DE69811224T2

DE69811224T2 - Mit wasserblockierendem material beschichtete faser

Info

Publication number: DE69811224T2
Application number: DE69811224T
Authority: DE
Inventors: John Olesen; V. Pfister; Serge Rebouillat
Original assignee: Roblon AS; EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: Roblon AS; EIDP Inc
Priority date: 1997-05-26
Filing date: 1998-05-21
Publication date: 2003-10-30
Anticipated expiration: 2018-05-22
Also published as: DE69811224D1; ES2190078T3; AU7501198A; DK0985066T3; EP0985066B1; WO1998054395A1; EP0985066A1

Description

1. GEBIET DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung eines wasserblockierenden Materials in Form einer Oberflächenbeschichtung auf einem Substrat. Das Substrat kann in einem faseroptischen Kabel verwendet werden, um Wassereindringen in das Kabel zu verhindern.

2. BESCHREIBUNG DES FACHGEBIETES

Viele Verfahren für die Behandlung von Substraten mit wasserblockierenden Materialien sind bekannt. Insbesondere werden in bestimmten Anwendungen, wo Wasser unerwünscht ist, Fasern, Fasermaterialien oder Garne mit wasserblockierenden Materialien imprägniert.
Zum Beispiel werden wasserblockierende Materialien in faseroptischen Kabeln verwendet, um Eindringen und Ausbreiten von Wasser in dem Kabel zu verhindern. Faseroptische Kabel werden normalerweise hergestellt, indem Wellenleitungen mit verstärkenden Fasern, die Dehnung des Kabels verhindern, umgeben werden, und diese verstärkenden Fasern werden dann in Plastik eingehüllt. Wenn Wasser in das faseroptische Kabel eintritt, wandert es innerhalb des Kabels, durch Kapillarwirkung gewöhnlich in Längsrichtung, bis das Wasser die empfindlichen Wellenleitungen berührt. Die Wellenleitungen sind aus Glas hergestellt, und wenn sie mit Wasser in Berührung kommen, werden sie matt. Die Wirksamkeit der Signalübertragung durch die Wellenleitung sinkt, bis die Wellenleitungen nicht länger ein Signal übertragen können. Wenn das passiert, muß der beschädigte Teil des Kabels lokalisiert und dann ersetzt werden. Da diese faseroptischen Kabel unterirdisch vergraben sein können oder entlang dem Boden von großen Wassermassen verlegt sein können, kann die Lokalisation und der Ersatz der beschädigten Abschnitte des Kabels zeitaufwendig und kostspielig sein.
Als Ergebnis dieser Probleme sind zahlreiche Verfahren entwickelt worden, um das faseroptische Kabel vor Wassereindringen zu schützen. Ein Verfähren ist gewesen, die umgebenden verstärkenden Fasern mit einem wasserblockierenden Material zu beschichten, so daß, wenn Wasser durch die Plastikumhüllung sickern sollte, dieses Wasser durch das wasserblockierende Material auf den verstärkenden Fasern absorbiert wird, wobei eine Schädigung der Wellenleitungen verhindert wird.
Es gibt Verfahren, bei denen die Behandlung von Fasern mit wasserblockierendem Material als wässeriger Dispersion ausgeführt wird, wie beispielsweise in EP-A-0351100. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, daß die Viskosität dieser wässerigen Dispersionen sehr hoch ist.
In EP-A-0666243 ist ein Verfahren offenbart, bei welchem Glasfaserbündel mit einer Dispersion eines wasserabsorbierenden Materials in einem Öl behandelt werden, wobei Poly(natriumacrylat) das wasserabsorbierende Medium ist. In der gleichen Weise sind Derivate von Polyacrylsäure in WO93/18223 als superabsorbierende Materialien offenbart. In beiden Fällen werden die wasserblockierenden Materialien in Wasser-in-Öl-Emulsionen für die Behandlung von Substraten verwendet, wobei die superabsorbierenden Materialien in der wässerigen Phase enthalten sind. Diese Emulsionen sind jedoch kompliziert herzustellen und erfordern die Verwendung emulgierender Mittel.
Die US-Patentschrift 3276885 offenbart dauerhafte Appreturen für Cellulosegegenstände, wobei die Appreturen das Reaktionsprodukt von Gallactomannit und Glyoxal umfassen. DE-A-41 37 840 offenbart Rolladengewebe, beschichtet mit einer filmerzeugenden wässerigen Paste, hergestellt aus Galactomannanen.
Im allgemeinen basieren herkömmliche wasserblockierende Materialien auf vernetzten Polyacrylverbindungen und/oder vemetzten Polyacrylaten, wie beispielsweise Wasser-in-Öl-Emulsionen. Diese Arten von wasserblockierenden Materialien enthalten alle Wasser und Öl, und wenn das Material auf eine Faser oder ein Garn aufgebracht wird, muß etwas von dem Wasser und Öl entfernt werden. Die Entfernung von Wasser und Öl ist ein zusätzlicher Verfahrensschritt, der energieintensiv ist, die Produktivität begrenzt und eine Umweltbelastung ist.
