KR101717646B1 - 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법 - Google Patents

초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법에 관한 것으로 통상의 반응기에서 폴리올레핀수지 100중량부에 벤젠, 톨루엔, 모노클로로 벤젠 또는 자일렌 등과 같은 유기용매 150~2,000중량부를 투입하고, 0.1~5.5kgf의 게이지압에서 80~160℃로 가열하여 상기 폴리올레핀 수지를 완전히 용해시키고, 무수 아크릴산이나, 무수 메타크릴산, 무수 말레인산 등의 단량체를 상기 폴리올레핀 100중량부에 대해 5~15중량부의 양으로 첨가한 혼합 용액에 벤조일퍼옥사이드나, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 다이쿠밀퍼옥사이드 등의 유기과산화물을 상기 폴리올레핀 100중량부에 대해 3~15중량부의 양으로 첨가하여 그라프트 시킨 다음 결과물을 냉각 및 재결정시켜 그라프트머(graftmer)를 제조하는 폴리올레핀 그라프팅단계와; 평균입경이 0.1~10㎛이고 평균 비표면적이 5~20㎡/g을 갖는 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄 등의 난연제, 5~20중량부를, 등유와 같은 유기유제 15~30중량부, 스테아린산이나 라우린산, 올레인산 등의 불포화 지방산 5~10중량부를 통기블렌더(through-flow blender)에 계속적으로 공급하여 혼련 및 여과 후 60~80℃에서 건조하여 표면처리된 난연제 분말을 제조하는 난연제 표면처리 단계와; 폴리에틸렌수지 67중량부에 상기 난연제 표면처리 단계에서 제조된 표면처리된 난연제 60~100중량부와 실리콘오일 5.0~10중량부, 산화방지제 1.0~5.0중량부 및 안료 1.0~10중량부를 순차적으로 니더믹서(Kneader mixer)나 밴버리믹서(banbury mixer)등의 혼합믹서에 투입하여 160~165℃의 온도에서 10~30분 동안 용융혼합하는 혼련단계와; 상기 혼련단계가 끝난 후에 상기 혼합믹서에 폴리에틸렌 수지 33중량부와 상기 폴리올레핀 그라프팅 단계에서 제조된 그라프트머 30~50중량부, 열가소성엘라스토머 20~30중량부, 충진제 0.1~2.0중량부 및 보조난연제 0.1~5.0중량부를 순차적으로 투입하여 160~165℃의 온도에서 1~10분 동안 용융혼합하는 컴파운드 제조단계와; 상기 컴파운드 제조단계에서 얻어진 컴파운드 조성물을 단축 또는 이축 압출기를 이용한 용융압출 성형과정을 통해 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 만드는 펠렛화단계와; 상기 펠렛화단계에서 얻어진 고분자펠렛을 60~80℃의 오븐에서 건조하여 입자크기 선별과정을 거쳐 최종 포장하는 제품화단계를 거쳐; 화재 시 연기밀도의 저감은 물론 난연성, 접착성, 심부 갈라짐 현상을 개선시킬 수 있는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드를 용이하게 제조할 수 있다.

Description

초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법{Environmental friendly non-toxic flame retardant high density polyethylene compound for extrusion sheath of ultra high-voltage cable and a method of manufacturing}
본 발명은 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 폴리에틸렌수지에 친환경 무독성 난연제를 이용하여 무기물의 함량을 최소화하고, 화재 시 연기밀도의 저감은 물론 난연성, 접착성, 심부 갈라짐 현상을 개선시킬 수 있는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법에 관한 것이다.
전력이란 전압과 전류의 곱에 비례하기 때문에 전력을 송전할 때 전압을 높이면 전류가 적게 되어 전선비가 경감되며, 똑같은 굵기의 전선이면 보다 많은 전력을 보낼 수 있게 된다. 따라서, 대용량과 장거리 송전이 요망되는 대형 전력계통에서는 전력손실의 감소, 건설용지 문제, 송전용량의 증대 등의 면에서 볼 때 송전전압을 높이는 초고압 송전이 필수적이라고 할 수 있다.
이렇게 초고압의 전압으로 송전하기 위해서는 초고압에 충분히 견딜 수 있는 송전선로나 변압기, 차단기 등의 연결기기에 대한 절연 기술이 필요하며, 코로나 잡음이나, 전파장애, 통신유도장애 등의 문제점도 제기되고 있으나 이들에 대한 보완 기술이 지속적으로 개발되고 있어서 이들에 대한 문제점도 점차 해결되고 있다.
