CN1354216A - 高吸水性光缆和电缆用阻水粉及制备 - Google Patents

Abstract

一种高吸水性光缆和电缆用阻水粉,含有丙烯酸钠、单体CM、交联剂、引发剂和去离子水成分,其成分的重量配比是丙烯酸酸钠60～80份,单体CM40～20份,交联剂0.1～0.8份,引发剂0.1～0.6份,去离子水200份。其制备是将配比量的单体CM和交联剂加入到丙烯酸钠中溶解,得到的聚合溶液和配比量的引发剂的水溶液,加入到不锈钢聚合器中,搅拌混合加热升温至80℃,聚合得到的蜂窝发泡树脂,以剪切机切碎于80℃下烘干、过100目筛而制得。本阻水粉适合于制造电缆和光缆阻水膏、阻水带的吸水材料,其技术指标符合光缆和电缆生产工艺及性能要求。

Description

高吸水性光缆和电缆用阻水粉及制备

技术领域

本发明涉及由高吸水树脂加工制成的阻水粉及制备，特别涉及高吸水性光缆和电缆用阻水粉及制备。

光纤通信系统中，光纤缆是传输信息的重要组成部分。随着国际上光通信的飞跃发展，世界范围对光纤缆的需求越来越大，对其传输信息的稳定性和可靠性要求也越来越高。过去通常使用含油触变性复合物疏水填充膏填充光缆，只能很好提供密封防水和应力缓冲作用，达到延长光缆使用寿命，保持光缆信号传输稳定、可靠目的。但存在光缆生产过程中，填充工艺控制不当，填充物达不到100％填充的问题。填充量过少，会使光缆内留下空隙，形成渗水通道，渗水试验通不过，成为不合格品；填充量过多，又会影响下一步纵包金属带搭接粘边，甚至造成热挤出PE护套突起，变形，影响产品质量。此外，用含油填充膏还存在油性污染，光缆接头时需用有机溶剂清除填充物，给现场接续造成不便的缺点。

为了克服一般疏水油膏存在的上述缺点，人们由过去用疏水性防水材料的方法，改用可吸水膨胀的亲水性材料阻水，取得了十分良好的效果。这种亲水材料便是新发展的超吸水性树脂(SAP)，SAP以不同方式填充在缆内，当水气侵入时，可快速吸水、膨胀形成凝胶，阻塞所有可能存在的渗水通道，从而提供完全可靠的密封防水性能。这些吸水树脂制成粉剂(阻水粉)直接填充光(电)缆，也可以将粉剂涂布于无纺布，聚酯薄膜上，制成吸水复合带(阻水带)用于包覆缆芯或护套，还可以涂复于聚酯等合成纤维上，制成阻水纱或加粘成阻水绳来代替填充油膏，使光缆成为无油干式(或干芯)光缆。还有的将阻水粉混入疏水性填充膏中，制成吸水膨胀型阻水膏。填充光(电)缆时，无须100％填充，便可获得100％阻水性能。特别是干式光缆，完全排除了填充膏对环境、对光纤缆造成的油性污染，深受光纤缆生产厂家和安装工程人员欢迎。可以认为，在今后光(电)生产中，为达到防水、阻水目的，用各种类型吸水膨胀材料取代疏水型填充膏已成为发展方向，研究开发阻水粉及不同类型的阻水材料用于光(电)缆生产，对改进光(电)缆生产工艺，促进光通信产业技术进步具有十分重要的意义。

国内目前开发高吸水树脂生产的厂家不少，但其产品吸水速度，膨胀倍率，酸值，凝胶强度等一般还达不到光(电)缆用阻水粉的技术指标，多用于卫生用品和农作物种保水剂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适于光缆和电缆填充用的高吸水性光缆和电缆用阻水粉。本发明的另一个目的是提供一种适于工业化生产的上述阻水粉的制备方法。