Was deshalb benötigt wird, ist ein wasserblockierendes Mittel, das wirksam ist und leicht auf Fasern aufzubringen ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Faser, beschichtet mit einem wasserblockierenden Material, das wasserfreies Polyglactomannan einschließt. Die gemäß dieser Erfindung hergestellten Fasern können zum Beispiel als faserverstärkendes Material verwendet werden, das bei der Herstellung von elektrischen Kabeln und insbesondere in Garnen für faseroptische Kabel verwendet wird, die optische Lichtwellenleitungen für optische Kommunikationsübertragungen verwenden.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Die vorliegenden Erfindung betrifft eine Faser, beschichtet mit einem wasserblockierenden Material, das wasserfreies Polygalactomannan einschließt. Das wasserblockierende Material der vorliegenden Erfindung wird leicht auf die Oberfläche von Fasern aufgebracht, hat eine gute wasserblockierende Wirkung und beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften der Faser nicht. Die Fasern werden gewöhnlich in der Form von Multifilamentgarnen oder Fasermaterialien, wie beispielsweise Vlies- oder andere Textilstrukturen, verwendet.
Wie hier verwendet schließt der Begriff "Polygalactomannan" ein Galactomannan und/oder ein Polygalactomannan ein, das bei Berührung mit Wasser quillt, einschließlich aller Polysaccharide, die aus Mannose- und Galactosebausteinen aufgebaut sind und in einem untergeordneten Ausmaß auch andere Zuckerbausteine aufweisen. Abhängig vom Ausgangsstoff gibt es eine relativ große Anzahl von Galactomannanen. Sie entstammen in erster Linie den Endospermanteilen der Samen von verschiedenen Hülsenfrüchten, wie beispielsweise Guarbohne, Johannisbrot, Tara, Cassiu occidentalis, Flammenbaum (Literal), Sesbania cannubia, Sesbania aculeata, Sesbania egyptiaca und Honigbohnen (Literal). Zu Polygalactomannanderivaten, die in dieser Erfindung verwendet werden können, gehören diejenigen, die in der US-Patentschrift 4745184 offenbart sind, und gehören Hydroxyalkylether von Polygalactomannanen, z. B. Hydroxypropylether und Hydroxyethylether, Carboxyalkylether von Polygalactomannanen, z. B. Carboxymethylether und Carboxyethylether, gemischte carboxyalkyl- und hydroxyalkylsubstituierte Polygalactomannane, depolymerisierte Polygalactomannane und quaternäre Ammoniumether von Polygalactomannanen.
Polygalactomannan in der Form von Johannisbrotmehl oder Guarmehl kann als das Polygalactomannan verwendet werden, wobei Guarmehl [CAS-Nummer 9000-30-0] bevorzugt wird. Um das Polygalactomannan leichter auf eine Faser aufzubringen, wird das Polygalactomannnan in einem dispergierenden Medium dispergiert und als Dispersion auf die Faser aufgebracht. Das dispergierende Medium kann ein Öl, ein organisches Lösungsmittel oder Glycol sein.
Nachdem die Polygalactomannandispersion auf die Faser aufgebracht ist, kann das dispergierende Medium entweder auf der Faser verbleiben oder kann entfernt werden. Das erfindungsgemäße wasserblockierende Material ist wasserfrei, was es einfacher macht, das Material aufzubringen, und einfacher zu verwenden als auf Wasser-in-Öl basierende wasserblockierende Acrylmaterialien, die als einen Schritt beim Aufbringen des wasserblockierenden Acrylmaterials auf eine Faser erfordern, daß Wasser entfernt wird.
Das Polygalactomannan sollte auf der beschichteten Faser in einem Anteil von 0,05 bis 10,0 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der unbeschichteten Faser, vorhanden sein. Ein Bereich von 0,1 bis 5,0 Gewichtsprozent wird bevorzugt, weil unter 0,1 Gewichtsprozent die wasserblockierende Wirkung in bestimmten Anwendungen unzureichend sein kann und über 5,0 Gewichtsprozent wegen zum Beispiel Rückstandsbildung die Verarbeitbarkeit des Garns schwieriger werden kann. Obwohl es möglich ist, höhere Beladungen des Polygalactomannans zu verwenden, sind solche höheren Beladungen nicht praktisch. Wenn die Faser ein Leimungsmittel einschließt, das vor der Behandlung der Faser mit der Polygalactomannandispersion hinzugegeben wird, dann beziehen sich die Werte für den Gewichtsprozentsatz auf das Trockengewicht der unbehandelten Faser ohne das Leimungsmittel.
Das Polygalactomannan befindet sich vorzugsweise in der Form von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 300 Mikrometern, vorzugsweise 0,5 bis 60 Mikrometern und stärker bevorzugt von 0,5 bis 15 Mikrometern. In seinem natürlichen Zustand kann die Teilchengröße von Polygalactomannan größer sein als der stärker bevorzugte Durchmesser von 0,5 bis 15 Mikrometern, in welchem Fall die Polygalactomannanteilchen unter Verwendung herkömmlicher trockener oder nasser Mikronisierungstechniken in der Größe verringert werden können.
