JP4359976B2 - ノンハロゲン難燃絶縁電線 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エチレン系コポリマに金属水酸化物を混和した組成物を導体上に被覆した絶縁電線、特に燃焼時の発煙量が少なくて有害ガスを発生しない環境に優しい難燃性の無機水和物を混和した架橋可能なエチレン系コポリマの組成物を、導体上に電気絶縁体として被覆したノンハロゲン難燃絶縁電線に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
室内で用いられる電気機器、例えば、高難燃性が要求される家電品、ＯＡ機器等の分野においては、難燃性に優れた耐熱性ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）を被覆した電線・ケーブルが使用されている。
近年、世界的に環境保護運動が盛んになり、火災時に電線・ケーブルが燃えた場合、ＰＶＣの燃焼時に発生する多量の煙や腐食性ガスの発生による人体への有害性、機器に対する腐食性の心配に加えて、耐熱性ＰＶＣを廃棄する時の焼却によるダイオキシンの発生や、埋め立て投棄した場合の重金属の地下水脈への溶出等の影響度の有無が問題として指摘されるようになっている。
【０００３】
このような背景から、燃焼時に有害物の発生が少なく、重金属を含まない環境配慮型の電線・ケーブルが要求されるようになっている。最近、発煙量が非常に少なく、しかも有害ガスを発生しないクリーンな金属水酸化物の難燃剤として、無機水和物が注目されるようになった。無機水和物の中でも例えば水酸化マグネシウムは、ポリマの熱分解温度近くで結晶水を放出し、組成物の燃焼熱を下げることが解明され、難燃効果も高いことが判った。
【０００４】
一方、水酸化マグネシウムなどの無機水和物を高度な難燃性を要求される電線・ケーブルの絶縁層または被覆物として使用する場合は、難燃性試験、例えば、ＵＬ（アメリカにおける製品の安全性を保証する認定制度）規格である垂直燃焼試験（ＶＷ−１レベル）に合格する必要がある。
【０００５】
しかし、水酸化マグネシウムなどの無機水和物を電線・ケーブルの絶縁層または被覆物に用いて、ＵＬ規格の垂直燃焼試験（ＶＷ−１レベル）の難燃性を確保するためには、水酸化マグネシウムなどを多量に混和する必要がある。
一方、多量の水酸化マグネシウムを電線・ケーブルの被覆物に混和すると、電線被覆物の機械的特性、特に、引張特性を著しく低下させ、ひいては電線の電気的特性にも影響を与えるという問題があった。
【０００６】
それ故、本発明の目的は、燃焼時の発煙量が少なく、有害ガスを発生しない環境に優しい難燃性を付与した架橋可能なノンハロゲン難燃絶縁電線を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目的は、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物の難燃剤を多量に混和しないで、電線の高度な難燃性と機械的特性、特に、引張特性を確保できる電気的特性の良好なノンハロゲン難燃絶縁電線を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するため、エチレン系コポリマに金属水酸化物を混和した組成物を導体上に被覆してなる難燃絶縁電線において、
前記導体上に被覆されている前記組成物は、エチレン系コポリマ１００重量部に対し、ビニルシラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物からなる１００ないし３００重量部の金属水酸化物を混和して得られた組成物であって、前記金属水酸化物は、２０なし９５重量％（Ｗｔ％）のビニルシラン処理水酸化マグネシウムと、５ないし８０重量％（Ｗｔ％）のＮｉ固溶水酸化マグネシウムを混合させた１００重量％（Ｗｔ％）の混合物から構成されていることを特徴とするノンハロゲン難燃絶縁電線を提供する。
【０００９】
また、この発明は、上記の目的を達成するため、前記エチレン系コポリマは、エチレン酢酸ビニル共重合体から構成されていることを特徴とし、
前記エチレン系コポリマに、前記シラン処理水酸化マグネシウムと前記Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物からなる前記金属水酸化物を混和して得られた前記組成物は、導体上に被覆した後に架橋されて構成されていることを特徴とし、
