KR20150087267A - 라이저 및 플리넘 케이블용 자켓 조성물 - Google Patents

라이저 및 플리넘 케이블용 자켓 조성물 Download PDF

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주 후앙
암자드 에프. 아부-아리
제임스 디. 말케무스
스코트 엠. 브라운
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제너럴 케이블 테크놀로지즈 코오포레이션
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Abstract

본 발명은 케이블 자켓의 제조를 위한 물질에 대한 것으로서, 특히 라이저 및 플리넘 케이블을 위한 것이다. 물질은 낮은 인화성을 제공하고 UL 910 또는 NFPA-262 또는 UL 1666 규격을 충족하는 케이블이 되도록 한다. 조성물은 PVC 수지, 가소제(plasticizer), 암모늄 옥타몰리브데이트(ammonium octamolybdate), 몰리브데이트 화합물(molybdate compound), 안정화제(stabilizer), 윤활제(lubricant), 알루미늄 트리하이드레이트(aluminum trihydrate), 및 i) 금속 산화물 입자, ii) 폴리테트라프루오로에틸렌(PTFE, polytetrafluoroehtylene), iii) 발포제(intumescent) 화합물 또는 iv) 이들의 조합을 포함한다.

Description

라이저 및 플리넘 케이블용 자켓 조성물{JACKET COMPOSITION FOR RISER AND PLENUM CABLES}
본 출원은 2013년 11월 19일자에 출원된 US 가출원번호 61/727,931의 우선권을 주장하며, 이는 참증으로 여기에 포함된다.
본 출원은 케이블 자켓 제조용 물질에 대한 것으로서, 특히 라이저 및 플리넘 케이블용이다. 상기 물질은 낮은 인화성(flammability)을 제공하고 상기 케이블이 UL 910 또는 NFPA-262 또는 UL 1666 규격을 충족하도록 한다.
빌딩은 일반적으로 드롭 천장(drop ceiling) 및 구조적 바닥 사이의 공간을 가지도록 설계되며, 상기 천장은 통신 케이블 및 다른 장비, 예를 들어 전력 케이블 및 데이터 케이블의 설치를 위한 편리한 위치로서 쓰일 뿐만 아니라 난방 및 냉각 시스템의 요소를 위한 순환 공기 플리넘(return air plenum)으로서 사용되기 위해 매달려 있다. 상기 데이터 케이블은 플리넘 케이블로서 불리워진다. 대안으로, 상기 빌딩은 케이블 라우팅 및 플리넘 공간을 위하여 사용된 이중 바닥(raised floors)을 사용할 수 있다. 통신 케이블은 일반적으로 음성 통신, 데이터, 및 전화, 컴퓨터, 제어, 알람 및 관련 시스템에서 사용되기 위한 다른 종류의 신호를 포함하고, 이러한 플리넘 및 그 케이블이 각 바닥의 길이 및 폭 전체에 걸쳐 끊이지 않는 것은 일반적이지 않고, 이는 케이블 및 빌딩 모두의 안전 위험을 이끌 수 있다.
바닥과 드롭 천장 사이의 공간에서 화재가 발생할 때, 이는 벽 및 상기 공간을 둘러싼 다른 빌딩 요소에 의하여 저지될 수 있다. 그러나, 화재가 상기 플리넘 공간에 도달할 때, 특히 인화성 물질이 상기 플리넘을 차지한다면, 상기 화재는 상기 빌딩의 바닥 전체를 통하여 빠르게 번질 수 있다. 만약 상기 케이블이 플리넘에 사용하기에 비정격(not rated)이면, 즉 필요한 화염 및 연기 저지 특성을 가지지 않으면, 상기 화재가 상기 플리넘 내에 설치된 케이블의 길이를 따라 번질 수 있다. 또한 연기가 빌딩 전체에 걸쳐 침투할 가능성과 함께 상기 플리넘을 통하여 인접 공간 및 다른 층으로 전달될 수 있다.
플리넘에 비정격인 것으로 피복된 케이블의 온도가 올라가면, 상기 자켓 물질의 탄화가 시작된다. 그 뒤에, 상기 자켓 내의 도체 절연(conductor insulation)이 분해되고 탄화되기 시작한다. 만약 상기 탄화된 자켓은 그 완전성을 보유한다면, 이는 여전히 상기 코어를 절연하기 위한 기능을 한다; 그러나 만약 그렇지 않으면, 절연 탄화의 팽창 또는 상기 절연으로부터 생성된 가스의 압력으로 인하여 파열되어, 결과적으로 상기 자켓과 절연의 순수한 내부(virgin interior)를 화염 및/또는 상승된 온도에 노출시킨다. 상기 자켓 및 절연은 열분해하기 시작하고, 더 많은 인화성 가스를 방출하기 시작한다. 이 가스가 발화하고, 상기 플리넘 내의 공기 흐름으로 인하여, 화염이 닿은 영역을 넘어서 불타고, 그것에 의하여 화염이 상기 빌딩 전체로 퍼지고 연기 및 독성 및 부식성 가스를 생성하게 된다.
