KR100688642B1

KR100688642B1 - 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물

Info

Publication number: KR100688642B1
Application number: KR1020060012849A
Authority: KR
Inventors: 김인하; 남기준
Original assignee: 엘에스전선 주식회사
Priority date: 2006-02-10
Filing date: 2006-02-10
Publication date: 2007-03-02

Abstract

본 발명은 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물에 관한 것이다. 본 발명에 따른 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물은, 폴리올레핀수지계 수지 50 내지 95 중량% 및 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지 5 내지 50 중량%로 블랜딩되어 이루어진 베이스수지 100 중량부에 대하여, 50 내지 150 중량부의 인계 난연제; 및 30 내지 120 중량부의 멜라민계 난연제;를 포함하여 이루어지는 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 사용된 조성물 성분 내에 할로겐 원소가 포함되어 있지 않아 연소시 종래의 할로겐계 제품에 비해 친환경적이라 할 수 있으며, 블랜딩된 수지를 이용하면서 인계 난연제와 멜라민계 난연제를 조합하여 복합적으로 사용함으로써 기계적 물성, 예컨대 인장강도나 신장율에서 요구되는 조건을 충족시키면서, 난연성을 충분하게 발현할 수 있는 절연재 제품을 제조할 수 있는 장점이 있다.

난연성, 인계 난연제, 비할로겐, 멜라민계 난연제

Description

난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물{Composition for production flame retardant insulating material of halogen free type}

본 발명은 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 블랜딩된 복합 수지를 기본수지로 이용하면서, 인계 난연제와 멜라민계 난연제를 동시에 사용함으로써 기계적 물성의 유지 및 난연성을 충분하게 확보할 수 있는 친환경적인 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물에 관한 것이다.

전선의 절연재료로 이용되기 위해서는 일정 정도 이상의 난연성이 요구되고 있으며, 이러한 난연성 개선을 위한 목적으로 개발된 것이 할로겐 원소를 포함하고 있는 수지 조성물을 이용하는 방법이 알려져 있다. 한편, 할로겐 원소를 함유한 수지 조성물을 이용하여 제조된 절연재의 경우에는 연소시 불연의 무거운 할로겐 가스를 발생시키고 첨가제와 반응함으로써 고형화된 재를 형성시킴으로써 재료의 연소를 억제하는 것으로 알려져 있다. 따라서, 할로겐계 수지를 이용하여 제조된 절연재의 경우에는 기본적으로 난연성이 보유되어 있으며, 보다 개선된 난연성 확보를 목적으로 각종 난연제를 첨가하고 있다. 이렇게 첨가되는 각종 난연제는 소량만이 사용되므로 베이스수지의 기본 물성에 큰 영향을 미치지 아니하며, 절연재료의 점도 상승을 유발시키지도 않으므로 우수한 압출가공성을 발현하는 장점이 있다.

종래의 절연재료를 제조하기 위한 베이스수지에 첨가되는 난연제로서 사용되는 대표적인 물질로서, 폴리비닐클로라이드(PVC)를 들 수 있으나, 상기 물질이 포함된 수지 조성물을 이용하여 제조된 절연재를 연소시키면 다이옥신과 같은 유독성 가스가 방출됨으로 인해, 인체는 물론 환경에도 유해한 영향을 끼치고 있는 것으로 알려지게 되었다. 이와 관련하여 환경보호를 위한 규제의 측면이나 친환경적인 대체 소재 개발의 관심의 측면 등과 더불어 상대적으로 유해성이 낮은 새로운 재료물질에 대한 개발이 진행되고 있다.

종래에는 친환경적 난연기술로서 대두되고 있는 기술에서는 무기계 금속수산화물이 사용되고 있다. 일본공개특허 2002-099044호에 따르면, 표면처리된 수산화마그네슘을 배합한 비할로겐계 난연 수지 조성물이 개시되어 있으며, 일본공개특허 2000-245342호에 따르면, 금속수산화물, 아연화합물을 배합한 비할로겐계 난연 수지 조성물이 개시되어 있다. 그러나, 이러한 종래의 기술에서는, 난연성 향상을 위해서 첨가되는 무기화합물의 양이 상당하여, 이로부터 제조된 절연재의 인장강도나 신율 등의 기계적 특성이 열화되어 요구되는 제품 기준을 충족시키지 못하는 문제점이 지적되고 있으며, 가공성 저하가 초래되어 양산시 압출 선속을 감소시키고 있어 생산성도 저하되고 있으며, 이로부터 제조된 절연재로 피복된 전선의 유연성이 크게 떨어져 고객 요구에 부합되는 양질의 제품을 제공할 수 없는 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 본 발명과 관련된 기술분야에서는 이러한 문제점을 해결하기 위한 노력이 꾸준히 진행되어 왔으며, 이러한 기술적 배경하에서 본 발명이 안출된 것이다.

