WO2018128229A1 - 고난연 및 저발연 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블 - Google Patents

고난연 및 저발연 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a UTP cable comprising a high flame retardant and low smoke non-halogen resin composition for forming a sheath layer of a UTP cable and a sheath layer formed therefrom.
  • the present invention relates to a UTP cable including a non-halogen-based resin composition satisfying high flame retardancy and low smokeability of grade C or higher based on the CPR (Construction Products Regulation) standard recently applied in Europe, and a sheath layer formed therefrom. will be.
  • UTP cable stands for unshielded twisted pair, also known as unshielded paired cable or unshielded twisted pair.
  • the most common type of UTP cable is copper, which is used as a signal line connecting the environment of a general telephone line or a local area network (LAN).
  • LAN local area network
  • the UTP cable has an outer surface covered with a sheath material, and the sheath layer made of this sheath material is exposed to be in direct contact with the outside.
  • a sheath material In the case of a plenum-type UTP cable, it is used to install a ceiling without a duct, so that smoke is excessively generated when a fire occurs in a space where the cable is installed.
  • the plenum-type UTP cable should be used as a material of low flammability and high flame retardancy in that it can be used as a passage for fire spreading in the case of a highly combustible material.
  • a polyvinyl chloride resin having excellent flame retardancy is applied as a sheath material of a cable requiring high flame retardancy
  • a polyolefin resin is used as a sheath material of a cable requiring a relatively low flame retardancy and low smoke non-halogen.
  • CM flame retardant is evaluated for flame retardancy by combustion length after applying flame for 20 minutes with 21 kW of heat.
  • CPR Consumer Products Regulation
  • the flame retardation evaluation method is similar, but it requires a certain level of combustion length, maximum heat release rate, total heat release rate, flame propagation rate, and additional smoke index. do.
  • the CPR standard is a D grade level, and in order to satisfy the higher grade of C grade or higher, the development of a new low flame retardant high flame retardant sheath material is urgently needed.
  • An object of the present invention is to provide a UTP cable comprising a non-halogen-based resin composition and a sheath layer formed therefrom that satisfies high flame retardancy and low smokeability of C grade or higher based on CPR (Construction Products Regulation) standard.
  • a non-halogen resin composition for forming a sheath layer of a UTP cable comprising: a first ethylene vinyl acetate (EVA) resin having a vinyl acetate content of 25 to 30 wt%, a second having a vinyl acetate content of 40 to 50 wt%
  • a base resin comprising an ethylene vinyl acetate (EVA) resin and a linear low density polyethylene resin grafted with a polar group and a non-halogen-based flame retardant, wherein the non-halogen-based flame retardant comprises a first flame-retardant, a melamine, comprising a metal hydroxide
  • a UTP cable comprising a second flame retardant comprising a flame retardant, a third flame retardant comprising an antimony flame retardant, and a fourth flame retardant comprising a zinc flame retardant, and comprising a sheath layer formed from the non-halogen-based resin composition is a CPR. It provides a non-halogen resin composition which sati
  • the content of the first ethylene vinyl acetate (EVA) resin is 30 to 40 parts by weight
  • the content of the second ethylene vinyl acetate (EVA) resin is 40 to 50 parts by weight, based on 100 parts by weight of the base resin
  • the content of the linear low density polyethylene resin grafted polar group is 20 to 30 parts by weight, to provide a non-halogen-based resin composition.
  • the content of the first flame retardant is 190 to 220 parts by weight
  • the content of the second flame retardant is 20 to 40 parts by weight
  • the content of the third flame retardant is 20 to 40 parts by weight
  • the content of the fourth flame retardant is 5 to 10 parts by weight, to provide a non-halogen-based resin composition.
  • the polar group provides a non-halogen resin composition, characterized in that the maleic anhydride.
  • the metal hydroxide provides a non-halogen-based resin composition, characterized in that containing magnesium hydroxide.
  • the magnesium hydroxide provides a non-halogen-based resin composition, characterized in that the surface is not treated.
  • the melamine-based flame retardant comprises a melamine cyanurate
  • the antimony-based flame retardant comprises antimony trioxide, provides a non-halogen-based resin composition.
  • the zinc-based flame retardant provides a non-halogen-based resin composition, characterized in that it comprises zinc borate.
  • UTP cable including a sheath layer formed from the non-halogen-based resin composition.