화염 전파 및 연기 방출의 가능성으로 인하여, 일반적인 규칙으로서, 내셔널 일렉트리컬 코드(National Electrical Code, NEC)는 플리넘 내의 전력-제한(power-limited) 케이블이 금속 전선관(metal conduits) 내에 감싸지도록 요구한다. 그러나, 상기 NEC는 이 요구에 특정 예외를 허용한다. 예를 들어, 금속 전선관 없는 케이블이 허용되는데, 이는 이러한 케이블이 적절히 낮은 화염 전파 및 연기 생성 또는 생산 특성을 가질 때, 예를 들어 언더라이터스 연구소(Underwriters Laboratories, UL)와 같은 독립된 테스트 기관에 의하여 테스트되고 승인되는 경우이다. 케이블의 화염 전파 및 연기 생산은 UL 910 (1998 에디션) 또는 NFPA 262 (2011 에디션)을 이용하여 측정되는데, 이는 "스테이너 터널(Steiner Tunnel)"로서 알려진 것으로서, 플리넘과 같은 공기 조화 공간(air handling spaces)에서 사용되는 전기 및 광학 케이블의 화재 및 연기 지체 특성을 위한 표준 테스트 방법이다.
플리넘 케이블용 표준(UL910, 소위 NFPA-266)은 언더라이터스 실험실(Underwriters Laboratory, UL)에 의하여 개발되었고 미국방화협회(National Fire Protection Association, NFPA)에 의하여 채택되었다. 이는 ASTM E84 스테이너 터널 테스트에 기초한다. 이 테스트에서, 케이블 묶음은 일정한 공기 속도에서 일정한 화염이 가해지는 대상이 된다. 상기 묶음 내의 케이블의 개수는 상기 케이블의 외부 직경에 기초하여 결정된다. 상기 묶음이 상기 테스트의 대상이 되고, 밀도 측정 뿐만 아니라 화염 전파도 기록된다. 상기 테스트 통과를 위하여, 최대 0.50 밀도 유닛 피크(density units peak), 및 최대 평균 0.15가 요구된다. 화염 전파(확산)은 길이로 5 피트를 초과하지 않아야만 한다.
라이저(CMR) 정격 케이블은 UL1666 요구를 충족하는 케이블이다. 이 케이블은 바닥 사이 또는 엘리베이터 샤프트(shaft)를 통한 수직 트레이 내 설치용으로 설계된다. 상기 케이블은 통상적으로 꼬여지고, 라이저 타입 자켓으로 피복된 절연 와이어를 포함한다. 본 발명의 목적은 이러한 타입의 케이블용 자켓으로서 사용된 PVC 화합물의 조성을 설명하는 것이다.
CMR 케이블의 가장 중요한 특성은 수직 화재 UL1666 테스트(vertical burn UL1666 test)를 통과하는 것이다. 상기 테스트 장치 및 과정은 UL1666, 섹션 4에 상세 설명되어 있다. 상기 테스트는 챔버(chamber)에서 마감된 케이블을 설치함으로써 수행된다. 상기 케이블은 이때 30분 동안 (154.5 KW에서) 연속적인 화염에 노출된다. 상기 테스트 통과를 위하여, 상기 화염 전파는 발화점으로부터 12 피트와 동일 또는 초과할 수 없고, 온도는 UL1666의 섹션 9에서 설명된 것처럼 850°F를 초과할 수 없다.
상기 UL1666 규격을 충족하기 위한 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC) 자켓 조성물의 개발에 주요 난관들 중 하나는, 30분 화재 동안 낮은 인화성을 유지하는 것이다. 그렇게 하기 위하여, 포뮬레이터(formulator)는 (브롬 처리한 프탈레이트(brominated phthalates)의 형태에서)브롬 및 안티모니(antimony)의 현저한 양을 추가하는 경향이 있다. 이 두 첨가제들은, 알루미늄 트리하이드레이트(aluminum trihydrate)와 마찬가지로 낮은 인화성을 제공할 수 있다. 그러나, 이 첨가제들은 가격이 비싸다.
그러므로, 낮은 인화성을 제공하면서도, 저가격으로 제조될 수 있는 플리넘 및 라이저 케이블 용 자켓 조성물의 요구가 여전히 존재한다.
일 실시예에서, 본 발명은 라이저 또는 플리넘 케이블용 자켓으로서 사용되는 조성물을 제공한다. 상기 조성물은 UL 910 (1998 에디션) 및/또는 NFPA 262 (2011 에디션) 및/또는 UL 1666 (2007 에디션) 규격을 충족하도록 개발되었고, 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC) 수지, 가소제(plasticizer), 암모늄 옥타몰리브데이트(ammonium octamolybdate), 몰리브데이트 화합물, 안정화제(stabilizer), 윤활제(lubricant), 알루미늄 트리하이드레이트(aluminum trihydrate), 및 i) 금속 산화물 입자, ii) 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroehtylene, PTFE), iii) 발포성 화합물(intumescent compound), 또는 iv) 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다. 상기 조성물은 수산화 마그네슘(magnesium hydroxide), 붕산 아연(zinc borate), 규산 칼슘(calcium silicate), 및/또는 브롬화 난연재(brominated fire retardant)를 더 포함할 수 있다. 이러한 추가적 성분의 각각은 약 50phr(part per hundred rubber) 미만, 바람직하게는 약 10 내지 약 40phr, 더욱 바람직하게는 20 내지 약 30phr로 존재한다.
바람직하게는, 상기 금속 산화물 입자는 구체의 비정질 실리콘 다이옥사이드(spherical amorphous silicon dioxide)이다. 더욱 바람직하게는, 상기 구체의 비정질 실리콘 다이옥사이드는 약 100-200nm의 평균 입자 크기 및/또는 약 10-30m2/g의 BET 표면 영역을 갖는다. 상기 금속 산화물 입자는 또한 바람직하게는 비다공성(non-porous), 비-이온성(non-ionic) 및/또는 비-수화(non-hydrated)된다.
