KR20070082156A

KR20070082156A - 고난연성 절연재 제조용 조성물

Info

Publication number: KR20070082156A
Application number: KR1020060014590A
Authority: KR
Inventors: 장준원; 임화준; 윤승훈
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-21
Also published as: KR100809186B1

Abstract

본 발명은 고난연성 절연재 제조용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따르는 고난연성 절연재 제조용 조성물은, 폴리올레핀계 기본수지 100중량부에 대해, 2 내지 12 중량부의 산화방지제; 20 내지 60 중량부의 할로겐계 난연제; 5 내지 70 중량부의 무기계 난연제; 5 내지 25 중량부의 안티몬계 난연보조제; 5 내지 25 중량부의 붕산아연계 난연보조제; 및 0.5 내지 7 중량부의 활제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르는 조성물은 친환경적인 절연전선을 제조하기 위해 첨가되는 무기 난연제의 함량을 최소화하면서도 충분한 고난연성을 확보할 수 있는 고난연성 절연 전선을 제조할 수 있어, 화재 발생시 인명과 재산 피해를 최소화할 수 있다.

고난연, 전선, 절연재, 무기계난연제, 난연보조제, 폴리올레핀계

Description

고난연성 절연재 제조용 조성물{Composition for production high flame retardant insulating material}

본 발명은 고난연성 절연재 제조용 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 무기계 난연제의 사용량을 저감시킬 수 있는 난연보조제를 사용하되 높은 난연성이 충분하게 확보될 수 있는 고난연성 절연재 제조용 조성물에 관한 것이다.

전선이나 각종 기기의 배선에 사용되는 전선용 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 절연재의 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 우 수한 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.

따라서, 친환경적인 관점과 절연재의 물성 확보라는 점에서 무기계 난연제를 사용하되, 보다 적은 양을 사용하면서도 난연특성을 충분하게 유지시킬 수 있는 방법에 대한 연구 노력이 꾸준하게 행해져 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 친환경적인 절연전선을 제조하기 위해 첨가되는 무기 난연제의 함량을 최소화하면서도 충분한 고난연성을 확보하기 위함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 해결할 수 있는 고난연성 절연재 제조용 조성물을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에서 제공되는 고난연성 절연재 제조용 조성물은, 폴리올레핀계 기본수지 100 중량부에 대해, 2 내지 12 중량부의 산화방지제; 20 내지 60 중량부의 할로겐계 난연제; 5 내지 70 중량부의 무기계 난연제; 5 내지 25 중량부의 안티몬계 난연보조제; 5 내지 25 중량부의 붕산아연계 난연보조제; 및 0.5 내지 7 중량부의 활제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 고난연성 절연재 제조용 조성물은, 폴리올레핀계 기본수지, 산화방지제, 할로겐계 난연제, 무기계 난연제, 난연보조제 및 활제를 포함하여 이루어진다.

상기 폴리올레핀계 기본수지는, 에틸렌 비닐아세테이트계(EVA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트계(EMA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트계(EEA) 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트계(EBA) 공중합수지군 중 선택된 어느 하나의 공중합수지이면 바람직하다.

또한, 상기 폴리올레핀계 기본수지는, 에틸렌 비닐아세테이트계(EVA), 에틸렌 메틸 아크릴레이트계(EMA), 에틸렌 에틸 아크릴레이트계(EEA) 및 에틸렌 부틸 아크릴레이트계(EBA) 공중합수지군 중 선택된 어느 하나의 공중합수지 40 내지 90 중량%; 및 고밀도폴리에틸렌계(HDPE), 저밀도폴리에틸렌계(LDPE) 및 중밀도폴리에틸렌계(MDPE) 폴리에틸렌계수지군 중 선택된 어느 하나의 폴리에틸렌계수지 10 내지 60 중량%;를 포함하여 이루어진 블랜딩수지이면 바람직하다. 상기 블랜딩수지로 선택되는 폴리올레핀계 기본수지에 있어서 폴리에틸렌계 수지 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 상온 인장 강도에 있어서 충분한 향상이 되지 않아 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 상온 신장율 저하를 초래하여 바람직하지 못하다.

