KR101840574B1 - 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물 - Google Patents
난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 폴리올레핀, 열가소성 폴리우레탄 및 팽창성, 폴리포스페이트 난연성 조성물로부터 만들어지거나 이를 포함하는 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 제형이다. 발명된 시스템은 400 %를 초과하는 연신율 및 1500 psi를 초과하는 인장 강도를 달성하는 반면, 동일한 폴리올레핀은 100 %의 연신율 및 1000 psi 미만의 인장 강도만을 달성한다. 또한, 본 발명은 견줄만한 TPU만의 조성물에 비하여 개선된 테이프 압출 성능을 나타내며, 이는 압출 적용을 위한 개선된 용융 레올로지/제조 능력을 나타낸다.
Description
본 발명은 와이어 및 케이블 적용분야의 난연성 제형에 관한다. 구체적으로, 이는 와이어의 자켓팅, 케이블의 자켓팅, 압출 시팅 및 압출 프로파일을 위한 할로겐이 없는, 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 제형에 관한다.
금속 수화물-계 폴리올레핀 화합물 및 팽창성-계 폴리올레핀 화합물은 산업에 요구되는 화염(flame) 및 역학적 성질을 동시에 달성하지 못한다. 특히, 난연성 충전제를 양호한 연소 시험(burn test) 성능을 달성하기 위해 40-50 중량%의 부하량으로 첨가하는 것은 생성된 폴리올레핀 화합물이 불량한 역학적 성질을 가지도록 유발할 것이다. 따라서, 우수한 역학적 성질, 예컨대, 높은 연신율, 높은 가요성(낮은 모듈러스), 양호한 인장 강도 및 개선된 변형 온도와 우수한 연소 성능을 가지는 폴리올레핀 조성물을 제공하는 것이 요망된다.
그러한 목적으로, 폴리올레핀, 열가소성 폴리우레탄 및 팽창성, 폴리포스페이트 난연제를 포함하는 현재의 발명된 조성물이 제공된다. 구체적으로, 본 발명은 400 %를 초과하는 연신율 및 1500 psi를 초과하는 인장 강도를 달성하는 반면, 동일한 폴리올레핀은 100 %의 연신율 및 1000 psi 미만의 인장 강도만을 달성한다. 또한, 본 발명은 견줄만한 TPU만의 조성물에 비하여 개선된 테이프 압출 성능을 나타내며, 이는 압출 적용을 위한 개선된 용융 레올로지/제조 능력을 나타낸다. 본발명은 와이어-및-케이블 자켓 및 기타 압출 용품들, 예컨대, 시팅 및 프로파일의 제조에 있어서 특히 유용하다.
본 발명의 조성물은 폴리올레핀, 열가소성 폴리우레탄 및 팽창성, 폴리포스페이트 난연성 조성물을 포함한다. 바람직하게는, 현재 설명된 조성물에는 할로겐이 없다.
폴리올레핀은 극성, 비극성 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 폴리올레핀은 약 5 내지 약 90 중량%의 양으로 존재한다.
적합한 극성 폴리올레핀은 (i) 에틸렌 및 불포화 에스테르의 공중합체, (ii) 에틸렌 및 불포화산, 예컨대, 아크릴산 또는 메타크릴산의 공중합체, (iii) 에틸렌 및 비닐 실란(예컨대, 비닐트리메톡시실란 및 비닐트리에톡시실란)의 공중합체 및 (iv) 임의의 이들 공단량체의 혼성중합체를 포함한다. 바람직하게는, 폴리올레핀은 극성, 에틸렌 및 불포화 에스테르의 공중합체이다.
에스테르 공단량체에 기인하는 공중합체의 부분은 공중합체 중량에 기초하여 약 5 내지 약 50 중량% 범위일 수 있고, 바람직하게는 약 15 내지 약 40 중량% 범위이다. 에틸렌/불포화 에스테르 공중합체의 용융 지수는 10 분 당 약 0.5 내지 약 50 그램 범위일 수 있다.
불포화 에스테르가 알킬 아크릴레이트 또는 알킬 메타크릴레이트인 경우, 알킬기는 1 내지 8의 탄소수 및 바람직하게는 1 내지 4의 탄소수를 가질 수 있다. 아크릴레이트 및 메타크릴레이트의 예는 에틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 메틸 메타크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트 및 2-에틸헥실 아크릴레이트이다.
