KR101936806B1 - 고난연 저발연성의 절연 조성물, 이를 이용한 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터를 구비한 케이블 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플레넘급 UTP 케이블의 세퍼레이터에 적합한 절연 조성물로서, 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 및 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지를 기본수지; 및 상기 기본수지 100중량부에 대해, 150 내지 200중량부의 표면 처리된 무기난연제 또는 상기 표면 처리된 무기난연제 및 표면 처리되지 아니한 무기난연제의 혼합물하는 절연조성물을 제공한다. 상기 조성물은 상온 신장율이 50% 이상, 유전손율(Loss factor, tanδ)이 0.005 이하, 한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI)가 30이상, 및 연기밀도(Smoke Density, Dm)가 100이하인 것을 특징으로 한다. 또한, 전기적 특성, 가공성 및 난연성을 갖춘 세퍼레이터를 제공할 수 있으며, 이를 포함하는 플레넘급 UTP케이블을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명은 플레넘급 UTP 케이블이 요구하는 전기적 특성, 가공성 및 NFPA 262 난연규격을 만족시킨다.

Description

고난연 저발연성의 절연 조성물, 이를 이용한 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터를 구비한 케이블 {Insulation composition for high flame-retardant and low emitting smoke, Separators using the same and Cable having the seperators}

본 발명은 고난연 저발연성의 절연 조성물, 이를 이용한 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터를 구비한 케이블에 관한 것이다.

UTP는 언실드 트위스티드 페어(unshielded twisted pair)의 약자로, 비차폐쌍케이블 또는 비차폐연선이라고도 한다. UTP의 가장 일반적인 형태는 구리선으로서, 일반 전화선이나 랜(LAN: 근거리 통신망)의 환경을 이어주는 신호선으로 이용되고 있다.

UTP 케이블은 외표면이 시스재료로 피복되어 있으며, 이러한 시스층은 외부와 직접 접촉하도록 노출되어 있다. 플레넘(plenum)급 UTP 케이블의 경우 덕트가 없는 천정을 포설하는데 이용되므로, 상기 케이블 등이 가설된 공간에서 화재가 발생되는 경우에 연기 발생이 과다하게 이루어지게 된다. 따라서 플레넘급 UTP 케이블은 연소성이 강한 물질인 경우에는 화재 확산의 통로로 이용될 수 있다는 점에서 발연성이 낮고 난연성이 높은 물성을 갖는 재료가 이용되어야만 한다.

종래 플레넘급 UTP케이블의 경우, 전기적 특성 및 NFPA 262 를 만족시키기 위하여 절연재료 및 세퍼레이터로 불소 수지, 예를 들면 FEP, ECTFE 등을 사용하였다. 하지만 이러한 불소 수지는 난연성 및 전기적 특성이 우수하지만 가격이 고가이며, 가공이 어려운 단점이 있다.

따라서, 본 기술분야에서 플레넘급 UTP케이블에서 요구되는 특성을 충분하게 발현 될 수 있도록 하기 위한 재료 혼합에 대한 꾸준한 노력이 지속적으로 이루어져 왔으나, 기본수지의 적절한 선택, 요구되는 효과를 충분하게 발현시킬 수 있는 첨가물의 선택 및 그 함량의 적정 범위를 찾아내는 것은 용이하지 않다.

할로겐계 수지를 사용하지 아니하고, 플레넘급 UTP 케이블의 세퍼레이터로 사용되기에 가장 적합한 조성물의 개발이 필요하다.

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 비할로겐 폴리올레핀계 절연 조성물을 사용하여, 난연성, 전기적 특성 및 가공성을 만족시키는 절연 조성물, 이를 이용한 세퍼레이터 및 상기 세퍼레이터를 구비하는 케이블을 제공하는데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 60 내지 90중량% 및 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 10내지 40중량%가 혼합된 기본수지; 및 상기 기본수지 100중량부에 대해, 150 내지 200중량부의 표면 처리된 무기난연제 또는 상기 표면 처리된 무기난연제 및 표면 처리되지 아니한 무기난연제의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 조성물을 제공한다.

