NL1012662C2

NL1012662C2 - Vezel, garen en kabel, en werkwijze ter vervaardiging daarvan.

Info

Publication number: NL1012662C2
Application number: NL1012662A
Authority: NL
Inventors: Johannes Adrianus Gerar Meijer; Ludovicus Bernardus Kimmenade
Original assignee: Vepetex B V
Priority date: 1999-07-21
Filing date: 1999-07-21
Publication date: 2001-01-23
Also published as: DE60026922T2; ES2261145T3; DE60026922D1; EP1072698B8; EP1072698B1; EP1072698A1; ATE321901T1

Description

5

VEZEL, GAREN EN KABEL, EN WERKWIJZE TER VERVAARDIGING DAARVAN

De uitvinding heeft betrekking op een vezel voor het vervaardigen van garens, weefsels en/of vliezen, in het bijzonder van superabsorberende garens, weefsels en/of vliezen.

10

Kabels, zoals bijvoorbeeld communicatie- en elektriciteitskabels, kunnen worden vervaardigd van verschillende materialen, waaronder polymeren en metalen, afhankelijk van de toepassing van de kabel.

15 Deze kabels dienen vaak een lange levensduur te hebben, in sommige gevallen langer dan 40 jaar. Het is derhalve van groot belang om de materialen zodanig te kiezen dat ze niet alleen initieel voldoen aan de ontwerpcriteria, maar dat ze tevens hun eigenschappen gedurende de 20 gewenste levensduur behouden. Een bijzondere type kabel is die, waarin zwelbare superabsorberende garens zijn opgenomen teneinde de kabel te beschermen tegen indringend vocht, zoals zeewater of grondwater. De rond de kern liggende garens nemen binnendringend vocht op, 25 waarbij deze zodanig opzwellen dat ze een eventueel lek dichten en het verder indringen van vocht tegengaan. Tevens kunnen de garens tussen de individuele draden van de kern van de kabel zijn aangebracht, om ongewenst vocht op te nemen en/of tussenruimten op te vullen.

30 Superabsorberende garens vinden overigens ook toepassing op andere gebieden dan in kabels.

>

Veel eigenschappen van polymeren, en met name het zwelvermogen van superabsorberende polymeergarens, 35 verslechteren in de loop van de tijd, waardoor ze uiteindelijk niet meer geschikt zijn voor de toepassing waarvoor ze bestemd zijn. Het mechanisme en de snelheid van dit proces is voor een groot deel afhankelijk van de 101 266 2 2 omgevingscondities van het polymeer en van de aanwezigheid van andere materialen. De belangrijkste factoren bij het aantasten van de kwaliteit van de gebruikte polymeren en het zwelvermogen van de garens 5 zijn oxidatie van het polymeer door aanwezige zuurstof, alsmede inwerking van metaalionen, zoals koper, op het polymeer. Vaak staat de metalen kern van de kabel in direct contact met de zwelbare polymeergarens. Tevens zijn de metalen onderhevig aan corrosie, veroorzaakt 10 door aanwezig vocht en zuurstof.

De uitvinding heeft tot doel bovenstaande effecten te verminderen, en zodoende een kabel of een ander product met zwelbare vezels te vervaardigen die betere 15 eigenschappen heeft dan bestaande producten.

Hiertoe is de vezel volgens de uitvinding drager van een aan de vezel toegevoegd additief dat aan de omgeving kan worden afgegeven. Deze additieven zijn in staat 20 bijvoorbeeld zuurstofradicalen en/of metaalionen aan zich te binden, waardoor de inwerking van zuurstof en/of metaalionen op de polymeren en de zwelbare vezels, alsmede corrosie van metalen kan worden verminderd, en hebben derhalve een conserverende werking. De additieven 25 omvatten bij voorkeur een anti-oxidant, welke de zuurstofradicalen kan binden. Deze anti-oxidant omvat bij voorkeur een fenol-verbinding, bijvoorbeeld Irganox L135 en/of Irganox L115. De additieven omvatten eveneens bij voorkeur een metaalionendeactivator, welke 30 metaalionen, zoals koperionen aan zich kan binden. Deze metaalionendeactivator omvat bij voorkeur een benzotriazol-verbinding, bijvoorbeeld methyl-1H-benzotriazol en/of N-gealkyleerd benzotriazol, en/of een tolutriazol-verbinding. Het beste resultaat werd in de 35 praktijk verkregen indien een combinatie van zowel een anti-oxidant als een metaalionendeactivator werd toegepast.

