KR20230097067A - 할로겐-무함유 난연성 중합체 조성물 - Google Patents
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Abstract
중합체 조성물은 결정화도 시험에 따라 측정 시 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 갖는 제1 에틸렌계 중합체; 결정화도 시험에 따라 측정 시 23℃에서 40 중량% 이하의 결정화도를 갖는 제2 에틸렌계 중합체; 및 40 중량% 이상의 할로겐-무함유 난연성 충전제를 포함한다.
Description
본 개시내용은 일반적으로 중합체 조성물, 및 보다 구체적으로는 미네랄 하이드레이트 및 미네랄 카르보네이트와 같은 미네랄 충전제를 포함하는 중합체 조성물에 관한 것이다.
폴리올레핀계 할로겐-무함유 난연성("HFFR"; halogen-free flame retardant) 케이블 재킷 조성물은 절연/재킷 물질의 난연성이 중요한 다양한 적용에 있어서 유용하다. 난연성은 종종 가연성 중합체 물질의 농도를 희석하고 열에 노출될 때 중합체의 분해 온도 미만에서 분해되는 미네랄 충전제의 첨가를 통해 달성된다. 미네랄 하이드레이트의 분해는 물을 방출하여, 화재원으로부터 열을 제거하고, 금속 카르보네이트의 분해는 기체/증기 상 희석제로서 작용하는 이산화탄소를 생성한다. 전통적인 HFFR 케이블 재킷 조성물은 실내, 건물, 기차, 자동차 또는 사람들이 있을 수 있는 모든 곳에서 사용된다. 많은 경우에, 폴리올레핀(또는 올레핀 중합체)은 에틸렌계 중합체이다.
폴리올레핀 와이어 및 케이블 제형에서 미네랄 충전제를 사용하는 것에는 단점이 다수 존재하며, 그 대부분은 난연성 사양을 충족하는데 필요한 상대적으로 높은 수준의 충전제에서 비롯된다. 폴리올레핀에서 40 중량 퍼센트(wt%) 이상의 충전제 적재량은 드문 일이 아니다. 충전제의 이러한 적재량은 HFFR 케이블 재킷 조성물 특성에 영향을 미치고, 밀도가 높고, 유연성이 제한되며 파단 시 인장 연신율과 같은 기계적 특성이 감소된 화합물로 이어진다.
무정형 또는 낮은 결정도 올레핀 중합체의 블렌드가 이러한 높은 충전제 적재물의 통합을 허용하기 위해 종종 사용되어야 한다. 중합체의 결정질 영역은 충전제를 수용할 수 없기 때문에 실온(즉, 23℃)에서 낮은 결정도는 충전제 적재를 늘리는 데 유리한 것으로 나타났다. 이와 같이, 올레핀 중합체는 결정질 분율이 감소함에 따라 (그리고 무정형 분율이 증가함에 따라) 더 큰 충전제 적재 수준을 허용한다. 높은 충전제 적재를 수용해, 파단 시 인장 연신율의 높은 값을 산출함에도 불구하고, 높은 무정형 분율을 가진 올레핀 중합체는 전형적으로 기계적 변형에 대한 저항성이 낮고, IEC 60811-508에 의해 관리되는 "고압" 또는 "핫 나이프(hot knife)" 압입 시험 등의 HFFR 케이블 재킷에 대한 전통적인 시험에서 불합격한다. 본질적으로, 결정화도로 인한 올레핀 중합체의 경도(모듈러스)와 중합체가 달성할 수 있는 최대 충전제 적재 사이에는 상충 관계가 존재한다. 기계적 변형에 대한 낮은 저항성을 극복하기 위해서, 올레핀 중합체의 가교결합을 수행하여 케이블 재킷 기계적 특성을 강화시킬 수 있지만, 이는 일반적으로 파단 시 인장 연신율에 악영향을 끼친다.
전술한 관점에서, IEC 60811-508에 따라 측정된 바 50% 미만의 핫 나이프 압입 및 ASTM D638에 따라 측정된 바 23℃에서 100% 이상의 파단 시 인장 연신율을 보이는 110℃에서 결정화도가 25 중량% 이상인 에틸렌계 중합체를 갖고 40 중량% 이상의 HFFR 함량을 갖는 중합체 조성물을 발견하는 것은 놀라운 일이다.
본 발명은 IEC 60811-508에 따라 측정된 바 50% 미만의 핫 나이프 압입 및 ASTM D638에 따라 측정된 바 23℃에서 100% 이상의 파단 시 인장 연신율을 보이는 110℃에서 결정화도가 25 중량% 이상인 에틸렌계 중합체 및 40 중량% 이상의 HFFR 함량을 갖는 중합체 조성물을 제공한다.
본 발명은 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 보유하는 중합체를 이용함으로써, 23℃에서 충분히 높은 파단 시 인장 연신율을 보유하도록 중합체 조성물의 최대 충전제 함량을 불필요하게 감소시키지 않으면서 중합체 조성물이 효과적으로 경화되어 핫 나이프 시험을 통과한다는 점을 발견한 결과이다. 중합체의 결정화도는 일반적으로 온도가 증가함에 따라 감소하나, 온도 단위당 결정화도의 감소율은 중합체마다 상이하다. 종래 사용된 중합체의 경우, 중합체는 상승된 온도에서 중합체의 결정화도의 손실로 인해 더 연성이 될 뿐 아니라, (23℃에서 충분히 높은 파단 시 인장 연신율을 보유하면서 전체 충전제 적재량에 영향을 미치는) 충전제 수용 능력이 23℃에서 높은 결정화도로 인해 부정적으로 영향을 받는다. 본질적으로, 충전제 수용 능력 (및 그에 따른 전체 충전제 적재량)은 궁극적으로 핫 나이프 시험을 통과하는 데 도움이 되지 않는 결정화도로 인해 감소한다. 이 관계는 일반적으로 실온에서의 결정화도에 초점이 맞추어져 있었기 때문에 선행 기술에서는 인지되지 않았다. 반대로, 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 보유하는 중합체의 본 발명의 사용으로, 중합체 조성물은 핫 나이프 시험을 통과할 정도로 충분히 단단해질 뿐만 아니라, 또한 23℃에서 충분히 높은 파단 시 인장 연신율을 보유하면서 40 중량% 이상의 HFFR 함량을 통합할 수 있다. 놀랍게도, 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도는 핫 나이프 시험을 통과하기에 충분하다고 밝혀져 있다.
본 발명은 코팅된 전도체에 사용하기에 특히 유용하다.
본 개시내용의 제1 특징에 따르면, 중합체 조성물은 결정화도 시험에 따라 측정 시 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 갖는 제1 에틸렌계 중합체; 결정화도 시험에 따라 측정 시 23℃에서 40 중량% 이하의 결정화도를 갖는 제2 에틸렌계 중합체; 및 40 중량% 이상의 할로겐-무함유 난연성 충전제를 포함한다.
본 개시내용의 제2 특징에 따르면, 할로겐-무함유 난연성 충전제는 수산화마그네슘이다.
