專利名稱：高吸水性光纜和電纜用阻水粉及制備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由高吸水樹脂加工制成的阻水粉及制備，特別涉及高吸水性光纜和電纜用阻水粉及制備。
光纖通信系統(tǒng)中，光纖纜是傳輸信息的重要組成部分。隨著國際上光通信的飛躍發(fā)展，世界范圍對(duì)光纖纜的需求越來越大，對(duì)其傳輸信息的穩(wěn)定性和可靠性要求也越來越高。過去通常使用含油觸變性復(fù)合物疏水填充膏填充光纜，只能很好提供密封防水和應(yīng)力緩沖作用，達(dá)到延長光纜使用壽命，保持光纜信號(hào)傳輸穩(wěn)定、可靠目的。但存在光纜生產(chǎn)過程中，填充工藝控制不當(dāng)，填充物達(dá)不到100％填充的問題。填充量過少，會(huì)使光纜內(nèi)留下空隙，形成滲水通道，滲水試驗(yàn)通不過，成為不合格品；填充量過多，又會(huì)影響下一步縱包金屬帶搭接粘邊，甚至造成熱擠出PE護(hù)套突起，變形，影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，用含油填充膏還存在油性污染，光纜接頭時(shí)需用有機(jī)溶劑清除填充物，給現(xiàn)場接續(xù)造成不便的缺點(diǎn)。
為了克服一般疏水油膏存在的上述缺點(diǎn)，人們由過去用疏水性防水材料的方法，改用可吸水膨脹的親水性材料阻水，取得了十分良好的效果。這種親水材料便是新發(fā)展的超吸水性樹脂(SAP)，SAP以不同方式填充在纜內(nèi)，當(dāng)水氣侵入時(shí)，可快速吸水、膨脹形成凝膠，阻塞所有可能存在的滲水通道，從而提供完全可靠的密封防水性能。這些吸水樹脂制成粉劑(阻水粉)直接填充光(電)纜，也可以將粉劑涂布于無紡布，聚酯薄膜上，制成吸水復(fù)合帶(阻水帶)用于包覆纜芯或護(hù)套，還可以涂復(fù)于聚酯等合成纖維上，制成阻水紗或加粘成阻水繩來代替填充油膏，使光纜成為無油干式(或干芯)光纜。還有的將阻水粉混入疏水性填充膏中，制成吸水膨脹型阻水膏。填充光(電)纜時(shí)，無須100％填充，便可獲得100％阻水性能。特別是干式光纜，完全排除了填充膏對(duì)環(huán)境、對(duì)光纖纜造成的油性污染，深受光纖纜生產(chǎn)廠家和安裝工程人員歡迎?？梢哉J(rèn)為，在今后光(電)生產(chǎn)中，為達(dá)到防水、阻水目的，用各種類型吸水膨脹材料取代疏水型填充膏已成為發(fā)展方向，研究開發(fā)阻水粉及不同類型的阻水材料用于光(電)纜生產(chǎn)，對(duì)改進(jìn)光(電)纜生產(chǎn)工藝，促進(jìn)光通信產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步具有十分重要的意義。
國內(nèi)目前開發(fā)高吸水樹脂生產(chǎn)的廠家不少，但其產(chǎn)品吸水速度，膨脹倍率，酸值，凝膠強(qiáng)度等一般還達(dá)不到光(電)纜用阻水粉的技術(shù)指標(biāo)，多用于衛(wèi)生用品和農(nóng)作物種保水劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適于光纜和電纜填充用的高吸水性光纜和電纜用阻水粉。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種適于工業(yè)化生產(chǎn)的上述阻水粉的制備方法。
實(shí)現(xiàn)上述目的的高吸水性光纜和電纜用阻水粉，含有丙烯酸鈉、單體CM、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和去離子水成分，其成分的重量配比是丙烯酸鈉60～80份 單體CM40～20份交聯(lián)劑 0.1～0.8份引發(fā)劑0.1～0.6份去離子水200份。