前記金属水酸化物を構成する前記Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムは、水酸化マグネシウムの生成時に難燃助剤として有用なＮｉ触媒を投入して水酸化マグネシウム結晶中に固溶させて構成されていることを特徴とするノンハロゲン難燃絶縁電線を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態として、高難燃性が要求される家電品に最も多く使用され、しかも苛酷な垂直燃焼試験（ＵＬｓｕｂｊｅｃｔＶＷ−１）が最も厳しいとされる小サイズのノンハロゲン系の組成物を被覆した電線について説明する。
エチレン系コポリマとしてのエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ２８０三井デュポンポリケミカル社製）１００重量部に対し、シラン処理水酸化マグネシウム（ＫＸ３００Ｈ協和化学社製）８０重量％と、Ｎｉ固溶水酸化マグネシウム（フアィンマグＳＮ ＴＧＭ社製）２０重量％の混合物からなる金属水酸化物１５０重量部を混和した組成物をつくるために、それらの成分を準備する。
準備された成分は、１００〜１３０℃に保持した８インチロールに投入して混練し、混練後、１８０℃に保持した４０ｍｍ押出機（Ｌ／Ｄ＝２４）を用いて、線径２０ＡＷＧの単線導体上に厚さ０．４ｍｍの絶縁層を押出被覆した。続いてこの被覆電線に約１０Ｍｒａｄの電子線を照射して絶縁層を架橋処理してノンハロゲン難燃絶縁電線を得た。
この発明の実施の形態では、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を混和することにより、金属水酸化物を混和した絶縁層の機械強度を維持させることが可能となり、また、Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムを併用することにより難燃性を向上させることが可能となって、全体として水酸化マグネシウムの混和総量が少ない状態の下で高難燃性が付与され、しかも良好な機械的特性を有するノンハロゲン難燃絶縁電線を実現することができる。
【００１１】
本発明の実施の態様におけるノンハロゲン難燃性の絶縁電線としては、導体の周りに電気絶縁性の混和物を被覆して得られる電線、および電気ケーブルが対象であり、このほかに、本発明の実施の態様のノンハロゲン難燃性組成物は、電線・電気ケーブルの難燃性シース材料、難燃性フイルム材料としても適用可能である。なお、本発明の実施の態様には、機械的構造材としての鋼索（ケーブル）・大綱・索道用ケーブル・吊橋用ケーブルなどは包含されない。
【００１２】
本発明の実施の態様において、電気絶縁性のノンハロゲン難燃性組成物を被覆して得られた電線、および電気ケーブルは、さらに電子線や紫外線等を照射したり、電気絶縁性組成物に有機過酸化物を用いて周知の方法で架橋処理して用いることが望ましい。また、本発明の実施の態様においては、電気絶縁性のノンハロゲン難燃性組成物の成分に加えて、架橋助剤、難燃助剤、酸化防止剤、滑剤、安定剤、充填剤、着色剤、シリコーン等を添加して使用することができる。
【００１３】
本発明の実施の態様に使用されるエチレン系コポリマとしてのポリオレフィンとしては、高密度、中密度、または低密度のポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン・プロピレン・コポリマ、エチレン・プロピレン・ジエンターポリマ、エチレン・メチルアクリレートコポリマ、エチレン・エチルアクリレートコポリマ、直鎖状低密度ポリエチレン、超低密度ポリエチレン、エチレン・酢酸ビニルコポリマ、エチレン・ブテンコポリマ、エチレン・メチルメタアクリレートコポリマ、エチレン・オクテンコポリマ等が挙げられる。中でもＵＬ規格ＶＷ−１（垂直燃焼試験）の高度な難燃性を付与するには、熱分解時に脱酢酸反応により吸熱量が大きく難燃性に有利なエチレン・酢酸ビニルコポリマが最も好ましく、さらに、酢酸ビニル含有量が２５Ｗｔ％以上のグレードが特に望ましい。
【００１４】
本発明の実施の態様において、シラン処理水酸化マグネシウムに用いるシランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン等が挙げられる。これらシランカップリング剤を用いて周知の手法により水酸化マグネシウムの表面にシラン処理を施して所定のシラン処理水酸化マグネシウムが得ることができる。
