KR20200078403A - 특히 케이블 또는 케이블 부속품을 포함하는 장치를 위한 내화성 지오폴리머 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 서로 다른 하소 온도에서 하소된 적어도 두 개의 카올린, 적어도 하나의 알칼리 실리케이트, 물, 및 선택적으로 적어도 하나의 알칼리성 베이스를 포함하는 지오폴리머 조성물; 상기 지오폴리머 조성물을 제조하는 방법; 상기 지오폴리머 조성물로 부터 얻어진 지오폴리머 재료를 포함하는 복합 재료; 상기 지오폴리머 재료 또는 복합 재료에 기초한 적어도 하나의 지오폴리머 층을 가지는 케이블 및/또는 케이블 부속품을 포함하는 장치; 그러한 장치를 제조하는 방법;에 관한 것이다.

Description

특히 케이블 또는 케이블 부속품을 포함하는 장치를 위한 내화성 지오폴리머 조성물{FIRE-RESISTANT GEOPOLYMER COMPOSITION, PARTICULARLY FOR A DEVICE COMPRISING A CABLE OR A CABLE ACCESSORY}
본 발명은 상이한 하소 온도에서 하소되는 적어도 2개의 카올린, 적어도 하나의 알칼리 실리케이트, 물 및 선택적으로 적어도 하나의 알칼리성 염기를 포함하는 지오폴리머 조성물; 상기 지오폴리머 조성물을 제조하기 위한 공정; 상기 지오폴리머 조성물로부터 수득되는 지오폴리머 재료를 포함하는 복합 재료; 케이블 및/또는 케이블 부속품을 포함하는 소자로서, 상기 케이블 및/또는 상기 케이블 부속품은 상기 지오폴리머 재료 또는 상기 복합 재료 기반의 적어도 하나의 지오폴리머 층을 갖는 소자; 및 이 같은 소자를 제작하기 위한 공정에 관한 것이다.
본 발명은 내화성 조성물, 특히 전력 및/또는 데이터 전송용 전기 및/또는 광학 케이블, 예를 들어 화재의 확산 또는 다량의 연기의 생성 없이 화재 상황 하에 특정 기간 동안 작동할 수 있는 특히 무할로겐 케이블과 같은 내화성 전기 및/또는 광학 안전 케이블; 및 접합부 및/또는 종단부와 같은 이들의 부속품에 사용될 수 있는 내화성 조성물에 전형적으로 그러나 배타적이지 않게 해당된다. 이들 안전 케이블은 특히 중간 전압 전력 전송 케이블(특히 6 ㎸ 내지 45~60 ㎸) 또는 제어 또는 신호 케이블과 같은 저주파 전송 케이블이다.
문헌 WO 2016/092200 A1에는 케이블 또는 케이블 부속품 및 특히 상기 케이블 또는 상기 부속품의 층에서의 복합 재료의 용도가 개시되어 있으며, 여기서 상기 복합 재료는 지오폴리머 재료 및 부직포 섬유 재료를 포함한다. 복합 재료는 부직포 종이 웹과 같은 부직포 섬유 재료에 규산나트륨, 물, 수산화칼륨, 메타카올린 및 폴리프로필렌 섬유를 포함하는 지오폴리머 조성물을 함침시킴으로써 수득된다. 그러나, 이러한 용액은 공정의 견지 또는 이렇게 수득된 층의 기계적 물성의 견지에서 전적으로 만족스러운 것은 아니다. 특히, 함침 단계는 종종 이러한 단계 동안에 지오폴리머 조성물의 매우 빠른 경화로 인해 제어 및 실행이 어렵다. 더욱이, 이렇게 수득된 층은 시간이 지남에 따라 단단해져서, 이는 케이블, 또는 상기 층을 포함하는 부속품을 취급하기 어렵게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상술한 단점 중 일부 또는 모두를 극복하고, 양호한 내화성을 보장하면서 개선된 가요성 및 내구성 물성을 갖는 지오폴리머 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 제1 목적은 지오폴리머 조성물로서, 상기 지오폴리머 조성물은 적어도 약 650℃의 온도(Tc1)에서 하소되는 카올린으로부터 선택되는 제1 메타카올린, 및 Tc2 - Tc1이 약 100℃ 이상이 되는 온도(Tc2)에서 하소되는 카올린으로부터 선택되는 제2 메타카올린, 적어도 하나의 제1 알칼리 실리케이트, 물 및 선택적으로 알칼리성 염기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 지오폴리머 조성물로 인해, 특히 가요성 및 내구성의 측면에서 개선된 기계적 물성이 수득되는 동시에, 양호한 반응 및 내화성 물성이 보장된다.
본 발명에서, 지오폴리머 조성물은 지오폴리머의 전구체 조성물이다. 다시 말해서, 이는 함께 지오폴리머화(geopolymerization)되어 지오폴리머(하기에 정의된 바와 같이 지오폴리머 재료로도 지칭됨)를 형성하는 성분(제1 메타카올린, 제2 메타카올린, 제1 알칼리 실리케이트, 물 및 선택적으로 알칼리성 염기 및/또는 제2 알칼리 실리케이트)을 포함한다.
제1 메타카올린
본 발명에서, "메타카올린"이란 표현은 탈수산화 알루미노실리케이트를 의미한다. 이는 바람직하게 카올린 또는 카올리나이트의 탈수에 의해 수득된다. 이러한 탈수는 통상 하소에 의해 수득된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 제1 메타카올린은 적어도 약 700℃ 및 바람직하게는 적어도 약 725℃의 온도(Tc1)에서 하소되는 카올린이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 제1 메타카올린은 최대 약 875℃ 및 바람직하게는 최대 약 825℃의 온도(Tc1)에서 하소되는 카올린이다.
제1 메타카올린은 제1 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 약 20 몰% 및 바람직하게는 적어도 약 30 몰%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다.
제1 메타카올린은 제1 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 약 60 몰% 이하 및 약 50 몰% 이하의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다.
제1 메타카올린은 제1 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 약 35 몰% 및 바람직하게는 적어도 약 45 몰%의 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
제1 메타카올린은 제1 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 최대 약 75 몰% 및 바람직하게는 최대 약 65 몰%의 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
제1 메타카올린의 예로는 이메리스(Imerys)에 의해 판매되는 메타카올린, 특히 PoleStar® 450로서 시판되는 것을 들 수 있다.
제1 메타카올린은 본 발명에서 정의된 바와 같이 Tc1에서 적어도 약 1분, 바람직하게는 적어도 약 10분, 특히 바람직하게는 약 30분 내지 8시간의 기간, 및 특히 보다 바람직하게는 약 2시간 내지 6시간의 기간 동안 하소되는 카올린으로부터 선택될 수 있다.