  • the non-halogen-based resin composition according to the present invention ensures the mechanical strength required in the sheath layer of the UTP cable and at the same time exhibits an excellent effect of satisfying the high flame retardancy and the low smokeability of C grade or more based on the CPR (Construction Products Regulation) standard.
  • the present invention relates to a high flame retardant and low smoke non-halogen resin composition for forming a sheath layer of a UTP cable.
  • the non-halogen resin composition according to the present invention includes a polyolefin base resin and a flame retardant, and may further include other additives such as antioxidants and lubricants.
  • the polyolefin base resin may include two kinds of ethylene vinyl acetate (EVA) resin and a linear low density polyethylene resin grafted with a polar group such as maleic anhydride, glycidyl methacrylate, and the like. .
  • the polyolefin-based resin is formed by blending the specific resin described above, thereby realizing the mechanical properties and flame retardancy required in the sheath layer of the UTP cable, and achieving sufficient filler loading for the flame retardant.
  • the two ethylene vinyl acetate (EVA) resins include a first ethylene vinyl acetate (EVA) resin having a vinyl acetate content of 25 to 30 wt% and a second ethylene having a content of 40 to 50 wt% vinyl acetate.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the flame retardancy of the non-halogen-based resin composition is improved while mechanical strength is lowered, and conversely, as the content of vinyl acetate decreases, The mechanical strength of the non-halogen resin composition is improved while the flame retardancy is lowered.
  • the content of the first ethylene vinyl acetate (EVA) resin is 30 to 40 parts by weight
  • the content of the second ethylene vinyl acetate (EVA) resin is 40 to 50 weight It may be wealth.
  • the content of the first ethylene vinyl acetate (EVA) resin is less than 30 parts by weight or the content of the second ethylene vinyl acetate (EVA) resin is more than 50 parts by weight, the mechanical strength of the polyolefin-based resin is greatly reduced.
  • the content of the first ethylene vinyl acetate (EVA) resin is greater than 40 parts by weight or the content of the second ethylene vinyl acetate (EVA) resin is less than 40 parts by weight, the flame retardancy of the polyolefin-based resin is greatly reduced. Can be.
  • the linear low-density polyethylene resin grafted with the polar group included in the polyolefin-based resin may improve filler loading capacity of the flame retardant with respect to the base resin, compared to other compositions containing the same amount of flame retardant.
  • the aggregation of the flame retardant suppresses the deterioration of mechanical properties, extrudability and the like of the non-halogen resin composition. can do.
  • the content of the linear low density polyethylene resin grafted with the polar group may be 20 to 30 parts by weight, and the content of the linear low density polyethylene resin grafted with the polar group is 20 parts by weight based on 100 parts by weight of the polyolefin base resin. If less than the flame retardancy of the non-halogen-based resin composition may be greatly reduced or insufficient mechanical properties, extrudability, etc., if more than 30 parts by weight of the content of the first and second ethylene vinyl acetate (EVA) resin By reducing the flame retardancy or mechanical properties of the non-halogen-based resin composition can be selectively significantly reduced.
  • EVA ethylene vinyl acetate
  • the flame retardant comprises a non-halogen flame retardant, specifically a second flame retardant comprising a metal hydroxide, preferably magnesium hydroxide, a second flame retardant comprising a melamine flame retardant, preferably melamine cyanurate, antimony flame retardant, Preferably, a third flame retardant including antimony trioxide and a zinc-based flame retardant, preferably a fourth flame retardant including zinc borate.
  • the first flame retardant including magnesium hydroxide mainly improves the flame retardancy, fire resistance, and antidepressant properties of the non-halogen-based resin composition in the event of a fire, and in particular, magnesium hydroxide is decomposed into metal oxides, ie, ceramics and water, as described below at about 340 ° C. or more.
  • the ceramic can perform the function of maintaining the flame-retardant, fire-resistant and anti-depressive properties of the non-halogen-based resin composition even under harsh conditions. Can be.
  • the magnesium hydroxide may not be surface treated with another material.
  • the surface of the additive having a hydrophilic surface may be hydrophobic to improve compatibility with the base resin, but when the surface of the magnesium hydroxide is hydrophobic, flame retardancy of the non-halogen-based resin composition may be reduced. Can be.
  • the surface of the magnesium hydroxide is not surface-treated with another material to compensate for the decrease in compatibility between the magnesium hydroxide and the base resin by improving the filler loading properties of the flame retardant by the linear low-density polyethylene resin grafted with the polar group can do.
