KR100567880B1

KR100567880B1 - 옥내용 광케이블의 무독성 난연 수지 조성물 및 그 광케이블

Info

Publication number: KR100567880B1
Application number: KR1020020080906A
Authority: KR
Inventors: 김현석; 김석진; 임화준
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2002-12-17
Filing date: 2002-12-17
Publication date: 2006-04-04
Also published as: KR20040053683A

Abstract

본 발명은 옥내용 광케이블의 코팅 피복재로 사용될 수 있는 무독성의 연기 발생량이 매우 적은 비할로겐계 수지 조성물에 관한 것으로, 이 조성물은 에틸렌 공중합체와, 폴리에틸렌 수지를 혼합한 베이스 수지 100 중량부; 무기난연제 50 내지 200 중량부; 난연보조제 0.5 내지 20 중량부; 및 산화방지제 0.1 내지 5 중량부를 함유한다.

비할로겐, 조성물, 베이스 수지, 난연, 무독성

Description

옥내용 광케이블의 무독성 난연 수지 조성물 및 그 광케이블{Innoxious Fire Retardant Resin Composition of Indoor Optical Fiber and Optical Fiber thereof}

본 발명은 옥내용 광케이블에 사용되는 무독성 난연 수지 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 옥내용 광케이블의 코팅재 및 피복재로 사용될 수 있는 무독성의 연기 발생량이 매우 적은 비할로겐계 수지 조성물에 관한 것이다.

광케이블은 크게 옥내용 광케이블과 옥외용 광케이블로 분류할 수 있다. 이 중에서 옥내용 광케이블은 정보통신 기술의 발달에 따른 가입자 회로망의 구축과 대도시의 업무 지구 및 비즈니스 빌딩의 건설과 함께 그 수요가 증가하고 있는 추세이다.

옥내용 광케이블은 건물의 내부에서 사용되기 때문에 화재시 연소가스로 인한 인명 및 재산피해를 최소화하기 위해서 불에 잘 타지 않는 성질과 연기 발생량을 줄이기 위한 광케이블의 재료 및 설계 변경에 많은 노력이 이루어지고 있다.

일반적으로, 옥내용 광케이블은 타이트 버퍼(Tight Buffer) 코팅된 광섬유가 인장재와 같이 피복된 구조를 갖는다.

종래 이 옥내용 광케이블의 코팅재 및 피복재(이하, '코팅 피복재')로는 베이스 수지로 PVC 수지 조성물을 사용하였다.

그리고, 가소제로는 디-2-에틸헥실 프탈레이트(DOP), 디조노닐 프탈레이트(DINP), 디조덱실 프탈레이트(DIDP), 디트리덱실 프탈레이트(DTDP) 등의 프탈레이트계 가소제와, 디-2-에틸헥실 아디페이트(DOA), 디-2-에틸헥실 아젤레이트 등의 지방산계 가소제와, 트리-2-에틸헥실 트리메리테이트(TOTM), 트리속틸 트리메리테이트 등의 트리메리테이트계 가소제와, 테트라브롬 프탈레이트 에스터 등의 브롬계 가소제와, 트리-2-에틸헥실 포스페이트(TOP), 트리크레실 포스페이트(TCP) 등의 포스페이트계 가소제가 단독 또는 이들의 혼합물이 사용되었다

그리고, 안정제로는 트리베이식 리드 설페이트(TLS), 디베이식 리드 포스피트(DLP) 등을 단독 또는 이들의 혼합물이 사용되었다.

그리고, 충진제로는 천연 탄산칼슘, 합성 탄산칼슘, 카올린, 장석 등을 단독 또는 이들의 혼합물이 사용되었다.

또한, 난연제로는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 칼슘하이드록사이드, 칼슘카보네이트, 마그네슘 칼슘카보네이트, 마그네슘칼슘카보네이트, 수산화마그네슘 등을 단독 또는 이들의 혼합물을 사용해서 난연성을 더 좋게 하였다.

그리고, 난연보조제로는 산화 안티몬, 진크 보레이트, 진크 스타네이트 또는 암모늄계 난연제가 단독 또는 이들의 화합물이 사용되었다.

