KR20240050687A - Insulation composition comprising a thermoplastic polymer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다양한 전력 부품 용도로 사용될 수 있는 절연체 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전력 부품에 사용되는 절연체의 절연 특성을 개선시키기 위해 고분자 기재에 극소량의 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물을 제공하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an insulating composition that can be used for various power components, and more specifically, to provide an insulating composition in which a very small amount of thermoplastic polymer is mixed with a polymer substrate to improve the insulating properties of insulators used in power components. It is characterized by
Description
본 발명은 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물에 관한 것이다.The present invention relates to an insulating composition comprising a thermoplastic polymer.
전기적으로 절연되는 소재로 알려진 고분자 재료는 다양한 고전압(HV) 절연 응용 분야에서 널리 사용되어 왔다. 예를 들어, 고압 전력 케이블에 사용되는 절연 재료로는 기계적 적합성과 가공 용이성으로 인해 주로 가교된 폴리에틸렌(PE) 또는 폴리프로필렌(PP)이 사용되고 있다. 그러나 이러한 고분자는 결정질 및 비정질 영역과 이들의 계면 영역을 포함하는 복잡한 구조로 구성되어 있어 고전계 하에서 주입된 전하에 취약하다. 고전압 하에서 전하 캐리어가 고분자에 주입되면 주입된 전하 캐리어가 분자가 느슨하게 배열되어 있는 비정질 또는 계면 영역에 쉽게 축적되어 부분 파괴가 발생하고 절연 수명 저하를 초래한다.Polymer materials, known as electrically insulating materials, have been widely used in a variety of high voltage (HV) insulation applications. For example, cross-linked polyethylene (PE) or polypropylene (PP) is mainly used as an insulating material for high-voltage power cables due to its mechanical compatibility and ease of processing. However, these polymers are composed of a complex structure including crystalline and amorphous regions and their interface regions, so they are vulnerable to charges injected under high electric fields. When charge carriers are injected into a polymer under high voltage, the injected charge carriers easily accumulate in the amorphous or interface region where the molecules are loosely arranged, causing partial destruction and reducing the insulation lifespan.
불리한 화학 구조를 가진 고분자의 전기적 특성을 개선하는 일반적인 방법은 고분자에 무기나노입자를 도입하는 것이다. 금속산화물 계열의 무기나노입자들을 소량 혼입하였을 때 고분자의 체적저항 내지 절연파괴강도가 개선될 수 있다는 연구들이 오랜 기간동안 보고되어 왔으며, 무기나노입자들은 고분자 내에 분산되기 어렵기 때문에 유기물을 사용하여 표면처리를 통해 고분자와의 친화성을 개선하고 분산성을 향상시키는 것이 필수적인 방법이다.A common method to improve the electrical properties of polymers with unfavorable chemical structures is to introduce inorganic nanoparticles into the polymers. Studies have been reporting for a long time that the volume resistance or breakdown strength of polymers can be improved when small amounts of metal oxide-based inorganic nanoparticles are incorporated. Since inorganic nanoparticles are difficult to disperse within the polymer, organic substances are used to improve the surface. It is an essential method to improve affinity with polymers and improve dispersibility through processing.
표면처리된 무기나노입자들을 혼입한 고분자 기반의 절연체 조성물에 대한 기술로 "하이드록시산에 의해 표면처리된 무기나노입자 및 열가소성 고분자를 이용한 유무기 나노복합물의 제조방법 및 이로부터 제조된 유무기 나노복합물(KR 10-2021-0054135 A)"에서는 산화마그네슘 나노입자 표면에 하이드록시산을 처리하여 열가소성 고분자 기재에 분산시키는 방법과, 그에 의해 절연파괴강도 증가 효과를 얻을 수 있음을 개시하고 있다. "공간전하 저감 효과를 갖는 직류용 전력 케이블(KR 10-1161360 B1)"에서는 산화마그네슘 나노입자 표면을 비닐 실란으로 표면처리하여 분산성을 향상시키고, 그에 의해 체적저항 및 절연파괴강도를 증가시킬 뿐만 아니라, 공간전하 축적을 억제시킴을 개시하고 있다. "절연특성이 향상된 에폭시-실리카 나노하이브리드 수지, 수지 제조방법 및 에폭시 수지용 전압 안정제(KR 10-2018-0047440 A)"에서는 실리카 나노입자의 표면에 알콕시 실란을 처리하여 에폭시 기재에 분산시키고, 그에 의해 절연파괴전압이 증가됨을 개시하고 있다. "나노실리카 및 가교폴리에틸렌을 포함하는 절연 재료 및 이를 이용한 케이블(KR 10-2019-0125731 A)"에서는 실리카 나노입자의 표면을 지방산, 비닐 실란 또는 고분자 수지로 처리하여 폴리에틸렌 내에서의 분산성을 향상시키고, 이를 도입한 케이블을 개시한다.A technology for a polymer-based insulating composition incorporating surface-treated inorganic nanoparticles, "a method for producing an organic-inorganic nanocomposite using inorganic nanoparticles surface-treated with hydroxy acid and a thermoplastic polymer, and an organic-inorganic nanocomposite manufactured therefrom" "Composite (KR 10-2021-0054135 A)" discloses a method of treating the surface of magnesium oxide nanoparticles with hydroxy acid and dispersing it in a thermoplastic polymer substrate, thereby obtaining the effect of increasing insulation breakdown strength. In "DC power cable with space charge