101 2662 3

Bij voorkeur is de vezel in hoofdzaak een polymeervezel. In een voorkeursuitvoering is deze vezel een zwelbare vezel, bij voorkeur een polyacrylaatvezel, welke in staat is een grote hoeveelheid water aan zich te binden, 5 voor het vervaardigen van superabsorberende garens of vliezen. In een andere voorkeursuitvoering is de vezel een steunvezel, bij voorkeur een polyesther- of polypropyleenvezel, welke wordt gebruikt ter versteviging van de superabsorberende garens of vliezen.

10

In een voorkeursuitvoering zijn de additieven in hoofdzaak homogeen verdeeld in de vezel, waarbij deze tijdens de productie aan de polymeeroplossing, ook wel "polymeerpap" wordt toegevoegd, voordat deze tot een 15 vezel wordt verwerkt. In een andere voorkeursuitvoering vormen de additieven een coating welke na de vorming van de vezel, doch voor het "cross-linking” proces op de vezel wordt aangebracht.

20 De uitvinding heeft tevens betrekking op een garen welke is gesponnen van een vezel die drager is van een additief. Bij voorkeur bevat het garen minstens 25%, meer bij voorkeur minstens 50%, het meest bij voorkeur ongeveer 60% zwelbare vezels, en voor het overige in 25 hoofdzaak niet zwelbare steunvezels, zodat het garen voldoende sterkte bezit.

Tevens heeft de uitvinding betrekking op een niet-geweven vlies welke is vervaardigd met een vezel die 30 drager is van een additief.

Bovendien heeft de uitvinding betrekking op een kabel voor telecommunicatie of elektriciteitstransport, welke is voorzien van een garen en/of een vlies die vezels 35 bevatten die drager zijn van een additief. In een voorkeursuitvoering is het garen aangebracht tussen de optisch of elektrisch geleidende draden welke zich in de 101 2662 4 kabel bevinden.

Voorts heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het produceren van een vezel, waarbij aan de vezel 5 een additief wordt toegevoegd dat aan de omgeving kan worden afgegeven, door voor het spinnen van de vezel uit een vloeibare massa, aan die vloeibare massa een additief toe te voegen, dan wel door na het spinnen een coating met een additief op de vezel aan te brengen. Ook 10 heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor het vervaardigen van een garen, een niet-geweven vlies en een kabel.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand 15 van de figuren, waarbij:

Fig. 1 een opengewerkte elektriciteitskabel weergeeft; en

Fig. 2 een opengewerkte telecommunicatiekabel weergeeft.

20 Figuur 1 toont een elektriciteitskabel 1, welke bestaat uit een kern met geleidende draden 2, bijvoorbeeld van koper, waartussen superabsorberende garens 3 zijn aangebracht die anti-oxidanten en metaalionendeactivators bevatten. Om de kern ligt een 25 dunne halfgeleidende polyethyleen geleidingsgaas 4, waaromheen een relatief dikke polyethyleen isolatielaag 5 ligt, met daaromheen een dunne halfgeleidende polyethyleen isolatiegaas 6. Hieromheen liggen vervolgens een laag halfgeleidende band 7, een aantal 30 afschermdraden 8, een laag koperband 9 en een laag niet geleidende band 10. De omhulling van de kabel 1 wordt gevormd door een polyethyleen of rubberen binnenmantel 11, een waterdichte laag aluminium sperband 12 en een polyethyleen buitenmantel 13.

35

Figuur 2 toont een optische telecommunicatiekabel 21 met een kern 22 welke zorgt voor de sterkte van de kabel 21.

101 2662 5

Hieromheen zijn superabsorberende garens 23 gewikkeld, welke anti-oxidanten bevatten. Om de kern 22 zijn de optische kabels 24 gelegen, waaromheen eveneens superabsorberende garens 25 met anti-oxidanten zijn 5 gewikkeld. De omhulling van de kabel 21 wordt gevormd door een waterdichte aluminium sperlaag 26 en een buitenmantel 27.

