KR20100092188A - 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물 - Google Patents

유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물에 관한 것이다. 본 발명은, 폴리올레핀계 수지 50 내지 95 중량%와 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지 5 내지 50 중량%로 혼합된 기본수지; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 50 내지 150 중량부의 난연제인 수산화알루미늄; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 100 중량부의 난연보조제; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 50 중량부의 비보강성 충진제; 및 상기 기본수지 100 중량부에 대해 1 내지 5 중량부의 기포억제제;를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 비할로겐계 난연제를 사용하여 친환경성을 확보하며, 유티피 케이블 시스체 재료에 포함되어 있는 수분이 가공 공정 중 기화되어 제품 내부에 기공이 형성됨으로써 발생되는시스체의 물성 저하 및 압출 특성 저하의 문제를 개선하여, 고속 압출용 유티피 케이블용 시스체의 제조에 이용될 수 있다.
케이블, 난연제, 기포, 튜브, 압출기, 시스체

Description

유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물{HALOGEN-FREE FLAME RETARDANT COMPOSITION FOR MANUFACTURING SHEATH MATERIAL OF UTP CABLE}
본 발명은 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 유티피 케이블 제조 공정 중 재료 내부에 기공이 형성으로 발생되는 문제를 해결하기 위해, 비보강성 충진제와 기포억제제를 포함하도록 조성된 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물에 관한 것이다.
케이블 제조에 사용되는 재료에는 수분이 포함되어 있으며, 이를 공정 진행에 앞서 일정한 건조 과정을 진행하여 수분을 최소화하는 작업이 필요하다. 그러나, 이러한 수분 제거를 위한 건조 과정은 장시간이 소요되어, 제품의 생산성 저하를 가져오는 요인으로 작용하여 바람직하지 못하다.
종래에는 난연제의 표면 코팅 및 가공 조제의 첨가와 같은 방법으로, 수지 조성물의 점도 저하를 유발시켜 가공 온도를 낮추는 방법으로 기포 발생을 억제하는 방법이 이용되기도 하였지만, 이는 공정 온도가 낮은 경우에만 그 적용이 가능한 한계가 있으며, 이를 위해 사용되는 재료 성분은 고가이어서 제품 단가를 상승 시키는 원인이 되어 바람직하지 못하였다. 한편, 케이블용 절연재 내에 수분 흡수를 위해 산화칼슘을 포함시키는 경우도 있었으나, 이는 그 기술적 목적이 수분에 의한 전기 절연 특성 저하를 방지하기 위한 것이므로, 전술한 문제점을 직접적으로 해결하지는 못하고 있다.
한편, 최근에는 케이블용 절연 및 시스 재료에 할로겐족 원소성분이 포함되지 않는 친환경성 비할로겐계 난연제를 사용하여야만 제품 경쟁력이 확보되지만, 난연성 확보에 어려움이 있고, 전술한 바와 같은 문제점은 여전히 상존하는 점에서 다각적인 노력이 진행되어 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 비할로겐계 난연제를 사용하여 친환경성을 확보하며, 유티피 케이블 시스체 재료에 포함되어 있는 수분이 가공 공정 중 기화되어 제품 내부에 기공이 형성되고, 이로 인해 발생되는 시스체의 물성 저하 및 압출 특성 저하의 문제를 개선하는 데에 있으며, 이러한 과제 달성을 위한 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 과제 해결 수단으로 제공되는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물은, 폴리올레핀계 수지 50 내지 95 중량%와 극성기가 도 입된 반응성 폴리올레핀계 수지 5 내지 50 중량%로 혼합된 기본수지; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 50 내지 150 중량부의 난연제인 수산화알루미늄; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 100 중량부의 난연보조제; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 50 중량부의 비보강성 충진제; 및 상기 기본수지 100 중량부에 대해 1내 5 중량부의 기포억제제;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기본수지에 포함되는 폴리올레핀계 수지는, 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지의 블록공중합체, 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지의 불규칙 공중합체, 에틸렌아세트산비닐공중합체, 에틸렌에틸아크릴레이트중합체, 및 에틸렌메틸아크릴레이트 중합체 중 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물질이면 바람직하며, 상기 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지는, 고밀도폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-1-옥텐 공중합체, 및 에틸렌-1-부텐 공중합체 중 선택된 하나의 물질이면 더욱 바람직하다.
한편, 상기 기본수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀은, 폴리에틸렌, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 및 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체 중 선택된 하나의 물질에 무수말레인산 또는 글리시딜이 그라프트된 물질이면 바람직하다.
