JP2014098135A - 軟質塩化ビニル樹脂組成物及びこれを用いた電線・ケーブル - Google Patents

Abstract

【課題】電線・ケーブルの被覆材として高い耐熱性と耐寒性、加えて電気絶縁性を両立させた軟質塩化ビニル樹脂組成物及びこれを用いた電線・ケーブルを提供する。
【解決手段】塩化ビニル樹脂と、アルキル鎖が直鎖構造で、かつアルキル鎖炭素数がＣ８以上Ｃ１０以下であるイソフタル酸エステルからなる可塑剤とで構成した軟質塩化ビニル樹脂組成物。
【選択図】なし

Description

本発明は、電線・ケーブルの被覆材に用いられる軟質塩化ビニル樹脂組成物に係り、特に、高い耐熱性と耐寒性、加えて電気絶縁性を両立させた軟質塩化ビニル樹脂組成物及びこれを用いた電線・ケーブルに関するものである。

塩化ビニル樹脂は、低コストで難燃性を有し、可塑剤種の選定で、耐熱性や耐寒性を顧客要求に合うように適合できるため、電線・ケーブルの被覆材の代表的な樹脂として用いられている。耐熱性を向上させるための可塑剤としては、熱負荷時の揮発量を抑制するために、アルキル鎖が長く分子量の大きいフタル酸エステル（例えば、ＤＩＤＰ）やトリメリット酸エステル（例えば、ＴＯＴＭ）等の使用が一般的である。しかし耐寒性は低下する傾向を示す。

高耐熱性に加え、高耐寒性も必要な用途では、可塑剤を大量に添加する方法と、複数の可塑剤（耐寒性の優れる可塑剤として、例えばアジピン酸エステル（ＤＩＤＡ、アゼライン酸エステル（ＤＯＺ）、セバシン酸エステル（ＤＯＳ）などの二次可塑剤等）をブレンドする手法（例えば特許文献１）が用いられていた。

特開２０１０−１６８４０９号公報 特開平０８−１６５３９３号公報

しかし、前者の可塑剤を大量に添加する方法は、十分な耐熱性を得ることができず、後者の複数の可塑剤をブレンドする手法は、電気絶縁性との両立が図れない問題があった。

この問題を解決する手法としては、側鎖型のアルキル鎖構造を持つイソフタル酸エステルの適用（例えば、ＤＯＩＰ）が考えられる。しかし、耐熱性と耐寒性を両立するものは得られなかった。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電線・ケーブルの被覆材として高い耐熱性と耐寒性、加えて電気絶縁性を両立させた軟質塩化ビニル樹脂組成物及びこれを用いた電線・ケーブルを提供することにある。

上記目的を達成するために請求項１の発明は、塩化ビニル樹脂と可塑剤とを有し、前記可塑剤は、アルキル鎖が直鎖構造で、かつアルキル鎖炭素数がＣ８以上Ｃ１０以下であるイソフタル酸エステルであることを特徴とする軟質塩化ビニル樹脂組成物である。

請求項２の発明は、前記塩化ビニル樹脂１００質量部に対して前記イソフタル酸エステルの添加量が４０質量部以上８０質量部以下である請求項１記載の軟質塩化ビニル樹脂組成物である。

請求項３の本発明は、導体と、前記導体の外周に請求項１または２に記載の軟質塩化ビニル樹脂組成物を用いて被覆形成された絶縁体と、を備えたことを特徴とする電線である。

請求項４の発明は、導体と前記導体の外周に被覆、形成された絶縁体とを備えた電線と、前記電線を複数本撚り合わせた外周に請求項１または２に記載の軟質塩化ビニル樹脂組成物を用いて被覆するシースと、を備えたことを特徴とするケーブルである。

本発明は、高い耐熱性と耐寒性、加えて電気絶縁性を両立させた軟質塩化ビニル樹脂組成物を提供することができるという優れた効果を発揮する。

本発明の軟質塩化ビニル樹脂組成物が適用される電線の一実施の形態を示す図である。 本発明の軟質塩化ビニル樹脂組成物が適用されるケーブルの一実施の形態を示す図である。

以下、本発明の好適な一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。

先ず、本発明の軟質塩化ビニル樹脂組成物が適用される電線とケーブルを図１、図２により説明する。

図１に示すように、本実施の形態の電線１０は、銅または銅合金からなる導体１と、導体１の外周に、本発明の軟質塩化ビニル樹脂組成物を用いて形成された絶縁体２と、を備えて構成される。

図２に示すように、本実施の形態のケーブル２０は、複数本撚り合わせた電線１０と、その撚り合わせた電線１０の外周に、本発明の軟質塩化ビニル樹脂組成物を用いて形成されたシース３と、を備えて構成される。この図２の電線１０の絶縁体２は、本発明の軟質塩化ビニル樹脂組成物を用いてもよく、それ以外の汎用の絶縁樹脂（例えば、ポリエチレン（ＰＥ）など）を用いてもよい。

