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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
wassersperrenden Mittels (agent) oder Bandes für Kabel, wie
Kommunikationskabel und elektrische Kabel, wie optische Kabel und metallische
Kabel. Insbesondere betrifft sie ein wassersperrendes Mittel zur Verhinderung des
Einsickern von hochkonzentriertem Salzwasser, wie Meerwasser, unter die
Bewehrungen von optischen und metallischen Kabeln, des Wanderns im Inneren
der Bewehrungen und möglicher Beeinträchtigungen verschiedener Vorrichtungen,
mit denen die Kabel verbunden sind, und einem Verfahren zum Wassersperrend-
Machen der Kabel mit dem wassersperrenden Mittel.
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Kabel, wie optische Kabel und metallische Kabel, die als Kommunikationskabel
und elektrische Starkstromkabel verwendet werden, werden im allgemeinen
dadurch hergestellt, daß man eine oder mehrere optische Fasern oder elektrisch
leitende Metalldrähte mit Isolierpapier oder einem anderen ähnlichen Isolator
umwickelt und ferner die äußere Oberfläche des Isolators mit einer Bewehrung
aus synthetischem Harz oder Metall bedeckt. Wenn ein Kabel eine äußere
Beschädigung in der Bewehrung desselben erleidet und Wasser in die Bewehrung
eindringen kann, ergibt sich der Nachteil, daß das Kabel selbst oder verschiedene
Vorrichtungen, mit denen das Kabel verbunden ist, beeinträchtigt werden. Zur
Überwindung dieser Nachteile wurde ein Verfahren vorgeschlagen, welches das
Füllen des Innenraumes der Bewehrung mit einem wasserabsorbierenden Harz,
das in der Lage ist, mit dem absorbierten Wasser zu quellen und folglich die
weitere Wanderung des Wassers in der Bewehrung verhindert, umfaßt (japanische
Offenlegungsschrift SHO 56 (1981) - 93, 210; japanische Offenlegungsschrift
SHO 59 (1984) - 17, 508; US-PS 4308416 und EP-A-024631).
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Als absorbierende Harze, die für dieses Verfahren geeignet sind, wurden z. B.
vernetztes Polynatrium-acrylat, neutralisiertes Stärke-Acrylsäure-Propfpolymeres,
verseiftes Vinylacetat-acrylsäureester-Copolymeres und neutralisiertes vernetztes
Isobutylen-Maleinsäureanhydrid-Copolymeres verwendet.
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Diese konventionellen absorbierenden Harze verschlechterten jedoch bei Kontakt
mit mehrwertigen metallischen Ionen, wie Calcium und Magnesium, irreversibel
ihre Fähigkeit zur Absorption. Wenn das Innere der Bewehrung mit
Meereswasser durchdrungen ist oder wenn es über einen langen Zeitraum mit
unterirdischem Wasser, das Calcium-Ionen in einer geringen Konzentration
enthält, gedrängt ist, hören die absorbierenden Harze schließlich auf, den
wassersperrenden Effekt zu zeigen.
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Es wurden absorbierende Acrylfasern, die aus hydrolysiertem Acrylnitryl-(co)-
Polymeren (japanische Offenlegungsschrift SHO 57 (1982) - 82,567 und
japanische Offenlegungsschrift SHO 55 (1980) - 98,915) und Acrylnitryl-
Acrylsäure-Copolymeren (japanische Offenlegungsschrift SHO 61(1986) -
239,034) gebildet wurden, entwickelt, die in Dichtungsmaterialien Verwendung
gefunden haben.
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Diese absorbierenden Fasern haben den Nachteil, daß sie eine schlechte
Beständigkeit gegenüber Salzen besitzen und daher bei Kontakt mit wäßrigen
Flüssigkeiten, die ein mehrwertiges metallisches Ion enthalten, die
Absorptionsfähigkeit nicht voll zeigen und im Verlauf der Zeit einen graduellen
Verlust der Absorptionsfähigkeit erleiden. Wenn sie als wassersperrendes Mittel
verwendet werden, verdienen ihre Effekte beim Wassersperrend-Machen kaum
großes Lob.
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Als Mittel zur Verhinderung des Einsickerns von Wasser in die Bewehrung eines
Kabels oder in verschiedene Vorrichtungen, mit denen das Kabel verbunden ist,
mit solchen absorbierenden Harzen oder absorbierenden Fasern, wie sie
vorstehend erwähnt wurden, wurde früher das Verfahren, welches das direkte
Einbringen der absorbierenden Harze oder absorbierenden Fasern in die
Bewehrung des Kabels umfaßt, und die Methode, welche die Inkorporierung eines
pulverförmigen absorbierenden Harzes in die Bewehrung eines Kabels durch
schnelles Ablagern des pulverförmigen absorbierenden Harzes auf einem Film
oder einer Folie mit einem organischen hochmolekularen Bindemittel bewirkt,
wobei ein wassersperrendes Band hergestellt wird und dieses wassersperrende
Band um die metallischen Drähte oder optischen Fasern, die in der Bewehrung
des Kabels umhüllt werden sollen, gewickelt wird, gewählt (EP-A-188959).
Insbesondere hat die Methode, welche das absorbierende Harz, wie es in der
Form eines wassersperrenden Bandes hergestellt wurde, verwendet, in den letzten
Jahren zunehmende Anwendung gefunden, da es in der Lage ist, Kabel effizient
wassersperrend zu machen.
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Da das Bindemittel, das bei der Herstellung des wassersperrendes Bandes in dem
Verfahren verwendet wird, geeignet ist, die Fähigkeit des absorbierenden Harzes,
mit dem absorbierten Wasser zu quellen, zu verhindern und folglich die
Quellgeschwindigkeit des wassersperrenden Bandes, mit einer wäßrigen Flüssigkeit
gering ist, erfordert das wassersperrende Band eine sehr lange Zeit, um die
wäßrige Flüssigkeit, die in die Bewehrung des Kabels einsickert, vollständig zu
absorbieren, und gestattet, daß die einsickernde wäßrige Flüssigkeit sein
Vorangehen über eine lange Strecke fortsetzt, wobei sie sich den Metalldrähten
oder optischen Fasern oder den verschiedenen Vorrichtungen, mit dein das
Kabel verbunden ist, nähern kann.
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist daher die Bereitstellung eines
wassersperrenden Mittels für Kabel, wie Kommunikationskabel und elektrische
Starkstromkabel, die optische Fasern und Metalldrähte in geeigneten
Bewehrungen enthalten, wobei das wassersperrende Mittel hervorragende
Beständigkeit gegenüber Salze aufweist und den wassersperrenden Effekt konstant
über eine lange Zeit zeigt, ohne die Fähigkeit der Wasserabsorption nach Kontakt
mit hochkonzentriertem Salzwasser, das zufällig in die Bewehrung des Kabels
einsickert, aufzugeben, und eines Verfahrens zum Wassersperrend-Machen
solcher Kabel, wie sie vorstehend erwähnt wurden, mit dem wassersperrenden
Mittel.
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Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
wassersperrenden Materials in Form einer Folie oder eines Bandes, gerade im
Fall des Einsickern einer wäßrigen Flüssigkeit in die Bewehrung der Kabel,
wobei das Material die Flüssigkeit schnell absorbiert, um zu verhindern, daß die
Flüssigkeit in die Nachbarschaft der optischen Fasern oder metallischen Kabel
oder in verschiedene Vorrichtungen, mit denen die Kabel verbunden sind,
einsickert, und eines Verfahrens zum Wassersperrend-Machen mit solchem
wassersperrenden Material.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung, wird ein Verfahren zur Herstellung eines
wassersperrenden Mittels (agent) für ein optisches oder elektrisches Kabel
bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein Monomergemisch, das
aus 5 bis 100 Molprozent eines Sulfonsäuregruppen enthaltenden ungesättigten
Monomeren (A) und bis zu 95 Molprozent eines anderen ungesättigten
monomeren (B) besteht, in Gegenwart eines Vernetzungsmittels zur Bereitstellung
einer vernetzten markomolekularen Verbindung, die eine Sulfonsäuregruppe oder
ein Salz derselben in einer Menge von nicht weniger als 0,5 mg Äquivalent/g und
eine dissoziierende Gruppe in einer Menge von nicht weniger als 1,0 mg
Äquivalent/g enthält, polymerisiert.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung
eines wassersperrenden Mittels für ein optisches oder elektrisches Kabel
bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man ein polymerisierbares
Monomeres, z. B. eine ungesättigte Carbonsäure, in Gegenwart eines
Vernetzungsmittels polymerisiert und das resultierende Polymere mit einem
Sulfonierungsmittel, gegebenenfalls in Gegenwart eines Vernetzungsmittels, zur
Bereitstellung einer vernetzten makromolekularen Verbindung, die eine
Sulfonsäuregruppe oder ein Salz derselben in einer Menge von nicht weniger als
0,5 mg Äquivalent/g und eine dissoziierende Gruppe in einer Menge von nicht
weniger als 1,0 mg Äquivalent/g sulfoniert.
