KR20060096704A

KR20060096704A - 굽힘 변형시 백화현상이 억제된 난연성 전선 피복재료 조성물

Info

Publication number: KR20060096704A
Application number: KR1020050017408A
Authority: KR
Inventors: 홍채환; 조재영; 윤승훈; 장도훈; 이건주
Original assignee: 엘에스전선 주식회사; 재단법인서울대학교산학협력재단
Priority date: 2005-03-02
Filing date: 2005-03-02
Publication date: 2006-09-13
Also published as: KR100655532B1

Abstract

본 발명은 전선 피복재료 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 조성물 총 중량을 기준으로, 폴리프로필렌계 수지 20 내지 30중량%; 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 10 내지 20중량 %; 및 무기 난연제 50 내지 70중량%;를 포함한다. 본 발명에 따른 전선 피복재료 조성물은 인장강도, 인장신율 등의 기계적 물성이 저하되지 않으면서도 굽힘 변형시 백화현상이 최소화된다.

폴리프로필렌, 무수 말레산, 폴리올레핀 엘라스토머 수지, 무기 난연제, 백화현상, 전선피복

Description

굽힘 변형시 백화현상이 억제된 난연성 전선 피복재료 조성물{Flame retardant resin composition for covering material of cable with improved whitening resistance inbending deformation}

본 발명은 각종 전선의 피복재료로 사용될 수 있는 수지 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 전선은 난연성 피복층을 구비하고 있다. 종래에는 주로 난연성 피복층을 형성하는 재료로서 PVC와 같은 할로겐을 포함하는 수지가 사용되어 왔는데, 이들은 우수한 난연성에도 불구하고 연소시 발생하는 유독가스 등으로 인한 안전성과 환경상의 이유로 이를 대체하고자 하는 노력이 시도되어 왔다.

이러한 시도 가운데, 할로겐을 포함하지 않는 수지로서 폴리프로필렌계 수지에 대한 관심이 증대되고 있다. 폴리프로필렌계 수지는 우수한 가공특성, 내약품성, 내후성, 기계적 강도로 인해 가정용 전기제품, 건축자재, 내부 장식재, 자동차 부품 등의 분야에서 폭넓게 사용되고 있으며, 전선의 피복재료로서도 점차 그 응용범위가 확대되고 있는 것이다.

그런데, 폴리프로필렌계 수지는 난연성이 매우 취약한 문제점이 있기 때문에 이를 개선하고자 각종 난연제가 첨가제로서 사용되어 왔다. 종래에는 주로 염소 또는 브롬과 같은 할로겐을 함유하는 난연제가 이용되어 왔는데, 이 경우 우수한 난연성을 얻을 수 있었다. 그러나, 할로겐을 함유하는 난연제는 연소시 인체에 유해하고 설비의 부식을 초래하는 독성가스를 발생시켜 사용에 대한 규제를 받고 있는 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 최근에는 연소 과정중에 독성가스의 배출이 없는 금속 수산화물과 같은 무기 난연제를 사용하게 되었다. 그러나, 폴리프로필렌계 수지에 대해 산업적으로 만족할만한 난연성을 얻기 위해서는 다량의 무기 난연제가 사용되어야 하는데, 무기 난연제의 함량이 높아질수록 이를 포함하는 피복재료의 성형성 및 인장 물성 등 기계적 물성이 저하되는 단점이 있다. 또한, 이렇게 무기 난연제의 함량이 높은 전선 피복재료는 전선의 굽힘 변형시 백화현상이 발생한다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 인장강도, 인장신율 등의 기계적 물성이 저하되지 않으면서도 굽힘 변형시 백화현상이 최소화된 난연성 폴리프로필렌 복합수지 조성물을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 조성물 총 중량을 기준으로, 폴리프로필렌 수지 20 내지 30중량%; 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스 토머 수지 10 내지 20중량%; 및 무기 난연제 50 내지 70중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 난연성 폴리프로필렌 수지 조성물을 제공한다.

이 때, 무기 난연제는 수산화 마그네슘과 수산화 알루미늄을 각각 단독으로 또는 이들을 혼합하여 사용하는 것이 바람직한데, 무기 난연제는 그 표면을 처리하지 않거나, 비닐실란, 아미노실란, 스테아르산 및 실록산계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나로 표면처리한 것을 사용할 수 있다.

또한, 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 0.3 내지 0.7중량%의 무수 말레산을 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 또는 에틸렌-부텐 공중합체등이 바람직한데, 이 때 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 65 내지 75중량% 이상의 에틸렌 중합단위를 포함하는 것이 바람직하고, 그 용융지수가 190℃, 2.19㎏ 조건 하에서 0.5 ~ 1.0g/10min 인 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명에 따른 난연성 폴리프로필렌 수지 조성물을 상세히 설명하기로 한다.

