[发明专利]多官能多元醇丙烯酸酯的合成

说明书

本申请根据35U.S.C.§119要求于2013年6月4日提交的美国临时申请序列号61/830916的优先权，本申请以该文为基础，该文的内容通过引用全文纳入本申请。

技术领域

本发明涉及用于光纤的可辐射固化的涂料组合物。本发明具体涉及多官能丙烯酸酯单体和低聚物。本发明特别涉及一种低成本的用于合成可以用作纤维涂层组合物中可辐射固化的组分的高纯度、不含氨基甲酸酯的多官能丙烯酸酯单体和低聚物的方法。

发明背景

光纤的光导性能高度依赖于制造过程中施涂于纤维上的聚合物涂层的性质。在人们所采用的典型的双层涂层系统中，使较软的一次涂层与玻璃纤维接触而使较硬的二次涂层包围一次涂层。较硬的二次涂层保护纤维免受由外力引起的损伤且使光纤能够进行加工而不用担心破裂。较软的一次涂层使到达涂覆的纤维内部的力消散并防止其传递至纤维。一次涂层在消散当纤维弯曲时产生的应力方面尤为重要。之所以需要将弯曲应力对纤维的影响降至最低是因为弯曲应力会在玻璃纤维的折射率分布中产生局部扰动从而减弱通过光纤传导的光线的强度。通过消散应力，一次涂层将由弯曲引发的衰减损耗降至最低。

对一次涂层的功能要求使得用作一次涂层的材料需要具有各种性能规格。一次涂层的杨氏模量通常需要小于1MPa，优选小于0.5Mpa，以提供必要的力消散。一次涂层的玻璃化转变温度也需要低于0℃，优选低于﹣20℃，以确保在纤维经受低温时一次涂层保持柔软，所述低温包括例如在寒冷气候的野外环境。为了确保涂层能够在玻璃纤维上均匀沉积，一次涂层是以液体形式施涂于玻璃纤维上的。从工艺产量的观点来看，希望将二次涂层尽快形成于一次涂层之上。对高工艺产量的需求需要使用具有以下特性的一次液体组合物：该组合物能够快速反应或固化从而形成具有足以承载二次涂层的施涂的机械完整性的固体涂层。另外，固化的一次涂层的抗张强度需要足够高以防止在纤维拉制过程中或者在布线或安装之类的拉制后过程中涂覆的光纤产生断裂缺陷。在一次涂层上取得足够的抗张强度是很困难的，因为抗张强度通常随着涂层材料模量的降低而降低，而一次涂层在模量较低时才能够实现最佳的力消散功能。

为了满足性能要求，通常将一次涂层组合物配制成可辐射固化的氨基甲酸酯-丙烯酸酯低聚物与可辐射固化的经过丙烯酸酯官能化的单体稀释剂的混合物。在光引发剂的存在下经过曝光后，丙烯酸酯基快速聚合形成交联的聚合物网络，所述聚合物网络再通过沿着低聚物主链在氨基甲酸酯基之间产生的氢键相互作用而被进一步强化。通过改变氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物，可以形成具有低模量并保持足够抗张强度的一次涂层。基于可辐射固化的氨基甲酸酯丙烯酸酯低聚物的涂层的缺点在于成本较高。对改善纤维涂层工艺经济性的需求激励人们不断寻找能够替代作为涂层制剂中的组分的可辐射固化的氨基甲酸酯/丙烯酸酯低聚物的物质。

人们已提出将不可辐射固化的含氨基甲酸酯基的热塑性硬质/软质嵌段共聚物作为交联的可辐射固化的全丙烯酸类光纤涂层的强度添加剂。希望含氨基甲酸酯基的高分子量热塑性添加剂能够缠结于丙烯酸网络中并希望氨基甲酸酯基之间的氢键合相互作用能够为涂层提供结构强化作用从而提高抗张强度。还希望能够通过含氨基甲酸酯的热塑性强度添加剂的加载水平来控制抗张强度。然而，存在于含氨基甲酸酯的热塑性添加剂中、尤其是市售可得且较为经济且通常具有较高分子量的材料中的强烈的分子间自身相互作用，会限制能够与大部分丙烯酸类官能涂料组分均匀混合的含氨基甲酸酯的添加剂的量。液体一次涂层组合物中高分子量的含有氨基甲酸酯的热塑性添加剂的高加载水平还可能显著增加组合物的粘度，从而会导致在涂层应涂过程中一次组合物在玻璃纤维上覆盖不均匀。

具有低模量值和低玻璃化转变温度的可辐射固化的光纤涂层可以利用不含氨基甲酸酯基的经过丙烯酸酯官能化的单体和/或低聚物(例如聚亚烷基二醇二丙烯酸酯)来制备。基于经过丙烯酸酯官能化的单体和/或低聚物的涂料组合物可用于制备具有优良抗张强度的纤维涂层。涂层的模量可以通过经过丙烯酸酯官能化的单体或低聚物的分子量来控制。对于一次涂层，希望得到低模量值且低模量值可以通过固化基于具有更高分子量的经过丙烯酸酯官能化的单体或低聚物的涂料组合物来实现。具有更高分子量的经过丙烯酸酯官能化的单体或低聚物还提供了一次涂层所需的更低的玻璃化转变温度。然而，具有更高分子量的不含氨基甲酸酯的经过丙烯酸酯官能化的原料不易在市场上获得。为了拓宽不含氨基甲酸酯的经过丙烯酸酯官能化的单体和低聚物在一次纤维涂层中的使用，需要使不含氨基甲酸酯的经过丙烯酸酯官能化的单体和低聚物在市场上容易获得。

发明概述