  • the second flame retardant including the melamine cyanurate and the like, and the third flame retardant including the antimony trioxide, etc., respectively, are vaporized when a fire occurs to lower the ambient temperature to maintain the fire resistance characteristics of the non-halogen resin composition. Secondarily, flame retardant, fireproof and depressant properties can be realized.
  • the melamine cyanurate has a problem of generating a corrosive combustion gas containing an acid (acid) after combustion, whereas the antimony trioxide has a problem of high cost, it is necessary to properly adjust the mixing ratio thereof.
  • the fourth flame retardant including zinc borate and the like forms char when a fire occurs, thereby maintaining the structure of the sheath layer formed from the non-halogen-based resin composition and the UTP cable including the auxiliary flame retardant, fire retardant and You can implement the deterrent property.
  • the flame retardant is based on 100 parts by weight of the polyolefin base resin content of the first flame retardant is 190 to 220 parts by weight, the second flame retardant and the third flame retardant is 20 to 40 parts by weight and the fourth flame retardant 5 to 10, respectively It may include parts by weight.
  • the non-halogen-based resin composition of the present invention can realize high flame retardancy and low smokeability of C grade or higher level of CPR (Construction Products Regulation) certification by controlling the combination and the mixing ratio of the specific flame retardants described above.
  • the non-halogen-based resin composition and the sheath layer specimen and the UTP cable specimen formed therefrom were prepared using the components and contents as shown in Table 1 below. Units of the content described in Table 1 below are parts by weight.
  • EVA Ethylene vinyl acetate
  • Resin 2 Ethylene vinyl acetate (EVA) resin (46 wt% vinyl acetate content)
  • Resin 3 Linear low density polyethylene resin grafted with maleic anhydride
  • Tensile strength and elongation were measured for each sheath layer specimen according to the specification UL444 (evaluation speed is 200 mm / min), tensile strength should be 0.96 kgf / mm2 or more and elongation should be 100% or more.
  • the flame length was measured for the UTP cable specimens of each of Examples and Comparative Examples for 20 minutes, and then burned vertically and propagated vertically. It should be 1.5 m or less and the combustion length should be 2.0 m or less to satisfy the CPR C grade.
  • each of the UTP cable specimens of Examples and Comparative Examples was applied with a flame for 20 minutes to capture the smoke generated during combustion, and to measure the content of oxygen consumed, released oxygen monoxide and carbon dioxide, The temperature, flow rate, pressure difference, etc. were measured, and the heat release rate was comprehensively calculated to select the maximum value.
  • the maximum heat release rate should be 30 kW or less to satisfy the CPR B grade, and the maximum heat release rate should be 60 kW or less to satisfy the CPR C grade.
  • the heat release rate (HRR) values expressed as a function of time were calculated by integrating.
  • the total heat release rate for satisfying the CPR B grade should be 15 MJ or less, and the total heat release rate for satisfying the CPR C grade should be 30 MJ or less.
  • the flame propagation velocity was obtained by dividing the maximum heat release rate by the time that the heat release rate was maximized after spark application to the cable specimen.
  • the flame propagation speed to satisfy the CPR Class B should be less than 150W / s, and the flame propagation speed to satisfy the CPR Class C should be less than 300W / s.
  • Example Comparative example One 2 3 One 2 3 4 5 6 7 8 Room temperature Tensile strength (kgf / m2) 1.023 1.002 1.248 0.957 1.011 1.439 1.184 0.987 1.034 1.104 1.111 Elongation (%) 122.3 128.0 115.7 121.1 120.7 99.7 131.8 98.4 124.6 119.9 127.1 heating Tensile Residual (%) 99.8 97.8 99.6 94.7 95.7 91.3 97.4 86.0 98.9 97.8 98.9 Elongation Retention (%) 79.7 71.2 71.6 74.7 74.6 68.1 80.3 71.8 80.3 81.6 81.4 Combustion length (m) 0.55 0.6 0.55 0.45 1.25 2.25 2.0 0.5 1.75 1.8 1.25 Heat release rate (kW) 12.1 15.4 18.7 11.9 64.3 70.7 61.1 10.9 63.5 64.3 62.2 Total heat release rate (MJ) 13.4 14.7 17.6 13.5 21.6 24.2 20.4 13.4 25.7 24.4 22.4 Flame Propag
  • the non-halogen-based resin composition of Comparative Example 1 has a room temperature tensile strength below the standard due to the content of the first ethylene vinyl acetate resin and the content of the second ethylene vinyl acetate resin in the base resin, the comparison
  • the non-halogen-based resin composition of Example 2 has a low flame retardancy and smoke resistance due to an excessive content of the first ethylene vinyl acetate resin and a low content of the second ethylene vinyl acetate resin in the base resin
  • a non-halogen-based resin composition of Comparative Example 3 The non-halogen-based resin composition of Comparative Examples 4 and 6 to 8 has a non-standard elongation rate, flame retardancy, and smoke retardancy due to insufficient content of silver ethylene vinyl acetate resin and excessive content of linear low density polyethylene resin grafted with a polar group.