reduction effect (KR 10-1161360 B1)", the surface of magnesium oxide nanoparticles is treated with vinyl silane to improve dispersibility, thereby increasing volume resistance and dielectric breakdown strength. Rather, it discloses suppressing space charge accumulation. In "Epoxy-silica nanohybrid resin with improved insulating properties, resin manufacturing method, and voltage stabilizer for epoxy resin (KR 10-2018-0047440 A)", the surface of silica nanoparticles is treated with alkoxy silane, dispersed in an epoxy substrate, and then It is disclosed that the insulation breakdown voltage increases. In "Insulating materials containing nanosilica and cross-linked polyethylene and cables using the same (KR 10-2019-0125731 A)", the surface of silica nanoparticles is treated with fatty acid, vinyl silane, or polymer resin to improve dispersibility in polyethylene. and a cable incorporating this is disclosed.
상기 무기나노입자를 사용하는 것 이외에도, 방향족 화합물 기반의 유기 단분자들이 전압 안정제로 사용되고 있다. "전압-안정화된 폴리머 조성물(KR 10-2236518 B1)"에서는 전압 안정제로 적어도 하나의 방향족 고리 및 1 ~ 2 개의 카복실 알킬 에스테르 치환제를 포함하는 유기 카복실 에스테르를 사용하여, 폴리에틸렌의 교류 절연파괴강도를 향상시킴을 개시한다. "전압 안정화 열가소성 전기 절연층을 가진 에너지 케이블(KR 10-2017-0139696 A)"에서는 전압 안정제로 벤조페논계 유기물을 사용하여 절연파괴강도 향상 도모를 제시하고 있다.In addition to using the inorganic nanoparticles, organic single molecules based on aromatic compounds are used as voltage stabilizers. “Voltage-stabilized polymer composition (KR 10-2236518 B1)” uses organic carboxylic esters containing at least one aromatic ring and 1 to 2 carboxyl alkyl ester substituents as voltage stabilizers to improve the alternating current breakdown strength of polyethylene. Start improving. "Energy Cable with Voltage Stabilized Thermoplastic Electrical Insulating Layer (KR 10-2017-0139696 A)" proposes to improve insulation breakdown strength by using benzophenone-based organic material as a voltage stabilizer.
하지만, 무기나노입자들의 분산을 위한 표면처리 공정은 주로 용매를 사용하여 진행하기 때문에 환경 문제가 있을 뿐만 아니라 표면처리제의 비싼 가격 그리고 복잡한 공정에 의한 단점들을 지니며, 유기 단분자 기반의 전압 안정제들은 고분자 내에 혼합된 후에도 용출될 가능성이 존재하며, 장기적인 안정성의 문제점이 있어 절연 조성물의 불안정성을 해결하는데 어려움이 있어왔다.However, the surface treatment process for dispersing inorganic nanoparticles is mainly carried out using solvents, which not only poses environmental problems, but also has disadvantages due to the high price of surface treatment agents and complicated processes. Voltage stabilizers based on organic single molecules are There is a possibility that it may elute even after being mixed into the polymer, and there is a problem with long-term stability, making it difficult to solve the instability of the insulating composition.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 절연 특성을 개선시킬 수 있도록 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물을 제공하는 것을 기술적 해결과제로 한다.The present invention was invented to solve the above problems, and its technical problem is to provide an insulating composition containing a thermoplastic polymer to improve insulating properties.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 고분자 기재 100 phr에 대하여, 열가소성 고분자 0.001 ~ 1.0 phr가 혼합되어 절연 특성을 갖는 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물을 제공한다.In order to solve the above technical problems, the present invention provides an insulating composition containing a thermoplastic polymer, which has insulating properties by mixing 0.001 to 1.0 phr of a thermoplastic polymer with respect to 100 phr of a polymer substrate.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 고분자는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스타이렌, 폴리아미드, 폴리페닐린설파이드, 폴리아세탈, 폴리아세트산비닐, 폴리아크릴레이트, 플루오르계 수지, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐클로라이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 고무, 에틸렌계 탄성체 및 에틸렌-프로필렌 고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the thermoplastic polymer is polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyphenyline sulfide, polyacetal, polyvinyl acetate, polyacrylate, fluorine resin, poly It is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of vinylidene fluoride, polyvinyl chloride, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, ethylene-based elastomer, and ethylene-propylene rubber.
