KR20180034069A - 전도성 파이프 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 폴리올레핀 수지; 2종 이상의 산화 방지제; 전도성 카본 블랙; 및 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트;를 포함하며, 상기 폴리올레핀 수지 100중량부 대비 상기 전도성 카본 블랙 5 내지 35 중량부 및 상기 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트 0.5 내지 7중량부를 포함하는, 전도성 파이프 에 관한 것이다.

Description

전도성 파이프 {CONDUCTIVE PIPE}
본 발명은 전도성 파이프에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 기계적 물성, 내구성 및 높은 탄성 특성을 가지며, 반도전성을 가져서 전기적 시험 방법을 통해서 균열 등의 결함을 용이하게 확인할 수 있는 전도성 파이프에 관한 것이다.
기존 지중 매설 수도관 및 하수관들에 결함이 발생하는 경우, 해당 결함 발생 위치를 찾기 위해서 와전류 탐상 시험 방법 등의 전기적인 시험 방법이 많이 사용되고 있다. 이러한 와전류 탐상 시험 방법의 경우, 도전체(도체, 전성 컴파운드)에 교류가 흐르는 코일을 접근시키면 코일 주위에 생긴 자장의 영향으로 금속 내부에 와전류가 유도되어 전도성 파이프에 균열 등의 결함이 있으면 와전류 파형이 변하므로 이 변화를 이용하여 고장 위치를 검출한다.
다만, 통상적으로 알려진 파이프의 경우 카본 블랙을 약 2중량% 내외를 포함하여 상기 전기적인 시험 방법에 의하여 측정 가능한 수준의 전도성을 확보하지 못하고 있다. 이에 따라서, 파이프에 결함이 발생하여도 고장의 위치를 쉽게 찾을 수 없어서 원인을 찾아내는데 시간이 오래 걸리고 사회적 비용도 많이 발생하고 있다.
한편, 수도관 등의 파이프에 전도성을 부여하기 위해서 카본 블랙의 함량을 높이거나 또는 탄소 나노 튜브 등의 탄소계 화합물을 첨가하는 방법이 알려져 있다.
그러나, 카본 블랙의 첨가량을 높이거나 탄소 나노 튜브 등을 파이프에 첨가하여도, 파이프의 체적 저항을 크게 낮추지 못해서 요구되는 전도성 확보가 어려운 한계가 있다.
본 발명에 따르면, 우수한 기계적 물성, 내구성 및 높은 탄성 특성을 가지며, 반도전성을 가져서 전기적 시험 방법을 통해서 균열 등의 결함을 용이하게 확인할 수 있는 전도성 파이프를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에서는, 폴리올레핀 수지; 2종 이상의 산화 방지제; 전도성 카본 블랙; 및 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트;를 포함하며, 상기 폴리올레핀 수지 100중량부 대비 상기 전도성 카본 블랙 5 내지 35 중량부 및 상기 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트 0.5 내지 7중량부를 포함하는, 전도성 파이프가 제공된다.
상기 전도성 파이프는 지중 매설 수도관, 지열 파이프 또는 하수관으로 사용될 수 있다.
지중 매설 수도관, 지열 파이프 또는 하수관 등으로 사용되는 파이프에서 발생한 균열 등의 위치를 확인하기 위해서는, 상기 파이프에 도전로(electrical path)를 형성시켜야 하는데, 이를 위해서는 파이프가 반도전성을 가져야 한다.
상기 전도성 파이프는 전도성 카본 블랙과 함께 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트을 소정을 함량으로 포함하여, 우수한 기계적 물성, 내구성 및 높은 탄성 특성을 가지며, 반도전성을 가져서 전기적 시험 방법을 통해서 균열 등의 결함을 용이하게 확인할 수 있다.
구체적으로, 상기 전도성 파이프는 전도성 카본 블랙과 함께 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트을 소정을 함량으로 포함하여, 300 Ω㎝이하, 또는 10 내지 100 Ω㎝의 체적 저항을 가져서 와전류 탐상 시험 방법 등의 전기적인 시험 방법에 적합한 반도전성을 가질 수 있다.
한편, 상기 전도성 파이프는 폴리올레핀 수지를 기재로 포함할 수 있다. 이러한 폴리올레핀 수지로는 230℃ 및 2.16kg의 조건에서 6 g/10min 내지 10 g/10min 의 용융 지수 (MI)를 갖는 저밀도폴리에틸렌을 사용할 수 있다. 이러한 230℃ 및 2.16kg의 조건에서 6 g/10min 내지 10 g/10min 의 용융 지수 (MI)를 갖는 저밀도폴리에틸렌를 사용함에 따라서, 전도성 나노필러의 분산을 용이하게 할 수 있으며, 이에 따라 상기 전도성 파이프는 반도전성의 전기적 물성을 가질 수 있다.
