JP2013065519A - 耐候性電線 - Google Patents

Abstract

【課題】屋外で使用した場合でも長期間に渡り高い耐候性を維持することができる耐候性電線を提供する。
【解決手段】本発明の耐候性電線は、導体と、前記導体を被覆するシース層と、を備える。そして、シース層は、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、可塑剤２０〜１００重量部、ハイドロタルサイト８〜１５重量部、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤４〜１５重量部、酸化チタン０．５〜５．０重量部を配合してなるポリ塩化ビニル樹脂組成物を含有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポリ塩化ビニル樹脂組成物で被覆した耐候性電線に関する。詳細には、本発明は、ポリ塩化ビニル樹脂組成物をシースとして使用することにより、屋外で使用した場合でも長期間に渡って紫外線劣化を防止することができる耐候性電線に関する。

電線及びケーブルの絶縁に使用される合成樹脂としては、主にポリ塩化ビニルが使用されている。このようなポリ塩化ビニルは安価であり、可塑剤を添加することで加工も容易になることから、自動車用部品や建築用部材として広く用いられている。

ここで、ポリ塩化ビニルを屋外で使用する場合には高い耐候性が要求されることから、従来よりポリ塩化ビニルの耐候性を向上させる技術が開示されている（例えば、特許文献１及び２参照）。特許文献１は、ポリ塩化ビニル樹脂にＣａ−Ｚｎ系安定剤、ハイドロタルサイト及び疎水性シリカを配合することにより、熱安定性や耐候性を向上させたポリ塩化ビニル樹脂組成物を開示している。また、特許文献２は、ベースポリマー、金属水和物、高分子量ヒンダードアミン系光安定剤、低分子量ヒンダードアミン系光安定剤及び紫外線吸収剤を配合する耐候性難燃樹脂組成物を開示し、さらにこの樹脂組成物により被覆した電線も開示している。

特開平６−８０８４９号公報 特開２００５−１８７５９５号公報

しかしながら、特許文献１に記載のポリ塩化ビニル樹脂組成物でも高い耐候性を有しているが、長期間に渡り絶縁性を確保するためには更なる耐候性が必要である。また、特許文献２に記載の難燃樹脂組成物では、光安定剤や紫外線吸収剤を添加することにより耐候性を向上させているが、屋外で使用する場合には耐候性が不十分である。さらに、前記光安定剤や紫外線吸収剤の分散性に問題があり、機械的強度が低下する虞がある。

本発明は、このような従来技術が有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、屋外で使用した場合でも長期間に渡り高い耐候性を維持することができる耐候性電線を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る耐候性電線は、導体と、前記導体を被覆するシース層とを備える。そして、前記シース層は、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、可塑剤２０〜１００重量部、ハイドロタルサイト８〜１５重量部、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤４〜１５重量部、酸化チタン０．５〜５．０重量部を配合してなるポリ塩化ビニル樹脂組成物を含有する。

本発明の第２の態様に係る耐候性電線は、前記第１の態様のケーブルにおいて、前記ポリ塩化ビニル樹脂組成物は着色剤をさらに含み、前記シース層におけるマンセル表色系の明度が６．０以上である。

本発明の耐候性電線では、ハイドロタルサイト及び酸化チタンを高配合し、機械的強度の低下を抑制しつつも耐候性が向上した塩化ビニルシースを使用している。そのため、たとえ屋外で使用したとしても長期間に渡り紫外線劣化を抑制し、絶縁性を確保することができる。

本発明の実施形態に係る耐候性電線を示す概略図である。（ａ）は前記耐候性電線の断面図であり、（ｂ）は前記耐候性電線の斜視図である。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率と異なる場合がある。

本発明の実施形態に係る耐候性電線（耐候性ケーブル）１は、図１に示すように、導体２と、導体２の周囲を被覆するシース層４とを備えている。さらに、導体２とシース層４との間には、絶縁体３が介在している。

