JP2016524632A - 耐高温性絶縁接着テープ基材材料 - Google Patents

Abstract

最高約１０５℃の温度に少なくとも２０，０００時間耐える接着テープ用の絶縁基材材料であり、より具体的には、電気ワイヤの絶縁を含む様々なタイプの用途に使用可能な絶縁テープの調製を目的とする。本発明は更に、前記絶縁接着材料の基材組成物、及びその製造方法に関する。【選択図】 図１

Description

本発明は、最高約１０５℃の温度に少なくとも２０，０００時間耐える接着テープ用の絶縁基材材料に関するものであり、より具体的には、電気ワイヤの絶縁を含む様々なタイプの用途に使用可能な絶縁テープの調製を目的とする。本発明は更に、基材の組成物に関する。

当該技術分野において既知のように、ＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）絶縁接着テープ（いわゆる絶縁テープ）は、価格に競争力があることから、例えば電気分野の構造などの複数の産業分野及び複数の用途に広く使用されている。しかしながら、この種の絶縁テープの最も広く知られている用途は、必要な電気ワイヤ及びケーブルを電気的に絶縁する用途、特に、電気的設置においてスプライスを保護するための用途である。このような場所では、この材料は、電流のジュール効果により放出される熱エネルギーのため、更に耐熱特性も有するべきである。

材料の耐熱性は、高温の環境で使用される可能性がある場合にも必要となる。この点において、現在既知かつ使用されているＰＶＣ絶縁テープは、最高の耐熱性が約９０℃であり、これは、従来の電気ケーブルに適用され得る最高温度に対応する。例えば、引用され得る文献ＣＮ１０２１５３８２５では、−３０〜９０℃の範囲の低温及び高温に耐えるＰＶＣ電気ケーブル絶縁材料を開示している。

より新しい世代の電気ケーブルが市場に登場しており、これらのケーブルは最高１０５℃の温度まで確実に耐えられるが、設置の安全性に重大な障害を引き起こし得る旋回などを伴うことが可能なような、スプライスを絶縁及び保護するための手頃な構成要素は知られていない。

例えば文献ＪＰ２０１１０４６９６４及びＪＰ２００８１４３９７６では、耐高温性を有する接着テープ基材を記述しているが、異なるポリマー基材を含む、本発明とは異なる組成物を用いている。

文献ＣＮ１０１２３０１７１は、耐高温性の絶縁プラスチック材料に関するものであるが、この組成物はフタレート可塑剤を含む。一部のフタレートは欧州のＲＥＡＣＨ（化学物質及びその安全使用に関する欧州共同体規制）リストに掲載されており、今後世界の一部の国で禁止される可能性が高い。同じ可塑剤はまた、文献ＲＵ２４２９２５５の材料にも使用されている。文献ＩＮ２０１０ＣＨ０２５９９において、ＰＶＣ被覆雲母絶縁層を有する耐高温性電気ケーブルが開示されている。よって、これは電気ケーブルに関するものであり、本発明とは異なっている。

文献ＪＰ２０００３４５１２１は、ポリエステル系可塑剤からなる別のＰＶＣ接着材料を開示しているが、これは本発明と同程度の耐熱性を示すものではない。最後に、文献ＪＰ２００１２４７８２９は、非ＰＶＣ耐熱製品を開示しており、よってこれは、本発明とは異なる組成物及び特徴を有していると言うことができる。

最新技術では、現在開発及び市販されている新世代の電気ケーブルと共に安全に使用するための、約１０５℃の温度に耐えることができる耐熱性を有する絶縁接着テープ基材材料が欠如している。

よって、本発明の少なくとも１つの実施形態の１つの目的は、耐高温性接着剤被覆基材材料を提供することであり、この材料は、約１０５℃の動作温度に少なくとも２０，０００時間耐えることができ、一方、現在の最新技術で知られている同様の材料の最高動作温度は、９０℃で制限されている。

本発明の少なくとも１つの実施形態の別の目的は、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂を含む絶縁基材材料を提供することであり、この材料は、１０５℃の温度に耐え、更に、一般的な電気的設置に安全に使用される電気的絶縁特性を有する。

本発明の少なくとも１つの実施形態の別の目的は、フタレート可塑剤を組成物材料中に含まない耐高温性絶縁基材材料を開示することである。

したがって、本発明の少なくとも１つの実施形態の目的のうちの１つは、生産が比較的単純で、かつ製造／商品化コストが手頃であることから、その使用を促進し、よって一般的な設置をより安全なものにするような、耐高温性絶縁接着剤被覆基材材料を提供することである。