이러한 종래의 PVC 수지 조성물을 코팅 피복재로 사용할 경우, 연소 중 많은 양의 다이옥신과 염화수소를 발생시키며, 이 가스는 부식성과 독성이 큰 것으로 알려져 있다. 또한, 종래 PVC 조성물은 연소시에 많은 양의 연기를 발생시켜 화재 진압을 어렵게 하는 문제점을 발생시켰다.

상기한 문제점을 개선해서 개발된 것이 광케이블 재료로 환경 친화적인 무독성 비할로겐 고분자 조성물을 사용하는 것이다. 이 고분자 조성물의 베이스 수지로는 나일론 수지 또는 열가소성 폴리에스터가 단독으로 쓰일 수 있고, 에틸론 공중합체와 폴리에틸렌이 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

상기 에틸렌 공중합체로는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 메타크릴산(EMA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA)와, 또는 에틸렌 부티레이크릴레이트 공중합체, 에틸렌 알파 올레핀 공중합체가 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

또한, 상기 폴리에틸렌으로는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)가 단독 또는 이들의 혼합물이 사용될 수 있다.

그런데, 개선된 조성물, 즉 환경 친화적인 무독성 비할로겐 고분자 조성물에 있어서도 문제가 없는 것은 아니다. 즉, 코팅 피복재로 사용되는 고분자가 유동에 저항하는 성질이 있는 경우에는 광케이블이 보빈에 권취되어 구부러진 이후에 권취되기 이전의 펴진 상태로 회복이 되지 않는 코일 효과(Coiling Effect)가 발생하게 된다.

또한, 코팅 피복재로 열가소성 폴리에스터나 나일론을 사용하는 경우에 광케 이블의 제조원가를 상승시키고, 특히, 코팅재로 나일론을 사용할 경우 광섬유 코어층과의 접착성이 강해져 이를 탈피하는데 문제를 발생시키게 된다.

또한, 코팅 피복재로 에틸렌 공중합체와 폴리에틸렌과 같은 결정성 고분자를 적절히 선택하지 못해서 코팅 피복재의 결정성이 높은 경우에는 강도, 탄성, 내마모성 및 내충격성 등의 기계적 성질은 좋을지 모르나, 주변의 온도변화에 광케이블이 민감하게 반응해서 광손실 변화량이 크게 된다. 이는 종국에는 광섬유의 전송능력을 저해하는 주요한 원인이 된다.

또한, 광케이블의 기계환경적 물성 시험은 Bellcore GR 409 규격을 만족해야 한다. 기계환경적 물성 시험들 중의 하나인 온도 순환(Temperature Cycling) 시험은 1Km 길이의 광케이블을 보빈에 권취시키고, 일정한 시간동안 2번 이상의 주기로 이 광케이블에 0℃∼50℃까지의 온도 변화를 가하여 광섬유의 전송능력 척도인 광손실 변화량을 측정하는 시험이다.

그런데, 종래의 비할로겐 고분자 조성물을 사용해서 광케이블을 제조할 경우 Bellcore GR 409 규격에 따르는 기계환경적 물성 시험들 중 재료의 기계적 물성과 관계되는 압축시험, 인장 시험, 비틀림 시험 및 연속 충격 시험 등에서는 우수하지만 재료의 환경적 물성에 관계되는 온도 순환 시험의 요구 조건을 만족시킬 수 없는 문제가 발생하게 된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 종래의 난 연 수지 조성물과 비교해서 연소시 발생하는 연기의 양을 획기적으로 감소시키며, 독성가스를 배출하지 않는 무독성의 난연 수지 조성물을 제공하는데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 온도 변화에 대해서 변형이 작은 조성물을 개발해서 광케이블의 광손실 변화를 방지할 수 있는 본 발명을 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 본 발명은 옥내용 광케이블의 코팅 피복재로 사용될 수 있는 무독성의 연기 발생량이 매우 적은 비할로겐계 수지 조성물에 관한 것으로, 이 조성물은 에틸렌 공중합체와, 폴리에틸렌 수지를 혼합한 베이스 수지 100 중량부; 무기난연제 50 내지 200 중량부; 난연보조제 0.5 내지 20 중량부; 및 산화방지제 0.1 내지 5 중량부를 함유한다.

