Способ получения ядра полимерного оптического волокна

 

Использование: оптические волокна. Сущность изобретенияметилметакрилат и 1-1,5 С1-С4-алкилакрилэтов сополимеризуют в присутствии перекиси лауро ла, взятой в количестве 0,1-0,2% от массы мономеров, и 0,5-0,6% от массы мономеров лаурилмеркаптана. 1 табл. сл с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАР СТВ Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882766/05 (22) 16.11,90 (46) 07.10,92, Бюл. N 37 (71) Научно-исследовательский институт химии и технологии полимеров им, акад.

В.А.Каргина с опытным заводом (72) И.Н.Разинская, Н,А.Пудалова и M.À.Ïåрева рюха (56) 1, А.М.Баран, В,М.Левин. Материалы для полимерных оптических волокон. Сб.:

Физико-химические основы синтеза и переработки полимеров. Изд. Горьковского Госуд. Университета, 1987, с, 94.

2. Заявка Японии № 61 — 20907, кл. 602 В 6/10, 1986.

3. Заявка Японии N 60 — 234404, кл, 602 В 6/10, 1985.

4. Заявка Японии N 59-202402, кл. 602 В 5/14, 1984.

5, Заявка Японии ¹ 59 — 227909, кл, С 08 F 220/18, 1984 (прототип).

Изобретение относится к области химии полимеров, в частности к способу получения ядра полимерного оптического волокна (ПОВ), Для получения ПОВ с повышенными светопропусканием и атмосферостойкостью в качестве ядра широко используют

ПММА и сополимеры на основе MMA (1).

Прочность наряду с оптическими потерями и теплостойкостью является одним из основных показателей качестве ПОВ, который в значительной мере определяет области использования волокна: чем выше прочност, тем шире используется ПОВ в разного рода схемах и конструкциях.

5U 1766930 А1 (я)5 С 08 F 220/14//(С 08 F 220/14, 220:18

6. Отчет о выполнении научно-исследовательской работы по теме: "Гигиеническое обоснование санитарных регламентов новых синтетических продуктов". Минздрав

СССР, Ростовский мединститут, г. Ростовна-Дону, 1986.

7. Патент ФГР ¹ 1645232, кл. С 08 F20/18,,опублик. 1975. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕВНИЯ ЯДРА ПОЛИМЕРНОГО ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА (57) Использование: оптические волокна.

Сущность изобретения: метилметакрилат и

1-1,5 С1-С4-алкилакрилатов сополимеризуют в присутствии перекиси лауроила, взятой в количестве 0,1 — 0,2% от массы мономеров, и 0,5 — 0,6% QT массы мономеров лаурилмеркаптана. 1 табл, Известны способы повышения прочности ПОВ за счет упрочнения оболочки (2) или путем дополнительнго вытягивания волокна О (3). Как видно, известные способы связаны О с модификацией свойств оболочки и готово- ° vQ го волокна. Ы

ПОВ получают вытягиванием из расплава полимера методом соэкструзии. Для обеспечения возможности вытягивания полимера из расплава при 190 — 200 С и получения качественного волокна полимер должен быть достаточно текучим, молекулярная масса его не должна превышать 8500090000.

1766930

Качество волокна в значительной степени определяется равномерностью вытяжки, отсутствием газовых пузырьков в толще нити и дефектов на ее поверхности, Все это зависит от термостабильности 5 расплава, из которого вытягивается волокно.

Повышение термостабильности расплава для ядра ПОВ достигают сополимеризацией MMA с-малейновым ангидридом или 10 а -фторакрйлатами.

Использование малейнового ангидрида (4) заметйо ухудшает реоЛогические свойства, вызывает уменьшение, а иногда даже потерю текучести расплава. В связи с этим 15 использование этого сополимера создает технологические трудности при получении ядра оптических волокон, поэтому этот способ модификации практичеыски неприемлем, 20

Другой путь повышения термостабильности — сополимеризация MMA с й-фторакрилатами.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому ре- 25 зультату является способ получения ядра полимерного оптического волокна сополимеризацией метилметакрилата в массе акриловыми мономерами с метил- а

-фторакрилатом (МАФ) в присутствии ради- 30 кального инициатора — 0,05 мас.7 от мономера азодинитрила изомасляной кислоты (АДН) и 0,025 мас. регулятора молекулярной массы — лаурилмеркаптана при 70 С с последующим вытягиванием полученного 35 сополимера из расплава при 200 — 250 С (5).

Таким способом при добавлении 20 /

МАФ удается поднять термостабильность на 35 — 38, а теплостойкость на 8-10 по сравнению с ПММА при сохранении 40 оптических потерь на уровне ПММА. .Ощутимый эффект повышения термостабильности(на 10 ) наблюдается при введении не менее 5 МАФ.

Однако известный способ имеет следу- 45 ющие недостатки, главный из которых является использование фторакрилата.