고압공정으로 제조되는 폴리올레핀은 중합체가 높은 기계적, 전기적 조건을 충족시켜야 하는 까다로운 절연피복 용도로 광범위하게 사용된다. 예를 들어 전력용 전선, 특히 중간전압, 특히 고압 및 초고압 전선 용도에 있어서는, 중합체 조성물의 전기적 특성이 상당히 중요하다.
전형적인 전력용 전선은 적어도 내부반도체층, 절연층 및 외부 반도체층에 의해 그 순서대로 둘러싸인 도체로 구성한다.
종래의 초고압 전선의 절연피복으로 폴리염화비닐(polyvinyl chloride) 컴파운드가 일부 사용 중이며 수출용에는 고밀도폴리에틸렌(high density polyethylene)에 카본블랙(carbon black)이 포함된 피복 재료가 사용되고 있다.
최근에는 친환경은 물론 무독성 난연에 대한 수요가 급증하고 있고 수출용(중동, 러시아, 동남아시아) 초고압전선에 무독성 난연제가 사용된 고밀도 폴리에틸렌 재료가 요구되고 있는 실정이다.
그러나 종래의 컴파운드로 절연피복 할 경우 중심선(심부) 부분에서 접착성이 떨어져 심부 갈라짐 현상이 나타나 국내에서는 무독성 난연 고밀도 폴리에틸렌 자켓 컴파운드가 아직 개발되지 못하고 있는 상황이다.
초고압전선의 규격은 도체를 기준으로 하여 1,000, 1,500, 2,000, 2,500, 3,500mm2 되어 있어 도체규격이 커질수록 심부 갈라짐 현상이 더 심하게 나타나는 것이 큰 문제점으로 대두되고 있는 실정이다.
따라서 대부분의 전선 회사에서는 최종 고객의 요구사양인 고밀도 폴리에틸렌을 기본수지로 한 무독성 난연 피복 컴파운드의 물성을 충족시킬 수가 없는 실정이다.
이를 개선하기 위해 선상저밀도폴리에틸렌(linear low density polyethylene)을 기본 수지로 한 난연 컴파운드를 사용해 심부 갈라짐 현상을 일부 방지했지만 쇼어 디 경도(shore D hardness) 54~56으로 규정 값인 58에 미치지 못해 문제점을 가진다.
또한 선상저밀도폴리에틸렌은 중간 밀도 또는 고밀도의 폴리에틸렌일 보다 낮은 융점을 갖아 고압 또는 초고압의 직류 전력 전선의 발열온도인 80℃ 이상의 온도에서 쉽게 열화하는 단점을 가지고 있다.
이런 특성을 개선하기 위하여 지금까지 개발되어 특허 출원된 선행기술과 특허문헌을 살펴보면 다음과 같다.
대한민국 등록특허 제10-1355572호에서는 중심 도체, 상기 중심 도체를 감싸는 내부 반도전층, 상기 내부 반도전층을 감싸는 절연체층, 상기 절연체층을 감싸는 외부 반도전층, 상기 외부 반도전층을 감싸는 차폐층, 및 상기 차폐층을 감싸는 방식층으로 이루어지며, 상기 절연체층은, 비중이 0.92g/㎤ 이하인 저밀도폴리에틸렌(linear low density polyethylene)인 제1기본수지; 및 상기 제1기본수지 100중량부에 대해, 0.1~2중량부의 금속산화물 또는 상기 제1기본수지 100중량부에 대해, 0.1~5중량부의 전도성 고분자를 포함하는 수지조성물로 제조되는 것을 특징으로 하는 초고압 케이블 제공하였다. 대한민국 등록특허 제10-0625805호에서는 반도전 2액형 액상 실리콘 고무재료와 절연 2액형 액상 실리콘 고무재료의 계면을 고온으로 1차 가교함으로써 접착특성이 우수한 절연 및 반도전 액상 실리콘 고무 조합체를 개시하였다. 이를 위해, 절연 2액형 실리콘 고무재료; 반도전 2액형 실리콘 고무재료; 및 상기 절연 2액형 실리콘 고무재료와 상기 반도전 2액형 실리콘 고무재료의 접촉면을 고온 가교시켜서 접착강도가 큰 계면을 이루는 것을 특징으로 하는 절연 및 반도전 액상 실리콘 고무 조합체 및 그 제조방법이 제공된다. 