KR20050038307A - 열안정성이 우수한 고난연성 및 저발연성 시스 재료조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블 - Google Patents

열안정성이 우수한 고난연성 및 저발연성 시스 재료조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열안정성이 우수한 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 시스 재료 조성물은 폴리염화비닐 수지 100중량부, 인계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 브롬계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 프탈레이트계 가소제 5 내지 20중량부, 무기 수산화물 30 내지 100중량부, 암모늄 옥타몰리브데이트 5 내지 40중량부, 아연-몰리부덴산염 복합체 5 내지 20중량부, 붕산아연 1 내지 10중량부 및 삼산화안티몬 1 내지 10중량부를 포함한다. 본 발명에 따른 조성물로 형성한 시스는 인장강도, 인장신율, 유연성 등의 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 열안정성이 뛰어나고 고난연성 및 저발연성을 나타내므로 UL910 규격을 만족하는 플레넘급 케이블을 제조할 수 있다.

Description

열안정성이 우수한 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블{High performance flame retardant, low smoke and thermally stable composition for sheath and a cable having the sheath formed therefrom}
본 발명은 열안정성이 우수한 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블에 관한 것이다.
종래의 케이블에 대한 주요 개발방향은 케이블의 전송 용량 및 속도를 향상시키는데 주력되어 왔다. 그러나, 최근에는 사무실이나 빌딩에서 화재 발생시 케이블 연소에 의한 유독가스 발생, 화재 전파의 문제점이 제기됨에 따라, 케이블의 구조를 변화시키거나 재질을 변경하는 등의 방법으로 케이블에 고난연성과 저발연성을 부여하려는 노력이 계속되고 있다.
예를 들어, UTP(unshielded twisted pair) 케이블 중 카테고리 5는 케이블의 난연등급 중 최상위인 플레넘(Plenum)급을 만족시킬 수 있도록 자기 소화성을 지닌 불소계 수지로 절연된 구리 도체층에 난연제가 첨가된 폴리염화비닐의 난연 시스로 구성된 케이블로 구성되어 있고, 카테고리 6은 도체 사이에 불소계 수지로 구성된 십자 형태의 크로스 필러를 삽입한 구조로 되어 있다. 또한, 광케이블의 시스를 구성하는 재료로서, 폴리염화비닐에 포스페이트계 가소제와 브롬계 가소제를 단독으로 또는 이들을 혼용하여 첨가한 광케이블이 개발되었다. 그러나, 포스페이트계 가소제는 저발연 특성이 있지만 난연성이 저하되고, 브롬계 가소제는 난연성을 향상시키는 반면에, 연소 과정중 인체에 유해한 독성가스를 방출하며 저발연 특성을 만족시키지 못하는 단점이 있다. 특히, 포스페이트계 가소제와 브롬계 가소제만을 혼용하여 사용시에는 가소화 성능이 저하되며 가공시 열안정성이 취약해지는 단점이 있다.
저발연성과 고난연성을 만족시키기 위하여, 전술한 가소제에 스모크 억제제로 사용되는 암모늄 옥타몰리브데이트(ammonium octamolybdate, AOM)와 같은 무기 난연제와, 스모크 억제제 및 난연제로 사용되는 알루미늄 트리하이드레이트(ATH, aluminium trihydrate) 및 마그네슘 디하이드레이트(MDH, magnesium dihydrate)를 첨가하는 방법이 제안되었다. 그러나, 암모늄 옥타몰리브데이트가 소정 함량 이상 첨가되면 케이블의 저발연성은 향상시키나 열안정성을 저하시키므로, 케이블 압출가공시 재질이 탄화되어 탄점이 발생하게 되어 결국 케이블의 물성 저하를 야기시킨다. 또한, 알루미늄 트리하이드레이트 및 마그네슘 디하이드레이트가 소정 함량 이상 첨가되면 저발연성과 난연성은 향상되나, 케이블 설치시 요구되는 유연성이 저하되며 가열 후 신장잔율을 저하시켜 기계적 물성이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 가공시 부하를 증가시키며 마찰열을 증가시켜 열안정성 저하의 원인이 된다. 즉, 베이스 수지 100중량부에 대하여 알루미늄 트리하이드레이트는 150중량부 이상, 암모늄 옥타몰리브데이트는 30중량부 이상을 첨가하여야만 UL910 수준의 난연 및 발연특성을 만족시킬 수 있으나, 이와 같은 함량을 첨가하는 경우 전술한 문제점이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하여 인장강도, 인장신율, 유연성 등의 기계적 물성이 우수할 뿐만 아니라, 열안정성이 뛰어나고 고난연성 및 저발연성을 나타내어 UL910 규격을 만족하는 플레넘급 케이블을 제조할 수 있는 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블을 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 폴리염화비닐 수지 100중량부, 인계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 브롬계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 프탈레이트계 가소제 5 내지 20중량부, 무기 수산화물 30 내지 100중량부, 암모늄 옥타몰리브데이트 5 내지 40중량부, 아연-몰리부덴산염 복합체 5 내지 20중량부, 붕산아연 1 내지 10중량부 및 삼산화안티몬 1 내지 10중량부를 포함하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물을 제공한다.
