KR101064636B1 - 열가소성 폴리우레탄(ｔｐｕ) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법 - Google Patents

Abstract

열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법이 개시되어있다. 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법은 먼저, 폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올 및 4,4′-메틸렌디페닐 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어진 열가소성 폴리우레탄 및 산화방지제를 혼합하여 준비된 열가소성 수지 조성물을 용융시킨 다음, 용융된 열가소성 수지 조성물을 도체 상에 피복한다. 이어서, 열가소성 수지 조성물이 피복된 도체를 냉각시킨다. 이와 같은 수지 조성물로 제조된 코드는 유연하면서 변형 회복성이 우수하고 작업성이 뛰어나다. 또한, 염소 화합물과 중금속 화합물등과 같은 유독 성분을 포함하지 않아 환경 친화적이고 이행 현상을 발생시키지 않는다.

Description

열가소성 폴리우레탄(ＴＰＵ) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법{METHOD OF COVERING A ELECTRIC WIRE USING THERMOPLASTIC POLYURETHANE RESIN COMPOSITION}

본 발명은 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 폴리염화비닐(PVC), 가소제 및 안정제를 포함하지 않고 열가소성 폴리우레탄(TPU)을 포함하는 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법에 관한 것이다.

전선을 피복하는 방법으로는 합성 수지를 이용하는 방법이 사용되고 있으며, 특히 폴리염화비닐(PVC)을 이용하여 코드를 제조하는 방법이 흔하게 사용되어 왔다.

이러한 PVC를 이용한 전선 제조시, 안정제와 가소제가 사용되는데, 상기 안정제는 납(Pb) 등의 중금속을 포함하며, 이는 가소제에 의해 외부로 유출될 수 있다. 특히 이어폰이나 헤드폰과 같은 제품의 전선(electric cord)에 PVC를 사용하는 경우, 이어폰 또는 헤드폰은 인체와 직접 접촉하게 되므로 그 위험성이 더욱 커진다.

뿐만 아니라, PVC 수지 조성물을 이용한 제품은 염소를 포함하므로 연소 시 발암물질인 다이옥신 등을 발생시킬 수 있다. 이러한 이유로, PVC의 사용에 대한 규제가 확대되고 있어, 이를 대체하기 위한 인체 및 자연 환경에 무해하며, 폐기물 처리 시 환경을 오염시키지 않는 수지 조성물의 개발이 필요한 시점이다.

따라서 본 발명의 목적은 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법을 제공하는데 있다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법은 먼저, 폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올 및 4,4′-메틸렌디페닐 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어진 열가소성 폴리우레탄 및 산화방지제를 혼합하여 준비된 열가소성 수지 조성물을 용융시킨 다음, 상기 용융된 열가소성 수지 조성물을 도체 상에 피복한다. 이어서, 상기 열가소성 수지 조성물이 피복된 도체를 냉각시킨다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 전선은 이어폰 또는 헤드폰에 사용되는 것일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올 및 4,4-메틸렌디페닐 디이소시아네이트의 몰비는 1:2:3 내지 1:0.5:1.5일 수 있다.

상술한 본 발명의 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법에 따르면, 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물은 기계적 물성이 양호하고, 이행 현상을 발생시키지 않는다. 또한, 염소화합물, 중금속 화합물, 가소제 등을 사용하 지 않기 때문에 인체에 접촉하는 경우 우려되는 유해 물질이 인체에 방출되지 않는다. 따라서 친환경적이며, 인체에 무해한 피복 전선을 제공할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 열가소성 폴리우레탄(TPU) 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명이 하기의 실시예들에 제한되는 것은 아니며, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양한 다른 형태로 구현할 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예들에 따른 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.

먼저, 열가소성 폴리우레탄 및 산화방지제를 혼합하여 혼합물을 제조한다. 상기 열가소성 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 산화방지제의 양이 0.1 중량부 미만이면 열가소성 폴리우레탄의 산화작용 억제를 방지하지 못한다. 상기 열가소성 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 상기 산화방지제의 양이 0.3 중량부 이하로 사용하는 것이 본 발명의 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 형성하데 바람직하다. 따라서 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물은 열가소성 폴리우레탄 100 중량부에 대하여 0.1 내지 0.3 중량부의 산화방지제를 사용하는 것이 적당하다.