【００１５】
本発明の実施の態様において、Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムとは、水酸化マグネシウムの生成時に、難燃助剤として有用なＮｉ触媒を投入して水酸化マグネシウム結晶中に固溶させた特殊な金属水酸化物を指称しており、単純に水酸化マグネシウムの中にＮｉ触媒を添加し混合したものではない。
従って、本発明の実施の態様におけるＮｉ固溶水酸化マグネシウムは、分散むらによる難燃効果のばらつき（ＪＩＳ Ｋ ０２１１）がなく、優れた難燃性を付与することができる。
また、本発明の実施の態様におけるＮｉ固溶水酸化マグネシウムは、ステアリン酸等の脂肪酸、チタネートおよびシランカップリング剤等を用いて表面処理して使用することもできる。
【００１６】
本発明の実施の態様において、シラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合比は、シラン処理水酸化マグネシウムの割合が多いと難燃性が不十分となり、Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムが多過ぎると引張強さが低下する。このため、これらの混合比は、５Ｗｔ％ないし８０Ｗｔ％のシラン処理水酸化マグネシウムと、２０Ｗｔ％ないし８０Ｗｔ％のＮｉ固溶水酸化マグネシウムの範囲の混合物であることが望まれる。
また、エチレン系コポリマ１００重量部に対して、シラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物の混和総量は、１００重量部未満では難燃性が不十分となり、３００重量部を超えると機械的特性が大幅に低下する。このため、エチレン系コポリマ１００重量部に対しては、１００ないし３００重量部のシラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物の混和総量の範囲が望ましい。中でも機械的特性が最も好ましい混合物の混和総量は１５０ないし２５０重量部の範囲である。
【００１７】
【実施例】
（本発明の実施例）
表１の実施例１ないし実施例５の欄は、本発明の実施例によるノンハロゲン難燃絶縁電線を示している。
実施例の試料の作成は、表１に記載された組成物の成分を１００〜１３０℃に保持した８インチロールに投入して混練後、１８０℃に保持した４０ｍｍ押出機（Ｌ／Ｄ＝２４）を用いて、線径２０ＡＷＧの単線導体上に厚さ０．４ｍｍの絶縁層を押出被覆した。続いてこの被覆電線に約１０Ｍｒａｄの電子線を照射して架橋処理してノンハロゲン難燃絶縁電線を作成した。
【００１８】
【表１】

【００１９】
（比較例）
表１の比較例１ないし比較例５の欄は、比較のために製造された絶縁電線を示している。
比較例の試料の作成は、表１に記載された組成物の成分を１００〜１３０℃に保持した８インチロールに投入して混練後、１８０℃に保持した４０ｍｍ押出機（Ｌ／Ｄ＝２４）を用いて、線径２０ＡＷＧの単線導体上に厚さ０．４ｍｍの絶縁層を押出被覆した。続いてこの被覆電線に約１０Ｍｒａｄの電子線を照射して架橋処理して絶縁電線を作成した。
【００２０】
表１における引張強さ（ＭＰａ）の試験は、電線から導体を抜き取って得られたチューブ状の絶縁層を、ＪＩＳ Ｃ３００５に準拠して、引張速度２００ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を行ない評価した。
【００２１】
表１における難燃性の評価試験は、電線に対して、ＵＬｓｕｂｊｅｃｔに準拠した垂直燃焼試験（ＶＷ−１）を行ない、電線の燃焼が１分以内に自己消火したものを合格、１分を超えるものを不合格として評価した。
【００２２】
表１に示すように、本発明の実施例１ないし実施例５は、いずれも小サイズの電線として最も厳しいＵＬｓｕｂｊｅｃｔに準拠した垂直燃焼試験（ＶＷ−１）に合格し、しかも引張特性も良好であることが判る。
【００２３】
一方、表１に示した比較例１ないし比較例５の評価は、つぎの通りである。
比較例１は、Ｎｉ固溶水酸化マグネシウム単独系のために引張強さが著しく低下している。比較例２は、シラン処理水酸化マグネシウム単独系のために難燃性が不合格となってしまうことが判る。比較例３は、脂肪酸表面処理水酸化マグネシウムを単独で用いているために、難燃性、引張強さがともに大幅に劣る結果となっている。また、比較例４は、水酸化マグネシウムの混和量が少ない系の範囲外のものであるために難燃性が劣り、比較例５は、水酸化マグネシウムの混和量が多すぎる系の範囲外のものであるために、引張強さ、伸びがともに大幅に低下することが判る。
