JP5572723B2 - ライザーおよびプレナムケーブルのための組成物 - Google Patents

Description

本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１０年２月１２日に出願された米国特許仮出願番号第６１／３０４，２２３号の優先権を主張する。

本発明は、ケーブルジャケットを製造するための、特にライザーおよびプレナムケーブルの材料に関する。この材料は可燃性が低く、ケーブルをＵＬ９１０またはＮＦＰＡ−２６２またはＵＬ１６６６規格を満たすようにすることができる。

建物は、通常、吊天井とこの天井が吊り下げられた構造床との間に空間を有するように設計されており、これが加熱および冷却システムの要素のための還気プレナムとして作用するとともに、通信ケーブルおよびその他の装置、例えば電力ケーブルおよびデータケーブルの取り付けのために都合の良い場所として作用する。こうしたデータケーブルはプレナムケーブルとも呼ばれる。あるいは、建物は、ケーブルルーティングおよびプレナム空間のために使用される上げ床を利用することもできる。通信ケーブルは、一般に、電話、コンピュータ、コントロール、アラームおよび関連システムに使用するための、音声通信、データおよびその他のタイプの信号を含み、これらのプレナムおよびその中にあるケーブルが、各床の長さおよび幅全体にわたって続いていることが珍しいことではないため、ケーブルおよび建物両方にとって安全上の問題が生じ得る。

火災が床と吊天井との間の領域で生じる場合、壁およびそうした領域を囲む他の建物要素によって火災は抑えられる場合がある。しかし、火災がプレナム空間に到達することがあったときには、特に可燃性材料がプレナムを占める場合、火災は建物の床全体にわたって素早く広がり得る。ケーブルがプレナム用であるとされていない場合、すなわち必須の難燃性および防煙性特徴を有しない場合、火災は、プレナム中に取り付けられたケーブルの長さに沿って移動することがある。また、煙は、プレナムを通して隣接する領域および他のフロアに運ばれる場合があり、煙が建物全体に充満する可能性がある。

プレナム用であるとされていないジャケット付ケーブルの温度が上昇するにつれて、ジャケット材料の炭化が生じ始める。その後、ジャケット内側の導体絶縁体が分解および炭化し始める。炭化したジャケットがその一体性を保持する場合、それは依然としてコアを絶縁するように機能する；しかし一体性を保持しない場合、膨張絶縁体炭化物、または絶縁体から生じたガスの圧力のいずれかが原因で破裂し、結果としてジャケット内部のバージン部分および絶縁体が火炎および／または高温に曝される。ジャケットおよび絶縁体は、熱分解し始め、より可燃性のガスを放出する。これらのガスは発火し、プレナム中の気流のために、火炎衝突の領域を超えて燃焼することにより、火炎が建物中に伝搬し、煙と毒性および腐食性のガスとが生じる。

概して、火炎伝搬および煙の発生の可能性のために、電気規定（ＮＥＣ）は、プレナム中の電力制限ケーブルは金属導管に封入されることを要求している。しかし、ＮＥＣは、この必須要件に特定の例外を認めている。例えば金属導管を有していないケーブルは、こうしたケーブルが独立した検査機関、例えばＵｎｄｅｒｗｒｉｔｅｒｓ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ（ＵＬ）によって、適切に低い火炎伝搬および煙発生または生成特徴を有するものとして、試験され、認められている限り、許可される。ケーブルの火炎伝搬および煙の生成は、空調空間、すなわちプレナムに使用される電気および光ファイバケーブルの難燃性および防煙性の特徴に関する、「スタイナートンネル」としても知られるＵＬ９１０（１９９８版）またはＮＦＰＡ２６２（２０１１版）標準試験方法を用いて測定される。

ライザー（ＣＭＲ）用とされるケーブルは、ＵＬ１６６６要件を満たすケーブルである。これらのケーブルは、フロアの間またはエレベーターシャフトを通じて垂直トレイに取り付けのために設計される。ケーブルは、通常、絶縁された撚り線を含有し、ライザータイプのジャケットで覆われている。本発明の目的は、これらのタイプのケーブルのジャケットとして使用されるＰＶＣ化合物の組成を記載することである。

