KR20060087835A

KR20060087835A - 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물

Info

Publication number: KR20060087835A
Application number: KR1020050008688A
Authority: KR
Inventors: 서일건; 박도현
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2005-01-31
Publication date: 2006-08-03

Abstract

본 발명은 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물은, 20 내지 80 중량%의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 20 내지 80 중량%의 폴리에틸렌계 공중합체가 블랜딩된 베이스수지 100 중량부;에 대하여 난연제인 금속수산화물 100 내지 250 중량부;를 포함하여 이루어지며, 상기 폴리에틸렌계 공중합체에 있어서, 그 용융온도는 90℃ 이하이며, 그 용융지수는 1 이하인 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 사용된 조성물 성분 내에 할로겐 원소가 포함되어 있지 않아 연소시 종래의 할로겐계 제품에 비해 친환경적이라 할 수 있으며, 각종 물성, 예컨대 내뜯김성, 내열성, 난연성, 내유성 및 유연성 등에서 종래의 제품들에 비해 우수함은 물론, 본 발명에 따른 절연재, 예컨대 전선용 절연피복층이 연소되는 경우에 발생되는 가스의 유해성, 독성이 현저하게 저하되어 인체 및 환경에 친화적인 제품을 제공할 수 있는 장점을 갖는다.

저독성, 할로겐, 내열, 커플링, 난연조제, 실란 코팅

Description

내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물{Composition for production heat resistant and flame retardant insulating material of halogen free type with low toxic properties}

본 발명은 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 난연제로 사용되는 금속수산화물의 표면을 실란을 처리하여 내유, 내열 특성을 개선하고 베이스 수지로 블랜딩되는 성분 수지의 적절한 조합을 통해 이를 이용하여 제조된 절연재의 연소시 유해가스 발생량을 저감시키고, 기계적물성, 유연성 및 가공성까지도 개선시키는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물에 관한 것이다.

전선의 절연재료로 이용되기 위해서는 일정 정도 이상의 난연성이 요구되고 있으며, 이러한 난연성 개선을 위한 목적으로 개발된 것이 할로겐 원소를 포함하고 있는 수지 조성물을 이용하는 방법이 알려져 있다. 한편, 할로겐 원소를 함유한 수지 조성물을 이용하여 제조된 절연재의 경우에는 연소시 불연의 무거운 할로겐 가스를 발생시키고 첨가제와 반응함으로써 고형화된 재를 형성시킴으로써 재료의 연소를 억제하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 할로겐계 수지를 이용하여 제조된 절 연재의 경우에는 기본적으로 난연성이 보유되어 있으며, 보다 개선된 난연성 확보를 목적으로 각종 난연제를 첨가하고 있다. 이렇게 첨가되는 각종 난연제는 소량만이 사용되므로 베이스수지의 기본 물성에 큰 영향을 미치지 아니하며, 절연재료의 점도 상승을 유발시키지도 않으므로 우수한 압출가공성을 발현하는 장점이 있다.

종래의 절연재료를 제조하기 위한 베이스수지에 첨가되는 난연제로서 사용되는 대표적인 물질로서, 폴리비닐클로라이드(PVC)를 들 수 있으나, 상기 물질이 포함된 수지 조성물을 이용하여 제조된 절연재를 연소시키면 다이옥신과 같은 유독성 가스가 방출됨으로 인해, 인체는 물론 환경에도 유해한 영향을 끼치고 있는 것으로 알려지게 되었다. 이와 관련하여 환경보호를 위한 규제의 측면이나 친환경적인 대체 소재 개발의 관심의 측면 등과 더불어 상대적으로 유해성이 낮은 새로운 재료물질에 대한 개발이 진행되고 있다.

친환경적 난연기술로서 대두되고 있는 기술에서는 무기계 금속수산화물이 사용되고 있으며, 난연성 향상을 위해서는 이들 물질이 상당한 양이 첨가되어야 하는 반면 그로 인하여 제조된 절연재의 인장강도나 신율 등의 기계적 특성이 열화되는 문제점이 지적되고 있다. 이를 해결하기 위한 목적으로 연소시 차르 형성을 촉진하기 위한 방법에 대한 다양한 연구가 진행되고 있으며, 몰리브덴을 이용하여 처리된 금속수산화물을 혼용하는 방법이 알려져 있다.