Известно, что сегодня во всем мире звучат призывы к сокращению употребления фторсодержащих соединений, которые губитель- 50 ны для озонного слоя Земли. Ктомуже МАФ является высокотоксичным веществом ! класса опасности, Его ПДК в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м с проникновением через неповрежденную кожу. Пороговая концен- 55 трация его 5 мг/м, надпороговая 15 мгlм з (6). Следует при этом иметь ввиду, что

МАФ является дорогостоящим продуктом: стоимость1 кг МАФ 600 руб. Для достижения эффекта повышения термостабильности вводить его следует в значительных количествах, При этом увеличение термостабильности не сопровождается увеличением прочности волокна. Последняя остается на уровне исходнго ПММА — 85 — 87 МПа (примеры 6 — 8 для сравнения, прочность волокна, полученного по прототипу, была определена авторами), Цель изобретения — увеличение прочности ядра, улучшение условий труда и удешевление процесса при сохранении высокой термостабильности.

Цель достигается тем, что в способе получения ядра полимерного оптического волокна сополимеризацией в массе метилмектакрилата с акриловыми мономерами в присутствии радикального инициатора и регулятора молекулярной массы — лаурилмеркаптана с последующим вытягиванием полученного сополимера из расплава при

190-200 С в качестве акрилового мономера используют 1-1,5, от массы мономеров

С вЂ” С -акилакрилата, в качестве радикального инициатора — 0,1-0,27, от массы мономеров перекиси лауроила, лаурилмеркатан берут s количестве 0,5-.0,6 мас. /, от мономерной смеси.

Отличие способа от прототипа состоит в использовании в качестве сомономера алкилакрилата C> — С4 в количестве 1 — 1,5 мас. и проведение процесса в присутствии перекиси лауроила и лаурилмеркаптана в предлагаемых количествах, Известен способ получения формовочного сополимера ММА, в котором в качестве акрилового сомономера используют меньше 2 мас. / C>-C4-алкилакрилатов. Процесс осуществляют в присутствии 0,2 — 0 3 мас. /, радикального инициатора (в примерах — перекись бензоила) и соединения с 3-6 меркаптогруппами в качестве регулятора молекулярной массы (7), Алкилакрилаты и соединения с 3-6 меркаптогруппами в известном способе вводят с целью увеличения термостабильности.

При этом получают сополимер с мол,м.

130000-160000, из которого невозможно получить ядро полимерного оптического волокна, В предлагаемом способе 1 — 1,5 / акрилакрилатов С -С4 в сочетании с 0,1 — 0,2 мас. перекиси лауроила и 0,5-0,6 мас. лаурилмеркаптана позволяют повысить прочность ядра при сохранении высокой термостабил ьности, Использование другого радиального инициатора, например перекиси бензоила

1766930 (пример 9), приводит к снижению прочности ядра и увеличению оптических потерь.

Ниже приведены примеры, иллюстрирующие изобретение.

Пример 1, Полимеризационную смесь, содержащую 99 мас./ метилметакрилата (ММА), 1 мас, метилакрилата (МА), 0,2 мас. перекиси лауроила, 0,55 мас. /p лаурилмеркаптана, полимеризуют в стеклянных ампулах путем постепенного погружения ампул с реакционной смесью со скоростью 1 — 1,5 см/ч в водяной термастат при 70 С до полного погружения ампул. Ампулы выдерживают 3-5 ч с последующим прогревом в воздушном шкафу до 120 С s течение 1 ч, Полученные полимерные блоки перерабатывают в нити. Нити получают из расплава полимера при 190 С на вытяжном устройстве с предварительным прогревом полимерного блока в течение 30 мин. Диаметр полученных мононитей 0,5 — 0,1 мм.

Термостабильность оценивают по температуре, при которой визуально фиксируют наличие газовых пузырей в технологической пробе. Последняя представляет собой пруток, вытянутый из вытяжного устройства для формования нитей после выдержки полимерного блока при заданной температуре в течение 60 мин. Прочность нитей определяют на испытательной разрывной машине марки "Instron" при скорости раздвижения подвижного захвата машины 100 — 5 мм/мин. Зажимная длина нити не менее 200 мм, количество образцов для одного состава полимера не менее 20. Оптические потери определяли с помощью гелий-неонового лазера с длиной волны 632 нм на оптических волокнах, где в качестве ядра использовали укаэанные сополимеры, а оболочкой служил тетрафторпропилметакрилат. Теплостойкость определяли на блоках термомеханическим методом. Состав и свойства сополимера приведены в таблице.

Пример 2. По примеру 1, ío MA используют в количестве 1,5 мас, / и ПЛ в количестве 0,15 мас.%, RMK 0,6 мас., температура расплава полимера 200 С.

