KR101783483B1 - 광케이블용 피복재 및 이를 포함하는 광케이블 - Google Patents

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Abstract

광케이블용 피복재 및 이를 포함하는 광케이블이 개시된다. 개시된 광케이블용 피복재는 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 포함한다.

Description

광케이블용 피복재 및 이를 포함하는 광케이블{Covering material for optical cable and optical cable including the same}
광케이블용 피복재 및 이를 포함하는 광케이블이 개시된다. 보다 상세하게는, 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 포함하는 광케이블용 피복재 및 이를 포함하는 광케이블이 개시된다.
전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 분자가 강직하며(rigid), 용융 상태에서도 분자 간의 얽힘 현상이 없는 액정 상태를 형성하고, 성형시 전단력에 의해 분자쇄가 흐름방향으로 배향하는 거동을 나타낸다. 이와 같이 배향된 분자를 포함하는 층들로 구성된 독특한 구조로 인하여 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 고강도, 고탄성율, 고내열성 및 저팽창계수를 가진다. 또한, 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 특정 화학구조를 가짐으로써 우수한 내화학적 성질 및 낮은 흡습율을 가질 수 있다.　또한, 전방향족 액정 폴리에스테르 수지의 주쇄는 메소겐 모노머(mesogenic monomer)에서 유래된 반복단위로 구성되고, 상기 주쇄의 강직한 구조는 용융점을 높이며 강도 및 탄성을 증가시킨다. 이러한 특성으로 인하여　전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 소형정밀 성형품 및 전기전자부품의 재료로 널리 사용되고 있다.
플라스틱 광섬유는 석영계 광섬유에 비해 성형 가공성, 경량화, 저비용화 및 내충격성이 우수하다. 일반적으로, 플라스틱 광섬유는 광투과성이 좋은 폴리메틸메타크릴레이트와 같은 아크릴계 수지로 제조된다. 플라스틱 광섬유는 유리 광섬유에 비해 전송 특성은 약간 떨어지지만 고속전송 및 대용량 데이터 전송 등 다양한 용도로 사용될 수 있는 장점이 있다. 또한, 플라스틱 광섬유는 유리 광섬유의 단점인 낮은 유연성 및 접속 문제에 따른 막대한 설치비용을 개선할 수 있다.
옥외에 설치되는 광케이블은 내부의 광섬유를 보호하기 위해 버퍼층 및 절연성 피복재를 포함한다. 광케이블 피복재로 폴리비닐클로라이드(PVC), 열가소성 탄성체(TPE: thermoplastic elastomer) 또는 나일론을 사용할 경우, 광케이블 설치과정에서 광케이블의 파손 위험을 줄이기 위해, 철심과 같은 보강재 및/또는 외장재를 추가로 사용하여 인장강도를 향상시키고 있다. 이러한 보강재 및/또는 외장재를 추가하게 되면, 제조공정이 복잡해질 뿐만 아니라 광케이블의 두께와 무게가 증가하여 광케이블의 설치후 처짐현상이 발생하는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같은 종래의 피복재를 사용하여 제조된 광케이블은 염분이 많은 해안지역이나 배기가스와 같은 오염물질이 많은 공업단지에 설치될 경우, 장기간에 걸쳐 비 또는 높은 습도, 염분 등에 노출되게 되며, 이에 따라 광케이블 피복재의 표면이 수분을 흡수하고 염분에 의해 부식됨으로써, 표면저항이 감소하여 전류가 흐르게 되고　트래킹 저항성(resistance to tracking)이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 일 구현예는 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 포함하는 광케이블용 피복재를 제공한다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 광케이블용 피복재를 포함하는 광케이블을 제공한다.
본 발명의 일 측면은,
전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 포함하는 광케이블용 피복재를 제공한다.
상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 히드록시 벤조산에서 유도된 반복단위 및 히드록시 나프토산에서 유도된 반복단위를 포함하되, 방향족 디카르복실산에서 유도된 반복단위를 포함하지 않을 수 있다.
