KR102649467B1 - 내한성이 우수한 비할로겐계 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내한성이 우수한 비할로겐계 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 가교 공정을 거치지 않아도 -65℃ 수준의 극한의 내한성을 보유하고, 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 우수하고 환경 친화적이며, 나아가 가교 공정의 생략에 의해 제조비용일 절감될 수 있는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내한성이 우수한 비할로겐계 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 가교 공정을 거치지 않아도 -65℃ 수준의 극한의 내한성을 보유하고, 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 우수하고 환경 친화적이며, 나아가 가교 공정의 생략에 의해 제조비용일 절감될 수 있는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.
철도차량, 선박, 자동차 등에 사용되는 케이블은 이의 사용환경에 따라 내한성이 요구되고, 기존 케이블의 내한 성능은 -50℃ 수준이었으나, 극지에서 운용되는 제품에 사용되기 위해서는 더 높은 수준인 -60℃ 이상의 내한성이 요구된다.
따라서, 고도의 내한성을 만족시키는 고가의 폴리에스테르와 같은 엔지니어링 플라스틱 수지 또는 고밀도 폴리에틸렌 수지를 적용하는 것을 고려해 볼 수 있다.
그러나, 이러한 엔지니어링 플라스틱 수지 등은 가공온도가 높아 상기 가공온도 보다 분해 개시온도가 낮은 가교제를 이용한 화학가교를 수행하는 경우 수지의 성형이 이루어지기 전에 조기가교가 일어날 수 있을 뿐만 아니라, 경도가 매우 높고 뻣뻣하여 유연성, 내한성 등이 크게 저하되어 케이블의 시스층 등에 적용시 포설성, 시공성 등의 작업성이 크게 저하되고, 저온의 환경, 예컨데 -50℃ 이하에서 사용되는 케이블의 시스층 등에 적용하는 것이 곤란한 문제가 있다.
또한, 종래 내한성이 우수한 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 갖는 케이블은 가교 후 요구 특성이 확보되므로 시스층 압출 후 가교하는 공정이 필요하여 케이블의 제조비용이 상승하며 복잡한 가교 설비가 요구되는 문제가 있다.
한편, 종래 내한성 케이블의 난연성을 확보하기 위해 상기 케이블의 시스층을 형성하는 시스 조성물에 난연제를 첨가하게 되는데 종래 할로겐계 난연제를 사용하는 경우 우수한 난연성을 확보할 수 있는 반면, 상기 할로겐계 난연제를 포함하는 케이블의 화재발생시 또는 폐기를 위한 소각시 유독가스가 발생하고 환경오염이 유발되는 문제가 있다.
따라서, 가교 공정을 거치지 않아도 -65℃ 수준의 극한의 내한성을 보유하고, 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 우수하고 환경 친화적이며, 나아가 가교 공정의 생략에 의해 제조비용일 절감될 수 있는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블이 절실히 요구되고 있는 실정이다.
본 발명은 가교 공정을 거치지 않아도 -60℃ 이상의 극한의 내한성을 보유하는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 비할로겐계 난연제를 적용하는 경우에도 난연성이 충분하면서 환경 친화적인 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가, 본 발명은 가교 공정을 거치지 않고 일반 압출만으로도 목적한 물성을 구현할 수 있는 시스층이 적용됨으로써 케이블의 제조비용이 절감될 수 있는 시스 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
시스 조성물로서, 베이스 수지로서 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지를 포함하고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 난연제 70 내지 200 중량부를 추가로 포함하며, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지는 융점(Tm)이 40 내지 105℃, 무니점도(ML(1+4)@125℃)가 20 내지 80 MU, 용융지수(MI)가 1 내지 8 g/min, 밀도가 0.86 내지 0.90인 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지는 에틸렌 단량체와 에틸렌 이외의 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 알파 올레핀 단량체의 공중합체 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
또한, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
한편, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지의 함량은 70 내지 100 중량부이고, 폴리에틸렌 수지 및 말레산 변성 수지 각각의 함량은 0 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 난연제는 표면이 소수성으로 개질된 무기 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 표면이 소수성으로 개질된 무기 난연제는 표면이 비닐실란, 스테아린산, 올레인산 및 아미노폴리실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 표면개질제로 소수성 개질된 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
또한, 상기 무기 난연제는 모스 경도가 2 내지 3이고, 입자 크기가 0.6 내지 6 ㎛인 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
나아가, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 난연보조제로서 적인이나 징크보레이트 또는 이들 모두를 0 내지 10 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 산화방지제 0.1 내지 4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 배합유로서 알킬에스테르계 오일이나 파라핀계 오일 또는 이들 모두를 0 내지 50 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스 조성물을 제공한다.