Es ist auf den Fachgebiet bekannt, daß Polygalactomannane als wasserabsorbierende Mittel verwendet werden können. Jedoch verursachen Polygalactomannanmehle und Mehle von Polygalactomannanderivaten, wenn sie in Wasser gelöst werden, als Ergebnis übermäßiger Klumpenbildung beträchtliche Probleme, besonders wenn die einzelnen Teilchen fein sind (Teilchendurchmesser kleiner als 100 Mikrometer). Diese Probleme entstehen, weil sich, wenn die Teilchen Wasser berühren, sehr schnell eine Gelschicht auf der Oberfläche der einzelnen Teilchen oder Aggregate von Teilchen bildet und das Wasser daran hindert, weiter zu anderen Teilchen hindurchzudringen. Dies führt zu der Bildung von Klumpen, die schwierig und zeitaufwendig weiter aufzulösen sind.
Es ist entdeckt worden, daß das Problem der Klumpenbildung oder Aggregatbildung, das mit der Verwendung von Polygalactomannanen mit Teilchendurchmessem von weniger als 100 Mikrometern verbunden ist, durch Dispergieren der Polygalactomannane in einem dispergierenden Medium, wie beispielsweise ein Öl, ein organisches Lösungmittel oder Glycol, überwunden werden kann.
Zu den Ölen, die in einer Polygalactomannan-Öl-Dispersion verwendet werden können, gehören Mineralöle, pflanzliche Öle und vollsynthetische Öle. Beispiele akzeptabler Öle sind Shellsol D 100®, erhältlich von Shell Chemicals, und Clairsol 350®, erhältlich von Gropa A/S.
Andere Öle, die verwendet werden können, sind diejenigen, die in der US-Patentschrift 5139873 und der US-Patentschrift 5270113 offenbart sind. Zum Beispiel offenbart die US-Patentschrift 5270113 eine Appreturölzusammensetzung, die 30-70 Gew.-% eines Esterölschmiermittels, bestehend aus einem Alkohol und einer Carbonsäure, 20-50 Gew.-% eines emulgierenden Systems, bestehend aus ungesättigten ethoxylierten Fettsäuren oder Alkoholen oder ethoxylierten Alkylaminen, 5-15% eines Antistatikmittels, 0,2-2% eines Korrosionshemmers und gegebenenfalls andere Zusatzstoffe einschließt. Diese Öle können auch hydrophobe aktive Bestandteile wie beispielsweise Ketendimere einschließen, wie in der US-Patentschrift 5275625 offenbart ist. Diese Öle werden bevorzugt, wenn das Öl von der Polygalactomannan-Öl-Dispersion auf der Faser verbleiben soll, nachdem die Faser mit der Dispersion beschichtet ist. Diese Öle tragen vorteilhaft zu der wasserblockierenden Wirkung des Polygalactomannans bei, indem sie dem Wasser erlauben, leichter zwischen und inmitten der Polygalactomannanteilchen zu diffundieren. Andere Vorteile dieser Öle sind, daß sie die Verarbeitbarkeit der beschichteten Faser verbessern und sie Antistatikschutz für die Faser bereitstellen.
Vorzugsweise liegt die kinematische Viskosität des Öls in dem Bereich zwischen 20 bis 200 mm²/s (bei 20ºC), stärker bevorzugt von 50 bis 150 mm²/s (bei 20ºC).
Zu Beispielen geeigneter organischer Lösungsmittel gehören Toluol, Trichlorethan, Dichlormethan und Alkohole, wie beispielsweise Isopropylalkohol. Andere organische Lösungsmittel können verwendet werden, mit der Maßgabe, daß derartige Lösungsmittel Dichten ähnlich denen von Toluol, Trichlorethan oder Dichlormethan haben.
Das dispergierende Medium in Form von Glycol kann Ethylenglycol oder Propylenglycol sein. Weiterhin kann das Glycol ein emulgierendes Mittel in Form von Ethylenpropylenoxid einschließen.
Wie hier verwendet, schließt der Begriff "Faser" Fasern, bestehend aus organischen und anorganischen Materialien, ein. Als organische Fasern kann man natürliche und synthetische Fasern verwenden. Beispiele für natürliche organische Fasern sind Cellulosefasern, Wollfasern, Seidenfasern. Beispiele für synthetische organische Fasern sind Kunstseidenfasern, Fasern aus regenerierter Cellulose, aliphatischen und aromatischen Polyamiden, Polyestern, Polyolefinen, Polyacrylnitrilen, Polyvinylchloriden, Polyvinylalkoholen und dergleichen. Beispiele für anorganische Fasern sind Glasfasern, Kohlefasern, Metallfasern, keramische Fasern, Mineralfasern, Borfasern und dergleichen. Zu bevorzugten Fasern gehören Glasfasern, Aramidfasern, Nylonfasern, Polyesterfasern, wie beispielsweise Fasern aus Poly(ethylenterephthalat) und Polymethacrylaten, und Cellulosefasern einschließlich derjenigen aus regenerierter Cellulose.