제2 메타카올린
제2 메타카올린이 Tc2 - Tc1이 약 100℃ 이상이 되는 온도(Tc2)에서 하소되는 카올린으로부터 선택되는 경우, 이는 본 발명에서 정의된 바와 같은 제1 메타카올린과는 상이하다.
제2 메타카올린은 바람직하게는 Tc2 - Tc1이 약 150℃ 이상이 되는, 특히 바람직하게는 Tc2 - Tc1이 약 200℃ 이상이 되는 및 특히 보다 바람직하게는 Tc2 - Tc1이 약 250℃ 이상이 되는 온도(Tc2)에서 하소되는 카올린으로부터 선택된다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 제2 메타카올린은 적어도 약 800℃, 바람직하게는 적어도 약 850℃ 및 특히 바람직하게는 적어도 약 900℃의 온도(Tc2)에서 하소되는 카올린이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 제2 메타카올린은 최대 약 1,200℃ 및 바람직하게는 최대 약 1,150℃의 온도(Tc2)에서 하소되는 카올린이다.
제2 메타카올린은 제2 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 약 20 몰% 및 바람직하게는 적어도 약 30 몰%의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다.
제2 메타카올린은 제2 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 약 60 몰% 이하 및 바람직하게는 약 50 몰% 이하의 산화알루미늄(Al2O3)을 포함할 수 있다.
제2 메타카올린은 제2 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 약 35 몰% 및 바람직하게는 적어도 약 45 몰%의 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
제2 메타카올린은 제2 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 최대 약 75 몰% 및 바람직하게는 최대 약 65 몰%의 산화규소(SiO2)를 포함할 수 있다.
제2 메타카올린의 예로는 이메리스에 의해 판매되는 메타카올린, 특히 PoleStar® 200R으로 시판되는 것을 들 수 있다.
제2 메타카올린은 본 발명에서 정의된 바와 같은 Tc2에서 적어도 약 1분, 바람직하게는 적어도 약 5분, 특히 바람직하게는 약 10분 내지 2시간의 기간 및 특히 보다 바람직하게는 약 15분 내지 1시간의 기간 동안 하소되는 카올린으로부터 선택될 수 있다.
지오폴리머 조성물 내의 [제1 메타카올린/제2 메타카올린] 질량비는 바람직하게는 약 0.1 내지 2의 범위, 특히 바람직하게는 약 0.5 내지 1.0의 범위 및 특히 보다 바람직하게는 약 1일 수 있다.
지오폴리머 조성물은 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 50 중량% 및 바람직하게는 약 10 중량% 내지 35 중량%의 제1 및 제2 메타카올린을 포함할 수 있다.
제1 및 제2 메타카올린은 시차 열분석(DTA)[결정점 또는 결정화 피크의 존재 또는 부재], 핵자기 공명(NMR)[NMR27 Al 스펙트럼] 및/또는 X-선 회절(XRD)에 의해 분석될 수 있다.
제1 메타카올린은 바람직하게는 DTA에 의해 결정화 피크를 분석하고, 보다 바람직하게는 900℃ 내지 1,060℃ 범위의 온도 및 더욱 더 바람직하게는 950℃ 내지 1,010℃ 범위의 온도에서 결정화 피크를 분석한다.
제2 메타카올린은 바람직하게는 멀라이트(mullite)를 포함한다.
제1 알칼리 실리케이트
제1 알칼리 실리케이트는 규산나트륨, 규산칼륨, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 선택될 수 있다. 실마코(Silmaco) 또는 피큐 코포레이션(PQ Corporation)에 의해 시판되는 알칼리 실리케이트가 바람직하다. 제1 알칼리 실리케이트는 바람직하게는 규산나트륨이다.
제1 알칼리 실리케이트는 약 1.1 내지 35, 바람직하게는 약 1.3 내지 10 및 특히 바람직하게는 약 1.4 내지 5 범위의 SiO2/M2O 몰비를 가질 수 있으며, 여기서 M은 나트륨 또는 칼륨 원자 및 바람직하게는 나트륨 원자이다.
지오폴리머 조성물은 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 60 중량% 및 바람직하게는 약 10 중량% 내지 50 중량%의 제1 알칼리 실리케이트를 포함할 수 있다.
알칼리성 염기
알칼리성 염기는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨일 수 있고, 바람직하게는 수산화나트륨일 수 있다.
지오폴리머 조성물에는 알칼리성 염기가 없을 수 있다. 이로 인해 특히 케이블 또는 부속품을 제조할 때 지오폴리머 조성물의 취급이 개선된다.
제2 알칼리 실리케이트
지오폴리머 조성물은 제1 알칼리 실리케이트와는 상이한 제2 알칼리 실리케이트를 추가로 포함할 수 있다.
제2 알칼리 실리케이트는 규산나트륨, 규산칼륨, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 선택될 수 있다. 실마코 또는 피큐 코포레이션에 의해 시판되는 알칼리 실리케이트가 바람직하다. 제2 알칼리 실리케이트는 바람직하게는 규산나트륨이다.
제1 및 제2 알칼리 실리케이트는 서로 동일한 M 및 M'이 나트륨 원자 및 칼륨 원자로부터 선택되고, 바람직하게는 나트륨 원자가 되도록 각각 SiO2/M2O및 SiO2/M'2O 몰비를 갖고, 상기 몰비는 상이한 값, 바람직하게는 이들의 차이가 적어도 0.3이 되는 값, 특히 바람직하게는 이들의 차이가 적어도 0.5가 되는 값, 및 특히 보다 바람직하게는 이들의 차이가 적어도 1.0이 되는 값을 갖는다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 지오폴리머 조성물은,
- 약 1.5 내지 2.6의 SiO2/M2O 몰비를 갖는 제1 알칼리 실리케이트; 및
- 2.6 초과, 바람직하게는 약 2.8 내지 4.5 및 특히 바람직하게는 약 3.0 내지 4.0의 SiO2/M'2O 몰비(여기서, M'는 M과 동일한 것으로 이해됨)를 갖는 제2 알칼리 실리케이트를 포함한다.
지오폴리머 조성물은 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 약 10 중량% 내지 60 중량% 및 바람직하게는 약 20 중량% 내지 50 중량%의 제1 및 제2 알칼리 실리케이트를 포함할 수 있다.
지오폴리머 조성물 내의 [제1 알칼리 실리케이트/제2 알칼리 실리케이트] 질량비는 바람직하게는 0.5 내지 2.5의 범위 및 특히 바람직하게는 0.8 내지 2.0의 범위이다.
