KR20170041824A - 가교 층을 포함하는 케이블 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 하나 이상의 중합체 물질(A), 하나 이상의 광개시제(B), 및 하나 이상의 가교제(C)를 포함하는 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물로부터 획득된 하나 이상의 가교된 층(3, 4, 5)에 의해 둘러싸인 신장된 전도성 요소(2)를 포함하는 케이블(1)로서, 상기 가교제(C)가 하나 이상의 이미드(imide) 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블과 관련된다.

Description

가교 층을 포함하는 케이블{CABLE COMPRISING A CROSSLINKED LAYER}
본 발명은 적어도 하나의 가교된 층을 포함하는 케이블에 관한 것이다.
본 발명은 일반적으로 전력 케이블이 직류 전류용인지 또는 교류 전류용인지에 상관 없이, 저전압(특히 6kV 미만), 중전압(특히 6 내지 45-60 kV) 또는 고전압(특히 60 kV를 초과하여 800 kV에 이를 수 있는 전압)의 전력 케이블 분야에 적용되지만, 이에 국한되는 것은 아니다.
전력 케이블은 일반적으로 중심 전기 전도체, 및 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 잘 알려진 기술에 의해, 특히 과산화물 경로에 의해 가교된 적어도 하나의 전기 절연 층을 포함한다.
이 과산화물 경로(peroxide route)는, 케이블을 제조하는 동안, 심지어 케이블이 실제 동작 구성에 있는 경우에도, 단점을 나타내는 과산화물의 분해 생성물에 대해 점점 더 회피되는 경향이 있다. 이는 가교 동안 과산화물이 분해되어 가교 부산물, 예를 들어, 특히 메탄, 아세토페논, 쿠밀 알코올, 아세톤, 테르트-부탄올, α-메틸스티렌 및/또는 물을 형성하기 때문이다. 쿠밀 알코올로부터 물을 형성하는 것은 상대적으로 느려서, 일단 케이블이 동작 구성에 있으면, 수 개월 후, 심지어 몇 년 후에 발생할 수도 있다. 따라서 가교된 층이 분해될 위험이 현저히 증가한다. 또한 가교 단계 동안 생성된 메탄이 가교 층으로부터 배출되지 않으면, 메탄이 폭발하여 발화할 수 있는 위험을 무시할 수 없다. 이 가스는 또한 케이블이 사용 중인 경우 손상을 야기할 수 있다. 케이블 내 메탄이 존재하는 것을 제한하는 해결책, 예를 들어, 케이블 외부로 메탄이 확산되는 것을 가속화하기 위해 케이블을 열처리하는 해결책이 존재한다 하더라도, 가교된 층의 두께가 클 때에는 이들 해결책은 번거롭고 비용이 들게 된다.
과산화물 경로를 사용하지 않는 가교 공정의 일례로는, 중합체 물질, 광개시제(photoinitiator), 및 트리메톡시실란 유형의 가교제를 포함하는 광가교-가능 조성물(photocrosslinkable composition)로부터 획득된 하나 이상의 가교 층(crosslinked layer)에 의해 둘러싸인 신장된(elongated) 전기 전도성 요소를 포함하는 전기 케이블을 기술하는 문헌 EP 2 001 912를 들 수 있다.
그러나, 특히 중전압 또는 고전압 케이블 분야에 응용하기 위해, 환경 친화적이고 최적화된 기계적 특성과 최적화된 사용을 나타내는 케이블용 신규한 가교 조성물을 제공하는 것에 대한 높은 필요성이 여전히 존재한다.
본 발명의 목적은, 케이블의 수명 동안 최적의 기계적 특성(인장 강도 및 파단 연신율)을 보장하면서, 예를 들어, 메탄 및/또는 물과 같은 가교 부산물이 존재하는 것을 상당히 제한하고, 환경 친화적으로 제조할 수 있는, 가교된 층을 포함하는 케이블을 제공함으로써 종래 기술의 단점을 극복하는 것이다.
본 발명의 대상(subject matter)은, 하기를 포함하는 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물로부터 획득된 하나 이상의 가교된 층에 의해 둘러싸인 신장된 전기 전도성 요소를 포함하는 케이블로서:
- 하나 이상의 중합체 물질(A),
- 하나 이상의 광개시제(B) 및
- 하나 이상의 가교제(C),
상기 가교제(C)는 하나 이상의 이미드 작용기(imide functional group)를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블에 있다.
가교제(C)
본 발명의 가교제는 하나 이상의 이미드 작용기, 또는 다시 말해, 2개의 카르보닐(R-C=O)기에 접합된 암모늄 라디칼을 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 가교제(C)는 고리형 2차 이미드일 수 있다.