본 발명에 따른 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물에 있어서, 인계 난연성 가소제로는 포스포러스 포스페이트계의 인계 가소제, 탄소수가 12 내지 16인 알킬디페닐에스테르/인산 혼합물을 단독으로 또는 이들을 혼용하여 사용할 수 있고, 브롬계 난연성 가소제로는 브로미네이티드 디옥틸 프탈레이트, 테트라브로모프탈레이트 에스테르를 단독으로 또는 이들을 혼용하여 사용할 수 있고, 프탈레이트계 가소제는 부틸옥틸 프탈레이트, 디이소데실 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트를 단독으로 또는 이들을 혼용하여 사용할 수 있다.
전술한 시스 재료 조성물을 이용하여 형성된 시스를 이용하면 고난연성 및 저발연성 케이블을 제조할 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물에 있어서, 베이스 수지인 폴리염화비닐 수지는 중합도가 800 ~ 2,000인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물에는 3 종류의 가소제를 혼합 사용하였다.
인계 난연성 가소제는 폴리염화비닐 100중량부를 기준으로 10 내지 30중량부 첨가하였다. 인계 난연성 가소제로는 포스포러스 포스페이트계의 인계 가소제, 탄소수가 12 내지 16인 알킬디페닐에스테르/인산 혼합물을 단독으로 또는 이들을 혼용하여 사용하는 것이 바람직한데, 포스포러스 포스페이트계의 인계 가소제로는 아이소데실 디페닐 포스페이트(isodecyl diphenyl phosphate), 알킬 아릴 포스페이트(alkyl aryl phosphate), 옥틸 디페닐 포스페이트(octyl diphenyl phosphate), 트리크레실 포스페이트(tricresyl phosphate), 트리크실레닐 포스페이트(trixylenyl phosphate) 등이 있다. 인계 난연성 가소제의 함량이 10중량부 미만이면 가소화 효과가 저하되어 가공성이 좋지 않고 플레넘급의 난연시험을 통과할 정도의 고난연성을 얻을 수 없다. 또한, 그 함량이 30중량부를 초과하면 내열특성이 저하되는 문제점이 있다.
브롬계 난연성 가소제는 폴리염화비닐 100중량부를 기준으로 10 내지 30중량부 첨가하였다. 브롬계 난연성 가소제로는 브로미네이티드 디옥틸 프탈레이트(brominated dioctyl phthalate), 테트라브로모프탈레이트 에스테르(tetrabromophthalate ester)를 단독으로 또는 이들을 혼용하여 사용하는 것이 바람직한데, 그 함량이 10중량부 미만이면 인계 난연성 가소제와의 난연 상승효과가 미미하고, 30중량부를 초과하면 발연성이 증가하여 저발연성의 효과를 기대하기 어렵다.
또한, 프탈레이트계 가소제는 폴리염화비닐 100중량부를 기준으로 5 내지 20중량부 첨가하였다. 프탈레이트계 가소제로는 부틸옥틸 프탈레이트, 디이소데실 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트를 단독으로 또는 이들을 혼용하여 사용하는 것이 바람직한데, 그 함량이 5중량부 미만이면 가소화 효과와 열안정성이 저하되고, 20중량부를 초과하면 난연성과 저발연성이 저하된다.
또한, 본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물은 무기 수산화물 30 내지 100중량부를 포함한다. 무기 수산화물로는 알루미늄 트리옥사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 훈타이트, 마그네슘 하이드레이트 등을 단독으로 또는 이들을 혼용하여 사용하는 것이 바람직한데, 그 함량이 30중량부 미만이면 고난연성을 얻기 어렵고 100중량부를 초과하면 충진성과 가공성이 떨어지며, 열안정성이 저하되어 기계적 물성이 저하된다.
