专利名称：制备纳米二氧化硅改性塑料光纤的方法
技术领域：
本发明属于纳米材料和塑料光纤技术领域，特别涉及一种制备纳米二氧化硅改性塑料光纤的方法。
塑料光纤具有纤芯径大、容易加工、柔韧性好，易于安装和维护及成本低的特点，并且其带宽比传统的铜绞线介质高上百倍，是局域网和光纤入户的首选传输介质，近年来各种高性能塑料光纤迅速发展。
目前纳米技术为制备新型材料提供了全新的方法，其中无机纳米组分改性高分子聚合物的应用，已有广泛报道；改性的高分子材料有优良的光学性能、机械性能和化学性质，随着理论研究和制备技术的发展，减小无机组分和高分子组分的相分离程度，其将有着广泛的应用前景。
本发明的目的在于提供一种制备纳米二氧化硅改性塑料光纤的方法，此方法不需改动传统制备塑料光纤的仪器设备，并且方法简单，易于操作。
本发明的再一目的是制备出的改性塑料光纤具有无机石英光纤和塑料光纤的双重特性，能提高塑料光纤的抗挠曲性、抗冲击性和耐热性；具有信号传输损耗小，产品成本低廉的特点。
本发明的技术方案是将纳米技术应用于塑料光纤的制备中。
(1)将硅氧烷类化合物混合在甲基丙烯酸酯类单体中，加入引发剂及硫醇类链转移剂，加热聚合成塑料光纤预聚棒；(2)加热，将塑料光纤预聚棒拉制成所需直径的塑料光纤；(3)将制备出的塑料光纤浸入氨水和醇的混合液内，其中的醇将逐步溶胀塑料光纤，同时，在碱性条件下水和硅氧烷类化合物反应，反应至完全；形成SiO2纳米颗粒，反应式如下
其中R表示甲基、乙基、丙基或γ-氨丙基等。
由于此反应是在固态的高分子链间进行，因此纳米颗粒得到稳定和保护，不易聚集；同时由于塑料光纤的径向距离短，溶胀和化学反应可迅速完成，使纳米颗粒的粒径分布均匀一致。
(4)从浸泡液中取出塑料光纤，使醇和氨水彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
本发明制备纳米二氧化硅改性塑料光纤的具体方法如下(1).取甲基丙烯酸酯类单体和硅氧烷类化合物，甲基丙烯酸酯类单体∶硅氧烷类化合物的重量比为5∶1-50∶1，制成混合液；往其中加入占混合液总重量0.1％-1％的偶氮类或过氧化物类引发剂及0.03-0.2％硫醇类链转移剂，加热聚合，制成塑料光纤预聚棒。
(2).将塑料光纤预聚棒在拉纤机上拉制成一定直径的塑料光纤。
(3).将制备出的塑料光纤浸入重量百分比浓度为25％的氨水和醇的混合液中，进行溶胀，在高分子材料中反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与醇的重量比为1∶10-1∶100。
(4).取步骤(3)制备出的塑料光纤，在常压或减压条件下，使存在于塑料光纤中的醇和少量氨水彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
所述的甲基丙烯酸酯类单体是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸苯酯等；硅氧烷类化合物为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯或γ-氨丙基三乙氧基硅烷等；醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇等；引发剂为偶氮二异丁氰或过氧化苯甲酰等；链转移剂为正丁基硫醇、十二烷基硫醇或十六烷基硫醇等。
本发明制备出的纳米SiO2改性塑料光纤具备损耗低、硬度大、抗老化性好、抗挠曲性强和耐温性高等特点；并且设备简单、方法易行、反应条件温和。
本发明制备出的纳米SiO2改性塑料光纤改善了传统塑料光纤的光电性能、热学性能和机械性能，可应用于网络信息通讯、显示系统、传感器件和仪表照明等众多方面。
本发明制备出的纳米二氧化硅改性塑料光纤具有无机石英光纤和塑料光纤的双重特性；能提高塑料光纤的机械性能，在抗挠曲性、抗冲击性和硬度等方面明显加强；可改善塑料光纤的光学性能，使光纤信号的传输损耗减小；各种物化性能提高，特别是使抗老化性和耐温性显著提高。
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述
实施例1取甲基丙烯酸甲酯和正硅酸四乙酯，甲基丙烯酸甲酯与正硅酸四乙酯的重量比为20∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量0.1％的偶氮二异丁氰及0.03％正丁基硫醇，加热聚合成塑料光纤预聚棒。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入重量百分比浓度为25％的氨水和甲醇的混合液中，进行溶胀和反应至完全，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与甲醇的重量比为1∶20。取出塑料光纤，在常压下使甲醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
实施例2取甲基丙烯酸甲酯和正硅酸四甲酯，甲基丙烯酸甲酯与正硅酸四甲酯的重量比为20∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量0.3％的偶氮二异丁氰及0.05％正丁基硫醇，加热聚合成塑料光纤预聚棒。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入浓度为25％的氨水和乙醇的混合液中，进行溶胀，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与乙醇的重量比为1∶40。取出塑料光纤，在减压下使乙醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
实施例3取甲基丙烯酸甲酯和正硅酸四乙酯，甲基丙烯酸甲酯与正硅酸四乙酯的重量比为20∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量1％的偶氮二异丁氰及0.1％正丁基硫醇。上述溶液加热聚合成塑料光纤预聚棒。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入浓度为25％的氨水和异丙醇的混合液中，进行溶胀和反应至完全，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与异丙醇的重量比为1∶20。取出塑料光纤，在减压下使异丙醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
