因此本发明的一个目的在于提供一种含有覆盖光纤用的树脂组合物的光纤芯丝粘接剂,它可以形成仅有少量气泡的固化产物(元件固体材料),仅留下少量的气泡,并且当将其填入和涂覆到光纤芯丝周围(同时将该光纤芯丝扭曲)时,其与中心张力丝(张力部分)的粘接和操作性特别好。
此外,本发明的另一个目的在于提供一种光纤元件,其中在光纤芯丝和由围绕着它的树脂固化产物形成的固体材料之间的介面处的气泡不会留下,并且固体材料与中心张力丝之间的粘结以及操作性均特别好。
本发明的其它和进一步的目的、特征及其优点由下面结合附图的描述将会变得更全面。
本发明的上述目的通过下列手段达到。
也就是说,本发明提供了:
(1)一种光纤芯丝粘接剂,它包括(A)一种可以自由基聚合的低聚物,(B)可以自由基聚合的单体,(C)一种光聚合引发剂,和至少一种选自由(D)改性的硅氧烷化合物和(E)含氮/硫原子的化合物组成的组中的化合物,选自由所说的组分(D)和(E)组成的组中的化合物的含量为组分(A)至(E)的总重量的0.01-20%,表面张力在23℃下为30μN/m或更低;
(2)在前面(1)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的组分(D)是一种改进的硅氧烷化合物,它是通过将一种不是低级烷基的有机基团引入到二-低级烷基聚硅氧烷的端部和/或侧链上而形成的;
(3)如在前面(2)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的组分(D)的分子量为900-100000,并且通过下列等式表示的改性量为10-95%:
改性量=(X/Y)×100(%)
式中X表示该改性硅氧烷除了二-低级烷基聚硅氧烷骨架以外的所有部分的总分子量,Y表示整个改性的硅氧烷的分子量;
(4)如前面(2)或(3)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(D)含有作为改性基团的至少一种其总碳量为20-5000(改性硅氧烷化合物中的总数)的长链聚醚基团、烷基基团(除了低级烷基以外)、苯基、甲基苯乙烯基、高级脂肪酸酯基、烷氧基、被氟取代的烷基以及被氟取代的烷氧基基团;
(5)如前面(4)所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(D)含有作为改性基团的长链聚醚基团的环氧乙烷和环氧丙烷的共聚基团;
(6)如前面(1)至(5)中任一项所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(A)是分子量为500或更大的可以自由基聚合的低聚物,在其端部具有至少一个可以聚合的不饱和基团,它选自乙烯基、丙烯酰基以及甲基丙烯酰基;
(7)如前面(1)-(6)中任意一项所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(A)是至少一种可以自由基聚合的低聚物,它选自:尿烷丙烯酸酯,它是通过将(a1)多元醇,(a2)异氰酸酯,和(a3)在端部具有可以聚合的不饱和基团和羟基的化合物反应而获得的;环氧丙烯酸酯,它是缩水甘油醚化合物与具有未聚合的不饱和基团的羧酸,如(甲基)丙烯酸的反应产物;以及乙烯基醚;
(8)由前面(7)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的环氧丙烯酸酯含有选自双酚(如双酚A、双酚S和双酚F)和酚醛树脂的具有至少一个芳香环的多元醇的缩水甘油醚,与(甲基)丙烯酸的反应产物;
(9)如前面(7)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的构成所说尿烷丙烯酸酯的多元醇(a1)选自分子量为400-10000的多元醇;
(10)如前面(7)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的聚异氰酸酯(a2)选自分子量低于500的聚异氰酸酯;
(11)如前面(1)至(6)中任意一项所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(B)是这样一种化合物,其结构中,(甲基)丙烯酸通过酯化反应与含有羟基的化合物连接;
(12)如前面(11)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的其结构中(甲基)丙烯酸通过酯化反应而与含有羟基的化合物相连的化合物是至少一种选自下列单官能乙烯基系列的单体:(甲基)丙烯酸苯氧基乙酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸壬基苯氧乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸三环癸酯、(甲基)丙烯酸冰片酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基吡啶、(甲基)丙烯酸吗啉、N-乙烯基己内酰胺和乙烯基咔唑,这些单体中每一种单体的均聚物的玻璃转化点为零℃或更高;