본 발명에 있어서, 상기 고분자 기재는, 열가소성 고분자 수지, 열경화성 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the polymer substrate is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of thermoplastic polymer resin and thermosetting polymer resin.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 고분자 수지는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스타이렌, 폴리아미드, 폴리페닐린설파이드, 폴리아세탈, 폴리아세트산비닐, 폴리아크릴레이트, 플루오르계 수지, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐클로라이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 고무, 에틸렌계 탄성체 및 에틸렌-프로필렌 고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the thermoplastic polymer resin includes polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyphenyline sulfide, polyacetal, polyvinyl acetate, polyacrylate, fluorine-based resin, It is characterized in that it is at least one selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, ethylene-based elastomer, and ethylene-propylene rubber.
본 발명에 있어서, 상기 열경화성 고분자 수지는, 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 푸란 수지, 요소 수지, 불포화 에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지 및 실리콘계 고무 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the thermosetting polymer resin is one selected from the group consisting of epoxy resin, phenol resin, melamine resin, phenol resin, furan resin, urea resin, unsaturated ester resin, alkyd resin, polyurethane resin, and silicone rubber resin. It is characterized by being more than one species.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 고분자의 열변형온도는, 상기 고분자 기재의 용융점 이하의 온도인 것을 특징으로 한다.In the present invention, the heat distortion temperature of the thermoplastic polymer is characterized as a temperature below the melting point of the polymer substrate.
본 발명에 있어서, 상기 열가소성 고분자는, 1 ~ 100 nm 직경으로 이루어져 상기 고분자 기재에 분산되는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the thermoplastic polymer has a diameter of 1 to 100 nm and is dispersed in the polymer substrate.
상기 과제의 해결 수단에 의한 본 발명의 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물에 따르면, 극소량의 열가소성 고분자의 혼입만으로 고분자 기재의 절연 특성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the insulating composition containing the thermoplastic polymer of the present invention as a means of solving the above problem, the insulating properties of the polymer substrate can be improved only by mixing a very small amount of the thermoplastic polymer.
즉, 첨가제인 열가소성 고분자가 고분자 기재에 혼합되었을 때 상기 열가소성 고분자에 고분자 기재가 도핑되어 고분자 기재의 작은 크기의 결정 분포를 향상시킬 수 있고 그에 의해 절연 특성을 효과적으로 개선시킬 수 있으며, 따라서 종래 사용되는 무기나노입자나 유기 단분자 기반의 전압 안정제를 대체할 수 있는 효과가 있다.That is, when a thermoplastic polymer, which is an additive, is mixed with a polymer base, the thermoplastic polymer is doped with the polymer base, thereby improving the distribution of small-sized crystals in the polymer base and thereby effectively improving the insulation properties, and thus, conventionally used It has the effect of replacing voltage stabilizers based on inorganic nanoparticles or organic single molecules.
도 1(a)는 실시예 1에 따른 폴리스타이렌 기반의 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물의 편광현미경 이미지이고, 도 1(b)는 주사전자현미경 이미지이다.Figure 1(a) is a polarizing microscope image of an insulating composition mixed with a polystyrene-based thermoplastic polymer according to Example 1, and Figure 1(b) is a scanning electron microscope image.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can be subject to various changes and can have various forms, embodiments will be described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to “include” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless clearly defined in this specification. .
본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terms used herein are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 발명은 고전압 전기 부품 용도로 사용될 수 있도록 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물에 관한 것이다. 즉 본 발명은 고전압 전기 부품용 고분자 절연체를 구성하는 고분자 기재 내에 극소량의 열가소성 고분자를 첨가제로 용융 혼합함으로써, 작은 크기로 분산된 열가소성 고분자의 존재에 의해 고분자 절연체 조성물의 절연파괴강도 및 체적저항이 증가하고, 공간전하의 축적을 억제시키거나 트리 개시 전압을 증가시킬 수 있도록 한다.The present invention relates to an insulating composition comprising a thermoplastic polymer for use in high voltage electrical components. That is, the present invention melts and mixes a very small amount of thermoplastic polymer as an additive in the polymer substrate constituting the polymer insulator for high-voltage electrical components, thereby increasing the breakdown strength and volume resistance of the polymer insulator composition due to the presence of thermoplastic polymer dispersed in small sizes. and suppresses the accumulation of space charges or increases the tree start voltage.
