KR101354484B1 - 통신 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용한 통신 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리올레핀에 사용되는 산화 안정화제(oxidation stabilizer) 및 이를 이용한 절연(insulation) 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 도체 피복용 조성물은 와이어(wire)와 케이블(cable)[특히, 통신 케이블(telephone cable)]의 코팅(coating) 및 재킷(jacket)에 이용하기 위한 것이다.

Description

통신 케이블용 절연 조성물 및 이를 이용한 통신 케이블{Telephone cable insulation composition, and Telephone cable using thereof}
본 발명은 절연 조성물, 특히 통신 케이블의 코팅용 절연 조성물에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 케이블 필러로 이행(migration) 되는 속도가 매우 느려 산화 안정성이 향상되므로, 장기간 안정적으로 사용이 가능한 산화 안정화제(oxidation stabilizer)를 포함하는 절연 조성물에 관한 것이다.
전형적인 통신 케이블은 도체(conductor), 절연체(insulation), 시스(sheath)로 구성되어 있다. 신호 전달을 담당하는 도체는 폴리올레핀(일반적으로 HDPE 사용)으로 절연되어 있으며 2가닥이 한 쌍으로 꼬여 있다. 다시 절연된 도체 쌍들은 금속 호일(metallic foil) 또는 고분자 재킷(polymeric jacket)으로 보호된다. 이 시스 부분이 담당하는 역할은 외부의 물리적 충격으로부터 도체를 보호하기 위함이다.
케이블 필러를 사용한 필드 타입(filled-type)의 케이블은 물이 침투할 경우 통신 품질을 저하시킬 수 있기 때문에 물의 침투를 최소화하기 위해 개발되었다. 케이블 필러가 사용되지 않은 경우 물이 침투 시 케이블 내에서 물이 확산되므로, 이를 막기 위하여 필드 타입(filled-type) 케이블에서는 절연된 심선 사이의 빈틈을 케이블 필러로 채운다. 그러나 케이블 필러를 사용하는 경우 피복 또는 재킷으로 사용된 폴리올레핀에 첨가된 산화방지제 등의 안정제가 케이블 필러로 이행(migration)되는 속도가 빨라 산화안정성이 저하되는 문제가 발생된다. 케이블 피복의 산화안정성을 부여하기 위해서 일반적으로 금속 불활성화제(Metal Deactivator)와 산화방지제(Anti-oxidant) 등 안정제를 첨가하여 피복으로 사용된 폴리올레핀의 성능을 보완한다.
안정제가 케이블 필러로 이행(migration)되는 것이 문제되는 이유는 다음과 같다. 통신 네트워크에서는 실외의 단자함(pedestal) 안에서 케이블을 연결할 경우 시스를 벗기고 케이블 필러를 닦아내기 때문에 절연 피복이 온도, 공기, 습기와 같은 외부 환경에 직접 노출된다. 그러나 filled type 케이블의 경우 절연 피복 내의 안정제가 케이블 필러로 이행(migration)되어 절연 피복이 외부환경에 직접 노출될 경우 산화가 빠르게 진행된다. 결과적으로 산화에 의해 절연 피복의 갈라짐이나 박편이 발생할 수 있으며 이는 통신 품질의 저하를 가져온다.
금속불활성화제는 금속과 폴리올레핀의 접촉 시 발생하는 상호 산화 촉진 현상을 줄이기 위해 사용되는 물질로 와이어 또는 케이블과 같이 금속 도체와 접촉하는 폴리올레핀에 사용된다.
일반적으로 산화방지제로는 금속 불활성화제와 페놀(Phenol)계 산화방지제가 사용된다. 그러나 대부분의 페놀계 산화방지제는 폴리올레핀 코팅에서 케이블 필러로 추출되는 속도가 빠르기 때문에 높은 산화안정성을 요구하는 일부 용도에서는 사용하기 어렵다.
본 발명은 산화안정성이 매우 우수한 절연 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다. 보다 구체적으로, 본 발명은 종래 산화 안정화제로 사용된 바 없는 힌더드 아민(hindered amine) 화합물을 산화 안정화제로 첨가함으로써, 산화안정성이 매우 우수하며, 장기간 사용 시에도 산화 안정화제가 케이블 필러로 이행(migration)되는 속도가 느려 장기간 안정적으로 사용이 가능한 절연 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 폴리올레핀계 수지; 및 산화 안정화제(oxidation stabilizer)로서의 하기 화학식 1에서 선택되는 1종 이상의 힌더드 아민(hindered amine) 화합물을 포함하는 절연(insulation) 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112012039767830-pct00001
(상기 화학식 1에서, R1 내지 R6는 각각 독립적으로 H 또는 CH3이며, B.T.C는
Figure 112012039767830-pct00002
이며, n은 1~5의 정수이다.)
