KR101675556B1 - 전선 피복재료용 수지 조성물 및 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법 - Google Patents

전선 피복재료용 수지 조성물 및 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르는 전선 피복재료용 수지 조성물은, 중합도가 1000 내지 1300인 폴리염화비닐 수지 25 중량부, 비프탈레이트계 가소제 10 중량부, 안정제 1.5 중량부, 난연제 0.05 중량부, 외부활제 0.1 중량부, 카본블랙 0.25 중량부 및 충진제 10 중량부를 포함한다.

Description

전선 피복재료용 수지 조성물 및 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법{Resin composition for covering material of cable and manufacturing method of pellet for resin composition for covering material of cable}
본 발명의 일실시예들은 전선 피복재료용으로 사용되는 수지 조성물 및 펠릿의 제조방법에 관한 것이다.
폴리염화비닐 수지(poly vinyl chloride resin, PVC resin, 이하 "PVC 수지"로 칭한다.)는 가소제를 비롯하여 안정제(stabilizer), 충전제(filler), 안료(pigment) 등 여러 가지 첨가제를 적절하게 혼합하여 다양한 가공 물성을 부여할 수 있는 범용수지이다. 이러한 다양한 가공 물성을 이용하여 PVC 수지는 필름, 호스, 파이프, 전선, 인조가죽에서 벽지, 장갑, 장난감에 이르기까지 다양한 제품의 소재로 광범위하게 사용된다.
이러한 PVC 수지의 가공시 사용되는 가소제는 폴리머(polymer)의 용융온도와 용융점도를 낮추어 가공성을 향상시키고, 유연성을 부여하기 위해 첨가하는 물질로서 일반적으로 극성부와 비극성부로 나누어진다. 이 외에도 가소제는 전기 절연성, 점착성, 내한성 등 폴리머의 기능을 향상시키기 위해 첨가가 되는데, DOP(dioctyl phthalate), DBP(dibutyl phthalate), DINP(diisononyl phthalate) 등의 프탈레이트계와 DOA(dioctyl adipate), DINA(diisononyl adipate) 등의 아디페이트계가 범용적으로 사용되고 있다.
이 중 프탈레이트계 가소제는 국내외적으로 안전성 및 독성과 관련하여 많은 논란이 있는 가운데, 유럽에서는 2004년 어린이용품에 프탈레이트계 가소제의 사용을 금지하였고, 일본, 미국 등의 지역에서는 내분비계 장애물질로 규정하여 예의 주시하고 있는 실정이다.
또한 국내의 환경부에서는 프탈레이트계 가소제를 유독물질 및 취급제한 물질로 지정하려는 움직임이 있다.
따라서, 전선피복에 사용되는 전선 피복재료용 수지 조성물에 있어서, 프탈레이트계 가소제를 사용하지 않으면서도 인장강도와 난연성이 우수한 전선 피복재료용 수지 조성물의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 일 목적은 보다 향상된 구조를 갖으며, 복합적인 기능과 특성을 갖는 전선 피복재료용 수지 조성물을 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 본 발명의 해결 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르는 전선 피복재료용 수지 조성물은, 중합도가 1000 내지 1300인 폴리염화비닐 수지 25 중량부, 비프탈레이트계 가소제 10 중량부, 안정제 1.5 중량부, 난연제 0.05 중량부, 외부활제 0.1 중량부, 카본블랙 0.25 중량부 및 충진제 10 중량부를 포함한다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 비프탈레이트계 가소제는 DOA(Di2-Ethylhexyl Adipate), DOTP(Dioctyl terephthalate) 또는 TOTM(Tri2 ethyl hexyl Trimellitate)로 이루어지는 군에서 선택되는 단일물 또는 둘 이상의 혼합물로 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 안정제는 납계 물질, 비납계 물질, 에폭시계 스테아린산염, 금속 비누계 물질, Ca-Zn 계 물질 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 안정제가 될 수 있다.
본 발명과 관련한 일 예에 따르면, 상기 충진제는 탄산칼슘, 클레이, 탈크 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 충진제가 될 수 있다.
