KR20000067127A

KR20000067127A - 난연 재료 조성물

Info

Publication number: KR20000067127A
Application number: KR1019990014661A
Authority: KR
Inventors: 임화준; 이재준; 이동호
Original assignee: 권문구; 엘지전선 주식회사
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2000-11-15

Abstract

본 발명은 할로겐 물질을 함유하지 않는 저발연성, 저유해성의 전선용 절연 또는 쉬스용 폴리올레핀계 난연재료에 있어서, 열 및 산화 안정성이 향상된 난연 재료 조성물에 관한 것으로, 특히 기존의 페놀(Phenol)계 산화방지제 대신에 아미노-케톤(Amino-ketone)계 산화방지제와 벤지미다졸(Benzimidazole)계 산화방지제를 같이 사용함으로서 열 및 산화 안정성이 향상된 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 조성물은 압출 가공중 또는 사용중에 재료에 가해지는 열 또는 산화 작용에 의한 재료의 노화를 최소화시켜서 전선의 장기 수명 저하 및 특성 저하를 방지한다. 예를 들어, 광통신 케이블의 쉬스로 사용되었을 경우에 있어 조성물의 노화에 의해 발생되는 광화이버의 전송 손실을 감소시킨다.

Description

난연 재료 조성물{Component element of merterial for resistance to flame }

본 발명은 전선용 고분자 난연 재료에 관한 것으로, 특히 할로겐 물질을 포함하지 않고 무기 난연제가 포함된 저발연성, 저유해성 폴리올레핀계 난연재료에 있어서 열 및 산화 안정성이 향상된 재료 조성물에 관한 것이다.

일반적으로 압출 가공중 또는 사용중 발생하는 고분자의 분해에 의한 노화를 방지하기 위하여 산화방지제를 사용하는데 종래에는 페놀(Phenol)계 산화방지제를 사용하였다.

그러나, 할로겐 물질을 포함하지 않고 무기 난연제가 포함된 저발연성, 저유해성 폴리올레핀계 난연재료에 페놀계 산화방지제를 사용하면 재료의 압출 가공중에 재료에 가해지는 열에 의한 재료의 노화를 효과적으로 방지하는데 한계가 있다.

또한, 가공중에 발생된 재료의 노화는 사용중 외부 환경에 존재하는 산소나 열에너지 등에 의해 촉진되어 전선의 장기 수명을 저하시킨다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결코자 하는 것으로, 아미노-케톤계(Amino-ketone) 산화방지제와 벤지미다졸계(Benzimidazole) 산화 방지제를 혼합하여 사용한 것이 특징이다.

즉, 페놀계 산화방지제 대신에 아미노-케톤계 산화방지제와 벤지미다졸계 산화방지제를 혼합하여 사용한 본 발명의 재료는 압출 가공중 또는 사용중에 재료에 가해지는 열 또는 산화 작용에 의한 재료의 노화 방지를 효과적으로 하기 때문에 전선의 장기 수명 저하를 방지시킨다.

이하에서 본 발명을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서 사용한 폴리올레핀 수지는 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 에틸렌-비닐아세테이트(EVA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌-프로필렌 고무(EPM,EPDM), 에틸렌-아크리릭 고무, 메탈로센촉매를 이용하여 합성한 폴리올레핀 일레스토머(PO elastomer)이며 이들 수지를 단독 또는 2 - 4종을 혼용하였다.

수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 칼슘 카보네이트, 마그네슘 칼슘 카보네이트에 스테아린산, 올레인산 등의 포화 또는 불포화 지방산, 비닐트리 메톡시 실란, 비닐트리 에폭시 실란, 네오펜틸(디아릴), 옥시트리(디옥틸), 포스페이트, 티타네이트 등의 결합체를 표면 처리한 무기 난연제를 단독 또는 2 - 4종 혼용하였다. 무기 난연제의 입자크기는 0.5 - 30㎛이며 비표면적(BET)은 3 - 20㎟/g인 것을 적용하였다.

무기 난연제를 상기의 폴리올레핀계 수지 100중량부에 대해서 60 내지 150 중량부 사용하였다. 이때, 60 중량부 이하 사용할 때에는 난연 재료의 난연성과 저발연성이 저하되고, 150 중량부 이상 사용할 때에는 기계적 특성과 가공성이 저하된다.