또한, 본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물은 아연-몰리부덴산염 복합체 5 내지 20중량부 및 붕산아연 1 내지 10중량부를 포함하는데, 이 범위 내에서 기계적 물성의 저하없이 난연효과의 상승을 기대할 수 있다.
한편, 본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물은 스모크 억제제로서 암모늄옥타몰리브데이트(ammonium octamolybdate, AOM)를 5 내지 40중량부 함유한다. 그 함량이 5중량부 미만이면 저발연성의 연기밀도 억제효과와 난연상승효과를 기대하기 어렵고, 40중량부를 초과하면 기계적 물성과 열안정성이 저하된다.
또한, 본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물은 난연 보조제로서 삼산화안티몬을 1 내지 10중량부 포함한다. 그 함량이 1중량부 미만이면 난연 상승을 기대할 수 없고, 10중량부를 초과하면 높은 연기밀도값을 보인다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 성분과 조성비율로 이루어진 재료로 형성한 시스는 열안정성이 뛰어나고 고난연성 및 저발연성을 나타내므로 UL910 규격을 만족하는 플레넘급 케이블을 제조하는데 이용될 수 있으며, 인장강도, 인장신율, 유연성 등의 기계적 물성 또한 우수하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되어 지는 것이다.
실시예 1 ~ 5
하기 표 1에 기재된 바에 따른 성분과 조성비로 오픈롤에서 혼련한 다음, 170℃에서 10분간 성형하여 시편을 제작하였다.
구성성분(중량부) 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5
폴리염화비닐 수지 100 100 100 100 100
이소데실디페닐포스페이트 30 30 20 20 -
알킬디페닐에스테르/인산혼합물 - - - - 10
브롬계 가소제 10 20 10 20 30
프탈레이트계 가소제 5 15 10 5 10
삼산화안티몬 5 5 5 5 5
알루미늄 트리하이드레이트 50 50 70 50 50
암모늄 옥타몰리브데이트 10 10 10 20 30
아연-몰리브덴산염 복합체 5 5 5 5 5
붕산아연 5 5 5 5 5
파라핀 왁스 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
페놀계 산화방지제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
TLS 납계 안정제 5 5 5 5 5
비교예 1 ~ 6
하기 표 2에 기재된 바에 따른 성분과 함량을 변화시킨 것을 제외하고는 실시예와 동일한 방법으로 시편을 제작하였다.
구성성분(중량부) 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5 비교예 6
폴리염화비닐 수지 100 100 100 100 100 100
이소데실디페닐포스페이트 30 30 - 30 30 30
브롬계 가소제 20 - - 20 20 20
프탈레이트계 가소제 - 20 50 10 10 10
삼산화안티몬 5 5 5 5 5 5
알루미늄 트리하이드레이트 50 50 50 120 50 50
암모늄 옥타몰리브데이트 20 20 20 20 4 20
아연-몰리브덴산염 복합체 5 5 5 5 5 -
붕산아연 5 5 5 5 5 5
파라핀 왁스 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
페놀계 산화방지제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
TLS 납계 안정제 5 5 5 5 5 5
상기 표 1 및 2에서, 브롬계 난연성 가소제로는 브로미네이티드 디옥틸 프탈레이트를 사용하였고, 프탈레이트계 가소제는 디이소데실프탈레이트(DIDP)를 사용하였고, 조성비율 단위는 중량부이다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조한 시료에 대하여 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하여 표 3에 나타냈다.
THE(total heat evolved)
ASTM 1356-90에 따라 콘 칼로리메터에서 연소실험을 실시하였다. 일정크기의 시편(100×100×3mm)을 콘 형태의 히터 밑에 수평으로 위치한 후, 일정한 열량(70kW/㎡)을 가하여 재료의 연소시 방출되는 열량을 측정하였다. UL910 수준의 난연성을 가지려면 70kW/㎡의 열량을 가할 때 약 25MJ/㎡ 이하의 THE 값을 가져야 함을 경험적으로 도출하였다.
TSR(total smoke released)
THE를 측정하는 방법과 동일한 방법으로 연기밀도를 측정하였다. UL910 수준의 저발연성을 가지려면 70kW/㎡의 열량을 가할 때 약 700 이하의 TSR 값을 가져야 함을 경험적으로 도출하였다.
