CN100455635C

CN100455635C - 可用作光纤涂层的紫外光固化涂料

Info

Publication number: CN100455635C
Application number: CNB031099319A
Authority: CN
Inventors: 李旺金; 何唯平
Original assignee: Shenzhen Oceanpower Industrial Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Oceanpower Industrial Co Ltd
Priority date: 2003-04-07
Filing date: 2003-04-07
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2023-04-07
Also published as: CN1536040A

Abstract

本发明涉及一种光纤涂料，尤其是可用作光纤涂层的紫外光固化涂料，其中添加了10～30%的丙烯酸有机硅单体稀释剂、20～40%的丙烯酸有机硅树脂、10～40%的丙烯酸环氧树脂、10～20%的丙烯酸聚氨脂树脂、1～2%的流平剂以及1～2%的光敏剂，将其用作光纤的内、外涂层涂覆，不仅使光纤具有良好的抗辐射性能，还能提高其紫外固化速度，降低传输损耗，改善光纤的传输质量。另外，其固化膜易微交联型，力学性能优良，还可使光纤具有更好的抗微弯、耐候性等性能。

Description

可用作光纤涂层的紫外光固化涂料

技术领域

本发明涉及一种光纤涂料，特别是含有机硅单体稀释剂和有机硅树脂的可用作光纤涂层的紫外光固化涂料。

背景技术

随着通讯技术的飞跃发展，以石英玻璃为纤芯的光纤已广泛地应用于远距离通讯***中，而且由于其较低的生产成本，在局部地区域网和用户环路中，光纤已越来越具有竞争力，并有逐步取代铜电缆之趋势。更有一些特殊的光纤被用于恶劣的环境，如核能研制和生产单位、与辐射有关的军事、医疗、科研单位等，而这些光纤由于经常遭受强烈的紫外辐射或其它辐射，在不同程度上会出现传输损耗。

众所周知，光纤涂料对环境起着阻隔作用，从而在一定程度上保持了光纤原始的性能。通常，光纤采用两层不同的涂料，第一层(内层)是柔软的、低膜量缓冲涂层，其功能是使微弯损耗减至最小，第二层(外层)是坚韧的、较高膜量的涂层，它对光纤起着机械增强和保护作用。

根据光纤涂料聚合机理的不同，可将其分为热固化和紫外固化两大类。紫外光固化涂料最主要成分是活性齐聚物，它对分子重量，功能和结构方面起着重要作用，直接影响着光纤的化学性和机械性能，而且由于其固化机理为自由基聚合，固化速度快，适合于光纤高速拉丝，同时，涂料体系接近于Newton流体，粘度随温度变化大，易于通过温度调节粘度，满足光纤涂覆工艺要求，还有，其固化膜易微交联型，力学性能优良，可使光纤具有更好的抗微弯、耐候性等性能，所以，紫外可固化涂料在目前的通信光纤应用中占75％。

荷兰Neth No8400727公开了一种覆有合成树脂涂层的光纤，此光纤是由玻璃纤维和覆盖在其外面的合成树脂涂层组成的。其中，合成树脂的组分包括以二甲基硅氧烷为单体的硅氧烷共聚物、甲基苯基硅氧以及光敏剂。硅氧烷共聚物的平均分子量在1000～250000之间，分子结构中至少包含两个丙烯基。将这种合成树脂涂覆在光纤表面，然后在经过紫外光固化装置完成固化。经过固化后的光纤虽然对光纤的保护起到了一定的作用，但这种合成树脂较低的机械强度以及不耐磨性，使得其在运输、储藏和应用于光缆施工时的局限性较大，而且固化时的速度较慢，间接的影响了涂层光纤的生产效率。

USNO.5536529公开了一种将有机硅化合物(如3-胺丙基三乙氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙酰基硅烷、巯基丙基三甲氧基硅烷或它们的混合物)作为一种可选择性的组分的光纤涂料，这些有机硅化合物能在高湿、高温的环境下起到促进内层涂料与石英玻璃芯的粘合作用，但如果将这些有机硅化合物和甲基丙烯酸酯类硅烷同时用于涂料中时，当用量大于3％时，就会减低***的固化速度。

90102226.8也公开了一种光纤用紫外光固化单层涂料，其涂层的强度和模量适中，但低温时会对光纤带来一定的微弯损耗，所以这种单层涂覆光纤仅适用于环境温度变化较小的地区使用，局限性较大。