본 발명에 따른 절연체 조성물은 고분자 기재 100 phr에 대하여, 첨가제인 열가소성 고분자 0.001 ~ 1.0 phr가 혼합되어 절연 특성을 갖는 것을 특징으로 한다.The insulating composition according to the present invention is characterized by having insulating properties by mixing 0.001 to 1.0 phr of thermoplastic polymer as an additive with 100 phr of the polymer base.
상기 고분자 기재는 절연체 조성물의 베이스 수지를 이루는 구성이다. 이러한 고분자 기재는 열가소성 고분자 수지, 열경화성 고분자 수지로 이루어진 군에서 1종 이상을 선택하여 사용할 수 있다.The polymer substrate constitutes the base resin of the insulating composition. Such a polymer substrate can be used by selecting one or more types from the group consisting of thermoplastic polymer resin and thermosetting polymer resin.
열가소성 고분자 수지로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스타이렌, 폴리아미드, 폴리페닐린설파이드, 폴리아세탈, 폴리아세트산비닐, 폴리아크릴레이트, 플루오르계 수지, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐클로라이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 고무, 에틸렌계 탄성체 및 에틸렌-프로필렌 고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다. 그중 폴리프로필렌으로 아이소택틱 폴리프로필렌를 사용할 수 있으며, 상기 열가소성 고분자 수지 종류에 한정되는 것만은 아니고 열가소성 고분자 수지라면 다양하게 사용 가능한 것으로 한다.Thermoplastic polymer resins include polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyphenyline sulfide, polyacetal, polyvinyl acetate, polyacrylate, fluorine-based resin, polyvinylidene fluoride, It may be one or more selected from the group consisting of polyvinyl chloride, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, ethylene-based elastomer, and ethylene-propylene rubber. Among them, isotactic polypropylene can be used as polypropylene, and it is not limited to the above-mentioned types of thermoplastic polymer resins, and various thermoplastic polymer resins can be used.
열경화성 고분자 수지의 경우 에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 푸란 수지, 요소 수지, 불포화 에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지 및 실리콘계 고무 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 열가소성 고분자 수지와 마찬가지로 상기 종류에 제한되는 것은 아니고 다양한 열경화성 고분자 수지의 사용이 가능하다.In the case of thermosetting polymer resin, it may be one or more selected from the group consisting of epoxy resin, phenol resin, melamine resin, phenol resin, furan resin, urea resin, unsaturated ester resin, alkyd resin, polyurethane resin, and silicone rubber resin, and may be thermoplastic. As with polymer resins, it is not limited to the above types and various thermosetting polymer resins can be used.
상기 열가소성 고분자는 고분자 기재에 첨가제로 용융 혼합되어 분산이 이루어지는 구성이다. 고분자 기재에 용융 혼합되어 분산되는 열가소성 고분자로는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스타이렌, 폴리아미드, 폴리페닐린설파이드, 폴리아세탈, 폴리아세트산비닐, 폴리아크릴레이트, 플루오르계 수지, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐클로라이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 고무, 에틸렌계 탄성체 및 에틸렌-프로필렌 고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.The thermoplastic polymer is dispersed by melting and mixing it with an additive in a polymer substrate. Thermoplastic polymers that are melt-mixed and dispersed in polymer substrates include polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyphenyline sulfide, polyacetal, polyvinyl acetate, polyacrylate, and fluorine-based resin. , polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, acrylonitrile-butadiene-styrene rubber, ethylene-based elastomer, and ethylene-propylene rubber.
상기 열가소성 고분자 중 폴리스타이렌은 하기 화학식 1과 같은 구조를 갖는데, 폴리스타이렌의 벤젠기가 전압 안정제 역할을 하여 절연체 조성물의 전기적 특성을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.Among the thermoplastic polymers, polystyrene has the structure shown in Chemical Formula 1 below, and the benzene group of polystyrene acts as a voltage stabilizer to improve the electrical properties of the insulating composition.
