[发明专利]耐温耐盐超吸收性聚合材料及其光缆制品

说明书

本发明涉及一种耐温耐盐超吸收性聚合材料并涉及含有这种材料的光缆。

众所周知，在光缆工业中，环境条件变化会使光缆塑料外套内部与外部之间的蒸汽压力产生差异。这通常使潮气单向从光缆外部扩散到光缆内部。最后，这会导致光缆内部的潮气多到不希望有的程度，尤其是当阻挡潮气入侵的仅仅是一个塑料外套时，更是如此。光缆包皮系统的湿含量高，能对光缆的传输特性产生有害的影响。此外，水分会因光缆本身损坏而进入光缆内部，损害光缆的完整性。虽然光缆内部有水分这件事本身并不致危害光缆的性能，但水分沿光缆内部通到各接头、终端头或有关设备，可能会产生各种问题，必须加以防止。

目前，市面上出售的许多光缆也装有水胀性带以防止水分通过光缆包皮系统侵入缆芯。这种带用以防止水分透过包皮系统侵入缆芯并纵向沿着光缆流窜。这种带通常薄片组成，在两个聚酯带之间夹有水胀性粉料。该水胀性粉料由超吸收性聚合物（SAP）制成。

超吸收性聚合材料通常有好几种制造方法，成品是交联的聚丙烯酸酯，其主要的官能基为羧酸盐基。超吸收性聚合物可以通过对水溶性聚合物进行交联制成。交联使聚合物不溶于水，形成吸收和保留有水分的母料。交联的份量很重要，必须保持在最佳水平，这取决于聚合物的用途，例如，吸水率、总吸水量等等。交联的份量确定超吸收性聚合物网状结构（母料）的内部空间，从而确定超吸收性聚合物的总体积，聚合物的总体积又影响网状结构中官能基的密度。

超吸收性聚合物吸收和保留水分的机理可以从两方面进行说明-物理方面和化学方面。在物理方面，水分润湿超吸收性聚合物的表面，按自然规律分布到整个超吸收性聚合的网状结构中。

化学吸收过程是在分子这一阶层上进行的。水分与聚合物链相互作用。羧酸盐基通过叫做氢键合的机理吸收水分。化学键合到超吸收性聚合物的大量水分不易逸出超吸收性聚合物的网状结构外。

目前使用的超吸收性聚合物主要由羧酸盐基组成，其分子结构使其不能在大约0.9%Nacl的生理盐水或海水中有效起作用。举例说，在0.9%Nacl溶液中，吸水率从大约900毫升/克下降到70毫升/克，在人造海水溶液中则下降到8毫升/克。

现有技术超吸收性聚合物之所以不能很好在例如海水环境中起作用，原因有二。羧酸盐对氯化钠或其它电解质敏感。因此，现有技术的超吸收性聚合物遇到盐类时，其吸水性大大下降。

上述下降，其原因可以用叫做渗透压的参量来解释。渗透压是超吸收性聚合物吸收水分的机理之一，因为超吸收性聚合物都是聚合电解质。渗透压在超吸收性聚合物网状结构与周围的水溶液之间分布的梯度确定超吸收性聚合物的吸收率。这个在超吸收性聚合物网状结构与周围的含水液体之间的渗透压梯度使水分被驱入超吸收性聚合物的网状结构中。

超吸收性聚合物遇盐时，其网状结构与外部盐溶液之间的渗透压梯度下降，因而其吸水能力下降。当周围有水溶液从蒸馏水（官能基或电解质的浓度为零）变为0.9%Nacl，再变为海水（各种电解质的浓度约为3%）时，浓度梯度下降，从而使渗透压梯度下降。渗透压梯度下降使超吸收性聚合物的吸水率下降。吸水能力下降的另一个原因是叫做共同离子效应，这种效应也起降低渗透压的作用。

现有技术超吸收性聚合物在盐溶液中的吸水率大幅度下降的另一个原因是多价离子的络合。在多价离子的环境中，多价离子会与羧酸盐络合，限制聚合物链的扩展和各羧酸盐离子之间的电荷排斥作用，从而降低吸水率。水溶性聚合物化学中有一种众所周知的现象叫做盐折现象。含羧酸盐的水溶性聚合物溶液不难通过加入象钙之类的多价离子转换成从水溶液分离出来的聚合物沉淀。海水中含有低浓度的钙和其它多价离子。钙离子上的多价电荷会吸引聚合物链中的羧酸盐并与它络合。事实上，这些聚合物链的络合使不溶于水且从溶液中沉淀出来的聚合物增加其分子量。

在超吸收性聚合物含羧酸盐的情况下，多价离子与羧酸盐络合所产生的总效果是交联。由于增加了这个络合或交联作用，使制造超吸收性聚合物时带来的最佳交联水平遭到破坏。于是超吸收性聚合物的吸水率因此发生变化。除上述渗透压梯度在超吸收性聚合物遇到任何盐溶液（不一定非要多价盐溶液不可）而下降之外，还发生了上述络合作用。