상기 산화방지제는, 유기황화물 디알킬에스테르계, 유기황화물 페놀계, 티오에스테르계 및 페놀계 물질군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물이면 바람직하다. 상기 산화방지제는, 상기 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해, 2 내지 12 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 상기 산화방지제의 사용 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 산화방지 효과가 미미하여 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 산화방지의 효과에는 큰 변화를 가져오지 못하는 반면 상온 물성 저하를 초래하여 바람직하지 못하다.

상기 할로겐계 난연제는, 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대해, 20 내지 60 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 상기 할로겐계 난연제의 사용 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 난연효과가 충분하지 발현되지 않아 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 상온 및 내열 물성이 저하되어 바람직하지 못하다. 상기 할로겐계 난연제는, 클로라이드계 및 브롬계 물질군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물이면 바람직하다.

상기 무기계 난연제는, 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대해, 5 내지 70 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 상기 무기계 난연제의 사용 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 전선용 절연재에서 요구되는 충분한 난연성을 확보할 수 없어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 전선용 절연재의 기계적 물성이 저하되어 바람직하지 못하다. 상기 무기계 난연제는, 알루미늄계 및 마그네슘계 수산화물군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물이면 바람직하다.

상기 난연보조제는, 상기 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대해, 10 내지 90 중량부의 함량으로 포함되면 바람직하다. 이때, 상기 난연보조제는, 안티몬계 화합물과 붕산아연계 화합물 중에서 각각 선택된 어느 하나의 물질을 모두 포함하여 조성되도록 함이 바람직하며, 필요에 따라서는 탄산칼슘계 화합물을 더 포함할 수도 있다. 따라서, 상기 난연보조제는 안티몬계 화합물과 붕산아연계 화합물을 필수적으로 포함하여야 충분하게 향상된 난연 효과를 확보할 수 있다. 상기 안티몬계 화합물은, 상기 폴리올레핀계 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 25 중량부로 포함되어야 바람직하며, 상기 붕산아연계 화합물은 상기 폴리올레핀계 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 25 중량부로 포함되어야 바람직하다. 한편, 상기 난연보조제의 전체적인 사용 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 전선용 절연재에 요구되는 충분한 난연성을 확보할 수 없어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 전선용 절연재의 기계적 물성이 저하되어 바람직하지 못하다. 또한, 상기 난연보조제에 필수적으로 포함되어야 하는 안티몬계 화합물 및 붕산아연계 화합물의 함량의 수치 범위를 벗어나는 경우에는 하한치에 미달하면, 난연 효과의 상승 작용을 발현하지 못하여 바람직하지 못하다.

상기 활제는, 상기 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해, 0.5 내지 7 중량부 의 함량으로 포함되면 바람직하다. 상기 활제의 사용 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 고분자 가공시 흐름성 개선이 충분하지 않아 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 고분자 가공시 흐름성 개선효과보다는 물성의 변질을 초래하여 바람직하지 못하다. 상기 활제는, 파라핀계, 지방산 유도체 및 저분자 폴리에틸렌계 물질군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물이면 바람직하다.

한편, 상기 고난연성 절연재 제조용 조성물은, 0.5 내지 10 중량부의 과산화물계 가교제를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다. 상기 과산화물계 가교제의 사용 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 가교의 효과가 충분하게 발현되지 않아서 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 필요 이상의 가교가 진행되어 향후 압출 가공시 가공성이 저하되어 바람직하지 못하다. 만일, 상기 고난연성 절연재 제조용 조성물에 대해 전자선 조사에 의한 가교가 진행되는 경우에는 상기와 같은 과산화물계 가교제는 포함하지 않아도 본 발명이 의도하는 효과를 충분히 얻을 수 있다.

전술한 본 발명에 따른 조성물은 전선의 고난연성 절연피복층을 제조하기 위해 이용되면 바람직하다.

이하, 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 구체적인 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.

하기 표 1에 따라 구분 설정된 실시예(1~4) 및 비교예(1~4)에 따라 조성된 조성물 각각을 준비하였다.