다른 일 실시예에 있어서, 본 발명은 적어도 하나의 와이어 및 상기 와이어를 둘러싸는 자켓을 포함하는 케이블을 제공한다. 상기 자켓은 PVC 수지, 가소제, 암모늄 옥타몰리브데이트, 몰리브데이트 화합물, 안정화제, 윤활제, 알루미늄 트리하이드레이트, 및 i) 금속 산화물 입자, ii) PTFE, iii) 발포성 화합물, 또는 iv) 이들의 조합 중 어느 하나를 포함한다. 상기 케이블은 UL 910 및/또는 NFPA 262 및/또는 UL 1666 규격을 만족한다.
또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 라이저 또는 플리넘 케이블용 자켓 또는 절연으로서 사용하기 위한 PVC 조성물의 제조 방법을 제공한다. 상기 조성물은 복합재(composite material)를 형성하기 위하여 PVC 수지, 가소제, 암모늄 옥타몰리브데이트, 몰리브데이트 화합물, 안정화제, 윤활제, 알루미늄 트리하이드레이트, 및 i) 금속 산화물 입자, ii) PTFE, iii) 발포성 화합물, 또는 iv) 이들의 조합 중 어느 하나를 함께 혼합하여 제조된다.
또 다른 실시예에 있어서, 본 발명은 UL 910 및/또는 NFPA 262 및/또는 UL 1666 규격을 만족하는 플리넘 또는 라이저 케이블의 제조 방법을 제공한다. 상기 케이블은 복합재를 형성하기 위하여 PVC 수지, 가소제, 암모늄 옥타몰리브데이트, 몰리브데이트 화합물, 안정화제, 윤활제, 알루미늄 트리하이드레이트, 및 i) 금속 산화물 입자, ii) PTFE, iii) 발포성 화합물, 또는 iv) 이들의 조합 중 어느 하나를 함께 혼합하는 단계; 및 자켓을 형성하기 위해 적어도 하나의 절연 와이어 주위를 상기 복합재로 둘러싸는 단계에 의하여 제조된다. 바람직하게는, 상기 자켓 형성은 압출(extrusion)에 의하여 이루어진다.
본 발명에 적합한 폴리비닐 클로라이드(PVC) 수지는 보통 비닐 현탁 수지(vinyl suspension resins) 용도인, 중간 또는 큰 분자량이다. 상기 PVC 수지는 당업계에 잘 알려져 있고, 다양한 출처로부터 상업적으로 입수 가능하다. 바람직한 PVC 수지는 보통 비닐 현탁 수지 용도인 큰 분자량으로, 조지아 걸프(Georgia Gulf)로부터 상업적으로 입수 가능한 GG-5415와, 1300의 중합도(degree of polymerization) 및 80,600의 평균 분자량으로, 신테크 사(Shintech Inc.)로부터 입수 가능한 SE-1300을 포함한다. 상기 자켓 조성물 내의 PVC 수지는 100 파트(part)로 정의된다. 다른 성분은 상기 PVC의 100 중량부(parts by weight)를 기준으로 여기에 명시되고, "phr(parts per hundred rubber)"의 약어로 표시된다.
가소제는 당업계에 잘 알려져 있고 그 유연성(flexibility) 및 가공 특성을 개선하기 위하여 상기 조성물에 첨가된다. 본 발명에 적절한 가소제는, 여기에 제한되지 않으나, 프탈산 이소데실(diisodecyl phthalate), 디(2-프로필 헵틸) 프탈레이트(di(2-propyl heptyl) phthalate), n-옥틸-n-데실 프탈레이트 (혼합) (n-octyl-n-decyl phthalates (mixed)), 디알릴 프탈레이트(diallyl phthalate), 디옥틸 세바케이트(dioctyl sebacate), n-옥틸-n-데실 트리멜리테이트(n-octyl-n-decyl trimellitate), 트리이소옥틸 트리멜리테이트(triisooctyl trimellitate), 이소데실 디페닐 포스페이트 에스테르(isodecyl diphenyl phosphate ester), 디-2-에틸헥실 아디페이트( di-2-ethylhexyl adipate), 디-2-에틸헥실 아젤레이트(di-2-ethylhexyl azelate), 디-2-에틸헥실 세바케이트(di-2-ethylhexyl sebacate), 부틸 벤질 세바케이트( butyl benzyl sebacate), 디이소데실 아디페이트(diisodecyl adipate), 펜타에리트리톨 에스테르(pentaerytritol ester), 및 아크릴산-에틸렌-비닐 아세테이트 삼량체(acrylic acid-ethylene- vinyl acetate terpolymer)를 포함한다. 바람직한 가소제는 이소데실 디페닐 포스페이트 에스테르(isodecyl diphenyl phosphate ester)이다. 바람직하게는, 상기 가소제는 상기 자켓 조성물에서 약 10 내지 약 40phr로, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 30phr, 가장 바람직하게는 약 25 내지 약 30phr로 존재한다.