불포화 에스테르가 비닐 카르복실레이트인 경우, 카르복실레이트는 2 내지 8의 탄소수 및 바람직하게는 2 내지 5의 탄소수를 가질 수 있다. 비닐 카르복실레이트의 예는 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트 및 비닐 부타노에이트이다.
적합한 비극성 폴리올레핀은 (i) 에틸렌의 단독중합체, (ii) 에틸렌 및 하나 이상의 알파-올레핀 및 임의로는 디엔의 공중합체, (iii) 일산화탄소, 프로필렌 및 부텐과의 에틸렌 공중합체, (iv) 프로필렌의 단독중합체, (v) 프로필렌 및 기타 올레핀의 공중합체 및 (vi) 프로필렌, 에틸렌 및 디엔의 삼원공중합체를 포함한다.
열가소성 폴리우레탄 중합체는 당업계에 공지되어 있으며, 통상적으로 선형 히드록실-말단 폴리올, 유기 디이소시아네이트 및 쇄 연장제의 반응에 의해 획득된다. 본 발명에서 유용한 열가소성 폴리우레탄(TPU)은 폴리에스테르 TPU 및 폴리에테르 TPU를 포함한다.
특히, 폴리에스테르 TPU는 아디프산과 같은 이산(di-acid)과 에틸렌 글리콜, 프로판 디올 및 부탄 디올과 같은 디올로 만들어질 수 있으며, 폴리에테르 TPU는 폴리에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드 및 부틸렌 옥사이드와 같은 폴리올로 만들어질 수 있다. TPU는 약 0.1 내지 95 중량%의 양으로 존재한다.
팽창성, 폴리포스페이트 난연성 조성물은 (i) 팽창성, 질소-함유 폴리포스페이트 및 (ii) 멜라민 또는 멜라민-유도체 보조-첨가제의 블렌드이다. 바람직하게는, 팽창성, 질소-함유 폴리포스페이트는 암모늄 폴리포스페이트, 피페라진 폴리포스페이트 또는 이들의 유도체이다. 더욱 바람직하게는, 팽창성, 질소-함유 폴리포스페이트는 피페라진 폴리포스페이트이다. 팽창성 난연제로서, 질소-함유 폴리포스페이트는 화염에 노출되는 경우, 팽윤 및 탄화(charring)하는 특징을 가진다. 팽창성, 폴리포스페이트 난연성 조성물은 약 0.1 내지 약 70 중량%의 양으로 존재한다.
본 발명의 조성물은 기타 비-할로겐 난연제, 예컨대, 금속 산화물, 금속 산화물 수화물, 금속 카르보네이트, 카르보네이트와 산 또는 산-발생 물질의 합, 시멘트, 요소 및 폴리알콜을 추가적으로 포함할 수 있다.
본 조성물은 기타 중합체, 예컨대, 비-올레핀 중합체, 폴리비닐 클로라이드, 에스테르-에테르 블록 공중합체, 에스테르/아미드 블록 공중합체, 올레핀 블록 공중합체 및 엔지니어링 플라스틱, 예컨대, 폴리카르보네이트, 폴리술폰 및 폴리이미드를 추가적으로 포함할 수 있다. 조성물은 기타 첨가제, 예컨대, 광물질 및 과산화물을 추가적으로 포함할 수 있다.
또 다른 실시태양에서, 본 발명은 각각의 전도체 또는 코어가 본원에 설명된 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물을 포함하는 난연성 층에 의해 둘러싸인, 하나 이상의 전기 전도체 또는 하나 이상의 전기 전도체의 코어를 포함하는 케이블이다.
그리고 또 다른 실시태양에서, 본 발명은 본원에 설명된 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물을 포함하는 압출 용품이다.
[실시예]
하기의 제한없는 실시예들이 본 발명을 설명한다.
