KR102254422B1 - 바이오 가소제 및 가소된 폴리머 조성물 - Google Patents

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Abstract

염화 비닐 수지, 바이오 가소제, 및 삼산화 안티몬을 포함하는 폴리머 조성물이 개시된다. 상기 삼산화 안티몬은, 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로, 300 ppm 이하의 양의 비소, 410 ppm 이하의 양의 납, 및 10 ppm 이하의 양의 철을 포함한다. 상기 폴리머 조성물은 와이어 및 케이블을 위한 코팅재와 같은 다양한 제조 물품에 이용될 수 있다.

Description

바이오 가소제 및 가소된 폴리머 조성물 {BIOPLASTICIZERS AND PLASTICIZED POLYMERIC COMPOSITIONS}
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2013년 10월 2일자로 출원된 미국 가출원 제61/885,549호의 우선권을 주장한다.
본 발명의 다양한 구현예들은 바이오 가소제 및 가소된 폴리머 조성물에 관한 것이다.
가소제는 이들이 첨가되는 수지 (전형적으로 열가소성 폴리머)의 탄성률 및 인장 강도를 낮출 수 있고, 유연성, 연신율, 충격 강도, 및 인열 강도를 증가시킬 수 있는 폴리머 수지에 첨가되는 화합물 또는 화합물들의 혼합물이다. 가소제는 또한 폴리머 수지의 유리 전이 온도를 낮출 수 있고, 이는 폴리머 수지의 가공성을 증진시킨다.
프탈산 디에스테르 (또한 "프탈레이트"로 알려짐)는 통상적으로 폴리 염화 비닐 ("PVC") 및 다른 비닐 폴리머들로부터 형성된 폴리머 제품들과 같이 많은 가요성 폴리머 제품들에서 가소제로서 사용된다. 프탈레이트 가소제들의 예는 디이소노닐 프탈레이트, 디알릴 프탈레이트, 디-2-에틸헥실-프탈레이트, 디옥틸 프탈레이트, 및 디이소데실 프탈레이트를 포함한다.
프탈레이트 가소제는 프탈레이트의 부정적인 환경에 미치는 영향 및 프탈레이트에 노출된 인간에서 잠재적인 부정적 건강 효과에 대해 우려하는 공익 단체에 의해 치열한 조사를 받고 있다. 따라서, 프탈레이트 가소제에 대한 적절한 대체품이 바람직하다.
요약
일 구현예는
(a) 염화 비닐 수지;
(b) 바이오 가소제; 및
(c) 삼산화 안티몬을 포함하는 폴리머 조성물이며,
상기 삼산화 안티몬은 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로 300 ppm 이하의 양의 비소를 포함하고,
상기 삼산화 안티몬은 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로 410 ppm 이하의 양의 납을 포함하며,
상기 삼산화 안티몬은 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로 10 ppm 이하의 양의 철을 포함한다.
본 발명의 다양한 구현예들은 염화 비닐 수지, 바이오 가소제, 및 고 순도 삼산화 안티몬 (Sb2O3)을 포함하는 폴리머 조성물에 관련한다. 그러한 조성물들은 와이어 및 케이블 애플리케이션용 재킷 또는 코팅재에서와 같이 다양한 제조 물품들을 제조하는데 사용될 수 있다.
염화 비닐 수지
본 발명 조성물의 염화 비닐 수지 (또한 염화 비닐 폴리머로 지칭됨) 성분은 폴리 염화 비닐 호모폴리머 또는 1개 이상의 추가의 공단량체의 공중합된 단위를 갖는 염화 비닐의 인터폴리머일 수 있는 고체 고 분자량 폴리머이다. 본원에 사용된 바의, "폴리머"는 동일하거나 또는 상이한 유형의 단량체들을 반응 (즉, 중합)시킴으로써 제조된 거대 분자 화합물을 의미한다. "폴리머"는 호모폴리머 및 인터폴리머를 포함한다. 본원에 사용된 바의, "호모폴리머"는 단일 단량체 유형으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 폴리머를 나타내지만, 호모폴리머를 제조하는데 사용된 잔류량의 다른 성분들을 배제하지 않는다. "인터폴리머"는 적어도 2가지 상이한 유형의 단량체들의 중합에 의해 제조된 폴리머를 의미한다. 이러한 일반적인 용어는 일반적으로 2가지 상이한 단량체 유형으로부터 제조된 폴리머들, 및 2가지 이상의 상이한 단량체 유형으로부터 제조된 폴리머들, 예, 터폴리머 (3가지 상이한 단량체 유형), 테트라폴리머 (4가지 상이한 단량체 유형), 등을 지칭하기 위해 사용된 코폴리머들을 포함한다.
