KR20120081848A - 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물 및 그 케이블피복체 - Google Patents

케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물 및 그 케이블피복체 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고압전력케이블이나 통신 케이블에 감싸져 보호기능을 수행하는 피복체에 관한 것으로,
고밀도 폴리에틸렌과; 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 40?120중량부의 비할로겐계 난연제; 상기 비할로겐계 난연제 100중량부에 대하여 2?40중량부의 난연보조제; 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 0.2?8 중량부의 산화방지제; 및 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 3?8 중량부의 보조첨가제를 포함함으로써
상기 피복체의 경도가 증대되어 기계적 특성 및 내구성이 향상됨은 물론 상기 피복체의 난연특성이 향상되어 안전사고가 예방되도록 한 것이다.

Description

케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물 및 그 케이블피복체{Halogen free flame retardant resin composition for cable sheath and its cable sheath}
본 발명은 고압전력케이블이나 통신 케이블에 감싸져 보호기능을 수행하는 피복체에 관한 것으로, 특히 피복체의 기계적 특성을 향상하여 수명을 연장시킴은 물론 난연특성을 향상하여 안전사고를 예방시킬 수 있도록 한 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물 및 그 케이블피복체에 관한 것이다.
일반적으로, 케이블용 피복체는 고압전력케이블이나 통신케이블의 최외층에 적용되어 케이블을 보호하는 층으로서, 이 피복체는 상기 케이블 내부의 코아나 절연체나 반도전층 등이 충분한 성능을 발휘하도록 외부의 전기적, 기계적, 열적, 화학적 영향으로부터 보호하는 역할을 수행하게 된다,
그리고, 상기 피복체는 상기 케이블 코아의 내부로 수분과 금속 이온물질의 침투를 지연시키고 상기 케이블 포설시 손상을 최소화시키며, 부식을 억제시켜 전반적인 케이블의 수명을 늘리는 역할을 수행하므로, 상기 피복체의 조성물을 포함한 재료의 특성이 무엇보다도 중요하다.
따라서, 상기 피복체에 사용되는 재료는 내마모성, 내후성, 수분침투 방지성, 내충격성, 내크래킹성 등을 지녀야함은 물론 가공이 용이해야 하며, 특히 화재가 발생하면 인명이나 재산의 피해뿐만 아니라 시스템 및 주변 전반에 걸쳐 막대한 손실을 주므로 난연특성이 중요하다.
여기서, 상기 피복체의 재료로는 PVC와 폴리올레핀을 기본으로 한 수지조성물이 주로 사용되고 있다.
그런데, 상기 PVC 조성물은 난연특성이 뛰어나지만 화재발생시 염화수소의 발생으로 환경문제 및 케이블 주변부에 석회성분(Hygroscopic Calcium)을 형성하여 부식을 일으키는 문제점이 발생하므로, 폴리올레핀과 같은 비할로겐계 난연제를 적용하여 난연특성을 보강하게 된다.
그러나, 상기 피복체에 비할로겐계 난연제를 첨가하면, 독성이나 저연특성이향상되지만 난연특성이 상대적으로 떨어지므로 상기 난연제의 배합을 위하여 수지 매트릭스에 휠러 등과 같은 충전 특성이 뛰어난 폴리에틸렌 공중합체들을 일정 비율로 혼합해야하는 문제점이 있었다.
즉, 상기 공중합체들을 함유한 피복체는 폴리에틸렌계 만을 사용하는 조성물에 비하여 경도가 현저하게 저하되어 케이블의 기계적 강도나 내스크래치성이 떨어지고, 설치류나 개미류에 의한 손상에도 취약하며, 고온에서의 가열변형특성 등의 저하가 일어나 장기적인 사용과 신뢰성이 요구되는 고압전력 및 통신 케이블에 치명적인 문제점을 제공하게 된다.
이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 상기 피복체의 기계적 특성을 향상하여 수명을 연장시킴은 물론 난연특성을 향상하여 안전사고를 예방시킬 수 있도록 한 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물 및 그 케이블피복체를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은; 고밀도 폴리에틸렌과; 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 40?120중량부의 비할로겐계 난연제; 상기 비할로겐계 난연제 100중량부에 대하여 2?40중량부의 난연보조제; 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 0.2?8 중량부의 산화방지제; 및 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 3?8 중량부의 보조첨가제를 포함하는 구성이다.
이상에서와 같이 본 발명에 의한 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 상기 피복체에 충전된 조성물의 상호작용에 의해, 상기 피복체의 경도가 증대되어 상기 케이블의 압출 후 별도공정 및 보조 장치가 없이도 충격을 포함한 기계적인 특성이 향상되고 설치류나 개미에 의한 손상도 방지된다.
둘째, 상기 피복체에 충전된 조성물의 상호작용에 의해, 상기 피복체의 난연성이 향상되어 화재 등의 열원이 가해지더라도 독성가스를 배출하지 않아 인적/물적피해가 최소화됨은 물론 가열변형특성이나 저연특성이 향상된다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명은, 고밀도 폴리에틸렌과; 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 40?120중량부의 비할로겐계 난연제; 상기 비할로겐계 난연제 100중량부에 대하여 2?40중량부의 난연보조제; 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 0.2?8 중량부의 산화방지제; 및 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 3?8 중량부의 보조첨가제를 포함한다.
여기서, 본 발명은 상기 고밀도 폴리에틸렌을 매트릭스로 하여 상기 비할로겐계 난연제와 상기 난연보조제와 상기 산화방지제와 상기 보조첨가제를 적절하게 혼합함으로써, 상기 절연체의 기계적 특성과 내구성은 물론 난연성을 향상한 것에 특징이 있음을 첨언한다.