바람직하게는, 상기 가교제(C)는 방향족일 수 있고, 보다 구체적으로는 하나 이상의 페닐기를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 가교제는 말레이미드(maleimide) 유도체, 바람직하게는 비스말레이미드(bismaleimide)또는 디말레이미드(demaleimide)) 유도체일 수 있다. 특히 바람직한 예로는, N,N'-(1,3-페닐렌)비스말레이미드를 들 수 있다.
본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 중합체 물질(A)을 가교시킬 수 있을만큼 충분한 양의 가교제(C)를 포함할 수 있다.
예로서, 본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 적어도 0.1 중량부의 가교제(C), 바람직하게는 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 적어도 0.5 중량부의 가교제(C)를 포함할 수 있다.
본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 최대 15.0 중량부의 가교제(C), 바람직하게는 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 최대 10.0 중량부의 가교제(C)를 포함할 수 있다.
고분자 물질(A)
본 발명의 중합체 물질은 하나 이상의 중합체(들)를 포함할 수 있으며, 여기서 중합체라는 용어는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 잘 알려진 임의의 유형의 중합체, 예를 들어, 동종중합체(homopolymer) 또는 공중합체(copolymer)(예를 들어, 블록 공중합체, 랜덤 공중합체, 삼원 공중합체 등)인 것으로 이해될 수 있다.
상기 중합체는 열가소성 또는 엘라스토머 유형일 수 있고, 광화학적 또는 화학적 경로에 의해, 특히 자외선 복사선에 의해 가교될 수 있으며, 이들 기술은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에게 잘 알려져 있다.
특정 실시 예에서, 상기 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물의 중합체 물질, 또는 다시 말해, 중합체 매트릭스는 하나 이상의 올레핀 중합체, 바람직하게는 하나 이상의 에틸렌 중합체를 포함할 수 있다. 올레핀 중합체는 통상적으로 하나 이상의 올레핀 단량체로부터 획득된 중합체이다.
보다 구체적으로, 상기 중합체 물질은, 상기 중합체 물질의 총 중량에 대하여, 30중량%를 초과하는 올레핀 중합체(들), 바람직하게는 50중량%를 초과하는 올레핀 중합체(들), 바람직하게는 70중량%를 초과하는 올레핀 중합체(들), 특히 바람직하게는 90중량%를 초과하는 올레핀 중합체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 상기 중합체 물질은 하나 이상의 올레핀 중합체(들)로만 구성된다.
예로서, 본 발명의 중합체 물질은 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE); 초 저밀도 폴리에틸렌(VLDPE); 저밀도 폴리에틸렌(LDPE); 중간 밀도 폴리에틸렌(MDPE); 고밀도 폴리에틸렌(HDPE); 에틸렌-프로필렌 엘라스토머 공중합체(EPR); 에틸렌-프로필렌-디엔 단량체 삼원 공중합체(EPDM); 에틸렌과 비닐 에스테르의 공중합체, 예를 들어, 에틸렌과 비닐 아세테이트(EVA)의 공중합체; 에틸렌과 아크릴레이트의 공중합체, 예를 들어, 에틸렌과 부틸 아크릴레이트의 공중합체(EBA) 또는 에틸렌과 메틸 아크릴레이트의 공중합체(EMA); 에틸렌과 α-올레핀의 공중합체, 예를 들어, 에틸렌과 옥텐의 공중합체(PEO) 또는 에틸렌과 부텐의 공중합체(PEB); 작용화된 올레핀 중합체; 및 이들의 혼합물 중 하나를 포함할 수 있다.
작용화된 올레핀 중합체는 에폭시 작용기, 특히 에틸렌 산화물 유형(즉, 옥시란(oxirane) 작용기), 보다 구체적으로, 글리시딜 에스테르 작용기를 포함할 수 있다.
에폭시 작용기를 포함하는 작용화된 올레핀 중합체는 0.1중량% 내지 10중량%의 에폭시 작용기, 바람직하게는 1중량% 내지 5중량%의 에폭시 작용기를 포함할 수 있다.
에폭시 작용기를 포함하는 작용화된 올레핀 중합체는 하기 화합물: 부텐카르복실산 모노-글리시딜 에스테르, 글리시딜 메타크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, 메틸글리시딜 아크릴레이트, 메틸글리시딜 메타크릴레이트, 이타콘산 글리시딜 에스테르, 7,8-에폭시-1-옥틸 메타크릴레이트, 이타콘산 메틸글리시딜 에스테르, 7,8 에폭시-1-옥틸 비닐 에테르, 비닐 글리시딜 에테르, 알릴 글리시딜 에테르, 및 2-메틸-2-프로페닐 글리시딜 에테르로부터 선택된 단량체와 올레핀, 특히 에틸렌의 공중합체일 수 있다.
