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그래핀 나노판 함유 전력케이블용 반도전성 폴리올레핀 조성

전문가 제언: ○ 고전압 가교폴리에틸렌(XLPE) 절연 전력케이블은 구조상 전계완화를 위해 반도전층이 주절연체 내외에 필요하다. 이 반도전층은 체적고유저항 10~103 Ω?㎝ 정도의 반도전성을 위해 카본블랙(CB)이 45중량% 정도 다량 함유된 고분자 복합체인 반도전성 컴파운드로 구성된다. 이 다량의 CB는 압출 시에 용융점도를 높여 반도전층 표면에 돌기를 형성하여 전력케이블의 전기적 특성에 한계를 준다.

○ 소량의 전도성 충전제 사용이 컴파운드의 점도를 낮출 수 있으므로 고 전도성을 가진 충전제, 즉 특수 전도성 CB나 탄소나노튜브(CNT)에 이어 팽창흑연 또는 그래핀 사용이 연구되어 왔다. 그러나 점도, 입자크기, 가격 그리고 생산성 등의 문제로 실용화가 어려웠다. 전자용 목적의 좁은 띠의 단일층이 아닌 그래핀나노판(GnP)은 다층의 여러 형태의 혼합물로 두껍고 종횡비가 크며 생산성 문제로 케이블에 적용되지 않았다. 그러나 가격 상 CNT보다 유리하여 실용화 가능성이 비교적 높았다.

○ 그래핀 제조관련 유수의 5개 회사 중 ①XG Sciences사(Michigan State University의 기술)는 상품명 xGnP를 제조하고, ②Vorbeck Materials사(Princeton 대학과 BASF의 기술)는 그래핀 복합체를 생산하는 것으로 가장 유명하다. CNT와 그래핀과의 가격이 관심사인데 2010년 2월경 추정단가에 의하면 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)는 100$/kg, 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT)는 300$/kg, xGnP의 기대가격은 20~40$/kg이다. XG Sciences사의 xGnP는 가격 경쟁력이 있다.

○ 국내외를 통하여 GnP를 전력케이블용 반도전컴파운드에 응용하는 특허는 이 이전에는 보이지 않았다. 이 특허는 약 10중량% 정도의 충전제 소량으로 고전도성, 낮은 점도를 달성하지만 전력케이블 특성상 장기 신뢰성 검토가 필요하다. GnP 함유 고분자 나노복합체의 컴파운딩에는 2007년 Kalaitzdou 등의 효과적인 방법이 선택되었다. VA 함량이 높은 반도전 컴파운딩용 EVA의 분체화가 필요하고, GnP와 CB의 사전혼합 및 용액 속에서 EVA 가루와 초음파 처리 후의 슬러리를 컴파운딩해야 하므로 양산에는 맞지 않는다. 한국에서 실용기술이 개발되기 바란다.

저자: Borealis AG
자료유형: 특허정보