KR20110107609A - 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블 - Google Patents

고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고난연성 및 저발연성 시스(sheath) 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블에 관한 것이다. 상기 시스 재료 조성물은 중합도가 800 내지 2000인 폴리염화비닐 수지 100 중량부; 브롬계 난연성 가소제 10 내지 50 중량부, 에틸렌 공중합 수지 5 내지 40 중량부 및 트리멜라이트계 가소제 5 내지 40 중량부가 혼합된 혼합물인 가소제 20 내지 130 중량부; 난연제 40 내지 110 중량부; 및 억연제 5 내지 50 중량부를 포함한다. 본 발명에 따른 시스 재료 조성물로부터 형성된 시스는 상온에서의 인장 강도, 신장율, 열안정성이 우수할 뿐만 아니라 고난연성 및 저발연성의 특성을 갖는다.

Description

고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블{High Performance Flame Retardant And Low Smoke Composition For Sheath And A Cable Including The Sheath Formed Therefrom}
본 발명은 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블에 관한 것이다. 본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물로부터 형성된 시스는 UL910 규격을 만족하는 플레넘급 케이블을 제조하는데 이용될 수 있다.
사무실 또는 빌딩에서 화재가 발생하는 경우 케이블 연소에 의한 유독 가스의 발생, 화재의 전파 등의 문제점이 야기됨에 따라, 고난연성 및 저발연성의 케이블을 개발하고자 하는 노력이 계속되고 있다.
이러한 노력의 일환으로, 종래에는 UTP(unshield twisted pair)케이블 중 카테고리 5는 케이블의 난연등급 중 최상위인 플레넘(Plenum)급을 만족시킬 수 있도록, 케이블을 자기 소화성(self-extinguishing)을 지닌 불소계 수지로 절연된 구리 도체와 난연제가 첨가된 폴리염화비닐 시스로 구성하였다. 그리고 UTP 케이블 중 카테고리 6은, 도체 사이에 불소계 수지로 구성된 십자 형태의 크로스 필러를 삽입한 구조로 케이블을 구성하였다. 또한, 케이블의 시스는, 폴리염화비닐에 포스페이트계 가소제 또는 브롬계 가소제를 단독으로 첨가하거나 또는 이들을 혼합하여 첨가한 수지를 사용하여 제조하였다. 그러나, 포스페이트계 가소제는 난연 특성이 있지만 내열성이 저하되는 단점이 있었다. 또한, 브롬계 가소제는 고난연성 특성이 있지만 저발연성을 만족시키지 못할 뿐만 아니라 연소 과정 중 인체에 유해한 독성가스를 방출하는 단점이 있었다.
상기의 가소제의 단점을 극복하기 위하여 억연제(Smoke Suppressants)로서 암모늄 옥타몰리브데이트(ammonium octamolybdate, AOM)를 첨가하는 방법, 억연제 및 난연제로서 알루미늄 수화물(ATH, aluminium trihydrate) 및 마그네슘 수화물(MDH, magnesium dihydrate)을 첨가하는 방법 등이 제안되었다. 그러나, 암모늄 옥타몰리브데이트가 소정 함량 이상 첨가되면 케이블의 저발연성은 향상되나 열안정성을 저하시키므로, 케이블 압출가공시 재질이 탄화되어 탄점이 발생하게 된다. 그 결과 케이블의 물성 저하를 야기시키는 문제점이 발생한다. 또한, 알루미늄 수화물(ATH) 및 마그네슘 수화물(MDH)이 소정 함량 이상 첨가되면 저발연성과 난연성은 향상되나, 케이블의 유연성, 가열 후 신장잔율과 같은 기계적 물성을 저하시키는 문제점이 발생한다.
본 발명의 기술적 과제는 상온에서의 고난연성 및 저발연성 케이블을 제공할 수 있는 시스 재료 조성물을 개발하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물은 중합도가 800 내지 2000인 폴리염화비닐 수지 100 중량부, 가소제 20 내지 130 중량부, 난연제 40 내지 110 중량부 및 억연제 5 내지 50 중량부를 포함한다. 이때 상기 가소제는 브롬계 난연성 가소제 10 내지 50 중량부, 에틸렌 공중합 수지 5 내지 40 중량부 및 트리멜라이트계 가소제 5 내지 40 중량부가 혼합된 혼합물이 사용된다.
또한, 본 발명은 상기 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물을 이용하여 제조된 시스를 구비하는 케이블을 제공한다.
본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물을 이용하여 제조한 케이블은 고난연성 및 저발연성 뿐만 아니라 인장 강도, 신장율, 열안정성이 뛰어나다.
이하 본 발명을 자세히 설명한다.
본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물은 중합도가 800 내지 2000인 폴리염화비닐 수지 100 중량부에 대하여 가소제 20 내지 130 중량부, 난연제 40 내지 110 중량부 및 억연제 5 내지 50 중량부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 폴리염화비닐 수지의 중합도는 800 내지 2000인 것이 바람직하다. 중합도가 800 미만인 폴리염화비닐 수지를 사용할 경우에는 상온 인장강도가 저하되며 제품의 내열성이 떨어지는 문제점이 발생하며, 중합도가 2000을 초과하는 폴리염화비닐 수지를 사용할 경우에는 가공 시 압출 부하가 증가하여 작업성이 저하되는 문제점이 발생한다. 따라서, 본 발명에서는 상기의 문제점을 보완하기 위하여 800 내지 2000의 중합도를 갖는 폴리염화비닐 수지를 사용하고자 하였다.
바람직하게 상기 가소제는 브롬계 난연성 가소제 10 내지 50 중량부, 에틸렌 공중합 수지 5 내지 40 중량부 및 트리멜라이트계 가소제 5 내지 40 중량부가 혼합된 혼합물이 사용된다. 종래 기술에서 가소제로 프스페이트계 가소제를 사용한 것을 대신하여, 본 발명에서는 에틸렌, 아세테이트 및 카본 모노옥사이드가 공중합 된 상기 에틸렌 공중합 수지를 사용하였다. 상기 에틸렌 공중합 수지를 사용함으로써, 제조된 시스에 높은 열안정성과 가소화 특성 및 저발연 특성을 부여할 수 있다.