ＣＭＲケーブルの最も重要な特性は、垂直燃焼ＵＬ１６６６試験に合格することである。試験装置および手順はＵＬ１６６６の項目４に詳細に記載されている。この試験は、チャンバ中に最終ケーブルを取り付けることによって行われる。次いでケーブルは、３０分間連続火炎（１５４．５ＫＷ）に曝される。試験に合格するために、火炎伝搬は、点火点を超えて１２フィート以上であることはできず、温度は、ＵＬ１６６６の項目９に記載されるように８５０°Ｆを超えることができない。

ＵＬ１６６６規格に適合するポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）ジャケット組成物を開発することに対する主な障害の１つは、３０分の燃焼中に低い可燃性を維持することである。そうするために、配合者は、多量の臭素（臭素化フタレートの形態）およびアンチモンを添加する傾向がある。こうした２つの添加剤は、アルミニウム三水和物と共に低い可燃性を与えることができる。しかし、こうした添加剤は、コストがかかる。

そのため、低い可燃性を与えるが、安価に製造できるプレナムおよびライザーケーブル用のジャケット組成物が必要とされ続けている。

１つの実施形態において、本発明は、ライザーまたはプレナムケーブルのジャケットまたは絶縁体として使用するための組成物を提供する。組成物は、ＵＬ９１０（１９９８版）および／またはＮＦＰＡ２６２（２０１１版）および／またはＵＬ１６６６（２００７版）規格を満たすように開発されており、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂、可塑剤、金属酸化物粒子、および場合により臭素化フタレートを含有する。好ましくは金属酸化物粒子は、球状の非晶質二酸化ケイ素である。より好ましくは、球状の非晶質二酸化ケイ素が約１００〜２００ｎｍの平均粒径および／または約１０〜３０ｍ２／ｇのＢＥＴ表面積を有する。金属酸化物粒子はまた、好ましくは非多孔性、非イオン性および／または水和されていない金属酸化物粒子である。

別の実施形態において、本発明は、少なくとも１つのワイヤおよびこのワイヤを取り囲むジャケットを含有するケーブルを提供する。ジャケットはＰＶＣ樹脂、臭素化フタレート、可塑剤、および金属酸化物粒子を含有する組成物で製造される。ケーブルはＵＬ９１０および／またはＮＦＰＡ２６２および／またはＵＬ１６６６規格を満たす。

さらに別の実施形態において、本発明は、ライザーまたはプレナムケーブルのジャケットまたは絶縁体として使用するためのＰＶＣ組成物を製造する方法を提供する。この組成物は、ＰＶＣ樹脂、臭素化フタレート、可塑剤および金属酸化物粒子を共に混合して、複合材料を形成することによって製造される。

さらなる実施形態において、本発明は、ＵＬ９１０および／またはＮＦＰＡ２６２および／またはＵＬ１６６６規格を満たすプレナムまたはライザーケーブルを製造する方法を提供する。ケーブルは、ＰＶＣ樹脂、臭素化フタレート、可塑剤および金属酸化物粒子を共に混合し、複合材料を形成し；この複合材料で少なくとも１つのワイヤの周りを取り囲み、ジャケットを形成することによって製造される。好ましくはジャケットの形成は押出成形によって達成される。

本発明に適切なポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂は、中程度の分子量または高分子量の汎用ビニル懸濁樹脂である。こうしたＰＶＣ樹脂は、当該技術分野において周知であり、多数の供給元から市販されている。好ましいＰＶＣ樹脂としては、Ｇｅｏｒｇｉａ Ｇｕｌｆから市販されているＧＧ−５４１５であり、高分子量の汎用ビニル懸濁樹脂である。ＰＶＣ樹脂は、好ましくはジャケット組成物中に、ジャケット組成物の重量を１００％として、約３０重量％〜約５０重量％、より好ましくは約３５重量％〜約４５重量％で存在する。

本組成物は、ポリマー処理に使用される周知の防火剤である臭素化フタレートを含有していてもよい。市販の臭素化フタレートとしては、Ｋｉｎｇ ｏｆ Ｐｒｕｓｓｉａ，ＰＡのＡｔｏｃｈｅｍから入手可能なＰｙｒｏｎｉｌ６３（臭素化フタレートエステル）；およびＭｉｄｄｌｅｂｕｒｙ，ＣＴのＣｈｅｍｔｕｒａから入手可能なＤＰ−４５（テトラブロモフタレートエステル）が挙げられる。好ましくは臭素化フタレートは、ジャケット組成物中に、約０〜約２０重量％、より好ましくは７重量％未満、最も好ましくは約２〜４重量％で存在する。