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Die Erfindung erstreckt sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Herstellung eines
wassersperrenden Bandes für ein optisches oder elektrisches Kabel, welches die
Herstellung einer wassersperrenden Verbindung (agent), wie vorstehend
beschrieben, und dann die Immobilisierung der erhaltenen wassersperrenden
Verbindung auf der Oberfläche eines Filmes oder einer Folie mit einem
organischen makromolekularen Bindemittel, welches eine urethanisierte
Verbindung umfaßt, die durch die Reaktion einer Isocyanatverbindung mit einem
wasserlöslichen Polyalkylenoxid mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht
von nicht weniger 50000 erhalten wurde, umfaßt.
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Die Erfindung erstreckt sich ebenfalls auf ein Verfahren für die Herstellung eines
wassersperrenden Bandes für ein optisches oder elektrisches Kabel, welches die
Herstellung einer wassersperrenden Verbindung, wie beschreiben, und dann
Immobilisierung der erhaltenen wassersperrenden Verbindung an der Oberfläche
eines Filmes oder einer Folie mit einem Bindemittel, das durch Mischen von 5 bis
300 Gewichtsteilen eines organischen markomolekularen Bindemittels mit 0,05 bis
50 Gewichtsteilen eines organischen Pulvers, das einen durchschnittlichen
Teilchendurchmesser von nicht mehr als 20 um besitzt, bezogen auf 100
Gewichtsteile der vernetzten makromolekularen Verbindung, hergestellt wurde,
umfaßt.
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Beispiele der Sulfonsäuregruppe oder eines Salzes derselben, die in der
erfindungsgemäß zu verwendenden vernetzten makromolekularen Verbindung
enthalten sind, umfassen Sulfonsäuregruppen, Alkalimetallsalze, wie Natriumsalze
und Kaliumsalze, Erdalkalimetallsalze, wie Magnesiumsalze oder Metallsalze, wie
Zinksalze von Sulfonsäuregruppen, Ammoniumsalze von Sulfonsäuregruppen und
organische Aminsalze von Sulfonsäuregruppen.
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Beispiele der dissoziierenden Gruppe, die in der erfindungsgemäß zu
verwendenden vernetzten makromolekularen Verbindung enthalten sind, umfassen
anionisch dissoziierende Gruppen, wie Sulfonsäuregruppen, Carboxylgruppen
und Metallsalze, Ammoniumsalze und organische Aminsalze derselben, und
cationisch dissoziierende Gruppen, wie Amine und quarternäre Ammoniumsalze.
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Die erfindungsgemäß zu verwendende vernetzte makromolekulare Verbindung soll
eine Sulfonsäuregruppe oder ein Salz derselben in einer Menge von nicht weniger
als 0,5 mg Äquivalent/g und eine dissoziierende Gruppe in einer Menge von nicht
weniger als 1,0 mg Äquivalent/g enthalten. Vorzugsweise liegt der Gehalt der
Sulfonsäuregruppe oder eines Salzes derselben im Bereich von 0,5 - 8,0 mg
Äquivalent/g, insbesondere von 1,0 bis 6,0 mg Äquivalent/g, und der Gehalt der
dissoziierenden Gruppe im Bereich von 1,0 bis 13 mg Äquivalent/g, vorzugsweise
von 2,0 bis 10 mg Äquivalent/g. Falls der Gehalt der dissoziierenden Gruppe
weniger als 1,0 mg Äquivalent/g beträgt, ist die Wasserabsorptionsfähigkeit der
vernetzten makromolekularen Verbindung für den zu zeigenden wassersperrenden
Effekt nicht ausreichend. Falls der Gehalt der Sulfonsäuregruppe oder eines
Salzes derselben weniger als 0,5 mg Äquivalent/g beträgt, ist die vernetzte
makromolekulare Verbindung gegenüber dem Einfluß eines mehrwertigen
Metallsalzes so empfindlich, daß der konstante wassersperrende Effekt nicht für
eine lange Zeit beibehalten wird.
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Die erfindungsgemaß zu verwendende, vernetzte makromolekulare Verbindung
soll in der Lage sein, deionisiertes Wasser in einer Gesamtmenge zu absorbieren,
die nicht kleiner ist als das fünffache des Eigengewichtes. Vorzugsweise liegt die
Wasserabsorptionskapazität im Bereich des 50-1000fachen, vorzugsweise des 100-
600fachen des Eigengewichtes. Wenn diese Kapazität weniger als das 5fache des
Eigengewichtes ist, ist es für das wassersperrende Mittel schwierig, einen
ausreichenden wassersperrenden Effekt über eine lange Zeit beizubehalten.
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Der Ausdruck "Wasserabsorptionsfähigkeit der vernetzten makromolekularen
Verbindung", wie er erfindungsgemäß verwendet wird, bezieht sich auf das
Gewicht eines gequollenen Gels, das dadurch erhalten wurde, daß man die
Verbindung eine Stunde in ein großes Volumen deionisierten Wassers eingetaucht
hielt und am Ende des Eintauchens die gequollene Verbindung von dem
deionisierten Wasser trennte, zu dem Gewicht der gleichen Verbindung vor dem
Eintauchen.
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Die vernetzte makromolekulare Verbindung, die vorteilhaft als erfindungsgemäßes
wassersperrendes Mittel für Kabel nützlich ist, kann hergestellt werden z. B. durch
(1) ein Verfahren, welches das Polymerisieren (A) eines Sulfonsäuregruppen
enthaltenden ungesättigten Monomeren, falls nötig, in Gegenwart (C) eines
Vernetzungsmittels, umfaßt, (2) ein Verfahren, welches das Copolymerisieren (A)
eines Sulfonsäuregruppen enthaltenden ungesättigten Monomeren und (B) eines
anderen polymerisierbaren Monomeren, falls nötig, in Gegenwart (C) eines
Vernetzungsmittels umfaßt, (3) ein Verfahren, welches das Polymerisieren (B)
eines polymerisierbaren Monomeren, falls nötig, in Gegenwart (C) eines
Vernetzungsmittels, und Sulfonieren des erhaltenen vernetzten Polymeren mit
einem Sulfonierungsmittel, wie Schwefelsäure, Schwefelsäureanhydrid, 1,3-
Propan-sulton, 1,4-Butan-sulton oder (Natriumsalz der) Hydroxyalkansulfonsäure
umfaßt oder (4) ein Verfahren, welches das Polymerisieren (B) eines
polymerisierbaren Monomeren und Umsetzen des resultierenden Polymeren mit
(C) einem Vernetzungsmittel und gleichzeitig Sulfonieren des Polymeren mit
einem Sulfonierungsmittel umfaßt.
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Beispiele für das Sulfonsäuregruppen enthaltende ungesättigte Monomer (A), das
bei der Herstellung der erfindungsgemäßen vernetzten makromolekularen
Verbindung nützlich ist, umfassen ungesättigte Sulfonsäuren und Natrium-,
Kalium-, oder andere Alkalimetallsalze, Calcium-, Magnesium- und andere
Erdalkalimetallsalze, Zink- und andere ähnliche Metallsalze, Ammoniumsalze und
organische Aminsalze derselben, speziell Vinyl-sulfonsäuren, Allyl-sulfonsäuren,
Methallyl-sulfonsäuren, Styrol-sulfonsäuren, 2-Acrylamid-2-
methylpropansulfonsäure, 3-Allyloxy-2-hydroxypropansulfönsäure, 2-
Sulfoethyl(meth)acrylate, 3-Sulfonpropyl(meth)acrylate, 1-Sulfopropan-2-
yl(meth)acrylate, 2-Sulft)propyl(meth)acrylate, 1-Sulfobutan-2-yl(meth)acrylate, 2-
Sulfobutyl(meth)acrylate und 3-Sulfobutan-2-yl(meth)acrylate.
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Von den vorstehend genannten Sulfonsäuregruppen enthaltenden ungesättigten
Monomeren kann eines oder kann auch ein Gemisch von zwei oder mehreren der
vorstehend genannten Monomeren verwendet werden. Besonders mindestens ein
Monomeres, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Sulfoethyl(meth)acrylaten,
Sulfopropyl(meth)acrylaten und 2-Acrylamid-2-methylpropansulfonsäure oder
einem Salz derselben, wird hierin aufgrund der leichten kommerziellen
Verfügbarkeit verwendet.