상기 히드록시 벤조산은 파라 히드록시 벤조산, 3-히드록시 벤조산, 2-히드록시 벤조산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 히드록시 나프토산은 6-히드록시-2-나프토산, 3-히드록시-2-나프토산, 2-히드록시-1-나프토산, 1-히드록시-2-나프토산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 상기 히드록시 벤조산에서 유도된 반복단위 70~80몰부 및 상기 히드록시 나프토산에서 유도된 반복단위 20~30몰부를 포함할 수 있다.
상기 광케이블용 피복재는 상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 용융압출하여 제조된 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은,
상기 광케이블용 피복재를 포함하는 광케이블을 제공한다.
상기 광케이블의 직경은 0.5~0.9mm일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 광케이블용 피복재를 포함하는 광케이블은 제조공정이 단순하고, 충분한 강도를 가지면서도 무게가 가볍고 두께가 얇기 때문에 처짐현상이 발생하지 않으며, 내흡습성 및 내화학성이 우수하므로 염분이 많은 해안지역이나 배가스 등 오염물질이 많은 공업단지에서 효과적으로 사용될 수 있다. 또한, 상기 광케이블은 자체 난연성을 갖는 전방향족 액정 폴리에스테르 수지로 인하여 난연성을 갖게 된다.
이하에서는 본 발명의 일 구현예에 따른 광케이블용 피복재를 상세히 설명한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 광케이블용 피복재는 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 포함한다.
상기 광케이블용 피복재는 주원료인 전방향족 액정 폴리에스테르 수지가 지니는 고유한 특성으로 인해 단위 부피당 높은 강도, 내흡습성, 내화학성 및 난연성을 갖는다. 따라서, 상기 피복재를 포함하는 광케이블은 높은 강도를 가지면서도 무게가 가볍고 두께가 얇으며, 해안지역이나 공업단지 등 환경이 열악한 지역에서 효과적으로 사용될 수 있다.
상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 히드록시 벤조산에서 유도된 반복단위 및 히드록시 나프토산에서 유도된 반복단위를 포함하되, 방향족 디카르복실산에서 유도된 반복단위를 포함하지 않을 수 있다.
상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 상기 히드록시 벤조산에서 유도된 반복단위 70~80몰부 및 상기 히드록시 나프토산에서 유도된 반복단위 20~30몰부를 포함할 수 있다. 상기 히드록시 벤조산에서 유도된 반복단위 및 상기 히드록시 나프토산에서 유도된 반복단위의 함량이 각각 상기 범위 이내이면, 상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 제조가 용이하며, 광케이블용 피복재로 사용되기에 충분한 강도, 우수한 내흡습성, 내화학성, 내연성 및 용융압출성을 갖는다.
상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지 컴파운드의 제조에 사용되는 전방향족 액정폴리에스테르 수지는 하기 단계를 거쳐 제조될 수 있다:
(a) 1종 이상의 단량체를 축중합함으로써 전방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 합성하는 단계; 및
(b) 상기 프리폴리머를 고상 축중합함으로써 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 합성하는 단계.
상기 (a) 단계에서 사용되는 단량체는 방향족 히드록시 카르복실산을 포함하되, 방향족 디카르복실산을 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 (a) 단계에서 사용되는 단량체는 파라 히드록시 벤조산, 3-히드록시 벤조산, 2-히드록시 벤조산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 히드록시 벤조산; 및 6-히드록시-2-나프토산, 3-히드록시-2-나프토산, 2-히드록시-1-나프토산, 1-히드록시-2-나프토산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 히드록시 나프토산을 포함하되, 이소프탈산, 2,6-나프탈렌 디카르복실산, 테레프탈산 및 프탈산과 같은 방향족 디카르복실산을 포함하지 않을 수 있다. 상기 (a) 단계에서 사용되는 단량체는 방향족 디올, 방향족 디아민, 방향족 히드록시아민 및/또는 방향족 아미노 카르복실산을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머의 합성단계에는 반응 촉진을 위한 촉매로서 초산금속이 추가로 사용될 수 있다. 상기 초산금속 촉매는 초산마그네슘, 초산칼륨, 초산칼슘, 초산아연, 초산망간, 초산납, 초산안티몬, 초산코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 초산금속 촉매의 사용량은, 예를 들어 상기 단량체의 총사용량 100중량부를 기준으로 0.10 중량부 이하일 수 있다.