(13)如前面(11)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的其结构中(甲基)丙烯酸通过酯化反应而与含有羟基的化合物相连的化合物含有单官能可以聚合的稀释剂与三官能或更多官能的多官能可聚合的稀释剂的组合;
(14)如前面(1)至(6)中任意一项所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(C)是至少一种下列物质或其两种或更多种物质的混合物系统:1-羟基环己基苯酮、噻吨酮、噻吨酮衍生物、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、二-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-吗啉代丙烷-1、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)丁酮-1以及双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基苯基氧化膦;
(15)如前面(1)-至(6)任意一项所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(E)的含量为成分(A)-(E)总量的0.01-10%重量;
(16)如前面(15)中所说的光纤芯丝粘接剂,其中所说的成分(E)是至少一种含有氮/硫原子的化合物,它选自二硫代氨基甲酸酯、巯基苯并噻唑、巯基苯并咪唑、二硫化四烷基秋兰姆和黄原酸酯;
(17)一种光纤元件,它含有多根光纤芯丝,这些芯丝通过如前面(1)至(16)中任意一项所说的可光固化的树脂组合物的光纤芯丝粘接剂而集合在一起而后进行光固化;
(18)如前面(17)中所说的光纤元件,其中所说的多根光纤芯丝通过所说的光纤芯丝粘接剂而与张力丝集合在一起而后固化,并且其中所说的张力丝的拉出强度(抽拉强度)是5-50N/cm;
(19)如前面(18)中所说的光纤元件,其中所说的张力丝是由金属制成的或具有金属表面;以及
(20)如前面(17)至(19)中任意一项所说的光纤元件,其中所说的光纤元件是用于海底光缆的元件。
在下文中将对本发明作详细的描述。
用于本发明的“可以自由基聚合的低聚物(A)”是指分子量为500或更多,优选地为500-50000,更优选地为700-20000的低聚化合物,它在端部具有可以聚合的不饱和基团,如乙烯基、丙烯酰基和甲基丙烯酰基。
可以提出的可自由基聚合的低聚物(A)优选的是尿烷丙烯酸酯,它是通过将(a1)多元醇,(a2)聚异氰酸酯,和(a3)在端部具有可聚合的不饱和基团和羟基的化合物反应而获得的;环氧丙烯酸酯,它是缩水甘油醚化合物与具有可聚合的不饱和基团的羧酸(如(甲基)丙烯酸)的反应产物;以及乙烯基醚。
可以提出的上述多元醇(a1)包括通过将多元酸与多元醇的缩聚反应而获得的聚酯多元醇,通过将内酯(如ε己内酯和γ戊内酯)开环聚合而获得的聚酯多元醇;以及亚烷基氧化物(如环氧乙烷、环氧丙烷和环氧丁烷)聚合物、环醚(如四氢呋喃和烷基取代的四氢呋喃)的聚合物、以及两种或两种以上这些组分的共聚物的聚醚多元醇。其中,通过采用分子量为400-10000的多元醇而获得的尿烷丙烯酸酯是优选的,并且通过采用分子量为600-5000的多元醇而获得的尿烷丙烯酸酯是特别优选的,这是因为可以获得合适的刚性。另外作为聚异氰酸酯(a2),可以采用的聚异氰酸酯,如甲苯二异氰酸甲苯、4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、氢化4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯、二甲苯二异氰酸酯、氢化二甲苯二异氰酸酯、二异氰酸六亚甲酯、二异氰酸异佛尔酮、二异氰酸1,2,5-萘酯、二异氰酸联甲苯胺、二异氰酸对苯、1,2-二异氰酸反式环己烷酯、二异氰酸赖氨酸、二异氰酸四甲基二甲苯、三异氰酸赖氨酸、三异氰酸1,6,11-十一烷酯、1,8-二异氰酸-4-异氰酸酯甲内酯,三异氰酸1,3,6-六甲酯、三异氰酸双环庚烷酯以及二异氰酸三甲基六亚甲酯。
在这些聚异氰酸酯(a2)中,分子量低于500的聚异氰酸酯是特别优选的,这是因为其粘度可以较低。另外,作为用于本发明中的聚异氰酸酯(a2),除了上面的物质以外,还可以采用上述二异氰酸酯的三聚物。在本文中“二异氰酸酯的三聚物”是指通过将二异氰酸酯三聚合而获得的化合物,它们具有异氰酸骨架以及三个异氰酸根基团,并且用作单体的三个二异氰酸酯可以是相同的也可以是不同的。