대한민국 공개특허 10-2009-0129376 호에서는 전도체 요소와, 상기 전도체 요소를 감싸는 전기 절연체 층을 포함하고, 상기 전기 절연체 층은 스티렌 혼성 중합체 및 폴리에틸렌을 포함하는 혼합체로부터 얻어지고, 케이블은 폴리에틸렌이 다중모드(plurimodal) 폴리에틸렌인 것을 특징으로 하는 고압 전기케이블을 개시하고 있다. 상기 "다중모드" 폴리에틸렌이라는 용어는 다른 중합 반응 조건에서 생성되는 두 개 이상의 폴리에틸렌 성분의 혼합체를 의미하는 것으로 사용되고, 혼합체는 각각의 성분에 따라서 다른 분자량을 가지게 한다. 다중모드 폴리에틸렌이 두 개의 다른 분자량을 가진 폴리에틸렌의 성분으로 구성된다면, 이때 폴리에틸렌은 "이중모드(biomodal)"라고 불린다. 다른 분자량을 가지는 성분의 화학적 성질은 동일할 수 있고, 즉 폴리에틸렌은 예를 들어 에틸렌(ethylene)성 중합체의 성분으로만 오로지 구성되거나 에틸렌 동질 혼성 중합체의 성분으로만 오로지 구성될 수 있다. 성분의 화학적 성질이 다를 수 있다. 하나 또는 하나 이상의 성분이 에틸렌 혼성 중합체로 구성될 수 있고, 동시에 하나 또는 하나 이상의 다른 성분은 에틸렌 동질 혼성 중합체로 구성된다. 따라서 상기 절연체 층으로 구성된 고압 전기케이블의 유전체 특성이 최적화될 수 있어 절연체 층의 전하의 양 (공간 전하), 특히 상기 층의 "포획" 전하라고 불리는 양은 고압 또는 초고압의 직류에서 눈에 띄게 최소화 되고, 케이블의 고장 위험을 상당히 낮출 수 있는 특성을 가진다. 대한민국 공개특허 10-2012-0104229 (국제 공개특허 WO 2011/057925)호에서는 하나 이상의 반도체 층 및 절연 층에 의해 임의의 순서대로 둘러싸인 도체를 포함하는 케이블로서, 상기 반도체층이 카본 블랙을 포함하는 반도체 조성물을 포함하고, 상기 절연층이 가교결합 된 중합체 조성물로 이루어진 탈기되지 않은 1mm 두께의 플라크(plaque) 샘플로 부터 70 및 30kV/mm 평균전기장에서 측정될 때 150fS/m 이하의 전기전도율을 특징으로 하는 케이블이 공지되어있다. 국제 공개특허 WO2010/059425호에서는 케이블 절연체의 제조에 유용한 다중상 중합체 조성물을 제공한다. 상기 조성물로 제조된 전선은 우수한 기계적 및 전기적 특성을 갖는 케이블용 절연층이 (A) 폴리프로필렌 매트릭스, 및 (B) (1) 80중량％ 초과의 프로필렌으로부터 유래된 단위를 포함하고 (2) 중량 평균 입자 크기가 1 마이크로미터(㎛) 미만인, 매트릭스 내에 분산된 프로필렌 공중합체를 포함하는 헤테로상 중합체 조성물을 포함하며, 가소제가 없는 복합체로부터 제조된다. 절연층은 가소제가 없기 때문에 환경 친화적일 뿐만 아니라, 또한 90℃ 이상의 온도에서 그의 물리적 및 작동 완전성을 유지하는 특성을 가진다.
그러나 지금까지의 초고압 전선의 압출피복용 난연 컴파운드에 사용되어온 난연제는 염소(Cl)나 브롬(Br)과 같은 할로겐 원소를 함유한 난연제를 사용하고 있다.
현재 사용되고 있는 할로겐 난연제는 매우 다양하나 저렴한 가격과 높은 난연효과로 인해 전 세계적으로 많이 사용되고 있다. 이중 특히 브롬화 난연제는 PBBs(PolyBrominated Biphenyls), PBDEs(PolyBrominated Diphenyl Ethers), TBBPA(TetraBromoBisPhenol A) 등 세 종류가 대표적이며, 이중 PBBs는 이미 1970년대부터 발암성과 간독성이 확인되어있다.