[화학식 1][Formula 1]
이러한 열가소성 고분자의 열변형온도는, 고분자 기재의 용융점 이하의 온도인 것이 바람직하다. 예컨대 첨가제로써 열가소성 고분자인 폴리스타이렌의 열변형온도는 약 100 ℃이고, 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌의 용융점은 160 ~ 165 ℃일 수 있는데, 이는 고분자 기재에 첨가제인 열가소성 고분자가 용융 혼합되는 과정에서 극소량 첨가되는 열가소성 고분자가 결정핵 역할을 하여 아이소택틱 폴리프로필렌 수지의 결정이 재배열되면서 상기 결정핵에서 고분자 기재가 균일하게 성장할 수 있도록 하기 위함이다.The heat distortion temperature of such a thermoplastic polymer is preferably a temperature below the melting point of the polymer substrate. For example, the heat distortion temperature of polystyrene, which is a thermoplastic polymer as an additive, is about 100 ℃, and the melting point of isotactic polypropylene, which is a polymer substrate, can be 160 to 165 ℃, which occurs during the process of melting and mixing the thermoplastic polymer as an additive with the polymer substrate. This is to allow the thermoplastic polymer added in very small amounts to act as a crystal nucleus and rearrange the crystals of the isotactic polypropylene resin so that the polymer substrate can grow uniformly from the crystal nucleus.
고분자 기재에 분산되는 열가소성 고분자의 경우 1 ~ 100 nm 직경으로 이루어질 수 있다. 열가소성 고분자가 1 nm 미만의 직경으로 고분자 기재에 분산되면 너무 작은 크기로 인해 절연 특성을 개선하는데 도움이 되지 않으며, 100 nm를 초과하는 직경으로 고분자 기재에 분산되면 결정핵 역할을 하기 어려울 뿐만 아니라 불순물로써 작용하여 절연 특성을 저하시키는 단점이 있다.In the case of thermoplastic polymers dispersed in a polymer substrate, the diameter may be 1 to 100 nm. If the thermoplastic polymer is dispersed in a polymer substrate with a diameter of less than 1 nm, it is not helpful in improving the insulating properties due to its too small size. If the thermoplastic polymer is dispersed in a polymer substrate with a diameter exceeding 100 nm, it is difficult to serve as a crystal nucleus and also contains impurities. It has the disadvantage of deteriorating the insulation properties.
특히 첨가제인 열가소성 고분자는 고분자 기재 100 phr에 대하여 0.001 ~ 1.0 phr 범위로 용융 혼합되어 고분자 기재 내에 분산되는 것이 바람직하다. 첨가제인 열가소성 고분자가 고분자 기재 100 phr에 대해 0.001 phr 미만으로 용융 혼합되면 첨가제인 열가소성 고분자가 결정핵 역할을 할 수 없고 결국 절연체 조성물의 전기적 특성을 향상시킬 수 없으며, 1.0 phr을 초과하여 용융 혼합되면 서로 응집되어 큰 크기의 분산상으로 존재하여 오히려 절연 특성의 변질을 야기할 수 있어 바람직하지 않다.In particular, it is preferable that the thermoplastic polymer, which is an additive, is melt-mixed and dispersed within the polymer substrate in the range of 0.001 to 1.0 phr with respect to 100 phr of the polymer substrate. If the thermoplastic polymer as an additive is melt-mixed at less than 0.001 phr with respect to 100 phr of the polymer base, the thermoplastic polymer as an additive cannot serve as a crystal nucleus and ultimately cannot improve the electrical properties of the insulating composition. If it is melt-mixed in excess of 1.0 phr, It is undesirable because it aggregates with each other and exists as a large-sized dispersed phase, which may cause deterioration of the insulating properties.
상기와 같은 절연체 조성물은, 열가소성 고분자가 첨가제로 용융 혼합 방식을 통하여 고분자 기재에 분산됨으로써 단독의 고분자 기재가 갖는 절연파괴강도 및 체적저항 보다 상대적으로 증가하는 장점이 있으므로, 고전압 전기 부품 용도로 폭넓게 활용 가능하다.The above insulating composition has the advantage of relatively increasing the breakdown strength and volume resistance of a single polymer substrate by dispersing the thermoplastic polymer into the polymer substrate through a melt mixing method as an additive, and is therefore widely used for high-voltage electrical components. possible.
이하, 본 발명의 실시예를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 단, 이하의 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시하는 것일 뿐, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail as follows. However, the following examples are merely illustrative to aid understanding of the present invention and are not intended to limit the scope of the present invention.
<실시예 1><Example 1>
배치식 용융 혼합기(Brabender)를 준비하고, 상기 배치식 용융 혼합기에 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지 100 phr에 대하여 열가소성 고분자인 폴리스타이렌 0.001 phr을 투입한 후, 200 ℃에서 20 분간 용융 혼합하여 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물을 제조하였다.Prepare a batch melt mixer (Brabender), add 0.001 phr of polystyrene, a thermoplastic polymer, to 100 phr of isotactic polypropylene resin, which is a polymer base, into the batch melt mixer, and then melt and mix at 200°C for 20 minutes to obtain thermoplasticity. An insulating composition containing a mixture of polymers was prepared.