또한 ,본 발명은 타이트 버퍼(tight buffer)로 코팅된 광섬유가 인장재와 함께 피복된 구조를 갖는 옥내용 광케이블에 있어서, 코팅 피복재로 상기한 조성물을 사용하는 옥내용 광케이블을 개시한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예는 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다

본 발명에서는 옥내용 광케이블의 코팅 피복재로 에틸렌 공중합체 및 폴리에틸렌 수지를 혼용하여 사용한 수지 100 중량부에 대해 무기난연제, 난연보조제, 산화방지제, 가공보조제가 포함된 저결정성의 무독성 비할로겐계 고분자 조성물을 개시한다.

본 발명에서 사용되는 에틸렌 공중합체는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 아크닐산(EAA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트 공중합체 또는 에틸렌 알파 올레핀 공중합체를 단독으로, 또는 이들의 혼합물을 사용한다.

그리고, 본 발명에 사용되는 폴리에틸렌 수지는 선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 단독으로 또는 이들의 혼합물을 사용한다.

삭제

본 발명에 따른 조성물 내의 베이스 수지는 80 내지 95 중량부의 에틸렌 공중합체와 5 내지 20 중량부의 폴리에틸렌 수지로 조성되는 것이 바람직하다.

만일, 상기 베이스 수지 내에서 폴리에틸렌 수지 함유량이 5 중량부 미만일 때는 기계적 물성과 내열성이 저하되며, 상기 베이스 수지 내에서 폴리에틸렌 수지 함유량이 20 중량부를 초과하는 경우에는 결정성이 너무 높아져 수축율의 상승을 초래하여 바람직하지 못하다. 한편, 상기 베이스 수지 내에 포함되는 에틸렌 공중합체의 함량과 관련해서는 상기 폴리에틸렌 수지 함량 조건과 반대되는 개념으로 이해될 수 있다.

그리고, 상기 베이스 수지를 구성하는 에틸렌 공중합체로서 선택된 물질 내에는 비닐계 단량체 물질이 상기 선택된 에틸렌 공중합체 전체 중량 대비 30% 내지 70%가 포함되는 것이 바람직하다. 만일, 상기 비닐계 단량체 물질의 함량이 상기 선택된 에틸렌 공중합체로 전체 중량 대비 30% 미만인 경우에는 결정성이 높아져 수축율의 상승이 초래될 수 있으며, 상기 비닐계 단량체 물질의 함량이 상기 선택된 에틸렌 공중합체로 전체 중량 대비 70%를 초과하는 경우에는 접착성이 강해져 코팅재를 광섬유 코어층과 탈피하는데 문제를 발생시킬 수 있어 바람직하지 못하다.

따라서, 상기 에틸렌 공중합체에 포함되는 비닐계 물질의 함량은 상기 선택된 에틸렌 공중합체 전체 중량 대비 30% 내지 70%의 범위를 가져야만 저결정성을 가질 수 있어 바람직하다. 저결성의 고분자는 분자 사슬이나, 가지, 기능기 등이 크기 때문에 분자들이 빼곡하게 쌓일 수 없는 구조를 지니고 있어 상대적으로 결정성이 큰 고분자보다 수축율이 작다.

그리고, 본 발명에서 사용되는 무기난연제는 비표면적(BET)이 5 내지 15㎟/g인 실리콘계 또는 스테아릭 에시드나 패티와 같은 물질로 표면처리된 무기난연제와 비표면처리된 무기난연제들을 단독 또는 이들을 혼합해서 베이스 수지 100중량부에 대해 50 내지 200 중량부가 포함되도록 하면 바람직하다. 만일, 상기 무기 난연제의 함량이 상기 베이스 중량대비 50 중량부 미만인 경우에는 난연성 및 저발연 효과를 나타내지 않을 수가 있으며, 상기 베이스 중량대비 200 중량부를 초과하는 경우에는 기계적 특성과 가공성이 저하되는 문제점을 발생시킬 수 있어 바람직하지 못하다.