지오폴리머 조성물은,
- 염료,
- 알루미나 섬유로부터 특별히 선택되는 무기 섬유,
- 폴리프로필렌 섬유, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 섬유, 아라미드, 및 실리콘 또는 유기 폴리에틸렌 폴리머로 코팅된 공업용 유리 섬유와 같은 폴리올레핀 섬유; 스티렌-부타디엔 코폴리머(SBR); 스티렌-부타디엔-에틸렌 코폴리머(EBS); 스티렌-에틸렌-부틸렌-스티렌 코폴리머(SEBS), 스티렌-부타디엔-스티렌 코폴리머(SBS), 스티렌-이소프렌-스티렌 코폴리머(SIS), 스티렌-프로필렌-에틸렌 코폴리머(EPS) 또는 스티렌-에틸렌 프로필렌-스티렌 코폴리머(SEPS)와 같이 크라톤(Kraton)에 의해 시판되는 것을 포함하는, 스티렌-에틸렌 코폴리머의 모든 유도체; 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA) 코폴리머, 가교형 폴리오가노실록산(예를 들어, 과산화물과 가교됨); 선택적으로 분말 형태인 폴리에틸렌; 리그노술포네이트; 셀룰로오스 아세테이트; 기타 셀룰로오스 유도체; 저점도 실리콘 오일(예를 들어, 12500 cPo 범위 내의 실리콘 오일); 및 폴리에틸렌 오일로부터 특별히 선택되는, 폴리머 구조를 갖는 첨가제,
- 황산알루미늄, 백반(alum; 예를 들어 칼륨과 알루미늄의 이중 황산염), 염화칼슘, 황산칼슘, 수화된 황산칼슘, 알루민산나트륨, 탄산나트륨, 염화나트륨, 규산나트륨, 황산나트륨, 염화 제2철 및 소듐 리그노술포네이트로부터 특별히 선택되는, 응결(setting) 가속화용 화합물,
- 암모늄, 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 붕사, 리그노술포네이트 및 특히 칼슘 리그노술포네이트 금속염, 셀룰로오스(예를 들어, 카르복시메틸 하이드로에틸 셀룰로오스), 설포알킬화 리그닌(예를 들어, 설포메틸화 리그닌), 하이드록시카르복실산, 2-아크릴아미도-2-메틸프로판 설폰산의 염과 아크릴산 또는 말레산의 염의 코폴리머 및 포화 염으로부터 특별히 선택되는, 응결 지연용 약물,
- 활석, 운모, 탈수 점토 및 탄산칼슘으로부터 특별히 선택되는 비활성 충전제,
- 전분,
- 금속 스테아레이트, 폴리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜, 폴리올(예를 들어, 글리세롤, 소르비톨, 만니톨, 말티톨, 자일리톨 또는 이들 폴리올들 중 하나의 올리고머), 수크로오스(예를 들어, 글루코오스 또는 푸룩토오스), 아미드기를 함유하는 가소제 및 개질된 다당류(들) 기반의 임의의 유형의 가소제로부터 특별히 선택되는 전분 가소제,
- 셀룰로오스 유도체,
- 팽창형 흑연과 같은 팽창형 탄소질 재료로부터 선택되는 하나 이상의 첨가제를 추가로 포함할 수 있다.
염료는 바람직하게는 실온(즉, 18℃ 내지 25℃)에서 액체인 염료이다.
지오폴리머 조성물은 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 15 중량%의 첨가제(들) 및 바람직하게는 약 0.5 중량% 내지 8 중량%의 첨가제(들)를 포함할 수 있다.
본 발명의 지오폴리머 조성물은 바람직하게는 알루미노실리케이트 지오폴리머 조성물로서, 특히 물, 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 산소(O), 및 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs) 및 칼슘(Ca)으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소 및 바람직하게는 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 알루미노실리케이트 지오폴리머 조성물이다.
이의 균질성 및 이의 유동학적 물성으로 인해, 본 발명의 지오폴리머 조성물은 케이블 또는 케이블 부속품의 층, 바람직하게는 전기 절연층의 생성에 적합하다. 다시 말해서, 지오폴리머 조성물은 케이블 또는 케이블 부속품의 층, 바람직하게는 전기 절연층에 사용하기 위한 것이다. 실제로, 양호한 반응 및 내화성 물성을 보장하면서 특히 가요성 및 내구성의 측면에서 양호한 기계적 물성을 갖는 케이블 또는 케이블 부속품을 수득하는 것이 가능하게 된다.
본 발명의 제2 목적은 본 발명의 제1 목적에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물을 제조하기 위한 공정으로, 이는 제1 및 제2 메타카올린을 제1 알칼리 실리케이트, 물 및 선택적으로 알칼리성 염기와 혼합하는 적어도 하나의 단계 i)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
단계 i)은 제1 및 제2 메타카올린을 제1 알칼리 실리케이트, 물, 선택적으로 알칼리성 염기 및 선택적으로 제2 알칼리 실리케이트와 혼합하는 단계를 포함할 수 있다.
제2 알칼리 실리케이트는 본 발명에서 정의된 바와 같다.
단계 i)은 바람직하게는 하기 하위 단계, 즉
i-1) 특히 교반 하에 제1 및 제2 알칼리 실리케이트를 혼합하는 단계,
i-2) 선택적으로는 특히 교반을 유지하면서 알칼리성 염기를 첨가하는 단계, 및
i-3) 특히 교반을 유지하면서 제1 및 제2 메타카올린을 첨가하는 단계를 포함한다.
단계 i)의 말기 또는 하위 단계 i-3)의 말기에는 유체 및 균질 용액이 수득된다.
지오폴리머 조성물은 바람직하게는 상기 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 약 35 중량% 내지 80 중량% 및 특히 바람직하게는 약 40 중량% 내지 70 중량%의 고형물을 포함한다.
고형물은 제1 및 제2 메타카올린, 제1 알칼리 실리케이트 및 제2 알칼리 실리케이트를 포함하며, 이들이 존재하는 경우에 알칼리성 염기를 포함한다.
상기 지오폴리머 조성물 내의 고형물/물 질량비는 상기 지오폴리머 조성물의 응고 동역학을 알아보기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 고형물/물 질량비는 약 0.60에서 1.65 및 더욱 더 바람직하게는 약 1.00 내지 1.40로 다양하다. 이 같은 질량비는 이의 취급을 허용하기에 충분하고 응고 동역학이 하기에 정의된 바와 같이 케이블 또는 부속품의 지오폴리머 층의 형성을 허용하도록 충분히 느린 유체인 지오폴리머 조성물을 갖는 것을 가능하게 한다.
복합 재료
본 발명의 제3 목적은 복합 재료로서, 이는 부직포 섬유 재료, 및 상기 부직포 섬유 재료에 함침되는 지오폴리머 재료를 포함하며, 이때 상기 지오폴리머 재료는 본 발명의 제1 목적에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물로부터 수득되는 것을 특징으로 한다.
부직포 섬유 재료
부직포 섬유 재료는 바람직하게는 연질의 가요성 구조를 갖는다.
본 발명에 따른 복합 재료의 조성물에 사용되는 부직포 섬유 재료는 셀룰로오스 재료, 합성 유기 폴리머 기반의 재료, 유리 섬유, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 선택될 수 있고, 바람직하게는 합성 유기 폴리머 기반의 재료로부터 선택될 수 있다.
