EP3026675A1 - Câble comprenant un revêtement à base d'un polymère plastique et de particules de cellulose fonctionnalisée - Google Patents

Câble comprenant un revêtement à base d'un polymère plastique et de particules de cellulose fonctionnalisée Download PDF

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EP3026675A1
EP3026675A1 EP15306828.3A EP15306828A EP3026675A1 EP 3026675 A1 EP3026675 A1 EP 3026675A1 EP 15306828 A EP15306828 A EP 15306828A EP 3026675 A1 EP3026675 A1 EP 3026675A1
Authority
EP
European Patent Office
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ethylene
copolymers
cable according
layer
cellulose
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP15306828.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Walid Bahloul
Birane Toure
Corinne Poulard
Thierry Auvray
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nexans SA
Original Assignee
Nexans SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Nexans SA filed Critical Nexans SA
Publication of EP3026675A1 publication Critical patent/EP3026675A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/185—Substances or derivates of cellulose
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/441—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from alkenes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • H01B3/44—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins
    • H01B3/448—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes vinyl resins; acrylic resins from other vinyl compounds

Definitions

  • the present invention relates to an energy and / or telecommunication cable comprising at least one insulating layer in a polymer coating.
  • Energy cables and telecommunication cables generally consist of an elongated conductive element surrounded by an insulating layer and possibly a protective sheath and / or mechanical reinforcement.
  • the materials that can be used to form said insulating layer and / or said protective sheath are generally composite materials based on polymers, in particular plastic polymers, in particular thermoplastic polymers, and further comprising one or more fillers such as, for example, mineral fillers, as well as various additives such as binders, antioxidants, dyes, etc.
  • the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the techniques of the prior art by proposing an energy and / or telecommunication cable comprising an insulating coating which can, if desired, be in direct contact with the conductive element. elongated while having good mechanical properties and while ensuring good adhesion around the element it surrounds as well as good anti-abrasion properties.
  • the present invention firstly relates to an energy and / or telecommunication cable comprising an elongate conductive element and at least one layer of a polymer coating surrounding said elongated conductive element, characterized in that said polymer coating is a composite material comprising at least one plastic polymer and, as a filler, functionalized cellulose particles.
  • the composite material constituting the polymer coating of the energy cable according to the invention is in the form of a continuous phase of at least one plastic polymer, in which the functionalized cellulose particles are dispersed.
  • Said material has the advantage of being able to be applied directly to the elongated conductive element.
  • it is easy to prepare insofar as it makes it possible to use any type of plastic polymer because of the hydrophilic nature of the cellulose particles used as filler, which favors the interface with the polymers and their homogeneous dispersion. in the composite material.
  • the use of such a polymer coating makes it possible to reduce the density of the energy cable incorporating it, to reduce its cost price and to improve its mechanical properties.
  • “functionalized cellulose” is understood to mean celluloses of which at least 0.1% of the free hydroxyl functions present on the sugars constituting the backbone of the cellulose are substituted by chemical groups forming an ether or ester bond with the free hydroxyl functions of celluloses.
  • the celluloses modified with groups forming an ether bond with the free hydroxyl functions there may be mentioned in particular hydroxyethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose ethoxylate, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose phthalate, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxyethylmethylcellulose, carboxymethylcellulose, etc.
  • the celluloses modified with groups forming an ester bond with the free hydroxyl functions mention may in particular be made of cellulose acetate, cellulose acetate butyrate and celluloses. acetate propionate, etc ...
  • the cellulose particles are chosen from celluloses of which at least part of the hydroxyl functions are substituted by acetate, hydroxypropylmethyl (HPM) and / or hydroxyethylmethyl (HEM) groups.
  • the degree of substitution of the hydroxyl functions of the celluloses varies from 0.1 to 3%, and even more preferably from 1 to 2%.
  • the cellulose particles are in the form of spherical particles whose particle size generally varies from about 100 nm to about 500 ⁇ m, and even more preferably from 50 to 70 ⁇ m.
  • Such functionalized celluloses are for the most part commercially available.
  • Functionalized celluloses that may be used according to the invention may also be obtained for example from wood fibers, by treatments capable of imparting to said fibers a hydrophilic character as defined above, for example by esterification or etherification of at least a part of many of their free hydroxyl functions.
  • the esterification of the free hydroxyl functions can for example be carried out by treating wood fibers in a supercritical CO 2 medium in the presence of a fatty acid and a fatty acid salt as initiator of the esterification reaction. .