또한 상기한 과제를 실현하기 위하여 본 발명의 다른 실시예는, 상기 전선 피복재료용 수지 조성물을 75 내지 100℃로 가열된 배합기 내부에서 배합하는 단계, 배합된 상기 전선 피복재료용 수지 조성물을 200℃ 및 38rpm의 압출 조건에서 펠릿관을 형성하도록 압출성형하는 단계 및 상기 펠릿관을 25℃의 수조에 담궈 냉각시킨 후 기설정된 크기로 절단하여 펠릿을 형성하는 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법을 제공한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 관련된 전선 피복재료용 수지 조성물 및 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법은 인장강도와 난연성이 우수하면서도 프탈레이트가 전혀 검출되지 않는 우수한 전선 피복재료용 수지 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명에 관련된 전선 피복재료용 수지 조성물 및 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법에 대하여 실시예를 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따르는 전선 피복재료용 수지 조성물은 폴리염화비닐 수지, 비프탈레이트계 가소제, 안정제, 안티몬계 난연제, 외부활제, 충진제 및 카본을 포함한다.
폴리염화비닐 수지는 열을 주면 녹아 재성형이 가능한 열가소성 수지로서, 그 중합도는 1000 내지 1300 이다. 중합도가 상기 수치범위의 하한에 미달하면 고분자의 분자량이 낮아 충분한 인장강도를 확보하기 어려우며, 중합도가 상기 수치범위의 상한을 초과할 경우 인장강도 등 기계적 특성 및 내열성에 대한 확보는 쉬우나 컴파운드 또는 압출 가공시 높은 온도 조건을 요구하므로 전체적으로 압출성이 낮아지는 단점이 있어 바람직하지 못하다.
폴리염화비닐 수지는 직쇄상의 폴리머로서 분자 상호간에는 분자간력이 작용하여 폴리머 체인의 운동이 억제되어 그 변형이 어려운 딱딱한 상태를 유지하는데, PVC에 열을 가하면 분자쇄의 열운동이 격렬해져 분자쇄간의 작용이 감소되어 분자간에 일정한 간극이 생기게 된다.
이때, 이들 간극에 가소제 분자가 분자쇄의 틈에 들어가 분자쇄의 분극부와 가소제의 극성부간의 상호 작용이 발생된다. 가소제는 폴리머쇄와 결합을 만들기 쉬운 부분(극성부)과 폴리머쇄 간의 상호간의 거리를 넓혀주고 폴리머쇄와 작용하지 않아 폴리머쇄의 운동을 용이하게 하는 부분(비극성부)으로 이루어져 있다.
가소제로는 비프탈레이트계 가소제가 사용되는데, DOA(Di2-Ethylhexyl Adipate), DOTP(Dioctyl terephthalate) 또는 TOTM(Tri2 ethyl hexyl Trimellitate)로 이루어지는 군에서 선택되는 단일물 또는 둘 이상의 혼합물이 사용될 수 있다.
가소제의 함량은 폴리염화비닐 수지 25 중량부에 대해 9 내지 11 중량부를 갖는 것이 바람직하다. 이 수치에 미달하였을 때, PVC에 대한 가소화 효과가 저하되어 조성물의 경도가 높아짐으로 인해 유연성이 저하되고 압출가공성도 저하되며, 기계적 특성 중 신장률이 낮아졌고, 이 수치를 초과하는 경우에는 인장강도와 내열성이 저하되었다. 가소제의 최적값은 폴리염화비닐 수지 25 중량부에 대해 10 중량부이다.
안정제는 납계, 비납계, 에폭시계 스테아린산염, 금속 비누계 물질, Ca-Zn 계 물질 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 이들 중 임의로 선택된 둘 이상의 혼합물로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 안정제의 함량은 폴리염화비닐 수지 25 중량부 및 가소제 10 중량부에 대하여 1.5 중량부인 것이 바람직하다. 안정제 함량에 대한 수치한정과 관련하여, 상기 수치 미만인 경우에는 재료의 내열성이 급격히 저하되었고, 상기 수치 초과인 경우 과량 사용에 따른 내열성 향상에 대한 효과를 기대할 수 없으며, 인장강도가 저하된 것을 확인하였다.
난연제는 수산화알루미늄이나 수산화마그네슘 또는 수산화마그네슘 카보네이트 화합물 또는 하이드로탈사이트 또는 훈타이트와 수산화 마그네사이트 혼합물이 사용될 수 있으며, 그 수치는 폴리염화비닐 수지 25 중량부 및 가소제 10 중량부에 대하여 난연제 0.05 중량부가 최적의 값이었다. 폴리염화비닐 수지 25 중량부 및 가소제 10 중량부 대비 난연제를 0.05 중량부 미만으로 사용하는 경우 난연 효과가 충분하지 않으며, 난연제를 0.05 중량부 초과하여 사용하는 경우 압출가공성이 저하됨을 확인하였다.
충진제로는 탄산칼슘, 크레이, 탈크 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 이들 중 임의로 선택된 둘 이상의 혼합물이 바람직하게 사용될 수 있다.
