフィンとしては、前述した、高密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、低密度ポリエチレン、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレンなどのポリエチレンの他、エチレンに、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、酪酸ビニル、パーサティック酸ビニル、ラウリン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、安息香酸ビニル、サリチル酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニルなどのビニルエステルを共重合させたエチレン・ビニルエステル共重合体；エチレンに、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸イソブチル、アクリル酸ｎ−ブチル、アクリル酸イソオクチル、アクリル酸‐２‐エチルヘキシル、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、アクリル酸イソブチル、マレイン酸ジメチル、マレイン酸ジエチルなどの不飽和カルボン酸エステルを共重合させたエチレン・アクリル酸エステル共重合体などが挙げられる。

また、変性に用いられる不飽和カルボン酸としては、例えば、マレイン酸、フマル酸、クロコン酸、イタコン酸、シトラコン酸が挙げられ、不飽和カルボン酸の誘導体としては、前記不飽和カルボン酸のエステル、無水物、金属塩、アミド、イミドなどが挙げられる。不飽和カルボン酸の誘導体の具体例としては、マレイン酸モノエステル、マレイン酸ジエステル、フマル酸モノエステル、フマル酸ジエステル、イタコン酸モノエステル、イタコン酸ジエステル、無水マレイン酸、無水フマル酸、無水イタコン酸などが挙げられる。

（Ｃ）成分の接着性ポリマーは、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。（Ｃ）成分の接着性ポリマーとしては、なかでも、ポリエチレンを不飽和カルボン酸またはその誘導体で変性したものが好ましく、ポリエチレンをマレイン酸またはその誘導体で変性したものがより好ましい。ポリエチレンに無水マレイン酸５〜３０質量％を、ベンゾイルパーオキサイドなどの有機過酸化物の存在下にグラフト重合させて得られた無水マレイン酸変性ポリエチレンは、（Ｃ）成分の接着性ポリマーとして特に好適である。このような無水マレイン酸変性ポリエチレンの市販品を具体的に例示すると、例えばアドテックスＬ６１０１Ｍ（日本ポリエチレン（株）製商品名）が挙げられる。

また、本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物のベース樹脂を構成する（Ｃ）成分のプロピレン・αオレフィンコポリマーは、プロピレンに、例えば炭素原子が４〜１０個のα‐オレフィンを共重合させたポリマーであり、場合により１種以上の非共役ポリエンがさらに共重合されていてもよい。このようなプロピレン・αオレフィンコポリマーは、（Ａ）成分のポリプロピレンに対する相溶性に優れており、後述する金属水和物をポリプロピレンに均一に分散させることができるため、得られる組成物の機械的特性、特に引張強さおよび引張伸びを向上させることができる。

α‐オレフィンの具体例としては、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−オクテン、４−メチル−１−ペンテンなどが挙げられ、なかでも１−ブテンが好ましい。このプロピレン・αオレフィンコポリマーは、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。プロピレン・αオレフィンコポリマーとして使用される好ましい市販品としては、例えばタフマーＸＭ−５０７０（三井化学（株）製商品名）が挙げられる。

本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物のベース樹脂における上記（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｃ）成分の配合割合は、（Ａ）成分のポリプロピレンが５０〜７０質量％、好ましくは５０〜６０質量％、（Ｂ）成分のポリエチレンが２０〜４５質量％、好ましくは２０〜３０質量％、（Ｃ）成分の接着性ポリマーおよび／またはプロピレン・αオレフィンコポリマーが５〜３０質量％、好ましくは１０〜２０質量％、ポリプロピレンである。（Ａ）成分のポリプロピレンの割合が５０質量％未満では、耐外傷性の改善効果が小さく、７０質量％を超えると、機械的特性、特に引張強さおよび引張伸びが低下する。また、（Ｂ）成分のポリエチレンの割合が２０質量％未満では、金属水和物を組成物中に均一に分散させることができず、機械的特性が低下し、４５質量％を超えると、耐外傷性が低下する。さらに、（Ｃ）成分の接着性ポリマーおよび／またはプロピレン・αオレフィンコポリマーの割合が５質量％未満では、前述した添加による効果が得られず、３０質量％を超えると、耐外傷性が低下する。