在端部具有可聚合的不饱和基团和羟基基团的化合物(a3)的例子包括(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基-3-苯氧基丙酯、邻苯二甲酸2-(甲基)丙烯酰氧乙基-2-羟乙酯、三(甲基)丙烯酸五赤藓醇酯、单(甲基)丙烯酸3-丙烯酰氧基甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟丁酯、2-羟基-1-(甲基)丙烯氧基-3-(甲基)丙烯氧基丙烷、二(甲基)丙烯酸甘油酯、单(甲基)丙烯酸聚丙二醇酯、单(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、单(甲基)丙烯酸聚ε-己内酯、(甲基)丙烯酸4-羟丁酯、单(甲基)丙烯酸ε-己内酯等等。作为(a3),还可以采用在端部具有可以聚合的不饱和基团和羟基的异氰酸衍生物。作为上述异氰酸衍生物,通常采用的是通过向异氰酸中加入内酯、如γ-丁内酯、γ-戊内酯、δ-戊内酯、ε-己内酯、D-葡糖酸-1,4-内酯、1,10-菲碳内酯、4-戊烯-5-酐和12-十二烷酐;亚烷基氧化物,如环氧乙烷和环氧丙烷,或环醚,如四氢呋喃,并且使产物与具有可以聚合的不饱和基团的羧基化合物,如(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸酯以一定的当量比起反应,使得通过脱水缩合或酯转移反应而保留下1摩尔或更多的所获得的羟基基团,由此而获得那些物质。
作为上述环氧丙烯酸酯,含有芳香环(如双酚,如双酚A、双酚S和双酚F)的多元醇的甘油醚和酚醛树脂与(甲基)丙烯酸的反应产物是特别优选的,这是因为它们的均聚物的玻璃转变温度较高。
另外,作为可以自由基聚合的低聚物(A),还可以采用其多元醇是环氧丙烯酸酯的尿烷丙烯酸酯(A1),或通过直接将聚异氰酸酯(a2)与在其端部具有可以聚合的不饱和基团和羟基基团的化合物(a3)起反应而获得的化合物(A2)。
作为可以自由基聚合的低聚物(A),可以单独采用上述列举的可以自由基聚合的低聚物,也可以采用其中两种或多种的混合物。
用于本发明中的可以自由基聚合的单体(B)的例子包括其结构中(甲基)丙烯酸是通过酯化反应而与含有羟基的化合物相连的化合物,这种化合物的例子是单官能的可以聚合的稀释剂,如(甲基)丙烯酸甲氧基乙二醇酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、邻苯二甲酸β-(甲基)丙烯酰氧乙酯、琥珀酸β-(甲基)丙烯酰氧乙酯、(甲基)丙烯酸壬基苯氧乙酯、(甲基)丙烯酸3-氯-2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸苯氧乙酯、(甲基)丙烯酸苯氧聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸甲氧基聚乙二醇酯、邻苯二甲酸β-(甲基)丙烯酰氧基丙酯、琥珀酸β-(甲)丙烯酰氧丙酯、(甲基)丙烯酸丁氧基聚乙二醇酯、(甲基)丙烯酸烷酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸四氢呋喃酯、(甲基)丙烯酸冰片酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、(甲基)丙烯酸2-羟丙酯、(甲基)丙烯酸2-羟基-3-苯氧丙酯、邻苯二甲酸2-(甲基)丙烯酰氧乙基-2-羟乙酯、单(甲基)丙烯酸3-丙烯酰氧甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟丁酯、2-羟基-1-(甲基)丙烯氧基-3-(甲基)丙烯氧基丙烷、单(甲基)丙烯酸聚丙二醇酯、单(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、单(甲基)丙烯酸聚ε-己内酯、(甲基)丙烯酸二烷基氨基乙酯、(甲基)丙烯酸甘油酯、磷酸单[2-(甲基)丙烯酰氧乙酯]、(甲基)丙烯酸三氟乙酯、(甲基)丙烯酸2,2,3,3-四氟丙酯、(甲基)丙烯酸2,2,3,4,4,4-六氟丁酯、(甲基)丙烯酸全氟辛基乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯基氧烷酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸三环癸酯、(甲基)丙烯酸三环癸氧乙酯、(甲基)丙烯酸异冰片氧乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮(N-乙烯基-2-吡咯烷酮及其类似物)、N-乙烯基吡啶、(甲基)丙烯酸吗啉、(甲基)丙烯酸月桂酯、甲基苯酚环氧乙烷加成物的单丙烯酸酯、苯酚环氧乙烷加成物的(甲基)丙烯酸酯、对-枯基苯酚环氧乙烷加成物的(甲基)丙烯酸酯、壬基苯酚环氧乙烷加成物的(甲基)丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸2-乙基己基卡必醇酯、丙烯酸二聚物、单(甲基)丙烯酸ω-羧基-聚己内酯、(甲基)丙烯酸邻苯二甲酸单羟基酯、N-羟甲基(甲基)丙烯酰胺、N-甲氧基甲基(甲基)丙烯酰胺、N-乙氧基乙基(甲基)丙烯酰胺、N-(正丁氧基甲基)(甲基)丙烯酰胺、二甲基氨基丙基(甲基)丙烯酰胺、叔丁基(甲基)丙烯酰胺、丁基甘油醚与(甲基)丙烯酸的反应产物、2-乙基己基甘油醚与(甲基)丙烯酸的反应产物、具有12-14个碳原子的烷基甘油醚与(甲基)丙烯酸的反应产物、邻甲基苯甘油醚与(甲基)丙烯酸的反应产物、对叔丁基甘油醚与(甲基)丙烯酸的反应产物、二苯基甘油醚与(甲基)丙烯酸的反应产物、(甲基)丙烯酸邻羟基环己酯、单(甲基)丙烯酸十二烷基三乙二醇酯、新戊二醇苯甲酸丙烯酸酯、丙烯酸2-(1-甲基-2-叔丁基乙基)-5,7,7-三甲基辛酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、丙烯酸二聚物与环氧己烷的加成物、丙烯酸二聚物与苯基甘油醚的加成物、丙烯酸对-1-苯基-1,1-二甲基苯基-氧乙酯、丙烯酸对-1-苯基-1,1-二甲基苯基-氧丙酯、氢化的丙烯酸萘酯、单丙烯酸环己烷二甲醇酯、丙烯酸4-羟丁酯、丙烯酸硬脂酰酯、丙烯酸4-叔丁基环己酯、丙烯酸二氢二环戊二烯酯、乙烯基-1-咪唑、乙烯基咔唑、甲基丙烯酸磷酸单(羟乙酯)、(甲基)丙烯酸异硬脂酰酯、单丙烯酸聚二甲基硅氧烷酯、丙烯酸壬基苯氧基聚乙二醇酯、丙烯酸壬基苯氧基聚丙二醇酯、乙氧基单丙烯酸单甲氧基新戊二醇酯、N-乙烯基己内酰胺等等。
类似地,可以提出双官能的可以聚合的稀释剂,如2,2-二甲基-3-羟丙基-2,2-二甲基-3-羟基丙酸的二(甲基)丙烯酸酯、二(甲基)丙烯酸乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸聚乙二醇酯、二(甲基)丙烯酸丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸聚丙二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,4-丁二醇酯、二(甲基)丙烯酸1,6-己二醇酯、二(甲基)丙烯酸甘油酯、二(甲基)丙烯酸新戊二醇
酯、羟基新戊酸新戊二醇的二(甲基)丙烯酸酯、双酚A的环氧乙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、双酚A的环氧丙烷加成物的二(甲基)丙烯酸酯、2,2’-二(羟基丙氧基苯)丙烷的二(甲基)丙烯酸酯、2,2’-二(羟基乙氧基苯)丙烷的二(甲基)丙烯酸酯、三环癸基二羟甲基二(甲基)丙烯酸酯、2,2’-二(甘油氧苯)丙烷的二(甲基)丙烯酸加成物等等。
此外,还可以提出多官能的可以聚合的稀释剂,如三(甲基)丙烯酸三甲基丙酯、三(甲基)丙烯酸五赤藓醇酯、四(甲基)丙烯酸五赤藓醇酯、六(甲基)丙烯酸二五赤藓醇酯、三(甲基)丙烯酸四羟甲基甲烷酯、四(甲基)丙烯酸四羟甲基甲烷酯、异腈尿酸三(2-羟乙酯)的三(甲基)丙烯酸酯、异腈尿酸三(羟丙酯)的三(甲基)丙烯酸酯、三苯六甲酸的三(甲基)丙烯酸酯、三六甲酸三烯丙酯、异腈尿酸三烯丙酯等等。
在这些物质中,其均聚物的玻璃转变温度为0℃或更高的单官能乙烯基系列的单体是特别优选的,如(甲基)丙烯酸苯氧乙酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸壬基苯氧乙酯、(甲基)丙烯酸二环戊烯酯、(甲基)丙烯酸三环癸酯、(甲基)丙烯酸冰片酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、N-乙烯基吡啶、(甲基)丙烯酸吗啉、N-乙烯基己内酰胺以及乙烯基咔唑,这是因为它们的粘度较低并且硬度和刚度对温度的依赖性没有降低。
此外,单官能可以聚合的稀释剂与三官能或更多官能的多官能可以聚合的稀释剂的组合是更为优选的,这是因为由此可以获得具有低粘度且其固化产物是硬的树脂组合物。
除了上述成分以外,还可以向本发明的光纤芯丝粘接剂(下文也称为用于覆盖光纤的树脂组合物)加入光引发剂(C),如光聚合引发剂。