상기 브롬계 난연성 가소제는 10 내지 50 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 브롬계 난연성 가소제가 10 중량부 미만으로 포함되는 경우 플레넘급의 난연성 구현이 어려운 문제점이 발생하고, 50 중량부를 초과하여 포함되는 경우 연기 밀도를 증가시키는 문제점이 발생하기 때문이다. 상기 브롬계 난연성 가소제로 사용될 수 있는 것은, 브롬처리된 디옥틸 프탈레이트(brominated dioctyl phthalate), 브롬처리된 디이소데실 프탈레이트(brominated Diisodecyl phthalate), 브롬처리된 디이소노닐 프탈레이트(brominated Diisononyl phthalate) 등이 있다.
상기 에틸렌 공중합 수지는 5 내지 40 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 에틸렌 공중합 수지가 5 중량부 미만으로 포함되는 경우 원하는 특성의 구현이 불가능한 문제점이 발생하고, 40 중량부를 초과하여 포함되는 경우 상온 인장강도가 저하되며 조성물의 끈적한 정도가 증가함에 따라 가공시 압출기 내에 정체되는 부분이 발생하여 열안정성이 저하되는 문제점이 발생하기 때문이다.
상기 트리멜라이트계 가소제는 5 내지 40 중량부가 포함되는 것이 바람직하다. 트리멜라이트계 가소제가 5 중량부 미만으로 포함되는 경우 조성물의 유연성이 저하되는 문제점이 발생하고, 40 중량부를 초과하여 포함되는 경우 난연성이 저하되는 문제점이 발생하기 때문이다.
본 발명에서는 난연제로서, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 훈타이트, 마그네슘 수화물이 사용된다. 상기의 난연제는 단독으로 사용되거나 2 종 이상이 혼합되어 사용될 수 있다. 또한 상기의 난연제는 40 내지 110 중량부의 함량으로 사용되는 것이 바람직하다. 그 함량이 40 중량부 미만이면 고난연성의 효과를 얻기 어렵고 그 함량이 110 중량부를 초과하면 충진성과 가공성이 떨어져서 열안정성이 저하되기 때문이다.
본 발명에서는 억연제로서, 징크 몰리브데이트 복합체가 코팅된 마그네슘 수화물이 사용된다. 바람직하게 나노크기의 징크 몰리브데이트 복합체가 코팅된 마그네슘 수화물이 사용될 수 있다. 종래 기술에서 억연제로 사용한 암모늄 옥타몰리브데이트를 대신하여, 본 발명에서는 징크 몰리브데이트 복합체가 코팅된 마그네슘 수화물을 사용하였다. 이에 따라 본 발명의 시스 재료 조성물을 사용하여 제조된 시스의 난연성 및 저발연성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 수지 재료 조성물을 이용하여 제조한 시스를 구비하는 케이블을 제공한다. 상기 케이블은 상온에서의 인장 강도 및 신장율이 우수하며 열안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 고난연성, 저발연성을 가진다.
[실시예]
이하 실시예를 들어 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 본 발명이 속하는 분야의 평균적 기술자는 아래 실시예에 기재된 실시 태양 외에 여러 가지 다른 형태로 본 발명을 변경할 수 있으며, 이하 실시예는 본 발명을 예시할 따름이지 본 발명의 기술적 사상의 범위를 아래 실시예 범위로 한정하기 위한 의도라고 해석해서는 아니된다.
본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물의 성분에 따른 성능 변화를 살펴보기 위하여 아래 표 1에 나타낸 조성으로 실시예와 비교예의 시스 재료 조성물을 제조하였다. 표 1의 모든 단위는 중량부이다.
성분
 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4
폴리염화비닐 수지 100 100 100 100 100 100 100
브롬계 난연성 가소제 20 20 30 20 - - 20
에틸렌 공중합 수지 15 15 10 - - - -
트리멜라이트계 가소제 15 15 20 - 20 50 10
이소데실디페닐포스페이트 가소제 - - - 30 30 - 30
수산화알루미늄 난연제 50 80 50 50 50 50 -
억연제 20 30 10 - 20 20 20
페놀계 산화방지제 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
무납계 열안정제 5 5 5 5 5 5 5
[표에 사용한 성분의 설명]
에틸렌 공중합 수지 : Dupont 사의 Elvaloy 741
트리멜라이트계 가소제 : 트리옥틸 트리멜라이트
억연제 : 징크 몰리브데이트 복합체가 코팅된 마그네슘 수화물(PAG社의 Charmax FS-BZMA)
물성 측정 및 평가
상기 실시예(1~3) 및 비교예(1~4)에 따르는 시스 재료 조성물을 이용하여 시스를 제조하였고, 상기 시스를 구비하는 케이블을 통상의 방법에 의해 제조하였다. 이렇게 얻은 실시예와 비교예의 시편에 대하여 기계적 물성, 난연성과 열안정성을 시험한 결과를 아래 표 2에 정리하였다. 간략한 실험 조건은 다음과 같다.
㉠ 상온 기계적 물성
케이블은 ASTM D638에 준하여 인장 강도 및 신장율을 측정하였다.
㉡ 난연성
ASTM 1356-90에 따라 콘 칼로리메터에서 연소 실험을 실시하였다. 일정 크기의 시편(100 mm × 100 mm × 3 mm)을 콘 형태의 히터 밑에 수평으로 위치한 후, 일정한 열량(70 kW/㎡)을 가하여 재료의 연소시 방출되는 열량을 측정하였다. 경험적으로, UL910 수준의 난연성을 가지려면 70 kW/㎡의 열량을 가할 때 약 25 MJ/㎡ 이하의 THE(total heat evolved) 값을 가져야 한다.
㉢ 연기 밀도
THE를 측정하는 방법과 동일한 방법으로 연기 밀도를 측정하였다. 경험적으로, UL910 수준의 저발연 특성을 가지려면 70 kW/㎡의 열량을 가할 때 약 700 이하의 TSR(total smoke released) 값을 가져야한다.
㉣ 열안정성
175℃의 오븐에서 6시간 동안 방치한 후 꺼내어 시편의 변색 유무를 확인할 때 변색이 없어야 한다.
시험 항목
 실시예 비교예
1 2 3 1 2 3 4