本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物において使用される（Ｄ）成分の金属水和物は、高温に曝されると水を放出し、その際の気化熱で昇温を抑制して難燃効果を発現するものであり、例えば水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウムなどが例示される。これらの金属水和物は、ステアリン酸などの高級脂肪酸やシランカップリング剤によって表面処理が施されたものであってもよい。このような表面処理された金属水酸化物を使用することにより、ベース樹脂と混練する際の分散性を高めることができる。

（Ｄ）成分の金属水和物は、１種を単独で使用してもよく、２種以上を混合して使用してもよい。（Ｄ）成分の金属水和物としては、なかでも水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムが好ましく、水酸化マグネシウムがより好ましい。特に、シランカップリング剤で表面処理した水酸化マグネシウムは、引張強さや引張伸びなどの機械的特性を高め、耐外傷性をより向上させることができることから好ましく使用される。このようなシランカップリング剤で表面処理した水酸化マグネシウムの市販品を例示すると、例えばキスマ５Ｐ（協和化学（株）製商品名）が挙げられる。

この（Ｄ）成分の金属水和物の配合量は、前述したベース樹脂の構成成分である（Ａ）成分、（Ｂ）成分および（Ｃ）成分の合計量１００質量部に対して１００〜２５０質量部であり、好ましくは１５０〜２４０質量部であり、より好ましくは２００〜２３０質量部である。配合量が１００質量部未満では十分な難燃性が得られず、逆に２５０質量部を超えると、機械的特性および耐外傷性が低下する。

本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物には、以上の各成分のほか、必要に応じて、本発明の効果を阻害しない範囲で、可塑剤、軟化剤、酸化防止剤、銅害防止剤、紫外線吸収剤、熱老化防止剤、充填剤、加工助剤、架橋剤、架橋助剤、滑剤、着色剤、安定剤などの添加剤を配合することができる。

例えば、酸化防止剤として、フェノール系酸化防止剤をベース樹脂１００質量部に対し１〜３質量部配合することができる。銅害防止剤として、ヒドラジン誘導体をベース樹脂１００質量部に対し０．１〜５質量部配合することができる。滑剤として、脂肪酸誘導体をベース樹脂１００質量部に対し１〜５質量部配合することができる。難燃助剤として、シリコーンパウダーをベース樹脂１００質量部に対し１〜１０質量部配合することができる。摺動剤、難燃助剤として、シリコーン−アクリル複合ゴムをベース樹脂１００質量部に対し１〜１０質量部配合することができる。

さらに、上述した金属水和物以外の他のノンハロゲン系難燃剤も、本発明の効果を阻害しない範囲で配合することができる。そのようなノンハロゲン系難燃剤としては、グアニジン系、メラミン系などの窒素系難燃剤、リン酸アンモニウム、赤燐などのリン系難燃剤、リン−窒素系難燃剤、ホウ酸亜鉛などのホウ酸化合物、炭酸カルシウムなどが例示される。

本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物は、以上の各成分をバンバリーミキサ、タンブラー、加圧ニーダ、混練押出機、ミキシングローラなどの通常の混練機を用いて均一に混合することにより容易に製造することができる。

本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物は、ハロゲンフリーであって、難燃性に優れ、かつ耐外傷性にも優れているので、電線・ケーブルの被覆材料として非常に有用であるが、その他の電気部品や電子部品の被覆材、絶縁材などとしても使用することができる。

次に、本発明の電線・ケーブルについて説明する。本発明の電線・ケーブルは、上述したような本発明の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物を、導体外周に直接もしくは他の被覆を介して押出被覆するか、あるいはテープ状に成形したものを巻き付けることにより製造される。組成物は、被覆後もしくは成形後、必要に応じて常法により架橋される。