可塑剤は、当該技術分野において周知であり、組成物の可撓性および処理特性を改善するために組成物に添加される。本発明に適切な可塑剤としては、ジイソデシルフタレート、ジ（２−プロピルヘプチル）フタレート、ｎ−オクチル−ｎ−デシルフタレート（混合）、ジアリルフタレート、ジオクチルセバケート、ｎ−オクチル−ｎ−デシルトリメリテート、トリイソオクチルトリメリテート、イソデシルジフェニルホスフェート、ジ−２−エチルヘキシルアジペート、ジ−２−エチルヘキシルアゼレート、ジ−２−エチルヘキシルセバケート、ブチルベンジルセバケート、ジイソデシルアジペート、ペンタエリスリトールエステル、およびアクリル酸−エチレン−ビニルアセテートターポリマーが挙げられるが、これらに限定されない。好ましくは可塑剤は、ジャケット組成物中に、約１０〜約３０重量％、より好ましくは約１５〜２５重量％；および最も好ましくは約２０重量％で存在する。

ミクロ酸化物粒子は、球形を有し、非イオン性の特徴を有する、すなわち正または負のイオン性価数を有しておらず、イオン性結合を形成できないことを特徴とする、鉱物、または金属（元素）の酸化物である。好ましくは粒子は、改善されたレオロジー特性および難燃特性を与えるために小さい表面積を有する。ミクロ酸化物粒子のＢＥＴ表面積は、好ましくは約１０〜３０ｍ２／ｇ、より好ましくは約１８〜２２ｍ２／ｇ、および最も好ましくは約２０ｍ２／ｇである。好ましい酸化物としては、ケイ素、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの複酸化物が挙げられる。ＺｎおよびＦｅ酸化物も、本発明の一部の実施形態に好適な場合がある。他の酸化物が本発明にて機能すると想定されるが、本発明に記載されるミクロ形態でいまだ利用可能でない場合がある。また、金属酸化物粒子は、好ましくは固体の非晶質粒子である。金属酸化物粒子の平均粒径は、約３００ｎｍ未満であってもよく、好ましくは約１００〜２００ｎｍの範囲、より好ましくは約１５０ｎｍである。ミクロ酸化物粒子の濃度は、ジャケット組成物の約１〜約３０重量％であってもよく、好ましくは約３〜１２重量％、および最も好ましくは約５重量％であってもよい。

好ましい金属酸化物粒子は、Ｅｌｋｅｍ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｍａｔｅｒｉａｌｓによって製造されるＳＩＤＩＳＴＡＲ（登録商標）Ｔ１２０であり、これはポリマー用途に設計された球体形状の非晶質二酸化ケイ素添加剤である。ＳＩＤＩＳＴＡＲ（登録商標）Ｔ１２０の平均一次粒径は１５０ｎｍである。ＰＶＣと共に使用される場合、ＳＩＤＩＳＴＡＲ（登録商標）Ｔ１２０添加剤は、難燃性を増大させ、他の高価な難燃剤（例えば臭素およびアンチモン化合物）を組成物から減らすことができ、同時にＵＬ９１０またはＮＦＰＡ２６２またはＵＬ１６６６要件を満たす。混合プロセスにおいて、ＳＩＤＩＳＴＡＲ（登録商標）Ｔ１２０はまた、すべての化合物成分の分散を改善し、バランスのとれた物理的特性を最終組成物に与える。主に球状の粒子として分散するので、ＳＩＤＩＳＴＡＲ（登録商標）Ｔ１２０はまた、内部摩擦を低減し、良好なメルトフローの結果としてより速い押出成形または注入速度が可能であるため、顕著なコスト削減が可能である。マトリックス内において一次粒子に分散することにより、非常に微細なセルを形成でき、結果として高分子量処理助剤を低減することにより、原料コストを大きく削減する。

