KR101013730B1

KR101013730B1 - Ｐｖｃ 수지 조성물 및 이를 이용한 난연 가요전선관

Info

Publication number: KR101013730B1
Application number: KR1020100086214A
Authority: KR
Inventors: 한진섭
Original assignee: 원진테크 주식회사
Priority date: 2010-09-02
Filing date: 2010-09-02
Publication date: 2011-02-14

Abstract

본 발명의 가요성 전선관의 수지 조성물은 PVC 100 중량부에 대하여 안정제 4~5 중량부, 합성고무 8~10 중량부, 충격보강제 10~15 중량부, 외부 활제 1~2 중량부, 내부 활제 0.5~1 중량부, 충진제 3~5 중량부, 이산화티타늄(TiO₂) 0.2~0.5 중량부 및 캡사이신(Capsaicin) 0.1~0.2 중량부로 이루어져 있고 이들 수지 조성물을 사용하여 사출 또는 압출성형하여 관을 제조한 결과, 본 발명의 가요성 전선관은 우수한 난연성과 PE 대비 원료가 저렴하며 야외에서 장기간 보관하는 경우에도 부식이 전혀 나타나지 않으며, 특히 PVC 가요성 전선관의 단점인 가공성이 뛰어나면서 설치류들에 의한 관의 손상도 예방하는 효과가 있다.

Description

ＰＶＣ 수지 조성물 및 이를 이용한 난연 가요전선관{PVC RESIN COMPOSITION AND FLAME FLEXIBLE CABLES USING THEREOF}

각종 전선이나 통신 케이블을 보호하기 위하여 가요성 수지관이 사용되고 있다.

그 중 주택이나 건물, 전기공사에서 쓰이는 배관은 재질이 Polyethyiene(이하 “PE”라 한다)인 CD관(Combine Duct) 등 이른바 주름관, 경질비닐전선관, 스틸관, Flexible 금속가요전선관 등이 주류를 이루고 있다.

PE 주름전선보호관은 값이 비교적 저렴하면서도 유연성이 좋아 쉽게 원하는 배관을 할 수도 있고, 가벼운데다 작업성이 좋은 점 등의 장점이 있으나, 난연성이 약해 화재에 치명적인 약점이 있었고, 이를 보완하기 위하여 고가의 난연제를 12 ~ 15중량%를 사용하기 때문에 제조원가의 상승은 물론 물성이 약해져 충격강도가 약한 단점이 있고 또한, 연소시 유독가스가 분출되며, 다량의 중금속(Pb)이 함유되어 있는 문제점이 있었다. 또한, 여름의 경우에는 간헐적으로 휨 전선관의 굴곡탄성률이 떨어지며, 겨울철에는 충격에 의해 깨지는 등의 취약점도 함께 가지고 있다.

이러한 PE관의 문제점으로 인하여 우리나라 기술표준원에서는 2005년 12월 29일 KSC 8454 "합성수지제 휨(가요) 전선관" 등 21종의 규격을 개정(기술표준원 고시 제2005-1015호)하여 화재예방 강화와 제품의 품질향상을 유도하면서, 이중 KSC 8454 "합성수지제 휨(가요) 전선관"은 6개월간 유예기간을 부여하여 2006년 7월 1일부터는 기존의 비난연성 CD관의 생산이나 판매를 중지함과 동시에 개정된 규격의 난연(내연)성 CD관만 생산 및 판매하도록 규정하였다.

그러나, 종래 생산하고 있던 PE관은 위에서 지적한 바와 같이 난연제를 첨가하더라도 국소적으로 비난연성이 나타나는 현상이 있어, KSC 8454 개정된 성능시험에 합격하려면 전체 원료 배합량 중 난연제를 30~40중량% 정도 넣어야 KSC IEC 61358-22의 13에 적합한 수준을 유지할 수 있어 다량의 난연제를 사용함으로써 가요성이 떨어지며 제품의 생산원가가 상승하는 등의 문제점이 있었다.

