[发明专利]一种低折射率光固化涂料

说明书

技术领域

本发明属于涂料技术领域，尤其涉及一种低折射率光固化涂料。

背景技术

光导纤维是一种极细的石英玻璃纤维，由石英棒在高温石英炉内通过熔融拉丝而制备出的。利用光的全反射理论，光纤可以将光束缚起来并沿着轴线方向进行传播，具有损耗低、频带宽、重量轻、效率高的优点，目前已广泛用于电子通讯和光能传输等领域。

由于光纤极细且质脆，极易折断，若表面附着杂质时也会影响信号的传输，因此在制备光纤后要在表面包覆一层光纤涂层进行防护，如图1所示为光纤结构示意图，图中石英光纤芯1即为光导纤维或石英玻璃纤维，其外层包覆有内包层2和外包层3，其中外包层3需要使用低折射率的涂料。另一方面，为了使光在光线中顺利传播且能耗较低，光纤涂料的折光率需要小于石英玻璃纤维，这样才能满足光的全反射理论。目前制备具有低折射率、耐高低温性能、柔韧性能良好、附着力良好的光纤涂料成为了光纤涂料应用领域的一道瓶颈。由于紫外光固化涂料的固化速度非常快，在石英拉丝过程中即可固化，且粘度适中，环保无污染，因此特别适合光纤涂料。现在市场上的光纤涂料大多为紫外光固化涂料。

光纤涂层有单层包覆和双层包覆两种，主要以双层包覆为主，即内层为软性涂层，具有较好的柔韧性能，可防止光从光纤中逸出；外层为硬性涂层，具有良好的耐高低温性能，机械性能和耐候性能。由于含氟聚合物中的氟原子沿碳链螺旋分布，把整个碳链严密地包住，这种“屏蔽保护”作用使得光波难以穿透聚合物，进而导致含氟聚合物具有较低的折光率。另外，含氟聚合物表面能较低，难以表面润湿和吸湿，对于石英纤维也起到了很好的防水作用。从这些方面来看，以含氟聚合物为主体的含氟涂料在光纤涂层领域尤其是内层涂层上具有较高的实用价值。

国内外关于光纤含氟涂料的专利有很多。中国专利201210221499.X.公布了一种传能光纤，包括其表面一种具有低折射率的涂层，其主要原料包括脂肪族聚氨酯丙烯酸酯、乙烯基硅油、全氟烷基丙烯酸酯、巯丙基三甲氧基硅烷、三氟乙基甲基丙烯酸酯，光引发剂等。该涂料可以提高光纤的数值孔径，增加纤芯的接受角度。

中国专利201010132113.9.公布了一种含氟树脂的光固化光纤涂料的制备方法。该配方中主体树脂为聚氨酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯中的一种或多种，含氟聚合物以(甲基)丙烯酸全氟烷基酯为主，或配以低分子量的聚四氟乙烯微粉作为预聚物，加入其它活性稀释剂、光引发剂和热稳定剂后得到成品。该涂料在光纤表面应用具有良好的附着力和可剥离性，且弹性较好，吸水率低。

上面两个专利组分中主体树脂均为聚氨酯丙烯酸酯或环氧丙烯酸酯等非氟化合物，搭配上含氟丙烯酸单体作为活性稀释剂，当含氟单体用量增加时，涂料发白、分层，体系相容性明显变差，而且其涂料折射率实测数值均未提及。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的涂料中含氟量低的缺陷，提供一种低折射率光固化涂料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种低折射率光固化涂料，其含氟重量大于40％，其组分及重量百分数为：含不饱和双键的含氟丙烯酸树脂45～75％、含不饱和双键的氟单体20～48％、含至少2个(甲基)丙烯酰基的化合物1～10％和光引发剂1％～5％，所述涂料中含有占上述组分总量0.1～1％重量的助剂。

进一步地，所述的含不饱和双键的含氟丙烯酸树脂先由(甲基)丙烯酸与(甲基)丙烯酸酯以及全氟烷基(甲基)丙烯酸酯在引发剂作用下聚合生产大分子羧基含氟丙烯酸树脂，然后将大分子羧基含氟丙烯酸树脂与含有环氧基团的(甲基)丙烯酸酯缩合加成生成含不饱和双键的含氟丙烯酸树脂。

本发明的技术核心之一在于该含不饱和双键含氟丙烯酸树脂的合成，其制备工艺如下：第一步先合成一个大分子的羧基含氟丙烯酸树脂，该合成属于自由基的溶液聚合，溶液聚合属均相反应，优点是体系粘度低，传热、混合容易，温度易于控制。反应式如下(以丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸十三氟辛酯(62-MA，杜邦公司)、丙烯酸十二氟庚酯(G05，哈尔滨雪佳公司)举例,属于对本发明做进一步描述，但不局限于此。)：

第二步使含氟树脂中的羧基与甲基丙烯酸缩水甘油酯的环氧基进行缩合加成反应，反应式如下：