一种高强度耐老化的光纤外层涂料及其制备方法

技术领域

本发明涉及光纤涂料技术领域，具体为一种高强度耐老化的光纤外层涂料及其制备方法。

背景技术

随着科技的进步和发展，光纤的发展越来越迅速，光纤外层涂料的研究也越来越深入，光纤涂料是在玻璃光纤被预制棒拉出来的同时，为了防止受灰尘的污染，而用紫外光固化的一层弹性涂料，一般采用丙烯酸酯、硅橡胶和尼龙等组分，用于保护光纤表面不受潮湿气体和外力擦伤，赋予光纤提高抗微弯性能，降低光纤的微弯附加损耗功能。

现有技术中公开的光纤外层涂料一般包括：预聚物、活性稀释剂、光引发剂、助剂、无机填料等，但由于无机填料与光纤涂料之间相容性较差，易团聚，往往会影响外层光纤涂料的综合性能，给实际应用带来不便。

针对该问题，我们公开了一种高强度耐老化的光纤外层涂料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高强度耐老化的光纤外层涂料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种高强度耐老化的光纤外层涂料，所述光纤外层涂料各组分原料包括：以重量计，改性二氧化钛4-5份、环氧改性醇酸树脂8-12份、有机硅改性环氧丙烯酸酯15-18份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯8-10份、三丙二醇二丙烯酸酯3-5份、活性稀释剂20-30份、光引发剂4-6份、流平剂2-3份、脱泡剂1-2份、抗氧化剂2-3份。

较优化的方案，所述改性二氧化钛主要由多聚甲醛、三聚氰胺、六氟丁醇、二氧化钛反应制得。

较优化的方案，所述环氧改性醇酸树脂主要通过醇酸树脂环氧化改性制得。

较优化的方案，所述流平剂为BYK-UV3535，所述脱泡剂为TEG RAD 2500。

较优化的方案，所述光引发剂包括光引发剂1173和光引发剂184，所述光引发剂1173和光引发剂184质量比为1：1。

较优化的方案，一种高强度耐老化的光纤外层涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取多聚甲醛、三聚氰胺，混合搅拌，三乙胺调节pH，得到物料A；

取二氧化钛和去离子水，加入分散剂，超声分散，加入物料A，加热升温至80-90℃，恒温反应，加入六氟丁醇，硝酸调节pH至5.5，继续反应，调节pH，冷却，离心收集，去离子水洗涤，真空干燥，得到改性二氧化钛；

(2)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至110-120℃，加入醇解催化剂，继续升温至230-240℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至170-180℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，180-200℃下保温反应，得到醇酸树脂；

取醇酸树脂和环氧树脂，混合搅拌，加入偏苯三酸酐，170-180℃下保温反应，当酸值降至预设值时，降温至110-120℃，并加入乙二醇单丁醚，继续降温至70℃，三乙胺中和，再降温至30℃，加入去离子水，超声分散，得到环氧改性醇酸树脂；

(3)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、环氧改性醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌，加入改性二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化130-140s，得到成品。

较优化的方案，包括以下步骤：

(1)取多聚甲醛、三聚氰胺，混合搅拌20-30min，三乙胺调节pH至8.5，得到物料A；

取二氧化钛和去离子水，加入分散剂，超声分散30-35min，加入物料A，加热升温至80-90℃，恒温反应1-1.5h，加入六氟丁醇，硝酸调节pH至5.5，继续反应8-10h，调节pH至8-9，冷却，离心收集，去离子水洗涤，真空干燥，得到改性二氧化钛；

(2)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至110-120℃，加入醇解催化剂，继续升温至230-240℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至170-180℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，180-200℃下保温反应，得到醇酸树脂；

取醇酸树脂和环氧树脂，混合搅拌30-40min，加入偏苯三酸酐，170-180℃下保温反应，当酸值降至预设值时，降温至110-120℃，并加入乙二醇单丁醚，继续降温至70℃，三乙胺中和，再降温至30℃，加入去离子水，超声分散30-40min，得到环氧改性醇酸树脂；

(3)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、环氧改性醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌20-30min，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌30-40min，加入改性二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化130-140s，得到成品。