셀룰로오스 재료는 종이, 특히 압지(blotting paper); 기능화 또는 비기능화 셀룰로오스로 만들어진 부직포 재료; 천연 셀룰로오스 아세테이트 섬유로부터 만들어진, 세포 및/또는 섬유 구조를 갖는 매트릭스로부터 선택될 수 있다.
합성 유기 폴리머 기반의 재료는 폴리올레핀(들)의 다공성 및/또는 섬유성 매트릭스를 갖는 폴리머 재료, 특히 프로필렌 호모- 및 코-폴리머, 에틸렌 호모- 및 코-폴리머, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 방향족 폴리아미드(아라미드), 폴리에스테르, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 선택되는 것으로부터 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 부직포 섬유 재료는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)이다.
부직포 섬유 재료는 바람직하게는 약 50 g/㎠ 내지 120 g/㎠의 중량을 갖는다. 따라서, 이는 용이하게 취급되도록 충분히 가요성이고 양호한 방화를 제공하도록 충분히 강력한 복합 재료를 수득하는 것이 가능하게 된다.
부직포 섬유 재료는 특히 테이프 또는 리본의 형태를 취할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 부직포 섬유 재료는 복합 재료의 총 중량을 기준으로 약 2 중량% 내지 95 중량%, 특히 우선적으로는 약 5 중량% 내지 45 중량% 및 더욱 더 우선적으로는 약 10 중량% 내지 35 중량%에 상당한다.
지오폴리머 재료
본 발명에서, 지오폴리머 재료는 본 발명의 제1 목적에 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물로부터 수득되며, 바람직하게는 상기 지오폴리머 조성물의 경화, 지오폴리머화 및/또는 중축합에 의해 수득된다.
특히, 본 발명의 제1 목적에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물은 지오폴리머 재료를 형성할 수 있다. 따라서, 지오폴리머 조성물의 성분은 중축합되어 지오폴리머 재료를 형성할 수 있다. 경화는 중축합 유형 또는 열수 유형의 내부 반응에 의해 수행된다. 경화는, 예를 들어 일반적으로 알칼리 실리케이트 결합제에 대한 사례에서와 같이, 단순 건조의 결과는 아니다.
실제로, 지오폴리머 재료는, 경화가 알루민산칼슘 및 규산칼슘의 수화의 결과인 통상의 유압식 결합제와는 대조적으로 지오합성(geosynthesis)으로 알려져 있는 알칼리성 활성화 무기 중축합 반응으로부터 얻어진다.
본 발명에서, "지오폴리머 재료"란 표현은 실리콘(Si), 알루미늄(Al), 산소(O), 및 칼륨(K), 나트륨(Na), 리튬(Li), 세슘(Cs) 및 칼슘(Ca)으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소 및 바람직하게는 칼륨(K) 및 나트륨(Na)으로부터 선택되는 적어도 하나의 원소를 포함하는 고체 재료를 의미한다.
실시형태에서, 지오폴리머 재료는 복합 재료의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 내지 98 중량%, 바람직하게는 약 55 중량% 내지 95 중량% 및 보다 바람직하게는 65 중량% 내지 90 중량%에 상당한다.
소자
본 발명의 제4 목적은 전력 및/또는 통신 케이블 및/또는 전력 및/또는 통신 케이블용 부속품을 포함하는 소자로서, 이때 상기 케이블 및/또는 상기 케이블 부속품은 본 발명의 제1 목적에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물로부터 수득되는 적어도 하나의 지오폴리머 재료를 포함하는 적어도 하나의 지오폴리머 층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
지오폴리머 층
지오폴리머 재료는 본 발명의 제3 목적에 정의된 바와 같다.
실시형태에 따르면, 지오폴리머 층은 상기 지오폴리머 재료로 만들어진다.
다른 실시형태에 따르면, 지오폴리머 층은 본 발명의 제3 목적에 정의된 바와 같은 부직포 섬유 재료를 추가로 포함한다. 따라서, 상기 복합 재료를 포함하거나 상기 복합 재료로 만들어진 지오폴리머 층을 수득하는 것이 가능하다.
본 발명의 지오폴리머 층은 바람직하게는 난연성 및 내화성 층이다.
유리하게는, 본 발명에 따른 소자는 하기 내화 성능 표준, 즉 EN50200, IEC60331-1, EN50399, IEC60331-11, IEC60331-21, IEC60331-23, IEC60331-25, DIN4102, NBN713020 부록 3, EN50577, NFC32070 CR1, IEC600332-1 및 BS6387CWZ 중 적어도 임의의 하나를 충족하고, 바람직하게는 IEC60331 11, EN50399 및 IEC60331-21 표준 중 적어도 하나를 충족한다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 소자는 EN 50399 표준(2012/02 + A1 2016), 특히 상기 표준에 대한 B2ca, s1a, d0, a1 분류 기준을 따른다.
본 발명의 지오폴리머 층은 압출층 및/또는 리본층(즉, 리본 또는 테이프의 형태) 또는 충진재 형태의 층(충진층으로서 지칭됨)일 수 있다.
지오폴리머 층이 압출층 및/또는 리본층인 경우, 이는 바람직하게는 실질적으로 일정한 두께를 갖고, 특히 연속 보호 재킷을 구성한다.
지오폴리머 층은 바람직하게는 약 0.2 ㎜ 내지 5 ㎜, 특히 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 4 ㎜ 및 특히 보다 바람직하게는 약 0.6 ㎜ 내지 3 ㎜의 두께를 갖는다.
특히, 층은 2개 내지 3개의 겹쳐진 리본을 포함할 수 있다.
지오폴리머 층의 두께가 0.2 ㎜ 미만인 경우, 본 발명의 소자의 열 보호가 충분하지 않다.
본 발명의 지오폴리머 층은 바람직하게는 비다공성이다.
본 발명의 지오폴리머 층은 바람직하게는 전기 절연층이다.
본 발명에서, "전기 절연층"은 (직류에서 약 25℃에서의) 전기 전도성이 최대 1ㆍ10-8 S/m, 바람직하게는 최대 1ㆍ10-9 S/m 및 특히 바람직하게는 최대 1ㆍ10-10 S/m(미터 당 지멘스)인 층을 의미한다.
지오폴리머 층의 존재로 인해, 본 발명에 따른 소자는 양호한 난연 물성을 가지면서 양호한 기계적 물성을 갖는다. 특히, 지오폴리머 층은 이의 응집력 및 이의 내화성을 감소시킬 수 있는 상기 층의 허용할 수 없는 열화를 야기하지 않으면서 케이블의 취급(예를 들어, 권선, 만곡, 비틀림)이 가능하도록 충분히 가요성이다. 더욱이, 지오폴리머 층은 주위 온도 내지 충전 케이블의 작동 온도에서 (즉, 전력 하에) 온전하게 남아 있고, 450℃에서부터 규칙적인 다공성 구조를 형성한다는 이점을 가지며, 따라서 연소 시험 동안에 열 확산에 대한 증가된 보호를 제공한다. 이러한 다공성 및 강성 구조는 본질적으로 우수한 단열재인 공기를 함유한다.