  • the fatty acid used for the esterification is preferably chosen from acids having from 8 to 18 carbon atoms and among which there may be mentioned in particular octanoic acid, decanoic acid, dodecanoic acid, tetradecanoic acid, stearic acid, etc. ..
  • octanoic acid is particularly preferred.
  • the fatty acid ester is, for example, methyl laurate, methyl oleate and methyl linoleate.
  • potassium laurate is particularly preferred.
  • This process makes it possible to obtain cellulose particles having a degree of substitution of their hydroxyl functions varying from approximately 0.5 to 10%.
  • Step i) is preferably carried out in a reactor, with stirring, and at a temperature ranging from 80 to 120 ° C., and even more preferably of the order of 100 ° C., for a duration of 1 to 3 days. about.
  • the ionic liquid is chosen from 1-butyl-3-methylimidazolium chloride (BMIMCI), benzyldimethyl (tetradecyl) ammonium chloride (BDTACI) and 1-butyl chloride. 3-methylpyridinium (BMPyCl).
  • BMIMCI 1-butyl-3-methylimidazolium chloride
  • BMPyCl 3-methylpyridinium
  • the nonacidic catalyst used in step i) is preferably a fatty acid salt which may also be chosen from the fatty acid salts mentioned above concerning the treatment of wood fibers in a supercritical CO 2 medium. As before, among these fatty acid salts, potassium laurate is preferred.
  • the acid used is preferably chosen from the fatty acids mentioned above concerning the treatment of wood fibers in a supercritical CO 2 medium. As before, among these fatty acids, octanoic acid is preferred.
  • the functionalized cellulose particles are preferably dried at a temperature of about 80 ° C for about 24 hours.
  • the functionalized cellulose particles represent from 0.1 to 60% by weight approximately, and still more preferably from 5 to 15% by mass approximately, relative to the total mass of the composite material. .
  • a whole content particularly preferred is about 15% by weight.
  • plastic polymers are not critical. However, they are preferably chosen from thermoplastic polymers among which polyolefins may be mentioned, such as, for example, polyethylenes (PE) and polypropylenes (PP), polyamides (PA), polyacetates and, in particular, ethylene copolymers.
  • polyolefins such as, for example, polyethylenes (PE) and polypropylenes (PP), polyamides (PA), polyacetates and, in particular, ethylene copolymers.
  • EVA polyvinyl alcohols
  • PVC polyvinyl chloride
  • PVdF polyvinylidene fluoride
  • PVF polyvinyl fluoride
  • EMA ethylene and acrylate methyl
  • PET polyethylene terephthalate
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • 2HEA 2-hexylethyl acrylate
  • copolymers of ethylene and alpha-olefin such as, for example, polyethylene-octene (PEO), copolymers of ethylene and propylene (EPR), terpolymers of ethylene and propylene (EPT) such as, for example, terpolymers of ethylene propylene diene monomer (EPDM) , copo ethylene and methacrylic acid polymers, copolymers of ethylene and acrylic acid, or copolymers of tetrafluoroethylene and hexafluoroprop
  • polymers those containing functional groups (ester, hydroxyl, etc.) which can interact with the functionalized cellulose particles in order to form chemical bonds are preferred.
  • functional groups ester, hydroxyl, etc.
  • such polymers there may be mentioned in particular copolymers of ethylene and methacrylic acid, copolymers of ethylene and acrylic acid and copolymers of ethylene and vinyl acetate.
  • thermoplastic polymer or polymers do not comprise a functional group capable of forming chemical bonds with the functionalized cellulose particles, it is preferable to add a coupling agent, such as, for example, maleic anhydride or a silane, to improve the cohesion between the polymer and the functionalized cellulose particles.
  • a coupling agent such as, for example, maleic anhydride or a silane
  • the term "cable of energy and / or telecommunication” means any electrical and / or optical cable intended for the transmission of energy and / or the transmission of data.
  • this type of cable may comprise one or more electrical and / or optical conductors (ie elongated conductive element (s)) surrounded by at least one layer of a polymer coating according to the invention.
  • said electrical conductor is made of copper, copper alloy, aluminum or aluminum alloy.
  • the polymer coating layer of the invention may be an electrically insulating layer in contact or not with the or the electrical conductor (s) and / or optical (s) component cable.
  • It can also be a protective sheath surrounding one or more electrically isolated conductor (s) and / or optic (s).
  • the polymeric coating layer of the invention can thus be any type of layer in a cable, extending along the elongate conductive member and surrounding said elongated conductive member.
  • the composite material may further comprise one or more additives, and in particular antioxidants, stabilizing agents, grilla-retardants, process-promoting agents such as lubricants, compatibilizers, colorants, stabilizers. UV, non-conductive fillers other than modified cellulose particles as previously described and / or mineral fillers.