  • Silver of the first flame retardant to the fourth flame retardant content is less than the flame retardancy and smoke retardancy, the comparative example 5
  • the non-halogen-based resin composition was found to have a room temperature elongation below the specification due to excessive content of the first flame retardant.
  • the non-halogen-based resin composition of Examples 1 and 2 according to the present invention is a material for forming the sheath layer of the UTP cable, at the same time both the mechanical properties after heating and heating, and the high flame retardancy and low smoke of grade B according to CPR certification
  • the UTP cable to which the non-halogen-based resin composition of Example 3 was applied was found to satisfy both the mechanical properties and the high flame retardancy and the low smoke resistance of the C grade according to the CPR certification at the same time.

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Abstract

본 발명은 유티피 케이블의 시스층 형성용 고난연 및 저발연 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 최근 유럽에서 적용되는 CPR (Construction Products Regulation) 규격 기준으로 C 등급 이상의 고난연성 및 저발연성을 만족하는 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블에 관한 것이다.

Description

[규칙 제26조에 의한 보정 03.08.2017]　고난연 및 저발연 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블
본 발명은 유티피 케이블의 시스층 형성용 고난연 및 저발연 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 최근 유럽에서 적용되는 CPR (Construction Products Regulation) 규격 기준으로 C 등급 이상의 고난연성 및 저발연성을 만족하는 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블에 관한 것이다.
유티피(UTP) 케이블은 언쉴드 트위스티드 페어(unshielded twisted pair)의 약자로, 비차폐 쌍 케이블 또는 비차폐 연선이라고도 한다. 유티피(UTP) 케이블의 가장 일반적인 형태는 구리선으로서, 일반 전화선이나 랜(LAN; 근거리 통신망)의 환경을 이어주는 신호선으로 이용되고 있다.
유티피 케이블은 외표면이 시스재료로 피복되어 있으며, 이러한 시스재료에 의한 시스층은 외부와 직접 접촉하도록 노출되어 있다. 플레넘(plenum)급 유티피 케이블의 경우 덕트가 없는 천정에 포설하는데 이용되므로 상기 케이블 등이 가설된 공간에서 화재가 발생되는 경우에 연기 발생이 과다하게 이루어지게 된다.
따라서, 플레넘급 유티피 케이블은 연소성이 강한 물질인 경우에는 화재 확산의 통로로 이용될 수 있다는 점에서 발연성이 낮고 난연성이 높은 물성을 갖는 재료가 이용되어야 한다. 구체적으로, 고난연이 요구되는 케이블의 시스재료로는 난연이 우수한 폴리염화비닐 수지를 적용하고 상대적으로 낮은 난연성과 저발연 비할로겐이 요구되는 케이블의 시스재료로는 폴리올레핀 수지를 적용한다.
특히, 폴리올레핀 시스를 적용한 유티피 케이블의 경우 일반적으로 CM 및 CMX 난연을 만족하며 이를 만족하기 위해 금속수산화물을 기반으로 한 다양한 난연제를 적용한다. CM 난연은 21kW의 열량으로 20분간 불꽃 인가 후 연소 길이로 난연성을 평가한다. 그러나, 최근 유럽에서 새로 적용되는 CPR (Construction Products Regulation) 인증의 경우에는 난연 평가 방법은 유사하나 특정 수준의 연소 길이와 최대열방출율, 총열방출율, 화연전파속도가 요구되며 추가로 연기지수 등이 요구된다.
한편, 종래 CM 난연을 만족하는 폴리올레핀 시스를 적용한 유티피 케이블의 경우 CPR 규격 기준으로 D 등급 수준임이 확인되었으며 보다 높은 등급인 C 등급 이상을 만족하기 위해서는 새로운 저발연 고난연의 시스 재료의 개발이 절실하다.