光引发剂(C)的例子包括氨基苯甲酸4-二甲酯、氨基苯甲酸4-二甲酯、烷基乙酰苯、苄基二甲基缩酮、二苯酮和二苯酮衍生物、苯甲酰基苯甲酸、二(4-二烷基氨基苯)酮、苄基和苄基衍生物、苯偶姻和苯偶姻衍生物、苯偶姻烷基醚、2-羟基-2-甲基丙酰苯、1-羟基环己基苯酮、噻吨酮和噻吨酮衍生物、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-吗啉代丙烷-1、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)丁酮-1以及双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦等等。
在这些物质中,特别优选的是至少一种或两种或更多种选自下列物质的混合系统:1-羟基环己基苯酮、噻吨酮、噻吨酮衍生物、2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦、2-甲基-1-[4-(甲基硫代)苯基]-2-吗啉代丙烷-1、2-苄基-2-二甲基氨基-1-(4-吗啉代苯基)丁酮-1以及双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦,这是因为其固化能力较高。
在用于本发明的光纤的树脂组合物中,上述可以自由基聚合的低聚物(A)通常其含量在100%重量的可以自由基聚合的低聚物(A)、可以自由基聚合的单体(B)和光引发剂(C)总量中为20-90%重量,并且其中含有30-80%重量可以自由基聚合的低聚物(A)是优选的,这是因为其粘度较低,成型性能优异,以及固化的产物较硬。
其次,在用于本发明的光纤元件的树脂组合物中,上述可以自由基聚合的单体(B)具有可以降低用于覆盖光纤的树脂组合物的粘度的功能,通常其在100%重量的可以自由基聚合的低聚物(A)、可以自由基聚合的单体(B)和光引发剂(C)总量中为5-60%重量。其中更优选的可以自由基聚合的单体(B)的含量为20-50%重量,这是因为其粘度较低,成型性能优异,以及固体的产物较硬。
其次,上述光引发剂(C)具有可以通过紫外光而使用于覆盖本发明的光纤的树脂组合物固化的功能,并通常其含量在100%重量的可以自由基聚合的低聚物(A)、可以自由基聚合的单体(B)和光引发剂(C)总量中为0.2-10%重量。优选地该量为0.5-5%重量,这是因为这样可以增加其固化性能。
除了上述成分以外,还可以向用于覆盖本发明的光纤的树脂组合物中加入聚合反应抑制剂(如氢醌和甲醌)、受阻苯酚系列的抗氧化剂、受阻胺系列的防止泛黄剂、磷酯系列的脱色剂等等。一般说来,本发明的光纤元件树脂组合物不需要任何溶剂。
用于覆盖本发明的光纤的树脂组合物中的改性硅氧烷化合物(D)的例子包括改性化合物,它是通过用另一种基团取代由下列通式(I)表示的化合物中的R1和/或R2而获得的:
通式(I)
式中R1表示低级烷基,如甲基和乙基,R2表示氢原子或低级烷基,如甲基和乙基,n是2或更大的整数。
在这些物质中,优选的改性硅氧烷化合物(D)包括通过将一种不是低级烷基的有机基团导入二-低级烷基聚硅氧烷的端部和/或侧链中而获得的那些改性硅氧烷。导入到改性硅氧烷中的改性取代基团(下文也称为改性基团)的例子包括聚醚基团(优选地总共(指改性硅氧烷化合物中的碳原子总量,下文中同样)具有9-4300,更优选地为50-500碳原子),如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四甲二醇、以及这些物质的共聚物、芳基基团(优选地为总共具有6-5000,更优选地为20-300碳原子,如苯基、萘基、联苯基和双酚)、烷基基团(除了上述通式(I)表示的化合物中的R1和R2以外的烷基基团,优选地该基团总共具有5-5000,优选地为20-300碳原子,如癸基和聚乙烯)、高级脂肪酸酯基团(优选地为总共具有5-5000,优选地为20-1000碳原子,如月桂酸酯和硬脂酸酯)、烷氧基团(优选地为总共具有1-5000,更优选地为具有10-500碳原子,如甲氧基、乙氧基和氧聚乙烯)、氨基基团、羟基基团、羧基基团、(甲基)丙烯酰基基团、缩水甘油基团和巯基基团。这些基团还可以进一被取代,其例子为被氟取代的烷基基团、被氟取代的烷氧基基团、烷氧基(甲基)丙烯酰基基团、被一个氨基取代的烷基基团、羟基基团、甲基苯乙烯基团、羧基基团、(甲基)丙烯酰基基团、缩水甘油基基团、或巯基基团等等。在上述基团中,作为改性硅氧烷的改性基团,优选地是总共具有20-4300,更优选地为50-500碳原子的长链聚醚基团、烷基基团、苯基基团、甲基苯乙烯基基团、高级脂肪酸酯基团、烷氧基基团、被氟取代的烷基基团和被氟取代的烷氧基基团,这是因为它们具有良好的相容性,并且无需降低元件的张力部件的拉出力就可以获得优异的操作性能。此外,类似地与上述导入的可以自由基聚合的低聚物(A)的结构相似或相同的改性基团也是优选的。