예로는, 에틸렌과 글리시딜 메타크릴레이트의 공중합체의, 에폭시 작용기를 포함하는 작용화된 올레핀 중합체를 들 수 있다.
본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은, 상기 조성물의 총 중량에 대하여, 적어도 30중량%의 중합체 물질, 바람직하게는 적어도 50중량%의 중합체 물질, 바람직하게는 적어도 80중량%의 중합체 물질, 바람직하게는 적어도 90중량%의 중합체 물질을 포함할 수 있다.
광개시제(B)
본 발명의 광개시제(B)는 벤조페논(benzophenone), 아세토페논(acetophenone), 벤조인 에테르(benzoin ether), 벤질, 벤질 케탈(benzyl ketal), 벤조일 옥심(benzoyl oxime), 아미노벤조에이트(aminobenzoate), 아미노케톤, 히드록시케톤, 에틸아민, 에탄올아민, 알킬페논, 안트라센(anthracene), 안트라퀴논(anthraquinone), 안트라취논(anthrachinone), 크산톤(xanthone), 티오크산톤(thioxanthone), 퀴논, 플루오레논(fluorenone), 과산화물, 아실포스핀(acylphosphine) 산화물, 및 이들의 유도체 중 하나로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 광개시제(B)는 유리하게는 방향족 케톤, 바람직하게는 적어도 2개의 페닐기를 포함하는 방향족 케톤일 수 있다.
상기 방향족 케톤 유형의 바람직한 광개시제(B)의 예로는, 디벤조수베론(dibenzosuberone), 안트론(anthrone), 벤즈안트론(benzanthrone), 9-플루오레논, 벤조페논 또는 이들의 유도체 중 하나를 들 수 있다.
본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 원하는 특성을 획득할 수 있을만큼 충분한 양의 광개시제(B)를 포함할 수 있다.
예로서, 본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은, 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 적어도 0.1 중량부의 광개시제(B), 바람직하게는 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 적어도 0.5 중량부의 광개시제(B)를 포함할 수 있다.
본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 최대 10.0 중량부의 광 개시제(B), 바람직하게는 상기 조성물에서 중합체 물질 100 중량부당 최대 5.0 중량부의 광개시제(B)를 포함할 수 있다.
광가교-가능(photocross-linkable) 조성물
상기 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 잘 알려진 가교 공정에 의해, 예를 들어, 광 화학적 또는 화학적 경로에 의해, 특히 자외선 복사선에 의해 가교된다.
본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 하나 이상의 충전제(filler)를 포함할 수 있다.
본 발명의 충전제는 무기 또는 유기 충전제일 수 있다. 이 충전제는 난연성 충전제(flame-retardant filler)와 불활성 충전제(inert filler)또는 불연성 충전제) 중에서 선택될 수 있다.
예로서, 상기 난연성 충전제는 특히 금속 수산화물, 예를 들어, 마그네슘 이수산화물(megnesium dihydroxide: MDH) 또는 알루미늄 삼수산화물(aluminum trihydroxide: ATH)로부터 선택된 수화된 충전제(hydrated filler)일 수 있다. 이러한 난연성 충전제는 흡열 분해(예를 들어, 수분 방출)에 의해 물리적 경로로 주로 작용하여, 가교된 층의 온도를 낮추고 케이블을 따라 화염이 전파되는 것을 제한하는 결과를 제공한다. 그리하여 "난연 특성"이라는 용어가 특히 사용된다.
그 기능을 위해, 상기 불활성 충전제(즉, 불연성 충전제)는 백악(chalk), 활석 또는 점토(예를 들어, 고령토)일 수 있다.
상기 충전제는 특히 탄소 함유 충전제로부터 선택된 전도성 충전제로부터 선택된 전기 전도성 충전제일 수도 있다. 전기 전도성 충전제의 예로는, 카본 블랙, 그래핀 또는 탄소 나노 튜브를 들 수 있다.
제1 대안적인 형태에 따르면, 상기 전기 전도성 충전제는 가교된 "반도전성" 층을 획득하기에 바람직할 수 있고, 상기 조성물을 반도전화하기에 충분한 양으로 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물에 도입될 수 있으며, 이 양은 선택된 전기 전도성 충전제의 유형에 따라 변할 수 있다. 예로서, 적절한 양의 전기 전도성 충전제는 카본 블랙에 대해서는 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물에서 8 내지 40중량%일 수 있고, 카본 나노 튜브에 대해서는 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물에서 0.1 내지 5중량%일 수 있다.