さて、本発明の軟質塩化ビニル樹脂組成物は、アルキル鎖が直鎖構造であり、アルキル鎖炭素数がＣ８以上Ｃ１０以下であるイソフタル酸エステルを、可塑剤として塩化ビニル樹脂に混合することにある。

下記化１の一般式（１）で示されるイソフタル酸エステルは、ベンゼン環のメタ位にアルキル鎖がエステル（ＣＯＯＲ）結合したもので、ベンゼン環のオルト位にアルキル鎖がエステル（ＣＯＯＲ）結合した化２の一般式（２）で示されるフタル酸エステルと比較し
て、耐熱性、耐寒性が高い。

耐熱性が高い理由は、イソフタル酸エステルは蒸気圧が低く、可塑剤の揮発性が低いためと考える。耐寒性が高い理由は、イソフタル酸エステルは、メタ位にエステル結合したアルキル鎖同士が離れているため、アルキル鎖の運動する自由度が高く、可塑剤の拡散性が高いためと考える。

特に、耐熱性、耐寒性は、アルキル鎖を構成するＲ（アルキル基）が直鎖構造であると、側鎖を有する構造と比較して大きく向上する。耐熱性が高い理由は、直鎖構造では、側鎖を有する構造と比較して、酸化劣化による分解が生じ難く、可塑剤の低分子化が抑制されるためである。耐寒性が向上する理由は、直鎖構造では、側鎖を有する構造と比較して、アルキル鎖の運動する自由度が高く、可塑剤の拡散性が高いためである。

以上より、アルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルは、同構造のフタル酸エステルやアルキル鎖が側鎖構造のイソフタル酸エステルと比較して耐熱性、耐寒性に優れる。

また、直鎖構造のイソフタル酸エステルは、ＳＰ値（溶解度パラメータ）が、８．８であり、塩化ビニル樹脂のＳＰ値（９．８）と近く、ＳＰ値が、８．２のアジピン酸エステル（ＤＩＤＡ）と比較して、親和性に優れ、拡散性が低いため電気絶縁性が良好な結果を示す。

イソフタル酸エステルのアルキル鎖長、つまりアルキル鎖炭素数はＣ８以上Ｃ１０以下であることが好ましい。Ｃ８未満では、電線・ケーブルの被覆材としての必要な耐熱性、耐寒性が得られない。耐熱性が得られない理由は、アルキル鎖炭素数が少ない程、すなわち分子量が低い程、加熱による可塑剤の揮発が促進され、塩化ビニル樹脂組成物が硬化するためである。耐寒性が得られない理由は、アルキル鎖が短いため、極性を有する塩化ビニルとの親和性が向上し、可塑剤の拡散性が低下するためである。一方Ｃ１０を超えると、可塑剤のエステル合成に必要なアルコール入手が困難であり、コストが高くなるため実用性が低い。

アルキル鎖が直鎖構造で、アルキル鎖炭素数がＣ８以上Ｃ１０以下のイソフタル酸エステルとしては、イソフタル酸ノルマルオクチル（Ｃ８）、イソフタル酸ノルマルノニル（Ｃ９）、イソフタル酸ノルマルデシル（Ｃ１０）を使用することができる。

次に、アルキル鎖が直鎖状構造のイソフタル酸エステルの可塑剤の塩化ビニル樹脂への添加条件について説明する。

添加量は特に規定しないが、塩化ビニル樹脂１００質量部に対し、４０質量部以上８０質量部以下が好ましく、５０質量部以上７０質量部以下がより好ましい。添加量４０質量部未満では、電線・ケーブルの被覆材として必要な可とう性が得られず、添加量が８０質量部を超えると、電線・ケーブルの被覆材としての電気絶縁性に裕度がなくなることや質感が劣る（表面にベトつきが発生する）ことがあるためである。

塩化ビニル樹脂としては、重合度が１０００以上２５００以下のものを使用することができる。重合度が１０００以上であると、耐寒性、耐熱性が高く、かつ耐油性も付与することが可能である。なお、重合度が上がるにつれて、これらの特性は向上するが、重合度が２５００を超えると、加工温度を高くすることが求められるため、加工性は低下する。

また、塩化ビニル樹脂に添加する上記の可塑剤以外に、必要に応じて、安定剤、充填剤、難燃剤、絶縁向上剤、着色剤、酸化防止剤などの添加剤を加えることが可能であり、これらは汎用のものを使用することができる。