상온		 인장강도
(kgf/㎟) 		2.0 1.8 1.78 1.85 1.90 1.95 2.2
신장율
(%)		 160 145 250 220 200 220 280
난연성(MJ/㎡) 22 18 24 22 28 35 30
연기 밀도 500 350 550 1200 900 1200 1500
열안정성 변색
없음		 변색
없음		 변색
없음		 변색 변색 변색
없음		 변색
표 2에 정리한 바와 같은 물성 측정 결과, 실시예 1 내지 3의 시스를 구비하는 케이블은 상온의 기계적 물성, 난연성, 연기 밀도에서 모두 기준치를 만족하였고 오븐에서 방치 후에 변색이 발생하지 않았다.
그러나 비교예 1의 시스 재료 조성물을 이용하여 제조된 시스를 포함하는 케이블은 연기 밀도가 높았고 오븐에 방치한 후 변색되었다. 이러한 결과는 억연제를 사용하지 않았을 뿐만 아니라, 브롬계 가소제와, 인계 가소제인 이소데실디페닐포스페이트를 혼합하여 가소제로 사용한 것으로부터 기인된 것이다.
비교예 2의 시스 재료 조성물을 이용하여 제조된 시스를 포함하는 케이블은 상온 물성과 신장율의 기준치를 만족하였으나, 연기 밀도가 높았고 오븐에 방치한 후 변색되었다. 이러한 결과는 트리멜라이트계 가소제와, 인계 가소제인 이소데실디페닐포스페이트를 혼합하여 가소제로 사용한 것으로부터 기인된 것이다.
비교예 3의 시스 재료 조성물을 이용하여 제조된 시스를 포함하는 케이블은 오븐에서 방치한 후에 변색되지 않았으나, 난연성의 기준치를 만족하지 못하였고 연기 밀도가 높았다. 이러한 결과는 가소제로서 트리멜라이트계 가소제만을 사용한 것으로부터 기인된 것이다.
비교예 4의 시스 재료 조성물을 이용하여 제조된 시스를 포함하는 케이블은 난연성의 기준치를 만족하지 못하였고 연기 밀도가 높았을 뿐만 아니라 오븐에서 방치한 후에 변색되었다. 이러한 결과는 난연제인 수산화알루미늄을 사용하지 않았을 뿐만 아니라, 트리멜라이트계 가소제와, 인계 가소제인 이소데실디페닐포스페이트를 혼합하여 가소제로 사용한 것으로부터 기인된 것이다.
이와 같은 결과로부터 본 발명의 고난연성 및 저발연성 시스를 구비하는 케이블은 상온의 기계적 물성, 난연성, 연기 밀도에서 모두 기준치를 만족하였고 오븐에서 방치 후에 변색이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과를 얻을 수 있었던 것은 브롬계 난연성 가소제, 에틸렌 공중합 수지 및 트리멜라이트계 가소제의 3종의 가소제를 혼합한 것을 포함하는 시스 재료 조성물을 이용하여 열안정성이 뛰어나고 고난연성 및 저발연성 시스를 제조하였기 때문이다.
위와 같이 본 발명의 최적 실시예들을 개시하였다. 본 실시예를 포함하는 명세서에서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 당업자에게 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위해 사용된 것이 아님을 밝혀 둔다.