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Beispiele des anderen polymerisierbaren Monomeren (B), das erfindungsgemäß
nützlich ist, umfassen Carboxylgruppen enthaltende ungesättigte Monomere, wie
ungesättigte Carbonsäuren, wie Acrylsäure, Methacrylsäure, Crotonsäure,
Itakonsäure, Maleinsäure, Fumarsäure und Citraconsäure und Alkalimetallsalze,
Erdalkalimetallsalze, Ammoniumsalze und organische Aminsalze der ungesättigten
Karbonsäuren, wasserlösliche ungesättigte Monomere, wie (Meth)acrylamide,
(Meth)acrylnitrile, Vinylacetat, N,N-Dimethylaminoethyl(meth)acrylate und 2-
[(Meth)acryloyloxyethyl]trimethylammonium chloride und hydrophobe
ungesättigte Monomere, wie Styrol und (Meth)acrylsäureester, wie
Hydroxyethyl(meth)acrylat, Hydroxypropyl(meth)acrylate,
Polyethylenglycolmono(meth)acrylate, Polypropylenglycol-mono(meth)acrylate,
Polybutylenglycolmono(meth)acrylate, Methoxypolyethylenglycol-mono(meth)acrylate,
Methoxypolypropylenglycol-mono(meth)acrylate,
Methoxypolybutylenglycolmono(meth)acrylate, Ethoxypolyethylenglycol-mono(meth)acrylate,
Ethoxypolypropylenglycol-mono(meth)acrylate,
Ethoxypolybutylenglycolmono(meth)acrylate,
Methoxypolyethylenglycol-polypropylenglycolmono(meth)acrylate, Phenoxypolyethylenglycol-mono(meth)acrylate,
Benzyloxypolyethylenglycol-mono(meth)acrylate, Methyl(meth)acrylate,
Ethyl(meth)acrylate und Butyl(meth)acrylate.
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Von den vorstehend genannten anderen polymerisierbaren Monomeren kann ein
Monomeres oder ein Gemisch von zwei oder drei der genannten Monomere
verwendet werden.
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Im Verfahren zur Herstellung der vernetzten makromolekularen Verbindung
durch Polymerisation (A) eines Sulfonsäuregruppen enthaltenden ungesättigten
Monomeren, gegebenenfalls in Gegenwart (B) eines anderen polymerisierbaren
Monomeren liegt die Menge (A) des zu verwendenden Sulfonsäuregruppen
enthaltenden ungesättigten Monomeren im Bereich von 5-100 Mol%,
vorzugsweise von 8-100 Mol%, und die Menge (B) des anderen
polymerisierbaren Monomeren im Bereich 95-0 Mol%, vorzugsweise von 92-0
Mol %. Falls die Menge (A) des Sulfonsäuregruppen enthaltenden ungesättigten
Monomeren weniger als 5 Mol% beträgt, wird die vernetzte makromolekulare
Verbindung, die eine Sulfonsäuregruppe oder ein Salz derselben und eine
dissoziierende Gruppe in den entsprechenden vorstehend definierten Bereichen
enthält, schwierig erhalten. Wenn die überhaupt erhaltene vernetzte
makromolekulare Verbindung als wassersperrendes Mittel für Kabel verwendet
wird, neigt das wassersperrende Mittel dazu, den wassersperrenden Effekt
unzureichend zu zeigen.
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Beispiele des erfindungsgemaß verwendbaren Vernetzungsmittels (C) umfassen
Verbindungen, die zwei oder mehr ethylenisch ungesättigte Gruppen in ihrer
Moleküleinheit enthalten, wie Divinylbenzol, Ethylenglycol-di(meth)acrylate,
Diethylenglycol-di(meth)acrylate, Triethylenglycol-di(meth)acrylate,
Propylenglycol-di(meth)acrylate, Polyethylenglycol-di(meth)acrylate,
Trimethylolpropan-tri(meth)acrylate, Pentaerythrit-tri(meth)acrylate,
Pentaerythritdi(meth)acrylate, N,N-Methylenbisacrylamide, Triallyl-isocyanurat,
Trimetholpropan-diallylether; mehrwertige Alkohole, wie Ethylenglycol,
Diethylenglycol, Triethylenglycol, Polyethylenglycol, Glycerin, Polyglycerin,
Propylenglycol, Diethanolamin, Triethanolamin, Polypropylenglycol,
Polyvinylalkohol, Pentaerythrit, Sorbit, Sorbitan, Glucose, Mannit, Mannitan,
Saccharose und Dextrose; und Polyepoxy-Verbindungen, wie
Ethylenglycoldiglycidylether, Glycerin-diglycidylether, Polyethylenglycol-diglycidylether,
Propylenglycol-diglycidylether, Polypropylenglycol-diglycidylether,
Neopentylglycol-diglycidylether, 1,6-Hexandiol-diglycidylether,
Trimethylolpropandiglycidylether, Trimethylolpropan-triglycidylether und
Glycerin-triglycidylether. Von den vorstehend genannten Vernetzungsmitteln kann
ein Mittel oder ein Gemisch von zwei oder mehreren der genannten
Vernetzungsmittel verwendet werden. Das im Verlauf der Herstellung erhaltene
Polymere wird einer Wärmebehandlung bei einer Temperatur im Bereich von
150-200ºC, wenn ein mehrwertiger Alkohol als Vernetzungsmittel verwendet
wird, oder bei einer Temperatur im Bereich von 50-250ºC, wenn alternativ eine
Polyoxyverbindung verwendet wird, unterworfen. Die Verwendung eines solchen
Vernetzungsmittels ist in dem Sinne wünschenswert, daß es freie Kontrolle der
Vernetzungsdichte der herzustellenden vernetzten makromolekularen Verbindung
gestattet. Das zu verwendende Vernetzungsmittel wird in einem molaren
Verhältnis im Bereich von 0,00001 - 0,3, bezogen auf die Menge des vorstehend
genannten Monomeren, verwendet. Wenn die Menge des Vernetzungsmittels das
molare Verhältnis von 0,3 übersteigt, ist die Vernetzungsdichte der hergestellten
vernetzten makromolekularen Verbindung so groß, daß das
Wasserabsorptionsvermögen der Verbindung herabgesetzt ist. Umgedreht erreicht,
wenn diese Menge weniger als das molare Verhältnis von 0,00001 ist, die
hergestellte vernetzte makromolekulare Verbindung eine ungeeignet geringe
Vernetzungsdichte und neigt dazu, mit dem absorbierten Wasser eine viskose
Textur zu bilden und gefährdet folglich die Leichtigkeit seiner eigenen
Handhabung.
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Die Polymerisation zur Herstellung der vernetzten makromolekularen
Verbindung, die vorteilhaft als erfindungsgemäßes wassersperrendes Mittel für
Kabel verwendet werden kann, kann gemäß irgendeiner der konventionellen
Methoden, die für diesen Zweck verfügbar sind, durchgeführt werden. Die
Methode, welche von der Verwendung eines radikalischen
Polymerisationskatalysators Gebrauch macht, und die Methode, welche sich auf
die Bestrahlung mit Strahlen (radiant ray), Elektronenstrahl oder ultraviolettem
Licht stützt, sind Beispiele für geeignete Verfahren. Als Katalysator für die
radikalische Polymerisation sind Radikale bildende Mittel, einschließlich
Peroxyde, wie Wasserstoffperoxyd, Benzoylperoxyd und Cumolhydroperoxyd,
Azo-verbindungen, wie Azobisisobutyronitril, und Persulfate, wie
Ammoniumpersulfat und Kaliumpersulfat und Initiatoren vom Redoxtyp, die
durch Kombination solcher Radikale bildenden Mittel mit reduzierenden Mitteln,
wie Natriumhydrogensulfit, L-Ascorbinsäure und Eisen-II-Salzen hergestellt
werden, verfügbar. Beispiele für das Lösungsmittel für das Polymerisationssystem
umfassen Wasser, Methanol, Ethanol, Aceton, Dimethylformamid und
Dimethylsulfoxid und verschiedene Gemische derselben. Obgleich die Temperatur
der Polymerisation mit der Art des verwendeten Katalysators variiert werden
kann, ist es erwünscht, daß sie relativ niedrig in dem Sinne ist, daß das
Molekulargewicht der vernetzten makromolekularen Verbindung groß ist, wenn
die Temperatur relativ niedrig ist. Um die Komplettierung der Polymerisation
sicherzustellen, ist es jedoch gewünscht, daß die Temperatur im Bereich von 20-
100ºC liegt.
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Die Konzentration des Monomeren im Polymerisationssystem wird
erfindungsgemäß nicht spezifisch definiert. Wenn die Leichtigkeit der Kontrolle
der Polymerisationsreaktion und die Ausbeute und Ökonomie der Reaktion in
Betracht gezogen werden, wird es gewünscht, daß die Konzentration der
Monomere im Bereich von 20-80 Gew.- %, vorzugsweise 30-60 Gew.- % liegt.