본 발명자들은 폴리프로필렌계 수지와 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀계 엘라스토머 수지를 적절한 함량으로 혼합하여 베이스 수지로 하고, 여기에 적절한 함량의 무기 난연제를 혼합함으로써 굽힘 변형시에도 백화현상을 억제할 뿐만 아니라 무기 난연제의 혼합에 따른 수지 조성물의 기계적 물성 저하를 최소화한 난연성 전선 피복재료 조성물을 제조하엿다.

본 발명의 전선 피복재료 조성물에는 폴리프로필렌계 수지가 조성물 총 중량을 기준으로 20 내지 30중량% 포함된다. 이것은 다른 첨가 성분과의 상용성, 얻어진 조성물의 성형성과 기계적 물성등을 고려한 것으로서, 그 용융지수(Melt Index)가 0.5 ~ 5g/10min (190℃, 2.19kg 조건)인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 폴리프로필렌계 수지는 당업계에 잘 알려진 것으로서, 호모폴리머일 수도 있으며, 예를 들어 에틸렌 단량체 등과 함께 블록 공중합체, 랜덤 공중합체 등의 공중합체를 형성한 형태일 수도 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 전선 피복재료 조성물에는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지가 조성물 총 중량을 기준으로 10 내지 20중량% 포함되는데, 이는 다른 첨가 성분과의 상용성, 얻어진 조성물의 성형성과 기계적 물성 등을 고려한 것이다.

극성기인 무수 말레산은 폴리올레핀 엘라스토머 수지의 주사슬에 대한 곁가지로 도입되어 있는데, 이러한 극성기는 무기 난연제의 표면과 상호작용하여 폴리올레핀 엘라스토머 수지가 무기 난연제의 표면을 둘러싸을 수 있도록 해 줌으로써 무기 난연제의 상용성을 높여준다. 또한, 이에 의해 조성물 내에서의 무기 난연제와 베이스 수지 간의 계면탈착으로 인한 공극발생 현상(소위 dewetting 현상)이 억제된다. 이로써 본 발명에 따른 전선 피복재료로 형성된 피복층을 구비하는 전선은 굽힘 변형시에도 백화현상이 최소화될 수 있는 것이다.

이러한 효과를 최적화하기 위하여 무수 말레산의 함량은 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 0.3 내지 0.7 중량% 정도 포함되는 것이 바람직하며, 본 발명에 사용되는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지의 용융지수는 190℃, 2.19㎏ 조건 하에서 0.5 내지 1.0 g/10min인 것이 바람직하다.

이러한 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 예를 들면 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체, 에틸렌-부텐 공중합체 등인 것이 바람직하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 공중합체 형태인 경우, 에틸렌 반복단위의 함량은 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 65 내지 75중량%인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 복합수지 조성물에 사용되는 폴리프로필렌계 수지와 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 당업계에 널리 알려진 방법으로 제조될 수 있으며, 그 제조방법에 있어서 특별히 제한되지는 않는다.

본 발명의 전선 피복재료 조성물에는 무기 난연제가 조성물 총 중량을 기준으로 50 내지 70중량% 포함되는데, 이는 조성물의 우수한 난연성, 기계적 물성 및 다른 성분과의 상용성 등을 고려한 것이다. 이러한 무기 난연제로서는 예를 들어 수산화 마그네슘 또는 수산화 알루미늄을 단독으로 혹은 이들을 혼합하여 사용할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.

이러한 무기 난연제는 그 표면을 처리하지 않고 사용할 수 있으며, 또한 여러 물질을 이용하여 표면처리하여 사용할 수 있다. 이 때 표면처리 물질로서는 예 를 들면 비닐실란, 아미노실란, 스테아르산, 실록산계 폴리머 등을 이용할 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.

이 외에도, 본 발명에 따른 조성물에는 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 전선 피복재료 조성물에 통상적으로 사용되는 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이러한 첨가제로서는 예를 들면 산화방지제, UV방지제, 열안정제, 윤활제, 항블록킹제, 정전기 방지제, 왁스, 커플링제, 안료, 가공 보조제 등이 있으며 이에 한정되지는 않는다.

이와 같이, 본 발명에 따른 조성물은 백화현상이 최소화될 뿐만 아니라, 높은 난연성을 유지하면서도 인장강도나 신율과 같은 기계적 물성의 저하가 발생하지 않으므로, 각종 전선의 피복재료로 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따른 전선 피복재료 조성물은 당업계에 알려진 방법에 의해 제조될 수 있는데, 그 방법에 특별히 제한되는 것은 아니다.

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 및 비교예

하기 표 1 및 표 2에 기재된 바에 따른 구성성분을 혼련 설비로 이축압출기 를 사용하여 약 160 ~ 170℃의 온도에서 10 ~ 20분간 혼련한 다음, 시트 상태로 만들어 전기가열방식의 프레스로 170℃에서 10분간 가압성형 및 냉각하여 시편을 제작하였다. 표 1 및 표 2에서 단위는 중량%이다.