PBBs 등에 비하여 상대적으로 안전하다고 평가된 나머지 브롬화 난연제 중 일부 물질이 위해하다는 보고가 최근 속속 확인되고 있다. 따라서 브롬화 난연제의 생산, 가공과정에서 근로자 노출뿐만 아니라, 이들이 함유된 최종제품의 사용과정 및 화재로 인하여 소비자 노출, 대기, 수질, 토양, 등 환경매체로의 유출과 먹이사슬을 통한 생물축적을 통해 인체 및 생태계에 위해를 미칠 수 있는 상황이다.
특히 PBDEs의 경우 간독성과 생식이상을 일으키며, 생물축적성이 있다는 이유로 잠재적인 POPs(Persistent Organic Pollutants)로 주목받고 있다.
따라서 본 발명 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 폴리에틸렌 수지에 무독성 난연제를 이용하여 무기물의 함량을 최소화하고 화재 시 연기밀도를 저감시키고 난연성, 산소지수, 수지의 접착성, 심부 갈라짐 및 기계적 물성을 향상시킨 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법을 제공하는데 제1의 목적이 있으며, 제조공정을 통한 화재 시 발생되는 할로겐 화합물의 발생량을 저감시켜 환경오염을 줄일 수 있도록 함에 또 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 통상의 반응기에서 폴리올레핀수지 100중량부에 벤젠, 톨루엔, 모노클로로 벤젠 또는 자일렌과 같은 유기용매 150~2,000중량부를 투입하고, 0.1~5.5kgf의 게이지압에서 80~160℃로 가열하여 상기 폴리올레핀 수지를 완전히 용해시키고, 무수 아크릴산이나, 무수 메타크릴산, 무수 말레인산 중 어느 하나의 단량체를 상기 폴리올레핀수지 100중량부에 대해 5~15중량부의 양으로 첨가한 혼합 용액에 벤조일퍼옥사이드나, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 다이쿠밀퍼옥사이드 중 어느 하나의 유기과산화물을 상기 폴리올레핀수지 100중량부에 대해 3~15중량부의 양으로 첨가하여 그라프트 시킨 다음 결과물을 냉각 및 재결정시켜 그라프트머(graftmer)를 제조하는 폴리올레핀 그라프팅단계와;
평균입경이 0.1~10㎛이고 평균 비표면적이 5~20㎡/g을 갖는 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄인 난연제 5~20중량부에 등유인 유기유제 15~30중량부, 스테아린산이나 라우린산, 올레인산 중 어느하나의 불포화 지방산 5~10중량부를 통기블렌더(through-flow blender)에서 계속적으로 공급하여 혼련 및 여과 후 60~80℃에서 건조하여 표면처리된 난연제 분말을 제조하는 난연제 표면처리 단계와;
폴리에틸렌수지 67중량부에 상기 난연제 표면처리 단계에서 제조된 표면처리된 난연제분말 60~100중량부와 실리콘오일 5.0~10중량부, 산화방지제 1.0~5.0중량부 및 안료 1.0~10중량부를 순차적으로 니더믹서(Kneader mixer)나 밴버리믹서(banbury mixer)로 된 혼합믹서에 투입하여 160~165℃의 온도에서 10~30분 동안 용융혼합하는 혼련단계와;
상기 혼련단계가 끝난 후에 상기 혼합믹서에 폴리에틸렌수지 33중량부와 상기 폴리올레핀 그라프팅 단계에서 제조된 그라프트머 30~50중량부, 열가소성엘라스토머 20~30중량부, 충진제 0.1~2.0중량부 및 보조난연제 0.1~5.0중량부를 순차적으로 투입하여 160~165℃의 온도에서 1~10분 동안 용융혼합하는 컴파운드 제조단계와;
상기 컴파운드제조단계에서 얻어진 컴파운드 조성물을 단축 또는 이축 압출기를 이용한 용융압출 성형과정을 통해 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 만드는 펠렛화단계와;
상기 펠렛화단계에서 얻어진 고분자펠렛을 60~80℃의 오븐에서 건조하여 입자크기 선별과정을 거쳐 최종 포장하는 제품화단계를 거쳐서, 화재 시 연기밀도의 저감은 물론 난연성, 접착성, 심부 갈라짐 현상을 개선시킬 수 있는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 고밀도 폴리에틸렌 컴파운드를 용이하게 제조할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 고밀도 폴리에틸렌수지에 친환경 무독성 난연제를 배합하여 무기물의 함량을 최소화하고, 화재 시 연기밀도의 저감은 물론 난연성, 접착성, 심부 갈라짐 현상을 개선시킬 수 있는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드를 용이하게 제조하는 효과를 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 실시 방법을 예시한 공정흐름도.