较优化的方案，步骤(1)中，三聚氰胺与甲醛的摩尔比为(1-1.2)：7。

较优化的方案，步骤(2)中，酸值预设值为40mgKOH/g。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本申请公开了一种高强度耐老化的光纤外层涂料及其制备方法，其中包括改性二氧化钛、环氧改性醇酸树脂、有机硅改性环氧丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等组分，现有技术中为提高光纤外层涂料的强度，一般会添加填料作为补强剂，再加入抗老化剂以提高外层涂料的抗紫外老化性能，因此在本领域中一般会选用二氧化钛同时作为填料和抗老化剂进行添加，但由于二氧化钛与外层涂料基体的相容性较差，易团聚，分散性较差，会影响外层涂料的综合性能；因此本申请对二氧化钛进行前处理，通过多聚甲醛、三聚氰胺、六氟丁醇、二氧化钛反应制得改性二氧化钛，制备过程中，通过多聚甲醛、三聚氰胺制备得到聚合树脂并包覆在二氧化钛表面，并形成核壳结构，此时二氧化钛的分散性能明显得到提升高，与涂料基体组分的相容性提高；再通过六氟丁醇对聚合树脂壳进行接枝改性，从而引入疏水基团，从而提高外层涂料的耐水性能，提高其抗水解性能。

本申请之所以选择多聚甲醛、三聚氰胺制备聚合树脂壳并对二氧化钛进行包覆，主要是为了引入强共轭的三嗪环，以提高光纤涂料的强度和力学性能，同时由于三嗪环的热稳定性较好，在外层涂料中引入三聚氰胺甲醛树脂，能够提高外层涂料的热稳定性，提高其抗老化性能。

同时本申请还添加了环氧改性醇酸树脂，环氧改性醇酸树脂可以与三聚氰胺甲醛树脂发生交联，以提高外层涂料的交联致密度，从而进一步提高二氧化钛与涂料基体的相容性，保证外层涂料的强度和力学性能。

本发明通过环氧改性醇酸树脂、有机硅改性环氧丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯等组分，交联制备得到光纤用外层涂料，该外层涂料具有优异的力学性能和抗老化性能，而且附着力强，耐水性优异；二氧化钛的改性不仅能够提高二氧化钛的分散性能，而且还能够进一步促进组分交联，提高交联致密度，外层涂料的耐水性、强度得到进一步提升。

本发明公开了一种高强度耐老化的光纤外层涂料及其制备方法，工艺设计合理，操作简单，制备得到的外层涂料不仅具有优异的力学性能和抗老化性能，而且强度高，耐水性好，可广泛应用于光纤外层涂覆，具有较高的实用性。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

一种高强度耐老化的光纤外层涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取多聚甲醛、三聚氰胺，混合搅拌20min，三乙胺调节pH至8.5，得到物料A；其中三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1：7；

取二氧化钛和去离子水，加入分散剂，超声分散30min，加入物料A，加热升温至80℃，恒温反应1.5h，加入六氟丁醇，硝酸调节pH至5.5，继续反应8h，调节pH至8，冷却，离心收集，去离子水洗涤，真空干燥，得到改性二氧化钛；

(2)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至110℃，加入醇解催化剂，继续升温至230℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至170℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，180℃下保温反应，得到醇酸树脂；

取醇酸树脂和环氧树脂，混合搅拌30min，加入偏苯三酸酐，170℃下保温反应，当酸值降至40mgKOH/g时，降温至110℃，并加入乙二醇单丁醚，继续降温至70℃，三乙胺中和，再降温至30℃，加入去离子水，超声分散30min，得到环氧改性醇酸树脂；

(3)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、环氧改性醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌20min，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌30min，加入改性二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化130s，得到成品。

本实施例中，所述光纤外层涂料各组分原料包括：以重量计，改性二氧化钛4份、环氧改性醇酸树脂8份、有机硅改性环氧丙烯酸酯15份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯8份、三丙二醇二丙烯酸酯3份、活性稀释剂20份、光引发剂4份、流平剂2份、脱泡剂1份、抗氧化剂2份。

所述流平剂为BYK-UV3535，所述脱泡剂为TEG RAD 2500；所述光引发剂包括光引发剂1173和光引发剂184，所述光引发剂1173和光引发剂184质量比为1：1。

实施例2：

一种高强度耐老化的光纤外层涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取多聚甲醛、三聚氰胺，混合搅拌25min，三乙胺调节pH至8.5，得到物料A；其中三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1.1：7；