상기 전도성 파이프는 고온 또는 산화 분위기에서도 열안정성을 확보하고 과도한 산화변형이 일어나지 않도록 하기 위하여 2종 이상의 산화 방지제를 혼합하여 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 2종 이상의 산화 방지제는 페놀계 또는 아민계 산화방지제를 포함하는 제1차 산화 방지제 및 인계 또는 티오계 산화방지제를 포함하는 제1차 산화 방지제를 포함할 수 있다.
상기 제1차 산화 방지제는 2,6-디-터셔리-부틸-4-메틸페놀(2,6-di-t-butyl-4-methylphenol), 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-터셔리-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄(Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane), 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-터셔리-부틸페놀)(2,2-methylenebis(4-methyl-6-t-butylphenol)) 및 옥타데실-3,5-디-터셔리-부틸-4-히드록시히드로신나메이트(octadecyl-3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 제2차 산화 방지제는 트리스(2,4-디-터셔리-부틸페닐)포스파이트(tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphite), 비스(2,4-디-터셔리-부틸)펜타에리스리톨 디포스파이트(bis(2.4-di-t-butyl)pentaerythritol diphosphite) 및 알킬에스테르 포스파이트(alkylester phosphite)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
한편, 상기 전도성 파이프는 상기 전도성 카본 블랙은 5 내지 150 ㎡/g의 BET 비표면적 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균 입경을 가질 수 있다.
상기 5 내지 150 ㎡/g의 BET 비표면적 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균입경을 갖는 전도성 카본 블랙을 사용함에 따라서, 전도성 카본 블랙; 및 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트가 상기 전도성 파이프 내부에서 서로 간의 뭉침이나 각각의 성분간의 뭉침이 발생하지 않고 보다 균일하고 균질하게 분포할 수 있으며, 이에 따라 상기 전도성 파이프의 체적 저항을 크게 낮출 수 있다.
상기 탄소 나노 플레이트는 0.2 내지 1 nm의 두께 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균입경을 갖는 판상형 나노 입자일 수 있다.
또한, 상기 탄소 나노 튜브는 4 내지 10nm의 두께 및 100 내지 500㎛의 길이를 갖는 튜브형 입자 일 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 5 내지 150 ㎡/g의 BET 비표면적 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균입경을 갖는 전도성 카본 블랙와 함께, 0.2 내지 1nm의 두께 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균입경을 갖는 판상형 나노 입자 또는 4 내지 10nm의 두께 및 100 내지 500㎛의 길이를 갖는 탄소 나노 튜브를 사용함에 따라서, 상기 성분들이 상기 전도성 파이프 내부에서 서로 간의 뭉침이나 각각의 성분간의 뭉침이 발생하지 않고 보다 균일하고 균질하게 분포할 수 있으며, 이에 따라 상기 전도성 파이프의 체적 저항을 크게 낮출 수 있다.
상기 전도성 파이프는 칼슘스테아레이트, 아연스테아레이트, 글리세린스테아레이트, 부틸스테아레이트, 고체 파라핀, 유동 파라핀, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE왁스 및 PP 왁스으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 윤활제를 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 파이프의 크기 및 형상은 크게 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 사용되는 용도에 따라서 0.1인치 내지 100 인치의 범위의 외경을 가질 수 있으며, 상기 외경의 5 내지 95%에 해당하는 내경을 가질 수 있다.
본 발명에 따르면, 우수한 기계적 물성, 내구성 및 높은 탄성 특성을 가지며, 반도전성을 가져서 전기적 시험 방법을 통해서 균열 등의 결함을 용이하게 확인할 수 있는 전도성 파이프가 제공될 수 있다.
발명의 구현예를 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 발명의 구현예를 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예 및 비교예: 파이프의 제조]
하기 표1에 기재된 성분을 160℃의 Brabender extruder에서 2 step(20, 45rpm)으로 혼합속도를 상승시키면서 약 10분간 혼합하여 물성 테스용 시편을 제조하였다.
(1) 상온 체적저항(Ω·㎝): ASTM D257에 따라 상기 제조된 시편의 체적 저항을 측정하였다.
(2) ASH 함량(%): 상기 제조된 시편에 대하여 소형 도가니에 전도성 파이프를 절단한 후 고온 챔버안에서 600℃까지 승온시켜 전소시킨 후 남은 잔량을 구해 ASH 함량을 측정하였다.
