KR19990016442A - 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기적 특성이 우수하면서도 내환경응력균열성이 크게 개선된 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물에 관한 것이다.

본 발명의 수지조성물은 비닐아세테이트 함량이 22% 이상인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 0.5-1.5중량% 함유하는 것을 특징으로 한다.

Description

저전압 전력케이블 절연용 수지조성물

본 발명은 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 베이스 수지인 폴리에틸렌 비닐아세테이트 함량이 비교적 높은 에틸렌비닐 아세테이트 공중합체와 산화방지제를 함유시키므로써 전기적 특성이 우수하면서도 내환경응력균열성(Environmental Stress-Cracking Resistance; 이하 ESCR 이하 한다)이 크게 개선된 폴리올레핀계 수지조성물에 관한 것이다.

종래부터 사용되어온 폴리에틸렌은 저밀도폴리에틸렌(LDPE)으로서 전기적 특성 및 가공성은 우수하나 ESCR이 불충분한 결점을 가지고 있다. 일반적으로 케이블의 수명은 포설후 최소 30년 이상이 요구된다.

영국 특허 제967334호와 일본국 특허 제65-24193호에는 ESCR성을 개선하기 위해서 ESCR개질제로서 폴리에틸랜에 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 블렌드하여 사용하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이 경우 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 비닐아세테이트가 극성(polarity)기를 가지고 있어 전력케이블의 주 요구특성인 전기적 특성이 저하되는 결점이 있다. 참고로, 전력케이블에 사용하는 절연용 수지의 전기적 특성중 탄델타(Tan δ, 유전율과 유전손실의 비)값은 0.001 이하가 적당하다.

이에 본 발명자는 수지의 가공성이 우수하고, 전기적 특성이 양호하면서도 ESCR이 우수한 저전압 전력케이블 절연용 수지의 개발을 위해 노력한 결과, 비닐아세테이트 함량이 비교적 높은 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 소량 첨가하면 ESCR이 크게 개선되고 전기적 특성도 양호하다는 점을 발견하게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 수지의 가공성이 우수하고, 전기적 특성이 우수하며, ESCR이 우수한 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물을 제공하는데 있다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 베이스 수지인 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 및 산화방지제를 함유하는 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물에 있어서, 비닐아세테이트 함량이 22%이상인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 0.5-1.5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물에 관한 것이다.

본 발명에 따른 수지조성물은 우선 산화방지제를 베이스 수지인 폴리에틸렌중에 일부 첨가하여 산화방지제 농축 펠렛(pellet)을 만들고, 이를 에틸렌 비닐아세테이트 공중합체와 블렌딩하여 마스터뱃치(master batch)를 제조한 후, 이를 다시 베이스 수지와 혼합하는 방법으로 제조된다.

본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 베이스 수지로 사용하는 폴리에틸렌 수지와 동일한 폴리에틸렌 수지에 페놀계 산화방지제와 동해방지제(Metal Diactivator) 성분의 산화방지제를 15-20중량%를 첨가하여 산화방지제 농축 펠렛을 만든다. 여기에 압출기 통과시의 열산화 방지를 위하여 또 다른 모노페놀계 산화방지제를 2-3중량% 첨가한다. 페놀계 산화방지제는 장기 열산화안정성에 효과적이며 동해방지성 산화방지제는 전력 케이블 제조시 도체로 사용되는 구리와 절연용 수지가 직접 접촉시 장기적으로 금속이온에 의해 산화가 진행되는 것을 방지해 주는 효과가 있다. 이때 페놀계 산화 방지제와 동해방지성 산화방지제의 첨가비율은 50-55 : 45-50이 적당하며, 더욱 좋기로는 50:50이 적당하다. 상기 산화방지제 농축 펠렛은 에틸렌비닐아세테이트 공중합체와 25.0-75.0 :25.0-75.0의 비율로 블렌드 및 압출하여 저전압 전력케이블 절연용 수지의 중간제품인 마스터뱃치를 제조한다. 이때 사용하는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체중의 비닐아세테이트 함량은 22% 이상이 적당하며, 더욱 좋기로는 27-35%인 것이 적당하다. 에틸렌비닐아세테이트 공중합체중의 비닐아세테이트 함량이 22%미만인 것을 사용하면 상기 조성과 동일한 수지조성물상에서 얻을 수 있는 ESCR과 동등수준을 얻기 위해 보다 많은 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 첨가하여야 하므로 경제적이지 못하다. 상기 마스터뱃치를 베이스 수지인 폴리에틸렌 수지와 97.5-98.5: 1.5-2.5로 컴파운딩하면 완제품이 제조된다. 이 완제품상의 비닐아세테이트 함량은 1400-3200ppm이 적당하고, 더욱 좋기로는 2000-2400ppm이 적당하다. 이 경우 비닐아세테이트 함량이 1400ppm 이하이면 ESCR이 열세하고, 3200ppm이상이면 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다.