導体２としては、銅、銅合金及びアルミニウム、アルミニウム合金等の公知の導電性金属材料を用いることができる。また、絶縁体３としては、ポリエチレン及びポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂並びにポリ塩化ビニル樹脂を用いることができる。この絶縁体３は、押出成形により導体２を被覆する。この絶縁体３を構成するポリオレフィン系樹脂としては、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−エチルアクリレート共重合体（ＥＥＡ）、エチレン−α−オレフィン共重合体、エチレン−プロピレン共重合体などが挙げられる。これらはそれぞれ異なる特性を有し、ポリオレフィン系樹脂として単独で使用することも、複数種類を併用することも可能である。

シース層４は、ポリ塩化ビニル樹脂と、可塑剤と、ハイドロタルサイトと、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤と、酸化チタンとを含むポリ塩化ビニル樹脂組成物を含有する。ポリ塩化ビニル樹脂にハイドロタルサイト及び酸化チタンを添加することにより、シース層４の機械的特性を低下させることなく、耐候性が向上したポリ塩化ビニルシースを得ることができる。

シース層４に使用されるポリ塩化ビニル樹脂としては、例えば、ポリ塩化ビニル、塩素化ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、塩素化ポリエチレン、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−エチレン共重合体、塩化ビニル−プロピレン共重合体、塩化ビニル−スチレン共重合体、塩化ビニル−イソブチレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン共重合体、塩化ビニル−スチレン−無水マレイン酸共重合体、塩化ビニル−スチレン−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−ブタジエン共重合体、塩化ビニル−イソプレン共重合体、塩化ビニル−塩素化プロピレン共重合体、塩化ビニル−塩化ビニリデン−酢酸ビニル共重合体、塩化ビニル−マレイン酸エステル共重合体、塩化ビニル−メタクリル酸エステル共重合体、塩化ビニル−アクリロニトリル共重合体、塩化ビニル−各種ビニルエーテル共重合体などを挙げることができる。なお、前記ポリ塩化ビニル樹脂の重合方法は、塊状重合、溶液重合、懸濁重合及び乳化重合など特に限定されない。

また、ポリ塩化ビニル樹脂の平均重合度は、１２００〜２０００であることが好ましい。平均重合度が１２００以上であることにより耐候性をある程度確保することができる。また平均重合度が２０００以下であることにより、押出成形時の溶融粘度の上昇を抑制し、成形加工時の熱安定性の悪化を防止することができる。

また、可塑剤としては、ポリ塩化ビニル樹脂に通常使用されるものであればよい。すなわち、フタル酸系、トリメリット酸系、アジピン酸系、ポリエステル系などの可塑剤を用いることができる。これらの中でも、フタル酸系、トリメリット酸系及びアジピン酸系の可塑剤が好ましく、フタル酸系及びトリメリット酸系の可塑剤が最も好ましい。これらは単独で使用してもよく、二種類以上を組み合わせて使用してもよい。

なお、可塑剤としては、化学式１に示すフタル酸エステルが特に好ましく、その中でもフタル酸ジイソノニル、フタル酸ジイソデシル及びフタル酸ジウンデシルを用いることが好ましい。このようなフタル酸エステルを前記ハイドロタルサイト、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤及び酸化チタンと共にポリ塩化ビニル樹脂に混合した場合、流動性及び熱安定性などの加工性に優れたポリ塩化ビニル樹脂組成物を得ることができる。なお、前記可塑剤としては、化学式１に示すフタル酸エステルだけでなく、トリメリット酸エステルなどの耐熱可塑剤を使用してもよい。トリメリット酸エステルを用いても加工性に優れたポリ塩化ビニル樹脂組成物を得ることができる。なお、トリメリット酸エステルとしては、例えばトリメリット酸トリス（２−エチルヘキシル）などを挙げることができる。

式中、ＲはＣ_ｎＨ_２ｎ＋１（ｎは９以上の整数）を示す。

また、ハイドロタルサイトとしては、次の組成式（２）で示される化合物を使用することができる。
Ｍｇ_１−ｘＡｌ_ｘ（ＯＨ）_２（ＣＯ_３）_ｘ／２・ｍＨ_２Ｏ （２）
式中、Ｘは、０＜ｘ≦０．５を満たす値であり、ｍは正の数である。ハイドロタルサイトは天然物であってもよく、また合成品であってもよい。天然物としては、例えば分子式が〔Ｍｇ_６Ａｌ_２（ＯＨ）_１６（ＣＯ_３）_３・４Ｈ_２Ｏ〕で表されるものを使用することができ、合成品としては、例えば分子式が〔Ｍｇ_４．５Ａｌ_２（ＯＨ）_１３ＣＯ_３・３．５Ｈ_２Ｏ〕で表されるものを使用することができる。このようなハイドロタルサイトは、ポリ塩化ビニル樹脂組成物の腐食性や耐候性を向上させる作用がある。なお、本実施形態においては、ハイドロタルサイトの結晶構造、結晶粒子径及び結晶水の有無などに制限されることない。