  • the composite material constituting the polymer coating of the cable of the invention may be prepared by extrusion according to the techniques well known to those skilled in the art, in particular by extrusion of a mixture comprising modified cellulose particles as detailed previously and dried beforehand. at least one plastic polymer and optionally one or more additives. During this extrusion step, a person skilled in the art will ensure that the conditions used, in particular the temperature, do not alter the solid character of the functionalized cellulose particles, so that the resulting extruded material is a composite material comprising at least one continuous phase of at least one plastic polymer in which the functionalized cellulose particles are dispersed.
  • the various ingredients of the matrices were introduced in the form of granules into the mixer, and then the temperature of the mixer was brought to a temperature higher than the melting point of the polymers of the polymer. to melt the mixture (at 130 ° C for matrices based on cellulose and PE (matrices M1 to M6), and at 150 ° C for matrices based on cellulose and EVA (matrices M7 to M15) These temperatures are however insufficient to alter the solid nature of the cellulose particles used.
  • the mixture comprising the molten polymers was then poured into molds and then press-cooled to form matrix plates having a thickness of 1 mm (M1 to M15 matrices).
  • Dumbbell shaped specimens H2 specimens, L: 20 mm, e 1 mm were then cut from these plates.
  • the density of each of these matrices was measured using a precision analytical balance sold under the reference LA 620S by Sartorius on matrix samples having a volume of 1 to 3 cm 3 .
  • the density is an average of three measurements.
  • the protocol consists in determining the mass of a sample of matrix before and after its immersion in water maintained at 90 ° C for 7 days, then in calculating the% absorption of water by applying the following formula: (m2-m1) x100 / m1 where m1 is the mass of the sample before immersion in water and m2 is the mass of the sample after immersion in water. It should be noted that this test could not be applied to the EVA-based matrices since this polymer has a melting temperature which is lower than 90 ° C., which would have led to the destruction of the matrices.

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Abstract

La présente invention concerne un câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant un élément conducteur allongé et au moins une couche d'un revêtement polymère entourant ledit élément conducteur allongé, caractérisé en ce que ledit revêtement polymère est un matériau composite comprenant au moins un polymère plastique et, à titre de charge, des particules de cellulose fonctionnalisée.

Description

  • La présente invention se rapporte à un câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant au moins une couche isolante en un revêtement polymère.
  • Elle s'applique typiquement mais non exclusivement, aux domaines des câbles d'énergie à basse tension (notamment inférieure à 6kV), à moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou à haute tension (notamment supérieure à 60kV, et pouvant aller jusqu'à 800 kV), qu'ils soient à courant alternatif ou continu.
  • Les câbles d'énergie et les câbles de télécommunication sont généralement constitués d'un élément conducteur allongé entouré d'une couche isolante et éventuellement d'une gaine protectrice et/ou de renfort mécanique.
  • Les matériaux utilisables pour former ladite couche isolante et/ou ladite gaine protectrice sont généralement des matériaux composites à base de polymères, en particulier de polymères plastiques, notamment thermoplastique, et comprenant en outre une ou plusieurs charges telles que par exemple des charges minérales, ainsi que divers additifs tels que des liants, des antioxydants, des colorants, etc...
  • Ces matériaux composites ne donnent pas toujours entièrement satisfaction dans la mesure où les polymères utilisés ne présentent pas nécessairement une bonne affinité pour les charges utilisées. Les couches isolantes et/ou les gaines protectrices fabriquées à partir de ces matériaux composites ne présentent ainsi pas toujours des propriétés mécaniques suffisantes.
  • Il a déjà été proposé de remédier à ce problème, notamment dans le document US 2010/0230158 qui propose une composition pour la fabrication d'un revêtement isolant pour fils électriques comprenant un polymère fonctionnalisé par un anhydride acide ainsi que des charges pouvant être de nature très variée, et ce afin d'augmenter l'affinité du polymère pour les charges utilisées, prévenir leur agglomération et augmenter leur dispersibilité dans la matrice polymère du matériau composite.
  • Toutefois, ce type de revêtement nécessite l'emploi de polymères particuliers portant des fonctions anhydride acide et ne permet donc pas d'utiliser tous les polymères classiquement utilisés dans l'industrie des câbles électriques.
  • Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant un câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant un revêtement isolant pouvant, si on le souhaite, être en contact direct avec l'élément conducteur allongé tout en présentant de bonnes propriétés mécaniques et tout en garantissant une bonne adhésion autour de l'élément qu'il entoure ainsi que de bonnes propriétés anti-abrasion.