取二氧化钛和去离子水，加入分散剂，超声分散32min，加入物料A，加热升温至85℃，恒温反应1.3h，加入六氟丁醇，硝酸调节pH至5.5，继续反应9h，调节pH至8.5，冷却，离心收集，去离子水洗涤，真空干燥，得到改性二氧化钛；

(2)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至115℃，加入醇解催化剂，继续升温至235℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至175℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，190℃下保温反应，得到醇酸树脂；

取醇酸树脂和环氧树脂，混合搅拌35min，加入偏苯三酸酐，175℃下保温反应，当酸值降至40mgKOH/g时，降温至115℃，并加入乙二醇单丁醚，继续降温至70℃，三乙胺中和，再降温至30℃，加入去离子水，超声分散35min，得到环氧改性醇酸树脂；

(3)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、环氧改性醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌25min，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌35min，加入改性二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化135s，得到成品。

本实施例中，所述光纤外层涂料各组分原料包括：以重量计，改性二氧化钛4.5份、环氧改性醇酸树脂10份、有机硅改性环氧丙烯酸酯16份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯9份、三丙二醇二丙烯酸酯4份、活性稀释剂25份、光引发剂5份、流平剂2.5份、脱泡剂1.5份、抗氧化剂2.5份。

所述流平剂为BYK-UV3535，所述脱泡剂为TEG RAD 2500；所述光引发剂包括光引发剂1173和光引发剂184，所述光引发剂1173和光引发剂184质量比为1：1。

实施例3：

一种高强度耐老化的光纤外层涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取多聚甲醛、三聚氰胺，混合搅拌20-30min，三乙胺调节pH至8.5，得到物料A；其中三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1.2：7；

取二氧化钛和去离子水，加入分散剂，超声分散30-35min，加入物料A，加热升温至90℃，恒温反应1h，加入六氟丁醇，硝酸调节pH至5.5，继续反应10h，调节pH至9，冷却，离心收集，去离子水洗涤，真空干燥，得到改性二氧化钛；

(2)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至120℃，加入醇解催化剂，继续升温至230℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至180℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，180℃下保温反应，得到醇酸树脂；

取醇酸树脂和环氧树脂，混合搅拌40min，加入偏苯三酸酐，170-180℃下保温反应，当酸值降至40mgKOH/g时，降温至120℃，并加入乙二醇单丁醚，继续降温至70℃，三乙胺中和，再降温至30℃，加入去离子水，超声分散40min，得到环氧改性醇酸树脂；

(3)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、环氧改性醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌30min，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌40min，加入改性二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化140s，得到成品。

本实施例中，所述光纤外层涂料各组分原料包括：以重量计，改性二氧化钛5份、环氧改性醇酸树脂12份、有机硅改性环氧丙烯酸酯18份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯10份、三丙二醇二丙烯酸酯5份、活性稀释剂30份、光引发剂6份、流平剂3份、脱泡剂2份、抗氧化剂3份。

所述流平剂为BYK-UV3535，所述脱泡剂为TEG RAD 2500；所述光引发剂包括光引发剂1173和光引发剂184，所述光引发剂1173和光引发剂184质量比为1：1。

对比例1：

一种高强度耐老化的光纤外层涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至115℃，加入醇解催化剂，继续升温至235℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至175℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，190℃下保温反应，得到醇酸树脂；

取醇酸树脂和环氧树脂，混合搅拌35min，加入偏苯三酸酐，175℃下保温反应，当酸值降至40mgKOH/g时，降温至115℃，并加入乙二醇单丁醚，继续降温至70℃，三乙胺中和，再降温至30℃，加入去离子水，超声分散35min，得到环氧改性醇酸树脂；

(2)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、环氧改性醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌25min，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌35min，加入二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化135s，得到成品。

本实施例中，所述光纤外层涂料各组分原料包括：以重量计，二氧化钛4.5份、环氧改性醇酸树脂10份、有机硅改性环氧丙烯酸酯16份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯9份、三丙二醇二丙烯酸酯4份、活性稀释剂25份、光引发剂5份、流平剂2.5份、脱泡剂1.5份、抗氧化剂2.5份。

所述流平剂为BYK-UV3535，所述脱泡剂为TEG RAD 2500；所述光引发剂包括光引发剂1173和光引发剂184，所述光引发剂1173和光引发剂184质量比为1：1。