さらに、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤としては、２−エチルヘキシル酸、安息香酸、イソデカン酸、クエン酸、ソルビン酸などの高級脂肪酸のカルシウム塩類及び２−エチルヘキシル酸、イソデカン酸、ネオデカン酸などの高級脂肪酸の亜鉛塩類などを挙げることができる。これらは１種又は２種以上を組み合わせて使用することができる。

酸化チタンとしては、酸化チタン（ＩＶ）（ＴｉＯ_２）を用いることができる。また、酸化チタンの結晶構造としては、ルチル型及びアナターゼ型のいずれも使用することができる。

ここで、ポリ塩化ビニルの劣化は、紫外線に起因する脱塩酸反応により共役二重結合を備えたポリエンが生成することによるものや、酸化反応によりカルボン酸及びカルボキシル基が生成することによるものといわれている。そして、酸化チタンは波長が４００ｎｍ以下の紫外線を吸収する作用があるため、ポリ塩化ビニル樹脂に配合することにより、屋外で使用した場合でも高い耐候性を維持することができる。

なお、酸化チタンの粒子径が小さいほど効率的に紫外線を吸収することができるため、酸化チタンの平均粒子径は０．５μｍ以下とすることが好ましい。０．５μｍ以下であることにより、ポリ塩化ビニル樹脂組成物中における酸化チタンの分散性をも向上させることができる。なお、分散性及び紫外線吸収効率の観点から、酸化チタンの平均粒子径は０．１５μｍ〜０．３５μｍとすることがより好ましい。ここで、酸化チタンの平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により求めることができる。なお、この場合の平均粒子径とは、メジアン径（Ｄ５０）をいう。

前記ポリ塩化ビニル樹脂組成物における各成分の含有量は、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、可塑剤２０〜１００重量部、ハイドロタルサイト８〜１５重量部、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤４〜１５重量部、酸化チタン０．５〜５．０重量部とすることが好ましい。可塑剤、ハイドロタルサイト、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤及び酸化チタンの含有量をこのような範囲にすることにより、機械的強度の低下を防止しつつも高い耐候性を得ることができる。なお、可塑剤は、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、２０〜５０重量部を配合することがより好ましく、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤は、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、４〜６重量部を配合することがより好ましい。さらに、ハイドロタルサイトは、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、１０〜１５重量部を配合することがより好ましい。これにより、ポリ塩化ビニル樹脂組成物の機械的強度をより向上させることが可能となる。また、酸化チタンは、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、３〜５重量部を配合することがより好ましい。これにより、紫外線を効率よく吸収し、ポリ塩化ビニル樹脂組成物の耐候性をより向上させることが可能となる。

前記ポリ塩化ビニル樹脂組成物には、必要に応じて充填剤、滑剤、難燃剤及び加工助剤を配合してもよい。充填剤としては、炭酸カルシウム、タルク及びクレー等を用いることができる。充填剤の配合量は、製造コスト、絶縁性、形状保持性等の要求に合わせて適宜選択することができる。滑剤としては、ポリエチレンワックス、シリコーンオイル及びヒドロキシステアリン酸などを用いることができる。難燃剤としては、無機系及び有機系の難燃剤を用いることができる。無機系の難燃剤は、三酸化アンチモン、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム、ホウ酸亜鉛及びリン系化合物等を用いることができる。また、有機系の難燃剤は、塩素系、臭素系等のハロゲン系有機難燃剤を用いることができる。加工助剤としては、ゴム材料等に添加されるパラフィン系油、アロマチック系油又はナフテン系油等の石油系油を用いることができる。