<실시예 2><Example 2>
배치식 용융 혼합기(Brabender)를 준비하고, 상기 배치식 용융 혼합기에 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지 100 phr에 대하여 열가소성 고분자인 폴리비닐리덴 플로라이드 0.01 phr을 투입한 후, 200 ℃에서 20 분간 용융 혼합하여 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물을 제조하였다.Prepare a batch melt mixer (Brabender), add 0.01 phr of polyvinylidene fluoride, a thermoplastic polymer, to 100 phr of isotactic polypropylene resin, which is a polymer base, into the batch melt mixer, and then mix at 200°C for 20 minutes. An insulating composition containing thermoplastic polymers was prepared by melt mixing.
<실시예 3><Example 3>
배치식 용융 혼합기(Brabender)를 준비하고, 상기 배치식 용융 혼합기에 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지 100 phr에 대하여 열가소성 고분자인 폴리메틸메타크릴레이트 0.001 phr을 투입한 후, 200 ℃에서 20 분간 용융 혼합하여 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물을 제조하였다.Prepare a batch melt mixer (Brabender), add 0.001 phr of polymethyl methacrylate, a thermoplastic polymer, to 100 phr of isotactic polypropylene resin, which is a polymer base, into the batch melt mixer, and then mix at 200°C for 20 minutes. An insulating composition containing thermoplastic polymers was prepared by melt mixing.
<실시예 4><Example 4>
배치식 용융 혼합기(Brabender)를 준비하고, 상기 배치식 용융 혼합기에 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지 100 phr에 대하여 열가소성 고분자인 저밀도 폴리에틸렌 1.0 phr을 투입한 후, 200 ℃에서 20 분간 용융 혼합하여 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물을 제조하였다.Prepare a batch melt mixer (Brabender), add 1.0 phr of low-density polyethylene, a thermoplastic polymer, to 100 phr of isotactic polypropylene resin, which is a polymer base, into the batch melt mixer, and then melt and mix at 200°C for 20 minutes. An insulating composition containing a mixture of thermoplastic polymers was prepared.
<실시예 5><Example 5>
배치식 용융 혼합기(Brabender)를 준비하고, 상기 배치식 용융 혼합기에 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지 100 phr에 대하여 열가소성 고분자인 내충격성 폴리스타이렌 0.01 phr을 투입한 후, 200 ℃에서 20 분간 용융 혼합하여 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물을 제조하였다.Prepare a batch melt mixer (Brabender), add 0.01 phr of impact-resistant polystyrene, a thermoplastic polymer, to 100 phr of isotactic polypropylene resin, which is a polymer base, into the batch melt mixer, and then melt and mix at 200°C for 20 minutes. An insulating composition containing a mixture of thermoplastic polymers was prepared.
<비교예 1><Comparative Example 1>
실시예 1 ~ 5에서와는 달리, 순수 폴리프로필렌만을 절연체 조성물로 사용하였다.Unlike Examples 1 to 5, only pure polypropylene was used as the insulating composition.
상기 실시예 1 ~ 5와, 비교예 1에서 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지 100 phr에 대하여 첨가되는 열가소성 고분자의 함량을 하기 표 1에 정리하여 나타내었다. 이때 열가소성 고분자의 함량 단위인 phr은 part per hundred resin으로, 고분자 기재 100 중량부 당 첨가되는 첨가제인 열가소성 고분자의 중량부에 해당된다.In Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, the content of the thermoplastic polymer added per 100 phr of the polymer-based isotactic polypropylene resin is summarized in Table 1 below. At this time, phr, the unit of content of the thermoplastic polymer, is part per hundred resin, which corresponds to the weight part of the thermoplastic polymer, which is an additive added per 100 parts by weight of the polymer base.
한편, 도 1(a)는 실시예 1에 따른 폴리스타이렌 기반의 열가소성 고분자가 혼합된 절연체 조성물의 편광현미경 이미지이고, 도 1(b)는 주사전자현미경 이미지이다. 도 1(a)와 도 1(b)를 참조하면 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지에 폴리스타이렌이 혼합됨을 확인할 수 있다. 고분자 기재인 아이소택틱 폴리프로필렌 수지는 결정성을 가지는데, 고분자 기재에 첨가제인 열가소성 고분자가 용융 혼합되는 과정에서 극소량 첨가되는 열가소성 고분자가 결정핵 역할을 하여 아이소택틱 폴리프로필렌 수지의 결정이 재배열되면서, 상기 결정핵에서 고분자 기재가 균일하게 성장함으로써, 절연체 조성물의 절연 특성을 높일 수 있다.Meanwhile, Figure 1(a) is a polarizing microscope image of an insulating composition mixed with a polystyrene-based thermoplastic polymer according to Example 1, and Figure 1(b) is a scanning electron microscope image. Referring to Figures 1(a) and 1(b), it can be seen that polystyrene is mixed with isotactic polypropylene resin, which is a polymer base. Isotactic polypropylene resin, which is a polymer base, has crystallinity. In the process of melting and mixing the thermoplastic polymer, which is an additive, with the polymer base, a very small amount of thermoplastic polymer is added as a crystal nucleus, and the crystals of the isotactic polypropylene resin are regenerated. As the polymer substrate grows uniformly from the crystal nuclei while being arranged, the insulating properties of the insulating composition can be improved.