組成物は、充填剤、紫外（ＵＶ）光吸収剤、ヒンダードアミン光安定剤（例えばヒンダードアミン光安定剤（ＨＡＬＳ））、酸化防止剤（例えばフェノール系酸化防止剤）、着色剤、潤滑剤（例えばステアリン酸）、フルオロポリマー（例えばポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ））などのような他の構成成分を含有できる。好適な充填剤の例としては、カーボンブラック、粘土、タルク（ケイ酸アルミニウムまたはケイ酸マグネシウム）、ケイ酸マグネシウムアルミニウム、ケイ酸マグネシウムカルシウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムカルシウム、シリカ、ＡＴＨ、水酸化マグネシウム、ホウ酸ナトリウム、ホウ酸カルシウム、カオリン粘土、ガラスファイバ、ガラス粒子またはこれらの混合物が挙げられるが、これらに限定されない。

好適な潤滑剤の例としては、ステアリン酸、シリコーン、帯電防止アミン、有機アミン（ａｍｉｔｉｅｓ）、エタノールアミド、モノおよびジグリセリド脂肪族アミン、エトキシル化脂肪族アミン、脂肪酸、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸鉛、硫酸亜鉛、およびこれらの組み合わせが挙げられるが、これらに限定されない。潤滑剤は、組成物の処理特性を改善するために添加されてもよい。しかし、一部の潤滑剤、例えばシリコーンおよび脂肪酸アミドはまた、ケーブルジャケットの外側表面の潤滑を与え、プレナムまたはライザーケーブルの取り付け中の摩擦を低減する。摩擦低減のための有利な潤滑剤としては、オレアミド、エルカアミド、ステアルアミド、ベヘンアミド、オレイルパルミトアミド、ステアリルエルカアミド、エチレンビス−ステアルアミド、およびエチレンビス−オレアミドが挙げられるが、これらに限定されない。これらの潤滑剤は、溶融相に均一に分配される；しかし、ポリマーが冷却されるにつれて、潤滑剤は、組成物の表面に移動し、潤滑薄層を形成し、これが表面間の摩擦係数を低減する。

例として、本発明の組成物はまた、約４〜７％の塩素化パラフィンワックス、約２〜５％のＣａ−Ｚｎ安定剤、約１〜５％三酸化アンチモン、約０．５〜２％ホウ酸亜鉛、約０〜３０％炭酸カルシウム、約１〜３０％のアルミニウム三水和物、約０．２％以下のステアリン酸、および／または約１〜１０％のＰＴＦＥを含有していてもよい。

全体にわたって、アルミニウム三水和物は、炭酸カルシウムと完全にまたは部分的に交換され得る。臭素化フタレートおよびアンチモンはまた、大幅に低減され得る。ＵＬ９１０またはＮＦＰＡ２６２またはＵＬ１６６６規格に合格することができるように、金属酸化物は、良好な炭化促進剤であり、火炎の伝搬および煙の発生を抑制できることがわかる。全体として、こうした変更が、ＰＶＣポリマーと共に使用される場合に、大幅にコストを削減する。

本発明の好ましい実施形態において、組成物は、ＰＶＣ、臭素化フタレート、ジイソデシルフタレート、炭酸カルシウム、および二酸化ケイ素を含有する。本発明の別の好ましい実施形態において、組成物は、ＰＶＣ、臭素化フタレート、ジイソデシルフタレート、塩素化パラフィンワックス、Ｃａ−Ｚｎ安定剤、三酸化アンチモン、ホウ酸亜鉛、ステアリン酸、炭酸カルシウム、および二酸化ケイ素を含有する。本発明のさらに好ましい実施形態において、組成物は、以下の表１の組成物Ｅに示される成分および割合を含有する。

本発明に利用される組成物の構成成分はすべて、通常、共にブレンドまたはコンパウンドされた後、押出成形デバイスに導入され、そこから少なくとも１つのワイヤに押出成形される。ポリマーおよびその他の添加剤および充填剤は、こうした混合物をブレンドおよびコンパウンドして均質物にする当該技術分野において使用されるいずれかの技術によって共にブレンドされてもよい。例えば、構成成分は、種々の装置（マルチロールミル、スクリューミル、連続ミキサ、コンパウンド押出成形機、およびバンバリーミキサを含む）にて溶融されてもよい。

組成物の種々の構成成分が均質に共に混合およびブレンドされた後、それらはさらに本発明のケーブルを製作するために処理される。組成物をケーブルジャケットまたは絶縁体に形成するための先行技術の方法は、周知であり、本発明のケーブルの製作は、一般に種々の押出成形方法のいずれかを用いて達成されてもよい。