表１に実施例１〜８と比較例１〜６を示す。

試験片（シート）の作製方法：
平均重合度１３００の塩化ビニル樹脂１００質量部に対して、表１に示した割合で可塑剤を４０〜８０質量部添加し、７０℃で３０分放置した後、その他の添加剤に安定剤としてカルシウム−亜鉛系非鉛安定剤を３質量部、充填剤として炭酸カルシウム及び珪酸アルミニウムを、１４質量部及び３．５質量部添加し混合した。

その後、混練（ロール温度１６０℃、５分）とプレス（プレス温度１８０℃、予熱３分、加圧１０ＭＰａで２分）により１ｍｍ（または２ｍｍ）厚さのシートを成形した。

上記の混合方法により、可塑剤を塩化ビニル樹脂に浸透させ、混練時間を短縮することができる。また、塩化ビニル樹脂は、汎用であり、安価かつ加工性が良好な重合度１３００のものを用いた。

試験方法：
耐熱性及び耐寒性、電気絶縁性は、ＪＩＳ Ｋ６７２３の２種１号に該当する耐熱絶縁用途の試験方法に従い、それぞれ加熱後引張試験（１２０℃雰囲気下１２０時間加熱後の伸び残率）、脆化温度測定試験、体積抵抗率測定試験（３０℃雰囲気下）で評価した。なお、加熱後引張試験は加熱前後の伸びの値の残率で評価したため、加熱前もＪＩＳ Ｋ６７２３に従い伸びを測定した。

耐熱性は、ＪＩＳ Ｋ６７２３に示される２種１号の耐熱絶縁用被覆材に適用できる加熱後引張試験の伸び８０％以上を○とし、満たさないものを×とした。なお、裕度のある８５％以上を◎とした。

耐寒性はＪＩＳ Ｋ６７２３に示される２種１号の耐熱絶縁用被覆材に適用できる規格は脆化温度−１５℃であるが、寒冷地のような特殊な環境下での適用を考慮し、−３０℃以下を○とし、満たさないものを×とした。なお、裕度のある−３５℃以下を◎とした。

電気絶縁性は、ＪＩＳ Ｋ６７２３に示される２種１号の耐熱絶縁用被覆材に適用できる体積抵抗率０．５×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上を○とし、満たさないものを×とした。なお、裕度のある０．６×１０¹⁴Ω・ｃｍ以上を◎とした。

以上より、ＪＩＳ Ｋ６７２３に示される１種１号の一般絶縁用途と比較して高い耐熱性の規格である２種１号の耐熱絶縁用途を指標とし、耐寒性は寒冷地で適用できるよう規格以上に低い脆化温度を指標とすることで、耐熱耐寒絶縁用途に適用できる指標を定義した。

先ず、比較例１及び比較例２は、アルキル鎖炭素数Ｃ８であり、アルキル鎖に側鎖を含む構造のイソフタル酸エステルであるイソフタル酸ジ−２−エチルヘキシル（ＤＯＩＰ）を５０質量部及び７０質量部添加した結果である。

添加量５０質量部の比較例１では、電気絶縁性を満たせたが、耐熱性、耐寒性共に満たせなかった。これに対して、添加量７０質量部の比較例２では、可塑剤の拡散性が向上するため耐寒性を満たせたが、耐熱性は満たせないままであった。比較例１、２に用いたＤＯＩＰは、耐熱可塑剤である比較例３のフタル酸ジイソデシル（ＤＩＤＰ）や、比較例４のトリメリット酸トリオクチル（ＴＯＴＭ）と比較して分子量が小さく揮発性が高いため耐熱性を満たさなかったものと考える。

次に、比較例３は、耐熱可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ１０であり、アルキル鎖に側鎖を含む構造のフタル酸エステルであるＤＩＤＰを５０質量部添加した結果である。この比較例３は、耐熱性、電気絶縁性を満たせたが、耐寒性は満たせなかった。

比較例４は、耐熱可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ８であり、アルキル鎖に側鎖を含む構造のトリメリット酸エステルであるＴＯＴＭを７０質量部添加した結果である。耐熱性、電気絶縁性を満たせたが、耐寒性は満たせなかった。

よって、比較例３、４に用いたＤＩＤＰ、ＴＯＴＭのような耐熱可塑剤は、耐寒可塑剤と比較して粘度が高く、塩化ビニル樹脂中で可塑剤の拡散性が低いことが耐寒性に劣る要因と考える。すなわち、後述する比較例５に用いるアジピン酸ジイソデシル（ＤＩＤＡ）の粘度（約１８ｍＰａ・ｓ）に対して、比較例３のＤＩＤＰの粘度は約７２ｍＰａ・ｓ、比較例４のＴＯＴＭの粘度は約２１８ｍＰａ・ｓであり、塩化ビニル樹脂中で可塑剤の拡散性が低いため、耐寒性が劣る。