这种结构包括缩水甘油基基团、(甲基)丙烯酰基基团、羟基基团等等,并且优选地采用含有缩水甘油基基团、(甲基)丙烯酰基基团、羟基基团、甲基苯乙烯基基团及其类似物的改性硅氧烷。当可以自由基聚合的低聚物(A)是采用聚醚多元醇的尿烷丙烯酸酯时,优选地采用用聚醚改性的改性硅氧烷。此外,当可以自由基聚合的低聚物(A)是采用聚酯多元醇的尿烷丙烯酸酯时,优选地采用用聚酯或高级脂肪酸改性的改性硅氧烷。对于全部改性硅氧烷化合物(D)的分子量来说,如果分子量低于900,就不能获得令人满意的成型性能,如果分子量为100000或更高,则元件的张力部件的拉出力将会降低,因此,优选地为900-100000,更优选地为2000-20000。此外,如果改性硅氧烷的改性量低于10%,则相容性较次,如果改性量为95%或更高,则不能获得令人满意的操作性和气泡除去性能,因此改性量优选地为10-95%,特别优选地为30-90%。在本文中,“改性硅氧烷的改性量”是指改性硅氧烷除了聚硅氧烷骨架以外的部分的分子量占整个改性硅氧烷分子量的比例,它用下列等式表示:
改性量=(X/Y)×100(%)
X:改性硅氧烷除了二-低级烷基聚硅氧烷骨架以外所有部分的总分子量。
Y:整个改性硅氧烷的分子量。
另外,作为导入到改性硅氧烷中的改性基团,优选地是具有两种或多种结构的共聚物,如环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物,这是因为这样可以无需降低元件张力部件的拉出力就可以获得良好的操作性能。在环氧乙烷与环氧丙烷的共聚物的情况下,优选的环氧乙烷/环氧丙烷的摩尔比为10/90-80/20。
此外,可以单独采用改性硅氧烷化合物(D),也可以将其中的两种或多种结合起来使用。特别优选的是结合使用其中所导入的改性基团由具有两种或多种结构的上述共聚物组成的改性硅氧烷与其中所导入的改性基团和前者不同的改性硅氧烷、或未改性的硅氧烷,这是因为这样可以无需降低元件的张力部件的拉出力而获得良好的操作性能。
当改性硅氧烷化合物(D)加入时,改性硅氧烷化合物(D)在可以自由基聚合的低聚物(A)、可以自由基聚合的单体(B)、光引发剂(C)和改性硅氧烷化合物(D)总重量中的含量为0.01-20%,优选地为0.05-20%,更优选地为0.1-10%。在本文中,为了加快其分散,优选地改性硅氧烷化合物的用量为0.5-5%重量。如果改性硅氧烷化合物(D)的用量低于0.01%重量,则不能获得良好的操作性能,如果该量超过20%重量,则会降低元件中拉力部件的拉出力。
用于本发明的光纤元件中的张力部件(张力丝)通常是一种钢丝,或者是通过用另一种金属电镀钢丝或者通过表面处理钢丝而形成的所谓的金属丝,它还可以是一种所谓的FRP长丝,它是通过将玻璃纤维与树脂固化而形成的。也可以采用涂覆金属的FRP长丝。
成分(E)是用来调节并增加涂覆光纤的树脂组合物与张力部件之间的粘接的,它可以称为是一种粘接促进剂。
当有些成分(D)不能使覆盖光纤的树脂组合物与张力部件之间获得令人满意的粘接时,可以加入这种成分(E),从而补偿该粘接,如果仅仅是为了获得粘接,可以加入成分(E)来代替成分(D)。
作为粘接促进剂(E),可以采用任何一种在分子中含有氮原子和硫原子的有机化合物,特别优选的是在其结构中氮、碳和硫是相邻的化合物,优选的这些化合物的例子是二硫代氨基甲酸盐、巯基苯并噻唑、巯基苯并咪唑、二硫代四烷基秋兰姆和黄原酸酯,其中特别优选的是二烷基二硫代氨基甲酸锌和2-巯基烷基苯并咪唑,这是因为它们与其它成分具有良好的相容性,并且加热会引起较小的着色。
当加入时,成分(E)的含量为成分(A)-(E)总重量的0.01-20%,优选地为0.1-10%。如果该含量过低,则不能获得上述加入效果,如果该含太高,则树脂的固化性能会变次或者会损害固化树脂的性能。
在本发明中,固化以前,在23℃下的覆盖光纤的树脂组合物的表面张力为30μN/m或更低,优选地为26μN/m或更低。虽然表面张力的下限值没有特别限定,但优选地为20μN/m。
作为内层元件固体材料,覆盖光纤的树脂组合物的其它物理性能优选地为固化前的粘度为1000-20000mPa·s(25℃)、固化后刚性模量为0.1-30Kg/mm2(25℃),伸长为10-300%(23℃)。
除了采用上述覆盖光纤的树脂组合物以外,对本发明的光纤元件没有特别的限制,本发明的光纤元件可以是任何类型。举例来说,如图1中所示,可以将多根光纤芯丝2一起绕着中心张力丝1扭曲,芯纤维芯丝之间的空间用上述覆盖光纤的树脂组合物填充,为了覆盖光纤芯丝,将上述纤维光固化,形成内层元件固体材料3,并且在其外面形成外层元件固体材料4。顺带说一句,可以用与现有技术相同的方式将本发明的覆盖光纤的树脂组合物光固化。
当将本发明的光纤元件用于海底光缆时,其任何一种类型均是可行。举例来说,如图3中所说,可以提出一种常规的单芯型光缆,它具有一个采用本发明的光纤元件的光缆芯11,但是,多芯型光缆或其类似物也是可行的。