존재하는 경우, 공단량체들은 코폴리머의 최대 20 중량% ("중량%")를 차지할 수 있다. 적절한 공단량체들의 예는 C2-C6 (즉, 2 내지 6개의 탄소 원자를 가짐) 올레핀류, 예를 들면 에틸렌 및 프로필렌; 직쇄 또는 분지된 C2-C4 카르복실산의 비닐 에스테르, 예컨대 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 및 비닐 2-에틸 헥사노에이트; 비닐 할라이드류, 예를 들면 불화 비닐, 불화 비닐리덴 또는 염화 비닐리덴; 비닐 에테르류, 예컨대 비닐 메틸 에테르 및 부틸 비닐 에테르; 비닐 피리딘; 불포화산, 예를 들면 말레산, 푸마르산, 메타크릴산 및 C1-C10 모노- 또는 디알콜류에 의한 그들의 모노- 또는 디에스테르류; 방향족, 지환족 및 선택적으로 분지된 지방족 치환체들을 갖는 말레산 이미드의 N-치환 생성물들 뿐만 아니라 말레산 무수물, 말레산 이미드; 아크릴로니트릴 및 스티렌을 포함한다. 염화 비닐의 그라프트 코폴리머들이 또한 조성물들에 사용하기에 적절하다. 예를 들면, 에틸렌 코폴리머류, 예컨대 에틸렌 비닐 아세테이트, 및 에틸렌 코폴리머 엘라스토머류, 예컨대 EPDM (에틸렌, 프로필렌 및 디엔류의 공중합된 단위를 포함하는 코폴리머류) 및 염화 비닐로 그라프트된 EPR (에틸렌 및 프로필렌의 공중합된 단위를 포함하는 코폴리머류)가 염화 비닐 수지 성분으로서 사용될 수 있다.
PVC 호모폴리머의 상업적으로 입수할 수 있는 예는 Oxy Vinyls, LP로부터 입수할 수 있는 Oxy Vinyls 240F이다.
상기 폴리머 조성물들은 폴리머 조성물의 전체 중량을 기준으로 30 내지 80 중량%, 40 내지 75 중량%, 50 내지 70 중량%, 또는 55 내지 65 중량% 범위의 양의 염화 비닐 수지를 포함할 수 있다.
바이오 가소제
"가소제"는 그것이 부가되는 수지의 탄성률 및 인장 강도를 낮추고, 유연성, 연신율, 충격 강도, 및 인열 강도를 증가시키는 물질이다. 가소제는 또한 수지의 융점을 낮출 수 있고, 유리 전이 온도를 낮출 수 있고, 그것이 부가되는 수지의 가공성을 증진시킬 수 있다.
바이오 가소제는 재생 가능한, 천연 원료 물질들, 예컨대 식물 오일로부터 유도된 가소제류이다. 조성물들은 단일 바이오 가소제 또는 2가지 이상의 바이오 가소제들의 블렌드를 포함할 수 있다. 미국 특허 출원 공개 제2010/0010127호는 바이오 가소제류 및 그들의 생산 방법을 기재하고 있다.
에폭시드화된 식물성 오일, 예컨대 에폭시드화된 대두유 및 에폭시드화된 아마인유는 본 발명의 폴리머 조성물들에 포함될 수 있는 바이오 가소제들의 예이다. 본원 발명의 목적을 위해, 가소제는 그것이 적어도 하나의 에폭시드 기를 함유하는 경우에 에폭시드화된다. "에폭시드 기"는 이미 서로 결합되어 있는 2개의 탄소 원자들 각각에 산소 원자가 결합되는 3원 환상 에테르 (또한 옥시란 또는 산화 에틸렌이라 칭함)이다. 본원에 사용하기 위해 적절한 상업적으로 입수할 수 있는 에폭시드화된 대두유는 Ferro Corporation으로부터 입수할 수 있는 PLAS-CHEKTM 775이다.