【００２４】
表１に示した本発明の実施例１ないし実施例５、および比較例１ないし比較例５の評価結果から明らかなように、本発明においては、エチレン系コポリマに対して、シラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物を混和した金属水酸化物の組成物を用いることにより、難燃性を向上させ、しかも所定の引張強さと伸びの機械的特性を確保できることが解明された。
また、本発明においては、組成物のシラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合比は、シラン処理水酸化マグネシウムの割合が多いと難燃性が不十分となり、Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムが多過ぎると引張強さが低下することも明らかにされ、このため、これらの混合比は、５Ｗｔ％ないし８０Ｗｔ％のシラン処理水酸化マグネシウムと、２０Ｗｔ％ないし８０Ｗｔ％のＮｉ固溶水酸化マグネシウムの範囲が望ましいことが解明された。
さらに、本発明においては、エチレン系コポリマ１００重量部に対して、シラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物の混和総量が、１００重量部未満では難燃性が不十分となり、３００重量部を超えると機械的特性が大幅に低下することが解明された。このため、本発明においては、エチレン系コポリマ１００重量部に対して、シラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムを混和した金属水酸化物の混合物の混和総量を、１００ないし３００重量部の範囲で混和することが望ましいことも解明された。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のノンハロゲン難燃絶縁電線によると、水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物のクリーンな難燃剤を用いることにより、燃焼時の発煙量が少なく有害ガスを発生しない環境に優しい非常に高度な難燃性を有する架橋可能な電線を提供できるという効果がある。
【００２６】
また、本発明のノンハロゲン難燃絶縁電線によると、多量の水酸化マグネシウムなどの金属水酸化物の難燃剤を混和することをしないで、ＵＬ規格ＶＷ−１（垂直燃焼試験）を満足する高度な難燃性の電線を確保でき、しかも機械的特性ならびに電気的特性が良好な電線を提供できるという効果が得られる。

Claims (4)

1. エチレン系コポリマに金属水酸化物を混和した組成物を導体上に被覆してなる難燃絶縁電線において、
   前記導体上に被覆されている前記組成物は、エチレン系コポリマ１００重量部に対し、ビニルシラン処理水酸化マグネシウムとＮｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物からなる１００ないし３００重量部の金属水酸化物を混和して得られた組成物であって、前記金属水酸化物は、２０なし９５重量％（Ｗｔ％）のビニルシラン処理水酸化マグネシウムと、５ないし８０重量％（Ｗｔ％）のＮｉ固溶水酸化マグネシウムを混合させた１００重量％（Ｗｔ％）の混合物から構成されていることを特徴とするノンハロゲン難燃絶縁電線。
2. 前記エチレン系コポリマは、エチレン酢酸ビニル共重合体から構成されていることを特徴とする請求項１記載のノンハロゲン難燃絶縁電線。
3. 前記エチレン系コポリマに、前記シラン処理水酸化マグネシウムと前記Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムの混合物からなる前記金属水酸化物を混和して得られた前記組成物は、導体上に被覆した後に架橋されて構成されていることを特徴とする請求項１および請求項２記載のノンハロゲン難燃絶縁電線。
4. 前記金属水酸化物を構成する前記Ｎｉ固溶水酸化マグネシウムは、水酸化マグネシウムの生成時に難燃助剤として有用なＮｉ触媒を投入して水酸化マグネシウム結晶中に固溶させて構成されていることを特徴とする請求項１および請求項３記載のノンハロゲン難燃絶縁電線。