상기 기본수지는, 그 용융흐름지수가 1 내지 10이면 바람직하다.
상기 난연보조제는, 훈타이트, 하이드로마그네사이트 및 붕산아연의 혼합물이면 바람직하며, 상기 비보강성 충진제는, 탄산칼슘 또는 탈크가 이용되면 바람직 하고, 상기 기포억제제는, 산화칼슘 또는 산화마그네슘이 이용되면 바람직하다.
본 발명에 따르면, 비할로겐계 난연제를 사용하여 친환경성을 확보하며, 유티피 케이블 시스체 재료에 포함되어 있는 수분이 가공 공정 중 기화되어 제품 내부에 기공이 형성됨으로써 발생되는 시스체의 물성 저하 및 압출 특성 저하의 문제를 개선하여, 고속 압출용 유티피 케이블용 시스체의 제조에 이용될 수 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 발명의 과제 해결 수단으로 제공되는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물은, 폴리올레핀계 수지 50 내지 95 중량%와 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지 5 내지 50 중량%로 혼합된 기본수지; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 50 내지 150 중량부의 난연제인 수산화알루미늄; 상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 100 중량부의 난연보조제; 및 상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 50 중량부의 비보강성 충진제; 및 상기 기본수지 100 중량부에 대해 1 내지 5 중량부의 기포억제제;를 포함한다.
상기 기본수지에 포함되는 폴리올레핀계 수지는, 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지의 블록공중합체, 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지의 불규칙 공중합체, 에틸렌아세트산비닐공중합체, 에틸렌에틸아크릴레이트중합체, 및 에틸렌메틸아크릴레이트 중합체 중 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물질이 이용될 수 있다. 이때, 상기 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지는, 고밀도폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-1-옥텐 공중합체, 및 에틸렌-1-부텐 공중합체 중 선택된 하나의 물질이 이용될 수 있다.
한편, 상기 기본수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀은, 폴리에틸렌, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 및 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체 중 선택된 하나의 물질에 무수말레인산 또는 글리시딜이 그라프트된 물질이 이용될 수 있다.
상기 기본수지는, 그 용융흐름지수가 1 내지 10이면 바람직하다. 상기 기본수지의 용융흐름지수는 고분자 수지의 점도 및 분자량을 반영하는 파라미터로서, 그 수치가 작을수로 발열 정도가 적어 바람직하나, 지나치게 클 경우에는 고분자 자체의 분자량이 작아 원하는 기계적 물성의 발현이 이루어지지 않아 바람직하지 못하다.
상기 난연보조제는, 훈타이트, 하이드로마그네사이트 및 붕산아연의 혼합물이 이용되면 바람직하다. 이때, 상기 혼합물에서 그 혼합비가 훈타이트/하이드로마그네사이트 혼합물의 중량이 붕산아연 중랑대비 2배 내지 10배가 사용되면 바람직 하다.
상기 난연보조제 함량의 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 난연상승효과가 없어 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 물성이 저하되어 바람직하지 못하다.
상기 비보강성 충진제는, 탄산칼슘 또는 탈크가 이용될 수 있으며, 상기 비보강성 충진제 함량의 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 가격절감효과가 없어 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 물성이 저하되어 바람직하지 못하다.
상기 기포억제제는, 산화칼슘 또는 산화마그네슘이 이용될 수 있으며, 상기 기포억제제 함량의 수치범위와 관련하여, 그 하한에 미달하면 기포억제효과가 발생하지 않아 바람직하지 못하며, 그 상한을 초과하면 압출시 압출성 불량에 의해 케이블 외부 및 다이 사이에 발생하는 다량의 축적물로 인해 케이블 생산성이 크게 저하되고 심한 경우에는 제품의 특성 저하까지 유발시키는 다이 빌드-업이 발생되어 바람직하지 못하다.
한편, 본 발명이 제공하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물에는 필요에 따라, 산화방지제, 활제 등의 물질이 첨가되어 사용될 수 있음은 자명하다.
전술한 바에 따르는 본 발명이 제공하는 유티피 케이블 시스체 제조용 조성물이 갖는 발명적 효과를 확인하기 위해, 하기 표 1에 개시된 바와 같은 실시예들(1~4)과 이에 대비되는 비교예들(1~4)로서 각각 구별되는 조성을 갖는 조성물들이 준비되었다.