Пример 3, По примеру 1, но в качестве алкилакрилата используют 1,3 мас./ этилакрилата (ЭА), ПЛ 0,1 мас,, Пример 4, По примеру 1, но в качестве алкилакрилата использют 1 мас, / бутилакрилата (БА), ПЛ 0,2 мас, /, ЛМК

0,5 мас. / .

Пример 5. По примеру 1, в качестве модифицирующей добавки используют 1,5 мас, БА, ПЛ 0,1 мас,, RMK 0,55 мас./.

Предлагаемый способ позволяетт повысить

5 прочность ядра на 4 — 35 Mila при сохранении высокой термостабильности.

Способ позволяет также значительно улучшить условия труда по сравнению с прототипом, в котором в качестве акрилового

10 мономера используют МАФ, предельно допустимая концентаация (ПДК) которого составляе-: 0,5 мг/м, а ПДК используемых в

5 предлагаемом способе акрилатав составляет соответственно: МА 20, ЭА 5, БА 10, MMA

15 10 мг/мз.

Кроме того, стоимость полимерного материала, полученного предлагаемым способам, значительно ниже, чем па прототипу, Так, стоимость MMA составляет 0,8 руа./кг, 20 МА — 1,53 руб./кг, БА — 2,2 руб./кг, в то время как стоимость МАФ 600 руб./кг.

Использование алкилакрилатав за пределами предлагаемых количеств (примеры

11 — 15) приводит к снижению термастаблль25 ности и прочности ядра.

Использование перекиси луароила в количестве менее 0,1 мас.о/, и лаурилмеркаптана менее 0,5 мас. / приводит к получению сопалимера с мол.м. более 95000, чта за30 трудняет пелучение из него качественного ядра, при содержании перекиси лауроила более 0,2 мас./ и лаурилмеркаптана более

0,6 мас,%, мол.м. сапалимера менее 85000, чта затрудняет оформление нити и снижает

35 прочностные характеристики.

Формула изобретения

Способ получения ядра полимерного оптического волокна сополимеризацией в

40 массе метилметакрилата с акрилавыми мономерами в присутствии радикального инициатора и регулятора молекулярной массы— лаурилмеркаптана с последующим вытягиванием полученного сополимера из распла45 ва при 190 — 200 С, а т л и ч а .а шийся тем, что, с целью увеличения прочности ядра. улучшения условий труда и удешевления процесса при "î.õðàíåíèè высокой термостабильности, в качестве акрилавого мана50 мера используют 1 — 1,5 ат массы манамерав С1-С4 алкилакрилата, в качестве радикального инициатора — 0,1 — 0,2/ ат массы манамеров перекиси лауроила а лаурилмеркаптан берут в количестве 0,5 — 0,6;

55 от массы мономеров.

1766930

ТеплостойСостав сополимера, мас.3

Термостабильность полимера, bc

Прочность ядра, ИПа.Оптические потери волокна, Дб/км

Na и/и

Мол.м.. полимера, тыс. кость поо лимера, С

318

215

105

МИА

МА

ПЛ

ЛМК

0,2

0,55

98,5

104

215

95

320

ММА

МА

ПЛ

JINK

1,5

0,15

0,6

98,7

105

225

120

323

ММА

ЭЯ

ПЛ

ЛМК

ММА

БА

ПЛ

ЛМК

1,3

0,1

0,55

218

105

99

315

0,2

0,5

98,5

1,5

0,1

0,55

104

I, 320

ММА

БА

ПЛ

ЛМК

Для сравнения

98,5

I,5

0,05

0,025

0,05

0,025

0,05

0,025

99

0,2

0,5

98

0,2

0,55

9?

0,2

0,55

99,5

0,5

0,3

0,55

206

106

319

ММА

МАФ

АДН

ЛМК

324

215

107

MMA

МАФ

АДН

ЛМК

МИА

МАФ

АДН

ЛМК

319

225

109

ММА

МА

ПБ

ЛМК

420

86

205

105

MMA

МА

ПЛ

ЛМК

104

318

205

ММА

БА

ПЛ

ЛМК

205

321

103

MMA

БА

ПЛ

ЛМК

205

105

320

Состав и свойства сополимеров

1766930

Продолжение таблицы

Состав и свойства сополимеров

Состав сополимера, мас. 4

11 пlп

104

20,5

319

14 .15

ПИМА

205

105

320

205

83

105

450

30

45

Составитель В,Полякова

Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор M.TKà÷

Редактор Т.Иванова

Заказ 3521 Тираж Подписное

ВН ЛИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

ММА

МА

ПЛ

ЛМК

ММА

МА

АДН

ЛМК

99,5

0,5

0,2

0,55

100

99

0,1

0,5

Термостабильность полимера, ФС

Теплостойкость поо лимера, С

Прочность ядра, ИПа

Мол.м. полимера,тыс.

Оптичес" кие потери волокна, Дб/км