KR20100090050A - 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명은, 20 내지 50 중량%의 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)와, 50 내지 80 중량%의 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)로 이루어진 기본수지(C1); 및 상기 기본수지(C1) 100 중량부에 대해 20 내지 80 중량부의 카본블랙(C2);을 포함하며, 상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는 수분에 의한 가교반응을 일으킬 수 있는 부분을 5 내지 40 중량% 포함하고 있으며, 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)는 아세트산비닐 모노머의 함량을 20 내지 80 중량%로 하여 중합된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 가교 특성의 개선을 위해 수분에 의한 가교 가능한 수지를 이용하면서, 이로 인해 발생될 수 있는 반도전층과 절연층과의 박리력 저하의 문제와 케이블 제조시 압출특성 저하의 문제를 동시에 해결할 수 있는 장점이 있다.

박리, 가교, 반도전, 카본블랙, 극성수지, 압출특성

Description

박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물{PEELABLE AND CLOSSINKABLE SEMICONDUCTIVE RESIN COMPOSITION }

본 발명은 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 가교특성 개선을 위해 수분에 의한 가교 가능한 수지를 적용하고, 이를 보완하기 위해 극성수지를 적절하게 배합한 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 고전압, 예컨대 22.9kV급 이상의 케이블을 구성하는 반도전층은 실제 연속 사용 온도인 90℃에서의 안정적인 체적 저항값을 유지하기 위해 그 재료에 가교 특성이 요구되고 있다. 따라서, AEIC, ICEA 등의 대표적인 케이블 규격에서는 반도전 재료의 가교 특성을 규정하고 있다. 이러한 특성을 만족시키기 위한 통상적인 방법으로 절연체 및 반도전 층을 과산화물 분해를 통하여 가교 하는 화학가교(Peroxide crosslinking)법이 알려져 있다.

그러나, 현재까지 알려진 기술 중 수분에 의한 가교방식(Silane Crosslinking)을 통한 반도전 층의 가교 기술은 알려진 바를 찾기 어려우며, 더불어 절연층과의 박리특성까지 만족시키는 기술은 없다. 예컨대 미국특허 제 6,284,374호에 따르더라도, 절연층만이 수분에 의한 가교방식을 채택한 기술이며, 반도전층은 상기한 케이블 규격에서 요구하는 가교 특성을 충족시키지 못하고 있다.

이러한 기술적 배경하에서, 본 발명이 안출되었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 가교 특성의 개선을 위해 수분에 의한 가교 가능한 수지를 이용함에 있어서, 반도전층과 절연층과의 박리력 저하의 문제와 케이블 제조시 압출특성 저하의 문제가 발생되는 것을 해결하는 데에 있으며, 이러한 과제 달성을 위해 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 과제 해결 수단으로 제공되는 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물은, 20 내지 50 중량%의 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)와, 50 내지 80 중량%의 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)로 이루어진 기본수지(C1); 및 상기 기본수지(C1) 100 중량부에 대해 20 내지 80 중량부의 카본블랙(C2);을 포함하며, 상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는 수분에 의한 가교반응을 일으킬 수 있는 부분을 5 내지 40 중량%를 포함하고 있으며, 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)는 아세트산비닐 모노머의 함량을 20 내지 80 중량%로 하여 중합된 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-아세트산 비닐, 에틸렌-아크릴산, 에틸렌-부텐, 및 에틸렌-옥텐 중 선택된 하나의 고분자수지로서, 불포화 유기 실란이 5 내지 40 중량%가 포함되어 있으면 바람직하다.

한편, 상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는, 에틸렌-아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌-메틸아크릴산 메틸 공중합체, 및 에틸렌-아크릴산 부틸 공중합체 중 선택된 하나의 공중합체로서, 공중합체의 함량이 9 내지 35 중량%이며, 불포화 유기 실란이 5 내지 40 중량%가 포함되어 있으면 바람직하다.

본 발명에 따르면, 가교 특성의 개선을 위해 수분에 의한 가교 가능한 수지를 이용하면서, 이로 인해 발생될 수 있는 반도전층과 절연층과의 박리력 저하의 문제와 케이블 제조시 압출특성 저하의 문제를 동시에 해결할 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하고, 발명에 대한 이해를 돕기 위해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.

본 발명에 따르는, 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물은, 기본수지(C1)와 카본블랙(C2)을 포함한다.