본 개시내용의 제3 특징에 따르면, 중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 40 중량% 내지 65 중량%의 수산화마그네슘을 포함한다.
본 개시내용의 제4 특징에 따르면, 중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 40 중량%의 제2 에틸렌계 중합체를 포함한다.
본 개시내용의 제5 특징에 따르면, 중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 40 중량%의 제1 에틸렌계 중합체를 포함한다.
본 개시내용의 제6 특징에 따르면, 제1 에틸렌계 중합체는 밀도가 0.925 g/cc 내지 0.950 g/cc이다.
본 개시내용의 제7 특징에 따르면, 제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D792에 따라 측정 시 0.910 g/cc 내지 0.935 g/cc 범위의 밀도를 갖는 저-밀도 성분을 포함한다.
본 개시내용의 제8 특징에 따르면, 제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D792에 따라 측정 시 0.945 g/cc 내지 0.965 g/cc 범위의 밀도를 갖는 고-밀도 성분을 포함한다.
본 개시내용의 제9 특징에 따르면, 제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D3895에 따라 측정 시 200℃에서 20분 이상의 산화 유도 시간을 갖는다.
본 개시내용의 제10 특징에 따르면, 코팅된 전도체는 전도체, 및 전도체 주위에 적어도 부분적으로 배치된 중합체 조성물을 포함한다.
본원에 사용된 용어 "및/또는"은 둘 이상의 항목의 목록에 사용될 때, 열거된 항목 중 임의의 하나가 단독으로 이용될 수 있거나, 열거된 항목 중 둘 이상의 임의의 조합이 이용될 수 있는 것을 의미한다. 예를 들어, 조성물이 성분 A, B, 및/또는 C를 함유하는 것으로 기재된 경우, 조성물은 A 단독; B 단독; C 단독; A와 B를 조합해; A와 C를 조합해; B와 C를 조합해; 또는 A, B 및 C를 조합해 함유할 수 있다.
달리 명시되지 않는 한, 모든 범위는 말단점을 포함한다.
시험 방법은 날짜가 시험 방법 번호와 하이픈으로 연결된 두 자리 숫자로 표시되지 않는 한, 이 문서의 우선일을 기준으로 가장 최근의 시험 방법을 지칭한다. 시험 방법에 대한 참조는 시험 협회 및 시험 방법 번호에 대한 참조 모두를 포함한다. 시험 방법 조직은 다음 약어들 중 하나에 의해 참고된다: ASTM은 ASTM International(이전에는 American Society for Testing and Materials로 공지됨)을 나타내고; IEC는 International Electrotechnical Commission을 나타내고; EN은 European Norm을 나타내고; DIN은 Deutsches Institut fur Normung을 나타내고; ISO는 International Organization for Standards를 나타낸다.
본원에 사용된 중량 퍼센트("중량%")라는 용어는, 달리 특정된 바 없는 경우, 중합체 조성물의 총 중량에 대한 한 성분의 중량 백분율을 지칭한다.
본원에서 용융 지수(I2) 값은, 섭씨 190도(℃)에서 2.16 킬로그램(Kg) 질량으로 ASTM 방법 D1238에 의해 결정된 값을 지칭하고, 10분당 용리되는 그램 단위로 제공된다("g/10분").
본원에서 밀도 값은 23℃에서 ASTM D792에 따라 결정된 값을 지칭하고, 입방 센티미터당 그램 단위("g/cc")로 제공된다.
본원에서 이용되는 바와 같이, 화학 초록 서비스(Chemical Abstract Services) 등록 번호("CAS#")는 화학 초록 서비스에 의해 이 문서의 우선일을 기준으로 화학 화합물에 가장 최근에 부여된 고유한 숫자 식별자를 지칭한다.
중합체 조성물
본 개시내용은 중합체 조성물에 관한 것이다. 중합체 조성물은 제1 에틸렌계 중합체, 제2 에틸렌계 중합체 및 할로겐-무함유 난연성 충전제를 포함한다.
에틸렌계 중합체
상기 언급된 바와 같이, 중합체 조성물은 제1 에틸렌계 중합체 및 제2 에틸렌계 중합체를 포함한다. 본원에 사용된 "에틸렌계 중합체"는 단량체의 50 중량% 초과가 에틸렌이지만, 다른 공단량체도 또한 이용될 수 있는 중합체이다. "중합체"는 함께 결합되는 동일하거나 상이한 유형의 다수의 단량체를 포함한 거대 분자 화합물을 의미하며, 단독중합체와 혼성중합체를 포함한다. "혼성중합체"는 함께 결합된 적어도 2개의 상이한 단량체 유형을 포함한 중합체를 의미한다. 혼성중합체는 (통상 2개의 상이한 단량체 유형으로부터 제조된 중합체를 지칭하는데 이용된) 공중합체, 및 2개 초과의 상이한 단량체 유형으로부터 제조된 중합체(예를 들어, 삼원중합체(3개의 상이한 단량체 유형)와 사원중합체(4개의 상이한 단량체 유형))를 포함한다. 에틸렌계 중합체는 에틸렌 단독중합체일 수 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, "단독중합체"는 단일 단량체 유형으로부터 유도된 반복 단위를 포함하는 중합체를 나타내지만, 촉매, 개시제, 용매, 및 사슬 전달제와 같이, 단독중합체의 제조에 사용되는 다른 성분들의 잔류량을 배제하지 않는다.
에틸렌계 중합체는 50 중량% 이상, 60 중량% 이상, 70 중량% 이상, 80 중량% 이상, 85 중량% 이상, 90 중량% 이상, 또는 91 중량% 이상, 또는 92 중량% 이상, 또는 93 중량% 이상, 또는 94 중량% 이상, 또는 95 중량% 이상, 또는 96 중량% 이상, 또는 97 중량% 이상, 또는 97.5 중량% 이상, 또는 98 중량% 이상, 또는 99 중량% 이상, 동시에, 100 중량% 이하, 99.5 중량% 이하, 또는 99 중량% 이하, 또는 98 중량% 이하, 또는 97 중량% 이하, 또는 96 중량% 이하, 또는 95 중량% 이하, 또는 94 중량% 이하, 또는 93 중량% 이하, 또는 92 중량% 이하, 또는 91 중량% 이하, 또는 90 중량% 이하, 또는 85 중량% 이하, 또는 80 중량% 이하, 또는 70 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하의 에틸렌을 포함할 수 있다(핵 자기 공명(NMR) 또는 푸리에-변환 적외선(FTIR) 분광법을 사용하여 측정됨). 적합한 에틸렌계 중합체의 비제한적인 예는 에틸렌/알파-올레핀(α-올레핀) 공중합체, 에틸렌/C3-C8 알파-올레핀 공중합체, 에틸렌/C4-C8 알파-올레핀 공중합체, 및 에틸렌과 하기 공단량체 중 하나 이상의 공중합체를 포함한다: 아크릴레이트, (메트)아크릴산, (메트)아크릴산 에스테르, 일산화탄소, 말레산 무수물, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 말레산의 모노 에스테르, 말레산의 디에스테르, 비닐 트리알콕시실란, 비닐 트리알킬 실란 및 이들의 임의의 조합. 적합한 에틸렌계 중합체는 또한 이들 공단량체가 에틸렌계 중합체에 그래프팅된 것을 포함한다. 에틸렌계 중합체의 다른 단위는 C3, 또는 C4, 또는 C6, 또는 C8, 또는 C10, 또는 C12, 또는 C16, 또는 C18, 또는 C20 α-올레핀, 예컨대 프로필렌, 1-부텐, 1-헥센, 4-메틸-1-펜텐, 및 1-옥텐을 포함한다.