상기 열가소성 폴리우레탄은 폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올 및 4,4′-메틸렌디페닐 디이소시아네이트를 1:2:3 내지 1:0.5:1.5의 몰비로 합성하여 얻 어질 수 있다. 상기 폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올 및 4,4′-메틸렌디페닐 디이소시아네이트의 몰비는 얻고자 하는 물성, 전선의 사용 용도 등에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 4,4′-메틸렌디페닐 디이소시아네이트의 몰비가 증가하는 경우, 폴리우레탄 내의 하드 세그먼트의 비율이 증가하여, 전체적으로 경도 등이 상승되며, 반대로 폴리4,4′-메틸렌디페닐 디이소시아네이트의 몰비가 작아지는 경우, 폴리우레탄 내의 소프트 세그먼트의 비율이 증가하여 신장도 및 연성이 증가한다.

예를 들어, 상기 폴리부틸 아디페이트디올은 중량평균분자량이 약 1,000 내지 4,000일 수 있으며, 열가소성 폴리우레탄의 중량평균분자량은 약 200,000 내지 500,000일 수 있다. 상기 폴리부틸 아디페이트디올 및 열가소성 폴리우레탄의 중량평균분자량은 얻고자 하는 물성, 전선의 사용 용도 등에 따라 적절하게 변경할 수 있다. 예를 들어, 폴리부틸 아디페이트디올의 분자량이 작아질 경우, 폴리우레탄 내의 하드 세그먼트의 비율이 증가하고, 반대로 폴리부틸 아디페이트디올의 분자량이 커질 경우, 폴리우레탄 내의 소프트 세그먼트의 비율이 증가한다.

상기 열가소성 폴리우레탄(Thermoplastic Polyurethane: TPU)은 우레탄기(-NHCOO-)를 가지는 고무상 탄성체다. 상기 열가소성 폴리우레탄은 기계적 강도, 내마모성이 탁월하고, 절연성, 내굴곡성, 착색성, 감촉 등에 있어서, 우수한 성질을 가지고 있기 때문에 이를 사용하여 제조된 열가소성 수지는 피복조성물에 적합하다. 더구나, 열가소성 폴리우레탄은 비PVC계 열가소성 수지로서, 유해 화합물의 발생위험이 없기 때문에 인체에 무해하고, 소각 시 대기 또는 토양 오염물질을 배출 하지 않기 때문에 환경친화적이다.

상기 산화방지제는 혼합된 열가소성 폴리우레탄의 노화를 방지하며 내후성, 내노화성, 내광성 등을 향상시킨다. 예를 들어, 상기 산화방지제는 IRGANOX 1010(제품명) 등을 사용할 수 있다.

상기 열가소성 폴리우레탄과 산화방지제를 포함하는 혼합물을 190 ± 10℃의 온도 범위에서 약 40분간 용융시킨다. 상기 용융된 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 구리선과 같은 전선 상에 피복한 후, 상기 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물이 피복된 도체를 냉각시켜 코드를 제조한다.

상기 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용하여 제조한 전선은 이어폰 또는 헤드폰의 코드에 사용되는 것이 바람직하다. 이외에 이어마이크, 휴대용 핸즈프리 이어폰, 교환용 헤드셋, 마이크용 코드 등에도 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 상기 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물은 기계적 물성이 양호하고 이행 현상이 없다. 또한, 연소시 다이옥신을 배출하지 않고, 중금속 화합물을 사용하지 않으므로 인체와 환경에 무해하다.

이하, 본 발명에 따른 상기 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법을 실시예들을 통하여 상세하게 설명한다.

실시예 : 코드의 제조

폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올, 4,4′-메틸렌디페닐 디이소시아네이트를 약 1:1:2의 몰비로 중합한 열가소성 폴리우레탄 100kg 및 산화방지제(IRGANOX 1010) 0.2kg을 혼합한 후, 트윈 스크류 압출기(Twin Screw Extruder)에 서 170℃ ± 10 온도를 유지하며, 40분간 용융시켰다. 이어서 사출기로 상기 혼합물을 압출하여 국수 모양으로 제조하여 절단하였다.

표 1

상기 용융된 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 우레탄 에나멜을 입힌 동선(0.05~0.08mm)의 도체 상에 피복하였다. 이때, 제1 스크류 압출기의 온도는 180 ± 10℃, 제2 스크류 압출기의 온도는 160 ± 10℃, 헤드의 온도는 170 ± 10℃, 다이스의 온도는 170 ± 10℃를 유지하였다. 냉각수의 온도가 20 ± 5℃가 되도록 계속 흘려보내고, 1분에 120m 내외가 되도록 하였다. 용도에 따라 물레의 크기를 조절하고, 전선의 길이를 조절하여 감아 한쪽을 절단하여 코드를 제조하였다.

비교예

일반 PVC 수지 조성물은 하기 표 2와 같은 물질들의 함량비를 갖고, 이와 같은 함량을 갖는 일반 PVC 수지 조성물을 이용하여 코드를 제조하였다.