상기 화학식 1의 힌더드 아민 화합물의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로, 0.01 ~ 1.0 중량부인 것이 바람직하다.
본 발명의 절연 조성물은 하기 화학식 2에서 선택되는 1종 이상의 하이드라진(hydrazine) 화합물을 더 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112012039767830-pct00003
(상기 화학식 2에서, R11은 수소, (C1~C18)알카노일 또는
Figure 112012039767830-pct00004
이며, n은 0 내지 5의 정수이다.)
또한, 본 발명의 절연 조성물은 페놀계 산화방지제를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 상기 절연 조성물로 코팅된 통신 케이블도 본 발명의 범위에 포함된다.
이하 본 발명에 대하여 보다 구체적으로 설명한다.
본 발명자들은 하기 화학식 1의 힌더드 아민을 사용하는 경우 산화안정성이 매우 향상되는 것을 발견하였다. 또한, 상기 산화 안정화제와 산화방지제 특히, 상기 화학식 2의 하이드라진 화합물과 혼합하여 사용하는 경우 산화안정성이 매우 우수한 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 제 1 양태는 폴리올레핀계 수지; 및 산화 안정화제로서 하기 화학식 1에서 선택되는 1종 이상의 힌더드 아민 화합물을 포함하는 절연 조성물에 관한 것이다.
[화학식 1]
Figure 112012039767830-pct00005
(상기 화학식 1에서, R1 내지 R6는 각각 독립적으로 H 또는 CH3이며, B.T.C는
Figure 112012039767830-pct00006
이며, n은 1~5의 정수이다.)
상기 화학식 1의 힌더드 아민 화합물로는 예를 들면, Asahi denka사의 Adeka LA-63P, LA-68LD 등이 있다. 힌더드 아민 화합물의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로, 0.01 ~ 1.0 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 0.01 중량부 미만을 사용할 경우 절연에 충분한 산화안정성을 부여할 수 없으며, 1.0 중량부를 초과하여 사용할 경우 첨가제 증량에 의한 산화안정성 향상 효과가 없다. 보다 바람직하게는 0.05 ~ 0.3 중량부 범위에서 산화안정성이 더욱 향상되므로 바람직하다.
본 발명의 제 2 양태는 폴리올레핀계 수지; 및 산화 안정화제로서 상기 화학식 1에서 선택되는 1종 이상의 힌더드 아민 화합물과 하기 화학식 2에서 선택되는 1종 이상의 하이드라진 화합물을 포함하는 절연 조성물에 관한 것이다.
[화학식 2]
Figure 112012039767830-pct00007
(상기 화학식 2에서, R11은 수소, (C1~C18)알카노일 또는
Figure 112012039767830-pct00008
에서 선택되며, n은 0 내지 5의 정수이다.)
상기 히드라진 화합물로는 예를 들면, Ciba사의 "IRGANOX 1024" , 1,2-비스(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시하이드로신나모일)하이드라진(1,2-bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxylhydrocinnamoyl)hydrzine) 등이 있다.
상기 히드라진 화합물의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여, 0.1 ~ 2.0 중량부를 사용할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.25 ~ 0.75 중량부를 사용하는 것이 상기 산화안정제와 동시에 사용함에 따른 상승효과가 가장 우수하게 발현되므로 바람직하다. 0.1 중량부 미만으로 사용할 경우 절연에 충분한 산화안정성을 부여할 수 없다. 또한 2.0 중량부를 초과하여 사용할 경우엔 첨가제 증량에 의한 산화안정성 향상 효과가 없고 폴리올레핀 수지와 첨가제의 혼련 불량, 피복 표면으로 첨가제 이행 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 제 3양태는 폴리올레핀계 수지; 산화 안정화제로서의 상기 화학식 1에서 선택되는 1종 이상의 힌더드 아민 화합물과 상기 화학식 2에서 선택되는 1종 이상의 하이드라진 화합물; 및 페놀계 산화방지제를 포함하는 절연용 조성물에 관한 것이다. 이때 상기 하이드라진 화합물의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 ~ 2.0 중량부를 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.25 ~ 0.75 중량부를 사용하는 것이 바람직하다. 페놀계 산화방지제의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 0.3 중량부를 사용하는 것이 바람직하며, 과도한 양을 첨가할 경우 첨가제의 혼련 불량, 피복 표면으로 첨가제 이행 등의 문제가 발생할 수 있다.