上述の目的は、本発明の少なくとも１つの実施形態によって達成される。使用する耐高熱性絶縁材料の基材組成物を用いることによって達成され、より具体的には、絶縁接着テープにおいて達成される。

本発明の好ましい一実施形態において、前記組成物は、少なくとも２０，０００時間の曝露時間にわたって１０５℃の耐熱性を有する基材を調製するために、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、及びカルシウム・亜鉛安定剤（Ｃａ／Ｚｎ）を含む。

別の実施形態において、前記組成物は、３０％〜６０％のＰＶＣ樹脂、１０％〜６０％の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、及び４％〜２０％のカルシウム／亜鉛（Ｃａ／Ｚｎ）安定剤を含む。別の実施形態において、前記組成物は、３０％〜６０％のＰＶＣ樹脂、４％〜２０％のカルシウム／亜鉛（Ｃａ／Ｚｎ）安定剤、０．２％〜５％のモノマー可塑剤、ポリマー可塑剤、１０％〜６０％の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、難燃剤、酸化防止剤、顔料を含む。

更に別の実施形態において、この組成物は、４０％〜５０％のＰＶＣ樹脂、５％〜１５％のカルシウム／亜鉛（Ｃａ／Ｚｎ）安定剤、１，５％〜４％のモノマー可塑剤、ポリマー可塑剤、共安定剤、１０％〜３０％の炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、難燃剤、酸化防止剤、顔料を含む。

好ましくは、本発明の絶縁基材材料基材は、０．１〜０．２ミリメートルの厚さを有する。

よって、本発明の実施形態の目的は更に、耐高温性絶縁接着テープによって達成され、より具体的にはこのテープは、基材と、少なくとも１つのプライマーベース層と、少なくとも１つの接着物質層とを含み、上述の特性により作成された基材を含むことを特徴とする。

ここで本発明は、添付図面を参照して説明される。
本発明の組成物及び比較例に対して実施されたＨＣｌ揮発性試験の結果を示す。 図１に記述される試験を対象とした、サンプルの質量喪失に関する試験の結果を示す。 本発明の組成物及び比較例の、熱重量分析（ＴＧＡ）の結果を示す。 本発明の組成物の走査型電子顕微鏡画像を示す。

本発明の対象物が、下記に実例を用いて詳述されるが、本明細書に開示される材料及び製造方法の両方とも、意図される保護範囲から逸脱することなく、異なる詳細及び構造、手順及び寸法的側面を含み得ることから、これら実例に制限されるものではない。

本発明の少なくとも１つの実施形態は、電気ケーブルの絶縁を含むいくつかの領域に使用することを目的とした絶縁性かつ耐熱性の接着テープ基材材料に関するものであり、前記基材材料は、ポリ塩化ビニル樹脂を本質的に含み、これに加え、熱安定剤、難燃剤、可塑剤、合成ゴム、及び所望により黒色顔料を含むその他の構成成分を含む。このテープは更に、感圧性接着剤と、水性プライマーの中間層とを含む。

本発明の組成実施形態は、可塑剤フタレートを含まない。更に、本明細書で開示される製品実施形態は、２００２年に署名されたＲｏＨＳ合意（危険物質に関する制限）のガイドラインに適合しており、この合意により加盟国は、２００６年時点において、市場で入手可能な新品の電気・電子機器に、極度の危険物質（水銀、カドミウム、六価クロム、ポリ塩化ビフェニル（ｐｏｌｙｃｒｏｍａｔｅｄ ｂｉｐｈｅｎｙｌｓ）、ポリ臭化ジフェニルエーテル、及び鉛）の含有量を最小限に抑えることを確約する取組みを定めるものである。

更に、前記基材材料及びこれから製造されるテープは、優れた可撓性及び機械的強度を有することに加え、少なくとも２０，０００時間の曝露時間にわたって１０５℃の耐熱性を有する。現在の最新技術で知られている同様の材料も優れた機械的及び電気的特性を有するが、耐熱性は、その基材組成物により９０℃に制限されていることに注意すべきである。

簡単に言うと、本発明は、感圧性ゴム接着剤で被覆されたＰＶＣ基材を含み、この基材の組成物の主な成分を表１に示す。

表１に示す材料に加え、モノマー可塑剤（例えばトリメリット酸トリオクチル（ＴＯＴＭ）、フタル酸ジイソノニル（ＤＩＮＰ））、共安定剤（例えばエポキシ化油）、難燃剤（例えば三酸化アンチモン）、合成ゴム（例えばニトリルゴム）、フェノール酸化防止剤（例えば４−メチルフェノール及び３，５ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）、及び顔料（例えば黒色顔料）などの、その他の材料を追加して、フィルムを製造し、様々な特性を材料に付与することができる。好ましくは、本発明の第１のフェノール酸化防止剤は、ニトリルゴムを安定化するのに好適であり（例えば４−メチルフェノール）、第２のフェノール酸化防止剤は、ＰＶＣ配合物を安定化するのに好適である（例えば３，５ジ−ｔｅｒｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）。これらの材料の非限定的な範囲の例を表２に示す。

