KR20170045814A - 고난연성 수지 조성물 및 이의 용도 - Google Patents

고난연성 수지 조성물 및 이의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고난연성 수지 조성물과 이를 이용한 절연체 및 전선에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고난연성 수지 조성물은 베이스 수지인 중합도가 800~2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지 100 중량부에 대하여, 25~40 중량부의 가소제; 9~15 중량부의 ESO계 가소제; 3~9 중량부의 안정제(stabilizer); 3~9 중량부의 아크릴계 수지; 및 8~12 중량부의 삼산화안티몬(Sb2O3), 18~22 중량부의 붕산아연(Zinc Borate) 및 45~55 중량부의 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르는 고난연성 수지 조성물을 이용하여 전선 또는 케이블의 절연체를 제조하는 경우에는 상온 또는 가열 후의 물리적 특성이 요구되는 기준치 이상을 충분히 만족시키는 고난연 특성이 있는 것이다.

Description

고난연성 수지 조성물 및 이의 용도{High flame retardant resin composition and uses thereof}
본 발명은 고난연성 수지 조성물과 이를 이용한 절연체 및 전선에 관한 것으로, 상세하게는 베이스 수지인 중합도가 800~2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지 100 중량부에 대하여, 8~12 중량부의 삼산화안티몬(Sb2O3), 18~22 중량부의 붕산아연(Zinc Borate) 및 45~55 중량부의 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)의 배합비를 갖는 난연제를 포함하는 것을 특징으로 하는 고난연성 수지 조성물과 이를 이용한 절연체 및 전선에 관한 것이다.
종래 기술의 난연 전선의 도체 피복용 절연체로는 크게 할로겐계와 금속 수산화물을 이용한 비할로겐계 난연 재료의 두 가지가 널리 사용되고 있다. 할로겐계 난연 재료는 난연성이 우수하지만, 화재 시 유독성 기체를 방출하며, 독성 지수가 1.5 이하인 난연성 피복 재료를 구현하기 어려워 안전성, 환경 친화성 면에서 문제가 있다. 따라서 점차 엄격해지는 환경 규제 때문에 할로겐계 난연 전선의 사용은 앞으로 지양할 수밖에 없는 실정이다.
금속 수산화물 등의 무기 난연제는 안전성 면에서는 할로겐계 난연제에 비해 우수하지만, 난연성이 높지 않기 때문에 원하는 난연성 수준에 이르기 위해서는 다량의 무기 난연제를 사용해야 한다. 과량의 금속 수산화물 난연제 때문에 압출 선속 등의 가공성이 떨어지고 전선의 물성이 저하되는 단점이 있다. 특히 이러한 무기 난연 전선은 유연성과 내마모성이 부족하다.
한편, 내유성을 향상시키기 위하여 종래 기술에서 극성 작용기를 높은 비율로 함유하는 고분자 수지 또는 녹는점이 높은 결정성 수지를 사용한 도체 피복용 절연 재료를 선보인 바 있다. 그러나 결정성 수지는 상온에서 강성이 매우 높아 딱딱하므로 유연성이 낮으므로, 굴곡에 대한 내구성이 낮아 설치 후에도 파손 우려가 있다. 또한, 극성 작용기를 높은 비율로 함유하는 고분자 수지를 절연 재료로 사용한 전선은 동적 눌림에 대한 저항성이 낮아 변형이 쉽게 발생한다.
따라서 이러한 재료를 사용하면 유연한 전선을 얻지만 그러한 전선은 변형 우려가 있어 응력 또는 압력이 작용하는 부분에는 설치하기 어렵다는 단점이 있다.