본 발명은 CPR (Construction Products Regulation) 규격 기준으로 C 등급 이상의 고난연성 및 저발연성을 만족하는 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은,
유티피(UTP) 케이블의 시스층 형성용 비할로겐계 수지 조성물로서, 비닐 아세테이트 함량이 25 내지 30 중량%인 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지, 비닐 아세테이트 함량이 40 내지 50 중량%인 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 및 극성기가 그라프트된(grafted) 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 베이스 수지 및 비할로겐계 난연제를 포함하고, 상기 비할로겐계 난연제는 금속수산화물을 포함하는 제1 난연제, 멜라민계 난연제를 포함하는 제2 난연제, 안티몬계 난연제를 포함하는 제3 난연제 및 아연계 난연제를 포함하는 제4 난연제를 포함하고, 상기 비할로겐계 수지 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블이 CPR(Construction Products Regulation) 인증의 C 등급 이상을 만족하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 30 내지 40 중량부, 상기 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 40 내지 50 중량부, 상기 극성기가 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량은 20 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
또한, 상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 제1 난연제의 함량은 190 내지 220 중량부, 상기 제2 난연제의 함량은 20 내지 40 중량부, 상기 제3 난연제의 함량은 20 내지 40 중량부, 상기 제4 난연제의 함량은 5 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 극성기는 무수 말레이산인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
한편, 상기 금속수산화물은 수산화마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
여기서, 상기 수산화마그네슘은 표면처리되지 않은 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
또한, 상기 멜라민계 난연제는 멜라민 시아누레이트를 포함하고, 상기 안티몬계 난연제는 삼산화 안티몬을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
그리고, 상기 아연계 난연제는 붕산아연을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물을 제공한다.
한편, 상기 비할로겐계 수지 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피(UTP) 케이블을 제공한다.
본 발명에 따른 비할로겐계 수지 조성물은 유티피 케이블의 시스층에서 요구되는 기계적 강도를 확보하는 동시에 CPR (Construction Products Regulation) 규격 기준으로 C 등급 이상의 고난연성 및 저발연성을 만족하는 우수한 효과를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명된 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록, 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다.
본 발명은 유티피 케이블의 시스층 형성용 고난연 및 저발연 비할로겐계 수지 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 비할로겐계 수지 조성물은 폴리올레핀계 베이스 수지 및 난연제를 포함하고, 추가로 산화방지제, 활제 등의 기타 첨가제를 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 폴리올레핀계 베이스 수지는 2종의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지와 극성기, 예를 들어 무수 말레인산, 글리시딜메타크릴레이트 등이 그라프트된(grafted) 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지를 포함할 수 있다.
상기 폴리올레핀계 베이스 수지가 앞서 기술한 특정 수지의 블렌딩에 의해 형성됨으로써 유티피 케이블의 시스층에서 요구되는 기계적 특성 및 난연성을 구현하고 상기 난연제에 대한 충분한 필러로딩성을 구현할 수 있다.
구체적으로, 상기 2종의 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지는 비닐 아세테이트의 함량이 25 내지 30 중량%인 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 및 비닐 아세테이트의 함량이 40 내지 50 중량%인 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지에서 비닐 아세테이트의 함량이 증가할수록 상기 비할로겐계 수지 조성물의 난연성은 향상되는 반면 기계적 강도는 저하되고, 반대로 비닐 아세테이트의 함량이 감소할수록 상기 비할로겐계 수지 조성물의 기계적 강도는 향상되는 반면 난연성은 저하된다.
따라서, 상기 폴리올레핀계 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 30 내지 40 중량부이고, 상기 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 40 내지 50 중량부일 수 있다.
여기서, 상기 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 30 중량부 미만이거나 상기 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 50 중량부 초과인 경우 상기 폴리올레핀계 베이스 수지의 기계적 강도가 크게 저하될 수 있는 반면, 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 40 중량부 초과이거나 상기 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 40 중량부 미만인 경우 상기 폴리올레핀계 베이스 수지의 난연성이 크게 저하될 수 있다.
한편, 상기 폴리올레핀계 베이스 수지에 포함되는 상기 극성기가 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지는 상기 베이스 수지에 대한 난연제의 필러 로딩성(filler loading capacity)을 향상시켜 동일한 함량의 난연제를 포함하는 다른 조성물에 비해 상기 비할로겐계 수지 조성물의 난연성을 향상시키는 동시에, 상기 베이스 수지 내에서 상기 난연제의 분산성을 향상시킴으로써 상기 난연제의 응집에 의해 상기 비할로겐계 수지 조성물의 기계적 특성, 압출성 등이 저하되는 것을 억제할 수 있다.