Zur Verwendung m faseroptischen Kabeln sollten die Fasern eine spezifische Reißfestigkeit von 2,65 bis 33,5 cN/dtex (3 bis 38 g/den) und einen spezifischen Modul von 8,83 bis 2297 cN/dtex (10 bis 2500 g/den) haben.
Aramidfasern sind Fasern aus Polymeren, die teilweise, vorwiegend oder ausschließlich aus aromatischen Ringen bestehen, welche durch Carbamidbrücken oder gegebenenfalls zusätzlich auch durch andere verbrückende Strukturen verbunden sind. Die Struktur derartiger Aramide kann durch die folgende allgemeine Formel der Grundeinheiten erklärt werden:
(-NH-A1-NH-CO-A2-CO)n
wobei A1 und A2 gleich oder verschieden sind und aromatische und/oder polyaromatische und/oder heteroaromatische Ringe, die auch substituiert sein können, bezeichnen. Typischerweise können A1 und A2 unabhängig voneinander ausgewählt werden aus 1,4-Phenylen, 1,3-Phenylen, 1,2-Phenylen, 4,4'-Biphenylen, 2,6-Naphthylen, 1,5-Naphthylen, 1,4-Naphthylen, Phenoxyphenyl-4,4'-diylen, Phenoxyphenyl-3,4'-diylen, 2,5-Pyridylen und 2,6-Chinolylen, welche substituiert sein können oder nicht durch einen oder mehrere Substituenten, welche Halogen, C&sub1;-C&sub4;-Alkyl, Phenyl, Carboalkoxyl, C&sub1;-C&sub4;-Alkoxyl, Acyloxy, Nitro, Dialkylamino, Thioalkyl, Carboxyl und Sulfonyl umfassen können. Die -CONH-Gruppe kann auch durch eine Carbonylhydrazid-(-CONHNH-)-Gruppe, Azo- oder Azoxygruppe ersetzt werden.
Weitere verwendbare Polyamide sind in der US-Patentschrift 4670343 offenbart, wobei das Aramid ein Copolyamid ist, bei welchem vorzugsweise mindestens 80 Mol-% des gesamten A1 und A2 1,4-Phenylen und Phenoxyphenyl-3,4'-diylen sind, die substituiert sein können oder nicht, und der Gehalt an Phenoxyphenyl-3,4'-diylen 10 bis 40 Mol-% beträgt.
Fasern, die von vollständig aromatischen Polyamiden abgeleitet sind, werden bevorzugt.
Beispiele von Aramiden sind Poly-m-phenylenisophthalamid und Poly-p-phenylenterephthalamid.
Weitere geeignete aromatische Polyamide haben die folgende Struktur
(-NH-Ar1-X-Ar2-NH-CO-Ar1-X-Ar2-CO-)n
m welcher X O, S, SO&sub2;, NR, N&sub2;, CR&sub2;, CO darstellt.
R stellt H, C&sub1;-C&sub4;-Alkyl dar, und A1 und A2, welche gleich oder verschieden sein können, werden aus 1,2-Phenylen, 1,3-Phenylen und 1,4-Phenylen ausgewählt, und in diesen kann mindestens ein Wasserstoffatom mit Halogen und/oder C&sub1;-C&sub4;-Alkyl substituiert sein.
Zusatzstoffe können mit dem Aramid verwendet werden und in der Tat ist gefunden worden, daß bis zu soviel wie 10 Gew.-% von anderen polymeren Materialien mit dem Aramid vermischt werden können oder daß Copolymere verwendet werden können, die bis zu so viel wie 10% von anderem Diamin, substituiert für das Diamin des Aramids, oder so viel wie 10% von anderem Disäurechlorid, substituiert für das Disäurechlorid des Aramids, aufweisen.
Es ist auch möglich, Fasern zu verwenden, die Gemische der vorstehenden Materialien einschließlich Hybridfasern umfassen. Weiterhin können gemäß der Erfindung Zweikomponentenfasern ebenfalls verwendet werden, bei welchen der Kern aus einem von dem der Haut verschiedenen Material besteht.
Die Fasern der Erfindung können rund sein, flach oder können eine andere Querschnittsform haben oder sie können Hohlfasern sein. Weiterhin schließt der Begriff "Faser" endlose Fasern (Filamente) und kurze Faserstrukturen, Mikrofasern und Multifilamente ein. Weiterhin können die Fasern zu Garnen mit kurzen Faserstrukturen, die gesponnen werden, ebenso wie Garnen mit endlosen Fasern verarbeitet werden.
Die Fasern können verwendet werden, um Fasermaterialien in gewebter, gestrickter oder nichtgewebter Form, wie beispielsweise einschließlich Vliese, Watte und Filz, herzustellen.
Die mit dem wasserblockierenden Material dieser Erfindung beschichteten Fasern haben eine ausgezeichnete wasserblockierende Wirkung, weil das auf die Fasern aufgebrachte Polygalactomannan quillt, wenn es mit Wasser in Berührung kommt und so weiteres Eindringen des Wassers entlang der Fasern verhindert. Die mechanischen Eigenschaften der Faser werden durch das auf ihr abgelagerte Polygalactomannan nicht beeinträchtigt. Da eine gute wasserblockierende Wirkung schon mit kleinen Mengen von Polygalactomannan auf der Oberfläche der Faser erreicht wird, nehmen das Gewicht und Volumen der Faser nicht wesentlich zu, so daß die beschichteten Fasern in den gleichen Anwendungen wie unbeschichtete Fasern verwendet werden können. Weiterhin sind Polygalactomannane umweltfreundliche Materialien.