식물성 오일-유도된 지방산의 에폭시드화된 에스테르류, 예컨대 에폭시드화된 지방산 메틸 에스테르류는 적절한 바이오 가소제들의 다른 예이다. 지방산 에스테르류는 재생 가능한 소스, 예컨대 식물 오일로부터 유도된 지방산들과 알코올의 반응으로부터 유도될 수 있다. 에폭시드화된 대두 지방산 에스테르류는 이러한 군에 속하는 적절한 바이오 가소제의 예이다.
아세틸화된 왁스 및 오일은 본 발명의 조성물들에 포함될 수 있는 바이오 가소제들의 또 다른 부류이다. 아세틸화된 왁스 및 오일은 식물들로부터 유도될 수 있다. 게다가, 아세틸화된 왁스는 심지어 시작하는 왁스가 더 높은 융점을 가질 수 있을지라도 25 ℃의 온도에서 액체일 수 있다. 아세틸화된 피마자 왁스는 하나의 적절한 아세틸화된 왁스의 예이다. 아세틸화된 피마자유는 하나의 적절한 아세틸화된 오일의 예이다. 상업적으로 입수할 수 있는 아세틸화된 피마자 왁스, 오일 및 기타 유도체는 Vertellus Specialties, Inc.로부터 입수할 수 있는 FLEXRICIN® P-8 및 PARICIN® 8 및 Danisco (Du Pont)로부터 입수할 수 있는 Grindsted Soft-N-Safe를 포함한다.
1개 이상의 바이오 가소제들이 본 발명의 조성물들에서 주요 가소제로서 사용될 수 있다. 본원 발명의 목적을 위해, 가소제들은 그것들이 수지 조성물 내에서 충분한 혼화성 또는 호환성을 가짐으로써 상기 조성물 내에서 대부분일 수 있거나 또는 심지어 단독 가소제일 수 있는 경우에 주요 가소제들이다. 따라서, 일부 구현예들에서, 바이오 가소제들은 상기 조성물 내의 전체 가소제의 적어도 50 중량%를 차지한다. 조성물들의 일부 구현예들에서, 바이오 가소제들은 상기 조성물 내의 전체 가소제의 적어도 90 중량%를 차지한다. 또 다른 구현예들에서, 바이오 가소제들은 상기 조성물 내의 전체 가소제의 전체를 구성한다.
식물성 오일의 에폭시드화된 유도체, 식물성 오일의 아세틸화된 유도체 및 이들의 혼합물은 바이오 가소제들로서 특히 유용하다. 1개 이상의 구현예들에서, 상기 폴리머 조성물에 사용된 가소제는 에폭시드화된 식물성 오일 (예, 에폭시드화된 대두유)과 아세틸화된 왁스 (예, 아세틸화된 피마자 왁스)의 조합물을 포함한다. 다양한 구현예들에서, 가소제는 에폭시드화된 대두유 및 아세틸화된 피마자 왁스로 구성되어 있다.
상기 조성물들은 상당한 양의 바이오 가소제들을 함유할 수 있다. 예를 들면, 일부 구현예들에서, 조성물들은 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 5 내지 60 중량%의 바이오 가소제를 포함할 수 있다. 이것은 조성물이 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 7 내지 50 중량%의 바이오 가소제를 포함하는 구현예들을 포함하고, 조성물이 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 10 내지 40 중량%의 바이오 가소제를 포함하는 구현예를 추가로 포함한다. 또 다른 구현예들은 조성물이 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 20 내지 30 중량%의 바이오 가소제를 포함하는 것들을 포함한다.
일부 구현예들에서, 조성물들은 석유 화학으로부터 유도된 가소제들, 예컨대 프탈레이트, 트리메탈리테이트 및 아디프산 폴리에스테르류가 없다. 본원에 사용된 바의 용어 "프탈레이트-없는 조성물"은 프탈레이트가 전혀 없는 조성물이다. "프탈레이트"는 다음 구조식 (I)을 포함하는 화합물이고:
Figure 112016036592769-pct00001
상기 식 중에서, R 및 R'는 동일하거나 또는 상이할 수 있다. R 및 R' 각각은 1 내지 20개의 탄소 원자를 갖는 치환-/미치환-히드로카르빌 기로부터 선택된다. 본원에 사용된 바의, 용어 "히드로카르빌" 및 "탄화수소"는 분지되거나 또는 미분지된, 포화되거나 또는 불포화된, 환식, 다환식, 융합된 또는 비환식 종들, 및 이들의 조합물을 포함하여, 수소 및 탄소 원자들 만을 함유하는 치환체들을 나타낸다. 히드로카르빌 기의 비제한적인 예들은 알킬, 시클로알킬, 알케닐, 알카디에닐, 시클로알케닐, 시클로알카디에닐, 아릴, 아랄킬, 알킬아릴 및 알키닐 기를 포함한다. 각각의 위치 3, 4, 5, 및 6은 수소 또는 다른 모이어티에 의해 채워질 수 있다.