여기서, 상기 폴리올레핀계 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 극성기가 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량은 20 내지 30 중량부일 수 있고, 상기 극성기가 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량이 20 중량부 미만인 경우 상기 비할로겐계 수지 조성물의 난연성이 크게 저하되거나 기계적 특성, 압출성 등이 불충분할 수 있는 반면, 30 중량부 초과인 경우 상기 제1 및 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량이 상대적으로 감소해 상기 비할로겐계 수지 조성물의 난연성 또는 기계적 특성이 선택적으로 크게 저하될 수 있다.
상기 난연제는 비할로겐계 난연제를 포함하고, 구체적으로 금속수산화물, 바람직하게는 수산화마그네슘을 포함하는 제1 난연제, 멜라민계 난연제, 바람직하게는 멜라민 시아누레이트를 포함하는 제2 난연제, 안티몬계 난연제, 바람직하게는 삼산화 안티몬을 포함하는 제3 난연제 및 아연계 난연제, 바람직하게는 붕산아연을 포함하는 제4 난연제를 포함할 수 있다.
상기 수산화마그네슘 등을 포함하는 제1 난연제는 화재 발생시 상기 비할로겐계 수지 조성물의 난연, 내화 및 억연 특성을 주로 향상시키고, 특히 수산화마그네슘은 약 340℃ 이상에서 아래와 같이 산화금속, 즉 세라믹과 물로 분해되는 흡열반응을 유발해 주변 온도를 낮출 뿐만 아니라, 강도가 향상되고 내수성이 우수한 상기 세라믹에 의해 가혹한 조건하에서도 상기 비할로겐계 수지 조성물의 난연, 내화 및 억연 특성을 유지할 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있다.
Mg(OH)2 -> MgO + H2O - 330kJ/mol at ≥340℃
여기서, 상기 수산화마그네슘 등은 다른 물질로 표면처리되지 않을 수 있다. 통상, 베이스 수지와의 상용성을 향상시키기 위해 친수성 표면을 갖는 첨가제의 표면이 소수성으로 표면처리될 수 있으나, 상기 수산화마그네슘의 표면이 소수성으로 처리되는 경우 상기 비할로겐계 수지 조성물의 난연성이 저하될 수 있다. 한편, 상기 수산화마그네슘의 표면이 다른 물질로 표면처리되지 않아 상기 수산화마그네슘과 상기 베이스 수지의 상용성이 저하되는 것을 상기 극성기가 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지에 의한 난연제의 필러 로딩성 향상에 의해 보상할 수 있다.
또한, 상기 멜라민 시아누레이트 등을 포함하는 제2 난연제와 상기 삼산화 안티몬 등을 포함하는 제3 난연제는 각각 화재 발생시 기화되어 주변 온도를 낮추는 등 상기 비할로겐계 수지 조성물의 내화특성을 유지할 수 있도록 하는 보조적으로 난연, 내화 및 억연 특성을 구현할 수 있다.
한편, 상기 멜라민 시아누레이트는 연소 후 산(acid)을 포함하는 부식성 연소가스를 발생시키는 문제가 있는 반면, 상기 삼산화 안티몬은 비용이 높은 문제가 있으므로, 이들의 배합비를 적절히 조절할 필요가 있다.
그리고, 상기 붕산아연 등을 포함하는 제4 난연제는 화재 발생시 차르(char)를 형성하여 상기 비할로겐계 수지 조성물로부터 형성된 시스층 및 이를 포함하는 유티피 케이블의 구조를 유지시켜 보조적으로 난연, 내화 및 억연 특성을 구현할 수 있다.
상기 난연제는 상기 폴리올레핀계 베이스 수지 100 중량부를 기준으로 상기 제1 난연제의 함량은 190 내지 220 중량부, 상기 제2 난연제 및 상기 제3 난연제는 각각 20 내지 40 중량부 및 상기 제4 난연제 5 내지 10 중량부를 포함할 수 있다.
본원발명의 비할로겐계 수지 조성물은 앞서 기술한 특정 난연제들의 조합 및 배합비의 조절을 통해 CPR(Construction Products Regulation) 인증의 C 등급 이상 수준의 고난연성 및 저발연성을 구현할 수 있게 된다.
