專利名稱：可用作光纖涂層的紫外光固化涂料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖涂料，特別是含有機(jī)硅單體稀釋劑和有機(jī)硅樹脂的可用作光纖涂層的紫外光固化涂料。
背景技術(shù)：
隨著通信技術(shù)的飛躍發(fā)展，以石英玻璃為纖芯的光纖已廣泛地應(yīng)用于遠(yuǎn)距離通信系統(tǒng)中，而且由于其較低的生產(chǎn)成本，在局部地區(qū)域網(wǎng)和用戶環(huán)路中，光纖已越來越具有競爭力，并有逐步取代銅電纜之趨勢。更有一些特殊的光纖被用于惡劣的環(huán)境，如核能研制和生產(chǎn)單位、與輻射有關(guān)的軍事、醫(yī)療、科研單位等，而這些光纖由于經(jīng)常遭受強(qiáng)烈的紫外輻射或其他輻射，在不同程度上會出現(xiàn)傳輸損耗。
眾所周知，光纖涂料對環(huán)境起著阻隔作用，從而在一定程度上保持了光纖原始的性能。通常，光纖采用兩層不同的涂料，第一層(內(nèi)層)是柔軟的、低模量緩沖涂層，其功能是使微彎損耗減至最小，第二層(外層)是堅韌的、較高模量的涂層，它對光纖起著機(jī)械增強(qiáng)和保護(hù)作用。
根據(jù)光纖涂料聚合機(jī)理的不同，可將其分為熱固化和紫外固化兩大類。紫外光固化涂料最主要成分是活性齊聚物，它對分子重量，功能和結(jié)構(gòu)方面起著重要作用，直接影響著光纖的光學(xué)性和機(jī)械性能，而且由于其固化機(jī)理為自由基聚合，固化速度快，適合于光纖高速拉絲，同時，涂料體系接近于Newton流體，粘度隨溫度變化大，易于通過溫度調(diào)節(jié)粘度，滿足光纖涂覆工藝要求，還有，其固化膜易微交聯(lián)型，力學(xué)性能優(yōu)良，可使光纖具有更好的抗微彎、耐候性等性能，所以，紫外可固化涂料在目前的通信光纖應(yīng)用中占75％。
Neth.No 8400727公開了一種覆有合成樹脂涂層的光纖，此光纖是由玻璃纖維和覆蓋在其外面的合成樹脂涂層組成的。其中，合成樹脂的組分包括以二甲基硅氧烷為單體的硅氧烷共聚物、甲基苯基硅氧烷和苯基硅氧烷以及光敏劑。硅氧烷共聚物的平均分子量在1000～25000之間，分子結(jié)構(gòu)中至少包含兩個丙烯基。將這種合成樹脂涂覆在光纖表面，然后再經(jīng)過紫外光固化裝置完成固化。經(jīng)過固化后的光纖雖然對光纖的保護(hù)起到了一定的作用，但這種合成樹脂較低的機(jī)械強(qiáng)度以及不耐磨性，使得其在運(yùn)輸、儲藏和應(yīng)用于光纜施工時的局限性較大，而且固化時的速度較慢，間接的影響了涂層光纖的生產(chǎn)效率。
US No.5536529公開了一種將有機(jī)硅化合物(如3-胺丙基三乙氧基桂烷、3-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰基硅烷、巰基丙基三甲氧基硅烷或它們的混合物)作為一種可選擇性的組份的光纖涂料，這些有機(jī)硅化合物能在高濕、高溫的環(huán)境下起到促進(jìn)內(nèi)層涂料與石英玻璃芯的粘合作用，但如果將這些有機(jī)硅化合物和甲基丙烯酸酯類硅烷同時用于涂料中時，當(dāng)用量大于3％時，就會減低系統(tǒng)的固化速度。
90102226.8也公開了一種光纖用紫外光固化單層涂料，其涂層的強(qiáng)度和模量適中，但低溫時會對光纖帶來一定的微彎損耗，所以這種單層涂覆光纖僅適用于環(huán)境溫度變化較小的地區(qū)使用，局限性較大。
90103882.2也公開了一種紫外光固化的二元復(fù)合的內(nèi)層光纖涂料，采用該涂料所形成的光纖涂層，在低溫時性能較好，具有彈性高和低玻璃化溫度的特點(diǎn)，而且固化速度也較快(拉絲速度為70-100米/分)，其所采用的光敏劑是安息香醚類，但這種光敏劑通常用量較大，而且固化速度也滿足不了光纖生產(chǎn)時不斷提高的拉絲速度(800-1200米/分)，從而影響了光纖的生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高紫外光固化速度和使涂覆后的光纖具有良好的抗輻射能，本發(fā)明在上述專利的基礎(chǔ)上公開了一種可高速固化(可適合拉絲速度為600-1000米/分的光纖的涂覆)且粘度適中(溫度為25℃時，粘度為2000-5000cps)的含有有機(jī)硅單體稀釋劑和有機(jī)硅樹脂的紫外光固化涂料，將其用作光纖的內(nèi)、外涂層涂覆，不僅使光纖具有良好的抗輻射性能，還能提高光纖的傳輸質(zhì)量，降低傳輸損耗。