에틸렌계 중합체는 단봉형 또는 다봉형 분자량 분포를 가질 수 있고, 단독으로 또는 하나 이상의 다른 유형의 에틸렌계 중합체(예를 들어, 단량체 조성과 함량, 제조를 위한 촉매 방법, 분자량, 분자량 분포, 밀도 등이 서로 다른 둘 이상의 에틸렌계 중합체들의 블렌드)와 조합하여 사용될 수 있다. 에틸렌계 중합체의 블렌드가 이용되는 경우, 중합체는 임의의 반응기-내 또는 반응기-이후 공정에 의해 블렌딩될 수 있다.
중합체 조성물은 제1 에틸렌계 중합체 및 제2 에틸렌계 중합체를 포함한다. 중합체 조성물에 사용된 제1 에틸렌계 중합체 및 제2 에틸렌계 중합체는 밀도, 용융 유동 지수, 화학적 성분, 분자량 분포, 상이한 온도에서의 결정화도 및 산화 유도 시간이 서로 상이할 수 있다.
제1 에틸렌계 중합체
제1 에틸렌계 중합체는 0.925 g/cc 내지 0.950 g/cc의 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 에틸렌계 중합체의 밀도는 0.925 g/cc 이상, 또는 0.930 g/cc 이상, 또는 0.935 g/cc 이상, 또는 0.940 g/cc 이상, 또는 0.945 g/cc 이상, 동시에, 0.950 g/cc 이하, 또는 0.945 g/cc 이하, 또는 0.940 g/cc 이하, 또는 0.935 g/cc 이하, 또는 0.930 g/cc 이하일 수 있다.
제1 에틸렌계 중합체는 0.1 g/10분 내지 5 g/10분의 용융 지수를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 에틸렌계 중합체의 용융 지수는 0.1 g/10분 이상, 또는 0.5 g/10분 이상, 또는 1.0 g/10분 이상, 또는 1.5 g/10분 이상, 또는 2.0 g/10분 이상, 또는 2.5 g/10분 이상, 또는 3.0 g/10분 이상, 또는 3.5 g/10분 이상, 또는 4.0 g/10분 이상, 또는 4.5 g/10분 이상, 동시에, 5.0 g/10분 이하, 또는 4.5 g/10분 이하, 또는 4.0 g/10분 이하, 또는 3.5 g/10분 이하, 또는 3.0 g/10분 이하, 또는 2.5 g/10분 이하, 또는 2.0 g/10분 이하, 또는 1.5 g/10분 이하, 또는 1.0 g/10분 이하, 또는 0.5 g/10분 이하일 수 있다. 용융 지수는 190℃ 및 2.16 kg에서 ASTM D1238에 따라 측정된다.
다봉형 특정예에서, 제1 에틸렌계 중합체는 고분자량("저밀도") 성분 및 저분자량("고밀도") 성분을 포함한다.
에틸렌계 중합체의 저밀도 성분은 0.910 g/cc 내지 0.935 g/cc의 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 에틸렌계 중합체의 저밀도 성분의 밀도는 0.910 g/cc 이상, 또는 0.915 g/cc 이상, 또는 0.920 g/cc 이상, 또는 0.925 g/cc 이상, 또는 0.930 g/cc 이상, 동시에, 0.935 g/cc 이하, 또는 0.930 g/cc 이하, 또는 0.925 g/cc 이하, 또는 0.920 g/cc 이하, 또는 0.915 g/cc 이하일 수 있다.
제1 에틸렌계 중합체의 저밀도 성분은 0.1 g/10분 내지 1.0 g/10분의 용융 지수를 가질 수 있다. 예를 들어, 저밀도 성분의 용융 지수는 0.01 g/10분 이상, 또는 0.1 g/10분 이상, 또는 0.2 g/10분 이상, 또는 0.3 g/10분 이상, 또는 0.4 g/10분 이상, 또는 0.5 g/10분 이상, 또는 0.6 g/10분 이상, 또는 0.7 g/10분 이상, 또는 0.8 g/10분 이상, 또는 0.9 g/10분 이상, 동시에, 1.0 g/10분 이하, 또는 0.9 g/10분 이하, 또는 0.8 g/10분 이하, 또는 0.7 g/10분 이하, 또는 0.6 g/10분 이하, 또는 0.5 g/10분 이하, 또는 0.4 g/10분 이하, 또는 0.3 g/10분 이하, 또는 0.2 g/10분 이하, 또는 0.1 g/10분 이하일 수 있다. 용융 지수는 190℃ 및 2.16 kg에서 ASTM D1238에 따라 측정된다.
제1 에틸렌계 중합체의 고밀도 성분은 0.945 g/cc 내지 0.965 g/cc의 밀도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 에틸렌계 중합체의 고밀도 성분의 밀도는 0.945 g/cc 이상, 또는 0.950 g/cc 이상, 또는 0.955 g/cc 이상, 또는 0.960 g/cc 이상, 동시에, 0.965 g/cc 이하, 또는 0.960 g/cc 이하, 또는 0.955 g/cc 이하, 또는 0.950 g/cc 이하일 수 있다.
제1 에틸렌계 중합체의 고밀도 성분은 2.0 g/10분 내지 200 g/10분의 용융 지수를 가질 수 있다. 예를 들어, 고밀도 성분의 용융 지수는 2.0 g/10분 이상, 또는 10 g/10분 이상, 또는 20 g/10분 이상, 또는 50 g/10분 이상, 또는 100 g/10분 이상, 또는 150 g/10분 이상, 동시에, 200 g/10분 이하, 또는 150 g/10분 이하, 또는 100 g/10분 이하, 또는 50 g/10분 이하, 또는 20 g/10분 이하, 또는 10 g/10분 이하, 또는 5 g/10분 이하일 수 있다. 용융 지수는 190℃ 및 2.16 kg에서 ASTM D1238에 따라 측정된다.