ここで、従来の電線及びケーブルにおいて、ポリ塩化ビニルシース層が淡い色である場合、屋外で使用するなどして紫外線に曝されることにより、紫外線劣化によるブリード現象の発生や機械的強度の低下が起こることがあった。そして、このようなブリード現象の発生や機械的強度の低下を防止して耐候性を向上させるために、従来、紫外線を吸収しやすい黒やグレー、青、緑などの濃い色の着色剤を配合することが多かった。そのため、従来の耐候性電線及びケーブルは、前記のような濃い色で着色されているため、意匠性に問題があった。

しかしながら、本実施形態の耐候性電線では、シース層４に紫外線吸収作用を有する酸化チタンが配合されている。そのため、濃い色の着色剤を使用する必要がなく、アイボリーやベージュなど淡い色の着色剤を使用することができる。具体的には、マンセル表色系で明度が６．０以上の着色剤を使用することができる。これにより、本実施形態の耐候性電線におけるシース層も、高い耐候性を維持しつつもマンセル表色系で明度が６．０以上とすることができるため、意匠性を向上させることが可能となる。

シース層４のポリ塩化ビニル樹脂組成物に混合され得る着色剤としては、「顔料便覧（日本顔料技術協会編）」に記載されている一般的な無機顔料や有機顔料を用いることができる。例えば、無機顔料としては、チタンイエロー等のチタンを含む（複合）金属酸化物、酸化亜鉛、酸化鉄、硫化亜鉛、三酸化アンチモン等が挙げられる。有機顔料はフタロシアニン系、アンスラキノン系、キナクリドン系、アゾ系、イソインドリノン系、キノフタロン系、ペリノン系、ペリレン系等の顔料が挙げられる。

なお、シース層４は、次のようにして形成することができる。まず、ポリ塩化ビニル樹脂、可塑剤、充填剤、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤、ハイドロタルサイト及び酸化チタン（必要に応じて、着色剤、充填剤、滑剤、難燃剤及び加工助剤等）を混合し、ドライアップする。その後、得られた混合物を押出成形することにより、絶縁体３が形成された導体２上に形成することができる。また、シース層４は、前記ポリ塩化ビニル樹脂組成物のみからなるものであってもよく、前記ポリ塩化ビニル樹脂組成物と他の樹脂との混合物からなるものであってもよい。

以下、本発明を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１乃至１８］
まず、表１及び２に示す重量部数のポリ塩化ビニル樹脂、可塑剤、充填剤、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤、ハイドロタルサイト、酸化チタンを混合し、さらに着色剤も加え、ドライアップした。得られたパウダー状の混合物を１６０℃±１０℃で８分間ロール混練し、厚さ約１．３ｍｍの素練りシートを得た。これをさらに１８０℃で熱プレスすることにより、厚さ１．０ｍｍ±０．１５ｍｍの各実施例のシートを作製した。

［比較例１及び２］
表３に示す重量部数のポリ塩化ビニル樹脂、可塑剤、充填剤、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤及びハイドロタルサイトを使用した以外は、実施例と同様にして厚さ１．０ｍｍ±０．１５ｍｍのシートを作製した。

［比較例３乃至８］
表３に示す重量部数のポリ塩化ビニル樹脂、可塑剤、充填剤、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤、ハイドロタルサイト及び酸化チタンを使用した以外は、実施例と同様にして厚さ１．０ｍｍ±０．１５ｍｍのシートを作製した。

［比較例９及び１０］
表３に示す重量部数のポリ塩化ビニル樹脂、可塑剤、充填剤、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤、ハイドロタルサイト及び紫外線吸収剤（ＵＶ剤）を使用した以外は、実施例と同様にして厚さ１．０ｍｍ±０．１５ｍｍのシートを作製した。

なお、実施例及び比較例で使用したポリ塩化ビニル樹脂は信越化学工業株式会社製ＴＫ−１３００を使用し、可塑剤としてのＤＩＮＰ及びＤＯＰは株式会社ジェイ・プラス製のフタル酸ジイソノニル及びフタル酸ビス（２−エチルヘキシル）をそれぞれ使用した。さらに、充填剤としては重質炭酸カルシウムを使用した。また、ハイドロタルサイトは、協和化学株式会社製アルカマイザー２（登録商標）を使用した。なお、比較例９及び１０の紫外線吸収剤は、株式会社海水化学研究所製ＶＩＯＮＩＬ Ｂを使用した。

