Method for manufacturing of organic-inorganic insulation composition for high voltage DC cable and organic-inorganic insulation composition for high voltage DC cable manufactured thereby

• Main Authors: LEE DAE HO, KIM DO GEON, HAN JIN A, HAN SE WON, KIM IN SUNG, YU SEUNG GUN
• Format: Patent
• Language: English; Korean
• Published: 03.05.2024
• Subjects: BASIC ELECTRIC ELEMENTS; CABLES; CHEMISTRY; COMPOSITIONS BASED THEREON; COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS; CONDUCTORS; ELECTRICITY; INSULATORS; METALLURGY; ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING ORDIELECTRIC PROPERTIES; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; USE OF INORGANIC OR NON-MACROMOLECULAR ORGANIC SUBSTANCES ASCOMPOUNDING INGREDIENTS

본 발명은 알콕시 실란이 포함된 용매에 물과 촉매를 투입하고, 졸겔반응으로 실리카 나노입자 분산액을 합성하는 단계; 상기 실리카 나노입자 분산액을 표면개질용 작용기를 갖는 알콕시 실란과 반응시켜 상기 작용기로 표면개질된 실리카 나노입자 분말을 제조하는 단계; 상기 표면개질된 실리카 나노입자 분말과 폴리올레핀계 열가소성 탄성체 수지를 용융 혼합하여 유무기 복합 절연 조성물을 제조하는 단계;를 포함하여 이루어지고, 상기 표면개질용 작용기는 메틸(methyl)기, 에틸(ethyl)기, 비닐(vinyl)기, 티올(thiol)기, 아민(amine)기 및 불소(fluorine)기로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상이고, 상기 유무기 복합 절연 조성물은, 상기 실리카 나노입자 표면의 작용기에 의해 고전압 직류 전압 인가시 발생하는 공간전하를 트랩핑(trapping)하여 공간전하의 축적을 억제하는 것을 특징으로 하는, 고전압 직류케이블용 유무기 복합 절연 조성물 제조방법, 이에 따라 제조된 유무기 복합 절연 조성물에 관한 것이다. 본 발명의 고전압 직류케이블용 유무기 복합 절연 조성물 제조방법은 표면개질용 작용기를 갖는 알콕시 실란으로 실리카 나노입자 분말을 표면개질한 후 열가소성 탄성체 수지와 혼합하여 절연 조성물의 공간전하의 축적을 효과적으로 억제하는 고전압 직류케이블용 절연 조성물을 제공한다. 이에 따른 유무기 복합 절연 조성물은 고압 직류 환경에서 공간전하 축적에 의한 전계왜곡 정도 및 시간에 따른 증가율이 억제됨과 동시에 절연성능 및 기계적 물성이 우수하다. The present invention relates to a method for manufacturing an organic-inorganic composite insulation composition for high-voltage direct current cables and an organic-inorganic composite insulation composition manufactured thereby, wherein the method comprises the steps of: adding water and a catalyst to alkoxy silane in a solvent and synthesizing a dispersion of silica nanoparticles by a sol-gel reaction; reacting the silica nanoparticle dispersion with alkoxysilane having a surface-modifying functional group to prepare silica nanoparticle powder having a surface modified with the functional group; and melt mixing the surface-modified silica nanoparticle powder with a polyolefin-based thermoplastic elastomer resin to afford the organic-inorganic composite insulation composition, wherein the surface-modifying functional group is at least one selected from the group consisting of methyl, ethyl, vinyl, thiol, amine, and fluorine groups and the organic-inorganic composite insulation composition suppresses the accumulation of space charges by trapping the space charges generated upon application of high-voltage direct current. The method of manufacturing an organic-inorganic composite insulation composition for high-voltage direct current cables according to the present invention is designed to surface modify silica nanoparticle powder with alkoxysilane having a surface-modifying functional group and then mix same with a thermoplastic elastomer resin, thus providing an insulation composition for high-voltage direct current cables, which effectively suppresses the accumulation of space charges in the insulation composition. The resulting organic-inorganic composite insulating composition suppresses the degree and temporal increase rate of electric field distortion due to space charge accumulation in a high-voltage direct current environment, while exhibiting excellent insulating performance and mechanical properties.