図１は、本発明の電線・ケーブルの一実施形態を示す横断面図である。

図１において、符号１は、銅導体を示し、この銅導体１上には、前述した電線・ケーブル被覆用難燃性組成物を押出被覆することによって絶縁体２が形成されている。

このように構成される絶縁電線においては、ハロゲンフリーであって、難燃性に優れ、かつ耐外傷性にも優れている。

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない。なお、以下の記載において、「部」は「質量部」と示すものとする。

実施例１
ＭＦＲ（ＪＩＳＫ７２１０；２３０℃、２．１６ｋｇ荷重）０．５ｇ／１０分、密度（ＪＩＳＫ７１１２）０．９０ｇ／ｃｍ^３、引張降伏応力（ＪＩＳＫ７１６１）２８ＭＰａ、引張破壊歪み（ＪＩＳＫ７１６２）４００％以上、シャルピー衝撃強さ（ＪＩＳＫ７１１１；２３℃）２０ｋＪ／ｍ^２以上のプロピレン・エチレンブロックコポリマー（日本ポリプロ（株）製商品名ノバテックＰＰＥＣ９）５０部、密度０．９１７ｇ／ｃｍ^３の直鎖状低密度ポリエチレン（（株）プライムポリマー製商品名モアテックＯ１３８Ｎ）４０部、接着性ポリマーの無水マレイン酸変性ポリエチレン（日本ポリエチレン（株）製商品名アドテックスＬ６１０１Ｍ）１０部、およびシランカップリング剤で表面処理した水酸化マグネシウム（協和化学（株）製商品名キスマ５Ｐ）２３０部を加圧ニーダにより２００℃で均一に混練して難燃性組成物を得た。次いで、得られた難燃性組成物を、直径約０．４ｍｍの銅導体上に押出被覆して外径約１ｍｍの絶縁電線を作製した。

実施例２〜５、比較例１〜５
組成を表1に示すように変えた以外は実施例１と同様にして各成分を均一に混合して難燃性組成物を得、さらに、得られた組成物を用いて実施例１と同様にして絶縁電線を作製した。

上記各実施例および各比較例で得られた難燃性組成物および絶縁電線について、下記に示す方法で各種特性を評価した。
［引張強さおよび引張伸び］
ＪＩＳＣ３００５に基づく引張試験（引張速度２００ｍｍ／分）を行い、測定した。
［難燃性］
ＵＬ規格の垂直燃焼試験（ＶＷ−１）を行い、評価した。
［耐外傷性（耐傷付き性）］
絶縁電線について、スクレープ摩耗試験機（東洋精機製作所製）を用い、導体が露出するまでの回数を測定した。

これらの結果を表１および表２の下欄に示す。

表１および表２から明らかなように、実施例に係る絶縁電線は、機械的特性（引張強さおよび引張伸び）、難燃性および耐外傷性においていずれも良好な評価結果が得られた。これに対し、比較例では、難燃性および耐外傷性に優れるものの機械的特性が不良であったり、あるいは機械的特性に優れるものの難燃性および耐外傷性が不良であるなど、機械的特性、難燃性および耐外傷性のすべてにおいて十分な特性を有するものはなかった。

１…銅導体、２…絶縁体。

Claims

（Ａ）ポリプロピレン５０〜７０質量％、（Ｂ）ポリエチレン２０〜４５質量％、および（Ｃ）接着性ポリマーおよび／またはプロピレン・αオレフィンコポリマー５〜３０質量％からなるベース樹脂１００質量部に対し、（Ｄ）金属水和物１００〜２５０質量部を含有することを特徴とする電線・ケーブル被覆用難燃性組成物。
（Ａ）成分のポリプロピレンは、プロピレン・エチレンブロックコポリマーであることを特徴とする請求項１記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物。
（Ｂ）成分のポリエチレンは、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレンおよび低密度ポリエチレンから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１または２記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物。
（Ｃ）成分の接着性ポリマーは、不飽和カルボン酸もしくはその誘導体で変性されたポリオレフィンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物。
（Ｄ）成分の金属水和物は、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウムおよび水酸化カルシウムから選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物。
請求項１乃至５のいずれか１項記載の電線・ケーブル被覆用難燃性組成物からなる被覆を有することを特徴とする電線・ケーブル。