Die gemäß dieser Erfindung hergestellten Fasern können zum Beispiel als faserverstärkendes Material verwendet werden, das bei der Herstellung von Kabeln und insbesondere von faseroptischen Kabeln verwendet wird, die optische Lichtwellenleitungen für optische Kommunikationsübertragungen verwenden. In faseroptischen Kabeln werden Multifilamente aus Glas, Aramiden oder anderen Festigkeitselementen als Fasern zur Entlastung der Zugbelastung oder als verstärkende Fasern verwendet. Jedoch sind die Fasern der Erfindung nicht auf diese Verwendungen beschränkt und können in einer beliebigen Anwendung verwendet werden, wo gewünscht wird, Wasser zu absorbieren, um die Ausbreitung des Wassers zu verhindern.
Nachdem die Polygalactomannandispersion auf die Oberfläche einer Faser aufgebracht worden ist, kann das dispergierende Medium anschließend von der Faser entfernt werden. In den meisten Fällen wird, wenn das dispergierende Medium ein organisches Lösungsmittel ist, es entfernt, und wenn das dispergierende Mittel ein Glycol ist, verbleibt es auf der Faser. Wenn das dispergierende Medium ein Öl ist, kann überschüssiges Öl von der Faser entfernt werden oder das Öl kann auf der Faser verbleiben "Überschüssiges Öl" bedeutet das Öl, welches von einer Faser, die mit dem dispergierenden Medium beschichtet ist, entfernt wird, nachdem die Faser herkömmlichen Techniken zur Ölentfernung, beispielsweise Erwärmen, unterworfen worden ist. Sogar wenn die beschichtete Faser Techniken zur Ölentfemung unterworfen worden ist, verbleibt etwas restliches Öl auf der Faser.
Wenn das Öl auf der Faser verbleibt, tragen die Öle vorteilhafterweise zu der wasserblockierenden Wirkung des Polygalactomannans bei.
Die Option, das überschüssige Öl zu entfernen oder nicht, beruht zum Teil auf dem ausgewählten Beschichtungsverfahren und/oder der Gestaltung des faseroptischen Kabels. Zum Beispiel ist es dem Fachmann offensichtlich, daß in den Fällen, wo die faseroptischen Kabel nur eine geringe Dichte von die Wellenleitungen umgebender Faserverstärkung erfordern, erhöhter wasserblockierender Schutz bereitgestellt werden muß. Deshalb ist es in einigen Fällen vorzuziehen, die Beschichtung wie aufgebracht zu belassen, ohne irgendein Öl zu entfemen, um das Verhindern der Bildung von Gelaggregaten in der Beschichtung, durch welche Auslaufen erfolgen kann, zu unterstützen. Andererseits kann man, wenn dichte Kabelanordnungen vorgesehen sind, das heißt, Kabel, die eine höhere Dichte von Faserverstärkung haben, um die Wellenleitungen zu schützen, mit Polygalactomannan beschichtete Fasern verwenden, nachdem das überschüssige Öl entfernt worden ist.
Die Dispersion des Polygalactomannans in dem dispergierenden Medium enthält von 0,1 bis 70 Gew.-% Polgalactomannan, vorzugsweise von 20 bis 40%, bezogen nur auf das Gesamtgewicht von dispergierendem Medium und Polygalactomannan. Höhere Beladungen des Polygalactomannans können verwendet werden, aber werden unpraktisch, weil die Stabilität der Dispersion abnimmt. Die Menge des Polygalactomannans innerhalb des angegebenen Bereichs wird abhängig von der Viskosität des Öls ausgewählt, das verwendet wird, um eine gute Aufbringung der Dispersion auf der Oberfläche der Faser zu erreichen. Dies ist besonders wichtig, wenn die Faser in der Form eines Garns, Multifilaments oder Fasermaterials ist, weil, wenn das wasserblockierende Material auf diese Materialien aufgebracht wird, gewünscht wird, das beste Eindringen in das Garn oder die Bündel von Garn zu erhalten, um so viele Fasern wie möglich zu beschichten.
Die Dispersion kann einfach durch Hinzugeben des Polygalactomannans in Pulverform in das dispergierende Medium hergestellt werden, während das dispergierende Medium mit einer Geschwindigkeit gerührt wird, die eine gleichmäßige Verteilung des Polygalactomannans in das dispergierende Medium sichert. Wenn ein Imprägnierbad verwendet wird, um die Faser zu beschichten, indem die Faser durch das Bad hindurchgeführt wird, dann wird die Dispersion ständig in Bewegung gehalten, zum Beispiel durch Rühren.
Die Größe der Fasern liegt für viele Anwendungen, wie beispielsweise zur Verwendung in faseroptischen Kabeln, in dem Bereich von 10 bis 15 Mikrometern, und deshalb sollten die Polygalactomannanteilchen eine Größe in dem Bereich von 0,5 bis 300 Mikrometern, vorzugsweise 0,5 bis 60 Mikrometern und stärker bevorzugt von 0,5 bis 15 Mikrometern, haben. Die kleinste Größe von im Handel erhältlichem Polygalactomannan ist 60 Mikrometer (270 US-Mesh), aber es wurde entdeckt, daß, wenn derartige Teilchen gemahlen werden, entweder, wenn sie trocken sind oder in einem dispergierenden Medium, Teilchen mit akzeptabler kleinerer Größe erhalten werden.
