[發明專利]一種全硅基光纖內涂層涂料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110790732.5
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113402967B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 閆志君;李曉磊;黃昶;孫琪真
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: C09D175/14
• 分類號: C09D175/14;C09D183/04
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 徐小洋

本發明涉及一種全硅基光纖內涂層涂料及其制備方法。該制備方法包括以下步驟：以二異氰酸酯、雙端羥丙基硅油、羥基丙烯酸酯單體為原料制備有機硅聚氨酯丙烯酸酯預聚物；將有機硅聚氨酯丙烯酸酯預聚物、雙端丙烯酸酯有機硅樹脂、單端丙烯酸酯有機硅樹脂和光引發劑混合避光加熱，得到全硅基光纖內涂層涂料。本發明的制備過程簡單，反應快速，原料易得，成本低，更有利于工業化生產；所得全硅基光纖內涂層涂料具有較高的紫外透過率，能夠滿足光柵涂料刻寫需求；同時涂料體系穩定，無需現配現用，不會跟水反應，可在常溫、避光條件下長時間保存，可在紫外光的條件下迅速固化成膜，具有很高的實用價值。

技術領域

本發明涉及涂層技術領域，尤其涉及一種全硅基光纖內涂層涂料及其制備方法。

背景技術

近年來，隨著光纖技術在光纖通訊、光纖成像、光纖傳感器以及軍事等領域的廣泛應用，光纖光柵的制備技術得到了迅速的發展。光纖光柵的制備是利用光纖材料的光敏性，在纖芯內形成空間相位光柵，形成一個窄帶的濾波器或反射鏡，用于檢測應力、應變、溫度等諸多參量的光纖傳感器和各種光纖傳感網。目前光纖光柵主要通過248nm或266nm激光刻寫技術制備，而248nm的激光具有更高的能量、更利于光纖光柵的制備而被更多選擇。

目前，光纖光柵的制備主要是在涂層涂覆完成后將部分涂層剝離后進行刻寫，制備完成后再進行套塑或金屬護套處理，在進行上述加工過程中，會造成光柵的損傷，后續的保護處理也會造成光纖中光柵部位的受力不均，影響光柵的靈敏度及信號傳輸質量。在一些特殊的領域，光纖光柵需要具備特殊的溫度適應性，例如，耐高溫性能，防止其在特殊環境中使用過程中的穩定性。

胥衛奇等人以聚四氫呋喃醚二醇、丙烯酸羥丙酯、異佛爾二酮異氰酸酯為原料，通過一步法合成了脂肪族聚氨酯丙烯酸酯。以端氫硅油、1,6-己二醇二丙烯酸酯為原料，在有機鉑催化劑作用下，通過端氫加成反應制得了聚硅氧烷丙烯酸酯。將兩種樹脂復配，調節樹脂用量，加入光引發劑、活性稀釋劑，制得UV光固化的光纖光柵涂料。涂層在248nm光透過率為75％(膜厚60μm)。該方法中采用有機鉑催化劑，催化劑不易配制、價格昂貴，硅油與丙烯酸酯加成反應慢，從而導致生產成本高。

張常興等人公開了一種高紫外光透過率光纖涂料的制備方法，其通過將羥基硅油和異佛爾二酮異氰酸酯反應制備聚硅氧烷聚氨酯，通過羥基丙烯酸酯單體和丙烯酸單體制備羥基丙烯酸樹脂，通過羥基丙烯酸樹脂對聚硅氧烷聚氨酯進行改性，制備了高透紫外性的丙烯酸聚氨酯涂料。該方法制備的樹脂在248nm處的光透過率可達85％，耐熱性能好(5％的熱失重率為280℃)。但該涂料不穩定，必須常溫避光密封保存。涂料中的-NCO遇水易水解，將產生氨基和二氧化碳氣體，氨基又會跟異氰酸酯基團反應，造成體系粘度增大甚至自身交聯固化，影響涂層性能，有時甚至無法后續繼續使用，具體反應式如下：

同時，該涂料為雙組分涂料，使用前進行配制，配制后需要盡快使用，不能長時間混合放置，混合放置將導致涂料兩種組分緩慢反應而固化，影響涂膜效果。

發明內容

有鑒于此，有必要提供一種全硅基光纖內涂層涂料及其制備方法，用以解決現有技術中高紫外光透過率光纖涂料生產成本高、長期存儲穩定性差的技術問題。

本發明的第一方面提供一種全硅基光纖內涂層涂料的制備方法，包括以下步驟：

將二異氰酸酯、催化劑混合，升溫至40～50℃，滴加雙端羥丙基硅油，保溫反應至-NCO降至加入量的一半，隨后升溫至60～65℃，加入羥基丙烯酸酯單體和阻聚劑，繼續保溫反應至-NCO含量小于0.1％，得到有機硅聚氨酯丙烯酸酯預聚物；

將50～70份有機硅聚氨酯丙烯酸酯預聚物、10～40份雙端丙烯酸酯有機硅樹脂、10～30份單端丙烯酸酯有機硅樹脂和0.5～2份光引發劑混合避光加熱至光引發劑完全溶解，經過濾得到全硅基光纖內涂層涂料。