한편, 베이스수지를 단일 물질로 구성하는 경우에는 그 물질의 사용으로 인해 발생되는 본래적인 단점을 보강하기 어렵기 때문에 혼합 블랜딩 방식에 의해 물성이 열화되는 문제를 해결하기 위한 노력은 이미 다양한 형태로 이루어지고 있다. 특히, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)가 베이스수지로 단독 사용되는 경우, 각종 물성, 예컨대 내한성, 유연성, 내열성 등의 물성이 열악하게 발현됨으므로 이를 보완하기 위한 측면에서 다른 종류의 수지를 혼합 블랜딩하는 방법에 대한 연구가 다양하게 진행되어 왔다. 특히, 수지 조성물로 제조된 절연재의 연소시 다량의 유해가스가 발생하고 있으며, 경우에 따라서는 인간을 사망케 하거나 환경에 치명적인 피해를 입힐 수 있는 문제가 대두되고 있다.

따라서, 각종 물성을 양호하게 유지하면서도 가능하면, 유해성 문제와 관련된 독성 가스의 배출이 억제되거나 저감될 수 있는 절연재의 제조가 요구되고 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위한 다양한 유형의 연구가 시도되고 있으며, 본 발명도 이러한 기술적 배경하에서 안출된 것이다.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 등의 물질을 단독의 베이스수지로 사용하여 난연성 절연재를 제조하는 경우에 수지나 난연성 강화를 위해 사용된 각종 첨가제로 인하여 발생되는 각종 물성의 열화, 예컨대, 내한성, 내열성, 유연성, 내유성이 나빠지고, 특히 연소시 발생되는 유해가스가 인체나 환경에 치명적인 악영향을 초래하는 문제를 해결하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위한 본 발명에 따른 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물은, 20 내지 80 중량%의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 20 내지 80 중량%의 폴리에틸렌계 공중합체가 블랜딩된 베이스수지 100 중량부;에 대하여 난연제인 금속수산화물 100 내지 250 중량부;를 포함하여 이루어지며, 상기 폴리에틸렌계 공중합체에 있어서, 그 용융온도는 90℃ 이하이며, 그 용융지수는 1 이하인 것을 특징으로 한다.

상기 베이스수지의 일부를 구성하는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 폴리에틸렌계 공중합체 간의 혼합 블랜딩하면, 각 성분 수지의 단점이 보완됨은 물론, 다량의 무기물을 첨가할 수 있으며 기계적 물성이 향상되고 압출가공성이 양호하다. 다만, 상기 혼합 블랜딩 비율과 관련하여, 폴리에틸렌계 공중합체의 함량의 관점에서, 상기 수치한정의 하한에 미달하는 경우(반대로 생각하면, EVA의 함량의 상한을 초과하는 경우임)에는 내한성, 유연성 및 내열성에 문제(EVA의 단점)가 발생하며, 상기 수치한정의 상한을 초과하는 경우에는 내유성이 악화되어 바람직하지 못하다.

상기 베이스수지의 일부를 구성하는 폴리에틸렌계 공중합체의 용융온도의 상한을 초과하는 경우에는 유연성이 나빠져 바람직하지 못하며, 그 용융지수는 분자량과 관계되는 것으로서, 상기 용융지수를 초과하는 경우에는 내열, 내유성이 좋지 않아 바람직하지 못하다. 한편, 전술한 물성치를 만족하는 폴리에틸렌계 공중합체로는, 에틸렌 부텐 공중합체(EBR), 에틸렌 프로필렌 공중합체(EPR), 에틸렌 헥센 공중합체(EHR) 및 에틸렌 옥텐 공중합체(EOR) 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 물질이 선택되어 사용되면 바람직하다.

한편, 상기 베이스수지 일부를 구성하는 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 용 융온도는 90℃ 이하이면 바람직하다. 상기 용융온도의 상한을 초과하는 경우에는 유연성이 좋지 않아 바람직하지 않으며, 상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)는 그 내부에 포함된 비닐 아세테이트(VA)의 함량이 10 내지 50 중량%이면 바람직하며, 그 함량에 관한 수치한정의 하한에 미달하는 경우에는 유연성과 내유성이 매우 열악하며, 그 함량에 관한 수치한정의 상한을 초과하는 경우에는 내한성이 급격하에 악화되므로 바람직하지 못하다.

상기 난연제인 금속수산화물의 함량과 관련하여, 상기 수치한정에 미달하는 경우에는 난연성이 저하되며, 상기 수치한정을 초과하는 경우에는 제품의 기계적 물성, 예컨대 신장율 및 인장강도가 저하되어 바람직하지 못하다. 한편, 상기 난연제인 금속수산화물의 표면은 실란계 물질 등으로 처리되면 수지와 친화성이 개선되어 더욱 긴밀한 결합이 이루어져서 난연성이 향상되며, 열분해특성이 개선됨은 물론, 내유, 내열 특성이 개선되어 바람직하다.