일부 구현예들에서 조성물들은 비-바이오 가소제들이 실질적으로 없다. 조성물은 상기 조성물이 비-생화학적 가소제가 없는 경우에 또는 상기 조성물 내에 존재하는 비-생화학적 가소제의 양이 상기 조성물의 효능에 대해 하찮은 것으로 고려되는 경우에 비-생화학적 가소제들이 실질적으로 없는 것으로 간주된다.
고-순도 삼산화 안티몬
상술한 바와 같이, 고 순도 삼산화 안티몬 (Sb2O3)은 본원에 기재된 폴리머 조성물에 사용된다. 본원에 사용된 바의, "고 순도" 삼산화 안티몬은 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로 300 ppm 이하의 양의 비소, 410 ppm 이하의 양의 납, 및 10 ppm 이하 의 양의 철을 함유한다. 다양한 구현예들에서, 고 순도 삼산화 안티몬은 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로 300 ppm 미만, 170 ppm 미만, 150 ppm 미만, 100 ppm 미만, 또는 50 ppm 미만의 양의 비소를 함유한다. 1개 이상의 구현예들에서, 고 순도 삼산화 안티몬은 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로 410 ppm 미만, 300 ppm 미만, 170 ppm 미만, 또는 10 ppm 미만의 양의 납을 함유한다. 다양한 구현예들에서, 고 순도 삼산화 안티몬은 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로 10 ppm 미만, 7 ppm 미만, 또는 3 ppm 미만의 양의 철을 함유한다.
1개 이상의 구현예들에서, 상기 폴리머 조성물은 폴리머 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 7 중량%, 또는 2 내지 5 중량% 범위의 양의 고 순도 삼산화 안티몬을 포함할 수 있다. 추가의 구현예들에서, 폴리머 조성물은 염화 비닐 수지 100 중량부를 기준으로 100개의 수지당 3 내지 10 부 ("phr"), 또는 4 내지 6 phr 범위의 양의 고 순도 삼산화 안티몬을 포함할 수 있다.
다양한 구현예들에서, 폴리머 조성물은 폴리머 조성물의 전체 중량을 기준으로 9 ppm 이하의 양의 비소, 12.3 ppm 이하의 양의 납, 및 0.3 ppm 이하의 양의 철을 함유할 수 있다.
이론에 의해 구애되기를 바라지는 않더라도, 염화 비닐 수지 조성물 내의 바이오 가소제와 조합하여 낮은 농도의 비소, 납, 및 철을 갖는 삼산화 안티몬을 사용하는 것은 특히 노화됨에 따라 개선된 습식 전기적 절연 저항(wet electrical insulation resistance) ("습식 IR")을 갖는 폴리머 조성물을 제공하는 것으로 생각된다. 다양한 구현예들에서, 폴리머 조성물은 10 주의 노화 내지 36 주의 노화에서 30 % 미만, 25 % 미만, 20 % 미만, 17 % 미만, 15 % 미만, 또는 14 % 이하의 습식 IR의 손실을 나타낼 수 있다. 습식 IR 및 노화 조건을 결정하는 절차는 아래 시험 방법 섹션에 기재되어 있다. 추가로, 다양한 구현예들에서, 폴리머 조성물은 36 주 동안의 노화 후 적어도 0.35 Mohms / 1,000 ft, 적어도 0.38 Mohms / 1,000 ft, 적어도 0.40 Mohms / 1,000 ft, 또는 적어도 0.42 Mohms / 1,000 ft의 습식 IR을 가질 수 있다.
