[发明专利]一种大芯径能量光纤用氟硅嵌段共聚物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种大芯径能量光纤用低折射率低损耗氟硅嵌段共聚物及其制备方法。

背景技术

大芯径能量光纤是特种光纤中的重要分支，与普通光纤相比，其芯径粗、数值孔径大、工作温度范围宽，能从光源中耦合更多的光功率，实现高功率、低损耗光能量传输；并能在条件苛刻的环境下工作，可靠性高，可以将大能量光传输至目标区域。基于以上优点，大芯径能量光纤可广泛应用于众多领域，如激光医疗、军事、工业加工、太阳能利用等方面。

目前国际上已应用的大芯径能量光纤主要有两种结构：一种是空芯能量光纤，它是由金属和电介质膜沉积在金属管、塑料管或玻璃管内壁而制成，构成泄漏型光纤或衰减全反射型光纤。尽管空芯光纤可传输远红外激光，如10.6μm的CO₂激光，但是空芯光纤具有弯曲损耗大、数值孔径小(光耦合困难)、制备成本高、工艺不成熟等缺陷。另一种是大芯径石英玻璃光纤，它是由石英玻璃构成光纤纤芯，并采用低折射率的塑料作为光纤包层，所以也可称为大芯径塑料包层光纤。光纤纤芯直径在100μm到1000μm之间，具有较大的模场面积。对比两种大芯径能量光纤的特性，大芯径塑料包层石英光纤优势明显，体现在：(1)弯曲损耗低，便于对高能量光进行柔性传导；(2)光纤数值孔径大，使激光易于耦合进光纤；(3)石英光纤生产工艺成熟，利于大规模低成本生产；(4)石英纤芯配合塑料包层，便于调节光纤参数，以满足不同领域对能量光纤的需求。因此，在国内采用塑料包层光纤成为解决大芯径能量光纤的最佳技术方案。

在实际试制大芯径能量光纤过程中，我们发现，塑料包层材料的选择不仅要求折射率低，同时还需要传输过程中低损耗。含氟材料通常折射率较低，但光吸收较大，传输过程中损耗较高，甚至超过200db/Km；而含硅材料虽然对光吸收小，但折射率却偏高，超过1.40；因此只有将二者有机结合使用才能满足要求。市售氟硅共聚物种类很多，但都无法应用在光固化光纤涂料中，因为大芯径能量光纤所需要的光纤塑料包层不仅要低折射率和低损耗，还需要这些共聚物满足能光固化和粘度适中(900-3500cps)的要求，所以必须采用科学的手段和制备方法，制备出氟硅分子量可控、分子结构可控的清澈透明且可用于光固化的氟硅共聚物，从而满足大芯径能量光纤塑料包层的要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大芯径能量光纤用氟硅嵌段共聚物及其制备方法。该氟硅嵌段共聚物是采用溴代异丁酰溴改性氨基硅油为引发剂，硅胶接枝水杨醛类希夫碱负载氯化铜为催化剂，甲基丙烯酸三氟乙酯为嵌段共聚单体，通过原子转移自由基聚合方法共聚而成。该氟硅嵌段共聚物粘度适中(1000-3400cps)且可光固化，以其为主体制备的大芯径能量光纤折射率低(低于1.39)、损耗低(低于5db/Km)，能满足能量光纤的传输要求。

为了达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案。

一种大芯径能量光纤用氟硅嵌段共聚物的制备方法，其特征在于：由2mol的溴代异丁酰溴改性氨基硅油作为引发剂，以铜含量计为1mol的硅胶接枝水杨醛类希夫碱负载氯化铜作为催化剂，1-2mol的甲基丙烯酸三氟乙酯作为嵌段共聚单体，通过原子转移自由基聚合方法共聚而成。

本发明的制备方法中，所述的溴代异丁酰溴改性氨基硅油的制备方法如下：将80g氨基硅油、60mL三乙胺、120mL甲苯置于带磁力搅拌并除氧10分钟的单口烧瓶中，得到淡黄色混合溶液；然后对该体系抽真空充氮气，反复置换3次，最后一次充满氮气，并用橡皮塞密封好置于冰浴中，开动磁力搅拌；用移液器吸取34mL 2-溴代异丁酰溴和80mL甲苯，混合均匀后，以1mL/min滴入上述混合溶液中，滴加完成后，在冰浴条件下反应24h。随着滴加的进行，体系的颜色逐渐变深，最后体系的颜色变为浑浊的桔黄色。反应结束后用蒸馏水洗涤3次，以除去季铵盐，最后减压蒸馏除去溶剂，即得溴代异丁酰溴改性氨基硅油。

在上述制备溴代异丁酰溴改性氨基硅油的工艺中，使用的原料均可商购获得。其中，氨基硅油的粘度为1000-3000cps，可购自广州聚成兆业有机硅原料中心；2-溴代异丁酰溴可购自Acros公司。

所述的硅胶接枝水杨醛类希夫碱负载氯化铜的制备包括以下步骤：

(1)水杨醛缩二乙烯三胺希夫碱的制备

将二乙烯三胺(11g)和甲苯(12mL)依次加入反应瓶中，升温至110℃回流，然后滴加水杨醛(12g)和甲苯(23mL)的混合物，滴完后再回流反应1.5h；最后减压蒸馏分离出甲苯和未反应的二乙烯三胺，即得水杨醛缩二乙烯三胺希夫碱；