所述的丙烯酸鈉為市售中性工業(yè)品，或者是下述方法制得的丙烯酸鈉溶液，其制法是將丙烯酸緩慢加入到等當(dāng)量的重量濃度40％NaOH溶液中，在＜40℃攪拌條件下調(diào)至PH為7而制得的丙烯酸鈉溶液。
所述的單體CM選自甲基丙烯酸羥基酯類或丙烯酸羥基酯類的丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯中的任一種單體。
所述的交聯(lián)劑選自雙官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯類的二丙烯酸乙二醇酯或二丙烯酸丙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任一種。
所述的引發(fā)劑選自水溶性的過硫酸鹽的過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀中的任一種。
上述所用原料均為市售工業(yè)化學(xué)品。
所述的高吸水性光纜和電纜用阻水粉的制備步驟是(1)將配比量的單體CM和交聯(lián)劑加入到丙烯酸鈉中溶解，得到聚合溶液A；(2)將配比量的引發(fā)劑加入到去離子水中溶解，得引發(fā)劑溶液B；(3)在一足夠大的不銹鋼聚合器中加入配比量A，再加入配比量B，其裝填比為0.2～0.3，攪拌混合加熱升溫至80℃，聚合10分鐘以上，聚合是以爆聚的方式進(jìn)行的，得到蜂窩狀發(fā)泡樹脂C；(4)將C加入剪切機(jī)中切碎，于80℃下烘干，粉碎并過100目篩得產(chǎn)品，裝入包裝容器中密封，干燥處存放。
本發(fā)明的高吸水性光纜和電纜用阻水粉的技術(shù)指標(biāo)符合光纜和電纜生產(chǎn)工藝及性能要求，產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如表1。
本阻水粉體系中丙烯酸鈉NaA和CM兩種單體占33％以上，為丙烯酸類不飽和單體化合物。丙烯酸鈉親水性強(qiáng)。主要提供高吸水性，CM引發(fā)活性高，主要提高聚合速度，利用聚合熱快速升溫達(dá)到“爆聚合”。交聯(lián)劑為雙官能不飽和單體，參與聚合并使樹脂低度交聯(lián)成網(wǎng)狀聚合物。引發(fā)劑加熱時(shí)分解出游離基，引發(fā)單體聚合。去離子水幾乎不含電解質(zhì)，作為單體溶劑約占66％。為節(jié)省能源，有利于后處理干燥，考慮盡可能減少水量，但實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)單體濃度不得超過40％，否則會(huì)在聚合溶液配制過程引起自聚，特別是環(huán)境溫度超過40℃時(shí)容易凝膠，給操作帶來麻煩。
聚合時(shí)，將體系中各組份加入到不銹鋼反應(yīng)器中，攪拌混合均勻后，加熱升溫到80℃左右，瞬間開始猛烈聚合，形成“爆聚”現(xiàn)象，同時(shí)有大量水蒸汽逸出，發(fā)泡聚合物收縮成蜂窩狀彈性體，稱量后表明原水份揮發(fā)量為40％左右。彈性體經(jīng)切碎，烘干后粉碎，得白色樹脂粉，產(chǎn)率99％以上。通常丙烯酸鈉與單體CM之比應(yīng)適當(dāng)，比值過大，單體CM量太少，不會(huì)使聚合產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象，得到的是含水量大，緊密的膠狀物，比值過小，單體CM用量大，雖然發(fā)生爆聚。但因其親水性低于丙烯酸鈉外，且為非離子型單體，樹脂吸水能力會(huì)大幅度下降。純丙烯酸鈉鹽的均聚物吸水率也不高，且吸水速度慢，因其樹脂顆粒緊密，水滲透緩慢，顆粒間粘接成“面團(tuán)”，導(dǎo)致吸水率下降。