제1 에틸렌계 중합체는 결정화도 시험에 따라 측정 시 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 갖는다. 결정화도 시험은 하기 실시예 섹션에서 자세히 정의된다. 제1 에틸렌계 중합체는 결정화도 시험에 따라 측정 시 110℃에서, 25 중량% 이상, 또는 30 중량% 이상, 또는 35 중량% 이상, 또는 40 중량% 이상, 또는 45 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상, 또는 55 중량% 이상, 또는 60 중량% 이상, 또는 65 중량% 이상, 동시에, 70 중량% 이하, 또는 65 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하, 또는 55 중량% 이하, 또는 50 중량% 이하, 또는 45 중량% 이하, 또는 40 중량% 이하, 또는 35 중량% 이하, 또는 30 중량% 이하의 결정화도를 가질 수 있다. 제1 에틸렌계 중합체는 결정화도 시험에 따라 측정 시 23℃에서 40 중량% 내지 70 중량%의 결정화도를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 에틸렌계 중합체는 결정화도 시험에 따라 측정 시 23℃에서 40 중량% 이상, 또는 45 중량% 이상, 또는 50 중량% 이상, 또는 55 중량% 이상, 또는 60 중량% 이상, 또는 65 중량% 이상, 동시에, 70 중량% 이하, 또는 65 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하, 또는 55 중량% 이하, 또는 50 중량% 이하, 또는 45 중량% 이하의 결정화도를 가질 수 있다.
제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D3895에 따라 측정 시 200℃에서 20분 이상의 산화 유도 시간("OIT")을 갖는다. 예를 들어, 제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D3895에 따라 측정 시 200℃에서 20분 이상, 또는 30분 이상, 또는 40분 이상, 또는 50분 이상, 또는 60분 이상, 또는 70분 이상, 또는 80분 이상, 또는 90분 이상, 또는 100분 이상, 또는 110분 이상, 또는 120분 이상, 또는 130분 이상, 또는 140분 이상, 또는 150분 이상, 동시에, 160분 이하, 또는 150분 이하, 또는 140분 이하, 또는 130분 이하, 또는 120분 이하, 또는 110분 이하, 또는 100분 이하, 또는 90분 이하, 또는 80분 이하, 또는 70분 이하, 또는 60분 이하의 산화 유도 시간을 가질 수 있다. 200℃에서 증가된 OIT 값은 열 노출 후 중합체 조성물의 모듈러스의 저하에 유리하게 저항하여, 핫 나이프 시험에서 더 나은 성능을 가능하게 하는 것으로 여겨진다.
중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 또는 15 중량% 이상, 또는 20 중량% 이상, 또는 25 중량% 이상, 또는 30 중량% 이상, 또는 35 중량% 이상, 동시에, 40 중량% 이하, 또는 35 중량% 이하, 또는 30 중량% 이하, 또는 25 중량% 이하, 또는 20 중량% 이하, 또는 15 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하의 제1 에틸렌계 중합체를 포함할 수 있다.
제2 에틸렌계 중합체
제2 에틸렌계 중합체는 ASTM D792에 따라 측정 시, 0.860 g/cc 이상, 또는 0.865 g/cc 이상, 또는 0.870 g/cc 이상, 또는 0.880 g/cc 이상, 또는 0.885 g/cc 이상, 또는 0.890 g/cc 이상, 또는 0.900 g/cc 이상, 또는 0.910 g/cc 이상, 또는 0.920 g/cc 이상, 동시에, 1.000 g/cc 이하, 또는 0.990 g/cc 이하, 또는 0.980 g/cc 이하, 또는 0.970 g/cc 이하, 또는 0.960 g/cc 이하, 또는 0.950 g/cc 이하, 또는 0.940 g/cc 이하, 또는 0.930 g/cc 이하, 또는 0.920 g/cc 이하, 또는 0.910 g/cc 이하, 또는 0.900 g/cc 이하, 또는 0.890 g/cc 이하, 또는 0.880 g/cc 이하, 또는 0.870 g/cc 이하의 밀도를 가질 수 있다.
제2 에틸렌계 중합체는 1 g/10분 이상, 또는 2 g/10분 이상, 3 g/10분 이상, 4 g/10분 이상, 5 g/10분 이상, 6 g/10분 이상, 7 g/10분 이상, 8 g/10분 이상, 9 g/10분 이상, 10 g/10분 이상, 또는 11 g/10분 이상, 또는 12 g/10분 이상, 13 g/10분 이상, 14 g/10분 이상, 15 g/10분 이상, 16 g/10분 이상, 17 g/10분 이상, 18 g/10분 이상, 19 g/10분 이상, 동시에, 20 g/10분 이하, 또는 19 g/10분 이하, 또는 18 g/10분 이하, 또는 17 g/10분 이하, 또는 16 g/10분 이하, 또는 15 g/10분 이하, 또는 14 g/10분 이하, 또는 13 g/10분 이하, 또는 12 g/10분 이하, 또는 11 g/10분 이하, 또는 10 g/10분 이하, 또는 9 g/10분 이하, 또는 8 g/10분 이하, 또는 7 g/10분 이하, 또는 6 g/10분 이하, 또는 5 g/10분 이하, 또는 4 g/10분 이하, 또는 3 g/10분 이하, 또는 2 g/10분 이하의 용융 지수를 가질 수 있다. 용융 지수는 190℃ 및 2.16 kg에서 ASTM D1238에 따라 측정된다.
제2 에틸렌계 중합체는 결정화도 시험에 따라 측정 시 23℃에서 40 중량% 이하의 결정화도를 갖는다. 예를 들어, 제2 에틸렌계 중합체는 결정화도 시험에 따라 측정 시 23℃에서 40 중량% 이하, 또는 35 중량% 이하, 또는 30 중량% 이하, 또는 25 중량% 이하, 또는 20 중량% 이하, 또는 15 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하, 또는 0 중량%, 동시에, 1 중량% 이상, 또는 5 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 또는 15 중량% 이상, 또는 20 중량% 이상, 또는 25 중량% 이상, 또는 30 중량% 이상, 또는 35 중량% 이상의 결정화도를 가질 수 있다.
중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 또는 15 중량% 이상, 또는 20 중량% 이상, 또는 25 중량% 이상, 또는 30 중량% 이상, 또는 35 중량% 이상, 동시에, 40 중량% 이하, 또는 35 중량% 이하, 또는 30 중량% 이하, 또는 25 중량% 이하, 또는 20 중량% 이하, 또는 15 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하의 제2 에틸렌계 중합체를 포함할 수 있다.
일부 예에서, 중합체 조성물은 에틸렌과 아크릴레이트, (메트)아크릴산, (메트)아크릴 에스테르, 일산화탄소, 말레산 무수물, 비닐 아세테이트, 비닐 프로피오네이트, 말레산의 모노 에스테르, 말레산의 디에스테르, 비닐 트리알콕시실란, 비닐 트리알킬 실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 공단량체(공중합되거나 그래프팅됨) 중 하나 이상과의 공중합체인 제2 에틸렌계 중합체를 포함할 수 있다. 중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 0 중량% 이상, 또는 1 중량% 이상, 또는 2 중량% 이상, 또는 3 중량% 이상, 또는 4 중량% 이상, 또는 5 중량% 이상, 또는 6 중량% 이상, 또는 7 중량% 이상, 또는 8 중량% 이상, 또는 9 중량% 이상, 또는 10 중량% 이상, 또는 15 중량% 이상, 또는 20 중량% 이상, 또는 25 중량% 이상, 동시에, 30 중량% 이하, 또는 25 중량% 이하, 또는 20 중량% 이하, 또는 15 중량% 이하, 또는 10 중량% 이하, 또는 9 중량% 이하, 또는 8 중량% 이하, 또는 7 중량% 이하, 또는 6 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하, 또는 4 중량% 이하, 또는 3 중량% 이하, 또는 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 농도의 제2 에틸렌계 중합체의 그러한 예일 수 있다.