Claims (4)

  1. 중합도가 800 내지 2000인 폴리염화비닐 수지 100 중량부에 대하여;
    가소제 20 내지 130 중량부;
    난연제 40 내지 110 중량부; 및
    억연제 5 내지 50 중량부를 포함하되,
    상기 가소제는 브롬계 난연성 가소제 10 내지 50 중량부, 에틸렌 공중합 수지 5 내지 40 중량부 및 트리멜라이트계 가소제 5 내지 40 중량부가 혼합된 혼합물인 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 훈타이트 및 마그네슘 수화물로 구성된 그룹 중에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 억연제는 징크 몰리브데이트 복합체가 코팅된 마그네슘 수화물인 것을 특징으로 하는 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물.
  4. 중합도가 800 내지 2000인 폴리염화비닐 수지 100 중량부;
    브롬계 난연성 가소제 10 내지 50 중량부, 에틸렌 공중합 수지 5 내지 40 중량부 및 트리멜라이트계 가소제 5 내지 40 중량부가 혼합된 혼합물인 가소제 20 내지 130 중량부;
    난연제 40 내지 110 중량부; 및
    억연제 5 내지 50 중량부;를 포함하는 조성물로 형성된 고난연성 및 저발연성 시스를 구비하는 것을 특징으로 하는 케이블.
KR1020100026823A 2010-03-25 2010-03-25 고난연성 및 저발연성 시스 재료 조성물 및 이로부터 형성된 시스를 구비한 케이블 KR20110107609A (ko)

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