제2 대안적인 형태에 따르면, 상기 전기 전도성 충전제는 가교된 "전기 절연성" 층을 획득하기에 바람직할 수 있고, 가교된 층을 반도전화함이 없이 전기 절연 층의 유전체 특성을 개선하기 위해 소량으로 사용될 수 있다. 이 경우, 또한 전기 전도성 충전제를 사용하여 층을 착색하거나 및/또는 자외선에 대한 층의 안정성을 증가시킬 수 있다.
상기 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은, 상기 조성물의 총 중량에 대해, 적어도 1중량%의 충전제(들), 바람직하게는 적어도 10중량%의 충전제(들), 바람직하게는 최대 50중량%의 충전제(들)를 포함할 수 있다.
상기 조성물은 일반적으로 특히 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물에서 0.1 내지 20중량%의 양으로 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 잘 알려진 첨가제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 다음 성분을 들 수 있다:
- 산화 방지제, 자외선 안정화제, 구리 방지제(agent for combating copper) 또는 수트리(water treeing) 방지제와 같은 보호제,
- 가소제, 윤활제, 오일, 왁스 또는 파라핀과 같은 가공 보조제,
- 상용화제(compatibilizing agent),
- 실란계 화합물과 같은 결합제(coupling agent),
- 스코치 방지제(scorch retardant),
- 안료,
- 가교 촉매,
- 예를 들어, 트리알릴 시아누레이트(triallyl cyanurate)와 같은 가교 보조제(crosslinking coagent), 및
- 이들의 혼합물 중 하나.
보다 상세하게는, 산화방지제는 케이블의 제조 단계 또는 상기 케이블의 동작 단계 동안 발생된 열 응력으로부터 조성물을 보호할 수 있게 한다.
산화 방지제는 바람직하게는
- 테트라키스[메틸렌(3,5-디(t-부틸)-4-히드록시히드로신나메이트]]메탄, 옥타데실 3-(3,5-디(t-부틸)-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,2'-티오디에틸렌비스[3-(3,5-디(t-부틸)-4-히드록시페닐)프로피오네이트], 2,2'-티오비스(6-(t-부틸)-4-메틸페놀), 2,2'-메틸렌비스(6-(t-부틸)-4-메틸페놀), 1,2-비스(3,5-디(t-부틸)-4-히드록시히드로신나모일)히드라진 및 2,2'-옥사미도디에틸 비스[3-(3,5-디(t-부틸)-4-히드록시페닐)프로피오네이트]와 같은 입체 장애(sterically hindered) 페놀계 산화 방지제;
- 4,6-비스(옥틸티오메틸)-o-크레졸, 비스[2-메틸-4-{3-(n-(C12 또는 C14)알킬티오)프로피오닐옥시}-5-(t-부틸)페닐] 설파이드 및 티오비스[2-(t-부틸)-5-메틸-4,1-페닐렌]비스[3-(도데실티오)프로피오네이트]와 같은 티오에테르;
- 디옥타데실 3,3'-티오디프로피오네이트 또는 디도데실 3,3'-티오디프로피오네이트와 같은 황 기반 산화 방지제;
- 포스파이트(phosphite) 또는 포스포네이트(phosphonate), 예를 들어, 트리스[2,4-디(t-부틸)페닐] 포스파이트 또는 비스[2,4-디(t-부틸)페닐] 펜타에리트리톨 디포스파이트와 같은 인 기반 산화 방지제; 및
- 페닐렌디아민(IPPD, 6PPD 등), 스티렌화된 디페닐아민, 디페닐아민, 메르캅토벤즈이미다졸 및 중합된 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린(TMQ)과 같은 아민계 산화 방지제(여기서, 후자의 유형의 산화 방지제가 특히 본 발명의 조성물에 바람직하다)
로부터 선택될 수 있다.
이 TMQ들은 상이한 등급(grade), 즉:
- 저 중합도(degree of polymerization), 즉, 1 중량%를 초과하는 잔류 단량체 함량 및 100 ppm 내지 800 ppm (parts per million by weight)를 초과하는 범위에 이를 수 있는 잔류 NaCl 함량을 갖는 "표준" 등급;
- 고 중합도, 즉, 1 중량% 미만의 잔류 단량체 함량 및 100 ppm 내지 800 ppm을 초과하는 범위에 이를 수 있는 잔류 NaCl 함량을 갖는 "고 중합도" 등급;
- 100 ppm 미만의 잔류 NaCl 함량을 갖는 "저 잔류 염분 함량" 등급을 가질 수 있다.