상기 기본수지(C1)는 20 내지 50 중량%의 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)와, 50 내지 80 중량%의 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)로 이루어진다. 상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12) 함량에 관한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 절연층과 과도한 접착력이 발생하여 원하는 박리력을 얻을 수 없어 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 가교 공정 중 케이블간 점착현상이 유발되어 원하는 물성을 발현하지 못하여 바람직하지 못하다.

상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는 수분에 의한 가교반응을 일으킬 수 있는 부분을 5 내지 40 중량% 포함한다. 상기 수분에 의한 가교반응을 일으킬 수 있는 부분에 대한 함량의 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 원하는 가교특성을 얻을 수 없어 바람직하지 못하고, 그 상한을 초과하면 압출 중 가교반응에 의해 원하는 압출특성을 만족하기 어려워 바람직하지 못하다.

상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)는 아세트산비닐 모노머의 함량을 20 내지 80 중량%로 하여 중합된다. 상기 아세트산비밀 모노머 함량에 관한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 원하는 박리특성을 충족시키지 못하여 바람직하지 못하고, 그 상한을 초과하면 기계적 특성을 만족시킬 수 없어 바람직하지 못하다.

이때, 상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-아세트산 비닐, 에틸렌-아크릴산, 에 틸렌-부텐, 및 에틸렌-옥텐 중 선택된 하나의 고분자수지로서, 불포화 유기 실란이 5 내지 40 중량% 포함되어 있으면 바람직하다. 한편, 상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는, 에틸렌-아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌-메틸아크릴산 메틸 공중합체, 및 에틸렌-아크릴산 부틸 공중합체 중 선택된 하나의 공중합체로서, 공중합체의 함량이 9 내지 35 중량%이며, 불포화 유기 실란이 5 내지 40 중량% 포함되어 있으면 바람직하다.

상기 카본블랙(C2)은, 상기 기본수지(C1) 100 중량부에 대해 20 내지 80 중량부의 함량으로 포함된다. 상기 카본블랙의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면, 반도전 재료의 요구사항인 110℃에서 500Ωm 이하의 체적 저항 특성을 확보할 수 없어 바람직하지 못하고, 그 상한을 초과하면 과량 사용에 따른 기계적 물성 저하와 발열에 의한 스코치가 발생되어 원하는 물성을 만족할 수 없어 바람직하지 못하다.

이하에서, 하기 표 1과 같은 조성을 갖도록 구분 설정된 각각의 실시예와 비교예에 따라 제조된 고분자 재료 시편 또는 케이블 시편에 대해 여러가지 시험 등을 통해, 본 발명의 기술적 효과에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.

구분	실시예(1~3)			비교예(1~5)
	1	2	3	1	2	3	4	5
수지a	5	10	30		50	30	10	10
수지b	20	15	20	20		30	15	15
수지c	25	25	50	50	50		25	25
수지d	50	50	15	30		40	50	50
카본블랙	65	65	65	65	65	65	10	100
첨가제	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5	3.5

상기 표 1에서, 수지a는 불포화 유기 실란이 결합되고, 그 녹는점이 105℃인 폴리에틸렌 수지를 나타내며, 수지b는 녹는점이 118℃인 폴리에틸렌 수지를 나타내며, 수지c는 아세트산비닐 모노머 함량이 70%인 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 나타내며, 수지d는 아세트산비닐 모노머 함량이 46%인 에틸렌-아세트산비닐 공중합체를 나타낸다.

상기 표 1에서 첨가제는, 내부활제인 스테아린산아연(zinc-stearate)과 산화방지제인, 3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-터여셔리-부틸-4-하이드록시벤진)벤질)벤젠)[3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert- butyl-4-hydroxybenzyl)benzene)]이 사용되었으며, 필요에 따라서, 금속지방산계 활제 등 내부활제의 용도로 사용가능한 모든 물질과, 기타의 플라스틱 산화방지제 등의 물질이 추가적으로 사용될 수 있음은 자명하다.

상기 표 1에 따라 준비된 조성물로부터 고분자 재료 시편과 케이블 시편을 제조한 후, 이들에 대해 하기와 같은 시험을 실시하여 그 물성 등은 하기의 기준에 따라 평가하였으며, 그 결과는 하기 표 2에 각각 나타내었다.

