Уф-отверждаемая кремнийорганическая композиция для покрытия волоконных световодов

 

Использование: для изготовления волоконных световодов с силиконовыми покрытиями. Сущность изобретения: УФ-отверждаемая кремнийорганическая композиция для покрытия волоконных световодов содержит низкомолекулярный силиконовый каучук, включающий (мет)акрильные группы 72 - 98 мас.%, полиорганосилоксановый олигомер с (мет)акрильными заместителями 2 - 28 мас.%, фотоинициатор 0,5 - 3 мас.% от общего количества каучука и олигомера, ингибитор 10 - 100 рр от общего веса каучука и олигомера. Прочность покрытия, 14,5 - 24,5 кг/см. 2 табл.

Изобретение относится к технологии изготовления волоконных световодов, в частности световодов с силиконовыми покрытиями.

В настоящее время в качестве светоотражающих и буферных оболочек световодов используются материалы типа СИЭЛ, представляющие собой композицию, состоящую из полиорганосилоксана с винильными группами, связанными с кремнием; и полиорганосилоксана, имеющего группы Si-H. Отверждение этих материалов идет по реакции полиприсоединения при нагревании в присутствии платинового катализатора [1] Наиболее близкой к предложенной композиции является композиция, используемая в тех же целях, которая представляет собой смесь винилсодержащего полиорганосилоксана и меркаптоалкилсодержащего полиорганосилоксана, отверждается под действием УФ-облучения по реакции присоединения между винильной и меркаптогруппой [2] Каждая из описанных композиций имеет свои преимущества и недостатки. Материалы, отверждающиеся по реакции гидросилилирования, имеют избыток Si-H, которые могут взаимодействовать с водой с выделением газообразного водорода, что приводит к увеличению оптических потерь и снижению передаточных характеристик волокна. Силоксановые композиции, содержащие меркаптогруппы, могут иметь неприятный запах при отверждении, что затрудняет их использование. Предложенная композиция не имеет упомянутых выше недостатков. Благодаря использованию полиорганосилоксанов, содержащих акрильные (метакрильные) группы, достигается высокая скорость отверждения, улучшаются передаточные и прочностные характеристики волокна. Полимеризация происходит под действием УФ-излучения.

Композиция включает низкомолекулярный силиконовый каучук, содержащий (мет)акрильные группы (каучук), полиорганосилоксановый олигомер с (мет)акрильными заместителями (олигомер) фотоинициатор, ингибитор; при этом используется каучук общей формулы: R[Si(CH₃)₂O]_a [Si(CH₃)RO]_b} x - Si(CH₃)₂R где R CH₃, -(CH₂)_nOCOCH CH₂, -(CH₂)_nOCOC(CH₃) CH₂; а n представляет собой целое число от 1 до 6, a 0,97 1,00 молярное содержание диметилсилоксизвеньев, b 0 0,03 молярное содержание силоксизвеньев с ненасыщенными заместителями, x 200 1000, причем, не менее двух групп в молекуле каучука должны содержать двойные связи; олигомер общей формулы:
R' -{[Si(CH₃)₂O]_c [Si(CH₃)R'O]_d} y - Si(CH₃)₂R'
где R' -CH₃, -(CH₂)_nOCOCH CH₂, -(CH₂)_nOCOC(CH₃) CH₂;
a n целое число от 1 до 6;
c 0,90 0,98 молярное содержание диметилсилоксизвеньев,
d 0,02 0,10 молярное содержание силоксизвеньев, имеющих ненасыщенные заместители,
y 8 100 количество звеньев в молекуле олигомера.

Состав и соотношение компонентов выбирается из следующих экспериментально установленных условий.

Содержание каучука менее 72 мас. приводит к снижению эластичности покрытия, при содержании каучука более 98 мас. происходит значительное снижение прочности покрытия и скорости вулканизации.

При содержании олигомера менее 2 мас. покрытие имеет невысокую прочность, при содержании указанного олигомера свыше 28 мас. покрытие теряет эластичность и становится хрупким.

Молярная доля диметилсилоксанового звена a в каучуке варьируется в пределах 0,97 1,00. При a < 0,97 покрытие становится хрупким.

Молярная доля силоксанового звена, имеющего (мет)акрильные заместители, d в олигомере варьируется в пределах 0,02 0,10. При d < 0,02 нет гарантии полноты отверждения покрытия, при d > 0,10 каучук и олигомер плохо совместимы.

Коэффициент x принимает целочисленные значения в пределах от 200 до 1000. При x < 200 падает эластичность покрытия, при x > 1000 наблюдается липкость поверхности покрытия.

Коэффициент y принимает целочисленные значения от 8 до 100. При значениях y, выходящих за указанные пределы, компоненты плохо совместимы, и покрытие имеет опалесценцию.

В качестве фотоинициатора используются те же соединения, что и в фотохимии углеродных соединений. При выборе фотоинициатора следует иметь наряду с высоким квантовым выходом реакции фотолиза фотоинициатора и совместимость фотоинициатора с органосилоксанами. В качестве примеров таких фотоинициаторов можно привести метиловый эфир бензоина (МЭБ), изобутиловый эфир бензоина (ИБЭБ), диэтоксиацетофенон (ДЭАФ), диметоксифенилацетофенон (ДМФАФ), гидроксипропилацетофенон (ГПАФ). Фотоинициатор вводится в композицию в количестве 0,5 3,0 мас. от общего веса каучука и олигомера в зависимости от вида инициатора. При содержании фотоинициатора менее 0,5 мас. скорость отверждения мала, композиция нетехнологична. Увеличение количества инициатора свыше 3,0 мас. не приводит к увеличению скорости отверждения, но может привести к потере прозрачности композиции.