따라서 내식성, 내약품성 및 내유성이 우수하고 가볍고 충격강도가 강하며, 전기절연성 및 자기 소화성(자기 스스로 꺼지는 성질)을 갖는 PVC를 이용한 가요전선관의 개발이 활발하게 이루어지고 있으나, 상기의 PVC가요전선관은 고온이나 저온에서 충격강도가 약하며, 열팽창률이 크고 화재시 염소가스를 발생하고 직사광선을 받을 경우 노화가 빨리 일어나는 단점 및 압축복원력이 떨어질 뿐 아니라 PE관에 비하여 가공성이 좋지 못한 문제점이 있었다.

상기와 같은 PVC가요전선관의 문제점들을 해결하고자하는 국내공개특허공보 제10-1999-0081367호에는 폴리에틸렌 10 내지 90 중량부와 염소화 폴리에틸렌 90 내지 10 중량부로 된 폴리에틸렌 혼합물(a) 100 중량부, 금속수화물(b) 60 내지 130 중량부, 인계 난연제(c) 5 내지 20 중량부, 저온 충격보완제(d) 5 내지 30 중량부 및 상용화제(e) 5 내지 30 중량부를 포함하는 전선 케이블 슬리브 및 전선관용 난연성 수지 조성물을 개발하였으며, 상기의 수지 조성물을 함유한 전선관은 가연성 재료의 전기 절연성, 장기 내후성 및 기계적 특성을 지니면서 저온 충격성, 압축 복원성이 우수하고, 실제 플라스틱 연소 조건에 해당하는 IEEE 383에 적합한 난연성과 화재시 일반 폴리에틸렌 수지에 비해 연기 발생량이 적은 특성을 지닌다고 기재되어 있다.

그러나 상기 난연성 수지 조성물로 제조된 난연전선관은 난연성능이 그다지 좋지 못할 뿐 아니라 가공성이 뛰어나지 못한 단점이 있었다.

또한, 국내공개특허공보 10-2009-73306호에서는 HDPE F00-70, DECA 83R, Sb2O3, 커플링에이전트로 구성하는 것과, 전체 중량을 100 중량%로 하였을 때에 HDPEF00-70, 30∼40 중량%, DECA 83R 40∼50 중량%, Sb2O3 10∼20 중량%, 커플링에이전트 3∼8 중량%로 조성된 난연 전선관 수지 조성물이 개시되어 있다.

그러나 상기의 수지 조성물 역시 난연성을 뛰어나나 난연전선관의 내충격성이 낮을 뿐 아니라 생산원가가 높고 가공성이 뛰어나지 못한 것이 단점으로 지적되고 있다.

또한, 통상의 PE관 및 PVC관은 쥐와 같은 설치류에 의한 갉음으로 인하여 관을 손상시킬 뿐 아니라 관내에 각종 전선들을 손상시켜 합선이나 누전 등으로 인하여 정전이나 화재가 발생되는 경우가 종종 일어나고 있다.

본 발명은 이러한 종래기술의 PE 가요전선관의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로 PVC관의 장점인 난연성이나 내충격성을 유지하면서 압축 복원력의 향상과 PE제품에 비하여 취약한 가공성을 향상을 높일 수 있고 또한 설치류 등으로부터의 피해를 예방할 수 있는 PVC 수지 조성물을 개발하였다.