또한, 본 조성물은 좋은 화염 성능(good flame performance)을 요구하는 조성물에 사용되는 난연 가소제(fire retardant plasticizer)로서, 브롬 처리된 프탈레이트(brominated phthalate)를 포함할 수 있다. 일반적으로 이용 가능한 브롬 처리된 프탈레이트(brominated phthalate)는 유니텍스(Unitex)에서 제조된 FRP-45; 및 코네티컷 주, 미들버리(Middlebury, Conn)에 있는 쳄투라(Chemtura)로부터 입수 가능한 DP-45(테트라브로모프탈레이트 에스테르(tetrabromophthalate ester))를 포함한다. 바람직하게는, 상기 브롬 처리된 프탈레이트는 상기 자켓 조성물에서 약 5 내지 약 30phr, 더욱 바람직하게는 약 15 내지 약 25phr, 가장 바람직하게는 약 23phr로 존재한다.
상기 안정화제는, 여기에 제한되지 않으나, 힌더드 아민 광 안정화제(hindered amine light stabilizers, HALS), 산화방지제(antioxidants), 및/또는 열 안정화제일 수 있고, 상기 자켓 조성물에서 약 0.1 내지 약 10phr, 더욱 바람직하게는 약 0.1 내지 약 8phr, 가장 바람직하게는 약 0.1 내지 약 6phr로 존재한다. 상기 HALS는, 예를 들어, 비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세브아세테이트 (bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)sebaceate) (Tinuvin ® 770); 비스(l,2,2,6,6- 테트라메틸-4-피페리딜_세브아세테이트 + 메틸1,2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜 세브아세테이트 (Tinuvin ® 765); 1,6-헥산디아민(1,6-Hexanediamine), 2,4,6 트리클로로-1,3,5-트리아진을 갖는 N,N'-비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)폴리머(N,N'-Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidyl)polymer with 2,4,6 trichloro-l,3,5-triazine), N-부틸2,2,6,6,-테트라메틸-4-피페리딘아민(N-butyl2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinamine)과의 반응 생성물 (Chimassorb® 2020); 데칸2산 ( decanedioic acid), 비스(2,2,6,6-테트라메틸-1-(옥틸옥시)-4-피페리딜)에스테르(Bis(2,2,6,6-tetramethyl-l-(octyloxy)-4-piperidyl)ester), 1,1-디메틸에틸하이드로페록사이드 및 옥탄(1,1-dimethylethylhydroperoxide and octane)의 반응 생성물 (Tinuvin ® 123); 트리아진 유도체 (triazine derivatives) (Tinuvin® NOR 371); 부탄에딕산(butanedioc acid), 디메틸에스테르( dimethylester), 4-하이드록시-2,2,6,6-테트라메틸-1-피페리딘 에탄올(4-hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-l-piperidine ethanol) (Tinuvin ® 622); 1,3,5-트리아진-2,4,6-트리아민(l,3,5-triazine-2,4,6-triamine),N,N'"-[l,2-에탄-디일-비스[[[4,6-비스-[부틸(1,2,2,6,6펜타메틸-4-피페리디닐)아미노]-1,3,5-트리아진-2-일]-3,1-프로판디일]]비스[N',N"-디부틸-N',N"비스(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜) (l,3,5-triazine-2,4,6-triamine,N,N'"-[l,2-ethane-diyl-bis[[[4,6-bis- -[butyl( 1,2,2,6, 6pentamethyl-4-piperdinyl)amino]-l,3,5-triazine-2-yl]imino-]-3,l-propanediyl]]bis[N',N"-dibutyl-N',N"bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-pipe-ridyl)) (Chimassorb® 119); 및/또는 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)세바케이트 (bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)sebacate) (Songligh1® 2920); 폴리[[6-[(l,l,3,3-테라메틸부틸)아미노]1,3,5-트리아진-2,4-디일][2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-l,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]](poly[[6-[(l,l,3,3-terramethylbutyl)amino]-l,3,5-triazine-2,4-diyl][2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]-l,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]]) (Chimassorb®944); 벤젠프로파노익산(Benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸-에틸)-4-하이드록시-.C7-C9 가지 알킬 에스테르(3,5-bis(l,l-dimethyl-ethyl)-4-hydroxy-.C7-C9 branched alkyl esters) (Irganox® 1135); 및/또는 이소트리데실-3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐) 프로피오네이트(Isotridecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl) propionate) (Songnox® 1077 LQ)를 포함할 수 있다. 바람직한 HALS는 Songlight 2920로서 상업적으로 입수 가능한 비스(1,2,2,6,6-펜타메틸-4-피페리디닐)세바케이트(bis(1,2,2,6, 6-pentamethyl-4-piperidinyl)sebacate)이다.