전술한 본 발명에 따른 조성물은, 내열 저독성 비할로겐계 난연성 전선용 절연피복층을 제조하기 위해 이용되면 바람직하다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어지지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

실시예(1-5) 및 비교예(1-6)의 구분

본 발명에 따른 실시예로서 실시예 1 내지 5(하기 표 1 참조)로서 구분 설정하고, 이와 대비하기 위한 목적으로서 비교예 1 내지 6(하기 표 2 참조)를 구분 설정하였다.

하기 표 1에 나타낸 실시예들(1-5)에 따른 조성물을 각각 배합한 후, 8인치 오픈롤에서 시트상으로 혼합하고, 170℃에서 20분간 가압성형하고, 각 특성의 측정이나 평가에 적합한 절연재 시편을 제작하였다. 하기 표 1에서는 실시예들(1-5)에 나타낸 조성에 따른 수지조성물을 이용하여 제조된 절연재 시편에 대한 내뜯김성, 내열성, 난연성, 독성여부, 내유성 및 유연성에 대한 하기와 같은 구체적인 각각의 평가방법에 따라 평가를 하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

상기 내뜯김성은 두께 2㎜의 프레스 시트로부터 ASTM D470-82에 의해 찢김 실험을 행하여 측정하였다. 상기 내열성은 136℃의 공기 조건에서 7일간 노화시킨 후, 인장강도 및 신장율을 측정하여 그 잔율로 평가하였으며, 잔율이 80% 이상인 경우에는 합격, 이에 미달하는 경우에는 불합격으로 판정하였다. 상기 난연성은 두께 3㎜의 프레스 시트로부터 ASTM D2863에 의한 산소지수 측정법으로 측정하였으며, 산소지수가 30 이상인 경우에는 합격, 이에 미달하는 경우에는 불합격으로 판정하였다. 상기 독성여부는 NES 713 방법에 의하여 50㎎의 시편을 연소시켜 나온 각종 유해가스의 발생량으로부터 하기의 수학식 1 및 2에 의해 독성지수를 구하였다.

C₀ = C × 100 × V/m

상기 수학식 1에서, C는 특정가스의 농도(ppm)이며, V는 연소챔버의 부피(㎥)이며, m은 연소시료의 중량(g)을 나타낸다.

독성지수 = ∑ C₀/C_f

상기 수학식 2에서, C_f는 각 유해가스의 치사농도(ppm)을 나타낸다.

상기 수학식 2에 의해 계산된 독성지수가 5 미만인 경우에는 독성 정도가 미약한 것으로 보아 합격으로 판정하고, 그 독성지수가 5 이상인 경우에는 불합격으로 판정하였다. 상기 내유성은 Mil 24643에 규정되어 있는 오일을 이용하여 인장시편을 50℃에서 24시간 동안 함침시킨 후, 인장시험을 하여 그 잔율로 평가하였으며, 그 잔율이 50% 이상인 경우에는 합격, 이에 미달하는 경우에는 불합격으로 판정하였다. 상기 유연성은 인장시험을 진행하여 5% 모듈러스 값이 측정하여 평가하였으며, 그 값이 10Mpa 이하이면 합격, 이를 초과하는 경우에는 불합격으로 판정하였다.

구분		실시예
구분		1	2	3	4	5
조 성 성 분	EVA	80	50	80	50	70
	변성EVA					10
	EBR	20	50			20
	EOR			20	50
	난연제	170	150	170	150	150
	난연조제	5	5	5	5	5
	커플링제	2	2	2	2	2
	가교제	11	11	11	11	11
물성	내뜯김성	7.2	8.1	7.5	8	8.2
	내열성	합격	합격	합격	합격	합격
	난연성	합격	합격	합격	합격	합격
	독성	합격	합격	합격	합격	합격
	내유성	합격	합격	합격	합격	합격
	유연성	합격	합격	합격	합격	합격

상기 표 1에서, 상기 EVA는 비닐아세테이트(VA)의 함량이 28%인 에틸렌 비닐 아세테이트(MI=2.5)이며, 상기 변성 EVA는 말레인산 무수물이 도입된 에틸렌 비닐 아세테이트이며, 상기 EBR은 에틸렌 부텐 공중합체이며, 상기 EOR은 에틸렌 옥텐 공중합체이며, 상기 난연제는 실란이 코팅된 수산화마그네슘이 이용되었으며, 상기 난연조제는 실리콘화합물이 이용되었으며, 상기 커플링제는 실란계 커플링제가 이용되었으며, 상기 가교제는 퍼옥사이드(peroxide)가 이용되었다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같은 각 실시예들(1-5)에서의 물성 평가를 위한 절연재 시편의 제조와 동일한 방법으로 하기 표 2에 따른 비교예들(1-6)의 조성물을 이용한 절연재 시편을 제조한 후, 상기 실시예들에 대한 물성 평가와 동일한 평가항목에 관하여 비교예들(1-6)에 대해서도 동일한 방법으로 진행하였으며, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