이를 구체적으로 살펴보면, 본 발명의 가요성 전선관의 수지 조성물은 PVC 100 중량부에 대하여 안정제 4~5 중량부, 합성고무 8~10 중량부, 충격보강제 10~15 중량부, 외부 활제 1~2 중량부, 내부 활제 0.5~1 중량부, 충진제 3~5 중량부, 이산화티타늄(TiO₂) 0.2~0.5 중량부 및 캡사이신(Capsaicin) 0.1~0.2 중량부로 이루어져 있고 이들 수지 조성물을 사용하여 사출 또는 압출성형하여 관을 제조한 결과 본 발명의 가요성 전선관은 우수한 난연성과 PE 대비 원료가 저렴하며 야외에서 장기간 보관하는 경우에도 부식이 전혀 나타나지 않으며, 특히 PVC 가요성 전선관의 단점인 가공성이 뛰어나면서 설치류들에 의한 관의 손상도 예방하는 효과가 있다.

본 발명이 목적하고 있는 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 PVC 수지 100 중량부에 대하여 첨가제로 안정제 4~5 중량부, 합성고무 8~10 중량부, 충격보강제 10~15 중량부, 외부 활제 1~2 중량부, 내부 활제 0.5~1 중량부, 충진제 3~5 중량부, 이산화티타늄(TiO₂) 0.2~0.5 중량부 및 캡사이신(Capsaicin) 0.1~0.2 중량부로 조합하는데 특징이 있다.

본 발명의 PVC(Poly Vinyl Chloride) 수지는 중합도는 특별히 제한은 없지만 중합도가 700~1,300이 적당하다.

또한, 상기의 첨가제를 사용하는 목적은 PVC 수지의 품질과 성형품의 가공성 및 물성 향상과 장기적인 안정성을 유지하기 위해서다. PVC 수지는 열뿐만 아니라 빛에 의해서도 분해되어 노화가 일어난다. 특히 태양광선 중 290~400nm에 해당하는 자외선은 강력한 에너지를 가지고 있어 플라스틱의 변색, 표면 갈라짐. 기계적 물성저하 등 플라스틱 노화의 주요인으로 작용한다. 따라서 상기와 같은 변색 등을 방지하기 위하여 본 발명은 열안정제로 UV흡수제인 Benzophenone계와 Benzotriazole계를 사용한다.

그리고 수지의 가요성을 높이기 위하여 합성고무를 8~10 중량부 사용한다. 상기의 합성고무는 부타디엔(BR), 스틸렌부타디엔(SBR), 에틸렌프로필렌(EPDN), 이소프렌(IR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 1종 또는 2종을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 충격보강제로는 MBS계(Methylmetacrylate Butadiene Stylene), 아크릴계, 부타디엔계 등을 사용하며 MBS계가 특히 바람직하다. 외부활제는 폴리머에 쉽게 용해되기 어려워 압출기 내의 폴리머 용융물과 금속표면 사이에서 Release Film 을 형성하여 압출부하를 줄여주는 역할을 하며, 내부활제는 폴리머에 쉽게 용해되어 용융물의 점도를 줄여주는 역할을 하는 것으로 본 발명에서는 외부활제로 저분자량의 폴리에틸렌, 유동파라핀을 내부활제로 스테아린산, 스테아린알콜, 스테아린 부틸 중 1종 또는 2종을 사용하며, 충진제로는 탈크, 탄산칼슘 또는 규석 중 1종을 사용한다. 또한, 안료로 이산화티타늄(TiO₂)을 사용한다. 또한, 본 발명은 하기 화학식 1로 표시되는 캡사이신(Capsaicin)성분을 0.1~0.2 중량부 함유함으로써 포유류, 조류 등의 동물 및 곤충들로부터 관을 보호하는데 그 특징을 가지고 있다.

[화학식 1]

상기 식에서 상기 R은 알킬, 알킨일 또는 알켄일기이고, 각 기는 7 내지 12개의 탄소원자를 갖는다.