本発明に適切なＰＶＣ樹脂は、Ｋ値が７０である。そのような樹脂は市販されており、好ましいものとしてはＳＰ１３００又は２７１ ＰＹが挙げられ、これらはそれぞれ、Ｂｒａｓｋｅｍ又はＳｏｌｖａｙから市販されている。

本組成物は、Ｃｈｅｍｓｏｎから商品名ＣＺ６５４０として市販されているＣａ／Ｚｎ安定剤を含んでよく、これは、その組成物中に３４〜３８％のカルシウムを含んで構成されている。

モノマー可塑剤は当該技術分野において既知であり、絶縁テープの耐熱性を強化し、かつ可撓性及び加工性を改善するために、組成物に添加される。本発明に好適なモノマー可塑剤には、トリメリット酸トリオクチルが挙げられるが、これらに限定されない。市販されている可塑剤の例としては、Ｓｃａｎｄｉｆｌｅｘ及びＥｌｅｋｅｉｒｏｚから入手されるトリメリット酸トリオクチルを含むものが挙げられる。

本発明に好適なＣａＣＯ_３は、好ましくは約１〜２０マイクロメートル、好ましくは約１〜１０マイクロメートル、最も好ましくは１〜３マイクロメートルの粒径を有する。好適なＣａＣＯ_３は、例えばＭｉｃｒｏｎｉｔａ（ｗｗｗ．ｍｉｃｒｏｎ−ｉｔａ．ｃｏｍ．ｂｒ）及びＰｒｏｖａｌｅ（ｗｗｗ．ｐｒｏｖａｌｅ．ｉｎｄ．ｂｒ）から市販されている。本発明の材料の耐熱性は、低密度、小粒径、微粉化された無機炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）の付加量（組成物の総量に対して、１０〜６０％、好ましくは１０〜３０％、より好ましくは１３〜２３％の量）を用いることにより得られる。

この点に関して、プラスチックフィルムの熱安定性を改善するための従来の方法には、一般に、可塑剤の性質及び／又は分子量の調整、並びに、異なる安定剤のタイプ及び量の選択が挙げられることに注意することが重要である。

本発明の組成物は、類似の製品に比べ、より多量のカルシウムを含む熱安定剤を使用し、これは最高温度９０℃に耐え、この材料はより多量の安定剤を更に有する。しかしながら、試験の実施により、この調整のみでは、目標の１０５℃の耐熱性を得るのには不充分であるという結果が得られている。この見地から、このように調整された組成物は、ビニル基材中に、より多量の微粉化された炭酸カルシウム付加量を有していた。この得られた結果は、本配合物中に前記材料を用いることの有効性を示している。「微粉化」とは、約１〜１００マイクロメートルの粒径に加工された粒子を示す。

加えて、炭酸カルシウム付加を用いると、材料の引張り強度を低下させることなしに、伸長特性を顕著に改善することに注意することが重要である。

より多量の可塑剤を組成物に添加することによって伸長を改善できることが当業者には知られているが、微粉化無機物の付加により、製品の耐熱性と伸長の両方を増大させたことは、予期せぬことであった。

本発明の耐高温性絶縁接着材料の基材を製造するための好適な方法は、下記の工程を含む：
１．ＰＶＣ樹脂、カルシウム／亜鉛（Ｃａ／Ｚｎ）安定剤、モノマー可塑剤、ポリマー可塑剤、共安定剤、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）、及び三酸化アンチモンを混合装置に加え、８５〜１０５℃の温度でこれらを処理する。
２．前の工程で得られたプレミックスに、以下の構成成分：ニトリルゴム、酸化防止剤及び黒色顔料を加え、１７５〜１９５℃を含む温度でこの材料を溶融させる。
３．この混合物を、１７０〜１９０℃の温度で作動する均質化装置に注ぐ。
４．この混合物を、１７０〜１９０℃の温度で作動する押出装置に送り出し、前記押出装置は少なくとも１つのカレンダーに供給を行う。
５．基材の望ましい厚さが達成されるまで、この材料をカレンダー加工し、好ましい厚さは０．１〜０．２ミリメートルである。

このプロセスの後、水性プライマーを基材に適用してから、感圧性接着剤をプライマーの上に適用する。基材の耐高温性に影響をもたらさない限り、例えばアクリレートなどの他のタイプの接着剤及びプライマーを使用可能であることに注意されたい。