다시 말해서, 지오폴리머 층은 고온, 특히 450℃ 내지 1000℃의 온도(일반적으로 발화 동안에 도달함)의 영향 하에 변형되어 응집성 및 다공성 잔류층을 형성하며, 이때 상기 응집성 및 다공성 잔류층은 케이블 또는 케이블 부속품을 보호하고, 특히 그 하부층 및/또는 세장형 전도성 부재를 보호한다.
최종적으로, 본 발명의 지오폴리머 층은 양호한 탄성 또는 가요성을 가지며, 따라서 이는 리본 또는 테이프의 형태로 사용되도록 한다.
케이블 또는 부속품
지오폴리머 층은 바람직하게는 상기 케이블 또는 상기 케이블 부속품의 내층이다.
본 발명에 따르면, "내층"은 케이블 또는 케이블 부속품의 최외층을 구성하지 않는 층을 의미한다.
본 발명의 제1 변형예에 따르면, 소자는 전력 및/또는 통신 케이블용 부속품을 포함하거나, 이는 전력 및/또는 통신 케이블용 부속품이다.
케이블 부속품은 접합부 또는 종단부일 수 있다.
바람직하게는, 케이블 부속품은,
- 폴리머 재료, 통상 실리콘 고무 유형의 몇몇 층, 선택적으로 하나 이상의 보강층(예를 들어, 하나 이상의 금속층) 및 외부 보호(예를 들어 내화성) 외피(예를 들어, 엘라스토머 리본 또는 운모 테이프)의 조립체, 또는
- 에틸렌-프로필렌-디엔 모노머(EPDM) 폴리머 재료의 하나 이상의 층, 선택적으로 하나 이상의 보강층(예를 들어, 하나 이상의 금속층), 및 특히 형상 기억 튜브 형태인 적어도 하나의 팽창형 EPDM 층의 조립체를 포함한다.
접합부 및 종단부의 경우, 지오폴리머 층은 보다 상세하게는 외부 보호 외피와 폴리머 재료의 층들 중 하나 사이에 개재된 층; 및/또는 외부 보호 외피 또는 팽창형 EPDM 층과 보강층들 중 하나 사이에 개재된 층일 수 있으며, 이때 상기 지오폴리머 층은 선택적으로 상기 외부 보호 외피 또는 팽창형 EPDM 층과 직접 접촉한다.
본 발명의 제2 변형예에 따르면, 소자는 전력 및/또는 통신 케이블을 포함하거나, 이는 전력 및/또는 통신 케이블이며, 이때 상기 전력 및/또는 통신 케이블은 바람직하게는 적어도 하나의 세장형 전도성 부재를 포함한다.
본 발명에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 층은 상기 세장형 전도성 부재를 둘러싸고 있을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 소자는 전기 케이블이다.
전기 케이블은 적어도 하나의 세장형 전기 전도성 부재, 및 본 발명에서 정의된 바와 같은 적어도 하나의 지오폴리머 층을 포함할 수 있으며, 이때 상기 지오폴리머 층은 상기 세장형 전기 전도성 부재를 둘러싸고 있다.
전기 케이블이 복수의 세장형 전기 전도성 부재를 포함하는 경우, 지오폴리머 층은 케이블의 복수의 세장형 전기 전도성 부재를 둘러싸고 있을 수 있다.
전기 케이블은 본 발명에서 정의된 바와 같은 단일 지오폴리머 층, 또는 본 발명에서 정의된 바와 같은 복수의 지오폴리머 층, 특히 바람직하게는 단일 지오폴리머 층 및 보다 구체적으로는 단일 내부 지오폴리머 층을 포함할 수 있다.
전기 케이블이 본 발명에서 정의된 바와 같은 복수의 지오폴리머 층을 포함하는 경우, 전기 케이블은 제1 변형예에 따라 하나 이상의 세장형 전기 전도성 부재를 포함할 수 있고, 복수의 지오폴리머 층은 세장형 전기 전도성 부재 또는 복수의 세장형 전기 전도성 부재를 둘러싸고 있다.
일례로서, 전기 케이블은 본 발명에서 정의된 바와 같은 2개의 지오폴리머 층을 포함할 수 있으며, 이때 상기 지오폴리머 층은 바람직하게는 서로 인접해 있다.
전기 케이블이 본 발명에서 정의된 바와 같은 복수의 지오폴리머 층을 포함하는 경우, 전기 케이블은 제2 변형예에 따라 복수의 세장형 전기 전도성 부재를 포함할 수 있고, 지오폴리머 층 각각은 개별적으로 세장형 전기 전도성 부재 각각을 둘러싸서 절연된 세장형 전기 전도성 부재를 형성한다.
제1 변형예가 바람직하다.
제1 변형예의 실시형태에서, 케이블은 열 방사 케이블(radiant cable)이다. 특히, 이는,
- 절연된 전기 전도성 부재,
- 하나 이상의 개구부를 함유하는 금속층으로서, 상기 절연된 전기 전도성 부재를 둘러싸고 있는 금속층, 및
- 본 발명에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 층으로서, 금속층을 둘러싸고 있는 지오폴리머 층을 포함할 수 있다.
개구부는 케이블 축에 대해 세로 방향이거나 소정의 각도를 갖는 슬롯(slot)이거나, 케이블 축에 평행한 분절 상에 배열된 일련의 구멍이거나, 특정 형상을 갖는 연속 슬롯일 수 있다.
금속층은 구리 및 알루미늄으로부터 선택되는 금속을 포함할 수 있다. 구리가 바람직하다.
금속층은 "외부 전도체"로도 지칭된다.
금속층은 바람직하게는 0.1 ㎜ 내지 0.3 ㎜의 두께를 갖는다.
전기 전도성 부재는 적어도 하나의 폴리올레핀을 포함할 수 있는 전기 절연층으로 절연되고, 특히 바람직하게는 에틸렌 호모- 및 코-폴리머로부터 선택된다.
실시형태에서, 절연된 세장형 전기 전도성 부재의 전기 절연층의 폴리머 재료는, 예를 들어 팽창형 폴리에틸렌과 같은 팽창형 폴리머 재료이거나, 발포체 형태이다.
특정 실시형태에서, 지오폴리머 층은 금속층과 직접 물리적으로 접촉한다.