본 발명에서, 상기 무기난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 칼슘하이드록사이드, 칼슘카보네이트, 마그네슘칼슘카보네이트, 수산화마그네슘과 같은 금속 수산화물의 경우 기본 난연제로 조성물의 산화시 결정화수를 방출해서 연소열을 흡수하기 때문에 자기소화성을 갖는다.

또한, 본 발명에서 난연보조제로서 진크 보레이트, 진크 스테네이트, 실리콘 고무계를 단독 또는 이들의 혼합물을 베이스 수지 100중량부에 대해 0.5 내지 20 중량부로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 난연보조제의 함량이 상기 베이스 수지 100 중량부에 대해, 0.5 중량부 미만일 때는 난연 효과를 기대할 수 없으며, 20 중량부를 초과하여 사용되는 경우에는 기계적 물성과 내열성을 저하시킬 수 있다.

선택적으로, 본 발명에서 산화방지제로 페놀계, 아민계, 티오에스테르를 단독 또는 이들의 혼합물을 0.1 내지 5 중량부로 사용한다. 상기 산화방지제의 함량이 상기 베이스 수지 100 중량부에 대해, 0.1 중량부 미만인 경우에는 내열 특성의 향상을 기대할 수 없었으며, 5 중량부를 초과하는 경우에는 기계적 물성이 저하되어 바람직하지 못하다.

본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시 목적을 위한 것이며 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1

실시예 1은 고밀도 폴리에틸렌 10 중량부, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA 전체 중량 대비 VA 함량이 43%임) 90 중량부를 베이스 수지, 수산화알루미늄 100 중량부를 무기난연제, 페놀계 수지 1중량부를 산화 방지제, 진코 보레이트 3 중량부를 난연보조제로 해서 시편을 제작하였다.

그리고, 제조된 시편을 IEC 332-3C 난연시험(연소길이 240cm이하)에 준하여 난연성을 평가하였다. 또한 ASTM D638에 준하여 인장강도(0.90Kg/mm²이상) 및 신율(120%이상)을 평가하였다.

온도 순환(Temperature Cycling) 시험은 Bellcore GR 409에 준한 온도 범위에서 1번째, 2번째 순환(Cycle) 후 손실변화(0.60 dB/Km이하)를 측정하였다.

그리고, 이 시험은 최초 온도 20℃에서 0℃, 다시 50℃(1Cycle)로 이후, 0℃, 50℃(2Cycle)의 온도로 변화시키면서 손실변화를 측정하였다.

상기 실시예 1에 의한 광케이블의 시험 결과는 하기의 표 1과 같다.

실시예 2

에틸렌 비닐 아세테이트(EVA 전체 중량 대비 VA 함량이 43%임) 90 중량부 대신, 에틸렌 비닐 아세테이트(VA 함량 60%) 90 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 그 결과는 하기의 표 1과 같다.

실시예 3

수산화알루미늄 100 중량부 대신, 수산화 알루미늄 150 중량부를 사용한 것을 제외하고, 실시예 2와 동일하게 실시하였으며, 그 결과는 하기의 표 1과 같다.

비교예 1

비교예 1은 고밀도 폴리에틸렌 70 중량부, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA 전체 중량 대비 VA 함량이 43%임) 30 중량부를 베이스 수지, 수산화알루미늄 40 중량부를 무기난연제, 페놀계 수지 1중량부를 산화 방지제, 진코 보레이트 3 중량부를 난연보조제로 해서 시편을 제작한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 실시하였다. 시험 결과는 하기의 표 2와 같다.

비교예 2

수산화알루미늄 40 중량부 대신 수산화알루미늄 100 중량부를 사용한 것을 제외하고, 비교예 1과 동일하게 실시하였으며, 그 결과는 하기의 표 2와 같다.

비교예 3

비교예 3은 베이스 수지로 에틸렌 비닐 아세테이트 100 중량부를 사용한 것을 제외하고, 비교예 2와 동일하게 실시하였으며, 그 결과는 하기의 표 2와 같다.

비교예 4

비교예 4는 베이스 수지로 고밀도 폴리에틸렌 100 중량부를 사용한 것을 제 외하고, 비교예 2와 동일하게 실시하였으며, 그 결과는 하기의 표 2와 같다.