일부 예에서, 중합체 조성물은 말레에이트화 제2 에틸렌계 중합체를 포함할 수 있다. 본원에 사용된 용어 "말레에이트화"는 말레산 무수물 단량체를 혼입하도록 개질되었던 에틸렌계 중합체를 나타낸다. 말레에이트화 에틸렌계 중합체는, 말레산 무수물 단량체를 에틸렌 및 기타 단량체(존재하는 경우)와 공중합시켜 말레산 무수물이 중합체 골격에 혼입된 혼성중합체를 제조함으로써 형성할 수 있다. 추가로 또는 대안적으로, 말레산 무수물은 에틸렌계 중합체에 그래프트-중합될 수 있다. 제2 에틸렌계 중합체의 말레에이트화 예는 중합체 조성물의 에틸렌계 중합체와 HFFR 사이의 상용화제로서 작용하는 데 유용할 수 있다.
말레에이트화 제2 에틸렌계 중합체는 말레에이트화 제2 에틸렌계 중합체의 총 중량을 기준으로 0.25 중량% 이상, 또는 0.50 중량% 이상, 또는 0.75 중량% 이상, 또는 1.00 중량% 이상, 또는 1.25 중량% 이상, 또는 1.50 중량% 이상, 또는 1.75 중량% 이상, 또는 2.00 중량% 이상, 또는 2.25 중량% 이상, 또는 2.50 중량% 이상, 또는 2.75 중량% 이상, 동시에, 3.00 중량% 이하, 또는 2.75 중량% 이하, 또는 2.50 중량% 이하, 또는 2.25 중량% 이하, 또는 2.00 중량% 이하, 또는 1.75 중량% 이하, 또는 1.50 중량% 이하, 또는 1.25 중량% 이하, 또는 1.00 중량% 이하, 또는 0.75 중량% 이하, 또는 0.5 중량% 이하의 말레산 무수물 함량을 가질 수 있다. 말레산 무수물 농도는 적정 분석에 의해 결정된다. 적정 분석은 건조된 수지를 이용하여 수행하고, 0.02 N KOH로 적정하여 말레산 무수물의 양을 결정한다. 건조된 중합체는 0.3 내지 0.5 그램의 말레에이트화 중합체를 약 150 mL의 환류 자일렌 중에 용해시킴으로써 적정된다. 완전히 용해되면, 탈이온수(4 방울)를 용액에 첨가하고, 용액을 1시간 동안 환류시킨다. 다음으로, 1%의 티몰 블루(몇 방울)를 용액에 첨가하고, 용액을 자주색의 형성에 의해 지시되는 에탄올 중의 0.02 N KOH로 과적정한다. 이어서, 용액을 이소프로판올 중의 0.05 N HCl로 황색 말단점으로 역적정한다.
중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 0 중량% 이상, 또는 1 중량% 이상, 또는 2 중량% 이상, 또는 3 중량% 이상, 또는 4 중량% 이상, 또는 5 중량% 이상, 또는 6 중량% 이상, 또는 7 중량% 이상, 또는 8 중량% 이상, 또는 9 중량% 이상, 동시에, 10 중량% 이하, 또는 9 중량% 이하, 또는 8 중량% 이하, 또는 7 중량% 이하, 또는 6 중량% 이하, 또는 5 중량% 이하, 또는 4 중량% 이하, 또는 3 중량% 이하, 또는 2 중량% 이하, 또는 1 중량% 이하의 말레에이트화 제2 에틸렌계 중합체를 포함할 수 있다.
할로겐-무함유 난연성 충전제
중합체 조성물의 할로겐-무함유 난연제는 화염의 생성을 저해하거나, 억제하거나 지연시킬 수 있다. 중합체 조성물에 사용하기 적합한 할로겐-무함유 난연제의 예는 금속 하이드레이트, 금속 카르보네이트, 적인, 실리카, 알루미나, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 산화티타늄, 탄소 나노튜브, 활석, 점토, 유기-개질된 점토, 탄산칼슘, 붕산아연, 삼산화안티모니, 규회석, 운모, 옥타몰리브덴산암모늄, 프릿, 중공 유리 마이크로스피어, 팽창성 화합물, 팽창 흑연 및 이들의 조합을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 일 실시형태에서, 할로겐-무함유 난연제는 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 탄산칼슘 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다. 할로겐-무함유 난연제는 선택적으로 8개 내지 24개의 탄소 원자, 또는 12개 내지 18개의 탄소 원자를 갖는 포화 또는 불포화 카르복실산, 또는 상기 산의 금속염으로 표면 처리(코팅)될 수 있다. 예의 표면 처리는 US 4,255,303, US 5,034,442, US 7,514,489, US 2008/0251273, 및 WO 2013/116283에 기술된다. 대안적으로, 표면 처리 절차를 사용하기보다는 산 또는 염이 유사 양으로 단지 조성물에 첨가될 수 있다. 실란, 티타네이트, 포스페이트 및 지르코네이트를 포함하는 당업계에 공지된 다른 표면 처리가 또한 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에서 사용에 적합한 할로겐-무함유 난연제의 상업적으로 입수 가능한 예시는 Nabaltec AG로부터 입수 가능한 APYRAL™ 40CD 수산화알루미늄, Magnifin Magnesiaprodukte GmbH & Co KG로부터 입수 가능한 MAGNIFIN™ H5 수산화마그네슘, Reverte로부터 입수 가능한 Microcarb 95T 초미분화 및 처리된 탄산칼슘 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다.
중합체 조성물은 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 40 중량% 이상, 또는 42 중량% 이상, 또는 44 중량% 이상, 또는 46 중량% 이상, 또는 48% 이상, 또는 50 중량% 이상, 또는 52 중량% 이상, 또는 54 중량% 이상, 또는 56 중량% 이상, 또는 58% 이상, 또는 60 중량% 이상, 또는 62 중량% 이상, 또는 64 중량% 이상, 또는 66 중량% 이상, 또는 68% 이상, 또는 70 중량% 이상, 또는 72 중량% 이상, 또는 74 중량% 이상, 또는 76 중량% 이상, 또는 78% 이상, 동시에, 80 중량% 이하, 또는 78 중량% 이하, 또는 76 중량% 이하, 또는 74 중량% 이하, 또는 72 중량% 이하, 또는 70 중량% 이하, 또는 68 중량% 이하, 또는 66 중량% 이하, 또는 64 중량% 이하, 또는 62 중량% 이하, 또는 60 중량% 이하, 또는 58 중량% 이하, 또는 56 중량% 이하, 또는 54 중량% 이하, 또는 52 중량% 이하, 또는 50 중량% 이하, 또는 48 중량% 이하, 또는 46 중량% 이하, 또는 44 중량% 이하, 또는 42 중량% 이하인 농도의 HFFR 충전제를 포함할 수 있다.