Die Polymerisation kann in einer der verschiedenen in der Technik bekannten
Formen durchgeführt werden. Unter anderen verfügbaren Methoden, hat sich die
Suspensionspolymerisation, die Gießpolymerisation (cast polymerisation) und die
Methode, welche die Polymerisation bewirkt, während ein Wasser enthaltendes
Polymeres vom Geltyp durch die Scherkraft eines Doppelarm-Kneters fein zerteilt
wird (japanische Offenlegungsschrift SHO 57 (1982)- 34, 101)) als besonders
wünschenswert erwiesen.
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Die, wie vorstehend beschrieben, erhaltene vernetzte makromolekulare
Verbindung kann in ihrer unmodifizierten Form als wassersperrendes Mittel, das
in den Zwischenraum der Bewehrung des Kabels eingefüllt wird, verwendet
werden. Fakultativ kann dieses wassersperrende Mittel in diesem Fall gemischt
mit Asbest, Pulpe, synthetischen Fasern oder natürlichen Fasern verwendet
werden.
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Fakultativ kann diese vernetzte makromolekulare Verbindung mit Fasern,
Gummi, Kunststoff oder non-woven-Gewebe kombiniert werden, um als ein
wassersperrendes Material in der Form verwendet zu werden, welche hohe
Bearbeitungsfähigkeit zum Zeitpunkt des Einhüllens gewährleistet und den
gewünschen wassersperrenden Effekt mit hoher Wirksamkeit bewirkt. Für diese
Kombination sind die folgenden Methoden (1) - (4) verfügbar.
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(1) Die Methode, welche ein faserförmiges wassersperrendes Material dadurch
produziert, daß die vernetzte makromolekulare Verbindung einer Spinnlösung von
synthetischen Fasern, z. B., zugesetzt wird und die gemischte Spinnlösung
gesponnen wird oder die vernetzte makromolekulare Verbindung an einer solchen
faserförmigen Substanz, wie synthetischen Fasern oder natürlichen Fasern mittels
einer klebrigen Substanz immobilisiert wird. Dieses faserförmige wassersperrende
Material kann in seiner unmodifizierten Form in die Bewehrung gefüllt werden
oder kann, bevor es verwendet wird, in die Form eines Gewebes überführt
werden.
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(2) Das Verfahren, welches ein wassersperrendes Material in Form einer Folie
oder eines Bandes herstellt, indem die vernetzte makromolekulare Verbindung mit
Gummi oder Kunststoff gemischt wird und das resultierende Gemisch mit Walzen
oder einer Extrudiermaschine geformt wird.
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(3) Das Verfahren, welches ein wassersperrendes Material in der Form einer
Folie oder eines Bandes dadurch herstellt, daß die vernetzte makromolekulare
Verbindung mittels einer klebrigen Substanz an einer Folie oder einem Band aus
non-woven-Gewebe, woven-Gewebe oder Papier immobilisiert wird oder die
vernetzte makromolekulare Verbindung zwischen gegenüberliegenden Folien oder
Bändern aus non-woven-Gewebe oder woven-Gewebe oder Papier angeordnet
wird.
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(4) Das Verfahren, welches ein wassersperrendes Material in Form einer Folie
oder eines Bandes dadurch herstellt, daß die vernetzte makromolekulare
Verbindung gemischt mit einer klebrigen Substanz oder einem
Beschichtungsmaterial auf einen Kunststoffilm, beispielsweise, aufgebracht wird
und dann gegebenenfalls der beschichtete Film geschnitten wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Wassersperrend-Machen eines Kabels ist
dadurch gekennzeichnet, daß die spezifische vernetzte makromolekulare
Verbindung als ein wassersperrendes Mittel in seiner unmodifizierten Form in die
Bewehrung des Kabels eingefüllt wird, daß die vernetzte makromolekulare
Verbindung an einer faserförmigen Substanz mittels des Kombinationsverfahrens,
wie es vorstehend in (1) genannt wurde, immobilisiert wird und als ein
faserförmiges wassersperrendes Material zum Einfüllen in die Bewehrung des
Kabels verwendet wird, oder daß die vernetzte makromolekulare Verbindung an
der Oberfläche eines Films oder einer Folie gemäß den Kombinationsverfahren,
wie sie vorstehend in (2) - (4) genannt wurden, immobilisiert wird und als
wassersperrendes Material in der Form einer Folie oder eines Bandes, das in die
Bewehrung des Kabels gefüllt wird, verwendet wird. Besonders die
wassersperrend machende Behandlung, die an einem gegebenen Kabel durch
Umhüllen der Metalldrähte und der optischen Fasern, die in der Bewehrung des
Kabels enthalten sind, mit dem wassersperrenden Material in Form einer Folie
oder eines Bandes erzielt wird, erweist sich als wünschenswert, da durch diese
Behandlung die sonst mögliche lokale Abweichung des wassersperrenden Effektes
entlang der Länge des Kabels leicht ausgeschlossen werden kann.
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Beispiele für das Bindemittel vom Typ des organischen Polymeren, das
erfindungsgemäß zur Immobilisierung der vernetzten makromolekularen
Verbindung an der Oberfläche eines Films oder einer Folie verwendet wird,
umfaßt Polyurethan, Polyester, Polyamid, Ethylen-Vinylacetat-Copolymeres,
Acrylsäure-(Co)Polymeres, Polyvinylalkohol, Hydroxyethylcellulose,
Carboxymethylcellulose und Polyacrylsäureester.
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Unter anderen Bindemitteln vom organischen Polymer-Typ, wie sie vorstehend
genannt wurden, erweist sich eine urethanisierte Substanz, die durch die Reaktion
einer Isocyanatverbindung mit einem wasserlöslichen Polyalkylenoxid mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von nicht weniger als 50 000 erhalten wird,
als besonders wünschenswert, da das wassersperrende Material, das schließlich in
Form eines Films oder einer Folie erhalten wird, bei Kontakt mit einer wäßrigen
Flüssigkeit eine sehr hohe Aufquellgeschwindigkeit aufweist. Das wasserlösliche
Polyalkylenoxid, das bei der Herstellung der urethanisierten Substanz verwendet
wird, besitzt ein durchschnittliches Molekulargewicht von nicht weniger als
50 000. Falls dieses durchschnittliche Molekulargewicht weniger als 50 000
beträgt, weist das hergestellte wassersperrende Material in der Form eines Films
oder einer Folie bei Kontakt mit der wäßrigen Flüssigkeit eine geringe
Aufquellgeschwindigkeit auf und zeigt es nur schwer, einen ausreichenden
wassersperrenden Effekt. Als Polyalkylenoxid, das erfindungsgemäß geeignet ist,
wird ein wasserlösliches Polyethylenoxid oder ein Produkt, das durch
Copolymerisieren des wasserlöslichen Polyethylenoxids mit einem anderen
Alkylenoxid, wie Propylenoxid, das in einer Menge zugesetzt wird, die nicht in
der Lage ist, die Wasserlöslichkeit des Polyethylenoxids zu verschlechtern,
erhalten wird, verwendet. Ein Polyethylenoxid mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht im Bereich von 50 000 - 2 000 000 erweist sich als besonders
wünschenswert. Die Isocyanatverbindung, die erfindungsgemäß vorgesehen ist, ist
eine Verbindung, die ein oder mehrere Isocyanat-Gruppen in der Moleküleinheit
derselben enthält. Beispiele für die Isocyanatverbindung umfassen
2,4-Tolylendiisocyanat, 2,6-Tolylen-diisocyanat, 1-Methylbenzol-2,4,6-triisocyanat,
Naphthalin-1,3,7-triisocyanat, Biphenyl-2,4,4,-triisocyanat, 1,3-Dimethylbenzol-
2,4-diisocyanat, Phenylen-diisocyanat, n-Propyl-isocyanat, n-Butyl-isocyanat, n-
Hexyl-isocyanat, Octadecyl-isocyanat, Cyclohexyl-isocyanat, Benzyl-isocyanat,
Phenyl-isocyanat, Propan-diisocyanat, Hexan-diisocyanat, Decan-diisocyanat,
geschützte Verbindungen (hergestellt von Nippon Polyurethane Industry Co., Ltd.
und vertrieben unter dem Warenzeichen "Coronate® L" und "Coronate® HL"),
und geschützte Verbindungen (hergestellt von Sumitomo Bayer Urethane Co.,
Ltd. und vertrieben unter dem Warenzeichen "Sumidur® N", "Sumidur® L",
"Sumidur® HL" und "Sumidur® IL") und Gemische derselben.
Gegebenenfalls kann eine solche Isocyanatverbindung auch maskiert mit einem
geeigneten Maskierungsmittel verwendet werden.