전술한 종래의 문제점에 기초하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 환경적인 문제를 해결하기 위해서 할로겐 원소를 포함하지 않는 조성물을 구성하고, 절연재, 예컨대 전선의 절연피복층 등에서 요구되는 기계적 특성이나 제조시의 가공 용이성 등을 충분하게 확보하고자 함에 있으며, 이러한 기술적 과제를 달성할 수 있는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제의 달성을 위해 본 발명에 따른 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물은, 폴리올레핀수지계 수지 50 내지 95 중량% 및 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지 5 내지 50 중량%로 블랜딩되어 이루어진 베이스수지 100 중량부에 대하여, 50 내지 150 중량부의 인계 난연제; 및 30 내지 120 중량부의 멜라민계 난연제;를 포함하여 이루어지는 특징으로 한다.

전술한 본 발명에 따른 조성물은, 난연성 비할로겐계 전선용 절연 피복층을 제조하기 위해 이용되면 바람직하다.

본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물은, 폴리올레핀수지계 수지와 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지가 블랜딩되어 이루어진 베이 스 수지와, 인계 난연제 및 멜라민계 난연제를 포함하여 이루어진다.

상기 베이스수지는, 그 전체 중량대비 50 내지 95 중량%의 폴리올레핀계수지와 그 전체 중량 대비 5 내지 50 중량%의 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지가 블랜딩되어 이루어진다. 상기 블랜딩된 베이스수지의 폴리올레핀계수지의 함량에 대한 수치범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 전선 절연재로서의 유연성이 저하되어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 난연제와의 상용성이 저하되어 바람직하지 못하다.

상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 폴리올레핀계 수지는, 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 중밀도폴리에틸렌(MDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE). 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-1-옥텐 공중합체, 에틸렌-1-부텐 공중합체, 3 내지 15개의 탄소원자를 포함하는 알파올레핀 블록 공중합체, 3 내지 15개의 탄소원자를 포함하는 알파올레핀 랜덤 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체, 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA) 공중합체 및 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA) 공중합체로 이루어진 물질군 중에서 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상이 혼용물이면 바람직하다.

상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 위해 이용된 극성기는, 무수말레인산 및 글리시딜메타크릴레이트 중 선택된 어느 하나의 물질이면 바람직하며, 상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 위해 이용된 폴리올레핀계 수지는, 폴리에틸렌(PE), 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 공중합체 및 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA) 공중합체 중 선택된 어느 하나의 물질이면 바람직하다.

상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 위해 이용된 극성기는, 상기 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 이용된 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대해, 0.1 내지 5 중량부로 그래프트화된 것이면 바람직하다. 상기 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지에서의 그래프트화의 정도에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 극성기를 도입한 목적을 달성할 수 없을 정도로 반응 효율이 저하되어 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 실제 상용화가 어려워 상업적으로 바람직하지 못하다.

상기 인계 난연제는 상기 베이스수지 100 중량부에 대해, 50 내지 150 중량부로 포함되면 바람직하다. 상기 인계 난연제의 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 충분한 난연효과가 발현되지 못하여 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 제조된 제품의 외관성 및 흡습성이 저하되어 바람직하지 못하다. 상기 인계 난연제는, 멜라민 포스페이트 및 멜라민 폴리포스페이트 중 선택된 어느 하나의 물질이면 바람직하다.