상온특성
ASTM D638에 준하여 인장강도 및 신장율을 측정하였다.
열안정성
약 5mg의 시편을 유리 시험관에 넣은 다음, 윗부분은 지시종이로 막고 200℃를 유지하면서 시스재료가 열분해되어 지시종이의 색깔이 변할 때의 시간을 측정하였다.
물성 실시예 비교예
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 6
THE(MJ/㎡) 23 24 21 22 21 22 28 35 19 23 29
TSR 650 680 620 680 670 650 900 1500 550 1200 900
인장강도(kgf/㎟) 1.90 1.78 1.71 1.83 1.75 1.87 1.95 2.0 1.45 1.85 1.83
신장율(%) 190 220 170 202 198 220 210 225 140 200 195
열안정성(sec) 3200 3800 3650 3350 3350 1350 3800 4200 3600 3520 3550
케이블 유연성 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 좋음 나쁨 좋음 좋음
UL910 평가결과(연기밀도) 합격 합격 합격 합격 합격 합격 - 불합격 - - -
UL910 평가결과(플레임 길이) 합격 합격 합격 합격 합격 합격 - 불합격 - - -
상기 표 3을 참조하면, 실시예 1 내지 5의 시편에 대한 측정결과는 모두 만족할 만한 수준이었다. 반면, 프탈레이트계 가소제를 첨가하지 않은 비교예 1의 시편은 UL910 규격은 합격되었으나 열안정성이 매우 떨어졌고, 브롬계 가소제를 첨가하지 않은 비교예 2의 시편은 THE 및 TSR 값이 높게 나타났다. 또한, 가소제로서 프탈레이트계 가소제만 첨가한 비교예 3의 시편 역시 THE 및 TSR 값이 높았으며 UL910 규격에도 불합격하였다. 알루미늄 트리하이드레이트를 과량 첨가한 비교예 4의 시편은 난연 및 저발연성은 우수하였으나 유연성이 저하되었고, 인장강도와 신율 또한 열등하였다. 암모늄옥타몰리브데이트를 너무 적게 첨가한 비교예 5의 시편은 TSR 값이 높게 나타났고, 아연-몰리브덴산염 복합체를 첨가하지 않은 비교예 6의 시편은 THE 및 TSR 값이 높게 나타났다.
전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 성분과 조성비율로 이루어진 재료로 형성한 시스는 열안정성이 뛰어나고 고난연성 및 저발연성을 나타내므로 UL910 규격을 만족하는 플레넘급 케이블을 제조하는데 이용될 수 있으며, 인장강도, 인장신율, 유연성 등의 기계적 물성 또한 우수하다.

Claims (6)

  1. 폴리염화비닐 수지 100중량부, 인계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 브롬계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 프탈레이트계 가소제 5 내지 20중량부, 무기 수산화물 30 내지 100중량부, 암모늄 옥타몰리브데이트 5 내지 40중량부, 아연-몰리부덴산염 복합체 5 내지 20중량부, 붕산아연 1 내지 10중량부 및 삼산화안티몬 1 내지 10중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 인계 난연성 가소제는 포스포러스 포스페이트계의 인계 가소제, 탄소수가 12 내지 16인 알킬디페닐에스테르/인산 혼합물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 브롬계 난연성 가소제는 브로미네이티드 디옥틸 프탈레이트, 테트라브로모프탈레이트 에스테르 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 프탈레이트계 가소제는 부틸옥틸 프탈레이트, 디이소데실 프탈레이트, 디이소노닐 프탈레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 무기 수산화물은 알루미늄 트리옥사이드, 마그네슘 하이드록사이드, 훈타이트, 마그네슘 하이드레이트 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  6. 폴리염화비닐 수지 100중량부, 인계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 브롬계 난연성 가소제 10 내지 30중량부, 프탈레이트계 가소제 5 내지 20중량부, 무기 수산화물 30 내지 100중량부, 암모늄 옥타몰리브데이트 5 내지 40중량부, 아연-몰리부덴산염 복합체 5 내지 20중량부, 붕산아연 1 내지 10중량부 및 삼산화안티몬 1 내지 10중량부를 포함하는 조성물로 형성된 고난연성 및 저발연성 시스를 구비하는 케이블.
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