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Die Herstellung der urethanisierten Substanz, die als Bindemittel geeignet ist,
durch Reaktion eines Polyalkylenoxids mit einer Isocyanatverbindung wird
dadurch bewirkt, daß diese Verbindungen, Materialien für die Reaktion, bei einer
Temperatur im Bereich von 40 - 160ºC, falls nötig in Wasser oder einem
verschiedenen organischen Lösungsmittel als Reaktionslösungsmittel gehalten
werden. Diese Reaktion wird durch das konventionelle, für den Zweck der
Urethanisierung verfügbare Verfahren, gegebenenfalls in Gegenwart eines
Promotors durchgeführt. Beispiele für den Promotor für diese Urethanisierung
umfassen Aminoverbindungen, wie Triethylamin, Tetraethylamin und
Triethylendiamin, Morpholinderivate, Piperazinderivate und Zinnverbindungen, wie
Dibutyl-zinn-dichlorid und Dilauryl-zinn-dichlorid.
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Die, wie vorstehend beschrieben, erhaltene urethanisierte Substanz, wird hierin
als organisches polymeres Bindemittel für die Immobilisierung der vernetzten
makromolekularen Verbindung an Fasern oder an der Oberfläche eines Films oder
einer Folie verwendet.
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Das Bindemittel vom organischen Polymertyp für die vorliegende Erfindung wird
in einer Menge im Bereich von 5-300 Gewichtsteilen, vorzugsweise 10-100
Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der vernetzten makromolekularen
Verbindung verwendet. Falls diese Menge weniger als 5 Gewichtsteile beträgt,
wird keine ausreichende Immobilisierung der vernetzten makromolekularen
Verbindung erzielt. Falls diese Menge 300 Gewichtsteile übersteigt, besitzt das
wassersperrende Material, das in Form eines Films oder eines Bandes hergestellt
wird, ein unzureichendes Quellverhältnis und bewirkt möglicherweise keinen
ausreichenden wassersperrenden Effekt.
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Als Mittel für die Immobilisierung der erfindungsgemäßen vernetzten
makromolekularen Verbindung an Fasern oder an der Oberfläche eines Films oder
einer Folie kann das Verfahren, welches das Aufbringen eines Bindemittels auf
der Faser oder an die Oberfläche des Films oder der Folie und das nachfolgende
Aufsprühen der vernetzten makromolekularen Verbindung auf die aufgebrachte
Schicht des Bindemittels umfaßt, und das Verfahren, welches das Mischen der
vernetzten makromolekularen Verbindung mit dem Bindemittel und Aufbringen
des resultierenden Gemisches auf die Fasern oder auf die Oberfläche des Films
oder der Folie umfaßt, genannt werden. Besonders, wenn die urethanisierte
Substanz als Bindemittel verwendet wird, kann das Verfahren eingesetzt werden,
welches das Mischen der vernetzten makromolekularen Verbindung mit dem
Polyalkylenoxid und der Isocyanatverbindung, d. h. den Rohmaterialien für die
urethanisierte Substanz, das Aufbringen des resultierenden Gemisches auf die
Fasern oder auf die Oberfläche des Films oder der Folie und das Aufrechterhalten
der beschichteten Fasern oder des beschichteten Films oder der beschichteten
Folie einer Temperatur im Bereich von 40-160ºC, vorzugsweise 70-120ºC, wobei
eine urethanisierte Substanz an den Fasern oder an der Oberfläche der Folie oder
des Films gebildet wird, umfaßt.
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Bei der Anwendung der vernetzten makromolekularen Verbindung und/oder des
Bindemittels kann, falls nötig, ein Lösungsmittel verwendet werden. Beispiele der
Lösungsmittel umfassen Wasser, Methanol, Ethanol, Isopropylalkohol, Aceton,
Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Ethylacetat und
Gemische derselben. Beispiele der Lösungsmittel, die für die urethanisierte
Substanz besonders geeignet sind, umfassen Nitromethan, Acetonitril, Benzol,
Toluol, Xylol, Dimethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethyl-sulfoxid,
Tetrahydrofuran, Dioxan, Diethylether, Ethylen-dichlorid, Tetrachlorkohlenstoff,
Chloroform, Ethylacetat, Methylisobutylketon, Aceton, Wasser und Gemische
derselben.
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Bei der Immobilisierung der vernetzten makromolekularen Verbindung mit einem
Bindemittel vom organischen Polymertyp kann die vernetzte makromolekulare
Verbindung an den Fasern oder an der Oberfläche des Films oder der Folie
zusammen mit einem Füllstoff durch Mischen des Füllstoffes mit der vernetzten
makromolekularen Verbindung und/oder dem Binder immobilisiert werden.
Beispiele für die Füllstoffe umfassen verschiedene anorganische Pulver, wie
Siliciumoxyd, Aluminiumoxyd, synthetische Silikate, Magnesiumcarbonat,
Magnesiumsilikat, Calciumcarbonat, Bentonit, Kaolinit, Ruß, Zeolit, aktivierte
Tonerde, Titanoxyd und Gemische derselben. Der Füllstoff sollte einen
durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 20 um aufweisen.
Wenn die vernetzte makromolekulare Verbindung und ein organisches Pulver mit
einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 20 Mikron
gemeinsam an den Fasern oder an der Oberfläche des Films oder der Folie zur
Herstellung des wassersperrenden Materials immobilisiert sind, erweist sich das
hergestellte wassersperrende Material als wünschenswert, da es bei Kontakt mit
einer wäßrigen Flüssigkeit eine erhöhte Quellgeschwindigkeit aufweist.
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Der durchschnittliche Teilchendurchinesser des anorganischen Pulvers, wie
erfindungsgemäß angegeben, repräsentiert eine Größe, die durch die
Sedimentationsgeschwindigkeitsmethode bestimmt wird. Falls dieser
durchschnittliche Teilchendurchinesser 20 um übersteigt, besitzt das in Form
eines Films oder eines Bandes hergestellte wassersperrende Material nur einen
geringen Effekt bei der Verbesserung der Quellgeschwindigkeit bei Kontakt mit
der wäßrigen Flüssigkeit. Unter verschiedenen anorganischen Pulvern, wie sie
vorstehend angegeben wurden, erweist sich ein mikrofeines Siliciumoxydpulver
mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht mehr als 1 um, für
das ein geschütztes Siliciumoxyd (hergestellt von Japan Aerosil Co., Ltd. und
vertrieben unter dem Warenzeichen "Aerosil") ein typisches Beispiel ist, in dem
Sinne als besonders wünschenswert, als es sich infolge des kleinen
Teilchendurchmessers durch die Fähigkeit zur Adsorption an der vernetzten
makromolekularen Verbindung auszeichnet.
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Das anorganische Pulver, das vorteilhaft bei der Herstellung des
wassersperrenden Materials in Form von Fasern, Folien oder Bändern verwendet
wird, wird mit der vernetzten makromolekularen Verbindung in einer Menge im
Bereich von 0,05-50 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile der
makromolekularen Verbindung, gemischt. Falls diese Menge weniger als 0,05
Gewichtsteile beträgt, zeigt das zugesetzte anorganische Pulver nicht den
erwarteten Effekt bei der Erhöhung der Quellgeschwindigkeit des
wassersperrenden Mittels mit der absorbierten wäßrigen Flüssigkeit.
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Falls diese Menge 50 Gewichtsteile übersteigt, nimmt das Verhältnis der
vernetzten makromolekularen Verbindung zu der Gesamtzusammensetzung ab und
wird das Quellverhältnis des wassersperrenden Materials proportional herabgesetzt
und kann der wassersperrende Effekt nicht erhöht werden.
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Für die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die vernetzte
makromolekulare Verbindung in jeder Form vorliegen. Es wird gewünscht, daß
sie in Pulverform mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von nicht
mehr als 200 u vorliegt, damit sie leicht an Substraten, wie Fasern, Filmen oder
Folien zur Herstellung eines wassersperrenden Materials abgelagert und
immobilisiert werden kann, und das hergestellte wassersperrende Material eine
hohe Quellgeschwindigkeit aufweisen kann.
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Bei der Herstellung des Beschichtungsgemisches, das für die Immobilisierung der
vernetzten makromolekularen Verbindung an den Fasern oder an der Oberfläche
eines Films oder einer Folie verwendet wird, werden die vernetzte
makromolekulare Verbindung, das Bindemittel vom organischen Polymertyp, das
anorganische Pulver und solche fakultative Zusätze, wie das Lösungsmittel, das
Klebemittel und das Dispergenz unabhängig von der Reihenfolge des Zusatzes
miteinander gemischt. Z.B. kann die vernetzte makromolekulare Verbindung
zuerst mit dem anorganischen Pulver vermischt werden und kann das Bindemittel
vom organischen Polymertyp dem resultierenden Gemisch zugesetzt werden.
Andererseits können die vernetzte makromolekulare Verbindung und das
anorganische Pulver zusammen zu dem Bindemittel vom organischen Polymertyp
zugesetzt werden.