열 안정화 기능이 없는 산화 방지제가 본 조성물에서 사용될 수 있다. 이들은 통상적으로 페놀 유도체(힌더드 페놀(hindered phenol))이다. 달리 알려진 산화 방지제는 방향족 아민 유도체(aromatic amine derivative)이다. 이들의 주요 기능은 자유 라디칼 스캐빈징(scavenging)이고 탈염화 수소화 작용(dehydrochlorination)을 예방하는 것이다. 산화 방지제는, 여기에 제한되지 않으나, 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸(4,6-bis(octylthiomethyl)-o-cresol) (Irgastab KV-10); 디옥타데실 3,3'-티오디프로피오네이트 (dioctadecyl 3,3'-thiodipropionate) (Irganox PS802); 폴리[[6-[(l,1,3,3-테라메틸부틸)아미노]-l,3,5-트리아진-2,4-디일][2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-1,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]](poly[[6-[(l,1,3,3-terramethylbutyl)amino]-l,3,5-triazine-2,4-diyl][2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]-1,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]]) (Chimas sorb® 944); 벤젠프로파노익산(Benzenepropanoic acid), 3,5-비스(1,1-디메틸-에틸-4-하이드록시-C7-C9 가지 알킬 에스테르(3,5-bis(l,l-dimethyl-ethyl)-4-hydroxy-C7-C9 branched alkyl esters) (Irganox® 1135); 이소트리데실-3-(3,5-디-터트-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트 (Isotridecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate) (Songnox® 1077 LQ)을 포함할 수 있다. 만약 사용된다면, 바람직한 열 안정화제는, 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸(4,6-bis (octylthiomethyl)-o-cresol) (Irgastab KV-10); 디옥타데실 3,3'-티오디프로피오네이트(dioctadecyl 3,3'-thiodipropionate) (Irganox PS802), 및/또는 폴리[[6-[(l,1,3,3-테라메틸부틸)아미노]-l,3,5-트리아진-2,4-디일][2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]-l,6-헥산디일[(2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)이미노]] (poly[[6-[(l,1,3,3-terramethylbutyl)amino]-l,3,5-triazine-2,4-diyl][2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]-l,6-hexanediyl[(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)imino]]) (Chimassorb®944)을 포함한다.
열 안정화제는 가공하는 동안 PVC 조성물의 분해(degradation)를 예방하기 위하여 필요하다. 그들은 생성된 HCL 가스와 반응하여 PVC 체인의 풀림(unzipping)을 예방한다. 이러한 안정화제는 혼합 금속(mixed metal)에 기초한다. 그들은 통상적으로 하이드로탈사이트(hydrotalcites)를 포함하여 상기 안정화제의 효능을 향상시킨다. 그들은 1차 금속, 예를 들어 아연염 또는 카드뮴 염을 포함하고, 2차 금속, 통상적으로 바륨 염 또는 칼슘 염을 포함한다. 가장 널리 이용되는 혼합 금속 안정화제는 칼슘 및 아연 혼합 금속이다. 이러한 안정화제는, 여기에 제한되지 않으나, Ba-Cd-Zn (Mark®2077, Mark®7202, Mark®7103, Thermcheck® 1237, Thermcheck®6116, 및 Thermcheck®6580로서 상업적으로 입수 가능), Ca-Zn(Mark® 593, Mark® QTS, Synpron® 1699 Interstab® CZL720, 및 Thermcheck® 203P)일 수 있다. 본 발명에서 바람직한 안정화제는 Ca-Zn 안정화제이고, Thermcheck® 203P으로서 상업적으로 입수 가능하다.
연기 억제제(Smoke suppressants) 및 차 프로모터(char promoters)는 플리넘 케이블의 연기 성능에 필수적이다. 옥타몰리브데이트(Octamolybdates) 및 몰리브데늄(molybdenum) 화합물은 PVC 플리넘 조성물에 사용될 수 있다. 본 조성물에서, 암모늄 옥타몰리브데이트(ammonium octamolybdates, AOM) 및 (상기 암모늄 옥타몰리브데이트와 다른)폴리브데이트 화합물이 화염 동안 연기 생성을 억제하는데 도움을 주기에 유용하다. 본 발명에서 사용되는 AOM 수준은 약 10 내지 약 40phr, 바람직하게는 약 15 내지 약 35phr, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 30 phr이다. 본 발명을 위한 바람직한 몰리브데이트 화합물은 아연 몰르브데이트/마그네슘 실리케이트 복합체(zinc molybdate/magnesium silicate complex)이고, Kemgard® 1100 으로서 상업적으로 입수 가능하며, 약 10 내지 약 40phr, 바람직하게는 약 15 내지 ㅇ약 phr, 더욱 바람직하게는 약 20 내지 약 25 phr로 사용된다.
적합한 윤활제의 예시는, 여기에 제한되지 않으나, 스테아르산(stearic acid), 실리콘, 정전기 방지 아민(anti-static amines), 유기 아미티(organic amities), 에탄올아미드(ethanolamides), 모노- 및 디-글리세라이드 패티 아민(mono- and di-glyceride fatty amines), 에톡실레이트 패티 아민(ethoxylated fatty amines), 지방산(fatty acids), 아연 스테아레이트(zinc stearate), 스테아르산(stearic acids), 팔미트산(palmitic acids), 칼슘 스테아레이트(calcium stearate), 납 스테아레이트(lead stearate), 황산 아연(zinc sulfate), 및 이들의 조합을 포함할 수 있다. 윤활제는 상기 조성물의 가공 특성을 개선하기 위하여 첨가될 수 있다. 그러나, 실리콘 및 지방산 아미드(fatty acid amides)와 같은 몇몇 윤활제는 또한 상기 케이블 자켓의 외부 표면에 윤활을 제공하여 상기 플리넘 또는 라이저 케이블의 설치하는 동안의 마찰을 감소시킨다. 마찰 감소에 유용한 윤활제는, 여기에 제한되지 않으나, 올레아미드(oleamide), 에루카아미드(erucamide), 스테아라마이드(stearamide), 베헨아미드(behenamide), 올레일 팔미트아미드(oleyl palmitamide), 스트레아릴 에루카마이드(strearyl erucamide), 에틸렌 비스-스테아라마이드(ethylene bis- stearamide), 및 에틸렌 비스-올레아미드(ethylene bis-oleamide)을 포함할 수 있다. 이러한 윤활제는 멜트 상(melt phase)에서 고르게 분산된다; 그러나 상기 폴리머가 냉각되면서, 상기 윤활제는 상기 조성물의 표면으로 이동하여 박막 윤활층을 형성하고, 이는 표면 사이의 마찰 계수를 감소시킨다. 본 발명의 윤활제의 수준은 약 0.1 내지 약 2,0phr, 바람직하게는 약 0.25 내지 약 1.5phr, 및 더욱 바람직하게는 약 0.7 내지 약 1.5 phr이다. 바람직한 윤활제는 지방산(Loxiol G-40 로서 상업적으로 입수 가능) 및 스테아르산이다.