В качестве ингибитора окисления применяются известные антиоксиданты, такие как гидрохинон, метиловый эфир гидрохинона, ионол. Фенотиазин и его производные в данном случае не подходят, поскольку окрашивают композицию, что делает ее непригодной для использования в качестве оболочки волоконного световода. Количество ингибитора от 10 до 1000 ppm, оптимально не более 100 ppm, т. к. большие количества ингибитора заметно снижают скорость вытяжки световода.

Отличительными признаками являются состав и соотношение компонентов и функциональных звеньев в них. Кремнийорганическая композиция, отверждаемая с помощью УФ-облучения известна [2] однако в известном решении полимеризация определяется реакцией другой природы.

Указанные отличия, как обладающие общей новизной и способствующие достижению технического результата изобретения, являются существенными.

Способ получения каучука, олигомера и свойства композиций в зависимости от состава проиллюстрированы примерами и таблицами.

Пример 1. В четырехгорлую колбу, снабженную мешалкой, капельной воронкой, термометром и обратным холодильником загружают 100 г воды и прикапывают смесь из 29,6 г (0,20 моль) диметилдиэтоксисилана и 58,0 г (0,25 моль) метакрилоксиметилдиэтоксисилана с такой скоростью, чтобы температура в колбе не превышала 35^oC. После окончания прикапывания смеси этоксисиланов, реакционную смесь перемешивают еще 5 6 ч. Затем на делительной воронке отделяют гидролизат, сушат его над безводным сульфатом натрия и вакуумируют при остаточном давлении 10 15 мм рт.ст. для удаления летучих продуктов. Получается 40 г (76% от теор.) прозрачной бесцветной жидкости, содержащей активные метакрильные группы (бромное число 82,1; теоретич. бромное число 74).

Пример 2. В трехгорлую колбу, снабженную мешалкой, термометром и обратным холодильником загружают 31,50 г октаметилтетрациклосилоксана, 4,80 г соединения, полученного в примере 1, и 0,6 г 1,2-диакрилоксиметилтетраметилдисилоксана, добавляют 0,7 г ионообменной смолы КУ-23. Затем смесь перемешивают при 75 85^oC в течение 5 6 ч. После чего отфильтровывают КУ-23 и отгоняют летучие продукты при остаточном давлении 1 2 мм рт.ст. После фильтрования получают 28,7 г олигомера, имеющего вязкость 200 сСт (расчетная ММ 920), 5 мол. метакрилсодержащих силоксигрупп (бромное число 9,8; расчетн. 10,2).

Используя методику, описанную в примере 2 и варьируя соотношение октаметилтетрациклосилоксана, гидролизата из примера 1 и 1,2-диакрилоксиметилтетраметилдисилоксана получают ряд соединений, отличающихся молекулярной массой и количеством (мет)акрилоксиметилзамещенных силоксизвеньев. Характеристики полученных соединений приведены в табл. 1.

В примерах 1 4 в качестве ингибитора использовали ионол, в примерах 5 - 7 метиловый эфир гидрохинона.

Практическое использование композиции осуществляется следующим образом. Подготовленную к вытяжке заготовку ВС закрепляют в механизме подачи вытяжной установки. Включают продувку аргоном высокотемпературной печи и подают на нее питание. Включают привод и устанавливают регламентный диаметр световода. Затем в фильерный узел наливают рабочую композицию, включают подачу аргона в блок УФ-отверждения и ведут вытяжку с регламентной скоростью.

Примеры конкретной реализации изобретения приведены в табл. 2.

Как следует из приведенных примеров, цель, поставленная в изобретении - повышение скорости вытяжки волоконного световода при отсутствии побочных нежелательных эффектов (неприятного запаха) достигается в заданных интервалах изменения параметров композиции, при том, что по прототипу скорость вытяжки волокна не превышает 95 м/мин и прочность покрытия не выше 20 23 кг/см².

Формула изобретения

Композиция для покрытия волоконных световодов, включающая низкомолекулярный силиконовый каучук, содержащий (мет)акрильные группы (каучук), полиорганосилоксановый олигомер с (мет)акрильными заместителями (олигомер), фотоинициатор, ингибитор, отличающаяся тем, что указанный каучук выбирается из соединения общей формулы
R [Si(CH₃)₂O]_a - [Si(CH₃)RO]_b}_x Si(CH₃)₂R,
где R - CH₃-(CH₂)_nOCOCH=CH₂-(CH₂)_nOCOC(CH₃)CH₂;
n 1 6 целое число;
a 0,97 1,00 молярное содержание диметилсилоксизвеньев;
b 0 0,03 молярное содержание силоксизвеньев с ненасыщенными заместителями;
x 200 1000,
причем не менее двух групп в молекуле каучука должны содержать двойные связи;
указанный олигомер выбирается из олигоорганосилоксанов общей формулы
R¹ [Si(CH₃)₂O]_c-[Si(CH₃)R¹O]_d} _у -Si(CH₃)₂R¹,
где R¹ - -CH₃-(CH₂)_nOCOCH=CH₂-(CH₂)_n OCOC(CH)₃=CH₂;
n 1 6 целое число;
с 0,90 0,98 молярное содержание диметилсилоксизвеньев;
d 0,02 0,10 молярное содержание силоксизвеньев, имеющих ненасыщенные заместители;
у 8 100 количество звеньев в молекуле олигомера,
при следующем соотношении компонентов, мас.

Каучук 72 98
Олигомер 2 28
Фотоинициатор 0,5 3,0
Ингибитор 10 100
причем количество последних двух компонентов взято от общего веса каучука и олигомерае

РИСУНКИ

Рисунок 1