상기한 문제점들을 보완하기 위하여, 다양한 연구들이 진행되어 왔으며, 그중에서도 전선에 사용되는 수지 조성물에 포함되는 재료의 성분 또는 함량을 조절하여 난연성을 증진시키고자 노력하였다. 일례로, 한국등록특허 제0737598호에 중합도가 800 내지 2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지를 기본수지로 사용하며, 상기 기본수지 100 중량부에 대해, 40 내지 80 중량부의 가소제; 50 내지 100 중량부의 난연제; 1 내지 10 중량부의 난연 보조제; 및 0.5 내지 20 중량부의 연기 억제제; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 저발연 고난연성 재료용 조성물과 이를 이용한 절연체 및 전선에 관한 기술이 개시되어 있으며, 한국등록특허 제1115679호에 염화비닐계 수지, 테레프탈산 에스테르 화합물을 포함하는 가소제, 칼슘-아연(Ca-Zn)계 안정제, 및 삼산화안티몬(Sb2O3)을 선택적으로 포함하는 난연제를 포함하여 이루어지는 것으로서, 특히 PVC 코팅 얀(yarn)에 적용되는 친환경성 염화비닐계 수지 조성물에 관한 기술이 개시되어 있고, 중국공개특허 제2013-10081760호에 폴리염화비닐(PVC) 92~100, 에어로질 10~16, 활석분 7~10, Wollastonite 분말 6~8, 3 (2-염소 에틸) 인산염 3~4, 2 신 지방 3~4, 에틸 아크릴레이트 2~3, 산화 폴리에틸렌 왁스 5-6, 이중 스테아린 아미드 1~3, 삼산화안티몬 2~4, 항산화제 1~2, 붕산아연 2~3, 3 염기성 황산납 1~2, 변성 첨가제 10~15를 포함하는 난연성 도어용 PVC 플라스틱 판재 및 그의 제조방법에 관한 기술이 개시되어 있으나, 본원 발명에 따르는 난연제 배합비를 갖는 고난연성 수지 조성물과 이를 이용한 절연체 및 전선에 관한 기술은 개시된 바 없다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 도출된 것으로서, 본 발명의 고난연성 수지 조성물은 베이스 수지인 중합도가 800~2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지 100 중량부에 대하여, 25~40 중량부의 가소제; 9~15 중량부의 ESO계 가소제; 3~9 중량부의 안정제(stabilizer); 3~9 중량부의 아크릴계 수지; 8~12 중량부의 삼산화안티몬(Sb2O3), 18~22 중량부의 붕산아연(Zinc Borate) 및 45~55 중량부의 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)를 포함하고, 상기 수지 조성물을 이용하여 제조한 전선의 난연성이 종래의 수지 조성물을 이용하여 제조한 전선보다 난연성이 우수하다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스 수지인 중합도가 800~2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지 100 중량부에 대하여, 25~40 중량부의 가소제; 9~15 중량부의 ESO계 가소제; 3~9 중량부의 안정제(stabilizer); 3~9 중량부의 아크릴계 수지; 8~12 중량부의 삼산화안티몬(Sb2O3), 18~22 중량부의 붕산아연(Zinc Borate) 및 45~55 중량부의 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)를 포함하는 고난연성 수지 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 고난연성 수지 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연체를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 고난연성 절연체를 이용하여 피복된 것을 특징으로 하는 전선을 제공한다.
본 발명은 고난연성 수지 조성물과 이를 이용한 절연체 및 전선에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고난연성 수지 조성물은 베이스 수지인 중합도가 800~2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지 100 중량부에 대하여, 25~40 중량부의 가소제; 9~15 중량부의 ESO계 가소제; 3~9 중량부의 안정제(stabilizer); 3~9 중량부의 아크릴계 수지; 8~12 중량부의 삼산화안티몬(Sb2O3), 18~22 중량부의 붕산아연(Zinc Borate) 및 45~55 중량부의 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)를 포함하는 것이다. 본 발명에 따른 고난연성 수지 조성물은 난연제의 배합비에 의해 종래의 제품보다 난연성이 증진될 뿐만 아니라, 화재 시에도 PVC 수지가 열에 의해 녹에 흘러내리는 현상이 거의 나타나지 않는 효과가 있는 것이다.
본 발명은 베이스 수지인 중합도가 800~2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지 100 중량부에 대하여, 25~40 중량부의 가소제; 9~15 중량부의 ESO계 가소제; 3~9 중량부의 안정제(stabilizer); 3~9 중량부의 아크릴계 수지; 8~12 중량부의 삼산화안티몬(Sb2O3), 18~22 중량부의 붕산아연(Zinc Borate) 및 45~55 중량부의 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)를 포함하는 고난연성 수지 조성물에 관한 것이다.
상기 삼산화안티몬(Sb2O3), 붕산아연(Zinc Borate) 및 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)의 배합비율은 상기한 중량부를 사용하는 것이 바람직하지만, 그 중에서 1:2:5의 중량비인 것이 가장 바람직한 배합비율이다. 즉, 1:2:5의 중량비로 배합되었을 때의 난연성이 가장 우수한 것이다.