[실시예]
1. 제조예
아래 표 1에 나타난 바와 같은 구성성분 및 함량으로 비할로겐계 수지 조성물 및 이로부터 형성된 시스층 시편 및 유티피 케이블 시편을 제조했다. 아래 표 1에 기재된 함량의 단위는 중량부이다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
수지1 30 40 30 20 50 30 30 30 30 30 30
수지2 50 40 40 60 30 30 50 50 50 50 50
수지3 20 20 30 20 20 40 20 20 20 20 20
난연제1 210 220 200 210 210 210 180 230 210 210 210
난연제2 30 20 40 30 30 30 30 30 10 30 30
난연제3 25 30 20 25 25 25 25 25 25 10 25
난연제4 10 5 10 10 10 10 10 10 10 10 3
기타 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
- 수지1 : 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지(비닐 아세테이트 함량 28 중량%)
- 수지2 : 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지(비닐 아세테이트 함량 46 중량%)
- 수지3 : 무수 말레인산이 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지
- 난연제1 : 수산화마그네슘
- 난연제2 : 멜라민 시아누레이트
- 난연제3 : 붕산아연
- 기타 : 산화방지제 및 활제
2. 물성 평가
(1) 상온 인장강도 및 신장율 평가
규격 UL444(평가 속도는 200 mm/min)에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 시스층 시편에 대해 인장강도 및 신장율을 측정했고, 인장강도는 0.96 kgf/㎟ 이상 및 신장율은 100% 이상이어야 한다.
(2) 가열 후 인장강도 및 신장율 평가
실시예 및 비교예 각각의 시스층 시편을 100℃ 오븐에서 168시간 방치 후 인장강도와 신장율을 측정(평가 속도는 200 mm/min)하였을 때 상온 인장강도 및 신장율을 기준으로 하는 인장잔율 및 신장잔율이 각각 75% 이상 및 50% 이상이어야 한다.
(3) 난연성 및 발연성 평가
① 연소 길이 측정
규격 EN 50399에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 유티피 케이블 시편에 대해 불꽃을 20분간 인가 후 자연소화 된 다음 수직으로 전파된 케이블의 연소 길이를 측정하였고, CPR B 등급을 만족하기 위해서는 연소길이가 1.5 m 이하여야 하고, CPR C 등급을 만족하기 위해서는 연소길이가 2.0 m 이하여야 한다.
② 최대열방출율(Peak Heat Release Rate, PHRR)
규격 EN 50399에 준하여 실시예 및 비교예 각각의 유티피 케이블 시편에 대해 불꽃을 20분간 인가하여 연소하는 동안 발생하는 연기를 포집하여 소비되는 산소, 방출되는 일산화산소 및 이산화탄소의 함량을 측정하고, 연기의 온도, 유량, 압력차 등을 측정하여 종합적으로 열방출율을 계산하고, 최대값을 선정했다. 이때 CPR B 등급을 만족하기 위해서는 최대열방출율이 30 kW 이하여야 하고, CPR C 등급을 만족하기 위해서는 최대열방출율이 60 kW 이하여야 한다.
③ 총열방출율(Total Heat Release, THR)
시간에 대한 함수로 표현되는 열방출율(HRR) 값들을 적분하여 계산했고, CPR B 등급을 만족하기 위한 총열방출율은 15MJ 이하이고, CPR C 등급을 만족하기 위한 총열방출율은 30MJ 이하여야 한다.
④ 화염전파속도(Fire Growth Rate, FIGRA)
케이블 시편에 불꽃 인가 후 열방출율이 최대가 되는 시간으로 최대열방출율을 나눠서 화염전파속도를 구했다. CPR B 등급을 만족하기 위한 화염전파속도는 150W/s 이하이고, CPR C 등급을 만족하기 위한 화염전파속도는 300W/s 이하여야 한다.
물성 평가 결과는 아래 표 2에 나타난 바와 같다.