침전된 또는 가루로된(ground) 어떠한 알루미늄 트리하이레이트(aluminum trihyrate, ATH)라도 본 발명에 적합하다. 그 화학식은 Al(OH)3이고, 분해 반응 2Al(0H)3 -> A1203 + 3H20 에 의하여 열 흡수 및 물 방출(releasing)에 효과적이다. 서로 다른 입자 크기를 갖는 ATH의 몇몇 등급이 존재하고, ATH의 전반적인 성능에 대하여 입자 크기의 효과를 고려하면 본 발명에 모두 적합하다. ATH의 평균 입자 크기는 0.5 내지 55 마이크론 사이의 범위이다. 몇몇 등급은 Polyfill ®, Hydral®, Martinal®, Micral® 및 기타와 같은 상표명으로 상업적으로 입수 가능하다. 본 발명에서 사용되는 바람직한 ATH는(Hydral PGA-SD로 상업적으로 입수 가능) 1.0 마이크론의 입자 크기를 갖는 침전된 ATH이다. 본 발명에서 사용된 ATH의 양은 약 20 내지 약 80phr, 바람직하게는 약 40 내지 약 80phr, 및 더욱 바람직하게는 약 50 내지 약 70phr이다.
마이크로 산화물 입자는 구형 및 양 또는 음의 이온 원자가를 갖지 않는 비-이온 특성이고, 이온 결합, 미네랄, 또는 금속(요소)를 형성할 수 없는 산화물이다. 바람직하게 상기 입자는 개선된 유동(rheological) 및 내화 특성을 주는 적은 표면 영역을 갖는다. 상기 마이크로 산화물 입자의 BET 표면 영역은 바람직하게는 약 10-30 m 2/g, 더욱 바람직하게는 약 18-22m 2/g, 및 가장 바람직하게는 약 20m 2/g이다. 바람직한 산화물은 실리콘, 알루미늄, 마그네슘 및 그들의 겹산화물(double oxide)을 포함한다. 또한, Zn 및 Fe 산화물은 본 발명의 몇몇 실시예에 적합할 수 있다. 다른 산화물은 본 발명에서의 기능이 기대되지만, 본 발명에서 설명된 마이크로 형태에서는 아직 이용가능하지 않을 수 있다. 또한 상기 금속 산화물 입자는 바람직하게는 고체 비정질(amorphous) 입자이다. 금속 산화물 입자의 평균 입자 크기는 약 300nm 미만, 바람직하게는 100-200nm의 범위 내, 더욱 바람직하게는 약 150nm일 수 있다. 상기 마이크로 산화물 입자의 농도(concentration)는 약 1 내지 약 10phr, 바람직하게는 약 1 내지 약 8phr, 가장 바람직하게는 약 4 내지 약 6phr일 수 있다.
바람직한 금속 산화물 입자는 엘켐 실리콘 머티리얼(Elkem Silicon Materials)에서 제조된 SIDISTAR® T 120이고, 이는 폴리머 응용을 위하여 설계된 구형 비정질 실리콘 다이옥사이드 첨가제이다. SIDISTAR® T 120의 일차 입자(primary particle) 평균 크기는 150nm이다. PVC와 함께 사용될 때, 상기 SIDISTAR® T 120 첨가제는 향상된 난연성을 제공하고, 이는 UL 910 또는 NFPA 262 또는 UL 1666 요구 조건을 충족하면서 상기 조성물에서 다른 값비싼 난연재(예를 들어 브롬 및 안티몬 화합물)의 감소가 가능하도록 한다. 혼합 과정에서, SIDISTAR® T120 또한 모든 화합물 성분의 분산을 개선하고, 최종 조성물에서 균형잡힌(well-balanced) 물리적 특성을 제공한다. 최초의 구형 입자로서 분산되기 때문에, SIDISTAR® T120는 또한 내부 마찰을 감소하고, 더 나은 용융 흐름(melt flow)의 결과로서 더 높은 압출(extrusion) 또는 주입(injection) 속도를 가능하게 하여 현저한 가격 절감이 되도록 한다. 상기 매트릭스 내에서 일차 입자(primary particle)로의 분산은 매우 미세한 셀 형성이 가능하게 하여, 큰 분자량 가공 보조제의 감소를 초래하여, 원료 비용이 더 감소되도록 한다.