プレナムまたはライザーケーブルジャケットとして使用される場合、本発明の組成物は、驚くべきことに、可燃性が低く、煙の発生が少ない。そういうものとして、高価な難燃剤、例えば臭素化フタレート、三酸化アンチモン、またはアルミニウム三水和物は、組成物から削減または排除され得る。

さらなる記載を必要とせず、当業者は、先行する記載および次の例示的な実施例を用いて、本発明の化合物を製造し、利用でき、特許請求された方法を実施できると考えられる。以下の実施例は、本発明を例示するために与えられる。本発明は、これらの実施例に記載される特定条件または詳細に限定されるべきではないことを理解すべきである。

実施例において、組成物は、混錬機、押出成形機、または回転バッチミキサによって混合された。ワイヤジャケットは、押出成形機に取り付けられたクロスヘッドダイによって押出成形された。プラクを加熱された加圧機にて加圧した。

本発明が、それらの特定の実施形態を参照して記載され、例示されたが、本発明自体が、本明細書に必ずしも例示されない変形例に役立つことを当業者は理解する。この理由から、本発明の真の範囲を決定するために、添付の特許請求の範囲のみを参照すべきである。

Claims (16)

1. ａ）ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂；
   ｂ）可塑剤；
   ｃ）平均粒径が３００ｎｍ未満であると共にＢＥＴ表面積が１０〜３０ｍ ^２ ／ｇである二酸化ケイ素粒子；および
   ｄ）臭素化フタレート
   を含む組成物。
2. 前記臭素化フタレートが前記組成物の７重量％未満である、請求項１に記載の組成物。
3. 前記可塑剤がジイソデシルフタレートまたはジ（２−プロピルヘプチル）フタレートである、請求項１に記載の組成物。
4. 構成成分ａ）が前記組成物の３０〜５０重量％である、請求項１に記載の組成物。
5. 構成成分ｂ）が前記組成物の１０〜２０重量％である、請求項１に記載の組成物。
6. 構成成分ｃ）が前記組成物の１〜３０重量％である、請求項１に記載の組成物。
7. 前記二酸化ケイ素粒子が、固体、非多孔性、低表面積、非イオン性、水和されていない、ミクロ二酸化ケイ素粒子である、請求項１に記載の組成物。
8. ４〜７％の塩素化パラフィンワックス、２〜５％のＣａ−Ｚｎ安定剤、１〜５％三酸化アンチモン、０．５〜２％ホウ酸亜鉛、０〜３０％炭酸カルシウム、１〜３０％のアルミニウム三水和物、０．２％以下のステアリン酸、１〜１０％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項１に記載の組成物。
9. ジャケットによって囲まれている複数のワイヤを含むプレナムまたはライザーケーブルであって、このジャケットが：
   ａ）ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）樹脂；
   ｂ）可塑剤；
   ｃ）平均粒径が３００ｎｍ未満であると共にＢＥＴ表面積が１０〜３０ｍ ^２ ／ｇである二酸化ケイ素粒子；および
   ｄ）臭素化フタレート
   を含む、プレナムまたはライザーケーブル。
10. 前記臭素化フタレートが前記ケーブルの７重量％未満である、請求項９に記載のケーブル。
11. 前記可塑剤が、ジイソデシルフタレートまたはジ（２−プロピルヘプチル）フタレートである、請求項９に記載のケーブル。
12. 構成成分ａ）が前記ケーブルの３０〜５０重量％である、請求項９に記載のケーブル。
13. 構成成分ｂ）が前記ケーブルの１０〜２０重量％である、請求項９に記載のケーブル。
14. 構成成分ｃ）が前記ケーブルの１〜３０重量％である、請求項９に記載のケーブル。
15. 前記二酸化ケイ素粒子が、固体、非多孔性、低表面積、非イオン性、水和されていない、ミクロ二酸化ケイ素粒子である、請求項９に記載のケーブル。
16. ４〜７％の塩素化パラフィンワックス、２〜５％のＣａ−Ｚｎ安定剤、１〜５％三酸化アンチモン、０．５〜２％ホウ酸亜鉛、０〜３０％炭酸カルシウム、１〜３０％のアルミニウム三水和物、０．２％以下のステアリン酸、１〜１０％のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、またはこれらの組み合わせをさらに含む、請求項９に記載のケーブル。