また、得られた実施例及び比較例のシートの色を目視により確認し、その結果を表１乃至３に示した。さらに、各実施例及び比較例のシートの明度を測色計を用いて測定したところ、いずれも６．０以上であった。

［常温引張試験］
実施例１乃至１８及び比較例１乃至１０で得られたシートに対し、日本工業規格ＪＩＳＫ７１６１に準拠した常温引張試験を行った。具体的には、前記実施例及び比較例のシートを１２時間以上常温（２５℃）で放置して切断することにより、各実施例及び比較例の試験片（ＪＩＳ３号ダンベル片）を作成した。そして、試験温度を２３℃±２℃とし、引張速度を２００ｍｍ／ｍｉｎとして、試験片の引張強さＴｓ及び伸び率Ｅを測定した。なお、この引張試験は５つの試験片に対して行い、各試験片の引張強さ及び伸び率の平均値を各実施例及び比較例の引張強さ及び伸び率とした。そして、表１乃至３において、試験片の引張強さＴｓの平均値が１８ＭＰａ超の場合を「○」とし、１４〜１８ＭＰａの場合を「△」とし、１４ＭＰａ未満の場合を「×」とした。また、試験片の伸び率Ｅの平均値が３００％超の場合を「○」とし、２５０〜３００％の場合を「△」とし、２５０％未満の場合を「×」とした。

［耐候性試験］
スガ試験機株式会社製サンシャインウェザーメーターＷＥＬＬ−ＳＵＭ−ＤＣ（Ｈ）を用い、上記実施例及び比較例の各シートに光照射を行った。なお、光照射時の温度は７０℃±１．５℃とし、湿度は３０〜７０ＲＨ±５ＲＨとした。その後、上記常温引張試験を同様に、光照射後の各実施例及び比較例の試験片の引張強さ及び伸び率の平均値を求めた。なお、表１乃至３において、光照射前の引張強さに対する光照射後の引張強さの残率ＲＴｓ（［光照射後の引張強さ］／［光照射前の引張強さ］×１００）が９０％超の場合を「○」とし、６０〜９０％の場合を「△」とし、６０％未満の場合を「×」とした。また、光照射前の伸び率に対する光照射後の伸び率の残率ＲＥ（［光照射後の伸び率］／［光照射前の伸び率］×１００）が９０％超の場合を「○」とし、６０〜９０％の場合を「△」とし、６０％未満の場合を「×」とした。なお、表１乃至３では、光照射時間が１０００時間の場合と２０００の場合のＲＴｓ及びＲＥを示した。

表１乃至３に示すように、本発明に係る実施例１〜１８は、明度が６．０以上であるにもかかわらず、常温引張試験において引張強度が１８ＭＰａ超であり、伸び率も３００％超であった。また、耐候性試験においてもＲＴｓ及びＲＥが９０％を超えており、高い耐候性を示した。これに対し、酸化チタンを含有しない比較例１及び２や酸化チタンの含有量が少ない比較例３〜８では紫外線劣化が激しく、耐候性が大幅に低下していた。

また、比較例１及び２と比較例９及び１０とを比較すると、ＵＶ剤を含有することにより、耐候性が若干向上するが、分散性に問題があり、機械的強度が大幅に低下した。これに対し、実施例１〜１８では、酸化チタンだけでなくハイドロタルサイトも高配合しているため、耐候性を向上させつつも機械的強度の低下を抑制している。

以上、本発明を実施例及び比較例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。

１ 耐候性電線
２ 導体
３ 絶縁体
４ シース層

Claims (2)

1. 導体と、
   前記導体を被覆するシース層と、
   を備え、
   前記シース層は、ポリ塩化ビニル樹脂１００重量部に対し、可塑剤２０〜１００重量部、ハイドロタルサイト８〜１５重量部、Ｃａ−Ｚｎ系安定剤４〜１５重量部、酸化チタン０．５〜５．０重量部を配合してなるポリ塩化ビニル樹脂組成物を含有することを特徴とする耐候性電線。
2. 前記ポリ塩化ビニル樹脂組成物は着色剤をさらに含み、
   前記シース層におけるマンセル表色系の明度が６．０以上であることを特徴とする請求項１に記載の耐候性電線。

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