난연조제를 무기 난연제와 함께 사용하면 난연 상승효과를 얻을 수 있기 때문에 사용한다. 난연조제는 트리크레질 포스페이트, 디페닐 크레질 포스페이트, 적인 등의 인계 화합물, 산화아연, 이산화 티탄, 실리카, 카본블랙을 단독 또는 2 - 4종을 혼용하였다.

난연조제는 수지 100 중량부에 대해 0.5 내지 30 중량부 사용하였다. 이때, 0.5 중량부 이하로 사용할 때에는 난연 재료의 난연 효과가 저하되고 30 중량부 이상 사용할 때에는 기계적 특성이 저하된다.

고분자 결합제는 분자내에 친유기와 친수기 구조를 모두 함유하는 결합제로서, 특히 친유기 부분의 탄화 수소 사슬이 충분히 길어 수지와 잘 엉킬 수(Entangle) 있는 구조를 갖음으로서 난연 재료의 기계적 특성 및 난연성을 향상시키게 된다.

무수말레인산, 무수이타코산, 아크릴산, 후말산, 메타크릴산 등의 불포화 카르복실산 변성된 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-에틸 아크릴레이트, 에틸렌-메틸아크릴레이트, 에틸렌-비닐아세테이트 등의 고분자 결합제를 단독 또는 2 - 4종 혼용되며, 사용량은 0.5 내지 20 중량부로 하였다.

이때 0.5중량부 이하 사용할 때에는 효과가 적으며 20 중량부 이상 사용할 때에는 고분자 결합제가 수지와 섞이지 않고 독자 영역을 형성하여 난연재료의 기계적 특성 및 난연성을 저하시킨다.

고분자 재료는 가공중에 또는 사용중에 열에너지 또는 산화 작용에 의해서 일부 분자간 화학 결합이 떨어져서 고분자 라디칼이 생성된다. 이 라디칼은 즉시 주변의 산소와 반응하여 과산화물 라디칼로 된다. 그리고, 과산화물 라디칼이 다른 고분자와 반응하여 새로운 라디칼을 생성시킨다.

이러한, 연쇄 반응은 급격히 진행되며 그 결과 고분자 재료는 저분자 물질로 되면서 본래의 특성을 상실하게 되며 그 결과 전선의 장기 수명 및 특성이 저하된다.

예들 들어, 본 발명과 같이 할로겐 물질을 포함하지 않고 무기 난연제가 포함된 저발연성, 저유해성 폴리올레핀계 난연재료가 광통신 케이블의 쉬스로 사용되는 경우에는 수지의 분해 과정에서 발생되는 수소가 광 화이바에 침투하여 광 화이바와 상호 작용을 하여 전송 손실을 유발시킨다.

이러한 산화 반응을 방지하기 위하여 산화 방지제를 적용하는데, 이때 산화방지제는 라디칼과 반응하여 고분자의 분해반응을 막아주는 역할을 한다. 그러므로, 효과적인 산화 방지 능력을 얻기 위해서는 산화방지제의 종류와 함량의 선택이 매우 중요하다.

산화방지제로는 아미노-케톤계와 벤지미다졸계를 혼용하여 수지 100중량부에 대해서 0.5 내지 6 중량부 사용하였다. 이때, 산화방지제를 0.5 중량부 이하로 사용할 때에는 산화방지 효과가 없으며 6중량부 이상 사용하더라도 그 효과가 증가되지 않는다.

	비교예1	비교예2	비교예3	실시예1	실시예2	실시예3
선형 저밀도 폴리에틸렌(UCC제품, MI ; 1)	30	30	30	30	30	30
에틸렌-비닐아세테이트(Dupont제품, 비닐아세테이트함량;28%)	70	70	70	70	70	70
불포화 지방산 표면처리 수산화 마그네슘		150	150		150	150
불포화 지방산 표면처리 수산화 알루미늄	150			150
적인	4	4	4	4	4	4
카본 블랙	2	2	2	2	2	2
고분자 결합제	10	10	10	10	10	10
페놀계 산화방지제(Ciba specialty제품)	1	2	3	-	-	-
아미노-케톤계 산화방지제(Ouchi shinko제품)	-	-		0.5	1.5	2
벤지미다졸계 산화방지제(Ouchi shinko제품)	-	-		0.5	0.5	1
산소지수(LOI)*1	33	35	35	33	35	35
발연성(Dmax.)*2	90	80	80	90	80	80
산화유발시간(O.I.T)(분)*3	20	40	50	100	170	200