그리고, 상기 절연체의 매트릭스 수지에 사용되는 상기 고밀도 폴리에틸렌은 반드시 비중이 0.920 이상이어야 하며, 경도(Shore-D)가 50 이상인 것으로서, 단독 또는 2종 이상의 수지가 혼용되어 사용된다.
그리고, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 용융지수(ASTM D1238 220℃, 10Kg)는 0.25이상 이어야 하며, 2종 이상의 고밀도 폴리에틸렌 수지를 혼용할 경우에는 용융지수의 차이가 20 이하여야 한다.
이때, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 비중이 0.920 이하이면 가열변형특성 및 견고성(Stiffness) 특성이 떨어지고, 특히 전력케이블 사용 온도인 100℃ 정도에서 열변형이 일어날 수 있어 고온 가압(IEC 60811-3-1) 특성이 요구되는 전력케이블의 피복체로 적용하기에는 한계가 있다.
또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌의 경도가 상기 케이블 압출성형 후 가교 등의 별도 공정이나 장치 없이 내 스크래치 및 기계적 충격 특성이 뛰어나며 설치류나 개미에 의한 손상에도 뛰어난 특성을 갖기 위해서는 경도(Shore D)가 반드시 50 이상이어야 하며, 50 이하인 경우에는 완제품 케이블에서의 경도 특성 저하로 상기의 제반 특성을 구현하기 어렵게 된다.
또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌은 용융지수가 0.25?12, 바람직스럽게는 0.5?6이며, 특히 0.25 이하의 경우에는 난연제 충전 후 완제품 조성물의 용융지수가 0.10 이하가 되어 상기 케이블의 압출 성형시 생산 선속의 제한성과 압출외관, 외경 불균일 등의 문제를 일으킨다.
또한, 상기 고밀도 폴리에틸렌을 2종 이상 혼용할 시에는 용융지수가 20 이하여야 하는데, 그 이유는 20 이상의 경우에는 상온 및 가열 후 기계적 특성(인장강도, 신율)의 급격한 저하가 일어나기 때문이다.
한편, 상기의 기준치를 만족하는 고밀도 폴리에틸렌 매트릭스 수지 100중량부에 무독성이면서도 난연특성을 나타내기 위한 수단으로서, 상기 비할로겐계(Non-Halogen) 난연제를 40?120중량부, 바람직하게는 60?110중량부, 더욱 바람직스럽게는 70?100중량부를 충전한다.
이때, 상기 비할로겐계 난연제가 40중량부 이하에서는 난연시험 기준(IEC 60332-3-22)에 의한 케이블 연소시 전소되어 난연특성을 구현하지 못하게 되며, 120중량부 이상에서는 조성물의 용융지수 저하로 케이블 압출 성형시 생산 선속의 제한과 압출외관, 외경불균일 등의 문제를 일으키고 상온 및 가열 후 기계적 특성(IEC 60811-1-1)의 급격한 저하가 일어난다.
그리고, 상기 비할로겐계 난연제는 단독 또는 2종 이상의 금속수화물계를 반드시 포함하여야 하며, 상기 금속수화물계에 기타 난연제로서 인계, 멜라민계, 실리콘 난연제 중 적어도 한 개 또는 혼합하여 병용할 수도 있으며, 특히 상기 금속수화물계 난연제 100중량부에 대하여 상기 기타 난연제의 사용 총량은 5?50중량부 충전함이 바람직하다.
이때, 상기 기타 난연제가 금속수화물계 난연제 100중량부에 대하여 5중량부 이하에서는 난연특성의 개선 변화를 전혀 기대할 수 없으며, 35 중량부 이상에서는 저연 특성에 대한 문제 및 난연성의 저하, 기계적 강도 저하, 조성물의 단가가 높아지는 문제가 발생하므로, 상기 금속수화물계 100중량부에 대하여 바람직하게는 10?20중량부를 첨가하여 사용한다.
또한, 본 발명에 의한 상기 금속수화물계는 표면처리가 된 것을 사용함이 바람직하며, 상기 표면처리가 되지 않은 금속 수화물계 난연제는 충전특성 및 난연특성의 저하, 기계적 물성의 저하 문제를 일으킨다.
이때, 상기 금속 수화물계의 표면처리는 지방산, 실란, 카르복실산, 무수물, 기타 폴리머에 의한 표면 개질 등을 모두 포함한다.
그리고, 상기 비할로겐계 난연제 100중량부에 대하여 연기밀도(IEC 60502-1)의 저하를 위한 수단으로서 난연보조제를 사용할 수 있으며, 상기 난연보조제로는 금속수화물계 난연제 100중량부에 대하여 2?40중량부가 바람직하다.
이때, 상기 난연보조제가 금속수화물계 난연제 100중량부에 대하여 2중량부 이하에서는 저연특성의 개선 변화를 전혀 기대할 수 없으며, 40중량부 이상에서는 연기밀도는 낮아지게 되어 저연특성의 효과는 기대되나 난연성의 저하, 기계적 강도 저하, 조성물의 단가 등도 높아지는 문제가 발생한다.
따라서, 상기 난연보조제는 상기 금속수화물계 100중량부에 대하여 10?30중량부가 바람직하며, 이들 난연보조제는 금속 붕산염, 몰리브덴(Mo)계 유도체 및 카드늄(Cd)계 유도체를 포함한다.
한편, 상기 피복체 조성물에 있어서 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 상기 케이블의 장기 사용신뢰성 및 가열 후 노화시험(IEC60811-1-1)특성을 위하여 산화방지제를 0.2?8 중량부, 바람직스럽게는 0.4?4 중량부이고, 더욱 더 바람직스럽게는 0.5?2 중량부를 충전한다.
이때, 상기 산화방지제의 함량이 0.2 이하에서는 가열 후 특성의 저하 및 조성물 전체에 대한 균일한 분배, 분산이 어렵게 되는 문제가 발생하며, 8중량부 이상에서는 외관 블루밍(Blooming)과 높은 가격으로 인한 문제를 일으키게 된다.
그리고, 상기 피복체 조성물의 원활한 가공성과 상용성 향상이나 착색 및 UV 안정성을 위하여, 상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 3?8 중량부의 보조첨가제(활제, 카본 블랙, 기타 상용화제)를 더 첨가할 수도 있다.
[비교실시예]
본 발명에 따른 실시예와 비교실시예에 의해 상기 피복체의 용융지수를 포함한 물성을 측정하였으며, 상기 물성측정의 결과를 표 1에 도시하였다.
물성 측정 방법
1). 용융지수(g/10min.) : ASTM 1238
2). 가열변형(%) : EE-PO-010
3). 내스크래치 특성 : 23℃, 상대습도 50%에서 48시간 동안 방치한 후 JIS K 5401 규격에 따라 연필 경도를 측정하였다.
4). 경도(Shore-D) : ASTM D2240
5). 산소지수 : ASTM D2863
6). 연기지수 : ASTM E662
주) HDPE-1 : 비중-0.940, 경도-58, 용융지수-0.85
주) HDPE-2 : 비중-0.935, 경도-55, 용융지수-1.20
주) HDPE-3 : 비중-0.920, 경도-48, 용융지수-1.20
주) HDPE-4 : 비중-0.940, 경도-56, 용융지수-0.20
[표 1]
Figure pat00001