상술한 바와 같이, 베이스수지인 폴리에틸렌에 비닐아세테이트 함량이 22%이상인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 0.5-1.5중량% 첨가하면 전기적 특성이 양호하면서 ESCR도 크게 향상된다. 또한 수지의 가공성도 좀 더 향상된다. 그 이유는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체중에 있는 비닐아세테이트가 무정형의 성질을 보여 폴리에틸렌의 결정도를 감소시키는 요인으로 작용하기 때문이다. 비닐아세테이트 함량이 증가하면 결정도의 감소로 유연성이 증가하여 폴리에틸렌에서 발생한 크랙(crack)을 흡수하고 크랙의 성장을 억제시키는 메카니즘으로 설명할 수 있다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하며, 본 발명은 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

산화방지제 농축펠렛 제조를 위해 140-150℃ 로 유지되는 반버리믹서에 저밀도 폴리에틸렌(삼성종합화학(주) 제품, 제품명 :LDPE 210H(밀도 =0.921g/㎤ , MI= 0.3g/10분))과 페놀계 산화방지제(스위스 CIBA GEIGY 제품, 상품명 :IRGANOX1010)7.5중량%, 또다른 페놀계 산화방지제(SHELL 제품, 상품명 :BHT)3.0중량%, 동해방지성 산화방지제(스위스 CIBA GEIGY 제품, 상품명 :IRGANOX MD1024)7.5중량%를 넣어 10-15분간 혼련한 후, 200-220 ℃ 로 유지되는 압출기에서 제립하였다. 결과로써 얻어진 산화방지제 농축펠렛을 비닐아세테이트 함량이 28%인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(미쓰이사 제품, 제품명 :EVAFLEX-260(밀도 =0.950g/cm , MI=6.0g/10분))와 55 :45의 비율로 혼합하여 120-130 ℃ 로 유지되는 반버리믹서에 넣고 406분 동안 재차 혼련한 후, 160-180 ℃ 로 유지되는 압출기에서 압출 및 제립하여 마스터뱃치를 제조하였다.

상기에서 제조된 마스터뱃치를 산화방지제 농축펠렛 제조시 사용한 것과 동일한 저밀도 폴리에틸렌에 1.8중량% 배합하여 180-200 ℃ 로 유지되는 압출기에서 압출 및 제립하여 저전압 전력선 절연용 수지조성물의 제조를 완료하였으며, 이에 대한 ESCR 및 전기적 물성을 ASTM DI693 및 ASTM DI531에 준하여 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

실시예 2

상기 실시예 1에서 산화방지제 농축펠렛과 비닐아세테이트 함량이 28%인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(미쓰이사 제품, 제품명 : EVAFLEX-260(밀도=0.950g/㎤ , MI=6.0g/10분))의 혼합비율이 50:50이고 저밀도 폴리에틸렌에 배합되는 마스터뱃치의 배합비율이 2.0중량g이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수지조성물을 제조하였으며, 이에 대한 ESCR 및 전기적 물성을 ASTM DI693 및 ASTM DI531에 준하여 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

실시예 3

상기 실시예 1에서 산화방지제 농축펠렛과 비닐아세테이트 함량이 28%인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(미쓰이사 제품, 제품명 :EVAFLEX-260(밀도=0.950g/㎤ , MI=6.0g/10분))의 혼합비울이 42:58이고 저밀도 폴리에틸렌에 배합되는 마스터뱃치의 배합비율이 2.4중량% 이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 수지조성물을 제조하였으며, 이에 대한 ESCR 및 전기적 물성을 ASTM DI693 및 ASTM DI531에 준하여 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