구분	실시예(1~4)				비교예(1~4)
구분	1	2	3	4	1	2	3	4
수지A	60	70	80	100	60	70	80	100
수지B	40	30	20	-	40	30	20	-
산화방지제	4	3	5	6	3	4	6	5
할로겐계 난연제	40	35	30	40	40	35	30	40
무기계 난연제	5	10	15	15	-	5	10	-
난연보조제A	10	10	5	5	10	-	20	20
난연보조제B	15	5	10	10	20	25	-	10
활제	5	4	2	2	4	3	5	2
가교제	5	3	6	6	3	6	4	5

상기 표 1에서, 수지A로 표시된 성분은 비닐아세테이트 함량이 20 중량%인 에틸렌 비닐아세테이트 공중합수지를 나타내며, 수지B는 고밀도폴리에틸렌수지를 나타내며, 난연보조제A는 안티몬계 화합물이며, 난연보조제B는 붕산아연계 화합물을 각각 나타낸다. 상기 표 1에서, 산화방지제로서 유기황화물 디알킬에스테르기가, 상기 활제로는 파라핀계 왁스가, 상기 가교제로는 과산화물계 화합물이 이용되었다.

상기 표 1에 따라 각각 준비된 조성물을 이용하여 각각의 시편을 제조하였으며, 이들 각각의 시편에 대해 한계산소지수(LOI)와 수직난연성(VW-1)를 하기와 같은 방법으로 진행하여 평가한 결과를 하기 표 2에 각각 나타내었다.

한계산소지수( LOI ) 평가

한계산소지수(LOI)의 평가는, ASTM D2863에 의한 시험 방법에 따라 진행하였다. 먼저 길이 70 내지 150㎜, 폭 6.5㎜, 두께 3㎜인 시편을 5 내지 10개 준비한 후, 그 하부를 시편 고정기에 고정시킨다. 이후, 점화불꽂을 6 내지 25㎜로 하며, 불꽃이 시편의 위쪽 끝에 전체적으로 닿도록 하여 5초 동안 인가한 후 제거하였다. 이때, 시편이 연소되는지를 확인하고, 연소가 지속되지 않으면 추가적으로 불꽃을 다시 인가하되, 전체 인가시간은 30초 미만으로 하였으며, 시료 고정 후, 최소 30초 이상 질소와 산소의 혼합가스가 흐르도록 한 후 평가를 하였다. 불꽃이 3분 이상 또는 연소길이가 50㎜ 이상 지속될 때 산소 농도를 낮추면서 재평가하며, 불꽃이 그 전에 꺼지면 그때의 산소농도를 높여서 재평가한다. 산소농도는 0.2% 단위까지 정확하게 나타내었으며, 난연척도는 산소농도의 퍼센트 단위로서 나타내었다.

수직난연성( VW -1) 평가

수직난연성(VW-1) 평가는, UL 1581-1080에 의한 시험 방법에 따라 진행하였다. 먼저, 전체 외경은 2.5 내지 3.2㎜이고, 절연두께는 0.78 내지 0.83인 절연 전선 455㎜를 4㎥ 이상의 통풍이 없는 방이나 쳄버(chamber)에 설치된 3면이 둘러쌓인 공간에 바닥과 천정은 최소 1,200㎜ 떨어지도록 하여 지면에 대해 수직으로 설치하고, 클램프(clamp)로 전선의 상하를 고정하며, 밑에는 솜을 얇게 깔아둔다. 연료로는 열량이 8.9㎉/㎥인 메탄이나 프로판을 사용하여 총 불꽃길이가 125±10㎜이고, 속 불꽃 길이가 40±2㎜가 되도록 한 후, 지면에서 60°각도 기울기로 기울여진 고정대에서 속 불꽃이 시료에 지면부터 230 내지 240㎜ 높이에 인가되도록 한다. 불꽃 인가시간은 15초 간격으로 15초씩 5회 인가하며, 만일 불꽃 제거 후 15초 이상 시료가 지속적으로 연소하면 추가 불꽃 인가를 하지 않으며, 소화가 되면 곧바로 추가 인가를 한다. 수직난연성(VW-1) 평가의 합격 기준은 60초 이상 타지 않아야 하며, 지시테이프(kraft-paper) 25% 이상 태우지 않아야 하며, 밑부분에 설치된 솜을 태우지 않아야 한다. 이러한 합격기준의 충족 여부에 따라 합격(○) 또는 불합격(×)이 판정된다.