첨가제
중합체 조성물은 항산화제, 가교결합성 보조-제제(co-agent), 경화 부스터 및 그을음 지연제, 가공 보조제(processing aid), 커플링제, (UV 흡수제를 포함한) 자외선 안정화제, 정전기 방지제, 추가적인 핵 형성제, 슬립제(slip agent), 윤활제, 점도 조절제, 점착부여제, 블로킹-방지제, 계면활성제, 신전유, 산 제거제, 난연제, 적하 방지제(anti-drip agent)(예, 에틸렌 비닐 아세테이트) 및 금속 불활성화제의 형태로 추가적인 첨가제를 포함할 수 있다. 중합체 조성물은 0.01 중량% 내지 20 중량%의 하나 이상의 추가적인 첨가제를 포함할 수 있다.
UV 광 안정화제는 힌더드 아민 광 안정화제("HALS") 및 UV 광 흡수제("UVA") 첨가제를 포함할 수 있다. 대표적인 UVA 첨가제는 벤조트리아졸 유형, 예컨대 Ciba, Inc.에서 상업적으로 이용 가능한 TINUVIN 326TM 광 안정화제 및 TINUVIN 328TM 광 안정화제를 포함한다. HALS 과 UVA 첨가제의 블렌드가 또한 유효하다.
항산화제는 힌더드 페놀, 예컨대 테트라키스[메틸렌(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시히드로-신나메이트)]메탄; 비스[(베타-(3,5-디tert-부틸-4-히드록시벤질) 메틸카르복시에틸)]-술피드, 4,4'-티오비스(2-메틸-6-tert-부틸페놀), 4,4'-티오비스(2-tert-부틸-5-메틸페놀), 2,2'-티오비스(4-메틸-6-tert-부틸페놀), 및 티오디에틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸-4-히드록시)-히드로신나메이트; 포스파이트 및 포스포나이트, 예컨대 트리스(2,4-디-tert-부틸페닐)포스파이트 및 디-tert-부틸페닐-포스포나이트; 티오 화합물, 예컨대 디라우릴티오디프로피오네이트, 디미리스틸티오디프로피오네이트, 및 디스테아릴티오디프로피오네이트; 다양한 실록산; 중합된 2,2,4-트리메틸-1,2-디히드로퀴놀린, n,n'-비스(1,4-디메틸펜틸-p-페닐렌디아민), 알킬화 디페닐아민, 4,4'-비스(알파, 알파-디메틸벤질)디페닐아민, 디페닐-p-페닐렌디아민, 혼합된 디-아릴-p-페닐렌디아민, 및 기타 힌더드 아민 분해방지제 또는 안정화제를 포함할 수 있다.
가공 보조제는 아연 스테아레이트 또는 칼슘 스테아레이트와 같은 카르복실산의 금속 염; 스테아르산, 올레산 또는 에루크산과 같은 지방산; 스테아르아미드, 올레아미드, 에루카미드, 또는 N, N'-에틸렌 비스-스테아르아미드와 같은 지방 아미드; 폴리에틸렌 왁스; 산화 폴리에틸렌 왁스; 에틸렌 옥시드의 중합체; 에틸렌 옥시드 및 프로필렌 옥시드의 공중합체; 식물성 왁스; 석유 왁스; 비이온성 계면활성제; 실리콘 유체 및 폴리실록산을 포함할 수 있다.
배합(compounding) 및 코팅된 전도체 형성
중합체 조성물의 성분들은 용융 블렌딩을 위해 배치(batch) 또는 연속 믹서에 첨가되어 용융-블렌딩된 조성물을 형성할 수 있다. 성분들은 임의의 순서로 첨가되거나, 또는 다른 성분들과 블렌딩하기 위해 하나 이상의 마스터배치를 먼저 제조할 수 있다. 용융 블렌딩은 최고 용융 중합체의 용융점보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 용융-블렌딩된 조성물은 이후 압출기 또는 주입-성형 기계로 전달되거나, 또는 원하는 물품으로 성형하기 위해 다이를 통과하거나, 또는 저장을 위해 또는 다음 성형 또는 가공 단계에 공급하기 위한 물질을 제조하기 위해 펠릿, 테이프, 스트립 또는 필름 또는 몇몇 다른 형태로 전환된다. 선택적으로, 펠릿 또는 몇몇 유사한 구성으로 성형되는 경우, 펠릿 등은 이후 블로킹-방지제로 피복되어, 저장하는 동안 취급이 용이해질 수 있다.
사용된 배합 장비의 예로는 BANBURYTM 또는 BOLLINGTM 내부 믹서와 같은 내부 배치 믹서가 포함된다. 대안적으로, FARRELLTM 연속 믹서, WERNERTM 및 PFLEIDERERTM 이축 스크루 믹서 또는 BUSSTM 반죽 연속 압출기와 같은 연속 단일 또는 이축 스크루 믹서를 사용할 수 있다. 이용된 믹서의 유형과 믹서의 가동 조건은, 조성물의 특성, 예컨대 점도, 부피 저항성, 및 압출된 표면 평활도에 영향을 줄 수 있다.
코팅된 전도체는 중합체 조성물로부터 제조될 수 있다. 코팅된 전도체는 전도체 및 코팅을 포함한다. 코팅은 중합체 조성물을 포함한다. 중합체 조성물은 전도체 주위에 적어도 부분적으로 배치되어 코팅된 전도체를 제조한다. 전도체는 전도성 금속 또는 광학적으로 투명한 구조를 포함할 수 있다.
코팅된 전도체의 제조 방법은 중합체 조성물을 압출기 내의 중합체 성분의 적어도 용융 온도로 혼합 및 가열하여 중합체 용융 블렌드를 형성하는 단계, 및 이어서 중합체 용융 블렌드를 전도체 상에 코팅하는 단계를 포함한다. 용어 "상에"는 중합체 용융 블렌드와 전도체 사이의 직접 접촉 또는 간접 접촉을 포함한다. 중합체 용융 블렌드는 압출 가능한 상태이다.
중합체 조성물은 전도체 주위 상에 및/또는 주위에 배치되어 코팅을 형성한다. 코팅은 절연층과 같은 하나 이상의 내부층일 수 있다. 코팅은 전도체를 전체적으로 또는 부분적으로 피복하거나, 달리 둘러싸거나, 감쌀 수 있다. 코팅은 전도체를 둘러싸는 유일한 성분일 수 있다. 대안적으로, 코팅은 전도체를 감싸는 다층 재킷 또는 외피 중의 하나의 층일 수 있다. 코팅은 전도체와 직접 접촉할 수 있다. 코팅은 전도체를 둘러싸는 절연층과 직접 접촉할 수 있다.
실시예
재료
이하의 재료가 아래의 실시예에 이용된다.