상기 멜라민계 난연제는 상기 베이스수지 100 중량부에 대해, 30 내지 120 중량부로 포함되면 바람직하다. 상기 멜라민계 난연제의 함량에 대한 수치 범위와 관련하여, 하한치에 미달하면 충분한 난연효과를 발현하지 못하여 바람직하지 못하며, 상한치를 초과하면 인장강도 및 신율 등의 기계적 물성이 저하되어 바람직하지 못하다. 상기 멜라민계 난연제는, 멜라민 시아누레이트이면 바람직하고, 상기 멜라 민 시아누레이트는, 지방산계 및 실란계 화합물 군 중 선택된 어느 하나의 물질로서 그 표면에 코팅이 이루어진 것이면 더욱 바람직하다.

이외에도, 본 발명에 따른 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물에는 케이블 절연 피복층을 제조하기 위해 통상적으로 사용되고 있는 다양한 첨가제들이 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서 더 사용될 수 있다. 이러한 첨가제들의 예로서는 산화방지제, UV방지제, 열안정제, 윤활제, 항블록킹제, 정전기 방지제, 왁스, 커플링제, 안료, 가공조제, 카본블랙 등이 있는데 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어지지 않아야 한다. 본 발명의 실시예들은 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

실시예 (1~4) 및 비교예 (1~4)

본 발명에 따른 실시예로서, 하기 표 1에 따르는 실시예(1~4)와, 이와 대비하기 위한 목적으로서 하기 표 1에 따르는 비교예(1~4)로 각각 구분 설정된 조성물을 준비하였다.

구분	실시예(1~4)				비교예(1~4)
구분	1	2	3	4	1	2	3	4
수지A	80	-	90	-	90	90	90	80
수지B	-	80	-	90	-	-	-	-
수지C	10	10	10	10	10	10	10	10
수지D	10	10	-	-	-	-	-	10
멜라민 포스페이트	100	-	60	140	100	-	40	170
멜라민 폴리포스페이트	-	100	-	-	-	100	-	-
멜라민 시아누레이트	90	90	120	40	25	25	90	90
활제	1	1	1	1	1	1	1	1
산화방지제	1	1	1	1	1	1	1	1
가교조제	3	3	3	3	3	3	3	3

상기 표 1에서, '수지A'로 표시된 성분은 비닐아세테이트 33중량% 함유하고 용융 흐름 지수가 1.0인 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합 수지를 나타내며, '수지B'로 표시된 성분은 비닐아세테이트 33중량% 함유하고 용융 흐름 지수가 0.2인 에틸렌 비닐아세테이트 공중합 수지를 나타내며, '수지C'로 표시된 성분은 말레인산 무수물이 도입된 저밀도 폴리에틸렌 수지를 나타내며, '수지D'로 표시된 성분은 말레인산 무수물이 도입된 에틸렌 비닐아세테이트 공중합 수지를 각각 나타낸다. 상기 활제로는 저밀도 폴리에틸렌 왁스가, 상기 산화방지제로는 펜타에리트리톨 테트라키스, 상기 가교조제로는 트리메틸로프로판 트리메타아크릴레이트가 각각 사용되었다.

상기 표 1의 조성을 갖는 실시예(1~4) 및 비교예(14)에 따르는 조성물 각각을 130℃ 온도의 3L 니더기(Kneader)에서 약 30분간 혼련시킨 후 펠렛을 제조하여 직경 45㎜이고 그 헤드 온도가 165℃ 정도인 압출기를 이용하여 UL3239 규격의 전선을 압출하였다. 이때, 케이블 절연재의 두께는 0.5㎜로 하였으며, 압출 후 전자선을 이용하여 30㎃의 조사량으로 조사한 후 상온 물성, 난연성 및 외관을 평가하여 그 각각의 결과를 하기 표 2에 각각 나타내었다.

상온에서의 물성평가는 ASTM D256에 따라 상온 인장강도와 신장율을 측정하였으며, 요구되는 인장강도의 기준치는 1.05kgf/㎟ 이상이며, 신장율의 기준치는 150% 이상이다. 난연성 평가는 수직난연특성(VW-1) 평가는 난연시험 UL1581-1080의 기준에 대한 적합성 여부로 평가하였다.