성 분	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
A	20	22.5	25	25
B-1	-	-	-	-
B-2	20	17.5	20	10
C	60	60	55	65

성 분	비교예 1	비교예 2	비교예 3	비교예 4	비교예 5	비교예 6	비교예 7	비교예 8
A	20	22.5	25	25	40	35	35	15
B-1	20	17.5	20	10	-	5	-	-
B-2	-	-	-	-	-	-	5	25
C	60	60	55	65	60	60	60	60

상기 표 1과 2에서, 성분 A는 프로필렌의 랜덤 공중합 수지로서, LG-Caltex사에서 제조한 R724J를 사용하였고, 성분 B-1은 폴리올레핀 엘라스토머 수지로서 미국 Dupont Dow Elastomer사에서 제조한 Engage 8150을 사용하였다. 또한, 성분 B-2는 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지로서 미국 Dupont사에서 제조한 Fusabond MN 493D를 사용하였고, 성분 C는 무기 난연제인 수산화 마그네슘 입자로서 독일 Albemarle사에서 제조한 Magnifin H5를 사용하였다.

제조된 조성물에 대하여 인장물성, 신율 및 백화현상을 다음과 같이 평가하였다.

인장특성 측정

ASTM D 638 (Standard Test Method for Tensile Properties of Plastics)에 의거하여 측정용 시편을 만들어 만능시험기를 사용, 인장강도(Tensile Strength) 및 신율(Elongation@Break) 값을 측정하였다. (인장강도 [Pa] = 최대 load [N] / 초기 시료의 단면적 [m²], 신율 [%] = 파단점까지의 늘어난 길이 / 초기 길이). 이에 대한 평가 결과를 하기 표 3에 정리하였다.

굽힘변형시 백화현상 측정

실제 전선 절연재료의 경우 수지 두께 1 mm, 곡률반경 5 mm 조건에서 굽힘변형을 주었을 때 백화현상 발생여부를 육안으로 판단할 수 있다. 이와 동일한 조건으로 평가하기 위하여 제조된 피복재료 조성물을 1 mm 두께의 시편으로 압출 몰딩하여 제조한 후 굴곡반경 5 mm 조건으로 굽혀서 백화현상의 발생여부를 육안으로 판단하였다. 이와 병행하여 모세관 점도계를 사용하여 직경 2 mm 두께의 원통형 시편을 제조하여 동일한 곡률반경에서 백화현상 발생여부를 육안으로 판단하였다. 이에 대한 평가결과를 하기 표 3에 정리하였다.

	실시예				비교예
	1	2	3	4	1	2	3	4	5	6	7	8
인장강도 (MPa)	10.2	10.8	11.4	12.9	10.1	10.6	11.5	12.8	8.2	9.3	13.5	7.5
신율(%)	250	245	220	200	246	244	221	196	10	44	150	350
백화현상	없음	없음	없음	없음	있음	있음	있음	있음	있음	있음	있음	없음

상기 표 3에서 볼 수 있듯이, 본 발명에 따라 제조된 실시예 1 내지 4의 전선 피복재료 조성물은 비교예에서 제조된 조성물과는 달리 백화현상이 나타나지 않았다. 또한, 인장강도와 신율과 같은 기계적 물성도 저하됨이 없이 우수함을 알 수 있다. 한편 비교예 7,8 에서 보는 바와 같이 조성물 내에 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지성분이 포함되더라도 그 함량이 10중량% 이하로 내려가면 백화현상이 발생하며, 20중량% 이상으로 증가되면 백화현상은 발생하지 않으나 기계적 물성이 저하되는 것을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 전선 피복재료 조성물은 인장강도, 인장신율 등의 기계적 물성이 저하되지 않으면서도 굽힘 변형시 백화현상이 최소화된다.

Claims

조성물 총 중량을 기준으로,

폴리프로필렌 수지 20 내지 30중량%;

무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 10 내지 20중량 %; 및

무기 난연제 50 내지 70중량%;를 포함하는 것을 특징으로 하는 백화현상이 억제된 난연성 전선 피복재료 조성물.
제1항에 있어서,

상기 무기 난연제는 수산화 마그네슘, 수산화 알루미늄 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 난연성 전선 피복재료 조성물.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 무기 난연제는 표면처리 되지 않거나, 비닐실란, 아미노실란, 스테아르산 및 실록산계 폴리머로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나의 물질로 표면처리된 것을 특징으로 하는 난연성 전선 피복재료 조성물.
제1항에 있어서,

상기 무수 말레산은 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 0.3 내지 0.7중량% 포함된 것을 특징으로 하는 난연성 전선 피복재료 조성물.
제1항에 있어서,

상기 무수 말레산이 그래프트된 폴리올레핀 엘라스토머 수지는 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-헥센 공중합체 및 에틸렌-부텐 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나이되,

상기 공중합체는 에틸렌 중합단위가 폴리올레핀 엘라스토머 수지 총 중량을 기준으로 65 ~ 75중량%이고, 용융지수가 190℃, 2.19㎏ 조건 하에서 0.5 ~ 1.0g/10min 인 것을 특징으로 하는 난연성 전선 피복재료 조성물.