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Beispiele für Fasern, an welchen die vernetzte makromolekulare Verbindung
erfindungsgemäß immobilisiert wird, umfassen synthetische Fasern, wie Acryl,
Nylon und Polyester, natürliche Fasern, wie Baumwolle und Wolle, regenerierte
Fasern, wie Rayon, und anorganische Fasern, wie Glasfasern. Beispiele für Filme
und Folien, an welchen die vernetzte makromolekulare Verbindung immobilisiert
wird, umfassen, Papier, woven-Gewebe und non-woven-Gewebe, hergestellt aus
den vorstehend genannten Fasern, Folien aus solchen Kunststoffsubstanzen, wie
Polyester, Polyvinylchlorid, Polyethylen, Polypropylen, Polycarbonat und
Zellophan und Folien aus Metallen, wie Aluminium.
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Erfindungsgemäß wird die Dicke der Schicht des Beschichtungsgemisches, das
auf die Oberfläche des Films oder der Folie aufgebracht wird, nicht spezifisch
definiert. Unter angemessener Berücksichtigung der Bequemlichkeit der
Handhabung des wassersperrenden Materials in der Form von Film oder Band
und dem bei wassersperrenden Kabeln zu zeigenden Effekt sollte jedoch diese
Dicke im Bereich von 10-300 um, vorzugsweise 30-150 um liegen. Die
Aufbringung des Beschichtungsgemisches kann an einer oder an beiden
gegenüberliegenden Oberflächen des Films oder der Folie erfolgen.
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Die nachfolgenden Beispiele dienen der Erläuterung. Es wird darauf hingewiesen,
daß der Umfang der vorliegenden Erfindung durch diese Beispiele nicht
beschränkt wird. Der in den Beispielen verwendete Ausdruck "Teile" bezieht sich
stets auf " Gewichtsteile".
Beispiel 1
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In einen zylindrischen Trennkolben (zylindrical separable flask) mit einem
Innenvolumen von 500 ml, wurden 21,6 g (0,10 Mol) des Natriumsalzes von 2-
Sulfoethyl-methacrylat, 21,5 g (0,25 Mol) Methacrylsäure, 70,2 g (0,65 Mol)
Natriummethacrylat, 0,92 g (0,006 Mol) N,N-Methylenbisacrylamid und 170 g
Wasser bis zur homogenen Lösung gerührt. Der Kolben wurde zur Verdrängung
der eingeschlossenen Luft mit Stickstoff beschickt und über einem Wasserbad auf
40ºC erhitzt. Der Kolbeninhalt wurde mit 1,0 g einer wäßrigen 10%igen
Ammoniumpersulfat-Lösung und 0,5 g einer wäßrigen 1%igen L-Ascorbinsäure-
Lösung, die zugesetzt wurden, der Polymerisation unterworfen, wobei das Rühren
unterbrochen wurde. Nach Initiierung der Polymerisation begann das
Reaktionssystem Wärme zu entwickeln. Nach 30minütiger Polymerisation wurde
eine Temperatur von 95ºC erreicht. Nachdem der Beginn des Temperaturabfalls
des Polymerisationssystems festgestellt wurde, wurde das Polymerisationssystem
eine weitere Stunde erhitzt, wobei die Temperatur des Wasserbades bei 90ºC
gehalten wurde. Das schließlich erhaltene wasserhaltige Gel einer vernetzten
makromolekularen Verbindung wurde zerkleinert, dann 3 Stunden in einem
Heißlufttrockner bei 150ºC getrocknet und pulverisiert, wobei eine
erfindungsgemäße wassersperrende Verbindung (1) erhalten wurde.
Beispiel 2
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In einem zylindrischen Trennkolben mit einem inneren Volumen von 500 ml
wurden 157 g (0,7 Mol) Ammmonium-2-acrylamid-2-metbylpropansulfonat, 21,3 g
(0,30 Mol) Acrylamid, 0,31 g (0,002 Mol) N,N-Methylenbisacrylamid und 270 g
Wasser bis zur homogenen Lösung gerührt. Die Inhalte des Kolbens wurden
dann, wie in Beispiel 1 beschrieben, der Polymerisation unterworfen, getrocknet
und pulverisiert, wobei eine erfindungsgemäße wassersperrende Verbindung (2)
erhalten wurde.
Beispiel 3
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In einen Vierhalskolben mit einem inneren Volumen von 500 ml, der mit einem
Rührer, einem Rückflußkühler, einem Tropftrichter und einem
Stickstoffeinlaßrohr ausgestattet war, wurden 1,8 g Sorbitanmonostearat in 220 ml
n-Hexan gelöst und die eingeschlossene Luft wurde mit Stickstoff verdrängt. In
den Tropftrichter wurden 23,3 g (0,10 Mol) des Calciumsalzes von 3-
Sulfopropylacrylat, 0,72 g (0,01 Mol) Acrylsäure, 5,55 g (0,05 Mol)
Calciumacrylat, 4,25 g (0,05 mol) Methacrylamid, 0,0174 g (0,0001 Mol)
Ethylenglycol-diglycidyl-ether, 50 g Wasser und 0,05 g Kaliumpersulfat gelöst
und die resultierende wäßrige Lösung zum Austreiben des Sauerstoffs mit
Stickstoff durchblasen. Anschließend wurde der Inhalt des Tropftrichters dem
Vierhalskolben zugesetzt und in dem Vierhalskolben dispergiert. Das resultierende
Reaktionssystem wurde 3 Stunden unter kontinuierlicher Einführung einer
geringen Menge Stickstoffgas und kontinuierlicher Anwendung von Wärme zur
Aufrechterhaltung der Temperatur des Systems im Bereich von 60-65ºC der
Polymerisation unterworfen. Anschließend wurde der Inhalt des Kolbens unter
Vakuum zum Austreiben von n-Hexan destilliert. Der Destillationsrückstand,
nämlich ein wasserhaltiges Gel der vernetzten makromolekularen Verbindung
wurde bei 90ºC unter Vakuum getrocknet, wobei eine erfindungsgemäße
wassersperrende Verbindung (3) erhalten wurde.
Beispiel 4
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In einen zylindrischen Trennkolben mit einem Innenvolumen von 1 000 ml
wurden 51 g (0,2 Mol) des Monoethanolaminsalzes von 2-Sulfoethyl-methacrylat,
4,3 g (0,05 Mol) Methacrylsäure, 16,2 g (0, 15 Mol) Natriummethacrylat, 216 g
(0,4 mol) Methoxypolyethylenglycol-monomethacrylat (das durchschnittlich 10
Ethylenoxideinheiten pro Molekül enthält), 0,154 g (0,001 Mol) N,N-
Methylenbisacrylamid und 250 g Wasser bis zur homogenen Lösung gerührt.
Anschließend wurde die resultierende wäßrige Lösung gemäß der in Beispiel 1
beschriebenen Verfahrensweise der Polymerisation, dem Trocknen und der
Pulverisierung unterworfen, wobei eine erfindungsgemäße wassersperrende
Verbindung (4) erhalten wurde.
Beispiel 5
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300 g einer wäßrigen 20%igen Lösung von partiell neutralisierter Polyacrylsäure
(durchschnittliches Molekulargewicht 300 000), die durch Polymerisieren eines
Monomergemisches, das 50 Mol% Acrylsäure und 50 Mol% Natriumacrylat
enthielt, erhalten wurde, wurden mit 267 g einer wäßrigen 10%igen
Natriumhydroxyethansulfonat-Lösung und 0,05 g Glycerin homogen gemischt. In einer
Schale mit den Maßen 40 cm · 50 cm im oberen Bereich wurde das resultierende
Gemisch 3 Stunden bei 150ºC getrocknet und nachfolgend 2 Stunden zum Zweck
der Sulfonierung und Vernetzung der Polyacrylsäure einer Wärmebehandlung bei
200ºC unterworfen. Die 50 erhaltene vernetzte makromolekulare Verbindung
wurde pulverisiert, wobei eine erfindungsgemäße wassersperrende Verbindung (5)
erhalten wurde.
Kontrollbeispiel 1
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In einen zylindrischen Trennkolben mit einem inneren Volumen von 500 ml
wurden 18 g (0,25 Mol) Acrylsäure, 70,5 g (0,75 Mol) Natriumacrylat, 0,92 g
(0,006 Mol) N,N-Methylenbisacrylamid und 135 g Wasser bis zur homogenen
Lösung gerührt. Die resultierende wäßrige Lösung wurde entsprechend der in
Beispiel 1 beschriebenen Verfahrensweise der Polymerisation, dem Trocknen und
der Pulverisierung unterworfen, wobei eine wassersperrende Verbindung (1) für
den Vergleich erhalten wurde.
Beispiele 6-10
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Ein Glasstab von 11 mm Durchmesser und 2 000 mm Länge wurde koaxial in ein
Glasrohr mit 15 mm Innendurchmesser und 2 000 mm Länge eingefügt, wobei
ein tubularer Spalt von 2 mm Dicke zwischen der inneren Wandoberfläche des
Glasrohres und der Oberfläche des Glasstabes gebildet wurde. Dieser Spalt in
dem Glasrohr wurde mit einem Gemisch aus 18 g einer der erfindungsgemäßen
wassersperrenden Verbindungen (1) bis (5), die gemäß Beispiel 1-5 erhalten
wurden, und 18 g Pulpe gefüllt, wobei eine Kabelimitation erhalten wurde.