90103882.2也公开了一种紫外光固化的二元复合的内层光纤涂料，采用该涂料所形成的光纤涂层，在低温时性能较好，具有弹性高和低玻璃化温度的特点，而且固化速度也较快(拉丝速度为70-100米/分)，其所采用的光敏剂是安息香醚类，但这种光敏剂通常用量较大，而且固化速度也满足不了光纤生产时不断提高的拉丝速度(800-1200米/分)，从而影响了光纤的生产效率。

发明内容

为了提高紫外光固化速度和使涂覆后的光纤具有良好的抗辐射能，本发明在上述专利的基础上公开了一种可高速固化(可适合拉丝速度为600-1000米/分的光纤的涂覆)且粘度适中(温度为25℃时，粘度为2000-5000cps)的含有有机硅单体稀释剂和有机硅树脂的紫外光固化涂料，将其用作光纤的内、外涂层涂覆，不仅使光纤具有良好的抗辐射性能，还能提高光纤的传输质量，降低传输损耗。

本发明所述的这种紫外光固化光纤涂料，其中添加了有机硅单体稀释剂和丙烯酸有机硅树脂以及光敏剂、流平剂等，其各组分含量如下：

10～30％的丙烯酸有机硅单体稀释剂；

20～40％的丙烯酸有机硅树脂；

10～40％的丙烯酸环氧树脂；

10～20％的丙烯酸聚氨酯树脂；

1～2％的流平剂，该流平剂为(甲基)丙烯酸酯类聚合物，粘度为2000-3000cps，浅黄色液体；

1～2％的光敏剂，该光敏剂为在紫外光下可产生自由基的苯丙酮类化合物或它们的混合物，上述各组分之和为100％。(如果没有特殊说明，本说明书中的百分比皆为重量百分比)

其中，所述的丙烯酸有机硅的单体稀释剂可以选自：1-丙烯酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-丙烯酰胺基乙基2-丙烯酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1-双丙烯酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙烯酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙烯酰胺基乙基2-甲基丙烯酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1-双甲基丙烯酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-丙烯酰胺基乙基2-氨丙基三甲氧基硅烷、1-丙烯酰胺基乙基2-丙烯酰胺基丙基三甲氧基硅烷以及1，1-双丙烯酰胺基乙基三甲氧基硅烷。

丙烯酸有机硅树脂是(甲基)丙烯酸和分子量为2000-2500的氨基硅油的反应物，且该树脂中含至少二个丙烯酸或丙烯酰胺基团。

丙烯酸聚氨酯由(甲基)丙烯酸羟乙酯、脂肪族异氰酸酯和分子量为1000-2500的聚乙二醇或丙二醇反应物。

丙烯酸改性环氧树脂是由非双酚A型脂环族环氧树脂与丙烯酸的反应物，该树脂为浅黄色液体、粘度为4000-5000cps、比重为1.244g/ml，折光指数为1.4954(25℃)。

流平剂为(甲基)丙烯酸酯类聚合物，粘度为2000-3000cps，浅黄色液体。

光敏剂为在紫外光下可产生自由基的苯丙酮类化合物或它们的混合物。具体可以是2，2-羟基-甲基-苯丙酮、2，2-羟基-环己基-苯丙酮或它们的混合物。

在制备本发明时，方法要求并不是很特别，只是简单地将除光敏剂外的以上各组分按比例混合在50℃左右搅拌20分钟，最后加入光敏剂搅拌均匀即可。将光纤预制棒以800m/min的速度拉丝而成的石英玻璃纤维经由装有本发明所述的这种光纤涂料的涂料模，同时，用紫外线照射而使涂料固化在光纤上面。根据不同光纤的要求，可对其进行反复涂覆，直到涂层满足相应的弹性模量，一般经过涂覆的涂层厚度为50～70um之间。

与现有技术相比，本发明所述的这种紫外光固化涂料不但可以提高光纤的紫外固化速度，而且，还能改善光纤的抗辐射能力，降低传输损耗。由于其固化速度快，所以适合于光纤的高速拉丝，同时，涂料体系接近于Newton流体，粘度随温度变化大，易于通过温度调节粘度，另外，其固化膜易微交联型，力学性能优良，可使光纤具有更好的抗微弯、耐候性等性能。