实施例4取甲基丙烯酸甲酯和正硅酸四乙酯，甲基丙烯酸甲酯与正硅酸四乙酯的重量比为50∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量0.1％的偶氮二异丁氰及0.05％正丁基硫醇。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入浓度为25％的氨水和甲醇的混合液中，进行溶胀和反应至完全，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与甲醇的重量比为1∶100。取出塑料光纤，在常压下使甲醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
实施例5取甲基丙烯酸甲酯和正硅酸四乙酯，甲基丙烯酸甲酯与正硅酸四乙酯的重量比为40∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量1％的过氧化苯甲酰及0.08％+二烷基硫醇。上述溶液加热聚合成塑料光纤预聚棒。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入浓度为25％的氨水和甲醇的混合液中，进行溶胀和反应至完全，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与甲醇的重量比为1∶10。取出塑料光纤，在常压下使甲醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
实施例6取甲基丙烯酸苯酯和γ-氨丙基三乙氧基硅烷，甲基丙烯酸苯酯与γ-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为40∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量0.1％的偶氮二异丁氰及0.03％正丁基硫醇。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入浓度为25％的氨水和甲醇的混合液中，进行溶胀和反应至完全，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与甲醇的重量比为1∶60。取出塑料光纤，在减压下使甲醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
实施例7取甲基丙烯酸乙酯和正硅酸四乙酯，甲基丙烯酸乙酯与正硅酸四乙酯的重量比为30∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量0.1％的偶氮二异丁氰及0.03％正丁基硫醇。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入浓度为25％的氨水和乙醇的混合液中，进行溶胀和反应至完全，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与乙醇的重量比为1∶60。取出塑料光纤，在减压下使乙醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
实施例8取甲基丙烯酸甲酯和正硅酸四甲酯，甲基丙烯酸甲酯与正硅酸四甲酯的重量比为20∶1，配制混合液，往其中加入占混合液总重量0.3％的过氧化苯甲酰及0.05％正丁基硫醇，加热聚合成塑料光纤预聚棒。所得的塑料光纤预聚棒在拉纤机上热拉成一定直径的塑料光纤，然后将其浸入浓度为25％的氨水和异丙醇的混合液中，进行溶胀，在塑料光纤内反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与异丙醇的重量比为1∶40。取出塑料光纤，在减压下使异丙醇和氨水从光纤内彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
权利要求
1.一种制备纳米二氧化硅改性塑料光纤的方法，其特征在于该方法步骤为(1)将硅氧烷类化合物混合在甲基丙烯酸酯类单体中，加入引发剂及硫醇类链转移剂，加热聚合成塑料光纤预聚棒；(2)加热，将塑料光纤预聚棒拉制成所需直径的塑料光纤；(3)将制备出的塑料光纤浸入氨水和醇的混合液内，其中的醇将逐步溶胀塑料光纤，同时，在碱性条件下水和硅氧烷类化合物反应，反应至完全，形成SiO2纳米颗粒；(4)从浸泡液中取出塑料光纤，使醇和氨水彻底挥发，制备出纳米二氧化硅改性塑料光纤。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(1)是取甲基丙烯酸酯类单体和硅氧烷类化合物，甲基丙烯酸酯类单体∶硅氧烷类化合物的重量比为5∶1-50∶1，制成混合液；往其中加入占混合液总重量0.1％-1％的偶氮类或过氧化物类引发剂及0.03-0.2％硫醇类链转移剂，加热聚合，制成塑料光纤预聚棒。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的步骤(3)是将制备出的塑料光纤浸入重量百分比浓度为25％的氨水和醇的混合液中，进行溶胀，在高分子材料中反应生成SiO2纳米颗粒，其中氨水与醇的重量比为1∶10-1∶100。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的甲基丙烯酸酯类单体是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸苯酯。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的硅氧烷类化合物为正硅酸四甲酯、正硅酸四乙酯或γ-氨丙基三乙氧基硅烷。
6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的引发剂为偶氮二异丁氰或过氧化苯甲酰。
7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的链转移剂为正丁基硫醇、十二烷基硫醇或十六烷基硫醇。
8.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于所述的醇为甲醇、乙醇、丙醇或异丙醇。
全文摘要
本发明属于纳米材料和塑料光纤技术领域,特别涉及一种制备纳米二氧化硅改性塑料光纤的方法。以重量比计,取甲基丙烯酸酯类单体∶硅氧烷类化合物为5∶1－50∶1的混合液;加入占混合液总重量0.1%－1%的偶氮类或过氧化物类引发剂及0.03－0.2%硫醇类链转移剂,加热,将聚合成的塑料光纤预聚棒拉制成塑料光纤;将制备出的塑料光纤浸入氨水和醇的混合液内,进行溶胀和化学反应,形成SiO
文档编号C08L33/00GK1381509SQ0111531
公开日2002年11月27日 申请日期2001年4月18日 优先权日2001年4月18日
发明者刘新厚, 王东军, 甄珍 申请人:中国科学院理化技术研究所