표 1에서와 같이, 상기 고밀도 폴리에틸렌 수지를 매트릭스로 하여 상기 비할로겐계 난연제과 상기 난연보조제와 상기 산화방지제와 상기 보조첨가제를 혼합하여 상기 케이블용 피복체를 제조함으로써, 상기 피복체로서 기계적인 특성과 내구성 및 난연성을 동시에 만족함을 알 수 있었다.

Claims (8)

  1. 고밀도 폴리에틸렌과;
    상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 40?120중량부의 비할로겐계 난연제;
    상기 비할로겐계 난연제 100중량부에 대하여 2?40중량부의 난연보조제;
    상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 0.2?8중량부의 산화방지제; 및
    상기 고밀도 폴리에틸렌 100중량부에 대하여 3?8중량부의 보조첨가제;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 비할로겐계 난연제는,
    금속수화물계 난연제 또는 상기 금속수화물계 난연제에 인계, 멜라민계, 실리콘 난연제, 유기화 나노클레이 중 적어도 어느 하나가 5?50중량부 포함된 것을 특징으로 하는 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 비할로겐계 난연제는,
    표면처리된 것을 특징으로 하는 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물.
  4. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 금속수화물계의 표면처리는,
    지방산, 실란, 카르복실산, 무수물, 폴리머에 의한 표면개질인 것을 특징으로 하는 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 고밀도 폴리에틸렌은,
    비중이 0.920 이상이고 경도(shore-D)가 50 이상이며 용융지수가 0.25 이상인 것을 특징으로 하는 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 난연보조제는,
    금속붕산염, 몰리브덴계 유도체, 카드늄계 유도체 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 보조첨가제는,
    활제, 카본블랙, 상용화제 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 케이블피복체용 무독성 난연 수지 조성물.
  8. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 하나에 기재된 조성물에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 케이블피복체.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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