상기 목적과 특징에 최상의 형태로 부합할 수 있는 본 발명의 실시예를 도 1에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다
폴리올레핀수지에 유기용매를 투입하여, 0.1~5.5kgf의 게이지압에서 80~160℃로 가열하여 상기 폴리올레핀수지를 완전히 용해시키고, 단량체를 첨가한 혼합 용액에 유기과산화물을 첨가하여 그라프트 시킨 다음 냉각 및 재결정시키는 폴리올레핀 그라프팅단계와;
난연제에 유기유제와 불포화지방산을 통기블렌더에서 계속적으로 공급하여 혼련 및 여과 후 60~80℃에서 건조하는 난연제 표면처리 단계와;
폴리에틸렌수지 67중량부에 상기 난연제 표면처리 단계에서 얻어진 표면처리된 난연제분말 60~100중량부와 실리콘오일 5.0~10중량부, 산화방지제 1.0~5.0중량부 및 안료 1.0~10중량부를 순차적으로 니더믹서나 밴버리믹서로 된 혼합믹서에 투입하여 160~165℃의 온도에서 10~30분 동안 용융혼합하는 혼련단계와;
상기 혼련단계가 끝난 후에 상기 혼합믹서에 폴리에틸렌수지 33중량부와 상기 폴리올레핀 그라프팅 단계에서 제조된 그라프트머 30~50중량부, 열가소성엘라스토머 20~30중량부, 충진제 0.1~2.0중량부 및 보조난연제 0.1~5.0중량부를 순차적으로 투입하여 160~165℃의 온도에서 1~10분 동안 용융혼합하는 컴파운드 제조단계와;
상기 컴파운드 제조단계에서 얻어진 컴파운드 조성물을 단축 또는 이축 압출기를 이용한 용융압출 성형과정을 통해 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 만드는 펠렛화단계와;
상기 펠렛화단계에서 얻어진 고분자펠렛을 60~80℃의 오븐에서 건조하여 입자크기 선별과정을 거쳐 최종 포장하는 제품화단계;를 순차적으로 실시하되,
여기서 상기 폴리올레핀 그라프팅단계는, 통상의 반응기에서 폴리올레핀수지 100중량부에 벤젠, 톨루엔, 모노클로로 벤젠 또는 자일렌과 같은 유기용매 150~2,000중량부를 투입하여, 0.1~5.5kgf의 게이지압에서 80~160℃로 가열하여 상기 폴리올레핀 수지를 완전히 용해시키고,여기에 무수 아크릴산이나, 무수 메타크릴산, 무수 말레인산 중 어느 하나의 단량체를 5~15중량부의 양으로 첨가하여 혼합한 용액에, 벤조일퍼옥사이드나, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 다이쿠밀퍼옥사이드 중 어느 하나의 유기과산화물을 3~15중량부의 양으로 첨가하여 그라프트 시켜서 얻은 결과물을 냉각 및 재결정시켜 그라프트머를 제조하며,
상기 난연제 표면처리 단계는, 평균입경이 0.1~10㎛이고 평균 비표면적이 5~20㎡/g을 갖는 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄인 난연제 5~20중량부에, 등유인 유기유제 15~30중량부, 스테아린산이나 라우린산, 올레인산 중 어느 하나의 불포화 지방산 5~10중량부를 통기블렌더에서 계속적으로 공급하여 혼련 및 여과 후 60~80℃에서 건조하여 표면처리된 난연제 분말을 제조한다.
상기한 제조 방법을 실시하여 폴리에틸렌수지 67중량부에 난연제분말 60~100중량부와 실리콘오일 5.0~10중량부, 산화방지제 1.0~5.0중량부 및 안료 1.0~10중량부를 용융혼합하고, 여기에 폴리에틸렌수지 33중량부와 그라프트머 30~50중량부, 열가소성엘라스토머 20~30중량부, 충진제 0.1~2.0중량부 및 보조난연제 0.1~5.0중량부를 용융혼합하여 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 된 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드를 얻는다.