상기 (a) 단계의 합성 방법으로는 용액 축중합법 또는 괴상 축중합법(bulk condensation polymerization)이 사용될 수 있다. 또한, 상기 (a) 단계에서의 축합 반응을 촉진하기 위하여 상기 (a) 단계의 단량체로서 아실화(특히, 아세틸화)된 단량체를 사용할 수 있다. 이를 위해, 상기 (a) 단계 이전에 단량체를 미리 아실화하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계의 고상 축중합 반응을 위해서는 상기 프리폴리머에 적당한 열이 제공되어야 하며, 이러한 열 제공방법으로는 가열판을 이용하는 방법, 열풍을 이용하는 방법, 고온의 유체를 이용하는 방법 등이 있다. 고상 축중합 반응시 발생되는 부산물을 제거하기 위하여 불활성 기체를 이용한 반응기 내용물의 퍼지나 진공에 의한 제거를 실시할 수 있다.
상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 다양한 반복단위를 사슬 내에 포함하게 되며, 예를 들어, 하기 (1)의 반복단위 및 선택적으로 하기 (2) 내지 (5) 중 적어도 하나의 반복단위를 포함할 수 있다:
(1) 방향족 히드록시 카르복실산에서 유래하는 반복단위:
-O-Ar-CO-
(2) 방향족 디올에서 유래하는 반복단위:
-O-Ar-O-
(3) 방향족 디아민에서 유래하는 반복단위:
-HN-Ar-NH-
(4) 방향족 히드록시아민에서 유래하는 반복단위:
-HN-Ar-O-
(5) 방향족 아미노 카르복실산에서 유래하는 반복단위:
-HN-Ar-CO-
상기 화학식들에서, Ar은 페닐렌, 바이페닐렌, 나프탈렌 또는 2개의 페닐렌이 탄소 또는 탄소가 아닌 원소로 결합된 방향족 화합물이거나, 또는 페닐렌, 바이페닐렌, 나프탈렌 또는 2개의 페닐렌이 탄소 또는 탄소가 아닌 원소로 결합된 방향족 화합물 중 1개 이상의 수소가 다른 원소로 치환된 방향족 화합물일 수 있다.
상기 광케이블용 피복재는 상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 용융압출하여 제조될 수 있다. 또한, 용융압출시 상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지에는 유리섬유 또는 탐소섬유와 같은 물성 보강용 첨가제가 혼합되지 않을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기 광케이블용 피복재를 포함하는 광케이블을 제공한다. 이러한 광케이블은 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다. 즉, 상기 광케이블용 피복재를 용융압출시켜 광섬유 주위에 피복한 후 냉각시키며, 인장강도를 높이기 위해서는 이러한 피복과 냉각 공정을 2~3회 이상 반복하여 수행한다.
상기 광케이블은 0.5~0.9mm의 직경을 가질 수 있다.
이하, 실시예들을 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명이 이러한 실시예들에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 전방향족 액정 폴리에스테르 수지의 제조
온도 조절이 가능한 10리터 용량의 회분식 반응기에, 파라 히드록시 벤조산 2,900g(21.0몰) 및 6-히드록시-2-나프토산 1,462g(7.8몰)을 투입하고 질소가스를 주입하여 상기 반응기의 내부 공간을 불활성 상태로 만든 다음, 상기 반응기에 아세트산 무수물(acetic anhydride) 3,025g(29.6몰)과 초산칼슘(촉매) 0.3g을 더 첨가하였다. 이후, 반응기 온도를　1시간에 걸쳐 150℃까지 승온시키고 상기 온도에서 3시간 동안 유지하여 상기 단량체들의 히드록시기를 아세틸화하였다. 이어서, 반응기 온도를 6시간에 걸쳐 330℃까지 승온시키면서, 상기 아세틸화 반응에서 부산물로 생성된 초산과 아세틸화된 단량체의 축중합 반응으로 생성된 초산을 동시에 제거하면서　전방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 제조하였다. 다음에, 상기 프리폴리머를 반응기로부터 회수하여 냉각 고화시켰다.