交聯(lián)劑用量影響單體聚合后樹指網(wǎng)絡(luò)的交聯(lián)度和吸水后凝膠的強(qiáng)度，當(dāng)兩種單體配比NaA/CM＝4時(shí)，聚合體系其它條件不變時(shí)，若交聯(lián)劑用量比單體重量小于0.03％，吸水率隨交聯(lián)劑用量的減少而降低，不加交聯(lián)劑時(shí)，聚合物除自交聯(lián)小部分外，大部溶于水，吸水率很低，而當(dāng)交聯(lián)劑用量大于單體重量0.03％時(shí)，吸水率也隨之而顯著下降，這是因?yàn)榻宦?lián)劑用量過大，樹脂網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)點(diǎn)多，交聯(lián)點(diǎn)間平均鏈長縮短，網(wǎng)絡(luò)空間變小，張力增大，導(dǎo)致吸水率降低。所以，聚合體系中交聯(lián)劑用量選擇0.03％左右，實(shí)際用量與交聯(lián)劑分子量大小也有關(guān)系。同時(shí)需考慮樹脂吸水后的凝膠強(qiáng)度，交聯(lián)劑用量減少，交聯(lián)度降低，吸水后凝膠強(qiáng)度也會(huì)降低。
引發(fā)劑受熱時(shí)(80℃)快速分解產(chǎn)生游離基引發(fā)單體和交聯(lián)劑聚合并交聯(lián)成網(wǎng)狀共聚物，在聚合體系中引發(fā)劑用量少于0.3％時(shí)，樹脂吸水率隨引發(fā)劑用量增加而增加；大于0.3％時(shí)，吸水率隨其用量增加而下降。引發(fā)劑用量為單體總量0.3％左右時(shí)吸水率達(dá)到最高。這是因?yàn)榘醋杂苫酆显?，引發(fā)劑用量影響到聚合物的分子量和自交聯(lián)度，引發(fā)劑用量大會(huì)導(dǎo)致交聯(lián)度增加和分子量降低，使樹脂網(wǎng)絡(luò)緊密，吸水率降低；反之，聚合速度較慢，轉(zhuǎn)化率降低，樹脂可溶性增加，吸水率也變小。
本高吸水性光纜和電纜用阻水粉的優(yōu)點(diǎn)是1、該阻水粉由丙烯酸鹽，CM兩種單官能單體和少量雙官能單體在水溶液中通過加入引發(fā)劑引發(fā)爆聚，低度交聯(lián)和后處理加工而成，具有工藝簡便，節(jié)省能源，樹脂吸水速度快，膨脹倍率高，不含酸堿，電性能好，析氫量低的優(yōu)點(diǎn)。
2、丙烯酸鹽由當(dāng)量堿中和丙烯酸制成PH＝7，聚合后形成高聚體，提供吸水膨脹性能。
3、CM與丙烯酸鹽配比不超過1∶4，在聚合體系中提高聚合速度，實(shí)現(xiàn)爆聚工藝，使樹脂發(fā)泡，疏松，有利于后處理干燥，節(jié)省能源，提高樹脂吸水速度。
4、雙官能單體起交聯(lián)劑作用，使樹脂形成三維層面網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其用量限制在0.08％～0.6％，過少會(huì)減慢引發(fā)速度，降低轉(zhuǎn)化率，過多會(huì)提高網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)度，降低吸水率。
5、本阻水粉具有結(jié)構(gòu)疏松，吸水速度快，膨脹倍率高，絕緣電阻高，介電常數(shù)小，不含酸堿，析氫量低，凝膠穩(wěn)定、強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，特別滿足光(電)纜阻水和性能要求。
6、用該阻水粉制成電纜阻水膏，光纜阻水膏，光纜阻水帶，開發(fā)生產(chǎn)在全國大、中型光纜廠家使用，效果良好。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1取丙烯酸鈉8000g，甲基丙烯酸羥乙酯2000g，二丙烯酸乙醇酯3g，過硫酸鈉30g，去離子水20kg，按水相溶液爆聚法，聚合時(shí)間15分鐘，反應(yīng)溫度80～120℃，按照前述的制備步驟制得光纜和電纜用阻水粉。按光纜電纜應(yīng)用要求測定各項(xiàng)性能并與國外同類產(chǎn)品比較，結(jié)果列于表2。
實(shí)施例2為應(yīng)用例，將按實(shí)施例1所制得的阻水粉加入以合成油為基礎(chǔ)、氣相SiO2為觸變劑的填充復(fù)合物，制成的吸水膨脹型光纜阻水膏，具有觸變性強(qiáng)、常溫填充、高低溫性能優(yōu)良、析氫量低、吸水速度快、酸值低、相容性好的突出優(yōu)點(diǎn)。綜合技術(shù)指標(biāo)達(dá)到或超過美華特佳同類產(chǎn)品P-60水平，兩種阻水膏性能比較列于表3，產(chǎn)品大量用于光纜廠，效果良好。