구분		비교예
구분		1	2	3	4	5	6
조 성 성 분	EVA(1)	100			100	90
	EVA(2)		80	80
	EBR		20	20		10
	LDPE						100
	난연제(1)	180				170	60
	난연제(2)		160	280	180
	난연조제	5	5	5	5	5	5
	커플링제	2	2	2	2	2	2
	가교제	11	11	11	11	11	11
물 성	내뜯김성	5.88	6.23	4.25	5.66	6.75	8.42
	내열성	불합격	불합격	불합격	불합격	불합격	불합격
	난연성	합격	합격	합격	합격	합격	불합격
	독성	합격	합격	합격	합격	합격	불합격
	내유성	불합격	불합격	불합격	불합격	불합격	합격
	유연성	불합격	합격	불합격	불합격	불합격	불합격

상기 표 2에서, 상기 EVA(1)는 비닐 아세테이트(VA)의 함량이 28%인 에틸렌 비닐 아세테이트(MI=2.5)이며, 상기 EVA(2)는 비닐 아세테이트(VA)의 함량이 46%인 에틸렌 비닐 아세테이트(MI=2.5)이며, 상기 EBR은 에틸렌 부텐 공중합체이며, 상기 LDPE는 저밀도 폴리에틸렌이며, 상기 난연제(1)는 실란이 코팅된 수산화마그네슘이 이용되었으며, 상기 난연제(2)는 코팅되지 않은 수산화마그네슘이 이용되었으며, 상기 난연조제는 실리콘화합물이 이용되었으며, 상기 커플링제는 실란계 커플링제가 이용되었으며, 상기 가교제는 퍼옥사이드(peroxide)가 이용되었다.

상기 표 1 및 2에 따른 실시예들(1-5)과 비교예들(1-6)의 물성 비교를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예들(1-5)에서 각종 물성, 예컨대 내뜯김성, 내열성, 난연성, 내유성 및 유연성 등에서 비교예들(1-6)보다 우수한 물성을 갖는 것을 확인할 수 있으며, 특히 독성이 미약한 것으로 평가되므로, 인체나 환경 등에 친화적인 제품으로 제공될 수 있음을 알 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 사용된 조성물 성분 내에 할로겐 원소가 포함되어 있지 않아 연소시 종래의 할로겐계 제품에 비해 친환경적이라 할 수 있으며, 각종 물성, 예컨대 내뜯김성, 내열성, 난연성, 내유성 및 유연성 등에서 종래의 제품들에 비해 우수함은 물론, 본 발명에 따른 절연재, 예컨대 전선용 절연피복층이 연소되는 경우에 발생되는 가스의 유해성, 독성이 현저하게 저하되거나 방지되어 인체 및 환경에 친화적인 제품을 제공할 수 있는 장점을 갖는다.

Claims

20 내지 80 중량%의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)와 20 내지 80 중량%의 폴리에틸렌계 공중합체가 블랜딩된 베이스수지 100 중량부;에 대하여,

난연제인 금속수산화물 100 내지 250 중량부;를 포함하여 이루어지며,

상기 폴리에틸렌계 공중합체에 있어서, 그 용융온도는 90℃ 이하이며, 그 용융지수는 1 이하인 것을 특징으로 하는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물.
제2항에 있어서,

상기 폴리에틸렌계 공중합체(PE)는 에틸렌 부텐 공중합체(EBR), 에틸렌 프로필렌 공중합체, 에틸렌 헥센 공중합체 및 에틸렌 옥텐 공중합체 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA)의 용융온도는 90℃ 이하인 것을 특징으로 하는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 내의 비닐 아세테이트(VA)의 함량이 10 내지 50 중량%인 것을 특징으로 하는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 금속수산화물은 소정의 물질로서 표면처리된 금속산화물인 것을 특징으로 하는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물.
제6항에 있어서,

상기 금속산화물의 표면처리 물질은 실란인 것을 특징으로 하는 내열 저독성 비할로겐계 난연재 조성물.
제1항 내지 제6항 중 선택된 어느 하나의 항에 따른 조성물은, 내열 저독성 비할로겐계 난연성 전선용 절연피복층을 제조하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 내열 저독성 비할로겐계 난연성 절연재 제조용 조성물.