상기 조성물은 상온 신장율이 50% 이상, 유전손율(Loss factor, tanδ)이 0.005 이하, 한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI)가 30이상, 및 연기밀도(Smoke Density, Dm)가 100이하인 것을 특징으로 한다.

상기 절연 조성물에 기본수지 100중량부에 대해 1 내지 10중량부의 난연보조제를 더 포함할 수 있다.

즉, 본 발명은 기본수지의 적절한 선택, 요구되는 효과를 충분하게 발현시킬 수 있는 첨가물의 선택 및 그 함량의 적정 범위를 찾아내서 플레넘급 UTP 세퍼레이터에 적합한 조성물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 절연 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 UTP 케이블용 세퍼레이터를 제공한다.

또한, 본 발명은 절연 피복된 복수의 도선이 꼬여짐으로 형성되는 하나 이상의 연선부; 상기 연선부를 서로 격리 시키기 위한 세퍼레이터; 상기 연선부와 세퍼레이터를 감싸는 시스부를 포함하는 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블에 있어서, 상기 세퍼레이터는 본 발명에 따르는 상기 절연 조성물로 형성된 세퍼레이터를 이용함을 특징으로 하는 플레넘(plenum)급 UTP케이블을 제공한다.

본 발명은 비할로겐 폴리올레핀계 조성물로서 플레넘급 UTP 케이블이 요구하는 전기적 특성, 가공성 및 NFPA 262 난연규격을 만족시킨다.

즉, 전기적 특성, 가공성 및 난연성을 갖춘 세퍼레이터를 제공할 수 있으며, 이를 포함하는 플레넘급 UTP케이블을 제공할 수 있다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 비할로겐 폴리올레핀계 조성물을 이용한 세퍼레이터가 구비된 UTP 케이블의 단면도이다.

이하, 본 발명을 도면을 통해 상세히 설명하기로 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 본 발명에서 사용되는 기본 수지에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서는 기본수지의 한 구성 성분으로 선형저밀도 폴리에틸렌 수지(LLDPE)를 사용한다. LLDPE는 가지 구조, 분자량 분포와 같은 분자 구조와 구정 구조, 라멜라 크기 그리고 결정과 비결정상의 계면이 저밀도 폴리에틸렌수지(LDPE)와 다르다고 알려져 있으며, LLDPE의 구정은 고밀도 폴리에틸렌보다 작고 규칙성이 적지만, 비슷한 밀도와 멜트인덱스(MI)를 가진 LDPE보다는 매우 크다고 알려져 있다. 따라서 본 발명에 따른 물성 중 특히 상온 신장율 및 유전손율을 만족시키기에 적절하다. 바람직하게, 메탈로센(Metallocene) 촉매를 이용하여 중합한 선형저밀도 폴리에틸렌(m-LLDPE)를 사용한다. m-LLDPE는 Ziegler-Natta 촉매를 이용하여 중합한 LLDPE보다 뛰어난 물성을 가지고 있다. 메탈로센 촉매는 Ziegler-Natta 촉매와 다르게 균일한 활성점을 지니고 있기 때문에 메탈로센 촉매를 이용하여 제조한 폴리올레핀은 좁은 분자량 분포를 갖고 또한 분자량 분포를 자유롭게 조절할 수 있어 원하는 구조 및 물성을 지니는 고분자의 제조가 가능하다는 점에서 바람직하다.

바람직하게 상기 m-LLDPE는 멜트인덱스가 1 내지 3이 바람직하며, 밀도는 0.920 내지 0.930사이가 가장 바람직하다. 상기 멜트인덱스 및 밀도를 가지는 m-LLDPE 를 사용하는 경우 본 발명에 필요한 기계적 물성을 만족시켜서 가공성을 높이는 장점이 있다.

본 발명에서는 기본수지의 또 다른 구성 성분으로 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지를 포함한다. 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 무기난연제와 폴리에스테르 열가소성 탄성 중합체 사이의 상용성을 증가시켜 주어 무기난연제의 고른 분산을 돕는다. 극성기를 도입할 물질로 바람직하게 말레산 무수물, 글리시딜메타아크릴레이트 또는 이들의 혼합물이 극성기 도입에 사용된다.