实现上述目的的高吸水性光缆和电缆用阻水粉，含有丙烯酸钠、单体CM、交联剂、引发剂和去离子水成分，其成分的重量配比是：

丙烯酸钠    60～80份      单体CM    40～20份

交联剂      0.1～0.8份    引发剂    0.1～0.6份

去离子水200份。

所述的丙烯酸钠为市售中性工业品，或者是下述方法制得的丙烯酸钠溶液，其制法是将丙烯酸缓慢加入到等当量的重量浓度40％NaOH溶液中，在＜40℃搅拌条件下调至PH为7而制得的丙烯酸钠溶液。

所述的单体CM选自甲基丙烯酸羟基酯类或丙烯酸羟基酯类的丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的任一种单体。

所述的交联剂选自双官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类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种。

所述的引发剂选自水溶性的过硫酸盐的过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的任一种。

上述所用原料均为市售工业化学品。

所述的高吸水性光缆和电缆用阻水粉的制备步骤是：

(1)将配比量的单体CM和交联剂加入到丙烯酸钠中溶解，得到聚合溶液A；

(2)将配比量的引发剂加入到去离子水中溶解，得引发剂溶液B；

(3)在一足够大的不锈钢聚合器中加入配比量A，再加入配比量B，其装填比为0.2～0.3，搅拌混合加热升温至80℃，聚合10分钟以上，聚合是以爆聚的方式进行的，得到蜂窝状发泡树脂C；

(4)将C加入剪切机中切碎，于80℃下烘干，粉碎并过100目筛得产品，装入包装容器中密封，干燥处存放。

本发明的高吸水性光缆和电缆用阻水粉的技术指标符合光缆和电缆生产工艺及性能要求，产品质量标准如表1。

本阻水粉体系中丙烯酸钠NaA和CM两种单体占33％以上，为丙烯酸类不饱和单体化合物。丙烯酸钠亲水性强。主要提供高吸水性，CM引发活性高，主要提高聚合速度，利用聚合热快速升温达到“爆聚合”。交联剂为双官能不饱和单体，参与聚合并使树脂低度交联成网状聚合物。引发剂加热时分解出游离基，引发单体聚合。去离子水几乎不含电解质，作为单体溶剂约占66％。为节省能源，有利于后处理干燥，考虑尽可能减少水量，但实验发现单体浓度不得超过40％，否则会在聚合溶液配制过程引起自聚，特别是环境温度超过40℃时容易凝胶，给操作带来麻烦。

聚合时，将体系中各组份加入到不锈钢反应器中，搅拌混合均匀后，加热升温到80℃左右，瞬间开始猛烈聚合，形成“爆聚”现象，同时有大量水蒸汽逸出，发泡聚合物收缩成蜂窝状弹性体，称量后表明原水份挥发量为40％左右。弹性体经切碎，烘干后粉碎，得白色树脂粉，产率99％以上。通常丙烯酸钠与单体CM之比应适当，比值过大，单体CM量太少，不会使聚合产生爆聚现象，得到的是含水量大，紧密的胶状物，比值过小，单体CM用量大，虽然发生爆聚。但因其亲水性低于丙烯酸钠外，且为非离子型单体，树脂吸水能力会大幅度下降。纯丙烯酸钠盐的均聚物吸水率也不高，且吸水速度慢，因其树脂颗粒紧密，水渗透缓慢，颗粒间粘接成“面团”，导致吸水率下降。

交联剂用量影响单体聚合后树指网络的交联度和吸水后凝胶的强度，当两种单体配比NaA/CM＝4时，聚合体系其它条件不变时，若交联剂用量比单体重量小于0.03％，吸水率随交联剂用量的减少而降低，不加交联剂时，聚合物除自交联小部分外，大部溶于水，吸水率很低，而当交联剂用量大于单体重量0.03％时，吸水率也随之而显著下降，这是因为交联剂用量过大，树脂网络交联点多，交联点间平均链长缩短，网络空间变小，张力增大，导致吸水率降低。所以，聚合体系中交联剂用量选择0.03％左右，实际用量与交联剂分子量大小也有关系。同时需考虑树脂吸水后的凝胶强度，交联剂用量减少，交联度降低，吸水后凝胶强度也会降低。