화학식(1)의 캡사이신 화합물 중에서, R이 7 내지 10개의 탄소원자를 갖는 캡사이신 화합물이 바람직하다. 그 예 중 몇 개를 하기에 나타내면 다음과 같다:

R = (CH3)2 CH(CH2)7 (호모디히드로캅사이신 I),

R = CH3 ([0010] CH2)7 (노닐산 바닐릴아미드),

R = CH3 (CH2)8 (데실산 바닐릴아미드),

R = (CH3)2 CH(CH2)5 (노르디히드로캅사이신 I),

R = (CH3)2 CH(CH2)6 (디히드로캅사이신)

본 발명에 의한 PVC 주름전선보호관의 조성물은 안정제, 합성고무, 충격보강제, 내외부 활제, 충진제, 이산화티타늄 및 설피제 등의 첨가제를 혼합한 PVC 조성물로 사출 또는 압출 형성하여 관을 제조한 결과 난연성, 내충격성 및 가요성이 뛰어나며 쥐 등의 설치류로부터 관을 보호할 수 있는 효과를 제공한다.

이하 본 발명의 구체적인 기술내용을 좀 더 자세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 난연전선관용 PVC 수지조성물은 중합도 700~1,300의 PVC 레진 100 중량부에 대하여 열안정제로 UV흡수제인 Benzophenone계 또는 Benzotriazole계 4~5 중량부, 부타디엔(BR), 스틸렌부타디엔(SBR), 에틸렌프로필렌(EPDN), 이소프렌(IR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 1종 또는 2종의 합성고무 8~10 중량부, MBS계(Methylmetacrylate Butadiene Stylene), 아크릴계, 부타디엔계 중 1종의 충격보강제 10~15 중량부, 폴리에틸렌, 유동파라핀 중 1종인 외부 활제 1~2 중량부, 스테아린산, 스테아린알콜, 스테아린 부틸 중 1종 또는 2종인 내부 활제 0.5~1 중량부, 충진제인 나노 입자의 비결정형 이산화실리콘 3~5 중량부, 안료인 이산화티타늄(TiO₂) 0.2~0.5 중량부 및 화학식 1의 설피제 0.1~0.2 중량부로 구성된다.

실시예 1<PVC 수지조성물의 제조>

중합도 1,000인 PVC 수지 레진 100중량부와 Benzophenone 5 중량부, 타디엔고무 10 중량부, Methylmetacrylate Butadiene Stylene 10 중량부, 유동파라핀 1 중량부, 스테아린알콜 0.5 중량부, 나노 입자의 비결정형 이산화실리콘 3 중량부 및 이산화티타늄(TiO₂) 0.3 중량부 및 화학식 1로 표시되는 설피제 0.5 중량부로 조성된 난연전선관용 PVC 수지조성물을 제조하였다.

실시예 2<실시예 1의 수지조성물의 압출성형>

실시예 1의 주지조성물을 출원인의 특허인 국내특허 제868573의 PVC 콤파인덕트용 성형장치를 통하여 압출성형하여 PVC주름전선관을 제조하였다.

[압축복원성 실험]

본 발명의 실시예 3에서 제조한 16mm(외경21mm)의 PVC가요전선관 (시료 1)과 시중에서 시판되고 있는 실시예 3과 동일 직경의 PE 가요전선관(시료 2) 및 시중에서 판매되고 있는 난연PE가요전선관(시료 3)을 채취하여 압축 복원성 시험을 실시하였다. 실험결과는 표 1[기준(K S C 8454)]과 같다.

	시료명	75N 압축할 때 외경감소량(㎜)	1분 경과 후 외경(㎜)	압축 복원율(%)
1	시료 1	3.82(18.2%)	20.20	3.82
2	시료 2	9.82(46.8%)	14.22	32.3
3	시료 3	6.12(48.2%)	17.60	15.2

KS 기준에 의하면 호칭이 16mm인 CD관(관의 외경 21mm)의 경우 75N으로 압축할 경우, 외경 감소량은 초기 외경 시료의 25% 이상 감소하지 않아야 하며, 압축을 제거하고 1분 경과 후에 시료의 외경은 초기시료의 90% 이상을 유지하도록 규정하고 있습니다.