另外,在本发明的光纤元件中,优选地,中心张力丝的拉出强度为5-50N/cm,更优选地为6-40N/cm。
在本文中,虽然光纤芯丝本身可以覆盖或不覆盖前面所说的覆盖层,优选地本发明可以采用不覆盖的光纤芯丝或用薄覆盖层覆盖的光纤芯丝来实施。
本发明光纤芯丝粘接剂可以在将光纤元件的光纤芯丝扭曲同时在其周围填充光纤芯丝粘接剂并涂覆在其上时可以防止气泡留下,并且本发明的光纤芯丝粘接剂在固化后具有优异的操作性并且可以良好地粘接到张力部件上。也就是说,根据本发明,无需降低元件中张力部件的拉出力而产生没有气泡的光纤元件,并且可以获得极好的操作性能。这种光纤元件具有的作用和效果,也就是说当将光纤元件用作海底光缆时,光纤元件的操作性能以及张力部件与固体材料之间的粘接极好,并且在压力下的光传输损耗不会增加。
现在将参照实施例、对比实施例和制备实施例来更详细地描述本发明,这些例子不是要对本发明进行限制。在这些实施例中,所有份和百分比均是重量份和百分比。
<低聚物的制备实施例>
(制备实施例1)
将346份甲苯二异氰酸酯装入配有搅拌器、温度计和回流冷凝器的烧瓶中;将温度升高到70℃,而后加入2899份聚醚多元醇(羟基值:38.7mg-KOH/g),它是通过将四氢呋喃与环氧丙烷共聚合而获得的。将该混合物在70℃反应5小时,加入260份丙烯酸羟丙酯,并将反应继续进行5小时,从而获得可以自由基固化的化合物(P-1;分子量3505)。
(制备实施例2)
将2摩尔二异氰酸二苯基甲烷酯加入到配有搅拌器、温度计和回流冷凝剂的烧瓶中,将温度升高到60℃,进行搅拌,并将1摩尔分子量为850的聚四甲二醇滴加到其中,同时使氮气流动,并且将反应持续进行4小时。而后滴加入2摩尔丙烯酸2-羟乙酯,并将反应再进行6小时,结果获得可以自由基固化的化合物(P-2,分子量1582)。
(实施例1-3和对比实施例1)
在上述制备实施例1和2中合成可以自由基固化的化合物(P-1)和(P-2)以后,以下表1中所示的比例(重量份)一起加入可以自由基聚合的单体(D-1)-(D-3)、光引发剂(E-1)-(E-3)、改性的硅氧烷化合物(S-1)、(S-2)和(S-4)、未改性的硅氧烷化合物(S-3)和粘接促进剂(A-1)-(A-4),并且将它们均匀混合,将每一种混合物过滤通过2.5微米滤筒过滤器,结果获得用于覆盖本发明的光纤的和用于对比的树脂组合物。
用于实施例和对比实施例中的化合物如下所示:
D-1:丙烯酸异冰片酯
D-2:异腈脲酸三(2-羟乙酯)的三丙烯酸酯
D-3:丙烯酸2-苯氧基乙酯
A-1:3,9-二[2-{3-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基}-1,1-二甲乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5,5]十一烷
A-2:二丁基二硫代氨基甲酸锌
A-3:2-巯基甲基苯并咪唑
A-4:癸二酸二(1,2,3,6,6-五甲基-4-哌啶酯)
E-1:1-羟基环己基苯酮
E-2:双(2,6-二甲氧基苯甲酰基)-2,4,4-三甲基戊基氧化膦
E-3:2,4,6-三甲基苯甲酰基二苯基氧化膦
S-1:二甲基聚硅氧烷骨架的分子量为3000-4000;
导入的改性基团的结构是α-甲基苯乙烯基基团;
导入的α-甲基苯乙烯基基团的总分子量为2000;
粘度为1000厘沲(25℃);
改性量为36%
S-2:二甲基聚硅氧烷骨架的分子量为500-900;
所导入的聚醚基团的结构为环氧乙烷/环氧丙烷的共聚物=75/25(摩尔比);
导入的聚醚基团的总分子量为4500-5000;
粘度为1250厘沲(25℃);
改性量为87%
S-3:二甲基聚硅氧烷的分子量为10000-15000;
改性量为0%
S-4:二甲基聚硅氧烷骨架的分子量为500-900;
所导入的聚醚基团的结构为环氧乙烷/环氧丙烷的共聚物=50/50(摩尔比);
所导入的聚醚基团的总分子量为4500-5000;
粘度为1600厘沲(25℃);
改性量为85%
另外,通过下面所说的方法,测定表1中示出的用于覆盖光纤的树脂组合物的表面张力及其固化产品的刚性模量和延伸,并且测试其对光纤元件生产的适应性。其结果示于表1中。
1)制备固化产物片
将每一种示于表1中的用于覆盖光纤的树脂组合物通过一种涂覆机涂覆到干净光滑的玻璃板上,并在氮气气氛下采用传送机型金属卤灯紫外照射装置用500mG/cm2紫外光对其进行照射,从而制得固化产物片。
2)制备光纤元件
以下面所示的方式采用每一种在上述实施例1-3和对比实施例1中的用于涂覆光纤的树脂组合物,来形成图1中所示的光纤元件。
制备方法