상기한 충진제들은, 자연적으로 발생하는 규산염 및 천연 탄산염이 대부분 널리 사용되는 PVC용 충전제의 일부이다. 이들은 예를 들면 와이어 및 케이블용 절연 및 재킷 포뮬러로 사용되며 화합물의 가격을 떨어뜨리고 전기뿐만 아니라 다른 특성을 향상시킨다. 탄산 칼슘은 PVC 질량의 유량 및 가공 동작에 유리한 효과를 제공할 수 있다. 분필, 석회석 및 각종 섬도의 대리석과 같은 주로 탄산 칼슘 타입이 효율적으로 사용된다. 이들의 표면은 처리되거나 처리되지 않을 수 있다. 처리된 표면은 충전제 재료의 가소제 흡수를 감소시킨다. 상기 충진제의 함량은 폴리염화비닐 수지 25 중량부 및 가소제 10 중량부에 대하여 10 중량부인 것이 바람직하다. 폴리염화비닐 수지 25 중량부 및 가소제 10 중량부 대비 충진제를 10 중량부 초과하여 사용하는 경우에는 과량의 무기물로 인하여 인장강도 및 신장률이 급격하게 저하되며 압축가공 특성도 저하되었다. 충진제는 단가를 낮출 수 있는 중요한 요소이기 때문에 전선 피복재료용 수지의 요구되는 특성을 만족하는 한 최대한 사용하는 것이 바람직하다.
외부활제는 가공 첨가제이다. 윤활제의 작용 및 효과는 외부와 내부로 나눌 수 있고, 일부 윤활제는 모든 기능을 결합할 수 있다. 외부 활제 효과는 고열 PVC 조성물과 가공기의 표면 간의 마찰 및 점착 계수를 감소시키는 것이다. 기본적인 내부 활제 효과는 조성물의 내부 마찰을 감소시키는 것이고, 이것은 용융 점도를 감소시킨다. 외부활제는 서로 접촉해서 미끄러지는 두 면 사이의 마찰을 줄이는 작용을 하는 물질로서, 마찰상태에 따라 그 성상이 각각 다르다. 구체적으로 온도와 압력의 영향도 고려해야 하며, 산화·열분해·중합·휘발 등에 견딜 수 있는 것이 좋다. 실리콘이나 고급 지방산, 불소수지 등의 유기 윤활제나 그래파이트, 이황화몰리브덴 등의 무기 윤활제가 사용될 수 있다. 폴리염화비닐 수지 25 중량부 및 가소제 10 중량부 대비 외부활제를 0.1 중량부만큼 추가하였을 때, 만족할 만한 인장강도 및 신장률을 가지게 되었다. 0.1 중량부를 초과하였을 때, 인장강도가 저하되었으며, 0.1 중량부 미만에서는 신장률이 저하되었다.
전선 피복재료용 수지 조성물이 전기 전도도을 만족하는 반도전성 성질을 갖게 하기 위하여 카본블랙이 포함된다. 상기 카본 블랙은 폴리염화비닐 수지 25 중량부, 가소제 10 중량부 및 충진제 10 중량부 대비 0.25 중량부만큼 사용되는 것이 바람직하다. 카본블랙의 함량에 0.25 중량부에 미달하는 경우 요구되는 정도의 체적저항값을 확보할 수 없으며, 0.25 중량부를 초과하는 경우 인장강도와 신장율과 같은 기계적 특성이 저하될 뿐만 아니라 압출 가공성이 저하되고 절연체와의 접착력도 낮아지는 등의 문제가 있다. 상기 카본블랙은 BET 방법에 따라 질소 흡착으로 측정된 비표면적이 20 내지 2000 m2/g이 바람직하다. 또한, 높은 구조(high structure)을 갖는 비흡습성 그을음 재료인 카본블랙을 적용하는 것이 바람직하다.
상기한 조성을 갖는 전선 피복재료용 수지 조성물은 전선 피복재료용 펠릿을 제조하는 데 사용된다. 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법은 배합단계, 압출성형단계, 펠릿형성단계를 포함한다.
배합단계에서는 중합도가 1000 내지 1300인 폴리염화비닐 수지 25 중량부, 비프탈레이트계 가소제 10 중량부, 안정제 1.5 중량부, 난연제 0.05 중량부, 외부활제 0.1 중량부, 카본블랙 0.25 중량부 및 충진제 10 중량부를 포함하는 전선 피복재료용 수지 조성물을 75 내지 100℃로 가열된 배합기 내부에서 배합한다. 그리고, 배합된 상기 전선 피복재료용 수지 조성물을 200℃ 및 38rpm의 압출 조건에서 펠릿관을 형성하도록 압출성형하게 된다. 이후에 압출성형된 펠릿관을 25℃의 수조에 담궈 냉각시킨 후 기설정된 크기(1mm 내지 5mm)로 절단하여 펠릿을 형성하게 된다.