本發(fā)明所述的這種紫外光固化光纖涂料，其中添加了有機(jī)硅單體稀釋劑和丙烯酸有機(jī)硅樹脂以及光敏劑、流平劑等，其各組分含量如下10～30％的丙烯酸有機(jī)硅單體稀釋劑；20～40％的丙烯酸有機(jī)硅樹脂；10～40％的丙烯酸環(huán)氧樹脂；10～20％的丙烯酸聚氨脂樹脂；1～2％的流平劑，該流平劑為(甲基)丙烯酸酯類聚合物，粘度為2000-3000cps，淺黃色液體；1～2％的光敏劑，該光敏劑為在紫外光下可產(chǎn)生自由基的苯丙酮類化合物或它們的混合物，上述各組分之和為100％。(如果沒有特殊說明，本說明書中的百分比皆為重量百分比)其中，所述的丙烯酸有機(jī)硅的單體稀釋劑可以選自1-丙稀酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-丙稀酰胺基乙基2-丙稀酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1-雙丙稀酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙稀酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙稀酰胺基乙基2-甲基丙稀酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1-雙甲基丙稀酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-丙稀酰胺基乙基2-氨丙基三甲氧基硅烷、1-丙稀酰胺基乙基2-丙稀酰胺基丙基三甲氧基硅烷以及1，1-雙丙稀酰胺基乙基三甲氧基硅烷。
丙烯酸有機(jī)硅樹脂是(甲基)丙烯酸和分子量為2000-2500的的氨基硅油的反應(yīng)物，且該樹脂中含至少二個丙烯酸或丙烯酰胺基團(tuán)。
丙烯酸聚氨脂由(甲基)丙烯酸羥乙酯、脂肪族異氰酸酯和分子量為1000-2500的聚乙二醇或丙二醇反應(yīng)物。
丙烯酸改性環(huán)氧樹脂是由非雙酚A型脂環(huán)族環(huán)氧樹脂與丙烯酸的反應(yīng)物，該樹脂為淺黃色液體、粘度為4000-5000cps、比重為1.244g/ml，折光系數(shù)為1.4954(25℃)。
流平劑為(甲基)丙烯酸酯類聚合物，粘度為2000-3000cps，淺黃色液體。
光敏劑為在紫外光下可產(chǎn)生自由基的苯丙酮類化合物或它們的混合物。具體可以是2，2-羥基-甲基-苯丙酮、2，2-羥基-環(huán)己基-苯丙酮或它們的混合物。
在制備本發(fā)明時，方法要求并不是很特別，只是簡單地將除光敏劑外的以上各組分按比例混合在50℃左右攪拌20分鐘，最后加入光敏劑攪拌均勻即可。將光纖預(yù)制棒以800m/min的速度拉絲而成的石英玻璃纖維經(jīng)由裝有本發(fā)明所述的這種光纖涂料的涂料模，同時，用紫外線照射而使涂料固化在光纖上面。根據(jù)不同光纖的要求，可對其進(jìn)行反復(fù)涂覆，直到涂層滿足相應(yīng)的的彈性模量，一般經(jīng)過涂覆的涂層厚度為50～70um之間。
公與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的這種紫外光固化涂料不但可以提高光纖的紫外固化速度，而且還能改善光纖的抗輻射能力，降低傳輸損耗。由于其固化速度快，所以適合于光纖的高速拉絲，同時，涂料體系接近于Newton流體，粘度隨溫度變化大，易于通過溫度調(diào)節(jié)粘度，另外，其固化膜易微交聯(lián)型，力學(xué)性能優(yōu)良，可使光纖具有更好的抗微彎、耐候性等性能。
另外，本發(fā)明的涂料不僅適用于光纖的涂覆，還可用于聚合物光纖如PMMA等光纖。
具體實施例方式
實施例11、丙烯酸有機(jī)硅單體稀釋劑——1-丙稀酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷的合成取200克的胺乙基-胺丙基三乙氧基硅烷(星新材料股份有限公司)，50克的丙烯酸混合后，加入0.4g的2，6-二-叔丁基羥基甲苯，升溫到70-80攝氏度反應(yīng)4小時，在60-70℃抽真空1小時即可；室溫下粘度為50CPS，折光指數(shù)為1.4456。
2、丙烯酸有機(jī)硅樹脂齊聚物的合成取400克的胺基硅油S1600(深圳海川化工有限公司)，20克的丙烯酸混合后，加入0.4g的2，6-二-叔丁基羥基甲苯，升溫到90-95攝氏度反應(yīng)6-8小時，在60-70℃抽真空一小時即可，室溫下粘度為4000-6000cps，折光指數(shù)為1.4656。
根據(jù)本發(fā)明所述的這種紫外光固化涂料的配方，按重量百分比取12％的有機(jī)硅單體稀釋劑、35％的丙稀酸有機(jī)硅樹脂齊聚物、27％的丙稀酸環(huán)氧樹脂、23％的丙稀酸聚氨脂樹脂、1.5％的流平劑(深圳海川化工有限公司)、1.5％的光敏劑(為2，2-羥基，甲基-苯丙酮和2，2-羥基，環(huán)己基-苯丙酮的混合物)。
在溫度為50℃時，將以上各組分混合攪拌均勻，配成光纖內(nèi)層涂料。
按重量百分比取10％有機(jī)硅單體稀釋劑、10％三羥甲基丙烷三三丙烯酸酯25％的丙稀酸有機(jī)硅樹脂齊聚物、35％的丙稀酸環(huán)氧樹酯、18％的丙稀酸聚氨脂樹酯、1％的流平劑(深圳海川化工有限公司)、
1％的光敏劑(為2，2-羥基，甲基-苯丙酮和2，2-羥基，環(huán)己基-苯丙酮的混合物)在溫度為50℃時，將以上各組分混合攪拌均勻，配成光纖外層涂料。