2EP(A)는 0.885 g/cc의 밀도, 1.0 g/10분의 용융 지수, 23℃에서 23 중량%의 결정화도를 보이는 옥텐 공단량체를 갖는 에틸렌계 중합체로서, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
2EP(B)는 0.865 g/cc의 밀도 및 5.0 g/10분의 용융 지수, 23℃에서 9 중량%의 결정화도를 보이는 부텐 공단량체를 갖는 에틸렌계 중합체로서, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
LLDPE는 0.92 g/cc의 밀도, 1.0 g/10분의 용융 지수, 52 중량%의 전체 결정화도, 23℃에서 50 중량%의 결정화도, 110℃에서 20 중량%의 결정화도, 200℃에서 25분의 OIT를 갖는 선형 저밀도 폴리에틸렌이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
1EP(A)는 0.931 g/cc의 밀도, 0.70 g/10분의 용융 지수, 57 중량%의 총 결정화도, 23℃에서 56 중량%의 결정화도, 110℃에서 35 중량%의 결정화도, 200℃에서 123분의 OIT를 갖는 에틸렌계 중합체이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
1EP(B)는 0.941 g/cc의 밀도, 0.55 g/10분의 용융 지수, 66 중량%의 총 결정화도, 23℃에서 65 중량%의 결정화도, 110℃에서 50 중량%의 결정화도, 200℃에서 146분의 OIT를 갖는 에틸렌계 중합체이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
1EP(C)는 0.940 g/cc의 밀도, 1.0 g/10분의 용융 지수, 64 중량%의 총 결정화도, 23℃에서 63 중량%의 결정화도, 110℃에서 48 중량%의 결정화도, 200℃에서 25분의 OIT를 갖는 에틸렌계 중합체이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
MAH-2EP(A)는 0.93 g/cc의 밀도, 1.75 g/10분의 용융 지수, 및 0.9 중량%의 말레산 무수물 함량을 갖는 말레산 무수물 그래프팅된 에틸렌계 중합체이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
MAH-2EP(B)는 0.88 g/cc의 밀도, 3.7 g/10분의 용융 지수, 및 0.9 중량%의 말레산 무수물 함량을 갖는 말레산 무수물 그래프팅된 에틸렌계 중합체이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
HFFR1은 수산화마그네슘이며, 이의 예는 독일 베르그하임 소재의 Huber(Martinswerk GMBH)로부터 상표명 MAGNIFIN™ H-5MV로 입수 가능하다.
HFFR2는 네덜란드 로테르담 소재 Europiren에서 Ecopiren 3.5LC로 시판되고 있는 1.5% 지방산으로 코팅된 수산화마그네슘(브루사이트)이다.
VA-2EP(A)는 28 중량%의 비닐 아세테이트 함량, 0.95 g/cc의 밀도, 6.0 g/10분의 용융 지수, 21 중량%의 총 결정화도를 갖는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
VA-2EP(B)는 28 중량%의 비닐 아세테이트 함량, 0.951 g/cc의 밀도, 400 g/10분의 용융 지수, 21 중량%의 총 결정화도를 갖는 에틸렌 비닐 아세테이트 공중합체이며, 미시건주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company로부터 입수 가능하다.
안정화제 MB는 이탈리아 Silma s.r.l.에서 SILMASTABTM AX1440로서 시판 중인 1-팩 열, 공정, 금속 불활성화제, 에이징 안정화제이다.
가수분해 방지제 MB는 이탈리아 Silma s.r.l.에서 SILMASTABTM AX2244로서 시판 중인 올핀 중합체 화합물의 안정화에 사용되는 마스터 배치이다.
SiMB1은 저밀도 폴리에틸렌에 분산된 50 중량%의 초고분자량 실록산 중합체를 함유하는 마스터 배치 펠릿화 제형이며, 델라웨어주 윌밍턴 소재의 DuPont에서 실리콘 MB 50-002로 이용 가능하다.
SiMB2는 폴리디메틸 실록산 기반의 슬리핑제(slipping agent), 외부 윤활제 및 이형제로서 작용하는 마스터 배치이고, 이탈리아 Silma s.r.l.로부터 SILMAPROCESSTM AL1142A로 시판 중이다.
시험 방법
결정도 시험: 시차 주사 열량계(DSC) 기기 DSC Q1000(TA Instruments)을 사용하여 23℃ 또는 110℃에서 에틸렌계 중합체의 용융 피크 및 백분율(%) 또는 중량 백분율(wt%) 결정화도를 결정한다. (A) 기준선 보정 DSC 기기. 소프트웨어 보정 마법사(calibration wizard)를 사용한다. 알루미늄 DSC 팬에서 어떠한 샘플도 없이 셀을 -80℃에서 280℃로 가열하여 기준선을 수득한다. 이어서 보정 마법사의 지시에 따라 사파이어 표준을 사용한다. 표준 샘플을 180℃로 가열한 후, 10℃/분의 냉각 속도로 120℃로 냉각하고, 이어서 상기 표준 샘플을 120℃에서 등온으로 1분 동안 유지한 다음, 10℃/분의 가열 속도로 120℃에서 180℃로 상기 표준 샘플을 가열함으로써, 1 내지 2 밀리그램(mg)의 새로운 인듐 샘플을 분석한다. 인듐 표준 샘플의 융해열이 28.71 ± 0.50 그램당 줄(J/g)이고, 용융 개시 온도가 156.6°± 0.5℃임을 확인한다. (B) 기준선 보정된 DSC 장비를 이용하여 시험 샘플에 대해 DSC 측정을 시행한다. 반결정질 에틸렌계 중합체의 시험 샘플을 160℃의 온도에서 박막으로 가압한다. 5 내지 8 mg의 시험 샘플 필름을 알루미늄 DSC 팬에 칭량한다. 팬에 마개를 크림프하여 팬을 밀봉하고 밀폐된 분위기를 보장한다. DSC 셀에 뚜껑으로 밀봉된 팬을 넣고, 30℃에서 셀을 평형화한 다음, 약 100℃/분의 속도로 190℃로 가열하고, 샘플을 190℃에서 3분 동안 유지하고, 10℃/분의 속도로 샘플을 -60℃까지 냉각하여 냉각 곡선 융해열(Hf)을 수득하고, -60℃에서 3분 동안 등온으로 유지한다. 이어서 샘플을 다시 190℃까지 10℃/분의 속도로 가열하여, 제2 가열 곡선 융해열(ΔHf)을 수득한다. 제2 가열 곡선을 사용하여, -20℃(에틸렌 단독중합체, 에틸렌과 가수분해성 실란 단량체의 공중합체, 및 0.90 g/cc 이상의 밀도를 갖는 에틸렌 알파 올레핀 공중합체의 경우) 또는 -40℃(에틸렌과 불포화 에스테르의 공중합체, 및 0.90 g/cc 미만의 밀도를 갖는 에틸렌 알파 올레핀 공중합체의 경우)로부터 용융 종료 시까지를 적분하여 "총" 융해열(J/g)을 계산한다. 제2 가열 곡선을 사용하여, 23℃에서 수직 강하시켜 23℃(실온)부터 용융 종료시까지의 "실온" 융해열(J/g)을 계산한다. 제2 가열 곡선을 사용하여, 110℃에서 수직 강하시켜 110℃로부터 용융 종료시까지의 "110℃" 융해열(J/g)을 계산한다. "총 결정화도"("총" 융해열로부터 계산됨)뿐만 아니라 "실온에서의 결정화도"(23℃ 융해열로부터 계산됨) 및 "110℃에서의 결정화도"(110℃ 융해열로부터 계산됨)를 측정하고 기록한다. 결정화도는 시험 샘플의 제2 가열 곡선 융해열(ΔHf) 및 이의 100% 결정질 폴리에틸렌의 융해열로의 정규화로부터 중합체의 결정화도 백분율(%) 또는 중량 백분율(wt%)로서 측정 및 기록되며, % 결정화도 또는 중량% 결정화도 = (ΔHf*100%)/292 J/g이고, 여기서 ΔHf는 상기 정의된 바와 같고, *는 수학적 곱셈을 나타내고, /는 수학적 나눗셈을 나타내고, 292 J/g는 100% 결정질 폴리에틸렌에 대한 융해열(ΔHf)의 문헌값이다.