본 발명의 조성물에서 안정화제의 유형과 그 함량은 통상적으로 혼합물을 제조하는 동안 및 특히 압출에 의해 처리하는 동안, 중합체가 받는 최대 온도에 따라 그리고 또한 이 온도에 노출되는 최대 기간에 따라 선택된다.
가교 촉매의 목적은 가교를 돕는 것이다. 가교 촉매는 루이스 산(Lewis acid), 브뢰스테드 산(Broensted acid), 및 예를 들어 디부틸틴 디라우레이트(dibutyltin dilaurate)(DBTL)와 같은 주석계 촉매로부터 선택될 수 있다. 특히 바람직한 실시 예에서, 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 가교 촉매를 포함하지 않는다.
본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물에는 유리하게는 할로겐화된 화합물 및/또는 실리콘 화합물이 존재하지 않을 수 있다.
보다 구체적으로, "할로겐이 없는(halogen free)" 또는 보다 구체적으로 "할로겐이 없는 난연제"("HFFR") 케이블을 보장하기 위해, 본 발명의 케이블 또는 상기 케이블을 구성하는 성분들은 바람직하게는 할로겐화된 화합물을 포함하지 않는다. 이들 할로겐화된 화합물은, 예를 들어, 플루오로중합체(fluoropolymer) 또는 클로로중합체(chloropolymer), 예를 들어, 폴리비닐 클로라이드(PVC), 할로겐화 가소제, 할로겐화 무기 충전제 등과 같은 임의의 특성일 수 있다.
특히 바람직한 실시 예에서, 광가교-가능 조성물은 실질적으로 오늄염(onium salt)을 함유하지 않는다. 이 특정 실시 예에서, 이 조성물은 유리하게는 오늄염 없이 수행될 수 있다.
"실질적으로 오늄염을 함유하지 않는다"는 것은, 조성물의 총 중량에 대하여, 오늄염 0.1중량% 미만, 바람직하게는 오늄염 0.05중량% 미만, 특히 바람직하게는 오늄염 0중량%를 포함하는 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물을 의미하는 것으로 이해된다.
오늄 화합물 또는 오늄 이온은 통상적으로 원소 주기율표의 15족(VA), 16족(VIA) 또는 17족(VIIA)로부터 선택된 원소의 단핵 수소화물을 양성자화하는 것에 의해 획득된 양이온이다.
오늄염의 예로는, 디아조늄(diazonium), 할로늄(halonium), 요오도늄(iodonium), 술포늄(sulfonium) 및 술폭소늄(fulfoxonium) 염을 들 수 있다.
오늄염은 사람에게 독성이 있고 환경 친화적이지 않은 특성을 나타낸다.
가교 층( crosslinked layer)
본 발명에서, 가교된 층은 본 명세서에서 언급된 것과 같이 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 잘 알려진 광 가교 공정에 의해 획득된다.
가교는 표준 ASTM D2765-01(크실렌으로 추출)에 따라 겔 함량을 결정함으로써 용이하게 특성화될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 가교된 층은 유리하게는 표준 ASTM D2765-01에 따라 겔 함량이 적어도 30%, 바람직하게는 적어도 50 %, 및 바람직하게는 적어도 70 %를 포함할 수 있다.
가교된 층은 또한 하중 하에서 최대 175%의 고온 크리프(hot creep)(퍼센트 연신율)를 갖는 표준 NF EN 60811-2-1(또는 고온 경화 테스트)에 의해 특성화될 수 있다.
본 발명에서, 본 발명의 가교된 층은 유리하게는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 잘 알려진 기술에 의해 케이블을 따라 압출된 층일 수 있다.
본 발명의 가교된 층은 전기 절연 층, 반도전 층, 충진 성분(stuffing component), 및 보호용 피복(sheath)으로부터 선택될 수 있다. 특히 바람직한 실시 예에서, 본 발명의 가교된 층은 전기 절연 층이다.
본 발명에서, "전기 절연 층"은 전기 전도도가 최대 1.10 - 9 S/m(siemens/meter)(25℃에서)일 수 있는 층을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명에서, "반도전 층"은 전기 전도도가 적어도 1.10 - 9 S/m(siemens/meter), 바람직하게는 적어도 1.10 - 3 S/m일 수 있고, 바람직하게는 1.103 S/m(25℃에서) 미만일 수 있는 층을 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 가교된 층이 반도전 층일 때, 본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 본 발명의 가교된 층을 반도전화하기에 충분한 양으로 전기 전도성 충전제를 포함할 수 있다.