충전제 및 첨가제
일 구현예에서, 폴리머 조성물은 열 안정제를 포함한다. 적절한 열 안정제의 비제한적인 예들은 납-없는 혼합 금속 열 안정제, 납 안정제, 유기 열 안정제, 에폭시드류, 모노카르복실산의 염류, 페놀계 산화 방지제들, 유기 포스파이트류, 하이드로탈사이트류, 제올라이트류, 과염소산염류 및/또는 베타디케톤류를 포함한다. 적절한 베타디케톤류의 비제한적인 예들은 디벤조일메탄, 팔미토일 벤조일 메탄, 스테아로일 벤조일 메탄 및 이들의 혼합물이다. 적절한 디벤조일메탄의 비제한적인 예는 Rhodiastab® 83이다. 팔미토일 벤조일 메탄과 스테아로일 벤조일 메탄의 적절한 혼합물들의 비제한적인 예는 Rhodiastab® 50이다. 적절한 납-없는 혼합 금속 열 안정제의 비제한적인 예들은 Mark® 6797, Mark® 6776 ACM, Mark® 6777 ACM, Therm-Chek® RC215P, Therm-Chek® 7208, Naftosafe® EH-314, Baeropan® MC 90400 KA, Baeropan® MC 90400 KA/1, Baeropan® MC8553 KA-ST 3-US, Baeropan® MC 9238 KA-US, Baeropan® MC 90249 KA, 및 Baeropan® MC 9754 KA를 포함한다. 열 안정제 또는 열 안정제들은 본원 발명의 바이오 가소제에 첨가될 수 있다. 열 안정제들은 상기 폴리머 조성물의 중량을 기준으로 0.1 내지 10 wt %의 양으로 사용될 수 있다.
클레이는 또한 본원에 기재된 폴리머 조성물에 사용될 수 있다. 본 발명을 실시하는데 사용될 수 있는 클레이는 소성되고 처리되거나 또는 처리되지 않을 수 있다. 소성된 클레이는 휘발성 화합물들을 제거하기 위해 처리된, 예를 들면 가열된 클레이이다. 대표적인 클레이는 몬모릴로나이트, 논트로나이트, 바이델라이트, 볼콘스코아이트, 헥토라이트, 사포나이트, 소코나이트; 버미큘라이트; 할로이사이트; 견운모; 또는 이들의 혼합물을 포함하지만 이들로만 제한되지 않는다. 처리되거나 또는 미처리된, 소성된 몬모릴로나이트가 바람직하다. 다양한 CLOISITE 클레이는 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 처리된 몬모릴로나이트 클레이들을 대표한다. 클레이는 폴리머 조성물의 전체 중량을 기준으로 1 내지 14 중량%, 3 내지 10 중량%, 또는 5 내지 8 중량% 범위의 양으로 사용될 수 있다.
폴리머 조성물들은 다른 충전제들 및 첨가제들을 추가로 함유할 수 있다. 존재하는 경우, 다른 유용한 충전제들은 실리카, 이산화 티탄, 활석, 및 다른 유사한 미네랄 충전제들을 포함한다. 조성물들은 다른 컴파운딩 성분들, 예컨대 광 안정제, 발포제, 윤활제, 안료, 착색제, 가공 보조제, 산화 방지제, 가교제, 난연제, 안티 드립제, 경화제, 부스터 및 지연제, 커플링제, 대전방지제, 핵제, 슬립제, 점도 조절제, 점착 부여 제, 항 블로킹제, 계면활성제, 증량제 오일, 산 스캐빈저, 금속 불활성화제 등을 추가로 함유할 수 있다. 그러한 추가의 성분들의 사용은 상기 조성물들이 다양한 용도에서 사용하기 위해 맞춤될 수 있게 허용한다. 특히 유용한 컴파운딩 성분들은 주석, 바륨/아연 및 칼슘/아연 열적 안정제를 포함한다. 첨가제들 및 다른 충전제들이 존재하는 경우, 그것들은 통상적으로 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 상기 폴리머 조성물의 약 15 중량% 이하를 차지한다. 이것은 상기 조성물의 전체 중량을 기준으로 첨가제들 및 다른 충전제들 10 중량% 이하, 5 중량% 이하, 2 중량% 이하, 및 1 중량% 이하를 포함하는 조성물들을 포함한다.