상기 페놀계 산화방지제로는 힌더드 페놀계 산화방지제로서, 구체적으로 예를 들면 API사의 "YOSHINOX BHT", "YOSHINOX BB","YOSHINOX 2246G", "YOSHINOX 425", "YOSHINOX 250", "YOSHINOX 930", "TOMINOX SS", "TOMINOX TT", "TOMINOX 917", 및 "TOMINOX 314", Ciba사의 "IRGANOX 1010", "IRGANOX 1010FF", "IRGANOX 1035", "IRGANOX 1035FF", "IRGANOX 1076", "IRGANOX 1076FD", "IRGANOX 1076DWJ", "IRGANOX 1098", "IRGANOX 135", "IRGANOX 1330", "IRGANOX 1425WL", "IRGANOX 1520L", "IRGANOX 1520SE", "IRGANOX 1726", "IRGANOX 245", "IRGANOX 245FF", "IRGANOX 245DWJ", "IRGANOX 259", "IRGANOX 3114", "IRGANOX 3790", "IRGANOX 5057", "IRGANOX 565", 및 "IRGANOX 565DD", ADEKA사의 "ADEKASTAB AO-20", "ADEKASTAB AO-30", "ADEKASTAB AO-40", "ADEKASTAB AO-50", "ADEKASTAB AO-50F", "ADEKASTAB AO-60", "ADEKASTAB AO-60G", "ADEKASTAB AO-70", "ADEKASTAB AO-80", "ADEKASTAB AO-330", "ADEKASTAB A-611", "ADEKASTAB A-611RG", "ADEKASTAB A-612", "ADEKASTABA-612RG", "ADEKASTABA-61311, "ADEKASTAB A-613RG", "ADEKASTAB AO-51", "ADEKASTAB AO-15", "ADEKASTAB AO-18", "ADEKASTAB AO-328", 및 "ADEKASTAB AO-37" 등이 있다. 이중 바람직하게는 Ciba사의 "IRGANOX 1010"인 테트라키스-{메틸렌-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시신남메이트)}메탄(Tetrakis-{methylene-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxycinnamate)} methane)을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이들의 혼합물 또는 블렌드물을 포함한다.
이밖에도 필요에 따라 통상적으로 사용하는 첨가제를 더 추가할 수 있다. 구체적으로 예를 들면, UV 흡수제(UV absorbers), 광안정화제(light stabilizer), 금속 불활성화제(metal deactivator), 포스파이트(phosphites)계 화합물, 하이드록실아민(hydroxyl amines), 나이트론(nitrones) 화합물, 벤조퓨라논(benzofuranones) 화합물, 인돌리논(indolinones) 화합물, 안정화제(stabilizers), 충전제(fillers), 보강제(reinforcing agents), 가소제(plasticizers), 윤활제(lubricants), 유화제(emulsifiers), 색소(pigments), 염료(dyes), 광택제(optical brighteners), 레올로지 첨가제(rheology additives), 촉매(catalyst), 흐름 조절제(flow-control agent), 슬립제(slip agents), 가교제(crosslinking agents), 대전방지제(anti-static agent), 발포제(blowing agent) 등이 사용될 수 있다. 이들 첨가제는 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대하여, 0.01 ~ 2.0 중량부를 사용하는 것이 다른 성분의 물성을 방해하지 않는 범위에서 물성을 발현하므로 바람직하다.
본 발명에 따른 절연 조성물은 종래 산화방지제만 사용하던 것에 비하여, 특정한 구조의 화합물을 산화 안정화제로 사용함에 따라 산화안정성이 더욱 향상될 수 있다.
이에 따라, 케이블 필러로 산화방지제가 추출되던 현상을 개선할 수 있어 산화안정성 저하 현상을 감소할 수 있으며, 통신 케이블의 절연에 사용이 가능하다.
이하는 본 발명의 구체적인 설명을 위하여 일예를 들어 설명하는 바, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예 및 비교예에서 사용된 성분은 다음과 같다.
폴리에틸렌수지 : 밀도 0.945, 멜트 인덱스(Melt Index) 0.6g/10분
산화방지제(antioxidant) 1 : Irganox 1024, Ciba사
(1,2-bis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamoyl)hydrazine)
산화방지제(antioxidant) 2 : Irganox 1010, Ciba사
(Tetrakis-{methylene-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxycinnamate)})methane)
산화안정제(oxidation stabilizer) : Adeka LA-63P, Asahi denka사
[화학식 1]
Figure 112012039767830-pct00009
(상기 화학식 1에서, R1 내지 R6는 각각 독립적으로 CH3이며, B.T.C는
Figure 112012039767830-pct00010
이며, n은 2이다.)