상온특성으로서, IEC 60502-2에 준하여, 인장속도 250㎜/분으로 측정하였을 때, 인장강도 0.92 kgf/㎟이상, 신장율 100% 이상이어야 바람직한 물성을 갖는 것으로 평가할 수 있다. 압출특성은 케이블 시편의 외관을 통해 평가하였다. 박리력은 IEC 60502-2에 준하여, 케이블 시편에서 외부 반도전층과 절연층과의 박리력이 4 내지 40 N/㎝의 값을 가져야 바람직한 것으로 평가하였다. 체적저항은, ICEA S-94-649에 준하여, 외부 반도전 재료의 체적저항값은 110℃온도에서 500Ωm 이하의 값을 가져야 바람직한 것으로 평가하였다. 가교특성은, ICEA T-28-562 방법에 의하여 반도전 재료는 150℃의 온도에서 20.4 N/㎟의 하중을 가한 상태로 15분 동안 신장율이 175% 이하인 경우를 바람직한 것으로 평가하였다.

구분		실시예(1~3)			비교예(1~5)
		1	2	3	1	2	3	4	5
상온	인장강도(kgf/㎟)	0.95	1.10	1.21	0.92	1.20	1.35	1.15	1.32
	신장율(%)	196	210	180	215	170	150	350	55
압출특성		양호	양호	양호	양호	불량	양호	양호	불량
박리력(N/㎝)		20	28	35	25	38	불합격	불합격	불합격
체적저항(Ωm)		3	4	3	2000	4	3	5000	1
가교특성		합격	합격	합격	불합격	합격	합격	합격	합격

상기 표 2에 따르면, 비교예 1은 수분에 의한 가교 가능한 수지를 포함하지 않은 상태이므로 가교 특성이 만족스럽지 못하였고, 이로 인하여 110℃에서의 체적저항 특성 또한 만족하지 못하였다. 비교예 2는, 수분에 의한 가교 가능한 수지의 사용량이 과도하여, 압출 중 가교에 의한 스코치 발생으로 압출기에 과부하가 초래되었으며, 외관 또한 기준 조건에 부합되지 못하였다. 비교예 3은 에틸렌-아세트산비닐 공중합체의 사용량을 40 중량부로 하였을 때, 수지 전체의 극성도 저하로 인하여 절연층간의 결합력이 강화되어 박리력 특성을 만족시키지 못하였다. 비교예 4 및 5는 카본블랙의 함량을 적정 조건을 벗어나도록 조성된 것으로서, 적정량에 미달하는 경우(비교예 4)에는 원하는 체적 저항에 도달하지 못하였으며, 컴파운드의 점도 저하로 인해 박리력이 상승되어 박리가 불가능한 상태에 도달하였으며, 적정량을 초과하는 경우(비교예 5)에는 과도한 카본블랙 사용에 따른 기계적 물성 수준이 저하되고, 박리력 평가 중 낮은 신장율에 의해 시편 절단으로 박리력 평가가 불가능한 결과가 나타나 바람직하지 못하였다.

이와 달리, 상기 표 2에 따르면, 실시예들(1~3)의 경우에는 모든 시험 평가 항목에서 원하는 특성이 발현되어 본 발명이 갖는 우수한 효과를 객관적으로 확인할 수 있었다.

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.

Claims (3)

1. 20 내지 50 중량%의 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)와, 50 내지 80 중량%의 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)로 이루어진 기본수지(C1); 및

   상기 기본수지(C1) 100 중량부에 대해 20 내지 80 중량부의 카본블랙(C2);을 포함하며,

   상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는 수분에 의한 가교반응을 일으킬 수 있는 부분을 5 내지 40 중량% 포함하고 있으며,

   상기 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(C12)는 아세트산비닐 모노머의 함량을 20 내지 80 중량%로 하여 중합된 것을 특징으로 하는 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물.
2. 제1항에 있어서,

   상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-아세트산 비닐, 에틸렌-아크릴산, 에틸렌-부텐, 및 에틸렌-옥텐 중 선택된 하나의 고분자수지로서, 불포화 유기 실란이 5 내지 40 중량% 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물.
3. 제1항에 있어서,

   상기 녹는점이 90℃ 이상인 에틸렌 공중합체 수지(C11)는, 에틸렌-아크릴산 에틸 공중합체, 에틸렌-메틸아크릴산 메틸 공중합체, 및 에틸렌-아크릴산 부틸 공중합체 중 선택된 하나의 공중합체로서, 공중합체의 함량이 9 내지 35 중량%이며, 불포화 유기 실란이 5 내지 40 중량% 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 박리와 가교가 가능한 반도전 수지 조성물.