NFPA 262 규격 통과가 가능하게 하기 위하여, 발포제(intumescent)가 상기 조성물에 첨가될 수 있다. 발포제는 열로 인하여 부풀어 오르게 하는 물질로서, 부피를 증가시키고 밀도를 감소시킨다. 이는 통상적으로 예를 들어 암모늄 폴리포스페이트(ammonium polyphosphates), 멜라민(melamine), 및 펜타에리트리톨(pentaerythritol)과 같은, 염을 함유한 인(phosphorus)이다. 이런 타입의 발포제의 예시는 Intumax AC2, Intumax AC3 WM, Intumax AC3, 및 Maxichar로서 상업적으로 입수 가능하다. 인산염(Phosphate) 기반 발포제(예를 들어 Intumax AC-2)는 본 발명에 바람직하다. 본 발명에 사용된 발포제는 약 1 내지 약 10phr, 바람직하게는 약 2 내지 약 10phr, 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 10phr이다.
PTFE에 더하여, Dyneon® PA-5953와 같은, 듀퐁(Dupont)에 의하여 제조된 첨가제는 최종 산물의 변색을 최소화하고, SIDISTAR® T-120와 함께 사용될 때, 가공성(processability)을 현저하게 개선시킨다. 게다가, 점도 감소제로서 설계된 상기 첨가제 모두 기대치 않게 상기 본 발명의 조성물이 화염에 휩싸일 때 연기 생성을 감소시킨다.
상기 조성물은 충전제(fillers), UV 광 흡수제(ultraviolet light absorbers), 안료(colorant), 불소 중합체(예를 들어 PTFE(polytetrafluoroethylene)) 등과 같은 다른 성분을 포함할 수 있다. 적합한 충전제의 예시는, 여기에 제한되지 않으나, 카본 블랙, 점토, 탈크(talc, 알루미늄 실리케이트(aluminum silicate) 또는 마그네슘 실리케이트(magnesium silicate)), 마그네슘 알루미늄 실리케이트, 마그네슘 칼슘 실리케이트, 칼슘 카보네이트, 마그네슘 칼슘 카보네이트, 실리카, 수산화 마그네슘, 붕산 나트륨(sodium borate), 칼슘 보레이트(calcium borate), 카올린 클레이(kaolin clay), 유리 섬유(glass fibers), 유리 입자(glass particles) 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 본 발명은 PVC 수지, 테트라브로모프탈레이트 에스테르(tetrabromophthalate ester), 포스페이트 에스테르, 암모늄 옥타몰리브데이트, 몰리브데이트 화합물, 안정화제, 스테아르산, 지방산 에스테르, 알루미늄 트리하이드레이트, 금속 산화물 입자, 및 PTFE 수지를 포함한다. 다른 실시예에서, 본 발명의 조성물은 PVC 수지, 테트라브로모프탈레이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 암모늄 옥타몰리브데이트, 몰리브데이트 화합물, 안정화제, 스테아르산, 지방산 에스테르, 알루미늄 트리하이드레이트, 금속 산화물 입자, 및 발포제 화합물을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 본 발명의 조성물은 PVC 수지, 테트라브로모프탈레이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 암모늄 옥타몰리브데이트, 몰리브데이트 화합물, 안정화제, 스테아르산, 지방산 에스테르, 알루미늄 트리하이드레이트, PTFE 수지 및 발포제 화합물을 포함한다. 또 다른 실시예에서, 본 발명의 조성물은 PVC 수지, 테트라브로모프탈레이트 에스테르, 포스페이트 에스테르, 암모늄 옥타몰리브데이트, 몰리브데이트 화합물, 안정화제, 스테아르산, 지방산 에스테르, 알루미늄 트리하이드레이트, 금속 산화물 입자, PTFE 수지 및 발포제 화합물을 포함한다.
본 발명에서 사용된 조성물의 모든 구성 성분은 일반적으로 적어도 하나의 와이어로 압출되게 하는 압출 장치로 삽입되기 이전에 함께 혼합되거나 화합된다. 폴리머, 다른 첨가제 및 충전제는, 균질한 덩어리(mass)와 같은 혼합물을 혼합 또는 화합하기 위하여 당업계에서 사용되는 어떠한 기술에 의하여 함께 혼합된다. 예를 들어, 구성 성분은 멀티-롤 밀(multi-roll mill), 스크류 밀(screw mills), 연속 믹서(continuous mixers), 화합물 압출기(compounding extruder) 및 반바리 믹서(Banbury mixer)를 포함하는 다양한 장치에서 유동(flux)될 수 있다.
본 조성물의 다양한 성분들이 균일하게 함께 혼합되고 화합된 후에, 그들은 본 발명의 케이블을 제조하기 위해 더 가공된다. 상기 조성물을 케이블 자켓으로 형성하는 방법들이 선행 기술로서 잘 알려져 있고, 본 발명의 케이블의 제조는 일반적으로 다양한 압출 방법 중 어떠한 것을 이용하여도 성취될 수 있다.
본 발명의 조성물은, 플리넘 또는 라이저 케이블 자켓으로 사용될 때, 놀랍도록 낮은 인화성 및 낮은 연기 생성을 보인다. 본 조성물은 바람직하게는 꼬아진 도체의 쌍(twisted pairs of conductors)에 대하여 데이터 통신 케이블 자켓에 유용하고, 상기 도체들은 플루오로폴리머-프리 물질(fluoropolymer-free material)로 절연된다.
다른 설명 없이, 당업자는, 상기 설명 및 하기 설명적 예시를 이용하여, 본 발명의 화합물의 제조 및 활용, 주장된 방법들의 실시가 가능한 것으로 생각된다. 다음 예시들은 본 발명의 설명을 위하여 주어진다. 본 발명은 이 예시에 설명된 특정 조건 또는 상세 사항에 제한되지 않는 것으로 이해된다.