한편, 도체; 및 상기 도체를 감싸고 상기 시스 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는, 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 내한성이 우수한 비할로겐계 시스 조성물은 베이스 수지인 특정 베이스 수지, 난연제 등의 특정 조합에 의해 가교 공정을 거치지 않는 경우에도 극한의 내한성을 보유할 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
또한, 본 발명에 따른 내한성이 우수한 비할로겐계 시스 조성물은 비할로겐계 난연제를 사용함에도 불구하고 난연성이 충분한 동시에 환경 친화적인 우수한 효과를 나타낸다.
나아가, 본 발명에 따른 내한성이 우수한 비할로겐계 시스 조성물은 특정한 베이스 수지의 배합을 통해 가교 공정을 거치지 않는 경우에도 목적한 물성을 달성할 수 있어 케이블의 제조비용을 절감시킬 수 있는 우수한 효과를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명 되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공 되어지는 것이다.
본 발명에 따른 내한성이 우수한 비할로겐계 시스 조성물은 베이스 수지로서 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지를 포함할 수 있다. 특히, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지의 함량은 70 내지 100 중량부일 수 있다.
여기서, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지의 함량이 70 중량부 미만인 경우 상기 시스 조성물의 내한성이 크게 저하될 수 있다.
상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지는 에틸렌 단량체와 에틸렌 이외의 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센, 1-옥텐 등의 알파 올레핀 단량체의 공중합체 수지로서, 바람직하게는 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 포함할 수 있다.
상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지는 융점(Tm)이 40 내지 105℃, 무니점도(ML(1+4)@125℃)가 20 내지 80 MU, 용융지수(MI)가 1 내지 8 g/min, 밀도가 0.86 내지 0.90일 수 있다.
여기서, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지의 융점(Tm)이 105℃ 초과이거나, 무니점도(ML(1+4)@125℃)가 80 MU 초과이거나, 용융지수(MI)가 1 g/min 미만이거나, 밀도가 0.90 초과인 경우 상기 시스 조성물의 내한성이 크게 저하될 수 있다.
반면, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지의 융점(Tm)이 40℃ 미만이거나, 무니점도(ML(1+4)@125℃)가 20 MU 미만이거나, 용융지수(MI)가 8 g/min 초과이거나, 밀도가 0.86 미만인 경우 상기 시스 조성물의 기계적 물성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 베이스 수지는 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지 이외에 폴리에틸렌 수지, 말레산 변성 수지 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 폴리에틸렌 수지는 상기 시스 조성물의 기계적 물성을 추가로 향상시키고, 상기 말레산 변성 수지, 예를 들어, 말레산 무수물이 그라프트된(grafted) 폴리에틸렌 수지는 다른 수지간의 상용성을 개선시키며 동시에 수지와 난연제 간의 결합성을 추가로 향상시킬 수 있다.
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 폴리에틸렌 수지의 함량은 0 내지 30 중량부일 수 있고, 상기 말레산 변성 수지의 함량은 0 내지 30 중량부일 수 있다. 여기서, 상기 폴리에틸렌 수지 및 상기 말레산 변성 수지 각각의 함량이 30 중량부를 초과하는 경우 상기 시스 조성물의 내한성이 크게 저하될 수 있다.