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Diese Kabelimitation wurde horizontal fixiert. Ein Behälter, der mit 11
synthetischem Meerwasser, das die in Tabelle 2 gezeigte Zusammensetzung
besaß, gefüllt war, wurde mit einem Ende der Kabelimitation verbunden, wobei
der Flüssigkeitslevel in dem Behälter in einer Höhe von 1 000 mm von der
Kabelimitation gehalten wurde. Anschließend wurde die Absperrvorrichtung am
Boden des Behälters geöffnet, um das synthetische Meerwasser zu der
Kabelimitation zu führen. Der Zustand des Eindringens des synthetischen
Meerwassers in die Kabelimitation wurde bezüglich des Abstandes zwischen dem
Einlaßende der Kabelimitation und dem vorderen (leading) Ende der tubularen
Säule aus synthetischem Meerwasser, das in die Kabelimitation eingedrungen war,
bestimmt. Die Ergebnisse der Auswertung und die physikalischen Eigenschaften
der erfindungsgemäßen wassersperrenden Verbindungen (1) bis (5), die in dem
Test verwendet wurden, sind aus Tabelle 1 ersichtlich.
Kontrollbeispiel 2
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Eine Kabelimitation wurde gemäß der Verfahrensweise der Beispiele 6-10
hergestellt und ausgewertet, mit der Ausnahme, daß statt dessen die in dem
Kontrollbeispiel 1 erhaltene wassersperrende Verbindung (1) für den Vergleich
verwendet wurde. Die bei der Auswertung erhaltenen Ergebnisse sind aus Tabelle
1 ersichtlich.
Tabelle 1
verwendetes wassersperrendes Mittel Strecke der Permeation des synthetischen Meerwassers Art Fähigkeit, deionisiertes Wasser zu absorbieren (mal so groß wie das Eigengewicht) Gehalt an Sulfonsäure oder Salz derselben Gehalt an dissoziierender Gruppe 1. Tag der Einführung des synthetischen Meerwassers 14. Tag der Einführung des synthetischen Meerwassers Beispiel Kontrollbeispiel 2 wassersperrendes Mittel (1) zum Vergleich
Tabelle 2
Zusammensetzung des synthetischen Meerwassers
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Art des Salzes Konzentration (g/kg)
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CaSO&sub4; 1,38
-
MgSO&sub4; 2,10
-
MgCl&sub2; 3,32
-
KCl 0,72
-
NaCl 26,69
Beispiele 11-15
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In eine Flüssigkeit, die durch Mischen von 20 g Polyacrylester, der ein
durchschnittliches Molekulargewicht von 60 000 besitzt und durch Polymerisieren
eines Monomergemisches, das 35 Gew.-% Methylmethacrylat, 40 Gew.-%
Butylacrylat, 15 Gew.- % Acrylsäure und 10 Gew.- % Hydroxyethylmethacrylat
enthielt, erhalten wurde, mit 40 g einer der in den Beispielen 1-5 erhaltenen
wassersperrenden Verbindungen (1) bis (5) und 40 g Isopropylalkohol erhalten
wurde, wurden Acrylfasern mit einer Dicke von 3 Denier eingetaucht. Die
imprägnierten Acrylfasern wurden aus der Flüssigkeit entfernt und unmittelbar
einem 10minütigen Trocknen bei 80ºC unterworfen.
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Die so erhaltenen faserförmigen wassersperrenden Materialien (1) bis (5) wurden
jeweils in synthetisches Meerwasser der in Tabelle 2 angegebenen
Zusammensetzung eingetaucht und nach 1stündigem und nach 30tägigem Stehen
in demselben zur Berechnung der Absorptionsverhältnisse gemäß der folgenden
Formel gewogen. Separat wurden die wassersperrenden Materialien (1) bis (5)
hinsichtlich der abgelagerten Menge der vernetzten makromolekularen
Verbindung und Polyacrylester (Bindemittel) pro g Acrylfaser getestet. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 3 zusammengestellt.
Absorptionsverhältnis (mal so groß wie das Eigengewicht) Gewicht des wassersperrenden Materials (g) nach Eintauchen in synthetisches Meerwasser Gewicht des wassersperrenden Materials (g) vor Eintauchen in synthetisches Meerwasser
Kontrollbeispiel 3
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Gemäß der Verfahrensweise der Beispiele 11-15 wurde ein faserförmiges
wassersperrendes Material (1) zum Vergleich hergestellt, mit der Ausnahme, daß
die in Kontrollbeispiel 1 erhaltene wassersperrende Verbindung (1) zum Vergleich
verwendet wurde. Das wassersperrende Material (1) zum Vergleich wurde
ebenfalls gemäß der Verfahrensweise der Beispiele 11-15 hinsichtlich des
Flüssigkeitsabsorptionsverhältnisses und anderer Eigenschaften getestet. Die
Ergebnisse sind aus Tabelle 3 ersichtlich.
Tabelle 3
verwendetes wassersperrendes Mittel erhaltenes wassersperrendes Material abgelagerte Menge (Anmerkung) Verhältnis der Flüssigkeitsabsorption des wassersperrenden Materials (...faches des Eigengewichtes) nach 1stündigem Stehen Beispiel Kontrollbeispiel 3 wassersperrendes Mittel zum Vergleich wassersperrendes Material zum Vergleich
(Anmerkung) Gewicht des faserförmigen wassersperrenden Materials Gewicht der für die Herstellung des wassersperrenden Materials verwendeten Acrylfasern abgelagerte Menge (g/g) = Gewicht der für die Herstellung des wassersperrenden Materials verwendeten Acrylfasern
Beispiel 16
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Die in Beispiel 1 erhaltene wassersperrende Verbindung (1) wurde klassifiziert,
wobei ein Pulver, das durch ein Standard-150-mesh-Sieb hindurchging, erhalten
wurde (nachfolgend als "vernetzte makromolekulare Verbindung (1)" bezeichnet).
-
Eine Lösung, die durch Zusetzen von 370 Teilen Nitromethan zu 30 Teilen
Polyethylenoxid mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 100 000 und
0,01 Teilen Dibutyl-zinn-dichlorid erhalten wurde, wurde mit 100 Teilen der
vernetzten makromolekularen Verbindung (1), 0,5 Teilen Sumidur N-75
(hergestellt von Sumitomo Bayer Urethane Co., Ltd.) und 2 Teilen Aerosil R 972
(hydrophobes mikrofeines Siliciumoxyd-Pulver mit einem durchschnittlichen
Teilchendurchmesser von 0,016 um, hergestellt von Nippon Aerosil Co., Ltd.)
kombiniert, wobei ein Beschichtungsgemisch erhalten wurde.
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Dieses Gemisch wurde mit einem Stabbeschichter (bar coater) in einer Dicke von
120 um auf beide Oberflächen eines Polyesterfilms von 25 um Dicke aufgebracht.
Der beschichtete Film wurde 10 Minuten bei 80ºC erhitzt, wobei ein
wassersperrendes Band (1) erhalten wurde.
Beispiel 17
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Die in Beispiel 5 erhaltene wassersperrende Verbindung (5) wurde klassifiziert,
wobei ein Pulver erhalten wurde, das durch ein Standard-400-mesh-Sieb
hindurchging (nachfolgend als "vernetzte makromolekulare Verbindung (2)"
bezeichnet).
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Eine Lösung, die durch Zusetzen von 30 Teilen Polyethylenoxid mit einem
durchschnittlichen Molekulargewicht von 800 000 und 0,05 Teilen
Triethylendiamin zu 470 Teilen Acetonitril erhalten wurde, wurde mit 0,1 Teilen 2,4-
Toluylen-diisocyanat kombiniert. Man ließ fünf Stunden bei 70ºC in einem
Stickstoffstrom reagieren, wobei eine Acetonitril-Lösung einer urethanisierten
Substanz erhalten wurde. Ein Beschichtungsgemisch wurde hergestellt, indem
man 100 Teile der vernetzten makromolekularen Verbindung (2) dieser Lösung
zusetzte.
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Dieses Gemisch wurde auf die Oberflächen eines Polyesterfilms gemäß der in
Beispiel 16 beschriebenen Verfahrensweise aufgebracht und der beschichtete Film
wurde getrocknet, wobei ein wassersperrendes Band (2) erhalten wurde.