Die Dispersion kann auf die Faser durch ein beliebiges herkömmliches Beschichtungsverfahren aufgebracht werden, zum Beispiel durch Walzenbeschichtung mit oder ohne Rakelmesser, Sprühbeschichtung, Tauchbeschichtung, ein Serpentinensystem oder Verwendung einer Appreturaufbringung (z. B. Dosiersystem), oder Verwendung beliebiger anderer bekannter Beschichtungsvorrichtungen. Wenn gewünscht, kann die Dispersion in einem Mehrstufenverfahren aufgebracht werden, bei welchem die Faser mehrere Male mit der Dispersion beschichtet wird. Ultraschallsysteme können ebenfalls verwendet werden, um die Gleichmäßigkeit oder das Eindringen der Dispersion zu erhöhen. Mit Fasern wird bevorzugt, ein Tauchbeschichtungsverfahren zu verwenden, bei welchem die Öldispersion in einem Imprägnierbad vorliegt und die zu behandelnden Fasern durch das Bad hindurchgeführt werden. Jedoch kann bei höheren Beschichtungsgeschwindigkeiten das dosierende Aufbringungsgerät bevorzugt werden. Mit Fasermaterialien von zweidimensionaler Form können andere Verfahren, wie beispielsweise Sprühbeschichtung, zusätzlich zur Tauchbeschichtung verwendet werden. Die Beschichtungsgeschwindigkeit kann, abhängig von dem ausgewählten Verfahren, zwischen 5 und 1200 m/min eingestellt werden. Ein Verfahren, bei welchem das dispergierende Medium, wie beispielsweise das Öl, nicht entfernt wird, hat den zusätzlichen Vorteil, die Beschichtungsgeschwindigkeit und so die Produktivität signifikant zu erhöhen, da man die Faser mit hohen Geschwindigkeiten beschichten kann, ohne durch die Verweilzeit begrenzt zu sein, die erforderlich ist, um das dispergierende Medium zu verdampfen. Typische Geschwindigkeiten sind 60 m/min für die Faserbehandlung, anders als während des Spinnverfahrens, und 800 m/min für die Beschichtungsgeschwindigkeit während der Herstellung der Faser.
Es ist bekannt, daß polymere Fasern Feuchtigkeit absorbieren. Deshalb wird bevorzugt, den Feuchtigkeitsgehalt der Faser vor dem Beschichten zu bestimmen und, wenn notwendig, die Faser vorzubehandeln, um eine Faser mit einem Feuchtigkeitsgehalt von 5% oder weniger dem Beschichtungsverfahren zuzuführen. Dies kann durch herkömmliche Fasertrockentechniken oder vorteilhafterweise während des Spinnens der Faser leicht erreicht werden.
Die Temperatur der Dispersion kann ausgewählt werden, um die Durchdringung der Faser und die Gleichmäßigkeit der Bedeckung zu erhöhen und ist nur durch die Temperaturbeständigkeit der Komponenten der Dispersion begrenzt. Nichtsdestoweniger wird ein Bereich von 10 bis 100ºC bevorzugt, wobei ein Bereich von 35 bis 75ºC stärker bevorzugt wird.
Wenn gewünscht wird, überschüssiges Öl von der Faser zu entfemen, kann die Faser nach dem Beschichtungsverfahren getrocknet werden, um das überschüssige Öl zu entfemen. Dieses Trocknen kann nach herkömmlichen Verfahren, wie beispielsweise Verdampfungstrocknen, Verdunstungstrocknen, Kontakttrocknen, Strahlungstrocknen und dergleichen durchgeführt werden. Es wird bevorzugt, Verdunstungstrocknen zu verwenden, bei welchem heiße Luft verwendet wird, um das überschüssige Öl zu verdunsten und zu entfemen. Die heiße Luft kann durch einen Ofen geliefert werden. Das Trockenverfahren sollte bei einer Temperatur in dem Bereich von 50ºC bis 300ºC, und vorzugsweise 90ºC bis 250ºC, und einem Druck, der Verkohlen des Polygalactomannans vermeidet, durchgeführt werden. Nach der Entfernung des überschüssigen Öls kann die Faser direkt in einfachen oder mehrfachen Fäden auf eine Spule aufgewickelt werden.
Das Beschichtungsverfahren der Erfindung kann in einen kontinuierlichen Arbeitsgang für die Herstellung der nackten Faser integriert werden oder kann getrennt von dem Spinnverfahren ausgeführt werden. Mit einem integrierten Arbeitsgang können die Fasern direkt nach dem Spinnen, Waschen und Trocknen einer Einheit für das Beschichtungsverfahren der Erfindung zugeführt werden. Das Beschichtungsverfahren kann auch während der Herstellung eines faseroptischen Kabels erfolgen.
Wenn das dispergierende Medium von der Faser entfernt wird, wird die mit Öl gesättigte Luft von dem Trockner vorzugsweise einem Kühler zugeführt, wo das Öl gesammelt und wiederverwendet werden kann, um die erfindungsgemäße Dispersion herzustellen. Die Rückführung des in der Dispersion verwendeten Öls in den Kreislauf verringert die Kosten des Arbeitsgangs und verhindert außerdem den Eintritt des Öls in die Umwelt.
Die Erfindung wird in größerer Ausführlichkeit mit Bezug auf die folgenden Beispiele erklärt.