또한, 상기 가소제는 PVC 수지 조성물에 사용되는 가소제로서, 프탈산에스테르계(phthalates, DEHP, DINP, DBP 등), 인산계, 아디프산계(adipates, DHEA 등) 또는 세바트산 등의 지방산계, 에폭시계 등의 가소제를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 프탈산에스테르계(phthalates, DEHP, DINP, DBP 등) 가소제이며, 가장 바람직하게는 DINP(diisononyl phthalate)인 것이지만 이에 제한하는 것은 아니다.
본 발명에서의 ESO(Epoxidized Soybean Oil)계 가소제는 PVC 수지와 난연제에 의해 강도가 떨어지는 것을 보완하는 효과가 있다. 아크릴계 수지를 포함함으로써, 가소제의 함량을 현저하게 줄일 수 있어 난연 효과를 증진시킬 뿐만 아니라, 배합물의 비산을 방지할 수 있으며, 압출 양을 향상시켜 생산량을 증가시키는 효과가 있다.
상기 안정제는 무독성의 친환경 안정제인 Ca-Zn계 안정제 일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
또한, 본 발명은 상기 고난연성 수지 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연체에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 고난연성 절연체를 이용하여 피복된 것을 특징으로 하는 전선에 관한 것이다.
이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되지 않는다는 것은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명한 것이다.
실시예 1. 본원 발명에 따른 삼산화안티몬( Sb 2 O 3 ), 붕산아연 ( Zinc Borate ) 및 하이드로 마그네사이트( hydromagnesite , Mg 4 ( OH ) 2 (CO 3 ) 3 ㆍ3 H 2 O )의 배합비가 1:2:5인 고난연성 수지 조성물의 제조.
폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC) 수지 100 중량부에 대하여, DINP 가소제 28 중량부, ESO계 가소제 12 중량부, 안정제(Ca-Zn계 안정제 : N080S) 6 중량부, 아크릴계 수지 6 중량부, 삼산화 안티몬(Sb2O3) 10 중량부, 붕산아연(Zinc Borate) 20 중량부, 및 하이드로마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O) 50 중량부를 포함하는 고난연성 수지 조성물을 제조하였다(표 1).
비교예 1. 삼산화안티몬( Sb 2 O 3 ), 붕산아연 ( Zinc Borate ) 및 하이드로 마그네사이트( hydromagnesite, Mg 4 (OH) 2 (CO 3 ) 3 ㆍ3 H 2 O )의 배합비가 1.5:2.5:4.0인 고난연성 수지 조성물의 제조.
폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC) 수지 100 중량부에 대하여, DINP 가소제 28 중량부, ESO계 가소제 12 중량부, 안정제(Ca-Zn계 안정제 : N080S) 6 중량부, 아크릴계 수지 6 중량부, 삼산화 안티몬(Sb2O3) 15 중량부, 붕산아연(Zinc Borate) 25 중량부, 및 하이드로마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O) 40 중량부를 포함하는 고난연성 수지 조성물을 제조하였다(표 1).
비교예 2. 삼산화안티몬( Sb 2 O 3 ), 붕산아연 ( Zinc Borate ) 및 하이드로 마그네사이트( hydromagnesite, Mg 4 (OH) 2 (CO 3 ) 3 ㆍ3 H 2 O )의 배합비가 2:2:4인 고난연성 수지 조성물의 제조.
폴리염화비닐(poly vinyl chloride, PVC) 수지 100 중량부에 대하여, DINP 가소제 28 중량부, ESO계 가소제 12 중량부, 안정제(Ca-Zn계 안정제 : N080S) 6 중량부, 아크릴계 수지 6 중량부, 삼산화 안티몬(Sb2O3) 20 중량부, 붕산아연(Zinc Borate) 20 중량부, 및 하이드로마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O) 40 중량부를 포함하는 고난연성 수지 조성물을 제조하였다(표 1).
본 발명의 실시예 1과, 비교예 1 및 2의 수지조성물 배합 비율 (단위: 폴리염화비닐(PVC) 100 중량부 기준)
성분 실시예 1 비교예 1 비교예 2
폴리염화비닐(PVC) 수지 100 100 100
가소제 28 28 28
ESO계 가소제 12 12 12
안정제(stabilizer) 6 6 6
아크릴계 수지 6 6 6
삼산화 안티몬 10 15 20
붕산아연 20 25 20
하이드로 마그네사이트 50 40 40
난연제 원가 2,370원/kg 2,918원/kg 3,022원/kg
시험예 1. 본 발명의 일실시예에 따른 전선의 난연성능의 시험(국제전기표준회의 기구( IEC ) 시험 규격에 준한다)
본 시험예 1에서는 본 발명의 수지 조성물이 고난연 산소지수와 VCTF Cat.A 시험방법을 만족하는지 여부를 확인하고자 하였다.