상기의 표 1에 의하면 본원발명의 실시예 3으로부터 제조된 시료 1은 KS기준에 모두 적합한 것으로 나타나고 있으나, 난연 PE가요전선관이나 시중에서 판매되고 있는 난연 PE가요전선관의 경우 KS 기준을 만족시키지 못하는 것으로 나타났다.

[난연성 등에 대한 시험]

본 발명의 실시예 3에서 제조한 직경 16mm의 PVC가요전선관 (시료 1)과 시중에서 시판되고 있는 실시예 3과 동일 직경의 PE가요전선관(시료 2) 및 시중에서 판매되고 있는 난연 PE가요전선관(시료 3)을 채취하여 난연성, 가요성, 압축강도 및 내후성에 대하여 종합적으로 적합성에 대한 실험을 실시하였다. 실험결과는 표 2와 같다.

상기의 시험결과에서 나타나 있듯이 본 발명의 실시예 2에서 제조한 직경 16mm의 PVC가요전선관(시료 1)은 PE가요전선관(시료 2) 및 시중에서 판매되고 있는 난연 PE가요전선관(시료 3)에 비하여 난연성, 휨(가요성), 압축복원성, 압축강도 및 내후성이 매우 양호한 것으로 나타났다.

[설치류에 의한 갉음 손상방지 효과 측정]

시료 1, 시료 2 및 시료 3의 수지관을 50cm 길이로 절단하여 시편을 제작한 후 이들 각각을 2㎡ 크기의 각자 우리 안에 넣어둔 후 각 우리마다 체중이 약 300g인 설치류 3마리씩을 넣어두고 주야 3일간 방치한 후 설치류에 의한 갉음 손상을 입은 관의 면적을 조사한 결과 표 3과 같다.

갉음 손상 면적(㎠ )
	우리번호	1	2	3	평균
시료 1	1	0	0	0	0
시료 2	2	0.05	0.1	0.07	0.073
시료 3	3	0.1	0.2	0.05	0.15

표 3에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예 2에 의한 시료 1은 시료 2 및 시료 3에 비하여 갉음 손상을 방지하는데 탁월한 효과를 나타내고 있다.

Claims

PVC 수지 레진 100 중량부에 대하여 안정제 4~5 중량부, 합성고무 8~10 중량부, 충격보강제 10~15 중량부, 외부 활제 1~2 중량부, 내부 활제 0.5~1 중량부, 충진제 3~5 중량부, 이산화티타늄(TiO₂) 0.2~0.5 중량부 및 하기 화학식 1로 표시되는 설치류 기피제가 0.1 ~ 0.2 중량부로 조성된 PVC 가요전선관 조성물.

[화학식 1]

(상기 식에서 R은 알킬, 알킨일 또는 알켄일기이고, 탄소수는 7 내지 12 이다)
제1항에 있어서,
PVC 수지 레진은 중합도가 700~1,300인 것을 특징으로 하는 PVC 가요전선관 조성물.
제1항에 있어서,
안정제로는 UV흡수제인 Benzophenone계 또는 Benzotriazole계이고, 합성고무로는 부타디엔(BR), 스틸렌부타디엔(SBR), 에틸렌프로필렌(EPDN), 이소프렌(IR), 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 중에서 1종 또는 2종이며, 충격보강제는 MBS계(Methylmetacrylate Butadiene Stylene), 아크릴계, 부타디엔계인 것으로 특징으로 하는 PVC 가요전선관 조성물.
제1항에 있어서,
외부 활제는 저분자량의 폴리에틸렌 또는 유동파라핀이고, 내부활제는 스테아린산, 스테아린알콜, 스테아린 부틸 중 1종 또는 2종인 것을 특징으로 하는 PVC 가요전선관 조성물.
제1항의 PVC 가요전선관 조성물을 PVC 콤파인덕트용 성형장치를 통하여 압출 성형하여 제조되는 것을 특징으로 하는 PVC 주름전선관.