이후, 상기 전방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머를 평균 입경 1mm로 분쇄한 후, 상기 분쇄된 전방향족 액정 폴리에스테르 프리폴리머 3,000g을 10리터 용량의 로터리킬른 반응기에 투입하고, 질소를 1N㎥/시간의 유속으로 계속 흘려주면서 무게 감량 시작 온도인 180℃까지 1시간에 걸쳐 승온시킨 후, 다시 240℃까지 5시간에 걸쳐 승온시켜 5시간 동안 유지함으로써 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 제조하였다. 이어서, 상기 반응기를 상온으로 1시간에 걸쳐 냉각시킨 후 상기 반응기로부터 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 회수하였다.
비교예 1: 폴리비닐클로라이드 수지의 구입
폴리비닐클로라이드 수지(LG화학(주), LS170)를 구매하였다
평가예
상기 실시예 1 및 비교예 1의 각 수지의 물성을 하기와 같은 방법으로 측정하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다. 여기서, 상기 각 수지의 물성으로부터 상기 각 수지를 포함하는 광케이블용 피복재의 물성을 간접적으로 확인할 수 있다.
(인장강도 및 인장신율의 측정)
상기 각 수지를 용융압출하여 광섬유(Toray사, PGR-FB250)에 피복함으로써 광케이블을 제조하고, 상기 제조된 각 광케이블을 상온으로 냉각한 후 5시간 동안 방치한 다음, 직경, 인장강도 및 인장신율 (KS C IEC 60811-4-2)을 측정하였다.
(흡습율의 측정)
사출기(FANUC Co. Ltd, S-2000i 50B)를 사용하여 상기 각 수지의 시편(100mm×100mm)을 제조하고, 상기 각 시편을 105℃에서 30분 건조한 후 각각의 질량을 측정하여, 이를 ´흡습전 질량´이라고 하였다. 이어서, 상기 각 시편을 상온의 증류수에 24시간 동안 침적시킨 후 꺼내어 각 시편 표면의 수분을 닦아낸 다음 각각의 질량을 측정하여, 이를 ´흡습후 질량´이라고 하였다. 이후, 하기 수학식 1로부터 ´흡습율´을 구하였다.
[수학식 1]
흡습율(%)= (흡습후 질량-흡습전 질량)/(흡습전 질량)×100
기계적 물성 흡습율
(%)
직경
(mm)		 인장강도
(kgf/cm²)		 인장신율
(%)
실시예 1 0.7 20 3.8 0.01
비교예 1 1.3 18 3.5 0.30
상기 표 1을 참조하면, 실시예 1에서 제조된 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 비교예 1의 폴리비닐클로라이드 수지에 비해 직경은 작지만, 인장강도 및 인장신율이 높고, 흡습율은 낮은 광케이블을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명은 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 구현예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 전방향족 액정 폴리에스테르 수지를 포함하고,
    상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 히드록시 벤조산에서 유도된 반복단위 및 히드록시 나프토산에서 유도된 반복단위를 포함하되, 방향족 디카르복실산에서 유도된 반복단위를 포함하지 않는 광케이블용 피복재.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 히드록시 벤조산은 파라 히드록시 벤조산, 3-히드록시 벤조산, 2-히드록시 벤조산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고,
    상기 히드록시 나프토산은 6-히드록시-2-나프토산, 3-히드록시-2-나프토산, 2-히드록시-1-나프토산, 1-히드록시-2-나프토산 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 광케이블용 피복재.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 전방향족 액정 폴리에스테르 수지는 상기 히드록시 벤조산에서 유도된 반복단위 70~80몰부 및 상기 히드록시 나프토산에서 유도된 반복단위 20~30몰부를 포함하는 광케이블용 피복재.
  5. 제1항, 제3항 또는 제4항 중 어느 한 항에 따른 광케이블용 피복재를 포함하는 광케이블.
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