  • La présente invention a pour premier objet un câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant un élément conducteur allongé et au moins une couche d'un revêtement polymère entourant ledit élément conducteur allongé, caractérisé en ce que ledit revêtement polymère est un matériau composite comprenant au moins un polymère plastique et, à titre de charge, des particules de cellulose fonctionnalisée.
  • Le matériau composite constituant le revêtement polymère du câble d'énergie conforme à l'invention se présente sous la forme d'une phase continue d'au moins un polymère plastique, dans laquelle les particules de cellulose fonctionnalisée sont dispersées. Ledit matériau présente l'avantage de pouvoir être appliqué directement sur l'élément conducteur allongé. Par ailleurs, il est facile à préparer dans la mesure où il permet d'utiliser tout type de polymère plastique en raison du caractère hydrophile des particules de cellulose utilisées à titre de charge, ce qui favorise l'interface avec les polymères et leur dispersion homogène dans le matériau composite. Enfin, l'utilisation d'un tel revêtement polymère permet de diminuer la densité du câble d'énergie l'incorporant, de diminuer son coût de revient et d'améliorer ses propriétés mécaniques.
  • Selon l'invention, on entend par « cellulose fonctionnalisée», des celluloses dont au moins 0,1 % des fonctions hydroxyle libres présentes sur les sucres constituant le squelette de la cellulose sont substituées par des groupements chimiques formant une liaison éther ou ester avec les fonctions hydroxyle libres des celluloses. Parmi les celluloses modifiées par des groupements formant une liaison éther avec les fonctions hydroxyle libres, on peut notamment citer l'hydroxyéthyl cellulose, l'hydroxyéthyl cellulose éthoxylate, l'hydroxypropyl cellulose, l'hydroxypropylméthyl cellulose, l'hydroxypropylméthyl cellulose phthalate, l'hydroxypropylméthyl cellulose, l'hydroxyéthylméthyl cellulose, la carboxyméthylcellulose, etc... Parmi les celluloses modifiées par des groupements formant une liaison ester avec les fonctions hydroxyle libres, on peut en particulier citer l'acétate de cellulose, les celluloses acétate butyrate, les celluloses acétate propionate, etc...
  • Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, les particules de cellulose sont choisies parmi les celluloses dont au moins une partie des fonctions hydroxyle sont substituées par des groupements acétate, hydroxypropylméthyle (HPM) et/ou hydroxyéthylméthyle (HEM).
  • De préférence, le taux de substitution des fonctions hydroxyle des celluloses varie de 0,1 à 3 %, et encore plus préférentiellement de 1 à 2 %.
  • Egalement, selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les particules de cellulose se présentent sous la forme de particules sphériques dont la granulométrie varie généralement de 100 nm à 500 µm environ, et encore plus préférentiellement de 50 à 70 µm.
  • De telles celluloses fonctionnalisées sont, pour leur grande majorité, disponibles dans le commerce.
  • Les celluloses fonctionnalisées utilisables selon l'invention peuvent également être obtenues par exemple à partir de fibres de bois, par des traitements aptes à conférer auxdites fibres un caractère hydrophile tel que défini précédemment, par exemple par estérification ou éthérification d'au moins une partie en nombre de leurs fonctions hydroxyle libres.
  • L'estérification des fonctions hydroxyle libres peut par exemple être réalisée par traitement de fibres de bois en milieu CO2 supercritique en présence d'un acide gras et d'un sel d'acide gras à titre d'initiateur de la réaction d'estérification.
  • La réaction est réalisée dans un réacteur et en utilisant de préférence les conditions suivantes :
    • fibres de cellulose présentant un degré d'humidité variant de 0 à 5 % et encore plus préférentiellement de 0 à 1 % ;
    • pression dans le réacteur : 50 à 250 bars, et encore plus préférentiellement de 100 à 150 bars ;
    • température supérieure à 100°C, et encore plus préférentiellement variant de 150 à 180°C ;
    • durée : 0,5 à 240 heures, et encore plus préférentiellement de 0,5 à 72 heures.
  • L'acide gras utilisé pour l'estérification est de préférence choisi parmi les acides ayant de 8 à 18 atomes de carbone et parmi lesquels on peut notamment citer l'acide octanoïque, acide décanoïque, acide dodécanoïque, acide tétradécanoïque, acide stéarique, etc...
  • Parmi ces acides gras, l'acide octanoïque est particulièrement préféré. L'ester d'acide gras est par exemple le laurate de méthyle, l'oléate de méthyle et le linoléate de méthyle.