시험
(1) 항복 강도 (psi);
(2) 피크에서의 인장 강도 (psi);
(3) 파단 시의 인장 강도 (psi);
(4) 파단 시의 연신율 (%);
(5) 1% 시컨트(Secant) 모듈러스 (psi);
(6) 2% 시컨트 모듈러스 (psi);
(7) 5% 시컨트 모듈러스 (psi); 및
(8) 연소되지 않은 플래그(Flag)의 연소 성질;
(9) 플래그의 시간 (sec);
(10) 전체 시간의 연소 성질 (sec);
(11) 완전히 연소되지 않음;
(12) 탄화 되지 않음 (플래그 미만 mm);
(13) 화염이 떨어지지 않음;
(14) 높은 용융 유동, 여기에서 1은 유동 없음 (최상), 5는 높은 유동; 및
(15) 전체 등급**; 최상(l)≫최악(5), 여기에서 #1 화염이 떨어지지 않음; #2 차르 길이; #3a 용융 유동 없음; #3b 연소되지 않은 플래그; #3c 플래그의 시간.
연소 시험
연소 시험을 수직 스트립 테스트(vertical strip test)에 의해 45 초간 바닥에서 수직 UL94 점화하여 수행하였다. 시험 표본들을 매립된 와이어 및 8'' 길이를 갖는 75-mil 플라크의 100-mil 스트립으로 준비하였다.
예시된 조성물
시험 표본들을 하기의 성분들을 사용하여 준비하였다:
(1) 77A의 쇼어 A(Shore A)경도, 1.17의 비중을 가지며, 다우 케미칼 컴퍼니(The Dow Chemical Company)로부터 입수가능한 펠레탄TM(PELLETHANETM) 2102-75A 카프로락톤 폴리에스테르 열가소성 폴리우레탄;
(2) 82A의 쇼어 A 경도, 1.13의 비중을 가지며, 다우 케미칼 컴퍼니로부터 입수가능한 펠레탄TM 2103-80AE 폴리에테르 열가소성 폴리우레탄;
(3) 2.16 kg 및 섭씨 190 도에서 측정된 때 3 dg/m의 용융 지수 및 40 %의 비닐 아세테이트 함량을 가지며, 이.아이. 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니(E. I. du Pont de Nemours and Company)로부터 입수가능한 엘박스TM(ELVAXTM) 40L-03 에틸렌/비닐 아세테이트 공중합체; 및
(4) 피페라진 폴리포스페이트 및 인산 화합물의 블렌드이고, 암파인 케미칼 코퍼레이션(Amfine Chemical Corporation) 또는 아데카 코퍼레이션(Adeka Corporation)으로부터 입수가능한 FP-2100TM 팽창성, 질소-함유 폴리포스페이트-계 난연제.
표 1은 두 개의 비교예 (비교예 1 및 2) 및 세 개의 본 발명의 실시예 (실시예 3-5)를 나타낸다. 각 양들은 중량%로 나타난다.
적절한 역학적 성질은 1500 psi 초과의 인장 강도 및 200 % 초과의 연신율을 포함한다. 난연 성능을 위해, 2 이하의 전체 화염 등급이 수용가능하다.
Claims (7)
- (a) 공중합체 중량에 기초하여 15 내지 40 중량% 범위의 에스테르 공단량체 함량 및 10 분 당 0.5 그램 내지 10 분 당 50 그램 범위의 용융 지수를 갖는 에틸렌/불포화 에스테르의 공중합체인 폴리올레핀 15 내지 45 중량%;
(b) 열가소성 폴리우레탄 15 내지 45 중량%; 및
(c) (i) 팽창성 질소 함유 폴리포스페이트 및
(ii) 멜라민 또는 멜라민-유도체 보조-첨가제
를 포함하는 팽창성 폴리포스페이트 난연성 조성물
을 포함하고,
513% 이상의 파단시의 연신율을 나타내는
난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물. - 제1항에 있어서, 상기 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물에 할로겐이 없는 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 팽창성 폴리포스페이트 난연성 조성물이 10 중량% 내지 70 중량%의 양으로 존재하는 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물.
- 제1항에 있어서, 상기 팽창성 질소-함유 폴리포스페이트가 암모늄 폴리포스페이트 및 피페라진 폴리포스페이트로 구성되는 군에서 선택되는 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물.
- 제4항에 있어서, 상기 팽창성 질소-함유 폴리포스페이트가 피페라진 폴리포스페이트인 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물.
- 하나 이상의 전기 전도체 또는 하나 이상의 전기 전도체의 코어를 포함하며, 각각의 전도체 또는 코어가 제1항 또는 제2항의 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물을 포함하는 난연성 층에 의해 둘러싸인 케이블.
- 제1항 또는 제2항의 난연성 폴리올레핀/열가소성 폴리우레탄 조성물을 포함하는 압출 용품.
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