표 2

시험예

물성 평가

실시예에서 수득한 코드의 기계적인 물성을 측정하여 표 3에 나타내었다.

표 3

굴곡 테스트

실시예에서 수득한 코드의 굴곡 특성을 시험하기 위하여, 코드의 양단부에 양단자와 음단자를 연결하고, 실온에서 ±90°의 각도로 굽히는 동작을 30회/분의 속도로 수행하여 끊어짐이 나타나는지 여부를 관찰하는 시험을 10개의 코드에 대하 여 실시한 후, 실험 결과의 평균값을 아래의 표 4에 나타내었다.

표 4

상기 표 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에서 수득한 코드의 굴곡 실험에 대하여 파손이 나타나는 평균 횟수는 16,882회로 신뢰성이 우수함을 알 수 있다.

이행성 테스트

패널과 패널사이에 실시예의 코드와 비교예의 코드를 각각 놓고 50 ± 1℃ 온도에서 500± 25g의 하중을 가하였다. 이 상태에서 24± 1시간동안 방치한 후 패널에 나타나는 상태를 검사하였다. 패널로는 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 패널, 폴리스티렌(PS) 패널 및 아크릴로니트릴 스티렌(AS) 패널의 3 가지를 사용하여 실시예 및 비교예의 코드들에 대하여 각각 실험을 수행하였다. 실험 결과가 표 5에 나타나 있다.

표 5

상기 표 4에서 실시예의 코드는 ABS, PS 및 AS 패널에 대해 모두 이행되지 않았으나, 비교예의 코드는 PS 및 AS 패널에 대해서는 이행되지 않았으나, ABS 패 널에서는 이행 현상이 발생하였다.

중금속 함량 검사

실시예의 코드에 구리선을 제거하고, 피복에서 중금속 검출 여부를 확인하였다. 그 결과가 표 6에 기재되어 있다.

표 6

상기 표 6에 기재된 바와 같이, 수은(Hg), 6가 크롬(Cr^{6 +}), 카드뮴, 납과 같은 중금속 및 Br, Cl과 같은 할로겐 원소는 검출되지 않았다. 국내의 식품공전에 기구 및 용기 포장의 기준 규격에서 합성수지제 PVC, 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리클로로비닐리덴 (polychloro vinylidene; PCVD), 페놀 포름알데히드(phenol formaldehyde; PF)의 재질규격에 납 및 카드뮴의 함량규격은 100mg/kg 이하이다. 또한, 일본 SS-00259에 준한 사용 중지 물질인 카드뮴(Cd) 및 그 화합물, 폴리브롬화 바이페닐류 (poly brominated biphenyls; PBB)류 및 바이페닐 에테르(biphenyl ethers)류, 염소화 파라핀류(염소계 난연제/가소제), 폴리염화 바이페닐류 (poly chlorinated biphenyls; PCB), 폴리염화 나프탈렌류, 유기납 화합물, 석면, 질소화합물 외 BBP, DBP, DCHP, DEHP, DEHA, DHP, DPP, DPrP와 같은 프탈레이트계 화합물, 할로겐 화합물, 휘발성 유기화합물, PVC 등이 검출되지 않았다.

따라서 본 발명에 따른 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용하여 제조한 코드는 인체 및 환경에 유해하지 않다는 것을 알 수 있다.

상술한 본 발명의 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법에 따르면, 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물은 기계적 물성과 상용성이 양호하고 이행 현상을 발생시키지 않는다. 또한, 중금속 화합물이나 가소제를 사용하지 않기 때문에 인체에 접촉하는 경우 우려되는 유해 물질의 인체 접촉이 없으며, 폐기물 처리시 환경 오염 물질을 발생시키지 않는다. 따라서, 인체에 무해하고 친환경적인 전선 피복 방법을 제공할 수 있게 된다.

이상, 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (3)

1. 폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올 및 4,4-메틸렌디페닐 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어진 열가소성 폴리우레탄 및 산화방지제를 혼합하여 준비된 열가소성 수지 조성물을 용융시키는 단계;

   상기 용융된 열가소성 수지 조성물을 도체 상에 피복하는 단계; 및

   상기 열가소성 수지 조성물이 피복된 도체를 냉각시키는 단계를 포함하며, 상기 열가소성 폴리우레탄의 중량평균분자량은 200,000 내지 500,000이고, 상기 폴리부틸 아디페이트디올, 1,4-부탄디올 및 4,4-메틸렌디페닐 디이소시아네이트의 몰비는 1:2:3 내지 1:0.5:1.5 인 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 전선은 이어폰 또는 헤드폰에 사용되는 것을 특징으로 하는 열가소성 폴리우레탄 수지 조성물을 이용한 전선 피복 방법.
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