  • Parmi les sels d'acides gras utilisables à titre de catalyseurs non acides selon l'invention, on peut notamment citer le laurate de potassium et le laurate de sodium. Parmi de tels sels d'acides gras, le laurate de potassium est particulièrement préféré.
  • Ce procédé permet d'obtenir des particules de cellulose présentant un taux de substitution de leurs fonctions hydroxyle variant de 0,5 à 10 % environ.
  • Il est également possible de réaliser l'estérification des fonctions hydroxyle libres des fibres de bois en milieu liquide ionique. De façon plus précise, des fibres de bois sont soumises à un traitement comportant les étapes suivantes :
    1. i) la dispersion des fibres de bois dans un liquide ionique formé de l'association d'un cation et d'un anion dont les charges électriques respectives s'équilibrent et dans lequel le cation est choisi parmi les cations ammonium, pyridinium et imidazolium, en présence d'un catalyseur non acide, pour obtenir des particules de cellulose comportant des fonctions hydroxyle libres ;
    2. ii) l'estérification d'au moins une partie des fonctions hydroxyle libres des particules de cellulose par ajout d'un acide, en particulier d'un acide gras, dans la solution de particules de cellulose obtenue ci-dessus à l'étape précédente.
  • L'étape i) est de préférence réalisée dans un réacteur, sous agitation, et à une température variant de 80 à 120°C, et encore plus préférentiellement de l'ordre de 100°C environ, pendant une durée de 1 à 3 jours environ.
  • Selon une forme de réalisation préférée de ce mode de traitement, le liquide ionique est choisi parmi le chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium (BMIMCI), le chlorure de benzyldiméthyl(tetradécyl)ammonium (BDTACI) et le chlorure de 1-butyl-3-méthylpyridinium (BMPyCI). Parmi de tels liquides ioniques, le chlorure de 1-butyl-3-méthylimidazolium (BMIMCI) est particulièrement préféré.
  • Le catalyseur non acide utilisé lors de l'étape i) est de préférence un sel d'acide gras pouvant également être choisi parmi les sels d'acide gras mentionnés précédemment concernant le traitement des fibres de bois en milieu CO2 supercritique. Tout comme précédemment, parmi ces sels d'acide gras, le laurate de potassium est préféré.
  • Lors de l'étape ii), l'acide utilisé est de préférence choisi parmi les acides gras mentionnés précédemment concernant le traitement des fibres de bois en milieu CO2 supercritique. Tout comme précédemment, parmi ces acides gras, l'acide octanoïque est préféré.
  • A l'issue de l'étape ii), les particules de cellulose fonctionnalisée sont de préférence séchées à une température d'environ 80°C pendant 24 heures environ.
  • Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, les particules de cellulose fonctionnalisée représentent de 0,1 à 60 % en masse environ, et encore plus préférentiellement de 5 à 15 % en masse environ, par rapport à la masse totale du matériau composite. Une teneur tout particulièrement préférée est 15 % en masse environ.
  • Selon l'invention, la nature des polymères plastiques n'est pas critique. Ils sont cependant de préférence choisis parmi les polymères thermoplastiques parmi lesquels on peut notamment citer les polyoléfines telles que par exemples les polyéthylènes (PE) et les polypropylènes (PP), les polyamides (PA), les polyacétates et en particulier les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), les alcools polyvinyliques (PVA), les polychlorures de vinyles (PVC), les polyfluorures de vinylidène (PVdF), les polyfluorures de vinyle (PVF), les copolymères d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA), le poly(téréphtalate) d'éthylène (PET), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), les copolymères d'éthylène et de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), les copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), les copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), les terpolymères d'éthylène et de propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM), les copolymères d'éthylène et d'acide méthacrylique, les copolymères d'éthylène et d'acide acrylique ou bien encore les copolymères de tétrafluoroéthylène et d'hexafluoropropylène (FEP), etc ...
  • Parmi ces polymères, on préfère ceux comportant des groupements fonctionnels (ester, hydroxyle, etc...) qui peuvent interagir avec les particules de cellulose fonctionnalisée de façon à former des liaisons chimiques. Parmi de tels polymères, on peut en particulier mentionner les copolymères d'éthylène et d'acide méthacrylique, les copolymères d'éthylène et d'acide acrylique et les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle.
  • Lorsque le ou les polymères thermoplastiques ne comportent pas de groupement fonctionnel apte à former des liaisons chimiques avec les particules de cellulose fonctionnalisée, il est préférable d'adjoindre un agent de couplage, tel que par exemple de l'anhydride maléique ou un silane, de façon à améliorer la cohésion entre le polymère et les particules de cellulose fonctionnalisée.