另外，本发明的涂料不仅适用于光纤的涂覆，还可用于聚合物光纤如PMMA等光纤。

具体实施方式

实施例1：

1、丙烯酸有机硅单体稀释剂——1-丙烯酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷的合成：

取200克的氨乙基-氨丙基三乙氧基硅烷(星新材料股份有限公司)，50克的丙烯酸混合后，加入0.4克的2，6-二-叔丁基羟基甲苯，升温到70-80摄氏度反应4小时，在60-70℃抽真空1小时即可；室温下粘度为50cps折光指数为1.4456。

2、丙烯酸有机硅树脂齐聚物的合成：

取400克的氨基硅油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-叔丁基羟基甲苯，升温到90-95摄氏度反应6-8小时，在60-70℃抽真空1小时即可；室温下粘度为4000-6000cps折光指数为1.4656。

根据本发明所述的这种紫外光固化涂料的配方，按重量百分比取

12％的有机硅单体稀释剂、

35％的丙烯酸有机硅树脂齐聚物、

27％的丙烯酸环氧树脂、

23％的丙烯酸聚氨酯树脂、

1.5％的流平剂(深圳海川化工有限公司)、

1.5％的光敏剂(为2，2-羟基，甲基-苯丙酮和2，2-羟基，环己基-苯丙酮的混合物)。

在温度为50℃时，将以上各组分混合搅拌均匀，配成光纤内层涂料，

按重量百分比取

10％有机硅单体稀释剂、

10％三羟甲基丙烷三三丙烯酸酯

25％的丙烯酸有机硅树脂齐聚物、

35％的丙烯酸环氧树脂、

18％的丙烯酸聚氨酯树脂、

1％的流平剂(深圳海川化工有限公司)、

1％的光敏剂(为2，2-羟基，甲基-苯丙酮和2，2-羟基，环己基-苯丙酮的混合物)

在温度为50℃时，将以上各组分混合搅拌均匀，配成光纤外层涂料。

将光纤预制棒以800米/分的速度拉丝所形成的石英玻璃纤维经过装有内层涂料的槽，用紫外线照射而使涂料固化，形成涂层厚度为30um；然后再以同样的速度将涂覆了内层涂料的光纤经过装有外层涂料的槽，经紫外照射而固化，形成厚度为25um。

光的传输损耗的测定：

按照上述方式，制成长度为3000m的涂覆有本发明涂料的光纤，在电子束发射设备下，电子束以需要的电压在剂量10KGy下从三个不同的方向自动辐射涂料层；用OTDR法测定已涂光纤在波长1,550nm的光的传输损耗约为1dB/KM。

Claims

1、一种可用作光纤涂层的紫外光固化涂料，其各组分之和为100％，含量按重量百分比为：

10～30％的丙烯酸有机硅单体稀释剂；

20～40％的丙烯酸有机硅树脂；

10～40％的丙烯酸环氧树脂；

10～20％的丙烯酸聚氨酯树脂；

1～2％的流平剂，该流平剂为(甲基)丙烯酸酯类聚合物，粘度为2000～3000cps，浅黄色液体；

1～2％的光敏剂，该光敏剂为在紫外光下可产生自由基的苯丙酮类化合物或它们的混合物；

丙烯酸有机硅的单体稀释剂选自：1-丙烯酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-丙烯酰胺基乙基2-丙烯酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1-双丙烯酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙烯酰胺基乙基2-氨丙基三乙氧基硅烷、1-甲基丙烯酰胺基乙基2-甲基丙烯酰胺基丙基三乙氧基硅烷、1，1双甲基丙烯酰胺基乙基三乙氧基硅烷、1-丙烯酰胺基乙基2-氨丙基三甲氧基硅烷、1-丙烯酰胺基乙基2-丙烯酰胺基丙基三甲氧基硅烷以及1，1-双丙烯酰胺基乙基三甲氧基硅烷。

2、根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的丙烯酸有机硅树脂是(甲基)丙烯酸和分子量为2000-2500的氨基硅油的反应物。

3、根据权利要求1或2所述的紫外光固化涂料，其特征在于：丙烯酸有硅树脂中含至少二个丙烯酸或丙烯酰胺基团。

4、根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的丙烯酸聚氨酯是由(甲基)丙烯酸羟乙酯、脂肪族异氰酸酯和分子量为1000-2500的聚乙二醇的反应物。

5、根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：所述的丙烯酸改性环氧树脂是由非双酚A型脂环族环氧树脂与丙烯酸的反应物。

6、根据权利要求1所述的紫外光固化涂料，其特征在于：该光敏剂是2，2-羟基-甲基-苯丙酮、2，2-羟基-环己基-苯丙酮或它们的混合物。