실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4 5 6 7 8
상온 인장강도(kgf/㎟) 1.023 1.002 1.248 0.957 1.011 1.439 1.184 0.987 1.034 1.104 1.111
신장율(%) 122.3 128.0 115.7 121.1 120.7 99.7 131.8 98.4 124.6 119.9 127.1
가열 인장잔율(%) 99.8 97.8 99.6 94.7 95.7 91.3 97.4 86.0 98.9 97.8 98.9
신장잔율(%) 79.7 71.2 71.6 74.7 74.6 68.1 80.3 71.8 80.3 81.6 81.4
연소길이(m) 0.55 0.6 0.55 0.45 1.25 2.25 2.0 0.5 1.75 1.8 1.25
최대열방출율(kW) 12.1 15.4 18.7 11.9 64.3 70.7 61.1 10.9 63.5 64.3 62.2
총열방출율(MJ) 13.4 14.7 17.6 13.5 21.6 24.2 20.4 13.4 25.7 24.4 22.4
화염전파속도(W/s) 80.7 128.3 155.8 76.8 490.8 523.7 470.0 72.7 409.7 401.9 444.3
상기 표 2에 나타난 바와 같이, 비교예 1의 비할로겐계 수지 조성물은 베이스 수지 중 제1 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량 미달 및 제2 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량 과다로 상온 인장강도가 규격 미달이고, 비교예 2의 비할로겐계 수지 조성물은 베이스 수지 중 제1 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량 과다 및 제2 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량 미달로 난연성 및 발연성이 규격 미달이고, 비교예 3의 비할로겐계 수지 조성물은 제2 에틸렌 비닐 아세테이트 수지의 함량 미달 및 극성기가 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량 과다로 상온 신장율과 난연성 및 발연성이 모두 규격 미달이고, 비교예 4, 6 내지 8의 비할로겐계 수지 조성물은 제1 난연제 내지 제4 난연제 함량 미달로 난연성 및 발연성이 규격 미달이고, 비교예 5의 비할로겐계 수지 조성물은 제1 난연제 함량 과다로 상온 신장율이 규격 미달인 것으로 확인되었다.
한편, 본원발명에 따른 실시예 1 및 2의 비할로겐계 수지 조성물은 유티피 케이블의 시스층 형성용 소재로서 상온 및 가열 후 기계적 특성과 CPR 인증에 따른 B 등급의 고난연성 및 저발연성을 모두 동시에 만족하는 것으로 확인되었고, 실시예 3의 비할로겐계 수지 조성물이 적용된 유티피 케이블의 경우 상온 및 가열 후 기계적 특성과 CPR 인증에 따른 C 등급의 고난연성 및 저발연성을 모두 동시에 만족하는 것으로 확인되었다.
본 명세서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 당업자는 이하에서 서술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경 실시할 수 있을 것이다. 그러므로 변형된 실시가 기본적으로 본 발명의 특허청구범위의 구성요소를 포함한다면 모두 본 발명의 기술적 범주에 포함된다고 보아야 한다.

Claims (9)

  1. 유티피(UTP) 케이블의 시스층 형성용 비할로겐계 수지 조성물로서,
    비닐 아세테이트 함량이 25 내지 30 중량%인 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지, 비닐 아세테이트 함량이 40 내지 50 중량%인 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지 및 극성기가 그라프트된(grafted) 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지를 포함하는 베이스 수지 및 비할로겐계 난연제를 포함하고,
    상기 비할로겐계 난연제는 금속수산화물을 포함하는 제1 난연제, 멜라민계 난연제를 포함하는 제2 난연제, 안티몬계 난연제를 포함하는 제3 난연제 및 아연계 난연제를 포함하는 제4 난연제를 포함하고,
    상기 비할로겐계 수지 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피 케이블이 CPR(Construction Products Regulation) 인증의 C 등급 이상을 만족하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 제1 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 30 내지 40 중량부, 상기 제2 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 수지의 함량은 40 내지 50 중량부, 상기 극성기가 그라프트된 선형 저밀도 폴리에틸렌 수지의 함량은 20 내지 30 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 베이스 수지 100 중량부를 기준으로, 상기 제1 난연제의 함량은 190 내지 220 중량부, 상기 제2 난연제의 함량은 20 내지 40 중량부, 상기 제3 난연제의 함량은 20 내지 40 중량부, 상기 제4 난연제의 함량은 5 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 극성기는 무수 말레이산인 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속수산화물은 수산화마그네슘을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수산화마그네슘은 표면처리되지 않은 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 멜라민계 난연제는 멜라민 시아누레이트를 포함하고, 상기 안티몬계 난연제는 삼산화 안티몬을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 아연계 난연제는 붕산아연을 포함하는 것을 특징으로 하는, 비할로겐계 수지 조성물.
  9. 제1항 또는 제2항의 비할로겐계 수지 조성물로부터 형성된 시스층을 포함하는 유티피(UTP) 케이블.
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