  • Selon l'invention, on entend par « câble d'énergie et/ou de télécommunication » tout câble électrique et/ou optique, destiné au transport d'énergie et/ou à la transmission de données.
  • Plus particulièrement, ce type de câble peut comprendre un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) (i.e. élément(s) conducteur(s) allongé(s)) entouré(s) par au moins une couche d'un revêtement polymère conforme à l'invention.
  • De préférence, ledit conducteur électrique est en cuivre, en alliage de cuivre, en aluminium ou en alliage d'aluminium.
  • La couche de revêtement polymère de l'invention peut être une couche électriquement isolante en contact ou non avec le ou les conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) composant le câble.
  • Elle peut être également une gaine de protection entourant un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) électriquement isolé(s).
  • La couche de revêtement polymère de l'invention peut être ainsi tout type de couche dans un câble, s'étendant le long de l'élément conducteur allongé et entourant ledit élément conducteur allongé.
  • A titre d'exemple, elle peut être :
    1. 1) une couche électriquement isolante directement en contact physique avec l'élément conducteur allongé. Dans ce cas, la couche électriquement isolante présente de préférence une épaisseur allant de 0,2 mm à 20 mm environ, et de préférence de 2 à 10 mm environ.
    2. 2) une couche de protection entourant une couche électriquement isolante (couche de bourrage) afin de combler l'espace formé entre la ou les couches isolantes entourant le ou les éléments conducteurs allongés et la couche la plus extérieure du câble (gaine protectrice). Dans ce cas, la couche de protection présente de préférence une épaisseur allant de 1 mm à 20 mm environ.
    3. 3) une gaine de protection ou de renfort, c'est-à-dire la couche la plus externe du câble. Dans ce cas, la gaine de protection ou de renfort présente de préférence une épaisseur allant de 0,2 mm à 1 mm environ, et de préférence de 0,5 à 0,7 mm environ.
  • Le matériau composite peut en outre comprendre un ou plusieurs additifs, et en particulier des anti-oxydants, des agents stabilisants, des retardateurs de grilla, des agents favorisants la mise en oeuvre tels que des lubrifiants, des agents compatibilisants, des colorants, des stabilisants UV, des charges non-conductrices autres que des particules de cellulose modifiée telles que décrites précédemment et/ou des charges minérales.
  • Le matériau composite constituant le revêtement polymère du câble de l'invention peut être préparé par extrusion selon les techniques bien connues de l'homme du métier, en particulier par extrusion d'un mélange comprenant des particules de cellulose modifiée comme détaillé précédemment et préalablement séchées, au moins un polymère plastique et éventuellement un ou plusieurs additifs. Au cours de cette étape d'extrusion, l'homme du métier veillera à ce que les conditions utilisées, en particulier la température, n'altère pas le caractère solide des particules de cellulose fonctionnalisée, de façon à ce que le matériau extrudé résultant soit bien un matériau composite comprenant au moins une phase continue d'au moins un polymère plastique dans laquelle les particules de cellulose fonctionnalisée sont dispersées.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lumière des exemples qui vont suivre en référence aux figures annotées, lesdits exemples et figures étant donnés à titre illustratif et nullement limitatif.
    • EXEMPLES Partie expérimentale
  • Dans cet exemple, on a préparé différentes matrices à base de cellulose fonctionnalisée ou non et de polymère (PE ou EVA). Les matrices ont été préparées par mélange des constituants dans un mélangeur de type calendre vendu sous la référence « Two rolls m ill » par la société Lecuyer.
  • Les ingrédients utilisés dans les matrices sont listés dans le tableau 1 ci-après : Tableau 1
    Ingrédients Fournisseurs Granulométrie
    Particules de cellulose non fonctionnalisée (Alpha-Cel® BH200) International Fibre Europe 35 µm
    Particules d'acétate de cellulose SIGMA 60 µm
    Particules d'hydroxyéthylméthylcellulose (HEMC) TER Group 60 µm
    Particules d'hydropropylméthylcellulose (HPMC) TER Group 60 µm
    Polyéthylène (LL1004) EXXON MOBIL
    Polyoléfine greffée anhydride maléique (Orevac® OE 808) ARKEMA
    EVA ethylene acétate de vinyle (Escorene® 0328) EXXON MOBIL
  • Les différents ingrédients des matrices, dont la composition est donnée dans le tableau 2 ci-après ont été introduits sous la forme de granulés dans le mélangeur, puis la température du mélangeur a été portée à une température supérieure à la température de fusion des polymères de façon à faire fondre le mélange (à 130°C pour les matrices à base de cellulose et de PE (Matrices M1 à M6), et à 150°C pour les matrices à base de cellulose et d'EVA (Matrices M7 à M15). Ces températures sont toutefois insuffisantes pour altérer le caractère solide des particules de cellulose utilisées.