컴파운딩
폴리머 조성물들은 일반적으로 PVC 컴파운딩 업계의 당업자들에게 공지된 종래의 건식-블렌드 또는 습식-블렌드 방법들에 따라 제조된다. 블렌딩 공정으로부터 얻어진 혼합물들은 믹서, 예컨대 Banbury 배치 믹서, Farrel 연속 믹서, 또는 단일 또는 트윈 스크류 압출기에 의해 추가로 컴파운딩될 수 있다.
일 구현예에서, 본 발명의 폴리머 조성물은 건식 블렌드를 제조하기 위해 염화 비닐 수지 분말 내의 생화학적 가소제들의 흡수에 의해 제조될 수 있다. 임의의 적절한 방법/장치는 Brabender 믹서, Henschel 믹서 또는 리본 블렌더를 포함하지만 이들로만 제한되지 않는 건식 블렌드를 제조하기 위해 사용될 수 있다. 폴리머 조성물은 염화 비닐 수지 및 생화학적 가소제 이외에 다른 첨가제들을 함유할 수 있다. 이어서 건식 블렌드는 추가로 컴파운딩될 수 있고 (예를 들면 용융 압출을 통해) 임의의 원하는 형상 (필름, 펠렛, 등)으로 성형될 수 있다.
물품들
본 발명의 다른 국면은 물품들, 예컨대 상기 기재된 1개 이상의 폴리머 조성물을 포함하는 성형되거나 또는 압출된 물품들을 제공한다.
물품들은 와이어 및 케이블 재킷 및 절연을 포함한다. 따라서, 일부 구현예들에서, 상기 물품은 전기적으로 전송할 수 있는 "절연된" 와이어를 제공하기 위해 금속 도전체 및 상기 금속 도전체 상의 코팅재를 포함한다. 본원에 사용된 바의 "금속 도전체"는 전력 및/또는 전기적 신호를 전송하기 위해 사용되는 적어도 하나의 금속 성분이다. 와이어 및 케이블의 유연성이 종종 요구되고, 그에 따라서 금속 도전체는 고체 단면을 가질 수 있거나, 또는 주어진 전체적인 도전체 직경에 대해 증가된 유연성을 제공하는 더 작은 와이어 스트랜드(strand)들로 구성될 수 있다. 케이블들은 종종 여러 성분들, 예컨대 내부 코어 내로 형성되고, 이어서 보호 및 코스메틱 외관을 제공하는 케이블 피복 시스템에 의해 둘러싸인 다수의 절연된 와이어들로 구성되어 있다. 상기 케이블 피복 시스템은 금속성 층들, 예컨대 호일 또는 갑옷을 혼입할 수 있고, 통상적으로 표면 상에 폴리머 층을 갖는다. 보호/코스메틱 케이블 피복 내로 혼입된 1개 이상의 폴리머 층들은 종종 케이블 "재킷화"로서 지칭된다. 일부 케이블들에 대해, 피복은 단지 케이블 코어를 둘러싸는 폴리머성 재킷화 층이다. 또한 도전체들을 둘러싸는 단일 층의 폴리머를 갖고, 절연 및 재킷화 역할 모두를 수행하는 일부 케이블들이 존재한다. 본 발명의 조성물들은 전력 케이블 및 금속성 및 광섬유 통신 용도들 모두를 포함하여 전체 범위의 와이어 및 케이블 제품들 내의 폴리머성 성분들로서 또는 그 속에 사용될 수 있다.
시험 방법
습식 절연 저항
각각의 시료에 대해 10 피트 유효 측정 길이 (물의 바깥쪽 각각의 말단 상의 2 피트를 갖는 14피트 전체 길이)의 3가지 와이어 시험편들이 Underwriters Laboratories ("UL") 표준 83에 의해 지정된 바와 같이 장기간에 75 ℃ 습식 IR로 측정되었다. 노화 전압은 600 V AC이고 측정 전압은 500 V DC이고, 60 초 동안 인가된다.
재료
다음 재료들이 아래 실시예에 사용된다.
사용된 폴리 염화 비닐 ("PVC")은 현탁 중합에 의해 제조되고, 1.00 내지 1.04 dl/g 범위의 고유 점도, 2.32 내지 2.41 범위의 상대적 점도, 68 내지 70의 K 값을 갖는 PVC 호모폴리머인 OXYVINYLSTM 240F이고, 미국 텍사스주 달라스 소재 Oxy Vinyls LP로부터 입수할 수 있다.