구분	실시예(1~4)				비교예(1~4)
구분	1	2	3	4	1	2	3	4
한계산소지수(LOI)	32.0	31.5	31.0	33.5	27.0	28.0	29.5	27.5
수직난연성(VW-1)	○	○	○	○	×	×	×	×

상기 표 2를 통해 알 수 있는 바와 같이, 실시예(1~4) 및 비교예(2, 3)는 한계산소지수(LOI)의 요구조건인 28.0 이상으로 측정되어 기준치를 만족하고 있으나, 수직난연성(VW-1) 평가에서는 실시예(1~4)만이 합격판정을 받았음을 알 수 있다. 본 발명에서는 최소량의 난연제를 사용하면서, 그에 첨가되는 난연보조제를 통한 난연 효과의 상승 작용에 의해 고난연성을 확보할 수 있으므로, 전기 전자 기기의 배선용 또는 모터 등의 리드와이어로서 사용되는 절연 전선에 사용되어 화재 발생시 안전성이 보장될 수 있는 장점을 갖는다.

상기 표 1 및 2를 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예(1~4)의 모든 경우에서는 난연보조제로서, 안티몬계와 붕산아연계가 모두 포함되도록 하였으며, 이러한 난연보조제의 조합을 통해, 비교예에 대비되는 난연효과가 발현되었음을 확인할 수 있다. 한편, 구체적인 실시예를 통해 설명되지는 않았지만, 난연보조제에는 탄산칼슘계 화합물을 더 포함하는 경우에는 난연효과의 상승 작용이 더욱 강화되어 바람직한 결과를 얻을 수 있었다.

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

본 발명에 따르면, 친환경적인 절연전선을 제조하기 위해 첨가되는 무기 난연제의 함량을 최소화하면서도 충분한 고난연성을 확보할 수 있는 고난연성 절연 전선을 제조할 수 있어, 화재 발생시 인명과 재산 피해를 최소화할 수 있다.

Claims

폴리올레핀계 기본수지 100 중량부에 대해,

2 내지 12 중량부의 산화방지제;

20 내지 60 중량부의 할로겐계 난연제;

5 내지 70 중량부의 무기계 난연제;

5 내지 25 중량부의 안티몬계 난연보조제;

5 내지 25 중량부의 붕산아연계 난연보조제; 및

0.5 내지 7 중량부의 활제;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 폴리올레핀계 기본수지는,

비닐아세테이트(VA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 비닐아세테이트계(EVA);

메틸 아크릴레이트(MA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 메틸 아크릴레이트계(EMA);

에틸 아크릴레이트(EA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 에틸 아크릴레이트계(EEA); 및 부틸 아크릴레이트(BA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 부틸 아크릴레이트계(EBA);로 이루어진 에틸렌계 공중합수지 군 중에서 선택된 어느 하나 의 에틸렌계 공중합수지인 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 폴리올레핀계 기본수지는,

비닐아세테이트(VA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 비닐아세테이트계(EVA), 메틸 아크릴레이트(MA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 메틸 아크릴레이트계(EMA), 에틸 아크릴레이트(EA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 에틸 아크릴레이트계(EEA), 및 부틸 아크릴레이트(BA) 함량이 10 내지 40 중량%인 에틸렌 부틸 아크릴레이트계(EBA)로 이루어진 에틸렌계 공중합수지 군 중에서 선택된 어느 하나의 에틸렌계 공중합수지 40 내지 90 중량%; 및

고밀도폴리에틸렌계(HDPE), 저밀도폴리에틸렌계(LDPE), 및 중밀도폴리에틸렌계(MDPE)로 이루어진 폴리에틸렌계 수지군 중 선택된 어느 하나의 폴리에틸렌계 수지 10 내지 60 중량%;로서 블랜딩된 혼합수지인 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 산화방지제는, 유기황화물 디알킬에스테르계, 유기황화물 페놀계, 티오에스테르계, 및 페놀계 화합물로 이루어진 산화방지제 물질 군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 할로겐계 난연제는, 클로라이드계 및 브롬계 물질군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 무기계 난연제는, 알루미늄계 및 마그네슘계 수산화물군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 난연보조제는, 상기 폴리올레핀계 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 15 중량부의 탄산칼슘계 난연보조제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 활제는, 파라핀계, 지방산 유도체 및 저분자 폴리에틸렌계 물질군 중 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상의 혼합물인 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항 내지 제8항 중 선택된 어느 한 항에 따른 조성물은 전선의 고난연성 절연피복층을 제조하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제1항 내지 제8항 중 선택된 어느 한 항에 있어서,

상기 고난연성 절연재 제조용 조성물은, 0.5 내지 10 중량부의 과산화물계 가교제를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.
제10항에 따른 조성물은 전선의 고난연성 절연피복층을 제조하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연재 제조용 조성물.