본 발명에 따른 시스 조성물은 난연제를 추가로 포함할 수 있다. 상기 난연제는 수산화마그네슘(Mg(OH)2), 수산화알루미늄(Al(OH)3) 등의 비할로겐계 난연제를 포함할 수 있다. 상기 수산화마그네슘 등의 난연제는 고표면 에너지를 갖는 친수성인 반면, 상기 베이스 수지는 저표면 에너지를 갖는 소수성이기 때문에, 상기 난연제는 상기 베이스 수지에 대한 분산성이 좋지 않고, 전기적 특성에도 악영향을 미칠 수 있다.
따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 상기 수산화금속계의 난연제는 표면이 비닐실란, 스테아린산, 올레인산, 아미노폴리실록산 등으로 소수성 개질되는 것이 바람직하다.
상기 비할로겐계 난연제는 상기 시스 조성물에 의한 시스층 압출 공정에서 그 형상과 기능을 유지하면서 상기 시스 조성물 내에서의 분산성을 향상시키기 위해 모스 경도가 2 내지 3이고, 입자 크기가 0.6 내지 6 ㎛인 것이 바람직하다.
상기 비할로겐계 난연제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 70 내지 200 중량부일 수 있다. 더 바람직하게는 100 내지 150 중량부일 수 있다. 상기 비할로겐계 난연제의 함량이 70 중량부 미만인 경우 상기 시스 조성물의 난연성이 불충분할 수 있는 반면, 200 중량부 초과인 경우 상기 시스 조성물의 내한성 등의 물성이 저하될 수 있다. 본 발명에 따른 시스 조성물은 상기 비할로겐계 난연제 이외에 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 적인, 징크보레이트 등의 난연보조제 0 내지 10 중량부를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 시스 조성물은 산화방지제, 활제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 특히, 상기 산화방지제는 페놀계, 아민계 등의 산화방지제를 포함할 수 있고, 상기 산화방지제의 함량은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 4 중량부일 수 있다.
본 발명에 따른 시스 조성물은 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 0 내지 50 중량부의 배합유, 예를 들어, 알킬에스테르계 오일, 파라핀계 오일 등을 추가로 포함할 수 있다. 상기 배합유는 상기 시스 조성물의 유연성, 내한성 등을 추가로 향상시킬 수 있다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 구성성분을 아래 표 1에 나타난 함량으로 오픈롤에서 혼련 후 실시예 및 비교예 각각에 따른 시스 조성물을 제조하고, 170℃에서 10분 동안 가압 가열함으로써 IEC 60811-1-1에 준하여 각각의 시스 시편을 제조했다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | |
| 수지1 | 90 | 90 | 90 | 40 | 40 | 90 |
| 수지2 | 50 | |||||
| 수지3 | 50 | |||||
| 수지4 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 | 10 |
| 난연제1 | 100 | 100 | 210 | 100 | 100 | |
| 난연제2 | 100 | |||||
| 보조난연제 | 1 | 1 | 1 | 1 | ||
| 산화방지제 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
- 수지1 : 에틸렌 알파 올레핀 수지
- 수지2 : 에틸렌 비닐아세테이트 수지
- 수지3 : 폴리에틸렌 수지
- 수지4 : 말레산 무수물이 그라프트된 폴리에틸렌 수지
- 난연제1 : 비닐 실란으로 표면처리한 수산화마그네슘
- 난연제2 : 표면처리하지 않은 수산화마그네슘
- 보조난연제 : 적린
- 산화방지제 : 페놀계 산화방지제
2. 물성 평가
1) 내한성 평가
KS C 3004에 준하여 두께 2.0±0.2 mm, 너비 6.0±0.4 mm, 길이 38.0±2 mm의 크기로 실시예 및 비교예 각각에 따른 시스 시편을 5개씩 준비하여 -35℃에서 2분 30초 동안 에틸알코올 용액에 담근 후 타격하였다. 측정값은 크랙발생 시편수/총 시편수로 기록했다.