아세틸화된 피마자 왁스 ("ACW")는 아세틸화 반응에 적용되고 다음 특성들을 갖는 피마자 왁스 (또한 수소 첨가된 피마자유로서 공지됨)이다: 25 ℃에서 밀도 (g/cc) = 0.953; 산가 (mg KOH/g) = 2.0; 요오드가 (g I2/100g) = 0.7; 히드록실기 수 (mg KOH/g) = 0.0; 점도 (mPa s) @ 25 ℃ = 349; 물 함량 (중량%) = 0.096; 및 색상 = 215 APHA.
PLAS-CHEKTM 775는 0.992의 비중, 110의 APHA 색상 값, 25 ℉의 유동점을 갖는 에폭시드화된 대두유이고, 미국 오하이오주 Mayfield Heights 소재 Ferro Corporation으로부터 입수할 수 있다.
SATINTONETM SP-33은 통상적으로 85　%의 GE 휘도, 1.3 μm의 평균 입자 크기, 6의 pH 레벨을 갖는 소성된 카올린 클레이이고, 독일 루드빅스하펜 소재 BASF SE로부터 입수할 수 있다.
BAEROPANTM MC 90249 KA는 미국 오하이오주 신시내티 소재 Baerlocher Production USA로부터 입수할 수 있는 납-없는 칼슘/아연 혼합-금속 열 안정제이다.
IRGANOXTM 1076은 화학명 옥타데실 3-(3,5-디-터트-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트를 갖는 산화방지제이고, 독일 루드빅스하펜 소재 BASF SE로부터 입수할 수 있다.
MICROFINETM AO9는 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재 Chemtura Corporation으로부터 입수할 수 있는 삼산화 안티몬이다.
AMSPECTM SP는 미국 델라웨어주 Bear 소재 Amspec Chemical Corporation으로부터 입수할 수 있는 고 순도 삼산화 안티몬이다.
AMSPECTM Select는 미국 델라웨어주 Bear 소재 Amspec Chemical Corporation으로부터 입수할 수 있는 고 순도 삼산화 안티몬이다.
REDSTARTM은 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재 Chemtura Corporation으로부터 입수할 수 있는 고 순도 삼산화 안티몬이다.
PETCATTM R9는 미국 펜실베니아주 필라델피아 소재 Chemtura Corporation으로부터 입수할 수 있는 고 순도 삼산화 안티몬이다.
실시예
실시예 1 - 습식 IR
아래 표 1에 제공된 제형들에 따라 하나의 비교 시료 (CS1) 및 4개의 시료들 (S1-S4)을 준비한다.
표 1 - CS1 및 S1-S4의 조성물
Figure 112016036592769-pct00002
표 1에 나타낸 제형들을 제조하는데 있어서, 아세틸화된 피마자 왁스 및 Plas-ChekTM 775를 60 ℃에서 최소 1 시간 동안 가열한다. 이어서, 2가지 성분들을 흔들고 조합하여 가소제 혼합물을 제조한다. 용기 내에서 수동으로 가소제, 클레이, 및 Sb2O3를 제외한 모든 성분들을 혼합한 고체 혼합물을 준비한다. 시그마 블레이드를 갖는 250-cm3 Brabender 믹싱 보올이 90 ℃ 및 40 rpm에서 사용되어 건식 블렌드를 혼합한다. 믹서는 먼저 2분 동안 예열되고, 이어서 고체 혼합물이 첨가되고 60 초 동안 혼합된다. 이어서, 가소제가 첨가되고 10 분 동안 혼합된다. 이어서, 클레이 및 Sb2O3이 첨가되고 60 초 동안 혼합된다. 이어서, 믹서가 정지되고 건식 블렌드가 옮겨진다.
이어서, 건식 블렌드는 cam 회전자들이 있는 250-cm3 Brabender 믹싱 보올 내에서 40 rpm으로 용융 혼합된다. 건식 블렌드가 믹서에 첨가되고, 180 ℃에서 로딩 시간으로부터 10 분 동안 혼합된다.
이어서, 화합물은 원추형 트윈-스크류 압출기에서 160, 165, 170, 175 ℃의 온도 프로필 및 45 rpm으로 펠렛화된다. 시료들 사이에 15-초 전이가 사용되고, 압출기가 시료들 사이에 건조하게 운행된다.