  • Le mélange comprenant les polymères fondus a ensuite été coulé dans des moules puis refroidi sous presse de façon à former des plaques de matrice ayant une épaisseur de 1 mm (Matrices M1 à M15). Des éprouvettes en forme d'haltères (éprouvettes de type H2 ; L : 20 mm, e 1 mm) ont ensuite été découpées dans ces plaques. Tableau 2 - Composition des matrices à base de PE :
    Matrices M1 (*) M2 (*) M3 (*) M4 M5 M6
    Polyéthylène 95 95 95 95 95 95
    Polyoléfine greffée 5 5 5 5 5 5
    Cellulose non fonctionnalisée 5 15 30 - - -
    Acétate de cellulose - - - 5 15 30
    (*) Matrices comparatives, non conformes à l'invention
    Tableau 3 - Composition des matrices à base d'EVA
    Matrices M7 ( * ) M8 ( * ) M9 ( * ) M10 M11 M12 M13 M14 M15
    Escorene® 0328 95 95 95 95 95 95 95 95 95
    Orevac® OE 808 5 5 5 5 5 5 5 5 5
    Alpha Cel® BH200 5 15 30
    HPMC 5 15 30
    HEMC 5 15 30
    (* ) Matrices comparatives, non conformes à l'invention
  • La densité de chacune de ces matrices a été mesurée à l'aide d'une balance analytique de précision vendue sous la référence LA 620S par la société Sartorius sur des échantillons de matrice ayant un volume de 1 à 3 cm3. La densité est une moyenne de trois mesures.
  • Les propriétés mécaniques de chacune de ces matrices (allongement à la rupture et force de traction maximale : Fmax) ont été testées sur les éprouvettes H2 à 23°C, à l'aide d'une machine d'essai de traction vendue par la société Zwick/Roell. 6 éprouvettes H2 par matrice ont été testées, et la vitesse de traverse (traction) était de 250 mm/min.
  • Enfin, les propriétés d'absorption de l'eau de chaque matrice à base de PE ont également été testées. Le protocole consiste à déterminer la masse d'un échantillon de matrice avant et après son immersion dans de l'eau maintenue à 90°C pendant 7 jours, puis à calculer le % d'absorption de l'eau en appliquant la formule suivante : (m2-m1)x100/m1 dans laquelle m1 est la masse de l'échantillon avant immersion dans l'eau et m2 est la masse de l'échantillon après immersion dans l'eau. Il est à noter que ce test n'a pas pu être appliqué aux matrices à base d'EVA dans la mesure où ce polymère à une température de fusion qui est inférieure 90°C, ce qui aurait entrainé la destruction des matrices.
  • Les résultats obtenus pour chacune des matrices sont reportés dans les Tableaux 4 et 5 ci-après : Tableau 4 - Matrices à base de PE
    Matrices M1 (*) M2 (*) M3 (*) M4 M5 M6
    Densité (g/cm3) 0,925 0,947 0,988 0,922 0,928 0,937
    Ecart type (g/cm3) ± 0,002 ± 0,002 ± 0,005 ± 0,006 ± 0,003 ± 0,006
    Allongement (%) 635 ± 19 166 ± 10 68 ± 8 731 ± 23 724 ± 18 636 ± 31
    Fmax (MPa) 15,97 ± 0,3 13,1 ± 0,3 14,6 ± 0,6 17,1 ± 0,5 17,7 ± 0,7 14 ± 2
    Absorption d'eau (%) 0,02 0,04 0,06 0,02 0 0
    ( * ) Matrice comparative non conforme à l'invention
  • Ces résultats montrent qu'à taux de charge égaux, les propriétés mécaniques sont meilleures avec les matrices à base de PE et d'une cellulose fonctionnalisée (acétate de cellulose) conformes à la présente invention, comparativement aux matrices à base de PE et d'une cellulose non fonctionnalisée non conformes à l'invention. Par ailleurs, ces résultats montrent également que les matrices conformes à l'invention n'absorbent pas d'eau alors que les matrices non conformes à l'invention en absorbent un peu. Tableau 5 - Matrices à base d'EVA
    Matrices M7 (*) M8 (*) M9 (*) M10 M11 M12 M13 M14 M15
    Allongement (%) 737 717 526 699 691 648 619 613 625
    Ecart type (%) ± 20 ± 14 ± 110 ± 6 ± 44 ± 19 ± 28 ± 66 ± 11
    Fmax (MPa) 20,4 16 7 17 14,5 19 9 19 10
    Ecart type % 0,4 0,6 1 0,8 1,4 1 0,6 1,8 0,7
    ( * ) Matrices comparatives, non conformes à l'invention
  • Ces résultats montrent qu'à taux de charge égaux, les propriétés mécaniques sont meilleures avec les matrices à base d'EVA et d'une cellulose fonctionnalisée (acétate de cellulose) conformes à la présente invention, comparativement aux matrices à base d'EVA et d'une cellulose non fonctionnalisée non conformes à l'invention.