In de omhulling van de kabels 1, 21 kan een laag niet-10 geweven superabsorberend vlies (niet getoond) zijn opgenomen, welke binnendringend vocht kan opnemen, waardoor het vlies opzwelt en een eventueel lek wordt gedicht.

15 De polymeerproducten en de metalen zoals koper, aluminium en staal die verwerkt kunnen zijn in de kabels 1, 21 zijn onderhevig aan de inwerking van zuurstof en vocht, welke ondanks het beschermende ontwerp beide vaak aanwezig zijn in dergelijke kabels. Polymeren worden 20 bros en gaan barstjes vertonen, de opnamecapaciteit van de superabsorberende garens en vliezen neemt af, terwijl metalen worden weggevreten en aangetast. De werking van de anti-oxidanten en metaalionendeactivators welke zijn toegevoegd aan de garens 3, 23 en 25, en die door deze 25 aan de omliggende materialen kunnen worden afgegeven, is als volgt.

Anti-oxidanten

De belangrijkste factoren bij de degradatie van 30 polymeren zijn zuurstof, vocht, metalen en temperatuur. De temperatuur in communicatie- en elektriciteitskabels is in het algemeen hoog, zodat een thermisch oxidatieproces kan optreden, welke als volgt kan worden weergegeven: 35 Initiatie: RH -* R* + H·

Propagatie: R* + 02 -* ROO· ROO- + RH -*> ROOH + R· 1012662 6 ROOH -* RO· + HO·

Terminatie: R· + R· -* RR

R- + ROO* -* Inerte producten ROO* + ROO* -* Inerte producten 5

Onder invloed van warmte of een andere energie genereert een polymeer RH een polymeerradicaal R·, welke vervolgens reageert met zuurstof tot een peroxideradicaal ROO·. Deze peroxideradicaal reageert 10 vervolgens met een ander polymeer RH tot hydroperoxide ROOH, waarbij weer een polymeerradicaal R· vrijkomt. De hydroperoxide valt uiteen in een alkoxiradicaal RO· en een hydroxylradicaal HO· . Door deze kettingreactie worden de polymeermoleculen beschadigd en worden polaire 15 moleculen gevormd.

De kettingreactie kan wórden gestopt door toevoeging van een anti-oxidant HA, waarbij deze tevens zorgt voor het afbreken van de hydroperoxide: 20 Reactie-' ROO* + HA -* ROOH + A· onderbreking RO* + HA -* ROH + A- (stabiel) HO· + HA -* H20 + A· (stabiel)

Peroxide- decompositie ROOH + RSR -* Inerte producten 25

Geschikte antioxidanten zijn onder meer:

Irganox L135, een fenolverbinding met een hoog molecuulgewicht, met de formule (I): 30 3r\. * h°-ÜJ>--CH-CH£-C-0-R ...i 35 101 2662 7 en Irganox L115, welke een thioethergroep bevat, met de formule (II) :

/ X_ o N

5 HO -\(3/ CH2CH2 C " °' CH jCH “ - S ...II

v x ^ Λ 10 Metaalionendeactivators

Polymeermoleculen kunnen sneller oxideren wanneer zij in contact staan met een metaal, in het bijzonder als dat metaal koper is. Dit kan als volgt worden weergegeven: Koper- 15 oxidatie Cu -* Cu** + 2e

Polymeer- reactie ROOH + Cu -» ROO- + Cu* + H* ROOH + Cu* RO- + Cu** + OH' 20 Het koperion dat wordt geproduceerd door oxidatie van koper reageert direct met hydroperoxide. Hierbij komen polymeerradicalen vrij en de kettingreactie wordt hierdoor zodanig versneld dat een anti-oxidant alleen de degradatie niet meer kan tegengaan. Daarom wordt een 25 metaalionendeactivator L toegevoegd, die de volgende werking heeft:

Complex- vorming Cu** + nL [Cu(L)n]** (stabiel)

Het koperion wordt gevangen door de deactivator L, 30 waardoor deze niet meer reageert met andere producten.