포뮬라 제조 후, 25:1 단일-스크류 압출기 및 미니 와이어 선을 갖는 Brabender 압출기를 사용하여 시료 와이어를 준비한다. 압출기는 40 rpm 및 170, 175, 180, 185 ℃의 온도 프로필로 설정된다. 도전체는 0.064" (14 AWG) 고체 구리 도전체이고 절연 두께는 대략적으로 0.015"이다. 도전체는 뜨거운 공기 건들로 예열되고, 코팅된 와이어 100 피트가 수집된다.
상기 기재된 습식 IR 시험 절차에 따라 상기 시료들 각각을 분석한다. 분석 결과는 아래 표 2에 제공되고, 이는 3가지 시험편들의 평균이다. 표 2는 사용된 삼산화 안티몬 등급 각각의 비소, 납, 및 철 함량을 추가로 제공한다.
표 2 - CS1 및 S1-S4의 습식 IR 특성
Figure 112016036592769-pct00003
표 2에 제공된 결과로부터 알 수 있듯이, 모든 시료에 대해 1 내지 10주의 습식 IR에서 초기 감소 후, 고 순도 삼산화 안티몬을 함유하는 4 개의 시료들은 더 높은 수준의 비소, 납 및 철을 갖는 삼산화 안티몬을 함유하는 비교예 시료보다 더 양호한 그들의 습식 IR을 유지하였다.

Claims (11)

  1. 폴리머 조성물로서,
    (a) 염화 비닐 수지;
    (b) 바이오 가소제; 및
    (c) 삼산화 안티몬을 포함하고,
    상기 삼산화 안티몬은, 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로, 300 ppm 이하의 양의 비소를 포함하고,
    상기 삼산화 안티몬은, 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로, 410 ppm 이하의 양의 납을 포함하며, 그리고
    상기 삼산화 안티몬은, 상기 삼산화 안티몬의 전체 중량을 기준으로, 10 ppm 이하의 양의 철을 포함하는, 폴리머 조성물.
  2. 청구항 1에서, 상기 폴리머 조성물은, 상기 폴리머 조성물의 전체 중량을 기준으로, 9 ppm 이하의 양의 비소, 12.3 ppm 이하의 양의 납, 및 0.3 ppm 이하의 양의 철을 포함하는, 폴리머 조성물.
  3. 청구항 1 또는 2에서, 상기 폴리머 조성물이 UL 표준 83에 따라 분석 시, 10 주의 노화와 36 주의 노화 사이에 30 % 미만의 습식 절연 저항(wet insulation resistance; 습식 IR)의 손실을 나타내는, 폴리머 조성물.
  4. 청구항 1 또는 2에서, 상기 폴리머 조성물이 UL 표준 83에 따라 분석 시, 36 주의 노화 후 적어도 0.38 Mohms/1,000 피트의 습식 IR을 갖는, 폴리머 조성물.
  5. 청구항 1 또는 2에서, 상기 바이오 가소제가 에폭시드화된 천연 오일, 에폭시드화된 지방산 알킬 에스테르, 아세틸화된 왁스 또는 오일, 및 이들의 둘 이상의 조합물로 구성된 군으로부터 선택되는, 폴리머 조성물.
  6. 청구항 1 또는 2에서, 상기 바이오 가소제가 에폭시드화된 대두유 및 아세틸화된 피마자 왁스를 포함하는, 폴리머 조성물.
  7. 청구항 1 또는 2에서, 상기 삼산화 안티몬이, 전체 폴리머 조성물 중량을 기준으로, 1 중량% 내지 7 중량% 범위의 양으로 존재하고; 상기 바이오 가소제가, 전체 폴리머 조성물 중량을 기준으로, 5 중량% 내지 60 중량% 범위의 양으로 존재하며; 그리고 상기 염화 비닐 수지가, 전체 폴리머 조성물 중량을 기준으로, 30 중량% 내지 80 중량% 범위의 양으로 존재하는, 폴리머 조성물.
  8. 청구항 1 또는 2에서, 상기 염화 비닐 수지가 폴리 염화 비닐 호모폴리머인, 폴리머 조성물.
  9. 와이어 또는 케이블용 피복으로서,
    상기 피복이 청구항 1 또는 2의 폴리머 조성물로부터 적어도 부분적으로 제조되는, 피복.
  10. 청구항 9의 피복을 포함하는, 와이어.
  11. 청구항 9의 피복을 포함하는, 케이블.

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