比較例５は、可塑剤として、耐熱性のあるＴＯＴＭと耐寒性のあるＤＩＤＡを、４０質量部と３０質量部、計７０質量部添加した結果である。比較例５では、耐熱性、耐寒性は満たせたが、電気絶縁性は満たせなかった。これは、ＴＯＴＭの耐熱性、ＤＩＤＡの耐寒性が強く発現しているものの、ＤＩＤＡを加えることで電気絶縁性の低下が顕著になったと考える。

次に比較例６は、可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ７であり、アルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルであるイソフタル酸ジ−ｎ−ヘプチル（ｎ−ＤＨＩＰ）を５０質量部添加した結果である。比較例６は、電気絶縁性を満足させたが、耐熱性、耐寒性共に満たせず、アルキル鎖炭素数Ｃ７では、炭素数が少ないことが示された。

一方、実施例１及び実施例２は、可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ８であり、アルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルであるイソフタル酸ジ−ｎ−オクチル（ｎ−ＤＯＩＰ）を５０質量部及び７０質量部添加した結果である。実施例１及び実施例２では、５０質量部及び７０質量部添加したどちらの結果も、耐熱性、耐寒性、電気絶縁性を満たせた。これは、イソフタル酸エステルは、フタル酸エステルと比較して蒸気圧が低く、すなわち揮発性が低いため耐熱性に優れ、アルキル鎖同士が離れておりアルキル鎖が運動する自由度が高く、すなわち可塑剤の拡散性が高いため、７０質量部のみならず５０質量部でも耐寒性に優れると考える。特に、アルキル鎖が直鎖構造となると、側鎖を有する構造と比較して、耐熱性は酸化劣化による分解が生じ難く、可塑剤の低分子化が抑制されるため優れ、耐寒性も直鎖構造ではアルキル鎖が運動する自由度が高く、可塑剤の拡散性が高いため優れると考える。

以上より、実施例１、２のアルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルは、比較例１、２のアルキル鎖に側鎖を含む構造のイソフタル酸エステルと比較して、耐熱性、耐寒性に優れる可塑剤と考えられる。

次に、実施例３と実施例４は、可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ９であり、アルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルであるイソフタル酸ジ−ｎ−ノニル（ｎ−ＤＮＩＰ）、実施例５及び実施例６は、可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ１０であり、アルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルであるイソフタル酸ジ−ｎ−デシル（ｎ−ＤＤＩＰ）を５０質量部及び７０質量部添加した結果である。これらの結果は全て耐熱性、耐寒性、電気絶縁性を満たせた。これらは、実施例１及び実施例２と同様の結果であり、理由も同じと考える。

次に実施例７は、可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ８であり、アルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルであるｎ−ＤＯＩＰを４０質量部添加した結果である。実施例８は、可塑剤としてアルキル鎖炭素数Ｃ１０であり、アルキル鎖が直鎖構造のイソフタル酸エステルであるｎ−ＤＤＩＰを８０質量部添加した結果である。どちらの結果も耐熱性、耐
寒性、電気絶縁性を満たせた。

実施例７及び実施例８と実施例１〜６の可塑剤の添加量を比較すると、５０〜７０質量部の範囲だと特性に大きく裕度があり、より好ましい添加量であることが示された。

以上実施例１〜８より、アルキル鎖が直鎖構造であり、アルキル鎖炭素数がＣ８以上Ｃ１０以下であるイソフタル酸エステルを、塩化ビニル樹脂に添加した軟質塩化ビニル組成物は、高い耐熱性、耐寒性に加えて電気絶縁性も満たすことが示された。

なお、本発明は、上述の実施例に限定されるものでなく、例えば、耐寒性を若干下げて低コスト化したい場合や、耐熱性をさらに向上させたい場合などは、必要に応じて、フタル酸エステル、イソフタル酸エステル、テレフタル酸エステル、トリメリット酸エステルをブレンドして使用してもよい。

１ 導体
２ 絶縁体
３ シース
１０ 電線
２０ ケーブル

Claims (4)

1. 塩化ビニル樹脂と可塑剤とを有し、前記可塑剤は、アルキル鎖が直鎖構造で、かつアルキル鎖炭素数がＣ８以上Ｃ１０以下であるイソフタル酸エステルであることを特徴とする軟質塩化ビニル樹脂組成物。
2. 前記塩化ビニル樹脂１００質量部に対して前記イソフタル酸エステルの添加量が４０質量部以上８０質量部以下である請求項１記載の軟質塩化ビニル樹脂組成物。
3. 導体と、前記導体の外周に請求項１または２に記載の軟質塩化ビニル樹脂組成物を用いて被覆形成された絶縁体と、を備えたことを特徴とする電線。
4. 導体と前記導体の外周に被覆、形成された絶縁体とを備えた電線と、前記電線を複数本撚り合わせた外周に請求項１または２に記載の軟質塩化ビニル樹脂組成物を用いて被覆するシースと、を備えたことを特徴とするケーブル。

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