여기서 상기 그라프트머는, 폴리올레핀수지 100중량부에 벤젠, 톨루엔, 모노클로로 벤젠 또는 자일렌과 같은 유기용매 150~2,000중량부를 투입하고, 무수 아크릴산이나, 무수 메타크릴산, 무수 말레인산 중 어느 하나의 단량체를 상기 폴리올레핀수지 100중량부에 대해 5~15중량부의 양으로 첨가한 혼합 용액에 벤조일퍼옥사이드나, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 다이쿠밀퍼옥사이드 중 어느 하나의 유기과산화물을 상기 폴리올레핀수지 100중량부에 대해 3~15중량부의 양으로 첨가하여 그라프트 시킨 것이며, 표면처리된 난연제 분말은, 평균입경이 0.1~10㎛이고 평균 비표면적이 5~20㎡/g을 갖는 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄인 난연제 5~20중량부에 등유인 유기유제 15~30중량부, 스테아린산이나 라우린산, 올레인산 중 어느 하나의 불포화 지방산 5~10중량부를 공급하여 조성한다.
상기한 본 발명의 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드는, 화재 시 연기밀도의 저감은 물론 난연성, 접착성, 심부 갈라짐 현상을 개선시킬 수 있는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드를 용이하게 제조한다.
상기 폴리올레핀 그라프팅단계의 폴리올레핀은 폴리에틸렌, 폴리프로필렌이나 폴리부텐을 사용하는 것이 바람직하나 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.
상기 폴리올레핀 그라프팅단계의 유기용매는 벤젠, 톨루엔, 모노클로로 벤젠, 자일렌, 1,2,4-트리클로로벤젠(1,2,4-trichloro benzene) 등이 사용가능하나 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.
상기 난연제 표면처리 단계에서의 난연제는 수산화마그네슘이나, 수산화알루미늄, 산화마그네슘, 삼산화안티몬 등이 사용가능하나 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 이때 난연제의 평균 입경은 0.1~10㎛이 바람직하다.
이때 난연제의 평균입도가 0.1㎛미만인 경우 분산성이 떨어지고, 10㎛이상인 경우 난연성이 떨어진다.
상기 혼련단계의 폴리에틸렌 수지는 융점이 135~145℃이고 인장강도가 25MPa 이상, 쇼아 디 강도는 58 이상이 바람직하다.
이때 폴리에틸렌의 융점이 135℃미만인 경우 내열성이 떨어지고 145℃이상인 경우 제품 선정에 제한을 받는다.
이때 폴리에틸렌의 인장강도가 25MPa 미만인 경우 압출피복이 내구성이 떨어진다.
이때 폴리에틸렌의 쇼아 디 경도가 58 미만인 경우 압출피복이 내스크레치성이(anti-scratch resistance) 저하된다.
상기 혼련단계의 실리콘오일은 프로필트리메톡시실란(propyltrimethoxy silane)이나, 옥타메틸시클로테트라실란(octamethylcyclotetrasiloxane)이 바람직하며, 분산성 및 난연성 향상을 위해 5.0~10중량부가 사용된다.
이때 실리콘오일이 5.0중량부 미만인 경우 난연성과 분산성이 떨어지고 10중량부 이상인 경우 컴파운드 외부로 이행(migration) 되고 경제성이 떨어진다.
상기 혼련단계에서 사용되는 산화방지제로는 폴리(1,2-디히드로-2,2,4-트리메틸퀴놀린)[poly(1,2-dihydro-2,2,4-trimethyl quinoline)], 2,6-디-터트-부틸-4-메틸페놀(2,6-di-tert-butyl-4-methyl phenol), 테트라키스[메틸렌(3,5-디-터트-부틸-4-히드로옥시-히드로시나메이트)메탄[tetrakis[methylene(3,5-di-tert-butyl-4- hydroxy-hydrocinnamate)]methane]이나 트리스(2,4-디-터트-부틸-페닐)포스파이트[tris(2,4-di-tert-butyl-phenyl) phosphite]가 1.0~5.0중량부가 사용된다.
1.0중량부 미만일 경우 가공 중 폴리에틸렌 수지가 산화되며, 5.0중량부 이상을 첨가할 경우 경제성이 떨어진다.
상기 안료는 산화티탄, 산화철, 탄산칼슘, 크롬옥사이드 및 카본블랙 등이 사용되며 컴파운드의 색상을 부여하기 위해 1.0~10중량부가 사용된다. <표 1>에는 안료와 색상을 요약하였다.