구분 실시예(1~4) 비교예(1~4)
1 2 3 4 1 2 3 4
수지a 90 - 90 - 90 - - 90
수지b - 90 - 90 - 90 - -
수지c - - - - - - 90 -
수지d 10 10 10 10 10 10 10 10
수산화알루미늄 100 100 100 100 100 100 100 100
난연보조제 50 50 50 50 50 50 50 50
비보강성충진제 50 50 50 50 50 50 50 50
기포억제제 1 1 5 5 - - 1 5
산화방지제 1 1 1 1 1 1 1 1
활제 3 3 3 3 3 3 3 3
압출기실린더온도(℃) 170 170 170 170 170 170 170 210
상기 표 1에서, 수지a는 아세트산비닐 28중량%를 함유하고 용융흐름지수가 4.0인 에틸렌-아세트산비닐 공중합수지를 나타내며, 수지b는 아세트산비닐 33중량%를 함유하고 용융흐름지수 1.0인 에틸렌-아세트산비닐 공중합수지를 나타내고, 수지c는 아세트산비닐 33중량%를 함유하고 용융흐름지수 0,2인 에틸렌-아세트산비닐 공중합수지를 나타내며, 수지d는 말레산 무수물이 도입된 에틸렌-아세트산비닐 공중합수지를 나타낸다.
상기 표 1에서의 난연보조제로는, 훈타이트, 하이드로마그네사이트 및 붕산아연의 혼합물이 사용된 것으로서, 훈타이트와 하이드로마그네사이트의 혼합중량이 붕산아연의 5배가 되도록 혼합되어 있다. 상기 표 1에서 비보강성충진제로는 탄산칼슘이 사용되었고, 기포억제제로는 산화칼슘이 사용되었다. 한편, 상기 표 1에서 사용된 산화방지제로는, 1,3,5-트리메틸-2,4,6-트리스(3,5-디-터어셔리-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠[1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzene]이 사용되었으며, 활제로는 초고분자량의 폴리실록산(polysiloxane)계 가공조제가 사용되었다.
상기 표 1과 같은 각각의 조성물을 130℃ 온도의 3L 니더(Kneader)에서 약 30분간 혼련한 후, 각각의 펠렛을 제조하여 45φ의 구경을 갖는 압출기(스크류 rpm=60)를 이용하여 외경이 7.4㎜이고, 두께가 0.3㎜인 튜브형 샘플을 제조한 후, 이에 대해 기계적 물성, 난연성 등의 물성을 평가하였다.
구체적인 물성 평가항목은, 인장강도, 신장율, 비중편차, 난연성, 외관 등이다. 유티피 케이블의 시스체에 대한 기계적 물성 평가는 KS C 3004의 19항의 요구 조건에 따라 인장강도와 신장율을 측정하였을 때, 인장강도는 0.85kgf/㎟ 이상이고, 신장율은 150% 이상이어야 바람직하다. 한편, KS M 0004에 의거하여 조성물 컴파운드와 튜브형 샘플의 비중을 각각 측정하여, 압출 전후의 비중 편차를 각 3회씩 측정하여 그 평균값으로 나타내었다. 난연성 평가는 IEC332-1에 의거하여 평가하여 그 합격 또는 불합격으로 평가하였다. 외관평가는 압출이후, 튜브형 샘플의 외관을 관찰하여, 색상변화 및 기포 발생 유무 등을 고려하여 양호 또는 불량으로 평가하였다.
구분 실시예(1~5) 비교예(1~4)
1 2 3 4 1 2 3 4
인장강도(kgf/㎟) 1.23 1.27 1.20 1.25 0.92 0.86 0.97 0.78(미달)
신장율(%) 1755 170 177 185 125(미달) 120(미달) 114(미달) 85(미달)
비중편차(%) 0.5 0.7 0.05 0.08 7.6 8.2 5.8 11.7
난연성 합격 합격 합격 합격 합격 합격 불합격 불합격
외관 양호 양호 양호 양호 불량 불량 불량 불량
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 비교예 1 내지 4의 경우에는 평가 항목 중 적어도 하나 이상의 항목에서, 요구되는 물성 기준치에 부합되지 못하는 결과가 초래되었음을 확인할 수 있다.
구체적으로, 비교예 1의 경우는 기포억제제의 사용이 없는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조성을 갖는 경우로서, 물성 측정결과 신장율이 크게 저하되었으며, 비중 편차가 압출 전후 크게 나타나 압출공정시 기포 발생이 이루어졌음을 알 수 있으며, 그 외관도 기포에 의한 영향으로 불량한 것으로 나타났다. 비교예 2의 경우는 기포억제제의 사용이 없는 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 조성을 갖는 경우로서, 물성 측정결과 신장율이 크게 저하되었으며, 비중 편차가 압출 전후 크게 나타나 압출공정시 기포 발생이 이루어졌음을 알 수 있으며, 그 외관도 기포에 의한 영향으로 불량한 것으로 나타났다.