BEISPIELE

BEISPIEL 1

Eine Faser in der Form eines 2400-tex-E-Glas-Multifilamentgams wurde mit einer Geschwindigkeit von 30 m/min durch ein Imprägnierbad geführt. Dieses Imprägnierbad enthielt 2 Gew.-% Guarmehl (Typ Vidogum G200-1® von Unipektin AG, Zürich), suspendiert m 98 Gew.-% Öl (Clairsol 350® von Gropa A/S. Kopenhagen). Die Teilchengröße des Guarmehls betrug ungefähr 60-100 Mikrometer. Diese Öldispersion wurde in dem Imprägnierbad fortwährend gerührt.
Das E-Glas-Multifilamentgam hatte vor der Behandlung ein Trockengewicht von 2,426 g/m, und auf den Filamenten war ein Silanleimungsmittel vorhanden.
Dieses Silanleimungsmittel wurde beim Führen des Multifilamentgams durch das Imprägnierbad entfernt. Ohne das Silanleimungsmittel hatte das E-Glas-Multifilamentgarn ein Trockengewicht von 2,403 g/m.
Nach dem Hindurchführen durch das Imprägnierbad wurde das mit der Dispersion beschichtete E-Glas-Multifilamentgam durch einen Heißluftofen geleitet, welcher eine Temperatur von 190ºC hatte. Das getrocknete Multifilamentgam hatte ein Gewicht von 2,411 g/m, so daß sich 0,33 Gew.-% Guarmehl auf der Oberfläche des Multifilamentgams abgelagert hatten.
Die Quellfähigkeit dieses mit Guarmehl beschichteten E-Glas-Multifilamentgarns wurde untersucht. Für diesen Zweck wurde das Multifilamentgam m doppelter Form (2 Fäden) in ein Testrohr mit einem inneren Durchmesser von 2 mm und einer Länge von 50 mm eingeführt. Eine 1-m-Wassersäule wurde oberhalb des Testrohrs angeordnet. Das Wasser wurde mit einem Farbstoff gefärbt. Nach 24 Stunden wurde das Testrohr von der Wassersäule getrennt. Es konnte gesehen werden, daß kein Wasser durch das Multifilamentgam in dem Testrohr hindurchgetreten war. Unbeschichtetes Multifilamentgam in doppelter Form (2 Fäden) in der gleichen Säule läßt Wasser innerhalb weniger Minuten hindurch.

BEISPIEL 2

Ein von Appretur freies Garn aus para-Aramidfasern (Kevlar®, Typ 49, 1580 dtex), umfassend Poly-para-phenylendiaminterephthalamid, wurde mit einer Dispersion von 35 Gew.-% Guarmehlteilchen in einem Appreturöl, wie in der US-Patentschrift 5270113 offenbart, behandelt. Die Guarteilchen wurden vorher zu einem Durchmesser im Bereich von 5-15 Mikrometern mikronisiert, indem die Guaröldispersion durch einen Mikronisierer Megatron MT5000, wie er im Handel von der Kinematica AG erhältlich ist, geführt wurde. Die Hauptkomponente des Appreturöls war ein Esterölschmiermittel, synthetisiert aus einem Alkohol und einer Carbonsäure, und hatte geeignete hydrophile Eigenschaften, um schnelles Ausbreiten von Wasser inmitten von Galactomannanteilchen zu erlauben, wodurch die wasserblockierende Wirkung des Polygalactomannans erhöht wurde.
Das so erhaltene para-Aramidgarn, beschichtet mit der erwähnten Dispersion, wurde wie in Beispiel 1 getestet, aber die Ölphase wurde nicht von der Beschichtung entfernt.
Das mit der Dispersion beschichtete Garn hatte eine Teilchenkonzentration von 3% von dem Trockengewicht des unbeschichteten Garns. Das beschichtete Garn wurde auf wasserblockierende Leistung unter 1 Meter Wassersäule in einer Testvorrichtung wie in Beispiel 1 getestet, außer daß der Test mit einem Testrohr von 50 mm Länge und 5 mm innerem Durchmesser, gefüllt mit 100 Fäden des Garns, durchgeführt wurde. Wirksame wasserblockierende Aktivität wurde noch nach 3 Wochen aufrechterhalten. Wenn die Dichte der Säule um 10% verringert wurde (indem 10% der Garne aus der Testsäule entnommen wurden), widerstand das Garn dem Wasserdruck von einem Meter 3 Tage lang, was in der Faseroptikindustrie noch als sehr gute wasserblockierende Leistung angesehen wird.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Kevlar®-49-Garn, 1580 dtex, wurde mit 1% Appreturöl wie in Beispiel 2, aber ohne die Guarmehlteilchen, behandelt. Die wasserblockierende Leistung des Garns wurde wie in Beispiel 2 in einer Testvorrichtung mit einer 1-Meter-Wassersäule unter Verwendung der gleichem Menge von Garn gemessen, und nach 2 Minuten blockierte das Garn das Wasser nicht, sondern ließ es durch die Säule laufen.