본 발명을 따르는 전선 피복재료용 수지 조성물과 종래 기술의 조성물의 성능을 비교하기 위하여 아래 표 1에 나타낸 것과 같이 실시예와 비교예에 따르는 조성물에 따라 펠릿을 제조한 후 전선을 제조하였다.
실시예 비교예 1 비교예2 비교예3 비교예4
폴리염화비닐 중합도 1300 25 25 25 25 25
DOTP 19 19 19 19 19
안정제 1 0.8 1.2 1 1
삼산화안티몬 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
외부활제 0.05 0.05 0.05 0.04 0.06
카본블랙 0.4 0.3 0.5 0.4 0.4
충진제 16 16 16 16 16
그리고, 아래 표와 같이 각 전선의 성능을 평가하였다.
실시예 비교예1 비교예2 비교예3 비교예 4
인장강도
(kg중/mm2)		 2.48 2.24 2.35 2.45 2.01
신장률(%) 215 201 185 175 255
난연성
(ISO 6722)		 합격 합격 합격 합격 합격
인장력
(ISO 6722)		 합격 합격 불합격 합격 불합격
프탈레이트 검출 없음 없음 없음 없음 없음
내마모성
(ISO 6722)		 합격 합격 합격 합격 불합격
내열성
(ISO 6722)		 합격 불합격 합격 합격 합격
IEC 60811-1-1에 준하여 인장속도 500mm/분으로 측정하였을 인장강도 및 신장율을 측정하였다. 요구되는 값은 각각 2.0 kgf/mm2 이상, 200% 이상이어야 한다.
조성물의 난연성 평가는 ISO 6722 또는 SAE-J1128에서 규정하는 경사 불꽃 난연 시험법에 따라 실시하였다. 불꽃 난연 시험법에서 70 초 이내에 불꽃이 소화되면 합격으로 판정하였다.
전선의 사포(sandpaper)에 대한 내마모성과 내열성은 ISO 6722에서 규정하는 시험 방법으로 행하였다.
인장력은 500kgf로 전선을 당길 경우 절연체의 절연 성능 저하가 없고 외피 등에 손상이 없으면 합격으로 판정하였다.
표 2의 결과에서 볼 수 있듯이 본 발명의 실시예 조성물에 따르는 전선은 종래 기술의 비교예 조성물에 의한 전선과 견주었을 때 전반적으로 인장력, 난연성, 내마모성, 내열성이 뚜렷하게 더 우수하였다. 그리고 상온 또는 고온에서의 기계적 물성과 내유성도 최소한 비교예와 대등한 수준이거나 더 양호하였다.
따라서, 실시예에 따르는 조성물은 비교예에 비하여 상온에서 기계적 물성의 큰 희생 없이 균형잡힌 물성을 갖추고 있으므로, 전선의 피복재료로 유용하게 쓰일 수 있다.
상기와 같이 설명된 전선 피복재료용 수지 조성물 및 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법는 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

Claims (5)

  1. 중합도가 1300인 폴리염화비닐 수지 25 중량부, 비프탈레이트계 가소제로서 DOTP(Dioctyl terephthalate) 10 중량부, 안정제 1.5 중량부, 난연제로서 훈타이트와 수산화 마그네사이트 혼합물 0.05 중량부, 외부활제 0.1 중량부, 비표면적이 20 내지 2000 m2/g 인 카본블랙 0.25 중량부 및 충진제 10 중량부를 포함하는 전선 피복재료용 수지 조성물을 75 내지 100℃로 가열된 배합기 내부에서 배합하는 단계;
    배합된 상기 전선 피복재료용 수지 조성물을 200℃ 및 38rpm의 압출 조건에서 펠릿관을 형성하도록 압출성형하는 단계; 및
    상기 펠릿관을 25℃의 수조에 담궈 냉각시킨 후, 냉각된 상기 펠릿관을 1mm 내지 5mm의 크기로 절단하여 펠릿을 형성하는 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 안정제는 납계 물질, 비납계 물질, 에폭시계 스테아린산염, 금속 비누계 물질, Ca-Zn 계 물질 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 안정제인 것을 특징으로 하는 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충진제는 탄산칼슘, 클레이, 탈크 및 이들 중 둘 이상의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 충진제인 것을 특징으로 하는 전선 피복재료용 펠릿의 제조방법.
  5. 삭제
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