最後の工程は、耐高温性絶縁接着材料を切断して、使用に望ましい形状（通常、ロール）にすることを含む。

以下の実施例及び比較例は、本発明の理解を助けるために提供されるが、本発明の範囲を制限するものとして解釈されるべきではない。特に断らない限り、すべての部及び百分率は重量基準である。以下の試験方法及び手順を、それに続く例示的実施例及び比較例の評価に用いた。

実施例１、２及び３、並びに比較例１の４つのサンプルを調製した。更に、ＣａＣＯ３充填剤の代わりに、実施例２として酸化マグネシウム（少なくとも８８％のＭｇＯを含有、Ｂｕｓｃｈｌｅ ＆ Ｌｅｐｐｅｒ Ｓ．Ａ．から入手）、及び実施例３としてケイ酸アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３．２ＳｉＯ_２を含有、Ｉｍｅｒｙｓから商品名ＳＡＣ １００ＺＡとして市販）を用いて、２つの配合物を調製した。サンプルの組成を表３に、またサンプルの調製方法の記述を下記に示す。

実施例１、２及び３は、表３に示す材料を、下記のように合わせることによって調製された。
１．ＰＶＣ樹脂、カルシウム／亜鉛（Ｃａ／Ｚｎ）安定剤、モノマー可塑剤、ポリマー可塑剤、共安定剤、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）又は酸化マグネシウム又はケイ酸アルミニウム、及び三酸化アンチモンを混合装置に加え、８５〜１０５℃の温度でこれらを処理する。
２．前の工程で得られたプレミックスに、以下の構成成分：ニトリルゴム、酸化防止剤及び黒色顔料を加え、１７５〜１９５℃を含む温度でこの材料を溶融させる。
３．この混合物を、１７０〜１９０℃の温度で作動する均質化装置に注ぐ。
４．この混合物を、１７０〜１９０℃の温度で作動する押出装置に送り出し、前記押出装置は少なくとも１つのカレンダーに供給を行う。
５．基材の望ましい厚さが達成されるまで、この材料をカレンダー加工し、好ましい厚さは０．１〜０．２ミリメートルである。
この後、水性プライマー（合成及び天然ラテックス混合物）を基材に適用してから乾燥させ、ゴム系感圧性接着剤をこのプライマーの上にコーティングしてから更に乾燥させた。最後の工程で、耐高温性絶縁接着材料を切断して、使用に望ましい形状にした。

比較例１は、表３に記載されている材料を用いて、同様に作製された。

以下の試験は、本発明の組成物及び効果を更に説明するために提供される。

１−ＨＣｌ揮発試験：
ＨＣｌ揮発試験は、温度上昇によるＰＶＣ配合物の劣化を防止するためのＣａＣＯ３添加の効果を示すための、実際的で簡単な試験である。この試験では、サンプルをガラス製試験管に入れ、２００℃に曝した。カラーｐＨテープを試験管の上に置き、色が変化した時点が、ＰＶＣ材料中のＨＣｌ揮発の開始に関係した。この結果を、曝露の時間（分）で表４に示す。時間が長いほど、配合物の熱安定性が高いことを意味する。

ＣａＣＯ３添加の効果を示すＨＣｌ揮発試験の結果を図１に示す。

２−重量喪失試験：
この試験は、サンプルを１５０℃で２４、４８、１２０、２４０、３３６及び４８０時間曝露した後の重量喪失（又は質量喪失）を測定するものである。重量喪失レベルが低いほど、テープの耐熱性が良い。この試験は、実施例１、２及び３並びに比較例１の組成物で実施された。ＣａＣＯ３又はＭｇＯ又はケイ酸アルミニウムの添加の効果を示す重量喪失試験の結果を図２に示す。

図１及び２に示すプロットは、実施例１、２及び３並びに比較例１で実施された試験の結果を示す。

図１のプロットはＨＣｌ揮発時間を示しており、時間が長いほど、組成物の熱安定性が高い。実施例１ではＨＣｌ揮発時間が３８％増加、実施例２では２２％の増加、実施例３では２２％の増加を示している。このことは、試験温度２００℃に曝露しているときのＰＶＣ劣化時間が長くなったことを意味する。

図２のプロットは、特定の時間（２４、４８、１２０、２４０、３３６及び４８０時間）にわたってサンプルを温度１５０℃に曝露した後、比較例に比べて、実施例１、２及び３の質量喪失が少なかったことを示す。結果を表５に示す。