BEISPIEL 4

In den folgenden Beispielen wird ein Garn aus Aramidfasern, Kevlar®49, 1580 dtex, mit einer Dispersion von 35 Gew.-% Guarmehlteilchen in einem Appreturöl, wie in der US-Patentschrift 5270113 offenbart, beschichtet. Das Polygalactomannan hat eine Teilchengröße von etwa 60 Mikrometern. Die Dispersion wird auf das Garn in den Mengen aufgebracht, die nachstehend angegeben sind, und das beschichtete Garn wird unter Verwendung einer Testvorrichtung mit einer 1-Meter-Wassersäule wie in Beispiel 2 auf wasserblockierende Leistung getestet, wobei die gleiche Menge von Garn verwendet wird. Die Ergebnisse sind wie folgt:

BEISPIEL 5

In den folgenden Beispielen wird ein Garn aus Aramidfasern, Kevlar®49, 1580 dtex, mit einer Dispersion wie in Beispiel 4, außer daß das Polygalactomannan eine Teilchengröße von etwa 10 Mikrometern hat, beschichtet. Die Dispersion wird auf das Garn in den Mengen aufgebracht, die nachstehend angegeben sind, und das beschichtete Garn wird unter Verwendung einer Testvorrichtung mit einer 1-Meter-Wassersäule wie in Beispiel 2 auf wasserblockierende Leistung getestet, wobei die gleiche Menge von Garn verwendet wird.
Die Ergebnisse sind wie folgt:

Claims

1. Faser, beschichtet mit einem wasserblockierenden Material, umfassend wasserquellbares Polygalactomannan, wobei das Polygalactomannan wasserfrei ist.

2. Faser nach Anspruch 1, wobei das Polygalactomannan Johannisbrotmehl, Guarmehl oder Gemische davon sind.

3. Faser nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Polygalactomannan in einem Anteil von 0,05 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der unbeschichteten Faser, vorhanden ist.

4. Faser nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Polygalactomannan in einem Anteil von 0,1 bis 5 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der unbeschichteten Faser, vorhanden ist.

5. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polygalactomannan in der Form von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 300 Mikrometern ist.

6. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polygalactomannan in der Form von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 60 Mikrometern ist.

7. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Polygalactomannan in der Form von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 15 Mikrometern ist.

8. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Polygalactomannan in einem dispergierenden Medium dispergiert ist.

9. Faser nach Anspruch 8, wobei das dispergierende Medium ein Öl, ein organisches Lösungsmittel oder ein Glycol ist.

10. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Faser eine Glasfaser, eine Aramidfaser oder Gemische davon sind.

11. Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Faser Poly(p-phenylenterephthalamid) einschließt.

12. Garn, umfassend eine Mehrzahl der Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

13. Fasermaterial, umfassend eine Mehrzahl der Fasern nach einem der Ansprüche 1 bis 11.

14. Faseroptisches Kabel, umfassend Glasfaserwellenleitungen, wobei die Leitungen mit einem Garn, umfassend eine Faser nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umgeben sind.

15. Verfahren zum Beschichten einer Faser mit einem wasserblockierenden Material, umfassend Bereitstellen einer Faser und Aufbringen einer Dispersion eines wasserquellbaren Polygalactomannans in einem organischen dispergierenden Medium auf die Oberfläche der Faser, wobei das Polygalactomannan wasserfrei ist.

16. Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend den Schritt, das dispergierende Medium von der Faser zu entfemen.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder Anspruch 16, weiterhin umfassend Aufbringen der Dispersion eines Polygalactomannans in einem dispergierenden Medium auf die Oberfläche der Faser, derart, daß der Anteil des Polygalactomannans auf der Faser von 0,05 bis 10 Gewichtsprozent, bezogen auf das Gewicht der unbeschichteten Faser, beträgt.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, umfassend Bereitstellen einer Dispersion, welche 0,5 bis 70 Gewichtsprozent Polygalactomannan einschließt.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, weiterhin umfassend Bereitstellen einer Dispersion, wobei das Polygalactomannan in der Form von Teilchen mit einem Durchmesser von 0,5 bis 300 Mikrometern ist.

20. Verwendung von wasserquellbarem Polygalactomannan als wasserblockierendes Material, um eine Faser zu beschichten, wobei das Polygalactomannan wasserfrei ist.

21. Verwendung gemäß Anspruch 20, wobei das Polygalactomannan in einem Öl dispergiert ist.