<시험예 1><Test Example 1>
본 시험예에서는 실시예 1 ~ 5와, 비교예 1에 따른 절연체 조성물의 물성을 분석해 보았다. 관련하여, 실시예 1 ~ 5와, 비교예 1의 절연체 조성물을 열간가압성형기를 사용하여 200 ℃에서 10 MPa의 압력으로 성형한 후, 10 ℃의 온도에서 급냉하여 150 ㎛의 두께를 가지는 필름 형태의 샘플을 제조하였고, 필름 샘플들의 체적저항 및 절연파괴강도는 IEC 60243에 준하여 시험하였으며, 각각 상온 및 110 ℃에서의 값을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.In this test example, the physical properties of the insulating compositions according to Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were analyzed. In relation to this, the insulating compositions of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were molded at 200°C at a pressure of 10 MPa using a hot press molding machine, and then rapidly cooled at a temperature of 10°C to form a film with a thickness of 150 ㎛. Samples were manufactured, and the volume resistance and breakdown strength of the film samples were tested in accordance with IEC 60243, and the values were measured at room temperature and 110 ° C, respectively, and are shown in Table 2 below.
(Ω·cm)Volume resistance (room temperature)
(Ω·cm)
(Ω·cm)Volume resistance (110 ℃)
(Ω·cm)
(kV/mm)Direct current insulation breakdown strength (room temperature)
(kV/mm)
(kV/mm)Direct current breakdown strength (110 ℃)
(kV/mm)
표 2를 참조하면, 순수 폴리프로필렌만을 절연체 조성물로 사용한 비교예 1과 비교하여, 실시예 1 ~ 5의 경우에서 상대적으로 체적저항(상온/110 ℃), 직류 절연파괴강도(상온/110 ℃) 중 1개 이상의 특성이 더 증가됨을 확인할 수 있다.Referring to Table 2, compared to Comparative Example 1 using only pure polypropylene as the insulating composition, the relative volume resistance (room temperature/110 ℃) and direct current breakdown strength (room temperature/110 ℃) in Examples 1 to 5 were relatively high. It can be seen that one or more of the characteristics is further increased.
특히 직류 절연파괴강도(상온/110 ℃)의 경우 저온에 해당되는 상온 및 고온에 해당되는 110 ℃에서 직류 절연파괴강도에 미치는 영향을 평가한 것인데, 예컨대 실시예 2의 경우 첨가제인 폴리비닐리덴 플로라이드가 아이소택틱 폴리프로필렌 수지와 용이하게 용융 혼합되어 아이소택틱 폴리프로필렌 수지 매트릭스 내에서 분산이 이루어져, 향상된 용융 분산성으로 인해 폴리비닐리덴 플로라이드의 불소 분산을 사능하게 하고 아이소택틱 폴리프로필렌 수지의 결정화를 위한 결정핵 역할을 하게 된다. 즉 열가소성 폴리비닐리덴 플로라이드 도입으로 110 ℃에서 직류 절연파괴강도가 향상되었다.In particular, in the case of direct current dielectric breakdown strength (room temperature/110 ℃), the effect on direct current dielectric breakdown strength was evaluated at room temperature, which is low temperature, and 110 ℃, which is high temperature. For example, in Example 2, the additive polyvinylidene flow Fluoride is easily melt mixed with isotactic polypropylene resin and dispersed within the isotactic polypropylene resin matrix, enabling fluorine dispersion of polyvinylidene fluoride due to improved melt dispersibility and isotactic polypropylene. It serves as a crystal nucleus for crystallization of resin. In other words, the introduction of thermoplastic polyvinylidene fluoride improved the direct current breakdown strength at 110°C.