바람직하게, 상기 기본수지는 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 60 내지 90중량% 및 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 10 내지 40중량%이다. 상기 기본수지의 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 및 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량의 수치는 본 발명이 이루고자 하는 기계적 물성 또는 유전율 등을 만족시키기에 적합하다.

이하 본 발명에서 사용되는 무기난연제 및 난연보조제에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에서 사용되는 난연제로서 표면 처리된 무기난연제 또는 상기 표면 처리된 무기난연제 및 표면 처리되지 아니한 무기난연제의 혼합물을 사용한다. 상기 무기난연제로는 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 수산화칼슘, 훈타이트, 하이드로마그네사이트 이들의 혼합물 등이 포함될 수 있으며, 그 종류를 한정하지 아니한다. 바람직하게 본 발명에서의 무기난연제로 수산화마그네슘을 사용할 수 있으며, 이는 수산화마그네슘이 상온 인장강도 및 신장율의 변화를 최소화하여 원하는 수준의 난연성을 확보할 수 있기 때문이다.

상기 표면 처리된 무기난연제는 유기실란, 유기산 및 유기고분자 물질 등으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질로 표면 처리될 수 있다. 상기 무기난연제로 표면처리 하지 않은 무기난연제만을 사용하였을 경우에는, 난연제 함량이 증가할 수록 고분자와의 상용성이 저하되어 상온신율을 확보할 수 없으며, 모듈러스 증가로 브리틀(brittle)해지고, 압출가공성 저하로서 양산이 어려운 단점이 있다. 상기 유기실란으로 사용될 수 있는 피복 물질의 예로는 비닐실란, 아미노실란 및 메타아크릴레이트실란 등이 있다. 또한, 상기 유기산으로 사용될 수 있는 물질로는 지방산, 스테아르산, 올레인산 및 아미노 폴리실록산 등이 있다. 상기 피복물질의 종류는 본 발명의 목적을 저해하지 않는 범위 내에서 사용될 수 있으며 그 종류를 한정하지 아니한다.

본 발명에서 상기 표면 처리된 무기난연제 또는 상기 표면 처리된 무기난연제 및 표면 처리되지 아니한 무기난연제의 혼합물은 상기 기본수지 100중량부에 대해, 150 내지 200중량부를 포함함을 특징으로 한다. 150중량부 미만에서는 난연 및 저발연 특성이 떨어지고, 200중량부 초과에서는 물성 및 가공성이 크게 저하된다.

본 발명에서 무기난연제의 사용량을 줄이고 난연성을 높이기 위하여 난연보조제를 포함할 수도 있다. 예를 들면 나노클레이나 실리콘 화합물들이 사용될 수 있으며, 그 종류는 한정되지 아니한다.

본 발명에서 난연보조제는 기본수지 100중량부 대해 1 내지 10중량부를 포함한다. 난연보조제가 기본수지 100중량부 대해 1 내지 10중량부를 포함하는 경우, 난연 및 저발연 상승효과를 내며, 상기 절연 조성물의 가열 후 특성을 저하시키지 아니하는 장점이 있다.

본 발명의 조성물에는 상기 성분들 이외에 이 분야에서 통상적으로 쓰이는 소량의 활제 및 산화방지제 등을 포함할 수 있으며 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 조성물은 상기 구성을 가지며, 본 발명의 절연 조성물은 상온 신장율이 50% 이상, 유전손율(Loss factor, tanδ)이 0.005 이하, 한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI)가 30이상, 및 연기밀도(Smoke Density, Dm)가 100이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 절연 조성물은 난연성, 전기적 특성 및 가공성을 갖추어서 플레넘급 UTP 케이블이 요구하는 전기적 특성 및 NFPA 262 난연규격을 만족시키며, 불소 수지보다 가격 경쟁력이 있다.