구분		실시예(1~4)				비교예(1~4)
구분		1	2	3	4	1	2	3	4
상온물성	인장강도(kgf/㎟)	1.09	1.10	1.12	1.13	1.20	1.30	1.10	0.70
상온물성	신장율(%)	182.1	174.5	158.8	161.3	335.1	277.5	180.27	85.3
VW-1 난연시험(UL1581-1080)		합격				불합격			합격
외관평가		양호				양호			불량

상기 표 2에서 알 수 있는 바와 같이, 상온 특성인 인장강도와 신장율 모두에 있어서, 실시예(1~4) 및 비교예(1~3)은 요구되는 기준치를 만족하고 있으나, 비교예 4는 그렇지 못함을 확인할 수 있으며, 외관평가의 결과도 동일하게 평가된 것을 확인할 수 있다. 그러나, 난연시험 결과에 따르면, 실시예(1~4) 및 비교예 4의 경우에는 시험 기준에 합격하였으나, 비교예(1~3)의 경우에는 그렇지 못함을 알 수 있다.

이러한 결과를 통해 본 발명에 따른 실시예(1~4)의 경우는 상온 물성을 안정적으로 유지하면서 난연성이 충분히 확보되므로, 본 발명이 목적한 바와 같은 고난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물이 개발되었음을 확인할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 최적 실시예들이 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아니다.

본 발명에 따르면, 사용된 조성물 성분 내에 할로겐 원소가 포함되어 있지 않아 연소시 종래의 할로겐계 제품에 비해 친환경적이라 할 수 있으며, 블랜딩된 수지를 이용하면서 인계 난연제와 멜라민계 난연제를 조합하여 복합적으로 사용함으로써 기계적 물성, 예컨대 인장강도나 신장율에서 요구되는 조건을 충족시키면서, 난연성을 충분하게 발현할 수 있는 절연재 제품을 제조할 수 있는 장점이 있다.

Claims

폴리올레핀수지계 수지 50 내지 95 중량% 및 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지 5 내지 50 중량%로 블랜딩되어 이루어진 베이스수지 100 중량부에 대하여,

50 내지 150 중량부의 인계 난연제; 및

30 내지 120 중량부의 멜라민계 난연제;를 포함하여 이루어지는 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 폴리올레핀계 수지는, 고밀도폴리에틸렌(HDPE), 중밀도폴리에틸렌(MDPE), 저밀도폴리에틸렌(LDPE), 선형저밀도폴리에틸렌(LLDPE). 폴리프로필렌(PP), 에틸렌-1-옥텐 공중합체, 에틸렌-1-부텐 공중합체, 3 내지 15개의 탄소원자를 포함하는 알파올레핀 블록 공중합체, 3 내지 15개의 탄소원자를 포함하는 알파올레핀 랜덤 공중합체, 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 공중합체, 에틸렌 에틸 아크릴레이트(EEA) 공중합체 및 에틸렌 메틸 아크릴레이트(EMA) 공중합체로 이루어진 물질군 중에서 선택된 어느 하나의 단일물 또는 둘 이상이 혼용물인 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 위해 이용된 극성기는, 무수말레인산 및 글리시딜메타크릴레이트 중 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제3항에 있어서,

상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 위해 이용된 폴리올레핀계 수지는, 폴리에틸렌(PE), 에틸렌 비닐아세테이트(EVA) 공중합체 및 에틸렌 에틸아크릴레이트(EEA) 공중합체 중 선택된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제4항에 있어서,

상기 블랜딩된 베이스수지에 포함되는 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 위해 이용된 극성기는, 상기 극성기가 도입된 반응성 폴리올레핀계 수지를 형성하기 이용된 폴리올레핀계 수지 100 중량부에 대해, 0.1 내지 5 중량부로 그래프트화된 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 인계 난연제는, 멜라민 포스페이트 및 멜라민 폴리포스페이트 중 선택 된 어느 하나의 물질인 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제1항에 있어서,

상기 멜라민계 난연제는, 멜라민 시아누레이트인 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제7항에 있어서,

상기 멜라민 시아누레이트는, 지방산계 및 실란계 화합물 군 중 선택된 어느 하나의 물질로서 그 표면에 코팅이 이루어진 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.
제1항 내지 8항 중 선택된 어느 한 항에 따른 조성물은 난연성 비할로겐계 전선용 절연 피복층을 제조하기 위해 이용되는 것을 특징으로 하는 난연성 비할로겐계 절연재 제조용 조성물.