정리하면, 본 발명은 고분자 기재 100 phr에 대하여, 첨가제인 열가소성 고분자 0.001 ~ 1.0 phr가 용융 혼합되어 상기 열가소성 고분자에 고분자 기재가 도핑되어 절연 특성을 갖는 특징이 있다. 이러한 특징에 따르면, 열가소성 고분자가 첨가제로 혼합되었을 때 고분자 기재의 작은 크기의 결정 분포를 향상시킬 수 있고 그에 의해 절연 특성을 효과적으로 개선시킬 수 있으며, 따라서 종래 사용되는 무기나노입자나 유기 단분자 기반의 전압 안정제를 대체할 수 있을 것으로 기대된다.In summary, the present invention is characterized in that 0.001 to 1.0 phr of a thermoplastic polymer as an additive is melt-mixed with respect to 100 phr of a polymer base, and the thermoplastic polymer is doped with the polymer base to provide insulating properties. According to these characteristics, when thermoplastic polymers are mixed as additives, the distribution of small-sized crystals in the polymer substrate can be improved, thereby effectively improving the insulating properties, and thus, the conventionally used inorganic nanoparticles or organic single molecules-based It is expected that it can replace voltage stabilizers.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것도 아니다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely an illustrative explanation of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations will be possible to those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention, but are for explanation, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these examples. The scope of protection of the present invention should be interpreted in accordance with the scope of the patent claims, and all technical ideas within the equivalent scope should be interpreted as being included in the scope of rights of the present invention.
Claims (7)
열가소성 고분자 0.001 ~ 1.0 phr가 혼합되어 절연 특성을 갖는 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물.For 100 phr of polymer substrate,
An insulating composition containing a thermoplastic polymer, characterized in that it has insulating properties by mixing 0.001 to 1.0 phr of the thermoplastic polymer.
상기 열가소성 고분자는,
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스타이렌, 폴리아미드, 폴리페닐린설파이드, 폴리아세탈, 폴리아세트산비닐, 폴리아크릴레이트, 플루오르계 수지, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐클로라이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 고무, 에틸렌계 탄성체 및 에틸렌-프로필렌 고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물.According to claim 1,
The thermoplastic polymer is,
Polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyphenyline sulfide, polyacetal, polyvinyl acetate, polyacrylate, fluorine-based resin, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, acrylic. An insulating composition containing a thermoplastic polymer, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of ronitrile-butadiene-styrene rubber, ethylene-based elastomer, and ethylene-propylene rubber.
상기 고분자 기재는,
열가소성 고분자 수지, 열경화성 고분자 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물.According to claim 1,
The polymer base is,
An insulating composition containing a thermoplastic polymer, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of thermoplastic polymer resin and thermosetting polymer resin.
상기 열가소성 고분자 수지는,
폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스타이렌, 폴리아미드, 폴리페닐린설파이드, 폴리아세탈, 폴리아세트산비닐, 폴리아크릴레이트, 플루오르계 수지, 폴리비닐리덴 플로라이드, 폴리비닐클로라이드, 아크릴로니트릴-부타디엔-스타이렌 고무, 에틸렌계 탄성체 및 에틸렌-프로필렌 고무로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물.According to clause 3,
The thermoplastic polymer resin is,
Polyethylene, polypropylene, polycarbonate, polymethyl methacrylate, polystyrene, polyamide, polyphenyline sulfide, polyacetal, polyvinyl acetate, polyacrylate, fluorine-based resin, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, acrylic. An insulating composition containing a thermoplastic polymer, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of ronitrile-butadiene-styrene rubber, ethylene-based elastomer, and ethylene-propylene rubber.
상기 열경화성 고분자 수지는,
에폭시 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 페놀 수지, 푸란 수지, 요소 수지, 불포화 에스테르 수지, 알키드 수지, 폴리우레탄 수지 및 실리콘계 고무 수지로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물.According to clause 3,
The thermosetting polymer resin is,
Contains a thermoplastic polymer, characterized in that it is at least one selected from the group consisting of epoxy resin, phenol resin, melamine resin, phenol resin, furan resin, urea resin, unsaturated ester resin, alkyd resin, polyurethane resin, and silicone rubber resin. An insulating composition.
상기 열가소성 고분자의 열변형온도는, 상기 고분자 기재의 용융점 이하의 온도인 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물.According to claim 1,
An insulating composition containing a thermoplastic polymer, characterized in that the heat distortion temperature of the thermoplastic polymer is a temperature below the melting point of the polymer substrate.
상기 열가소성 고분자는, 1 ~ 100 nm 직경으로 이루어져 상기 고분자 기재에 분산되는 것을 특징으로 하는, 열가소성 고분자를 포함하는 절연체 조성물.According to claim 1,
An insulating composition containing a thermoplastic polymer, characterized in that the thermoplastic polymer has a diameter of 1 to 100 nm and is dispersed in the polymer substrate.
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