비교예 3의 경우는, 기본수지로 아세트산비닐의 함량이 33중량%이고, 용융흐름지수가 0.2인 에틸렌-아세트산비닐 공중합수지와 말레산 무수물이 도입된 에틸렌-아세트산비닐 공중합수지를 혼합 사용한 수지를 기본수지로 사용하였으며, 기포억제제를 포함하여 사용하였다. 그러나, 신장율이 저하되고 비중 편차도가 높게 나타나 기포가 발생하였는데, 이는 기본수지의 한 성분으로 사용된 에틸렌-아세트산비닐 공중합수지의 점도가 높아 압출시의 발열에 의한 온도 상승으로 인해 난연제가 상당량이 분해됨으로써 비롯된 것이다. 또한, 외관도 불량하게 형성되었으며, 난연시험에서도 불합격 판정을 받아 바람직하지 못한 결과가 발생하였음을 알 수 있다.
비교예 4의 경우는, 기포억제제를 5 중량부를 사용한 것과, 압출기의 실린더 온도가 난연제인 수산화알루미늄의 분해온도인 200℃이상에서 동작하게 한 것을 제외하고는, 실시예 1의 조성과 동일하게 준비하였다. 상기 표 2에 나타난 바에 따르면, 신장율이 크게 저하되었으며, 비중 편차도 매우 크게 나타나서 기포 발생이 상당량 이루어졌음을 알 수 있다. 이는, 압출기의 실린더 온도가 난연제인 수산화알루미늄의 분해온도를 넘는 온도에서 가공이 진행됨으로써, 난연제가 다량 분해되어 초래된 결과이다. 외관은 기포 발생의 영향으로 불량한 것으로 평가되었으며, 난연시험에도 불합격 하였음을 알 수 있다.
비교예 4와 같이, 압출기의 실린더 온도는 수산화알루미늄의 분해 개시온도인 190℃를 넘게되면, 수산화알루미늄 분해시에 발생하는 수분 제거가 어렵다. 따라서, 수지의 균일한 용융을 위해서는 압출기의 실린더 온도는 최소 120℃는 유지되어야 하며, 190℃를 넘지 않도록 압출 제어가 이루지도록 주의가 요망된다.
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 (8)

  1. 폴리올레핀계 수지 50 내지 95 중량%와 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지 5 내지 50 중량%로 혼합된 기본수지;
    상기 기본수지 100 중량부에 대해 50 내지 150 중량부의 난연제인 수산화알루미늄;
    상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 100 중량부의 난연보조제;
    상기 기본수지 100 중량부에 대해 5 내지 50 중량부의 비보강성 충진제; 및 상기 기본수지 100 중량부에 대해 1 내지 5 중량부의 기포억제제;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기본수지에 포함되는 폴리올레핀계 수지는, 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지의 블록공중합체, 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지의 불규칙 공중합체, 에틸렌아세트산비닐공중합체, 에틸렌에틸아크릴레이트중합체, 및 에틸렌메틸아크릴레이트 중합체 중 선택된 하나의 물질 또는 둘 이상의 혼합물질인 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 3 내지 15개의 탄소원자를 갖는 알파올레핀 수지는, 고밀도폴리에틸렌, 중밀도 폴리에틸렌, 저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 에틸렌-1-옥텐 공중합체, 및 에틸렌-1-부텐 공중합체 중 선택된 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기본수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀은, 폴리에틸렌, 에틸렌아세트산비닐 공중합체, 및 에틸렌에틸아크릴레이트 공중합체 중 선택된 하나의 물질에 무수말레인산 또는 글리시딜이 그라프트된 물질인 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 난연보조제는, 훈타이트, 하이드로마그네사이트 및 붕산아연의 혼합물인 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 비보강성 충진제는, 탄산칼슘 또는 탈크인 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기포억제제는, 산화칼슘 또는 산화마그네슘인 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기본수지는, 그 용융흐름지수가 1 내지 10인 것을 특징으로 하는 유티피 케이블 시스체 제조용 비할로겐계 난연성 수지 조성물.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN104403186A (zh) * 2014-11-14 2015-03-11 宁波一舟塑胶有限公司 一种复合协效阻燃抑烟的低烟无卤骨架料
WO2020111911A1 (ko) * 2018-11-30 2020-06-04 엘에스전선 주식회사 고난연 및 저발연 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블

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