케이블
"케이블"이란 에너지를 전송하고 및/또는 데이터를 전송하도록 의도된 전기 케이블 및/또는 광 케이블을 의미하는 것으로 이해된다.
보다 구체적으로, 이러한 유형의 케이블은 본 발명에 따른 적어도 가교된 층에 의해 둘러싸인 전기 및/또는 광학적 유형의 하나 이상의 신장된 전도성 요소(들)을 포함한다.
본 발명에서, 가교된 층은 케이블을 따라 절연되거나 절연되지 않은 하나 이상의 신장된 전도성 요소(들)을 둘러쌀 수 있다.
신장된 전도성 요소은 바람직하게는 (케이블의 단면에서) 케이블의 중심 위치에 있을 수 있다.
특히 바람직한 실시 예에서, 본 발명의 케이블은 하나 이상의 신장된 전기 전도성 요소을 포함하는 전기 케이블이다.
제1 대안적인 형태에 따라, 가교된 층은 신장된 전기 전도체와 직접 물리적으로 접촉할 수 있다. 이 제1 대안적인 형태에서는 저전압 케이블이 적용된다.
제2 대안적인 형태에 따라, 가교된 층은,
- 상기 신장된 전기 전도체를 둘러싸는 제1 반도전 층,
- 상기 제1 반도전 층을 둘러싸는 전기 절연 층, 및
- 상기 전기 절연 층을 둘러싸는 제2 반도전 층
을 포함하는 절연 시스템의 층들 중 적어도 하나의 층일 수 있다.
이 제2 대안적인 형태에서는 중전압 또는 고전압 케이블이 적용된다.
이 제2 대안적인 형태에서, 본 발명의 가교된 층은 바람직하게는 전기 절연 층만이다.
신장된 전기 전도체는 예를 들어 금속 와이어와 같은 단일 부품 전도체이거나, 또는 비틀려 있거나 또는 비틀려 있지 않는 복수의 금속 와이어와 같은 다중 부품 전도체일 수 있다.
신장된 전기 전도체는 특히 알루미늄, 알루미늄 합금, 구리, 구리 합금 또는 이들의 조합 중 하나로부터 선택된 금속 물질로 제조될 수 있다.
본 발명의 또 다른 대상(subject matter)은, 본 발명에 따른 케이블을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 가교된 층을 얻기 위해 자외선 복사선으로 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물을 조사하는 단계를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
보다 상세하게는, 본 발명은 본 발명에 따른 케이블을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 다음 단계, 즉:
i) 본 발명에 따른 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물을 압출하여 압출된 층을 획득하는 단계; 및
ii) 상기 압출된 층을 자외선 복사선으로 가교시키는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
유리하게는,자외선 복사선으로 상기 압출 층을 조사하는 단계는 조성물을 압출하는 단계 직후에 연속적으로 수행될 수 있다.
바람직하게는, 단계 ii는 용융 상태의 중합체 물질을 갖는 압출된 층에서 수행된다. 다시 말해, 자외선 복사선에 의해 가교하는 것은 중합체 물질의 용융점 이상의 온도에서 압출 층에 수행된다. 이것은 자외선이 "결정질" 구조에서보다 "비정질" 구조에서 통상적으로 더 많이 투과하는 것으로 인해 자외선 복사선이 용융 상태의 물질에서 더 많이 투과하기 때문이다.
본 발명에 있어서, 중합체의 용융점은 질소 대기(nitrogen atmosphere) 하에서 10℃/min의 온도 구배로 시차 주사 열량계(differential scanning calorimetry: DSC)에 의해 상기 중합체의 용융 피크에서 통상적으로 측정될 수 있다.
광화학 경로에 의해 가교하는 것은 수행하기 쉽고, 이러한 유형의 공정의 생산성은 이에 의해 현저하게 향상된다.
본 발명의 다른 특징 및 장점은 하나의 도 1을 참조하여 이루어진 본 발명에 따른 케이블의 비제한적 예에 대한 설명에 비추어 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 따른 전기 케이블의 횡단면도이다.
명료함을 위해, 본 발명의 이해에 필수적인 성분들만이 개략적으로 도시되었고, 이것이 축척에 맞게 그려진 것은 아니다.
도 1에 도시된 중전압 또는 고전압 전력 케이블(1)은 특히 구리 또는 알루미늄으로 만들어진 신장된 중심 전기 전도성 요소(2)를 포함한다. 전력 케이블(1)은 추가적으로 이 전도성 요소(2) 주위에 연속적으로 그리고 동축으로 위치된 복수의 층들, 즉: "내부 반도전 층"으로 언급되는 제1 반도전 층(3), 전기 절연 층(4), "외부 반도전 층"으로 언급되는 제2 반도전 층(5), 접지 및/또는 보호 금속 쉴드(6), 및 외부 보호 피복(sheath)(7)을 포함한다.