구분	실시예 1	실시예 2	실시예 3
HDPE	10	10	10
EVA(EVA 전체 중량 대비 VA 함량이 43%임)	90	-	-
EVA(EVA 전체 중량 대비 VA 함량이 60%임)	-	90	90
수산화알루미늄	100	100	150
페놀계 수지	1	1	1
진크 보레이트	3	3	3
시험 결과
1순환후 광손실 변화	0.20	0.15	0.10
2순환후 광손실 변화	0.40	0.25	0.20
난연성	95	80	65
인장강도	1.10	1.02	1.05
신장율	205	220	200

구분	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4
HDPE	70	70	-	100
EVA(EVA 전체 중량 대비 VA 함량이 43%임)	30	30	-	-
EVA(EVA 전체 중량 대비 VA 함량이 60%임)	-	-	100	-
수산화알루미늄	40	100	100	100
페놀계 수지	1	1	1	1
진크 보레이트	3	3	3	3
시험 결과
1순환후 광손실 변화	0.63	0.60	0.25	0.90
2순환후 광손실 변화	1.25	1.20	0.31	2.45
난연성	270	90	85	80
인장강도	2.80	2.10	0.56	0.45
신장율	127	95	103	54

상기한 비교예와 실시예를 통해서 알 수 있듯이 코팅 피복재로 저결성성 무독성 비할로겐 고분자 조성물을 사용할 경우 비교예에 대해 독성가스를 배출하지 않았으며, 수축으로 인한 과다한 광손실변화가 적음을 알 수가 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지 식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 종래의 난연 수지 조성물과 비교해서 연소시 발생하는 연기의 양을 획기적으로 감소시킬 수가 있다. 또한, 본 발명의 조성물은 독성가스를 배출하지 않아 화재시 발생되는 인적 피해를 줄일 수가 있다.

Claims

에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 에틸렌 아크릴산(EAA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌 부틸아크릴레이트 공중합체 또는 에틸렌 알파 올레핀 공중합체로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 에틸렌 공중합체; 및

선형저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE) 또는 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 폴리에틸렌 수지;를 혼합하여 이루어진 베이스 수지 100 중량부;

무기난연제 50 내지 200 중량부;

난연보조제 0.5 내지 20 중량부; 및

산화방지제 0.1 내지 5 중량부;를 함유하되,

상기 베이스 수지를 구성하는 상기 선택된 폴리에틸렌 수지는 상기 베이스 수지 100 중량부에 대해 5 내지 20 중량부가 포함되고,

상기 베이스 수지를 구성하는 상기 선택된 에틸렌 공중합체는 상기 베이스 수지 100 중량부에 대해 80 내지 95 중량부가 포함되되,

상기 에틸렌 공중합체는 그 전체 중량 대비 30% 내지 70%의 함량으로 비닐계 단량체 물질이 포함되는 것을 특징으로 하는 무독성 난연 수지 조성물.
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 무기난연제는 비표면적(BET)이 5 내지 15mm²/g인 실리콘계 또는 스테아릭 에시드나 패티와 같은 물질로 표면처리된 무기난연제, 비표면처리된 무기난연제, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 무독성 난연 수지 조성물.
제1항에 있어서,

상기 무기난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 칼슘하이드록사이드, 칼슘카보네이트, 마그네슘칼슘카보네이트 또는 수산화마그네슘으로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 수지인 것을 특징으로 하는 무독성 난연 수지 조성물.
제1항에 있어서,

상기 난연보조제는 진크 보레이트, 진크 스테네이트 또는 실리콘 고무계로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 수지인 것을 특징으로 하는 무독성 난연 수지 조성물.
제1항에 있어서,

상기 산화방지제는 페놀계, 티오에스테르계, 또는 아민계로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 수지인 것을 특징으로 하는 무독성 난연 수지 조성물.
타이트 버퍼(tight buffer)로 코팅된 광섬유가 인장재와 함께 피복재로 피복된 옥내용 광케이블에 있어서,

상기 버퍼와 피복재는,

상기 제1항, 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항의 조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는 광케이블.