핫 나이프 시험은 IEC 60811-508에 따라 시험되며, 이는 6시간 동안 순환 공기에서 110℃에서 에이징한 후 50% 이하의 최대 압입 값을 달성함으로써 통과된다.
샘플의 파단 시 인장 연신율은 국제표준화기구(International Organization for Standards) 527 타입 5a 도그 본을 이용하여 Instron Calibration Lab로부터 5565 인장 시험 기기 상에서 ASTM D638에 따라 수행하였다.
샘플 제조
비교예 1 및 2, 및 발명예 1 내지 4의 중합체 및 마스터배치 성분을 하기와 같이 제조하였다. 약 500 그램의 각 실시예들은, 먼저 160℃에서 중합체 성분을 첨가하고, 두 번째로 첨가제를 첨가해 블렌드를 형성함으로써 트윈-롤 밀에서 생성하였다. 3분간의 용융 및 균질화 후, HFFR을 블렌드에 첨가하였다. 충전제를 완전히 혼입한 후, 용융된 화합물을 롤에서 10분간 놔두고, 1 mm 두께 시트로서 제거하고 주위 조건에서 냉각시켰다. 기계적 특성 시험을 위한 견본을 시트로부터 직접 컷팅하였다.
발명예 5 내지 10은, 300 mm 플랫 슬릿 다이를 통해 25 mm, 42 L/D 동시 회전 이축-스크루 압출기 상에서 압출함으로써 혼합하였다. 압출물을 이어서 3롤 칼렌더에 공급하여 1 mm 두께 시트 샘플을 성형하였다. 이어서 기계적 시험을 위한 샘플을 시트로부터 컷팅하였다.
결과
표 1은 비교예("CE") 1 및 CE2, 및 발명예("IE") 1 내지 IE10의 조성을 제공한다. 표 1은 각 실시예에 대한 파단 시 인장 연신율("TE") 및 핫 나이프 기계적 성능 데이터를 제공한다.
[표 1]
표 1에서 볼 수 있듯이, CE1 및 CE2는 제1 에틸렌계 중합체(즉, 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 가짐)를 포함하지 않고, 그에 따라 핫 나이프 성능 요건을 충족할 수 없다. 2EP(A) 또는 LLDPE의 결정화도는 HFFR의 혼입을 허용하고, TE 요건을 충족하기에는 충분히 낮지만, 110℃에서의 결정화도는 핫 나이프 시험을 통과하기에는 너무 낮다. IE1 내지 IE10은 모두 제1 에틸렌계 중합체(즉, 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 갖는 에틸렌계 중합체)의 혼입을 통해 TE 및 핫 나이프 요건을 충족할 수 있다. IE1 내지 IE10은 110℃에서 결정화도가 35 중량% 이상인 에틸렌계 중합체를 이용해 TE 및 핫 나이프 요건을 통과할 수 있게 한다는 점을 나타낸다. 110℃에서 25 중량% 만큼 낮은 결정화도를 갖는 에틸렌계 중합체의 혼입으로, 중합체 조성물이 TE 및 핫 나이프 요건을 통과할 수 있을 것으로 여겨진다. IE1 내지 IE10은 넓은 범위(즉, 8 중량% 내지 약 30 중량%)의 제1 에틸렌계 중합체가 중합체 조성물에서 사용될 수 있고, 여전히 TE 및 핫 나이프 기계적 특성을 달성할 수 있음을 또한 보여준다. 5 중량% 내지 40 중량%의 제1 에틸렌계 중합체를 사용하면, 중합체 조성물이 TE 및 핫 나이프 기계적 특성을 달성할 수 있을 것으로 여겨진다. 또한, 1EP(A), 1EP(B) 및 1EP(C)의 경우 200℃에서 증가하거나 만족스러운 OIT는 열 노출 후 샘플 모듈러스의 저하에 유리하게 저항시켜, 핫 나이프 시험에서 성능을 더 양호하게 만드는 것으로 여겨진다.
Claims (10)
- 중합체 조성물로서,
결정화도 시험에 따라 측정 시 110℃에서 25 중량% 이상의 결정화도를 갖는 제1 에틸렌계 중합체;
결정화도 시험에 따라 측정 시 23℃에서 40 중량% 이하의 결정화도를 갖는 제2 에틸렌계 중합체; 및
40 중량% 이상의 할로겐-무함유 난연성 충전제를 포함하는, 중합체 조성물. - 제1항에 있어서, 할로겐-무함유 난연성 충전제는 수산화마그네슘인, 중합체 조성물.
- 제2항에 있어서, 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 40 중량% 내지 65 중량%의 수산화마그네슘을 포함하는 중합체 조성물.
- 제1항에 있어서, 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 40 중량%의 제2 에틸렌계 중합체를 포함하는 중합체 조성물.
- 제1항에 있어서, 중합체 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 40 중량%의 제1 에틸렌계 중합체를 포함하는 중합체 조성물.
- 제5항에 있어서, 제1 에틸렌계 중합체는 0.925 g/cc 내지 0.950 g/cc의 밀도를 갖는, 중합체 조성물.
- 제6항에 있어서, 제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D792에 따라 측정 시 0.910 g/cc 내지 0.935 g/cc 범위의 밀도를 갖는 저-밀도 성분을 포함하는, 중합체 조성물.
- 제7항에 있어서, 제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D792에 따라 측정 시 0.945 g/cc 내지 0.965 g/cc 범위의 밀도를 갖는 고-밀도 성분을 포함하는, 중합체 조성물.
- 제1항에 있어서, 제1 에틸렌계 중합체는 ASTM D3895에 따라 측정 시 200℃에서 20분 이상의 산화 유도 시간을 갖는, 중합체 조성물.
- 코팅된 전도체로서,
전도체; 및
전도체 주위에 적어도 부분적으로 배치된 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 중합체 조성물을 포함하는, 코팅된 전도체.
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