비교예 1

상기 실시예 1에서 에틸렌비닐아세테이트 공중합체는 전혀 사용하지 않으며 산화방지제 농축펠렛만을 저밀도 폴리에틸렌에 1.0중량% 배합한다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 수지조성물을 제조하였으며, 이에 대한 ESCR 및 전기적 물성을 ASTM DI693 및 ASTM DI531에 준하여 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

비교예 2

상기 실시예 1에서 산화방지제 농축펠렛에 비닐아세테이트 함량이 15%인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(삼성종합화학(주) 제품, 제품명 :EVA -E153A(밀도=0.936g/㎤ , MI=1.6g/10분))를 25 :75의 비율로 혼합하고 저밀도 폴리에틸렌에 배합되는 마스터뱃치의 배합비율이 4.0중량% 이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 수지조성물을 제조하였으며, 이에 대한 ESCR 및 전기적 물성을 ASTM DI693 및 ASTM DI531에 준하여 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

비교예 3

상기 실시예 1에서 산화방지제 농축펠렛과 비닐아세테이트 함량이 28%인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(미쓰이사 제품, 제품명 : EVAFLEX-260(밀도=0.950g/㎤ , MI=6.0g/10분)) 의 혼합비율이 71 :29이고 저밀도 폴리에틸렌에 배합되는 마스터뱃치의 배합비율이 1.4중량%이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 수지조성물을 제조하였으며, 이에 대한 ESCR 및 전기적 물성을 ASTM DI693 및 ASTM DI531에 준하여 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

비교예 4

상기 실시예 1에서 산화방지제 농축펠렛과 비닐아세테이트 함량이 28%인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체(미쓰이사 제품, 제품명 : EVAFLEX-260(밀도=0.950g/㎤ , MI=6.0g/10분)) 의 혼합비율이 25 :75이고 저밀도 폴리에틸렌에 배합되는 마스터뱃치의 배합비율이 4.0중량%이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1 과 동일한 방법으로 수지조성물을 제조하였으며, 이에 대한 ESCR 및 전기적 물성을 ASTM DI693 및 ASTM DI531에 준하여 측정한 결과를 하기 표1에 나타내었다.

[표 1]

비교예 1 에서와 같이 폴리에틸렌에 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 적용하지 않은 경우 전기적 물성은 양호하나 ESCR 은 매우 열세한 것으로 나타났다. 비교예 2 에서와 같이 에틸렌비닐아세테이트 공중합체중의 비닐아세테이트 함량이 22%미만인 것을 사용한 경우에는 본 발명의 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 적정첨가량인 0.5-1.5중량% 보다 약 2배 많은 3.0중량%를 첨가하여도 ESCR이 크게 개선되지 않으며, 전기적 특성도 크게 저하되는 것을 알 수 있다. 비교예 3과 비교예 4에서는 에틸렌비닐아세테이트 공중합체중의 비닐아세테이트 함량이 22%이상인 것을 사용할 경우, 본 발명에서 에틸렌비닐아세테이트 공중합체의 적정첨가량인 0.5-1.5중량% 대비 하한치를 벗어나는 경우와 상한치를 벗어나는 경우를 예로 든 것인데 하한치를 벗어나는 경우, 비교예 3에서 알 수 있듯이 전기적 물성은 양호하나 ESCR이 크게 개선되지 않는 것으로 나타났고, 상한치를 벗어나는 경우엔 비교예 4에서 알 수 있듯이 ESCR은 크게 개선되나 전기적 특성이 크게 저하되는 것으로 나타났다.

Claims (2)

1. 베이스 수지인 폴리에틸렌, 에틸렌비닐아세테이트 공중합체 및 산화방지제를 함유하는 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물에 있어서, 비닐아세테이트의 함량이 22% 이상인 에틸렌비닐아세테이트 공중합체를 0.5-1.5중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 산화방지제는 페놀계 산화방지제와 동해방지성 산화방지제가 50-55 :45-50의 비율로 이루어진 것을 특징으로 하는 저전압 전력케이블 절연용 수지조성물.