도 1에는 전형적인 UTP 케이블의 구조가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, UTP 케이블(100)은 내부에 2개의 도선(11)이 서로 나선형으로 꼬인 형태의 연선부(13)을 다수 구비하며, 그 외부는 시스체(15)로 감싸여 있다. 이때, 각 도선(11)은 도체(17) 다발과 이들 도체(17)다발을 감싸고 있는 절연피복층(19)으로 이루어 진다. 또한 내부에 상기 연선부(13)을 서로 격리시키기 위한 세퍼레이터(21)를 포함한다. 상기 세퍼레이터(21)는 UTP 케이블(100)의 연선부(13)를 서로 격리시키기 위하여, 예를 들어, 중심부와 중심부에서 융기되는 융기부를 가지도록 구성될 수 있다. 복수의 융기부는 중심부로부터 방사상에 돌출하고 인접하는 융기부 사이에는 연선부(13)중 하나가 포함될 수 있다. 세퍼레이터(21)의 형태는 이에 한정하지 아니하며 목적에 따라 그 형태가 변형 될 수 있다. 본 발명은 상기 세퍼레이터(21)를 본 발명에 따른 상기 절연 조성물을 사용하여 제조한 플레넘급 UTP 케이블을 제공하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예들을 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실시예

< 비할로겐 폴리올레핀계 조성물 제조>

케이블의 물성을 비교하기 위하여 하기 표 1에 따른 함량으로 제조된 세퍼레이터를 포함하는 플레넘급 UTP 케이블을 공지의 방법으로 제조하였다.

조성 (중량부)	실시 예1	실시 예 2	실시 예 3	비교 예 1	비교 예 2	비교 예 3
수지 a (중량%)	85		80	85
수지 b (중량%)		90			85
수지 c (중량%)						85
수지 d (중량 %)	15	10	20	15	15	15
중량의 부분 합계	100 중량부(기본수지)
무기 난연제 a	150	130	130	210		100
무기 난연제 b		30	20		100	20
난연 보조제 a		5	5		5
난연 보조제 b			5			5
산화 방지제	1	1	1	1	1	1
활제	1	1	1	1	1	1
합계	252	267	262	312	207	227

표 1의 설명

수지 a : 메탈로센 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 (멜트인덱스 : 1.2, 밀도 : 0.92, Tm=127℃)

수지 b : 메탈로센 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 (멜트인덱스 : 1.1, 밀도 : 0.92, Tm=127℃)

수지 c : 폴리바이닐아세테이트 (멜트인덱스 : 4, 밀도 : 0.95, Tm=72℃)

수지 d : 무수말레인산이 그래프트된 선형저밀도 폴리에틸렌

무기난연제 a : 유기실란으로 표면 처리된 수산화마그네슘

무기난연제 b : 비 표면 처리된 수산화마그네슘

난연보조제 a : 나노클레이

난연보조제 b : 실리콘 화합물

산화방지제 : 페놀계 1차 산화 방지제

활제 : 폴리에틸렌 왁스

<물성 평가 방법 및 기준>

상기 표 1의 조성비로 제조된 각 조성물에 대하여 two-roll mill를 사용하여 140℃에서 20분간 혼련 시킨 후, 170℃에서 20분간 가압 프레스하여 세퍼레이터 시편을 제작하고, 상온에서의 기계적 물성, 유전율 및 난연성을 측정하였다. 이에따른 결과를 아래와 같이 표 2에 정리하였고, 간략한 실험 조건은 다음과 같다.

(1) 기계적 물성 평가

기계적 물성은 ASTM D638 에 따라 상온 신장율을 측정하였다. 요구되는 상온 신장율은 50%이상이어야 한다.

(2) 유전율 평가

유전율 평가는 ASTM D150 에 따라 유전손율(loss factor, tanδ)을 측정하였다. 요구되는 유전손율(tanδ)은 0.005를 넘어서는 안된다.

(3) 난연성 평가

난연성 평가는 한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI) 및 연기밀도(Smoke Density, Dm)로 측정하였다. LOI 평가는 ASTM D2863 에 따라 측정하며, LOI가 30%이상 이어야 한다. 연기밀도(Dm)은 ASTM E662 에 따라 smoke box에서 시편 3mm로 시험 시 연기밀도는 100이하여야 한다.