Figure 112015015009229-pat00001
상기 컴파운드제조단계의 그라프트머는 30~50중량부가 혼련되며 컴파운드 내의 상용성을 향상시켜준다.
이때 그라프트머가 30중량부 미만인 경우 압출피복의 기계적 물성이 급격히 떨어지고 50중량부 이상인 경우 유연성이 떨어진다.
상기 컴파운드제조단계의 열가소성엘라스토머는 폴리올레핀열가소성엘라스토머가 바람직하나 폴리우레탄열가소성엘라스토머나 폴리에스테르열가소성열가소성엘라스토머, 폴리에테르열가소성엘라스토머 등도 사용가능하며 압출피복의 유연성을 향상시키기 위해 20~30중량부가 컴파운드에 혼련된다.
이때 열가소성엘라스토머 20중량부 미만인 경우 압출피복의 유연성이 떨어지고 30중량부 이상인 경우 난연성이 떨어진다.
상기 컴파운드 제조단계의 충진제는 가공성 향상을 위해 사용되며, 실리카(silica)나 운모(mica), 탈크(talc), 점토(clay)를 사용하는 것이 바람직하나 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다.
이때 사용되는 충진제는 0.1~2.0중량부가 바람직하며 0.1중량부 미만인 경우 가공성이 떨어지고 2.0중량부 이상인 경우 색상이 탁해지는 단점을 나타낸다.
이때 사용되는 충진제의 평균 입경은 0.1~10㎛이 바람직하다.
상기 컴파운드 제조단계의 보조난연제는 적린, 황린, 오산화인 등이 바람직하며 0.1~5.0중량부가 사용된다.
이때 사용되는 보조난연제가 0.1중량부 미만인 경우 난연성이 떨어지고 5.0중량부 이상인 경우 압출피복의 기계적 물성이 떨어진다.
본 발명에 따른 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법을 보다 상세하게 살펴보고, 그에 따른 실시예를 서술하면 다음과 같다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
단 본 발명의 범위가 예시한 실시예만으로 한정되는 것은 아니다.
<표 2>에 기재된 성분을 각각의 배합비로 혼합기를 이용하여 아래와 같은 공정의 제조방법으로 혼합하여 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 시트를 제조하였다.
Figure 112015015009229-pat00002
20L 니더믹서에 <표2>의 배합비에 의해 순차적으로 표면처리된 난연제, 실리콘오일, 산화방지제, 안료 및 고분자수지 2/3분량을 투입하여 160~165℃의 온도로 유지하면서 15분간 용융, 혼련한 다음 그라프트머, 열가소성엘라스토머, 충진제, 보조난연제 및 고부자수지 1/3분량을 추가로 니더믹서에 투입하여 7분 동안 170℃온도에서 용융혼련 하여 덩어리 반죽 형태의 조성물을 만든 후에, 이축압출기를 이용하여 용융압출성형과정을 통해 2~3mm 정도 크기를 갖는 펠렛으로 제조하였다.
이렇게 제조된 펠렛을 가지고 20mm 압출성형용 다이가 부착되어 있는 일축압출기(스큐류:60Φ)에서 실린더1: 160℃, 실리더2: 170℃, 실리더3: 180℃, 다이:175℃ 온도 조건으로 20㎏/hr의 속도로 15mm 지름의 동선에 1.2mm 두께의 절연피복을 성형하였다.
이렇게 제조된 절연피복을 가지고 시편을 제작하여, 산소지수, 인장강도, 신장율, 인장특성을 평가하여 그 결과를 <표3>에 나타내었다.
Figure 112015015009229-pat00003
<표3>에서와 같이 본 발명에 따른 실시예의 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드는 심부 갈라짐, 기계적물성, 산소지수 및 난연성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
본 발명의 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 및 제조방법을 이용하여 제품 생산 시 기존 생산시설을 그대로 사용할 수 있고, 화재 시 연기밀도의 저감은 물론 난연성, 접착성, 심부 갈라짐 현상을 개선시킬 수 있는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드를 용이하게 제조하는 효과를 가지고 있어 산업상 이용가치가 대단하다 할 것이다.