실시예 및 비교예 각각의 조성
구분 비교예1 비교예2 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4 실시예5 실시예6
LDPE 84 94 84 79 74 87 82 77
카본블랙 15 - 10 15 20 10 15 20
탄소나노튜브
(CNT)		 - 5 5 5 5 - - -
탄소나노플레이트 (CNP) - - - - - 2 2 2
1차 산화방지제 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6
2차 산화방지제 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.3
윤활제 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1
상온 체적저항
(Ω·㎝)		 1510 595 91 49 14 83 45 17
ASH 함량(%) 14.6 5.2 15.2 19.4 25.6 12.3 17.2 21.9
LDPE: 230℃ 및 2.16kg의 조건에서 8 g/10min 의 용융 지수 (MI)를 갖는 저밀도폴리에틸렌
카본블랙: BET 표면적 62 m²/g 및 평균입자직경 약 0.040 ㎛의 전도성 카본 블랙(Timcal사의 SuperP)
탄소나노튜브: 4 내지 10nm의 두께 및 100 내지 500㎛의 길이를 갖는 탄소나노튜브(Nanocyl사의 NC7000)
탄소나노플레이트 (CNP): 0.2 내지 1nm의 두께 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균입경을 갖는 판상형 나노 입자(M5)
1차 산화방지제: Tetrakis[methylene(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate methane
2차 산화방지제: Tris(2,4-di-tert-butylphenyl) phosphite
윤활제: PE 왁스 계열
통상적으로 약 100 Ω·㎝ 내외의 체적 저항을 나타내는 경우 와전류 탐상 시험 방법 등의 전기적인 시험 방법 등에 의하여 균열 등의 결함에 따른 와전류 파형의 변화를 보다 용이하게 검출할 수 있는데, 실시예의 전도성 파이프는 각각 10 내지 100 Ω㎝ 범위의 체적 저항을 가져서 반도전성을 가지며 이에 따라 전기적 시험 방법을 통해서 균열 등의 결함을 용이하게 확인할 수 있다.
이에 반해, 카본 블랙만을 15중량% 첨가한 비교예1이나 탄소 나노 튜브만을 첨가하는 비교예2의 경우 체적 저항이 500 Ω·㎝을 초과하여 와전류 탐상 시험 방법 등의 전기적인 시험 방법 등으로 균열 발생 확인이 상대적으로 어려운 것으로 나타났다.

Claims (9)

  1. 폴리올레핀 수지; 2종 이상의 산화 방지제; 전도성 카본 블랙; 및 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트;를 포함하며,
    상기 폴리올레핀 수지 100중량부 대비 상기 전도성 카본 블랙 5 내지 35 중량부 및 상기 탄소 나노 튜브 또는 탄소 나노 플레이트 0.5 내지 7중량부를 포함하는, 전도성 파이프.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 파이프는 지중 매설 수도관, 지열 파이프 또는 하수관으로 사용되는, 전도성 파이프.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 폴리올레핀 수지는 230℃ 및 2.16kg의 조건에서 6 g/10min 내지 10 g/10min 의 용융 지수 (MI)를 갖는 저밀도폴리에틸렌을 포함하는, 전도성 파이프.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2종 이상의 산화 방지제는 페놀계 또는 아민계 산화방지제를 포함하는 제1차 산화 방지제 및 인계 또는 티오계 산화방지제를 포함하는 제1차 산화 방지제를 포함하는, 전도성 파이프.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1차 산화 방지제는 2,6-디-터셔리-부틸-4-메틸페놀(2,6-di-t-butyl-4-methylphenol), 테트라키스[메틸렌-3-(3,5-디-터셔리-부틸-4-히드록시페닐)프로피오네이트]메탄(Tetrakis[methylene-3-(3,5-di-t-butyl-4-hydroxyphenyl)propionate]methane), 2,2-메틸렌비스(4-메틸-6-터셔리-부틸페놀)(2,2-methylenebis(4-methyl-6-t-butylphenol)) 및 옥타데실-3,5-디-터셔리-부틸-4-히드록시히드로신나메이트(octadecyl-3,5-di-t-butyl-4-hydroxyhydrocinnamate)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하고,
    상기 제2차 산화 방지제는 트리스(2,4-디-터셔리-부틸페닐)포스파이트(tris(2,4-di-t-butylphenyl)phosphite), 비스(2,4-디-터셔리-부틸)펜타에리스리톨 디포스파이트(bis(2.4-di-t-butyl)pentaerythritol diphosphite) 및 알킬에스테르 포스파이트(alkylester phosphite)로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는,
    전도성 파이프.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 카본 블랙은 5 내지 150 ㎡/g의 BET 비표면적 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균입경을 갖는, 전도성 파이프.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노 플레이트는 0.2 내지 1nm의 두께 및 0.005 내지 0.500 ㎛의 평균입경을 갖는 판상형 나노 입자인, 전도성 파이프.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 탄소 나노 튜브는 4 내지 10nm의 두께 및 100 내지 500㎛의 길이를 갖는, 전도성 파이프.
  9. 제1항에 있어서,
    칼슘스테아레이트, 아연스테아레이트, 글리세린스테아레이트, 부틸스테아레이트, 고체 파라핀, 유동 파라핀, 밀납, 몰다 왁스, 이멀시파잉 왁스, 칸데릴라 왁스, PE왁스 및 PP 왁스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 윤활제를 더 포함하는, 전도성 파이프.
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