３−熱重量分析法（ＴＧＡ）：
ＴＡ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＱ ５００で、合成空気を用いて、３０℃〜１０００℃、２０℃／分の加熱速度で、ＴＧＡを実施した。

図３のプロットは、実施例１、２及び３並びに比較例において、１０００℃までの温度上昇に伴う重量喪失による、配合物成分の劣化の測定値を示す。

４−ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）
図４は、実施例１、２及び３におけるＳＥＭ分析によるＰＶＣマトリックス中の充填剤分散を示すいくつかの画像を示す。

これらの画像は、充填剤がポリマーマトリックス中によく分散していることを示しており、それぞれの間の若干の違いは、使用された充填剤のタイプ及び粒径によるものであることを表わしている。

本発明のいくつかの実施形態のＰＶＣマトリックスは、可塑剤トリメリット酸トリオクチル０．２〜５％に、例えば１０〜６０％のＣａＣＯ３又はＭｇＯ又はケイ酸アルミニウムなどの無機材料を組み合わせて使用することにより、機械的特性及び誘電特性を低下させることなしに、高温（１０５℃）での材料性能を改善する。

ＰＶＣ樹脂は本組成物のベースポリマーであり、総重量に対して好ましくは３０〜６０％の量で使用すべきであり、加工中の熱による劣化から製品を保護するために、カルシウム／亜鉛安定剤の量がＰＶＣに使用され、この構成成分の好ましい量は、総量に対して５〜１５％の範囲である。

加えて、酸化防止剤樹脂を、組成物に対して約０．６％使用して、構成材料（特にＰＶＣ樹脂及びニトリルゴム）の酸化を防止する。

本発明の対象物は、主に電気ワイヤ及びケーブルなど、様々な用途に使用され得ることに注意されたい。また、既知の類似の製品が、ブラジル技術ガイドライン（Ｎｏｒｍａ Ｔｅｃｎｉｃａ Ｂｒａｓｉｌｅｉｒａ）ＡＢＮＴ ＮＢＲ ＮＭ ６０４５４−３−１／２００７により、９０℃の耐熱性を有しており、このガイドラインの基準が本明細書に採用されて、最終的耐熱性１０５℃をもたらしていることを、ここで言及しておくべきであろう。

よって本発明の実施形態は、既知の類似の製品でこれまでのところ観察されていない、他に例のない特性を有する製品をもたらす全く新しい組成物を提供することによって、現在の最新技術の問題を解決すると結論付けることができる。

上述の説明は、本発明の好ましい実施形態のいくつかを例示するためのものであることに、注意することが重要である。よって、同じ結果を得るための実質的に同じ方法で、同じ機能を実行する、複数の改変、バリエーション、及び要素の組み合わせが、依然として、付属する請求項により定義される保護の範囲内であることが、当業者には理解されることは明らかである。

Claims (12)

1. ポリ塩化ビニル、炭酸カルシウム、及びカルシウム・亜鉛安定剤を含む、耐高温性絶縁接着テープ基材組成物。
2. 前記ポリ塩化ビニルが、前記組成物の総重量に対して約３０重量％〜６０重量％含まれる、請求項１に記載の基材組成物。
3. 前記カルシウム／亜鉛安定剤が、前記組成物の総重量に対して約４重量％〜２０重量％含まれる、請求項１に記載の基材組成物。
4. 前記炭酸カルシウムが、前記組成物の総重量に対して約１０重量％〜６０重量％含まれる、請求項１に記載の基材組成物。
5. 前記炭酸カルシウムが、前記組成物の総重量に対して約１０重量％〜３０重量％含まれる、請求項１に記載の基材組成物。
6. 約４０重量％〜５０重量％のポリ塩化ビニル、約５重量％〜１５重量％のカルシウム／亜鉛安定剤、及び１３重量％〜２３重量％の炭酸カルシウムを含む、請求項１に記載の基材組成物。
7. モノマー可塑剤を更に含む、請求項１に記載の基材組成物。
8. 前記モノマー可塑剤が、トリメリット酸トリオクチル又はフタル酸ジイソノニルを含む、請求項７に記載の基材組成物。
9. １種以上の酸化防止剤、顔料、モノマー可塑剤、ポリマー可塑剤、難燃剤、及び共安定剤を更に含む、請求項１に記載の基材組成物。
10. 前記炭酸カルシウムが、約１〜２０マイクロメートルの粒径を有する、請求項１に記載の基材組成物。
11. 少なくとも２０，０００時間の曝露時間にわたって１０５℃の耐熱性を有する、請求項１に記載の基材組成物。
12. 感圧性接着剤で被覆された、請求項１に記載の基材組成物を含む、絶縁テープ。

Images