Geschikte metaalionendeactivators zijn onder meer: ÏH-Benzotriazol, met de formule (III) :

35 f^=:NT'NV

" 111 l 101 26 6 2 8 of daarvan afgeleide producten, zoals alkyl-lH-benzotriazol, met de formule {IV):

5 R~0 / ...IV

H

, waarbij de alkylgroep bijvoorbeeld methyl kan zijn, en alkyl-1-methyldialkylamine-benzotriazol, met de formule 10 (V) :

"CD

15 CHjNRj 101 2662

Claims

1. Vezel voor het vervaardigen van garens, weefsels en/of vliezen, met het kenmerk, dat de vezel drager 5 is van een aan de vezel toegevoegd additief dat aan de omgeving kan worden afgegeven.

2. Vezel volgens een conclusie 1, met het kenmerk, dat de vezel in hoofdzaak een polymeervezel is. 10

3. Vezel volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de vezel een zwelbare vezel, bij voorkeur een polyacrylaatvezel is voor het vervaardigen van superabsorberende garens of vliezen. 15

4. Vezel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de vezel een steunvezel, bij voorkeur een polyesther- of polypropyleenvezel is voor het vervaardigen van superabsorberende garens 20 of vliezen.

5. Vezel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het additief een conserverende werking heeft. 25

6. Vezel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het additief een anti-oxidant is.

7. Vezel volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de 30 anti-oxidant een fenol-verbinding omvat.

8. Vezel volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de anti-oxidant Irganox L135 en/of Irganox L115 omvat.

9. Vezel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het additief een metaalionendeactivator is. 1012662

10. Vezel volgens conclusie 9, met het kenmerk, dat de metaalionendeactivator een benzotriazol-verbinding en/of een tolutriazol-verbinding omvat.

11. Vezel volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de metaalionendeactivator alkyl-lH-benzotriazol en/of alkyl-1-methyldialkylamine-benzotriazol omvat.

12. Vezel volgens een van de voorgaande conclusies, met 10 het kenmerk, dat het additief in hoofdzaak homogeen is verdeeld in de vezel.

13. Vezel volgens een van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het additief een coating vormt op 15 de vezel.

14. Garen dat vezels bevat die drager zijn van een aan de vezel toegevoegd additief dat aan de omgeving kan worden afgegeven. 20

15. Garen dat een vezel volgens een van de conclusies 1 - 13 bevat.

16. Garen volgens conclusie 14 of 15, met het kenmerk, 25 dat het garen minstens 25%, bij voorkeur minstens 50%, meer bij voorkeur ongeveer 60%, zwelbare vezels bevat, en voor het overige in hoofdzaak niet zwelbare steunvezels bevat.

17. Niet-geweven vlies dat vezels bevat die drager zijn van een aan de vezel toegevoegd additief dat aan de omgeving kan worden afgegeven.

18. Niet-geweven vlies dat een vezel volgens een van de 35 conclusies 1-13 bevat.

19. Kabel voor telecommunicatie of 101 2662 elektriciteitstransport, welke is voorzien van een garen volgens een van conclusies 14-16 en/of een vlies volgens conclusie 17 of 18.

20. Kabel volgens conclusie 19, met het kenmerk, dat het garen is aangebracht tussen de optisch of elektrisch geleidende draden welke zich in de kabel bevinden.

21. Werkwijze voor het produceren van een vezel, waarbij aan de vezel een additief wordt toegevoegd dat aan de omgeving kan worden afgegeven.

22. Werkwijze volgens conclusie 21, met het kenmerk, 15 dat het additief wordt toegevoegd aan de vloeibare massa waarvan de vezel wordt gemaakt.

23. Werkwijze volgens conclusie 21 of 22, met het kenmerk, dat het additief als een coating op de 20 vezel worden aangebracht voordat het crosslinking- proces van de vezel plaatsvindt.

24. Werkwijze voor het vervaardigen van een garen, waarbij vezels die drager zijn van een aan de vezel 25 toegevoegd additief dat aan de omgeving kan worden afgegeven tot een garen worden gesponnen.

25. Werkwijze voor het vervaardigen van een niet-geweven vlies, waarbij vezels die drager zijn van 30 een aan de vezel toegevoegd additief dat aan de omgeving kan worden afgegeven in het vlies worden opgenomen.

26. Werkwijze voor het vervaardigen van een kabel voor 35 telecommunicatie of elektriciteitstransport, waarbij garen en/of een vlies dat vezels bevat die drager zijn van een aan de vezel toegevoegd 101 2662 additief dat aan de omgeving kan worden afgegeven in de kabel worden verwerkt. 101 2662