2) 난연성 평가
규격 ISO 4589-2에 준하여 두께 3.0±0.25 mm, 너비 6.5±0.5 mm, 길이 70~150 mm의 크기로 실시예 및 비교예 각각에 따른 시스 시편을 만들어 정해진 시험 조건하의 산소, 질소의 혼합기체에서 수직 방향의 시험편이 연소를 지속하게 하는 최소 산소 농도(산소지수)를 측정했다.
상기 평가 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
| 실시예 1 | 실시예 2 | 비교예 1 | 비교예 2 | 비교예 3 | 비교예 4 | ||
| 내한성 | (크랙수/총시편수) | 만족 (0/10) |
만족 (0/10) |
불량 (8/10) |
불량 (10/10) |
불량 (6/10) |
불량 (3/10) |
| 산소지수 | % | 30 | 26 | 32.5 | 31 | 29 | 30 |
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1 및 2의 비할로겐계 시스 조성물로부터 형성된 시스 시편은 내한성 및 난연성이 모두 우수한 것으로 확인되었다.
한편, 비교예 1의 시스 시편은 난연제의 함량이 과도하여 유연성, 내한성 등이 크게 저하된 것으로 확인되었고, 비교예 2 및 3의 시스 시편은 각각 에틸렌 알파 올레핀 수지 함량이 기준 미달로 역시 유연성, 내한성 등이 크게 저하된 것으로 확인되었으며, 비교예 4의 시스 시편은 첨가된 난연제의 표면이 소수성으로 처리되지 않아 베이스 수지와 난연제와의 상용성 저하에 의해 내한성이 저하된 것으로 확인되었다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.
Claims (11)
- 가교되지 않은 시스 조성물로서,
베이스 수지로서 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지 및 말레산 무수물이 그라프트된 폴리에틸렌 수지를 포함하고,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지의 함량은 70 내지 90 중량부이고, 상기 말레산 무수물이 그라프트된 폴리에틸렌 수지의 함량은 10 내지 30 중량부이며,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 비할로겐계 난연제 70 내지 200 중량부를 추가로 포함하며,
상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지는 에틸렌 단량체와 에틸렌 이외의 프로필렌, 1-부텐, 1-펜텐, 1-헥센 및 1-옥텐으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 알파 올레핀 단량체의 공중합체 수지를 포함하고, 융점(Tm)이 40 내지 105℃, 무니점도(ML(1+4)@125℃)가 20 내지 80 MU, 용융지수(MI)가 1 내지 8 g/min, 밀도가 0.86 내지 0.90인 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 에틸렌 알파 올레핀 공중합체 수지는 폴리올레핀 엘라스토머(POE)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 삭제
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 비할로겐계 난연제는 표면이 소수성으로 개질된 무기 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 제5항에 있어서,
상기 표면이 소수성으로 개질된 무기 난연제는 표면이 비닐실란, 스테아린산, 올레인산 및 아미노폴리실록산으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 표면개질제로 소수성 개질된 수산화마그네슘 또는 수산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 제6항에 있어서,
상기 무기 난연제는 모스 경도가 2 내지 3이고, 입자 크기가 0.6 내지 6 ㎛인 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 난연보조제로서 적인이나 징크보레이트 또는 이들 모두를 0 내지 10 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 산화방지제 0.1 내지 4 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 배합유로서 알킬에스테르계 오일이나 파라핀계 오일 또는 이들 모두를 0 내지 50 중량부로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가교되지 않은 시스 조성물. - 도체; 및
상기 도체를 감싸고 제1항 또는 제3항의 가교되지 않은 시스 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는, 케이블.
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| KR101314010B1 (ko) * | 2013-07-25 | 2013-10-01 | 김웅 | 난연성 폴리올레핀 조성물 |
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