Claims (5)

  1. 통상의 반응기에서 폴리올레핀수지 100중량부에 벤젠, 톨루엔, 모노클로로 벤젠 또는 자일렌 중 어느 하나의 유기용매 150~2,000중량부를 투입하여, 0.1~5.5kgf의 게이지압에서 80~160℃로 가열하여 상기 폴리올레핀 수지를 완전히 용해시키고,여기에 무수 아크릴산이나, 무수 메타크릴산, 무수 말레인산 중 어느 하나의 단량체를 5~15중량부의 양으로 첨가하여 혼합한 용액에, 벤조일퍼옥사이드나, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 다이쿠밀퍼옥사이드 중 어느 하나의 유기과산화물을 3~15중량부의 양으로 첨가하여 그라프트 시켜서 얻은 결과물을 냉각 및 재결정시켜 그라프트머를 제조하는 폴리올레핀 그라프팅단계와;
    평균입경이 0.1~10㎛이고 평균 비표면적이 5~20㎡/g을 갖는 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄인 난연제 5~20중량부에, 등유인 유기유제 15~30중량부, 스테아린산이나 라우린산, 올레인산 중 어느하나의 불포화 지방산 5~10중량부를 통기블렌더에서 계속적으로 공급하여 혼련 및 여과 후 60~80℃에서 건조하여 표면처리된 난연제 분말을 제조하는 난연제 표면처리 단계와;
    폴리에틸렌수지 67중량부에 상기 난연제 표면처리 단계에서 얻어진 표면처리된 난연제분말 60~100중량부와 실리콘오일 5.0~10중량부, 산화방지제 1.0~5.0중량부 및 안료 1.0~10중량부를 순차적으로 니더믹서나 밴버리믹서로 된 혼합믹서에 투입하여 160~165℃의 온도에서 10~30분 동안 용융혼합하는 혼련단계와;
    상기 혼련단계가 끝난 후에 상기 혼합믹서에 폴리에틸렌수지 33중량부와 상기 폴리올레핀 그라프팅 단계에서 제조된 그라프트머 30~50중량부, 열가소성엘라스토머 20~30중량부, 충진제 0.1~2.0중량부 및 보조난연제 0.1~5.0중량부를 순차적으로 투입하여 160~165℃ 의 온도에서 1~10분 동안 용융혼합하는 컴파운드 제조단계와;
    상기 컴파운드제조단계에서 얻어진 컴파운드 조성물을 단축 또는 이축 압출기를 이용한 용융압출 성형과정을 통해 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 만드는 펠렛화단계와;
    상기 펠렛화단계에서 얻어진 고분자펠렛을 60~80℃의 오븐에서 건조하여 입자크기 선별과정을 거쳐 최종 포장하는 제품화단계를 거쳐 제조되는 것을 특징으로 하는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드 제조방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 폴리에틸렌수지 67중량부에 난연제분말 60~100중량부와 실리콘오일 5.0~10중량부, 산화방지제 1.0~5.0중량부 및 안료 1.0~10중량부를 용융혼합하고, 여기에 폴리에틸렌수지 33중량부와 폴리올레핀수지 100중량부에 벤젠, 톨루엔, 모노클로로 벤젠 또는 자일렌 중 어느 하나의 유기용매 150~2,000중량부를 투입하고, 무수 아크릴산이나, 무수 메타크릴산, 무수 말레인산 중 어느 하나의 단량체를 상기 폴리올레핀수지 100중량부에 대해 5~15중량부의 양으로 첨가한 혼합 용액에 벤조일퍼옥사이드나, 디클로로벤조일퍼옥사이드, 다이쿠밀퍼옥사이드 중 어느 하나의 유기과산화물을 상기 폴리올레핀수지 100중량부에 대해 3~15중량부의 양으로 첨가하여 그라프트 시킨 것과; 표면처리된 난연제 분말은, 평균입경이 0.1~10㎛이고 평균 비표면적이 5~20㎡/g을 갖는 수산화마그네슘이나 수산화알루미늄인 난연제 5~20중량부에 등유인 유기유제 15~30중량부, 스테아린산이나 라우린산, 올레인산 중 어느 하나의 불포화 지방산 5~10중량부를 공급하여 조성한 그라프트머 30~50중량부, 열가소성엘라스토머 20~30중량부, 충진제 0.1~2.0중량부 및 보조난연제 0.1~5.0중량부를 용융혼합하여 2~3mm 정도 크기를 갖는 고분자펠렛으로 제조되는 것을 특징으로 하는 초고압 전선의 압출피복용 친환경 무독성 난연 컴파운드.
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