금속층은 흔히 "외부 전도체"로서 지칭된다. 일반적으로, 이는, 예를 들어 케이블의 길이를 따라 주기적으로 반복되는 패턴으로 배열된 개구부 또는 슬롯을 갖는다는 특성을 갖는다. 개구부 또는 슬롯을 통해, 제어 수준의 전자기 에너지가 케이블을 통해 외부 및 내부로 방사한다. 이로 인해, 케이블은 긴 안테나로서 작용할 수 있다.
본 발명의 에너지 및/또는 통신 케이블은 특히 전기적으로 절연성이고 지오폴리머 층(들)을 둘러싸고 있는 외부 보호 외피를 추가로 포함할 수 있다.
이로 인해, 지오폴리머 층은 세장형 전도성 부재와 외부 보호 외피 사이에 개재된 층일 수 있다.
외부 보호 외피는 바람직하게는 무할로겐 재료로 만들어져 있다. 이는 통상적으로 화염 확산을 지연 또는 저지하는 재료로 만들어져 있을 수 있다. 특히, 후자의 재료가 할로겐을 함유하지 않는 경우, 이들은 HFFR(무할로겐 난연제) 유형의 외피재(sheathing)로서 지칭된다.
외부 보호 외피는 케이블의 최외층이다. 이는 케이블의 기계적 온전성을 제공한다.
이는 적어도 하나의 유기 또는 무기 폴리머를 포함한다.
유기 또는 무기 폴리머의 선택은 제한되지 않으며, 이들은 당업자에게 널리 알려져 있다.
본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면, 유기 또는 무기 폴리머는 가교형 및 비가교형 폴리머로부터 선택된다.
유기 또는 무기 폴리머는 열가소성 및/또는 엘라스토머성 물성을 갖는 호모폴리머 또는 코폴리머일 수 있다.
무기 폴리머는 폴리오가노실록산일 수 있다.
유기 폴리머는 폴리우레탄 또는 폴리올레핀일 수 있다.
폴리올레핀은 에틸렌 및 프로필렌 폴리머로부터 선택될 수 있다. 에틸렌 폴리머의 예로는 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 중간 밀도 폴리에틸렌(MDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 에틸렌-비닐 아세테이트(EVA) 코폴리머, 에틸렌과 부틸아크릴레이트(EBA), 메틸아크릴레이트(EMA) 및 2-헥실 에틸아크릴레이트(2HEA)의 코폴리머, 에틸렌과 알파-올레핀(예를 들어, 폴리에틸렌 옥텐(PEO))의 코폴리머, 에틸렌과 프로필렌(EPR)의 코폴리머, 에틸렌과 프로필렌(EPT)의 터폴리머, 예를 들어 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(EPDM) 터폴리머, 또는 이들의 혼합물 중 하나를 들 수 있다.
외부 보호 외피의 폴리머는 바람직하게는 유기 폴리머, 보다 바람직하게는 에틸렌 폴리머 및 보다 바람직하게는 에틸렌과 비닐 아세테이트의 코폴리머, 선형 저밀도 폴리에틸렌, 또는 이들의 혼합물 중 하나이다.
외부 보호 외피는 수화된 난연성 무기 충전제를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 수화된 난연성 무기 충전제는 흡열성 분해(예를 들어, 물의 방출)에 의해 물리적 수단으로서 주로 작용하며, 이는 외피의 온도를 낮추고 케이블을 따라 화염의 확산을 제한하는 효과를 갖는다. 이는 난연 물성으로서 지칭된다.
수화된 난연성 무기 충전제는 수산화마그네슘 또는 삼수산화알루미늄과 같은 금속 수산화물일 수 있다.
외부 보호 외피는 활석, 운모, 탈수 점토, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 특별히 선택되는 비활성 충전제를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 목적은 본 발명의 제4 목적에 따라 정의된 바와 같이 전력 및/또는 통신 케이블 및/또는 전력 및/또는 통신 케이블용 부속품을 포함하는 소자를 제조하기 위한 공정으로서, 이는 적어도 하기 단계, 즉
1) 제2 목적에 따라 정의된 바와 같은 공정에 의해 지오폴리머 조성물을 제조하는 단계; 및
단계 2A) 또는 다음 순서의 단계 2B-i) 및 단계 2B-ii), 즉
2A) 단계 1)에서 수득된 지오폴리머 조성물로부터 지오폴리머 층을 형성하는 단계로서,
- 하나 이상의 세장형 전도성 부재의 둘레 및/또는 소자가 케이블인 경우에 전력 및/또는 통신 케이블의 내층의 둘레, 또는
- 소자가 케이블 부속품인 경우에 접합층(layer of junction) 또는 말단층(layer of termination) 중 적어도 하나의 둘레 중 어느 하나에 지오폴리머 층을 형성하는 단계; 또는
2B-i) 부직포 섬유 재료를 도포하는 단계로서,
- 케이블/부직포 섬유 재료 조립체를 수득하기 위해, 하나 이상의 세장형 전도성 부재의 둘레 및/또는 소자가 케이블인 경우에 전력 및/또는 통신 케이블의 내층의 둘레; 또는
- 케이블 부속품/부직포 섬유 재료 조립체를 수득하기 위해, 소자가 케이블 부속품인 경우에 접합층 또는 말단층 중 적어도 하나의 둘레 중 어느 하나에 부직포 섬유 재료를 도포하는 단계; 및
2B-ii) 상기 단계 2B-i)에서 수득된 케이블/부직포 섬유 재료 조립체 또는 케이블 부속품/부직포 섬유 재료 조립체에 단계 1)에서 수득된 지오폴리머 조성물을 함침시킴으로써 지오폴리머 층을 형성하는 단계를 적어도 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 공정은 신속하고, 단순하며, 경제적으로 유리하다. 이는 양호한 내화성을 보장하면서 특히 가요성 및 내구성의 측면에서 양호한 기계적 물성을 갖는 소자를 복수의 단계로 제조하는 것을 가능케 한다.
단계 2B-i) 및 단계 2B-ii)의 순서가 바람직하다.
단계 2A) 및 단계 2B-ii)에서, 지오폴리머 조성물은 경화, 지오폴리머화 및/또는 중축합되어 본 발명에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 재료를 형성한다. 그러나, 이들 단계 동안에 경화는 단계 2A) 및 단계 2B-ii)를 수행하기 용이하도록 제어되며, 이는 점진적으로 이루어진다.
소자가 전력 및/또는 통신 케이블인 경우, 단계 2A)는,
- 하나 이상의 세장형 전도성 부재 둘레 및/또는 전력 및/또는 통신 케이블의 내층의 둘레에 상기 지오폴리머 조성물을 압출하거나,
- 상기 지오폴리머 조성물로부터 테이프 또는 리본을 형성한 후, 하나 이상의 세장형 전도성 부재의 둘레 및/또는 전력 및/또는 통신 케이블의 내층의 둘레에 상기 테이프 또는 리본을 권선함으로써 수행될 수 있다.