전기 절연 층(4)은 본 발명에 따른 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물로부터 획득된 압출되어 가교된 층이다.
반도전 층은 또한 본 발명에 따른 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물로부터 획득될 수 있는 압출되어 가교된 층이다.
금속 쉴드(6) 및 외부 보호 피복(7)이 존재하는 것이 바람직하지만 필수적이지는 않으며, 이 케이블 구조는 이 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자에 잘 알려져 있다.
실시예 (Examples)
1. 충전제가 없는 전기 절연 조성물
화합물의 양이 중합체 물질(A) 100 중량부당 중량부로 표시된, 충전제가 없는 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물이 아래 표 1에 나열되어 있다.
표 1의 중합체 물질은 단일 폴리에틸렌(LDPE), 또는 폴리에틸렌(LDPE 또는 HDPE)과 작용화된 중합체(E-MA-GMA)의 혼합물 중 어느 하나로 구성된다.
조성물 I1 및 I5는 본 발명에 따른 것이고 조성물(C1)은 비교를 위한 것이다.
[표 1]
Figure pct00001
표 1의 화합물의 기원은 다음과 같다:
- LDPE는 Accurel MP400-LDPE라는 이름으로 멤브라나(Membrana)사에 의해 시판되는 용융점이 약 123℃인 저밀도 에틸렌 중합체이다;
- HDPE는 Accurel MP200-HDPE라는 이름으로 멤브라나사에 의해 시판되는 용융점이 약 118℃인 고밀도 에틸렌 중합체이다;
- E-MA-GMA는 Lotader AX 8900 라는 이름으로 알케마(Arkema)사에 의해 시판되는 용융점이 약 65℃인 에틸렌, 메타크릴레이트 및 글리시딜메타크릴레이트 삼중 중합체이다;
- 광개시제1은 디벤조수베론이라는 이름으로 아세토(Aceto)사에 의해 시판되는 용융점이 약 33℃인 디벤조수베론이다;
- 광개시제2는 벤조페논이라는 이름으로 시그마 알드리히(Sigma Aldrich)사에 의해 시판되는 용융점이 약 49℃인 벤조페논이다;
- 가교제는 HVA2라는 이름으로 듀퐁(DuPont)사에 의해 시판되는 N,N'-(1,3-페닐렌)비스말레-이미드이다; 및
- 오늄염은 트리아릴-술포늄 헥사플루오로포스페이트(Triaryl-sulfonium hexafluorophosphate)라는 이름으로 시그마 알드리히사에 의해 시판되는 트리아릴술포늄 헥사플루오로포스페이트이다.
2. 가교 층의 제조
표 1에 나열된 조성물은 다음과 같이 처리된다.
중합체는 브라벤더(Brabender) 유형의 내부 혼합기에 도입된다. 혼합물의 설정 온도는 130℃이다. 이어서, 다른 성분, 즉 광개시제, 가교제, 및 만약 존재하는 경우, 오늄염이 도입된다.
이어서, 혼합물을 롤 압연기(roll mill)를 통과시켜 프리폼(preform)을 형성하고, 이 프리폼을 100 바(bar)의 압력하에서 프레스를 사용하여 160℃에서 몰딩하여 대략 500 미크론의 균일한 두께를 갖는 시트를 획득한다.
자외선 복사선에 노출하는 동안, 상기 시트를 중합체 물질의 용융점 이상의 온도로 유지하여, 이에 의해 자외선 복사선이 중합체 물질 내로 더 많이 투과할 수 있게 한다.
이렇게 형성된 시트는 이어서 UV 컨베이어를 통과함으로써 UV 램프를 사용하여 자외선 복사선으로 즉시 조사된다.
사용된 UV 램프는 360 내지 390 nm의 파장과 240 W/m의 조사 강도를 갖는 퓨전(Fusion) UV사에 의해 시판되는 D 타입의 램프이다.
사용된 컨베이어는 LC6E라는 이름으로 퓨전 UV사에 의해 시판되고 2 m/min의 전방향 진행 속도를 가진다.
이 시트를 UV 복사선에 노출하는 것은 약 5 초이며, UV 램프와 시트 사이의 거리는 약 5cm이다.