실시예들
본 실시예에서, 상기 조성물은 작은 플래니터리 믹서(planetary mixer)에 의하여 혼합되어 건조 혼합물(dryblend)을 생산한다.
상기 건조혼합물은 두 개의 롤 밀(two roll mill)을 통과하여 바람직한 플라스틱 시트(sheet)를 생산한다. 상기 시트는 가열 프레스에서의 압력 하에서 플라크(plaqued)가 된다. 상기 플라크는 화염 및 연기 테스트가 수행된다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
본 발명이 특정 실시예의 참증으로 설명 및 도시되는 동안, 당업자는 본 발명이 여기에 필수적으로 설명되지 않은 변형으로 만들 수 있음을 인지할 것이다. 이러한 이유로, 참증은 단지 본 발명의 진정한 범위를 결정하기 위한 목적을 위하여 첨부된 청구 범위로 만들어진다.

Claims (22)

  1. a) PVC 수지;
    b) 가소제(plasticizer);
    c) 암모늄 옥타몰리브데이트(ammonium octomolybdate);
    d) 몰리브데이트 화합물(molybdate compound);
    e) 안정화제(stabilizer);
    f) 윤활제(lubricant);
    g) 알루미늄 트리하이드레이트(aluminum trihydrate); 및
    h) 금속 산화물 입자, 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene, PTFE), 발포제 화합물(intumescent compound) 또는 이들의 조합을 포함하는 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 입자는 실리콘 다이옥사이드(silicon dioxide)인 것인 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 가소제는 테트라브로모프탈레이트 에스테르(tetrabromophthalate ester) 및 이소데실 디페닐 포스페이트 에스테르(isodecyl diphenyl phosphate ester)를 포함하는 것인 조성물.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 테트라브로모프탈레이트 에스테르는 약 5-30phr로 존재하고,
    상기 이소데실 디페닐 포스페이트 에스테르는 약 10-40phr로 존재하는 것인 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 성분 a)는 약 100 중량부(parts by weight)로 존재하고, 성분 b)는 약 15-70phr(parts per hundred rubber), 성분 c)는 약 10-40phr, 성분 d)는 약 10-40phr, 성분 e)는 약 0.1-10phr, 성분 f)는 약 0.1-2 phr 및 성분 g)는 약 20-80phr로 존재하는 것인 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 성분 h)는 금속 산화물 입자, PTFE 및 발포제 화합물이 각각 약 1-10phr로 존재하는 것인 조성물.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 산화물 입자는 고체 입자, 비다공성(non porous) 입자, 적은 표면 영역(low surface area)을 가지는 입자, 비이온(non ionic) 입자, 비수화(non hydrated) 입자, 마이크로 미네랄(micro mineral) 입자 또는 금속 산화물 입자인 것인 조성물.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은,
    수산화 마그네슘(magnesium hydroxide)을 더 포함하는 것인 조성물.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수산화 마그네슘는 약 50phr 미만으로 존재하는 것인 조성물.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 조성물은,
    붕산 아연(zinc borate) 및 브롬화 난연재(brominated fire retardant)를 더 포함하는 것인 조성물.
  11. 자켓에 의하여 둘러싸여진 복수의 와이어를 포함하는 플리넘 또는 라이저 케이블(plenum or riser cable)에 있어서,
    상기 자켓은,
    a) PVC 수지;
    b) 가소제;
    c) 암모늄 옥타몰리브데이트;
    d) 몰리브데이트 화합물;
    e) 안정화제;
    f) 윤활제;
    g) 알루미늄 트리하이드레이트; 및
    h) 금속 산화물 입자, PTFE, 발포제 화합물 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 케이블.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 금속 산화물 입자는 실리콘 다이옥사이드인 것인 케이블.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 가소제는 테트라브로모프탈레이트 에스테르 및 이소데실 디페닐 포스페이트 에스테르를 포함하는 것인 케이블.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 테트라브로모프탈레이트 에스테르는 약 5-30phr로 존재하고,
    상기 이소데실 디페닐 포스페이트 에스테르는 약 10-40phr로 존재하는 것인 케이블.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 성분 a)는 약 100 중량부로 존재하고, 성분 b)는 약 15-70phr, 성분 c)는 약 10-40phr, 성분 d)는 약 10-40phr, 성분 e)는 약 0.1-10phr, 성분 f)는 약 0.1-2 phr 및 성분 g)는 약 20-80phr로 존재하는 것인 케이블.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 성분 h)는 금속 산화물 입자, PTFE 및 발포제 화합물이 각각 약 1-10phr로 존재하는 것인 케이블.
  17. 제11항에 있어서,
    상기 금속 산화물 입자는 고체 입자, 비다공성 입자, 적은 표면 영역을 가지는 입자, 비이온 입자, 비수화 입자, 마이크로 미네랄 입자 또는 금속 산화물 입자인 것인 케이블.
  18. 제11항에 있어서,
    상기 자켓은,
    수산화 마그네슘를 더 포함하는 것인 케이블.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 수산화 마그네슘은 약 50phr 미만으로 존재하는 것인 케이블.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 자켓은,
    붕산 아연 및 브롬화 난연재를 더 포함하는 것인 케이블.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 발포제 화합물은 포스페이트(phosphate) 베이스인 것인 조성물.
  22. 제11항에 있어서,
    상기 발포제 화합물은 포스페이트 베이스인 것인 케이블.
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