소자가 부속품인 경우, 단계 2A)는 상기 지오폴리머 조성물로부터 테이프 또는 리본을 형성한 후, 접합층 또는 말단층 중 적어도 하나의 둘레에 상기 테이프 또는 리본을 둘러쌈으로써 수행될 수 있다.
압출은 실온 또는 고온에서 실시될 수 있고, 특히 약 60℃ 내지 110℃ 범위 및 바람직하게는 약 70℃ 내지 95℃ 범위의 온도에서 실시될 수 있다.
테이프 또는 리본은 특히 약 20℃ 내지 90℃ 범위의 온도에서의 압출에 의해 수득될 수 있거나, 실온(예를 들어, 20℃ 내지 25℃)에 칼렌더링(calendering)에 의해 수득될 수 있다.
권선은 또한 중복 영역을 이용하여 실시될 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에 따르고, 소자가 전력 및/또는 통신 케이블인 경우, 공정은, 단계 2A) 또는 단계 2B-i) 및 단계 2B-ii)의 순서 이전, 동안 또는 이후에 지오폴리머 층의 둘레에 본 발명의 제1 목적에 정의 된 바와 같은 외부 보호 외피(특히 전기 절연성임)를 도포하는 단계 3)을 추가로 포함할 수 있다
이러한 외부 보호 외피는 특히 압출 또는 공압출에 의해 제작될 수 있다.
단계 3)은 일반적으로 약 145℃ 내지 220℃의 온도에서 실시된다.
본 발명의 특정 실시형태에 대한 하기 설명 중에 본 발명이 보다 양호하게 이해될 것이고, 본 발명의 기타 목적, 세부사항, 특징 및 이점이 보다 명확해질 것이며, 이러한 실시형태는 첨부된 도면을 참고하여 비제한적인 예시에 의해서만 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 전기 케이블의 개략도이다.
명확성의 이유로, 본 발명을 이해하는데 필수적인 성분만이 이들 도면에 개략적으로 나타나 있으며, 이는 축척에 비례하지 않는다.
도 1에 나타나 있는 전기 케이블(10)은 K25 또는 RZ1K 유형의 내화성 전기 케이블에 상응한다.
이러한 전기 케이블(10)은 4개의 세장형 전기 전도성 부재(1)을 포함하며, 이들 각각은 전기 절연층(2)으로 절연되며, 이때 연속적이고 동축 방향으로 이들 4개의 절연된 세장형 전기 전도성 부재(1, 2) 둘레에는 본 발명에서 정의된 바와 같은 지오폴리머 층(3)이 4개의 절연된 세장형 전기 전도성 부재(1, 2)를 둘러싸고 있고, HFFR 유형의 외측 외피(4)는 지오폴리머 층(3)을 둘러싸고 있다. 지오폴리머 층(3)은 바람직하게는 본 발명에서 정의된 바와 같은 복합 재료로 만들어지며, 유리하게는 리본의 형태이다.
하기 실시예에는 본 발명이 예시되어 있다. 이들 실시예는 청구항에 제시된 바와 같은 본 발명의 전체 범주에 대해 제한하기 위한 것이 아니다. 산화물 사이의 비율은 몰비이며, 백분율(%)는 중량 기준이다.
실시예
실시예에서 사용된 원료는 하기에 나열되어 있다:
- SiO2/Na2O 몰비가 약 2.0인 규산나트륨인, 약 50 중량%의 워터글래스(waterglass) 유형의 제1 규산나트륨 수용액(시말코);
- SiO2/Na2O 몰비가 약 3.4인 규산나트륨인, 약 38 중량%의 워터글래스 유형의 제2 규산나트륨 수용액(시말코);
- 약 700℃의 온도에서 하소된 카올린인, Al2O3/SiO2몰비가 41/55(즉, 약 0.745)인 제1 메타카올린(PoleStar® 450; 이메리스);
- 약 1000℃의 온도에서 하소된 카올린인, Al2O3/SiO2몰비가 41/55(즉, 약 0.745)인 제2 메타카올린(PoleStar® 200R; 이메리스); 및
- 부직포 폴리에스테르 재료(GT320, GECA TAPES).
달리 나타내지 않는 한, 이들 원료 모두는 제조사에서 받은 그대로 사용하였다.
실시예 1: 본 발명에 따른 내화성 소자의 제조
본 발명에 따른 지오폴리머 조성물을 하기와 같이 제조하였다: 40 g의 50% 제1 규산나트륨 수용액 및 40 g의 38% 제2 규산나트륨 수용액을 혼합함으로써 알칼리 실리케이트 수용액을 제조하였다. 이어서, 10 g의 제1 메타카올린 및 10 g의 제2 메타카올린을 알칼리 실리케이트 수용액과 혼합하였다. 상기 지오폴리머 조성물은 상기 지오폴리머 조성물의 총 질량을 기준으로 약 55.2 중량%의 고형물을 포함한다.
이어서, 단면이 1.5 ㎟인 5개의 전도체가 구비된 저전압 케이블 둘레에 폴리에스테르 부직포 재료를 둘러쌌다.
조립체를 상기에서 제조된 바와 같은 지오폴리머 조성물 내에 함침시켰다. 얻어진 지오폴리머 층은 약 1.05 ㎜의 두께를 가졌다. 이어서, 얻어진 조립체는 폴리에틸렌 및 난연성 충전제 기반의 NEXANS에 의해 생산된 HFFR 혼합물 기반의 폴리머성 보호 외피를 이용한 고온 압출에 의해 덮여있었으며, 여기서 상기 외피는 약 2 ㎜의 두께를 갖는다. 이를 통해 본 발명에 부합하는 케이블이 도출되었다. 케이블의 화염 성능을 EN50399에 따라 측정하였다. 수직 척도로 위치한 15개의 케이블 단면을 20분 동안 20 ㎾ 화염원에 노출시켰다. 그 결과는 하기 표 1에 나타나 있다:
성능 파라미터 값 EN50399에 따른 분류
pHRR(kW) 13.8 B2
최대 HRR에서의 시간(초) 912
THR(MJ) 5.2
FIGRA(w/초) 23.6
화염 확산(m) 0.56
화염 액적 부재 d0
SPR(㎡/초) 0.03 s1
최대 SPR에서의 시간(초) 876
TSP(m2) 28.12
이러한 표에서, HRR은 열 방출률을 지칭하고, THR은 총 열 방출량을 지칭하고, FIGRA는 화재 성장 속도를 지칭하고, SPR은 연기 생성 속도를 지칭하고, TSP는 총 연기 생산량을 지칭한다.
이들 결과에 따르면 본 발명에 따른 케이블은 유럽 표준 EN50399의 요건에 대해 최대 화재 방지 물성을 갖는 것으로 나타나 있다.