Beispiel 18
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Eine gemischte Lösung, die 60 Teile Pluronic P-85 (hergestellt von Asahi Denka
Kogyo K.K.), 6,9 Teile Sumidule N-75 (hergestellt von Sumitomo Bayer
Urethane Co., Ltd.) und 10 Teile Ethylacetat enthielt, wurde mit 100 Teilen der
in Beispiel 16 erhaltenen vernetzten makromolekularen Verbindung (1) und 3
Teilen eines mikrofeinen Siliciumoxydpulvers mit einem durchschnittlichen
Teilchendurchmesser von 0,012 um (hergestellt von Nippon Aerosil Co., Ltd.
und vertrieben unter dem Warenzeichen "Aerosil 200") kombiniert. Durch
homogenes Vermischen dieser Lösung mit einer Lösung von 0,02 Teilen
Dibutylzinndichlorid in einem Teil Ethylacetat wurde ein Beschichtungsgemisch erhalten.
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Durch Aufbringen dieses Gemisches in einer Dicke von 120 um auf beide
Oberflächen eines Polyesterfilms von 25 um Dicke mit einem Stabbeschichter
wurde ein wassersperrendes Band (3) erhalten.
Kontrollbeispiel 4
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Die wassersperrende Verbindung (1) zum Vergleich, die in Kontrollbeispiel (1)
erhalten wurde, wurde zur Erzielung eines Pulvers, das durch ein Standard-400-
mesh-Sieb hindurchging, klassifiziert (nachfolgend als "vernetzte
makromolekulare Verbindung (1) zum Vergleich" bezeichnet).
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Gemäß der Verfahrensweise von Beispiel 17, mit der Ausnahme, daß anstelle der
vernetzten makromolekularen Verbindung (2) die vernetzte makromolekulare
Verbindung (1) zum Vergleich verwendet wurde, wurde ein wassersperrendes
Band (1) zum Vergleich erhalten.
Kontrollbeispiel 5
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Gemäß der Verfahrensweise von Kontrollbeispiel 4, mit der Ausnahme, daß 30
Teile Polyethylenglycol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von
10 000 anstelle des Polyethylenoxids mit einem durchschnittlichen
Molekulargewicht von 800 000, wie es im Kontrollbeispiel 4 verwendet wurde,
verwendet wurden, wurde ein wassersperrendes Band (2) zum Vergleich erhalten.
Beispiele 19-21 und Kontrollbeispiele 6 und 7
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An einen Glasstab mit einem Durchmesser von 13,5 mm und einer Lange von
2 000 mm wurde eines der wassersperrenden Bänder (1) bis (3), die in den
Beispielen 16-18 hergestellt wurden, und der wassersperrenden Bänder (1) und (2)
zum Vergleich, die in den Kontrollbeispielen 4 und 5 erhalten wurden, in einer
Lage spiralförmig aufgewickelt. Der von dem wassersperrenden Band umwickelte
Glasstab wurde in ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 15 mm und
einer Länge von 2 000 mm eingefügt, so daß sich ein gleichförmiger tubularer
Spalt innerhalb des Glasrohres bildete, wobei eine Kabelimitation zur Bestimmung
des wassersperrenden Effektes hergestellt wurde.
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Diese Kabelimitation wurde horizontal angeordnet. Ein Behälter, der mit 11
Leitungswasser gefüllt war, wurde mit einem Gummischlauch mit einem Ende der
Kabelimitation verbunden, wobei der Flüssigkeitslevel im Behälter in einer Höhe
von 1 000 mm von der Kabelimitation gehalten wurde. Anschließend wurde die
Absperrvorrichtung am Boden des Behälters geöffnet, um das Leitungswasser zu
der Kabelimitation zu leiten. Der Zustand der Permeation des Leitungswassers in
die Kabelimitation wurde bezüglich des Abstands zwischen dem Einlaßende der
Kabelimitation und dem vorderen Ende der tubularen Säule von Leitungswasser,
welches innerhalb einer Stunde in das Kabel eingedrungen war, bestimmt. Die
Ergebnisse sind aus Tabelle 4 ersichtlich.
Tabelle 4
verwendetes wassersperrendes Band Permetationsstrecke des Leitungswassers (mm) innerhalb einer Stunde Beispiel wassersperrendes Band Kontrollbeispiel wassersperrendes Band (1) zum Vergleich nicht weniger als 2000 (Anmerkung) Leitungswasser tropfte aus dem anderen Ende der Kabelimitation, das nicht mit einem Gummischlauch verbunden war.
Beispiele 22-24 und Kontrollbeispiele 8 und 9
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An einen Glasstab mit einem Durchmesser von 14 mm und einer Länge von
2 000 mm wurde eines der wassersperrenden Bänder (1) bis (3), die in den
Beispielen 16-18 erhalten wurden, und der wassersperrenden Bänder (1) und (2)
zum Vergleich, die in dem Kontrollbeispielen 4 und 5 erhalten wurden, in einer
Lage spiralförmig aufgewickelt. Der so von einem wassersperrenden Band
umhüllte Glasstab wurde in ein Glasrohr mit einem Innendurchmesser von 15 mm
und einer Länge von 2 000 mm eingefügt, daß ein gleichförmiger tubularer Spalt
innerhalb des Glasrohres gebildet wurde, wobei eine Kabelimitation zur
Bestimmung des wassersperrenden Effektes hergestellt wurde.
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Diese Kabelimitation wurde horizontal abgelegt. Ein Behälter, der mit einem
Liter des gleichen synthetischen Meerwassers, wie es in den Beispielen 6-10
verwendet wurde, gefüllt war, wurde mit einem Gummischlauch mit einem Ende
der Kabelimitation verbunden, wobei der Flüssigkeitslevel im Behälter in einer
Höhe von 1 000 mm von der Kabelimitation gehalten wurde. Anschließend wurde
die Absperrvorrichtung am Boden des Behälters geöffnet, um das synthetische
Meerwasser zur Kabelimitation zu bringen. Der Zustand der Permeation des
synthetischen Meerwassers in die Kabelimitation wurde hinsichtlich der Strecke
zwischen dem Einlaßende der Kabelimitation bis zum vorderen Ende der
tubularen Säule des synthetischen Meerwassers, welches innerhalb einer Stunde in
die Kabelimitation eingedrungen war, bestimmt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5
zusammengestellt.
Tabelle 5
verwendetes wassersperrendes Band Permeationsstrecke des synthetischen Meerwassers (mm) innerhalb einer Stunde Beispiel wassersperrendes Band Kontrollbeispiel wassersperrendes Band (1) zum Vergleich nicht weniger als 2000 (Anmerkung) Das synthetische Meerwasser tropfte aus dem anderen Ende der Kabelimitation, das nicht mit einem Gummischlauch verbunden war
Industrielle Anwendbarkeit
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Das wassersperrende Mittel für Kabel besitzt eine hervorragende Fähigkeit,
Salzen zu widerstehen und ist in der Lage, nicht nur Regenwasser und
unterirdisches Wasser, sondern ebenfalls wäßrige Flüssigkeiten, die Salze in
hoher Konzentration enthalten, wie Meerwasser, in einer großen Menge zu
absorbieren und gleichzeitig diese Fähigkeit der Flüssigkeitsabsorption intakt über
einen langen Zeitraum beizubehalten.
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Wenn das wassersperrende Mittel in die Bewehrung von Kabeln, wie z. B.
Kommunikationskabeln, elektrischen Starkstromkabeln, Kupferdraht-
Koaxialkabeln und optischen Faser-Kabeln eingefüllt ist, werden wäßrige
Flüssigkeiten, wie Meerwasser und unterirdisches Wasser, die in die
Bewehrungen der Kabel einsickern, daran gehindert, innerhalb der Bewehrung zu
wandern. Daher gestattet die Verwendung dieses wassersperrenden Mittels die
Herstellung von Kabeln, welche eine konstante wassersperrende Fähigkeit und
eine außergewöhnliche Beständigkeit über eine sehr lange Zeit aufweisen.
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Das in Form einer Folie oder eines Bandes durch Immobilisieren des
erfindungsgemäßen wassersperrenden Mittels an der Oberfläche eines Films oder
einer Folie hergestellte wassersperrende Material zeichnet sich gerade in der
Anwendbarkeit bei wassersperrenden Kabeln aus. Da es bei Kontakt mit einer
wäßrigen Flüssigkeit eine sehr hohe Quellgeschwindigkeit aufweist, ist es in der
Lage, das Fortschreiten einer wäßrigen Flüssigkeit, die in die Bewehrungen der
Kabel einsickert, augenblicklich zu stoppen.
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Wenn das wassersperrende Material in Form einer Folie oder eines Bandes in den
Spalt innerhalb der Bewehrungen der Kabel eingefüllt ist, schließt es völlig die
Möglichkeit aus, daß die wäßrige Flüssigkeit eine sehr lange Strecke vom Punkt
des Eindringens wandert und sich Kommunikationsdrähten, elektrischen Drähten
oder optischen Fasern nähert oder in verschiedene Vorrichtungen, mit welchen
die Kabel verbunden sind, eindringt. Es zeigt einen ausreichenden
wassersperrenden Effekt bei einer kleinen Einfüllmenge.