表1本阻水粉產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)如下

表2實(shí)施例1阻水粉與國外產(chǎn)品綜合性能比較

表3用本阻水粉制的阻水膏與美華特佳P-60綜合性能比較

權(quán)利要求
1.一種高吸水性光纜和電纜用阻水粉，其特征是含有丙烯酸鈉、單體CM、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和去離子水成分，其成分的重量配比是丙烯酸鈉60～80份 單體CM40～20份交聯(lián)劑 0.1～0.8份引發(fā)劑0.1～0.6份去離子水200份。
2.如權(quán)利要求1所述的阻水粉，其特征是丙烯酸鈉是將丙烯酸緩慢加入到等當(dāng)量的重量濃度40％NaOH溶液中，在＜40℃攪拌條件下調(diào)至PH為7而制得的丙烯酸鈉溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的阻水粉，其特征是所述的單體CM選自甲基丙烯酸羥基酯類或丙烯酸羥基酯類的丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯中的任一種單體。
4.如權(quán)利要求1所述的阻水粉，其特征是所述的交聯(lián)劑選自雙官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯類的二丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸丙二醇酯、二甲基丙烯酸乙二醇酯中的任一種。
5.如權(quán)利要求1所述的阻水粉，其特征是所述的引發(fā)劑選自水溶性的過硫酸鹽的過硫酸銨、過硫酸鈉、過硫酸鉀中的任一種。
6.權(quán)利要求1所述的阻水粉的制備，其特征步驟是(1)將配比量的單體CM和交聯(lián)劑加入到丙烯酸鈉中溶解，得到聚合溶液A；(2)將配比量的引發(fā)劑加入到去離子水中溶解，得引發(fā)劑溶液B；(3)在一足夠大的不銹鋼聚合器中加入配比量A，再加入配比量B，其裝填比為0.2～0.3，攪拌混合加熱升溫至80℃，聚合10分鐘以上，聚合是以爆聚的方式進(jìn)行的，得到蜂窩狀發(fā)泡樹脂C；(4)將C加入剪切機(jī)中切碎，于80℃下烘干，粉碎并過100目篩得產(chǎn)品，裝入包裝容器中密封存放。
全文摘要
一種高吸水性光纜和電纜用阻水粉,含有丙烯酸鈉、單體CM、交聯(lián)劑、引發(fā)劑和去離子水成分,其成分的重量配比是丙烯酸酸鈉60～80份,單體CM40～20份,交聯(lián)劑0.1～0.8份,引發(fā)劑0.1～0.6份,去離子水200份。其制備是將配比量的單體CM和交聯(lián)劑加入到丙烯酸鈉中溶解,得到的聚合溶液和配比量的引發(fā)劑的水溶液,加入到不銹鋼聚合器中,攪拌混合加熱升溫至80℃,聚合得到的蜂窩發(fā)泡樹脂,以剪切機(jī)切碎于80℃下烘干、過100目篩而制得。本阻水粉適合于制造電纜和光纜阻水膏、阻水帶的吸水材料,其技術(shù)指標(biāo)符合光纜和電纜生產(chǎn)工藝及性能要求。
文檔編號(hào)C09K3/18GK1354216SQ0113822
公開日2002年6月19日 申請(qǐng)日期2001年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月26日
發(fā)明者佘萬能, 屈秀寧, 榮家成, 何文鵬, 沈革新, 彭長征, 王文志, 余曉夢(mèng), 劉解畦, 孫群珍, 劉衛(wèi), 沈金浩, 陳捍寧, 蔡代田, 佘湘平, 夏巍, 鄭成賦, 姜?jiǎng)俦? 尤慶亮 申請(qǐng)人:湖北省化學(xué)研究所