	실시 예1	실시 예2	실시 예3	비교 예1	비교 예2	비교 예3
상온 신장율 (%)	300	120	250	30	150	350
유전손율 (tanδ)	0.0004	0.0001	0.0003	0.0002	0.0002	0.03
한계산소지수 (%)	30	31	32	33	25	28
연기밀도	90	60	40	50	150	120

상기 실시예 1 내지 3은 상온 신장율, 유전손율, 한계산소지수 및 연기밀도가 모두 요구하는 기준치를 만족하였다.

이에 반해, 비교예 1의 경우, 난연제를 과량 적용하여 상온 신장율이 기준치인 50%에 미달하였으며, 세퍼레이터 압출시 끊어짐 및 외관불량이 발생하였다.

비교예 2의 경우, 난연제를 소량 적용하여, 한계산소지수 및 연기밀도가 기준치를 만족하지 못하였다. 이는 NFPA 262의 propagation 및 smoke 평균/peak를 만족하지 못할 것으로 판단된다.

비교예 3의 경우, 유전손율이 큰 수지를 사용함으로써 조성물의 유전손율을 만족하지 못하였고, 난연성 역시 실시예에 비해 떨어짐을 알 수 있다. 따라서, 이를 그대로 사용시 케이블이 요구하는 전기적 특성을 만족시킬 수 없다.

11 - 도선 13 - 연선부
15 - 시스체 17 - 도체
19 - 절연피복층 21 - 세퍼레이터
100 - UTP 케이블

Claims (10)

1. 비할로겐 폴리올레핀계 절연 조성물로서,
   상기 조성물은 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 60 내지 90중량% 및 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지 10 내지 40중량%가 혼합된 기본수지; 및 상기 기본수지 100중량부에 대해, 150 내지 200중량부의 표면 처리된 무기난연제 또는 상기 표면 처리된 무기난연제 및 표면 처리되지 아니한 무기난연제의 혼합물을 포함하고;
   상온 신장율이 50% 이상, 유전손율(Loss factor, tanδ)이 0.005 이하, 한계산소지수(Limited Oxygen Index, LOI)가 30이상, 및 연기밀도(Smoke Density, Dm)가 100이하인 것을 특징으로 하는 절연 조성물.
2. 제 1항에 있어서, 상기 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 메탈로센 선형저밀도 폴리에틸렌 수지임을 특징으로 하는 절연 조성물.
3. 제 2항에 있어서, 상기 메탈로센 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 멜트 인덱스(MI)가 1 내지 3 사이임을 특징으로 하는 절연 조성물.
4. 제 2항에 있어서, 상기 메탈로센 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 밀도가 0.920 내지 0.930 사이임을 특징으로 하는 절연 조성물.
5. 제 1항에 있어서, 상기 극성기가 도입된 반응성 선형저밀도 폴리에틸렌 수지는 무수말레인산 또는 글리시딜메타크릴레이트가 그래프트된 선형저밀도 폴리에틸렌수지임을 특징으로 하는 절연 조성물.
6. 제 1항에 있어서, 상기 무기난연제는 수산화마그네슘임을 특징으로 하는 절연 조성물.
7. 삭제
8. 제 1항에 있어서, 기본수지 100중량부에 대해 1 내지 10중량부의 난연보조제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 절연 조성물.
9. 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항중 선택된 어느 한 항의 절연 조성물을 이용하여 제조된 것을 특징으로 하는 UTP 케이블용 세퍼레이터.
10. 절연 피복된 복수의 도선이 꼬여짐으로 형성되는 하나 이상의 연선부;
    상기 연선부를 서로 격리 시키기 위한 세퍼레이터;
    상기 연선부와 세퍼레이터를 감싸는 시스부를 포함하는 UTP(Unshielded Twisted Pair) 케이블에 있어서,
    상기 세퍼레이터는 제 1 항 내지 제 6 항 및 제 8 항중 선택된 어느 한 항의 절연 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 플레넘(plenum)급 UTP케이블.

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