삼산화안티몬, 붕산아연 및 하이드로 마그네사이트의 배합 비율을 조정하여 가소성 물질이 불꽃에 탈 때, 거의 흘러 내림이 없고, 타고 남은 재가 떨어지지 않고, 뭉쳐서 산소공급이 원하지 않도록 할 수 있는지 여부를 판단하였다.
1) 적용범위: 불(fire)에 대한 전선의 난연 테스트
2) 시험편 준비: 완성품에서 3.5m 길이로 시험편을 준비하고, 연소할 수 있는 물질의 총 부피에 따라 다음 3가지로 분류한다(카테고리 A: 7ℓ/m, 카테고리 B: 3.5ℓ/m, 카테고리 C: 1.5ℓ/m).
3) 시험 전처리 35SQ 이상: 케이블 외경의 ½ 간격으로 배열하나(20mm 이하) 케이블 배열 폭이 300mm 초과시는 사다리 앞뒤, 양쪽에 배열한다.
4) 불꽃의 인가 시간은 카테고리 A, B는 48분이고, 카테고리 C는 20분으로, 평가 기준은 버너의 불을 끈 후, 케이블을 닦고 까맣다거나 불꽃 영향을 입은 부분의 케이블 앞 또는 뒤에서 측정한 길이가 버너의 일부분(일치한 부분에서) 2.5m 이상일 경우 불합격이다. 본 발명에서는 카테고리 A를 기준으로 평가하였다.
상기 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3의 조성물을 이용하여 제조한 전선의 산소지수는 모두 동일한 값을 나타냈으나, 본 시험예에서 실시한 안정성 시험 결과는 하기 표 2에 개시한 바와 같이, 본 발명의 실시예 1의 조성물을 이용하여 제조한 전선의 경우, 합격하였으나, 비교예 1 및 2의 조성물을 이용하여 제조한 전선의 경우, 불합격하였다.
또한, 본 발명의 제품이 고난연성을 가지면서도 인장강도와 신장률이 종래 제품과 동일하거나 더 우수하다는 것을 확인하였고, 본 발명의 수지 조성물로 제품을 생산하는 과정에서 비산이 방지되고, 제품의 생산성도 증진되는 효과가 있다는 것을 확인하였다.
따라서, 본 발명에 따른 제품의 난연성능이 기존 제품에 비해 우수하다는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명의 실시예 1, 비교예 1 및 2에서 제조한 수지조성물의 물성 평가 결과
실시예 1 비교예 1 비교예 2
산소 지수 37~38 37~38 37~38
불꽃 및 타고남은 상태 재가 떨어지지 않고 뭉침 불꽃이 강해지면 PVC가 흘러내리는 현상이 발생 불꽃이 강해지면 PVC가 흘러내리는 현상이 발생
VCTFT CAT. A type 합격 불합격 불합격
인장강도 1.6 1.6 1.6
신장률 240 230 230

Claims (5)

  1. 베이스 수지인 중합도가 800~2,000인 폴리염화비닐(PVC) 수지 100 중량부에 대하여,
    25~40 중량부의 가소제; 9~15 중량부의 ESO계 가소제; 3~9 중량부의 안정제(stabilizer); 3~9 중량부의 아크릴계 수지; 8~12 중량부의 삼산화안티몬(Sb2O3), 18~22 중량부의 붕산아연(Zinc Borate) 및 45~55 중량부의 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)를 포함하는 고난연성 수지 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 삼산화안티몬(Sb2O3), 붕산아연(Zinc Borate) 및 하이드로 마그네사이트(hydromagnesite, Mg4(OH)2(CO3)3ㆍ3H2O)의 배합비율이 1:2:5 중량비인 것을 특징으로 하는 고난연성 수지 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가소제는 DINP(diisononyl phthalate)인 것을 특징으로 하는 고난연성 수지 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 고난연성 수지 조성물을 이용하여 제조되는 것을 특징으로 하는 고난연성 절연체.
  5. 제4항에 따른 고난연성 절연체를 이용하여 피복된 것을 특징으로 하는 전선.
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