对比例1在实施例2的基础上进行改进，对比例1中并未对二氧化钛进行预处理，其余组分含量和工艺参数与实施例2一致。

对比例2：

一种高强度耐老化的光纤外层涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取多聚甲醛、三聚氰胺，混合搅拌25min，三乙胺调节pH至8.5，得到物料A；其中三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1.1：7；

取二氧化钛和去离子水，加入分散剂，超声分散32min，加入物料A，加热升温至85℃，恒温反应1.3h，加入六氟丁醇，硝酸调节pH至5.5，继续反应9h，调节pH至8.5，冷却，离心收集，去离子水洗涤，真空干燥，得到改性二氧化钛；

(2)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至115℃，加入醇解催化剂，继续升温至235℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至175℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，190℃下保温反应，得到醇酸树脂；

取醇酸树脂和环氧树脂，混合搅拌35min，加入偏苯三酸酐，175℃下保温反应，当酸值降至40mgKOH/g时，降温至115℃，并加入乙二醇单丁醚，继续降温至70℃，三乙胺中和，再降温至30℃，加入去离子水，超声分散35min，得到环氧改性醇酸树脂；

(3)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、环氧改性醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌25min，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌35min，加入改性二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化135s，得到成品。

本实施例中，所述光纤外层涂料各组分原料包括：以重量计，改性二氧化钛4.5份、环氧改性醇酸树脂10份、有机硅改性环氧丙烯酸酯16份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯9份、三丙二醇二丙烯酸酯4份、活性稀释剂25份、光引发剂5份、流平剂2.5份、脱泡剂1.5份、抗氧化剂2.5份。

所述流平剂为BYK-UV3535，所述脱泡剂为TEG RAD 2500；所述光引发剂包括光引发剂1173和光引发剂184，所述光引发剂1173和光引发剂184质量比为1：1。

对比例2在实施例2的基础上进行改进，对比例2中并未加入六氟丁醇，其余组分含量和工艺参数与实施例2一致。

对比例3：

一种高强度耐老化的光纤外层涂料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取多聚甲醛、三聚氰胺，混合搅拌25min，三乙胺调节pH至8.5，得到物料A；其中三聚氰胺与甲醛的摩尔比为1.1：7；

取二氧化钛和去离子水，加入分散剂，超声分散32min，加入物料A，加热升温至85℃，恒温反应1.3h，加入六氟丁醇，硝酸调节pH至5.5，继续反应9h，调节pH至8.5，冷却，离心收集，去离子水洗涤，真空干燥，得到改性二氧化钛；

(2)取亚麻油和甘油，混合均匀后加热升温至115℃，加入醇解催化剂，继续升温至235℃，保温反应至乙醇容忍度合格后降温，降温至175℃后加入邻苯二甲酸酐、二甲苯，190℃下保温反应，得到醇酸树脂；

(3)取有机硅改性环氧丙烯酸酯、醇酸树脂、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯和三丙二醇二丙烯酸酯，混合搅拌25min，加入活性稀释剂、光引发剂和流平剂，继续搅拌35min，加入改性二氧化钛、脱泡剂和抗氧化剂，50℃搅拌2h，静置消泡，紫外固化135s，得到成品。

本实施例中，所述光纤外层涂料各组分原料包括：以重量计，改性二氧化钛4.5份、醇酸树脂10份、有机硅改性环氧丙烯酸酯16份、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯9份、三丙二醇二丙烯酸酯4份、活性稀释剂25份、光引发剂5份、流平剂2.5份、脱泡剂1.5份、抗氧化剂2.5份。

所述流平剂为BYK-UV3535，所述脱泡剂为TEG RAD 2500；所述光引发剂包括光引发剂1173和光引发剂184，所述光引发剂1173和光引发剂184质量比为1：1。

对比例3在实施例2的基础上进行改进，对比例3中并未加入对醇酸树脂进行环氧改性，其余组分含量和工艺参数与实施例2一致。

检测试验：

取实施例1-3、对比例1-3制备的涂料样品，分别依据以下检测标准进行性能检测：

结论：本发明公开了一种高强度耐老化的光纤外层涂料及其制备方法，工艺设计合理，操作简单，制备得到的外层涂料不仅具有优异的力学性能和抗老化性能，而且强度高，耐水性好，可广泛应用于光纤外层涂覆，具有较高的实用性。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。