Claims (14)

  1. Câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant un élément conducteur allongé et au moins une couche d'un revêtement polymère entourant ledit élément conducteur allongé, caractérisé en ce que ledit revêtement polymère est un matériau composite comprenant au moins un polymère plastique et, à titre de charge, des particules de cellulose fonctionnalisée.
  2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la cellulose fonctionnalisée est choisie parmi l'hydroxyéthyl cellulose, l'hydroxyéthyl cellulose éthoxylate, l'hydroxypropyl cellulose, l'hydroxypropylméthyl cellulose, l'hydroxypropylméthyl cellulose phthalate, l'hydroxypropylméthyl cellulose, l'hydroxyéthylméthyl cellulose, la carboxyméthylcellulose, l'acétate de cellulose, les celluloses acétate butyrate, et les celluloses acétate propionate.
  3. Câble selon la revendication 2, caractérisé en ce que le taux de substitution des fonctions hydroxyle varie de 0,1 à 3 %.
  4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules de cellulose se présentent sous la forme de particules sphériques dont la granulométrie varie de 100 nm à 500 µm environ.
  5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules de cellulose fonctionnalisée représentent de 0,1 à 60 % en masse du matériau composite.
  6. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules de cellulose fonctionnalisée sont obtenues à partir de fibres de bois par estérification d'au moins une partie en nombre de leurs fonctions hydroxyle libres en milieu CO2 supercritique en présence d'un acide gras ou d'un ester d'acide gras et d'un sel d'acide gras à titre d'initiateur de la réaction d'estérification.
  7. Câble selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les particules de cellulose fonctionnalisée sont obtenues à partir de fibres de bois par estérification d'au moins une partie en nombre de leurs fonctions hydroxyle libres en milieu liquide ionique.
  8. Câble selon la revendication 7, caractérisé en ce que les polymères plastiques sont choisis parmi les polyoléfines, les polyamides, les polyacétates et en particulier les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle, les alcools polyvinyliques, les polychlorures de vinyles, les polyfluorures de vinylidène, les polyfluorures de vinyle, les copolymères d'éthylène et d'acrylate de méthyle, le poly(téréphtalate d'éthylène), le polytétrafluoroéthylène, les copolymères d'éthylène et de 2-hexyléthyl acrylate, les copolymère d'éthylène et d'alpha-oléfine, les copolymères d'éthylène et de propylène, les terpolymères d'éthylène et de propylène, les copolymères d'éthylène et d'acide méthacrylique, les copolymères d'éthylène et d'acide acrylique et les copolymères de tétrafluoroéthylène et d'hexafluoropropylène.
  9. Câble selon la revendication 8, caractérisé en ce que les polymères plastiques sont choisis parmi les copolymères d'éthylène et d'acide méthacrylique, les copolymères d'éthylène et d'acide acrylique et les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle.
  10. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un ou plusieurs conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) entouré(s) par au moins une couche dudit revêtement polym ère.
  11. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche de revêtement polymère est une couche électriquement isolante en contact ou non avec le ou les conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s) composant le câble.
  12. Câble selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche de revêtement polymère est une couche électriquement isolante directement en contact physique avec l'élément conducteur allongé, ladite couche présentant une épaisseur allant de 0,2 mm à 20 mm.
  13. Câble selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche de revêtement polymère est une couche de protection entourant une couche électriquement isolante, ladite couche présentant une épaisseur allant de 1 mm à 20 mm.
  14. Câble selon la revendication 11, caractérisé en ce que la couche de revêtement polymère est une gaine de protection ou de renfort, ladite gaine présentant une épaisseur allant de 0,2 mm à 1 mm.
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DATABASE WPI Week 201454, Derwent World Patents Index; AN 2014-M70803, XP002741635 *
DATABASE WPI Week 201502, Derwent World Patents Index; AN 2015-00497L, XP002741634 *

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