引发剂受热时(80℃)快速分解产生游离基引发单体和交联剂聚合并交联成网状共聚物，在聚合体系中引发剂用量少于0.3％时，树脂吸水率随引发剂用量增加而增加；大于0.3％时，吸水率随其用量增加而下降。引发剂用量为单体总量0.3％左右时吸水率达到最高。这是因为按自由基聚合原理，引发剂用量影响到聚合物的分子量和自交联度，引发剂用量大会导致交联度增加和分子量降低，使树脂网络紧密，吸水率降低；反之，聚合速度较慢，转化率降低，树脂可溶性增加，吸水率也变小。

本高吸水性光缆和电缆用阻水粉的优点是：

1、该阻水粉由丙烯酸盐，CM两种单官能单体和少量双官能单体在水溶液中通过加入引发剂引发爆聚，低度交联和后处理加工而成，具有工艺简便，节省能源，树脂吸水速度快，膨胀倍率高，不含酸碱，电性能好，析氢量低的优点。

2、丙烯酸盐由当量碱中和丙烯酸制成PH＝7，聚合后形成高聚体，提供吸水膨胀性能。

3、CM与丙烯酸盐配比不超过1∶4，在聚合体系中提高聚合速度，实现爆聚工艺，使树脂发泡，疏松，有利于后处理干燥，节省能源，提高树脂吸水速度。

4、双官能单体起交联剂作用，使树脂形成三维层面网络结构，其用量限制在0.08％～0.6％，过少会减慢引发速度，降低转化率，过多会提高网络交联度，降低吸水率。

5、本阻水粉具有结构疏松，吸水速度快，膨胀倍率高，绝缘电阻高，介电常数小，不含酸碱，析氢量低，凝胶稳定、强度高的优点，特别满足光(电)缆阻水和性能要求。

6、用该阻水粉制成电缆阻水膏，光缆阻水膏，光缆阻水带，开发生产在全国大、中型光缆厂家使用，效果良好。

具体实施方式

实施例1

取丙烯酸钠8000g，甲基丙烯酸羟乙酯2000g，二丙烯酸乙醇酯3g，过硫酸钠30g，去离子水20kg，按水相溶液爆聚法，聚合时间15分钟，反应温度80～120℃，按照前述的制备步骤制得光缆和电缆用阻水粉。按光缆电缆应用要求测定各项性能并与国外同类产品比较，结果列于表2。

实施例2

为应用例，将按实施例1所制得的阻水粉加入以合成油为基础、气相SiO₂为触变剂的填充复合物，制成的吸水膨胀型光缆阻水膏，具有触变性强、常温填充、高低温性能优良、析氢量低、吸水速度快、酸值低、相容性好的突出优点。综合技术指标达到或超过美华特佳同类产品P-60水平，两种阻水膏性能比较列于表3，产品大量用于光缆厂，效果良好。

表1    本阻水粉产品质量标准如下：

1.外观	白色或淡黄色粉末	目测
			2.粒度	通过100目筛
3.含水量	≤8％	GB/T462
			4.酸值	≤0.5mgKOH/g	GB/T4945
5.析氢	≤0.01μl/g	GB/T462
			6.吸水速度	≥300g/l’stmin(去离子水)
7.吸水倍率	≥400(去离子水)
			8.体积电阻率	≤1015Ω	GB/T1410
9.介电常数	≤2.3	GB/T1410
			10.热稳定性(180℃，2h)	无变化
11.霉变性	无霉变
			12.安全性	无毒、无嗅、对皮肤无刺激