본 발명에 따르지 않는 지오폴리머 층(이하 C2으로 지칭됨)과의 비교를 위해 상술한 실시예 1에서 수득된 바와 같은 지오폴리머 층(이하 C1으로 지칭됨)을 이들 기계적 물성에 대해 비교하였으며, 이때 본 발명에 따르지 않는 지오폴리머 층은 오직 제1 메타카올린 및 제1 알칼리 실리케이트에 기반을 둔 지오폴리머 층, 특히 30 g의 50% 제1 규산나트륨 수용액, 1 g의 물, 8 g의 수산화나트륨 및 9 g의 제1 메타카올린을 포함하는 지오폴리머 조성물로부터 수득된 지오폴리머 층을 포함한다.
NF EN 60811-1-1에 따라 수득된 층에 대해 인스트론(Instron)에 의해 참고번호 3345로 시판되는 장치를 이용하여 인장 강도(TS) 및 파단 연신율(EB) 시험을 수행하였다.
이들 시험 각각에 대한 결과는 하기 표 2에 나타나 있다:
물성 C1 C2(*)
TS(MPa) 25.65 10.69
EB(%) 47.12 42.62
15일 후의 TS(MPa) 24.94 취성 리본
15일 후의 EB(%) 45.13 취성 리본
(*) 비교용 지오폴리머 층으로 본 발명의 일부는 아님
이들 모든 결과에 따르면 본 발명의 지오폴리머 조성물은, 양호한 난연 물성을 보장하면서 최신의 지오폴리머 조성물과 비교하여 인장 강도 및 파단 연신율의 측면에서 훨씬 더 양호한 기계적 물성을 갖는 지오폴리머 층을 수득할 수 있게 한다. 특히, 15일 경과 후에 본 발명의 지오폴리머 층은 이의 초기 기계적 물성을 여전히 갖고 있는 반면, 최신의 지오폴리머 층은 파손되어, 인장 강도 및 파단 연신율의 측정이 불가능했다.

Claims (16)

  1. 지오폴리머 조성물로서,
    상기 지오폴리머 조성물은 적어도 650℃의 온도(Tc1)에서 하소되는 카올린으로부터 선택되는 제1 메타카올린, 및 Tc2 - Tc1이 100℃ 이상이 되는 온도(Tc2)에서 하소되는 카올린으로부터 선택되는 제2 메타카올린, 적어도 하나의 제1 알칼리 실리케이트, 물 및 선택적으로 알칼리성 염기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지오폴리머 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 메타카올린은 적어도 700℃의 온도(Tc1)에서 하소되는 카올린인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 메타카올린은 상기 제1 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 20 몰%의 산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 메타카올린은 상기 제1 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 35 몰%의 산화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 메타카올린은 적어도 800℃의 온도(Tc2)에서 하소되는 카올린인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 메타카올린은 상기 제2 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 20 몰%의 산화알루미늄을 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 메타카올린은 상기 제2 메타카올린의 총 몰수를 기준으로 적어도 35 몰%의 산화규소를 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지오폴리머 조성물 내의 [제1 메타카올린/제2 메타카올린] 질량비는 0.1 내지 2의 범위인 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 5 중량% 내지 50 중량%의 제1 및 제2 메타카올린을 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 알칼리 실리케이트와는 상이한 제2 알칼리 실리케이트를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  11. 제10항에 있어서, 상기 지오폴리머 조성물의 총 중량을 기준으로 10 중량% 내지 60 중량%의 제1 및 제2 알칼리 실리케이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 지오폴리머 조성물.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물을 제조하기 위한 공정으로서,
    상기 제1 및 제2 메타카올린을 상기 제1 알칼리 실리케이트, 물 및 선택적으로 알칼리성 염기와 혼합하는 적어도 하나의 단계 i)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지오폴리머 조성물을 제조하기 위한 공정.
  13. 복합 재료로서,
    부직포 섬유 재료 및 상기 부직포 섬유 재료에 함침되는 지오폴리머 재료를 포함하며, 이때 상기 지오폴리머 재료는 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물로부터 수득되는 것을 특징으로 하는, 복합 재료.
  14. 제13항에 있어서, 상기 부직포 섬유 재료는 셀룰로오스 재료, 합성 유기 폴리머 기반의 재료, 유리 섬유, 및 이들의 혼합물 중 하나로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 복합 재료.
  15. 전력 및/또는 통신 케이블 및/또는 전력 및/또는 통신 케이블용 부속품을 포함하는 소자로서,
    상기 케이블 및/또는 상기 케이블 부속품은 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 정의된 바와 같은 지오폴리머 조성물로부터 수득되는 적어도 하나의 지오폴리머 재료를 포함하는 적어도 하나의 지오폴리머 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전력 및/또는 통신 케이블 및/또는 전력 및/또는 통신 케이블용 부속품을 포함하는 소자.
  16. 제15항에 정의된 바와 같은 전력 및/또는 통신 케이블 및/또는 전력 및/또는 통신 케이블용 부속품을 포함하는 소자를 제작하기 위한 공정으로서,
    상기 공정은,
    1) 제12항에 정의된 바와 같은 공정에 의해 지오폴리머 조성물을 제조하는 단계; 및
    단계 2A) 또는 다음 순서의 단계 2B-i) 및 단계 2B-ii), 즉
    2A) 단계 1)에서 수득된 상기 지오폴리머 조성물로부터 지오폴리머 층을 형성하는 단계로서,
    - 하나 이상의 세장형 전도성 부재의 둘레 및/또는 상기 소자가 케이블인 경우에 전력 및/또는 통신 케이블의 내층의 둘레; 또는
    - 상기 소자가 케이블 부속품인 경우에 접합층(layer of junction) 또는 말단층(layer of termination) 중 적어도 하나의 둘레 중 어느 하나에 지오폴리머 층을 형성하는 단계; 또는
    2B-i) 부직포 섬유 재료를 도포하는 단계로서,
    - 케이블/부직포 섬유 재료 조립체를 수득하기 위해, 하나 이상의 세장형 전도성 부재의 둘레 및/또는 상기 소자가 케이블인 경우에 전력 및/또는 통신 케이블의 내층의 둘레; 또는
    - 케이블 부속품/부직포 섬유 재료 조립체를 수득하기 위해, 상기 소자가 케이블 부속품인 경우에 접합층 또는 말단층 중 적어도 하나의 둘레 중 어느 하나에 부직포 섬유 재료를 도포하는 단계; 및
    2B-ii) 상기 단계 2B-i)에서 수득된 상기 케이블/부직포 섬유 재료 조립체 또는 케이블 부속품/부직포 섬유 재료 조립체에 단계 1)에서 수득된 상기 지오폴리머 조성물을 함침시킴으로써 지오폴리머 층을 형성하는 단계
    를 적어도 포함하는 것을 특징으로 하는, 소자를 제작하기 위한 공정.
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