[실시예 1 ~ 6]
절연 조성물의 제조
하기 표 1의 함량으로 폴리에틸렌수지와 산화안정화제 및 산화방지제를 혼합하기 위하여 니더(Keader)와 압출기를 사용하였다. 이 때 압출 조건은 용융 온도 150℃, 스크류 회전 속도 45RPM이었다. 다음으로 두께가 얇은 피복을 모사하기 위하여 몰딩 프레스를 이용하여 150℃의 온도에서 두께 250㎛의 쉬트(sheet) 형태로 가공하였다.
이렇게 제조된 쉬트를 이용하여 Filled type 케이블에 적용 시 안정제의 성능을 실험실에서 모사하기 위하여 시료를 다음과 준비하였다.
250㎖ 비이커에 익스텐디드 써모 플라스틱 러버(Extended Thermo Plstic Rubber)계열 케이블 필러(Penreco사, 상품명: EXK-443) 800g을 넣고 80℃에서 보관하였다. 다음으로 250㎛ 쉬트를 5×4㎝ 크기로 잘라 녹아 있는 상태의 케이블 필러에 충분히 잠기도록 꽂아 두었다. 시료와 케이블 필러가 담긴 비이커는 70℃에서 보관하였다. 일정한 시간(1, 2, 3, 4주) 동안 보관한 시료를 케이블 필러에서 꺼내 종이 타올을 사용하여 깨끗이 닦아낸 후 산화유도시간(Oxidation Induction Time)을 측정하였다.
산화유도시간(oxygen induction time, OIT)은 일정 온도에서 산소가 주입된 이후부터 시료가 발열 분해가 일어나기까지 걸린 시간으로 시료의 산화안정성을 측정하기 위한 것이다. 측정 장비로는 시차주사열량계(Differential Scanning Calorimeter)(TA사, 모델명:2920)를 사용하였고, 측정 조건으로는 알루미늄 팬(aluminum pan)을 사용하여 200℃에서 측정하였다. 측정된 물성을 하기 표 2에 나타내었다.
[비교예 1 ~ 3]
하기 표 1의 함량으로 실험을 한 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 시트를 제조한 후 산화유도시간을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.
[표 1]
Figure 112012039767830-pct00011
[표 2]
Figure 112012039767830-pct00012

Claims (9)

  1. 폴리올레핀계 수지; 및 산화 안정화제로서의 하기 화학식 1에서 선택되는 1종 이상의 힌더드 아민(hindered amine) 화합물을 포함하는 통신 케이블용 절연(insulation) 조성물.
    [화학식 1]
    Figure 112013079939386-pct00013

    (상기 화학식 1에서, R1 내지 R6는 각각 독립적으로 H 또는 CH3이며, B.T.C는
    Figure 112013079939386-pct00014
    이며, n은 1~5 의 정수이다.)
  2. 제 1 항에 있어서,
    하기 화학식 2에서 선택되는 1종 이상의 하이드라진(hydrazine) 화합물을 더 포함하는 통신 케이블용 절연 조성물.
    [화학식 2]
    Figure 112013079939386-pct00015

    (상기 화학식 2에서, R11은 수소, (C1~C18)알카노일 또는
    Figure 112013079939386-pct00016
    이며, n은 0 내지 5의 정수이다.)
  3. 제 2 항에 있어서,
    페놀계 산화방지제를 더 포함하는 통신 케이블용 절연 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1의 힌더드 아민 화합물의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로, 0.01 ~ 1.0 중량%인 통신 케이블용 절연 조성물.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 화학식 2의 하이드라진 화합물의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로, 0.1 ~ 2.0 중량%인 통신 케이블용 절연 조성물.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 페놀계 산화방지제의 함량은 폴리올레핀계 수지 100 중량부를 기준으로, 0.01 ~ 0.3 중량부인 통신 케이블용 절연 조성물.
  7. 제 3항에 있어서,
    상기 페놀계 산화방지제는 테트라키스-{메틸렌-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시시나메이트)}메탄인 통신 케이블용 절연 조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 이들의 혼합물 또는 블렌드물인 통신 케이블용 절연 조성물.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 하나의 항의 통신 케이블용 절연 조성물로 코팅된 통신 케이블.
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