表2    实施例1    阻水粉与国外产品综合性能比较

项目	实施例1	日本Aquakeep	韩国	测试方法
					外观	白色粉末	白色粉末	白色粉末	目测
粒度，目	100％过100目筛	0.34-0.46μm	＞80	GB12005.7
					含水量	6.2	5.8	6.0	GB6284
酸值，mgKOH/g	0.00	0.15	0.10	GB/T2951.10
					析氢(80℃，24h)μl/g	＜0.01	/	/	GB/T3393
吸水速度(25℃)，sec	6	5	/	1g样50g水
					吸水量(25℃，30min)，g/g	450	485	420	网袋过滤法
热稳定性(90℃，24hrs)(230℃，20sec)	无明显变化无明显变化	无明显变化无明显变化	无明显变化无明显变化	参照荷兰盖克产品说明书
					体积电阻，Ω.cm	36×1015			GB/T1410
介电常数，ε	2.1			GB/T1410
					安全性	无毒、无嗅、对皮肤无刺激	无毒、无嗅、对皮肤无刺激	无毒、无嗅、对皮肤无刺激
防霉(25℃，80％)	放置30天无霉变	放置30天无霉变	放置30天无霉变

表3    用本阻水粉制的阻水膏与美华特佳P-60综合性能比较

测试项目	用本阻水粉制的阻水膏	P-60	测试方法
				外观	淡黄色膏状物	黄色膏状物	目测
密度(25℃)，g/cm3	0.92	0.96	ASTMD1475
				锥入度(25℃)，1/10mm(-40℃)，1/10mm	295190	320112	GB/T269
滴点，℃	＞200(不熔)	＞150	GB270
				油分离(80℃，24hv)，％	0.8	＜1
吸水时间，(15g膏+10g水)，min	＜12	＜14	GJB3934
				氧化诱导期(190℃，min)	＞30	＞20	GB/T2951.9
析氢值	0.01	＜0.1	YD/T839.1
				闪点，℃	＞250	＞230	GB/T3536
金属腐蚀性	无	无	GB/T2951.10
				非金属相容性(80℃，14天)，％增重变化PBTHDPE抗张强度变化，％PBTHDPE耐卷绕试验，PBTHDPE	0.14.12.29.6不开裂不开裂	＜0.19＜8.2＜10.4＜15.6不开裂不开裂	GJB3934YD/T839.1

Claims (6)

1、一种高吸水性光缆和电缆用阻水粉，其特征是含有丙烯酸钠、单体CM、交联剂、引发剂和去离子水成分，其成分的重量配比是：

丙烯酸钠    60～80份      单体CM    40～20份

交联剂      0.1～0.8份    引发剂    0.1～0.6份

去离子水200份。

2、如权利要求1所述的阻水粉，其特征是丙烯酸钠是将丙烯酸缓慢加入到等当量的重量浓度40％NaOH溶液中，在＜40℃搅拌条件下调至PH为7而制得的丙烯酸钠溶液。

3、如权利要求1所述的阻水粉，其特征是所述的单体CM选自甲基丙烯酸羟基酯类或丙烯酸羟基酯类的丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯中的任一种单体。

4、如权利要求1所述的阻水粉，其特征是所述的交联剂选自双官能的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯类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种。

5、如权利要求1所述的阻水粉，其特征是所述的引发剂选自水溶性的过硫酸盐的过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾中的任一种。

6、权利要求1所述的阻水粉的制备，其特征步骤是：

(1)将配比量的单体CM和交联剂加入到丙烯酸钠中溶解，得到聚合溶液A；

(2)将配比量的引发剂加入到去离子水中溶解，得引发剂溶液B；

(3)在一足够大的不锈钢聚合器中加入配比量A，再加入配比量B，其装填比为0.2～0.3，搅拌混合加热升温至80℃，聚合10分钟以上，聚合是以爆聚的方式进行的，得到蜂窝状发泡树脂C；

(4)将C加入剪切机中切碎，于80℃下烘干，粉碎并过100目筛得产品，装入包装容器中密封存放。