물론, 시트의 폭은 방출되는 자외선 복사선의 표면적에 맞게 구성된다. 다시 말해, 이 시트의 폭 전체가 상기 방사선에 노출될 수 있도록 이 시트의 폭은 UV 복사선의 표면적 이하이다.
물론, 자외선 램프와 가교될 물질 사이의 거리는 물질의 전방향 진행 속도와 사용된 자외선 램프의 유형에 따라 조절될 수 있다. 예를 들어, 위에서 사용된 D 타입의 램프를 취하면, 램프와 가교가능한 물질 사이의 거리는 자외선 램프 아래의 물질의 전방향 진행 속도가 증가될 때 감소될 수 있는데, 이 경우는 특히 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물이 2m/min보다 훨씬 더 큰 전방향 진행 속도를 갖는 금속 전도체 와이어를 통해 압출되는 경우에 그러하다.
3. 가교 층의 특성화
인장 강도, 파단 연신율, 및 겔 함량은 아래 표준에 따라 상기 형성된 시트로부터 시작하여 측정하였다:
- 인장 강도는 표준 NF EN 60811-1-1에 따라 결정되었고, H2 덤벨 유형의 테스트 시료에 대해 만능 테스트 장치를 사용하여 측정되었다;
- 파단 연신율은 표준 NF EN 60811-1-1에 따라 결정되었고, H2 덤벨 유형의 테스트 시료에 대해 만능 테스트 장치를 사용하여 측정되었다; 그리고
- 겔 함량은 표준 ASTM D2765-01(크실렌 추출)에 따라 결정되었다.
4. 결과
획득된 결과는 아래 표 2에 정리되어 있다.
[표 2]
Figure pct00002
표 2에 나열된 결과의 관점에서, 케이블 제조 분야에서 간단하고 처리하기 쉬운 조성물인 본 발명의 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물(I1 내지 I5)은 모두, 일단 가교되면, 특히 파단 연신율 면에서 매우 우수한 기계적 특성을 나타낸다.
또한, 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물에 오늄염을 첨가하면, 파단 연신율과 겔 함량에 부정적인 영향을 미친다는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 중합체 물질 100 중량부에 대하여 2 중량부의 오늄염을 포함하는 조성물(C1)은, 일단 가교되면, 실질적으로 등가 인장 강도에 대해, 본 발명에 따른 조성물(I5)(475 %의 파단 연신율과 75 %의 겔 함량)에 비해, 파단 연신율과 겔 함량이 현저히 떨어진다(326 %의 파단 연신율과 65 %의 겔 함량).

Claims (13)

  1. - 하나 이상의 중합체 물질(A),
    - 하나 이상의 광개시제(B), 및
    - 하나 이상의 가교제(C)
    를 포함하는 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물로부터 획득된 하나 이상의 가교된 층(3, 4, 5)에 의해 둘러싸인 신장된 전도성 요소(elongated conducting component)(2)를 포함하는 케이블(1)로서,
    상기 가교제(C)가 하나 이상의 이미드(imide) 작용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 가교제(C)는 고리형(cyclic) 2차 이미드인 것을 특징으로 하는 케이블.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가교제(C)는 말레이미드 유도체인 것을 특징으로 하는 케이블.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가교제(C)는 N,N'-(1,3-페닐렌) 비스말레이미드인 것을 특징으로 하는 케이블.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 중합체 물질(A) 100 중량부에 대하여 0.1 내지 15.0 중량부의 가교제(C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 물질(A)은 하나 이상의 올레핀 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중합체 물질(A)은 에폭시 작용기로 작용화된 올레핀 중합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광개시제(B)는 방향족 케톤인 것을 특징으로 하는 케이블.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물은 상기 조성물의 총 중량에 대하여 0.1 중량% 미만의 오늄염(onium salt)을 포함하는 것을 특징으로 하는 케이블.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가교된 층은 압출된 층(extruded layer)인 것을 특징으로 하는 케이블.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가교된 층은 전기 절연 층인 것을 특징으로 하는 케이블.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신장된 전도성 요소(2)는 제1 반도전 층(3), 상기 제1 반도전 층을 둘러싸는 전기 절연 층(4), 및 상기 전기 절연 층을 둘러싸는 제2 반도전 층 (5)에 의해 둘러싸이고, 상기 가교된 층은 상기 3개의 층들 중 하나 이상이고, 바람직하게는 상기 가교된 층은 상기 전기 절연 층(4)인 것을 특징으로 하는 케이블
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 케이블을 제조하는 방법으로, 가교된 층을 얻기 위해 자외선 복사선(ultraviolet radiation)으로 상기 광가교-가능(photocross-linkable) 조성물을 조사하는 단계를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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