[发明专利]超吸收耐水涂料

说明书

技术领域和工业应用性

本发明涉及一种能够迅速吸收水分的高强度超吸收涂料，它适用于涂布需要耐水表面的各种制品，包括但不限于增强或模制的产品以及在这种产品制造中使用的增强材料。更具体地说，该涂料由包括超吸收聚合物前体以及成膜聚合物的组合物形成，其中所述超吸收聚合物前体经固化形成具有高吸水膨胀性能的聚合物。该涂料组合物还可以包括粘度调节剂。

本发明也涉及涂有该超吸收涂料组合物的制品，包括增强和模制的产品以及纤维增强材料；以及涉及这种涂料的涂布方法。本发明的涂料在淡水和盐水环境中显示出高吸水性，当涂布于底材上时具有优异的铺展和涂布性能。

发明背景

在室外使用的制品其暴露表面下湿气入侵所导致的制品恶化是人们熟知的一个问题。这种恶化包括水与在这些制品中所用增强纤维的表面之间的反应而导致的氧化恶化，以及水引起的腐蚀。在海洋环境中，例如，关于水浸的问题尤其涉及到环境的盐度。在这种水性环境中存在的盐加速了氧化分解。在无盐环境中，例如在具有高大气湿度的环境中，需要耐水涂料来保护结构和设备表面，以避免湿气引起的分解。

受上述恶化影响的制品包括具有暴露于高湿气和湿度环境的表面的制品。这种制品的实例包括增强的棒和电缆，例如光纤或通迅电缆。这些通迅电缆通常在长期埋在地下或浸泡在水中的环境中使用。因此保护其不被水所损坏对这些电缆的结构整体性以及它们所要执行的功能的成功性来说是关键的。通迅电缆例如可以包括含有用作加强或增强元件的玻璃棒的芯。该棒有助于电缆的刚性。当水渗透与电缆的芯元件接触时，会引起电缆深层结构的腐蚀或化学恶化。

为了解决关于这种水浸损坏的问题，已经提出了几种策略，以试图给电缆和其它增强制品提供耐水性，并保护它们的敏感内表面不与周围环境中的水或水气相接触。这些用于制造防水制品的技术包括将制品包裹在保护套材料中；或密封要保护的表面。密封技术可以包括化学处理制品的表面层使其耐水吸收，或施加防水涂料。

用保护套材料覆盖表面的技术是通常采用的。它包括例如使用具有阻水性的不渗水聚合物制成的包装或条带，或将包装材料用阻水聚合物的乳液或溶液处理。施加保护套的方法不需要给制品的表面涂布化合物或进行处理，只是因为保护套材料的覆盖而形成保护。

用于防水的涂料通常由在水中既不溶解也不渗水的物质组成，因此对侵入的湿气形成物理阻挡。这种阻挡涂料包括例如油脂或凝胶的材料。对于电缆来说，例如这些涂料通过加压挤出而涂布。但是这种涂料具有一定的缺点。油脂或凝胶由于它们的滑溜性而难以操作，并且它们给涂布的制品带来不愉快的感觉。这在制造过程中是一个重要的考虑因素，尤其是因为它影响了电缆在接合操作中的操作容易性。油脂和凝胶在低温或高温下会发生粘度变化。这些粘度的变化会影响冻结/解冻性能并因此影响涂料的稳定性。因此这些方面的不好的性能就影响了电缆的稳定性。

近年来，已经设计出无油脂的耐水干涂料，它们具有一定的吸水容量。这种吸水能力使得涂料吸收与制品接触的湿气，同时防止它们与敏感表面的直接接触。这些干阻水涂料中的吸收组分是干的粒状的超吸收聚合物，它们与水接触后膨胀和吸收水。这种超吸收聚合物通常以它们的膨胀速率、膨胀容量和凝胶强度来表征。这些干超吸收聚合物的传统用途主要包括个人卫生制品、食品包装制品和化学溢出物的清洁组合物，但是近年来的试验包括使用这些干聚合物来形成用于其它制品例如增强电缆的涂料。例如Hager的US5689601披露了一种用于增强纤维制品的干阻水涂料，其采用了装在保护套聚合物的一个或多个薄层中的粉末状或粒状的水溶干阻挡成分。这种情况限制了粒状聚合物可以达到的吸水程度，因此这种涂料的膨胀容量是有限的。

在干阻水电缆涂布应用中通常使用的超吸收聚合物是干的水不溶的粒状聚合物，它们被掺入到各种基材中例如纱线、粘合剂和条带中。该基材通常也包括玻璃纤维作为增强的形式。但是如上所述，用干粒状的阻水剂形成的涂料受到优化的凝胶强度而必然导致的有限水膨胀能力和膨胀速率的限制。在表面涂料中，凝胶强度被定义为防止水芯吸进入电缆轴的能力，尤其是当电缆用于暴露在高水压下的水性环境中。膨胀能力直接与超吸收聚合物的交联程度有关。随着交联程度的提高，凝胶强度也提高，但是聚合物的膨胀速率和膨胀容量相应下降。膨胀速率被定义为涂料在一定时间内吸收的水量。膨胀容量指涂料基于其干重而吸收的水或流体的最大量。因此由干的粒状的水不溶聚合物制成的涂料就受到它们以膨胀速率和膨胀容量来测量的水吸收性能的限制。