將光纖預(yù)制棒以800米/分的速度拉絲所形成的石英玻璃纖維經(jīng)過裝有內(nèi)層涂料的槽，用紫外線照射而使涂料固化，形成涂層厚度為30um；然后在以同樣的速度將涂覆了內(nèi)層涂料的光纖經(jīng)過裝有外層涂料的槽，經(jīng)紫外照射而固化，形成厚度為25um。
光的傳輸損耗的測定按照上述方式，制成長度為3000m的涂覆有本發(fā)明涂料的光纖，在電子束發(fā)射設(shè)備下，電子束以需要的電壓在劑量10KGy下從三個不同的方向自動輻射涂層；用OTDR法測定已涂光纖在波長1,550nm的光的傳輸損耗約為1dB/KM。
權(quán)利要求
1.一種可用作光纖涂層的紫外光固化涂料，其各組分含量為10～30％的丙烯酸有機(jī)硅單體稀釋劑；20～40％的丙烯酸有機(jī)硅樹脂；10～40％的丙烯酸環(huán)氧樹脂；10～20％的丙烯酸聚氨脂樹脂；1～2％的流平劑，該流平劑為(甲基)丙烯酸酯類聚合物，粘度為2000-3000cps，淺黃色液體；1～2％的光敏劑，該光敏劑為在紫外光下可產(chǎn)生自由基的苯丙酮類化合物或它們的混合物。上述各組分之和為100％。(如果沒有特殊說明，本說明書中的百分比皆為重量百分比)
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述的丙烯酸有機(jī)硅的單體稀釋劑可以選自1-丙稀酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-丙稀酰胺基乙基2-丙稀酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1-雙丙稀酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙稀酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙稀酰胺基乙基2-甲基丙稀酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1-雙甲基丙稀酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-丙稀酰胺基乙基2-氨丙基三甲氧基硅烷、1-丙稀酰胺基乙基2-丙稀酰胺基丙基三甲氧基硅烷以及1，1-雙丙稀酰胺基乙基三甲氧基硅烷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述的丙烯酸有機(jī)硅樹脂是(甲基)丙烯酸和分子量為2000-2500的的氨基硅油的反應(yīng)物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的紫外光固化涂料，其特征在于丙烯酸有機(jī)硅樹脂中含至少二個丙烯酸或丙烯酰胺基團(tuán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述的丙烯酸聚氨脂是由(甲基)丙烯酸羥乙酯、脂肪族異氰酸酯和分子量為1000-2500的聚乙二醇的反應(yīng)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述的丙烯酸改性環(huán)氧樹脂是由非雙酚A型脂環(huán)族環(huán)氧樹脂與丙烯酸的反應(yīng)物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的紫外光固化涂料，其特征在于丙烯酸改性環(huán)氧樹脂的粘度為4000-5000cps，比重為1.244g/ml，折光系數(shù)為1.4954(25℃)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于所述的光敏劑為在紫外光下可產(chǎn)生自由基的苯丙酮類化合物或它們的混合物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的紫外光固化涂料，其特征在于該光敏劑可以是2，2-羥基-甲基-苯丙酮、2，2-羥基-環(huán)己基-苯丙酮或它們的混合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖涂料，尤其是可用作光纖涂層的紫外光固化涂料，其中添加了10～30％的丙烯酸有機(jī)硅單體稀釋劑、20～40％的丙烯酸有機(jī)硅樹脂、10～40％的丙烯酸環(huán)氧樹脂、10～20％的丙烯酸聚氨脂樹脂、1～2％的流平劑以及1～2％的光敏劑，將其用作光纖的內(nèi)、外涂層涂覆，不僅使光纖具有良好的抗輻射性能，還能提高其紫外固化速度，降低傳輸損耗，改善光纖的傳輸質(zhì)量。另外，其固化膜易微交聯(lián)型，力學(xué)性能優(yōu)良，還可使光纖具有更好的抗微彎、耐候性等性能。
文檔編號C09D183/07GK1536040SQ0310993
公開日2004年10月13日 申請日期2003年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月7日
發(fā)明者李旺金, 何唯平 申請人:深圳市海川實業(yè)股份有限公司