*1: ASTM D2863

*2: ASTM E662(비 가열성 방법)

*3: Differential scanning calorimeter를 이용하여 산소분위기 200℃에서 유지

상기 비교예 1, 2, 3에 의하면 페놀계 산화방지제를 적용하면 산화 정도를 나타내는 척도인 산화 유발시간이 50분 이하이지만 아미노-케톤계 산화방지제와 벤지미다졸계와 혼합 사용하면 산화 유발 시간이 100분 이상으로 된다.

산화 유발 시간이 짧다는 것은 압출 가공중 또는 사용중에 재료의 분해가 많이 되어 재료의 노화가 촉진되고 그에 따라 전선의 수명 저하 및 특성이 저하된다는 것을 의미한다.

예를 들어, 광통신 케이블의 쉬스용으로 사용되는 경우에는 재료의 분해가 많이 되고 그 결과 수소가 많이 발생되어 광 화이버에 침투되고 상호작용을 일으켜 전송손실을 유발시킨다.

상술한 바와같이 본 발명은 압출 가공중 또는 사용중에 재료에 가해지는 열 또는 산화 작용에 의한 재료의 노화 방지를 효과적으로 하기 때문에 전선의 장기 수명 저하를 방지시킨다.

Claims

폴리올레핀계 수지를 단독 또는 2 - 4종 혼합한 수지 100중량부에 대하여 표면처리된 무기 난연제 60내지 150 중량부, 난연조제 0.5 내지 30 중량부, 고분자 결합제 0.5내지 20 중량부, 산화방지제를 0.5 내지 6 중량부를 혼용하는 것을 특징으로 하는 저발연성, 저유해성 폴리올레핀계 난연 재료 조성물.
제 1 항에 있어서, 폴리올레핀계 수지는 폴리프로필렌(PP), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 중밀도 폴리에틸렌(MDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 극저밀도 폴리에틸렌(VLDPE), 에틸렌-비닐아세테이트(EVA), 에틸렌-에틸 아크릴레이트(EEA), 에틸렌-프로필렌 고무(EPM,EPDM), 에틸렌-아크리릭 고무, 메탈로센촉매를 이용하여 합성한 폴리올레핀 일레스토머(PO elastomer)을 사용하는 것을 특징으로 하는 난연 재료 조성물.
제 1 항에 있어서, 무기 난연제는 수산화 알루미늄, 수산화 마그네슘, 칼슘 카보네이트, 마그네슘 칼슘 카보네이트에 스테아린산, 올레인산 등의 포화 또는 불포화 지방산, 비닐트리 메톡시 실란, 비닐트리 에폭시 실란, 네오펜틸(디아릴), 옥시트리(디옥틸), 포스페이트, 티타네이트 등의 결합체로 표면 처리되었고 입자크기는 0.5 - 30㎛이며 비표면적(BET)은 3 - 20㎟/g인 것을 적용하는 것을 특징으로 하는 난연 재료 조성물.
제 1 항에 있어서, 난연조제는 트리크레질 포스페이트, 디페닐 크레질 포스페이트, 적인 등의 인계 화합물, 산화아연, 이산화 티탄, 실리카, 카본블랙을 사용하는 것을 특징으로 하는 난연 재료 조성물.
제 1 항에 있어서, 고분자 결합제는 무수말레인산, 무수이타코산, 아크릴산, 후말산, 메타크릴산 등의 불포화 카르복실산 변성된 저밀도 폴리에틸렌, 선형저밀도 폴리에틸렌, 에틸렌-에틸 아크릴레이트, 에틸렌-메틸아크릴레이트, 에틸렌-비닐아세테이트 등의 고분자 결합제를 사용하는 것을 특징으로 하는 난연 재료 조성물.
제 1 항에 있어서, 산화 방지제로는 아미노-케톤계과 벤지미다졸계를 혼용하는 것을 특징으로 하는 난연 재료 조성물.