将内层材料(内层元件固体材料)涂覆到由镀铜的钢琴丝(直径0.6毫米)制成的中心张力丝的外圆周上,其厚度为约0.05毫米(可以将中心张力丝在300-700℃的空气浴中处理几十秒钟至几百秒钟),并且将涂覆的内层材料在紫外固化装置中固化。而后,在将光线芯丝围绕着涂覆内层材料的中心张力丝的外圆周扭曲的同时,进一步涂覆内层材料,而后将涂覆的内层材料在紫外固化装置中固化。如有必要,还可以进一步涂覆内层材料并固化在其外圆周上。所涂覆的内层材料固化的产品的外径为2.0毫米。将外层材料(外层元件固体材料)(尿烷丙烯酸酯系列的可以紫外固化的树脂组合物,GRANDIC FC-2403A,商品名,由Dainippon Ink and Chemicals,Inc.制造)涂覆到内层材料固化的产品的外周上,并将其在紫外固化装置中固化,使外径达到约2.55毫米。
3)测试方法
a)表面张力
采用全自动平衡型电子表面张力仪(ESB-IV,商品名,由KyowaKagaku Co.制造)和20毫米×10毫米×1.5毫米(厚度)铂板,再将液体与铂板接触5分钟以后,读出表面张力值。
b)测定固化产品刚性模量和延伸量的方法
制备用于测定的片:采用Super Dumbbell(JIS K7113-2 dumbbell,商品名,由Dumbbell Co.制造)从每一块在上面1)中制得的固化产物片中标记出用于测定的片,并且根据JIS K 7113测定刚性模量和延伸量,其条件是当测定刚性模量时,采用铁板(每一块的厚度为0.3毫米,长度为20毫米,宽度为20毫米)和粘接剂(Aron Alpha商品名,由Toagosei Chemical Industry Co.,Ltd.制造)固定四个点,即左上方和右上方点、左下方和右下方点,这四个点位于标记线之间(25毫米)以外,由此形成抓握区,以防止测定片在夹具中发生滑动。
固化产品的刚性模量:采用RTM-100张力测定机(由Toyo Baldwin KK制造),该张力测定机空气夹具之间的间隙定为25毫米,测定片抓握区设定成与夹具之间的间隙相适应,将测定样品以1毫米/分钟的速度拉伸,当拉伸2.5%时,测定应力,并且根据下列式子计算刚性模量:
刚性模量=(样品延伸2.5%处的应力)/0.025
另外需要说明的是,将该测定重复三次,其平均值示于表1中。
由断裂时标记线之间的长度计算延伸量,并且以50毫米/分钟的速度伸长样品。
上述表面张力、刚性模量和延伸量的测定条件是23℃和50%RH。
c)制造光纤元件时气泡量、传输损耗和拉出力的测试方法
<气泡量>
在放大倍数为100倍的光学显微镜下观察在上面2)中制得的十米长的光纤元件样品,以察看其中的气泡。当直径为50微米或更大的气泡数量为零时,将结果写成“◎”;当直径为50微米或更大的气泡的数量为1-20时,将结果写成“○”;当直径为50微米或更大的气泡的数量为21或更多时,将结果写成“×”。
<传输损耗>
当将150kgf的水压在上面2)中制得的长度为150米的光纤元件样品上施加5分钟时,当此时的光传输损耗值增加不到0.005dB/km时,将其写成“◎”;当该增加值超过0.005但低于0.010dB/km或更低时,将结果写成“○”;当该增加值大于0.010dB/km时,将结果写成“×”。
<拉出力试验>
将具有被树脂覆盖的中心张力丝的样品中部分树脂覆盖层剥去,从而制得如图2A中所示的样品;用如图2B中所示的张力测试机进行该测试,并且获取在10毫米/分钟拉伸速度下的张力。
正如从下表1中可以明显看出的是,对于对比实施例1的树脂组合物来说,表面张力较高,光纤元件生产试验中的气泡量较大,传输损耗值增加量较大,并且拉出力较低。与其相反,对于实施例1-3树脂组合物来说,其表面张力为30μn/m或更低,在光纤元件生产试验中的气泡量较小,传输损耗值的增加量得到有效抑制,并且拉出力也较高。更进一步地说,实施例1和2的树脂组合物在覆盖试验中效果良好(气泡量、传输损耗、和拉出力),并且固化产物的物理性能也较好。
在运动中,对于上述光纤元件样品,测试从内层元件固体材料中取出的光纤芯丝的操作性,实施例1至3的结果与对比实施例1的相同,即不比后者次。
表1
树脂组合物 |
实施例1 |
实施例2 |
实施例3 |
对比实施例1 |
P-1P-2D-1D-2D-3E-1E-2E-3A-1A-2A-3A-4S-1S-2S-3S-4(总量)表面张力(dyne/cm、23) |
62-2510-31-0.50.3-0.50.4--0.4(103.1)19.4 |
51-3610-3-10.5-0.30.5-0.10.50.5(102.4)23.5 |
51-2521-3--0.50.5-0.5--0.51(103.0)24.6 |
-100-1.5407----------(148.5)35.5 |
固化产物的物理性能 |
刚性模量(kg/mm2)延伸率(%) |
5.572 |
8.265 |
16.350 |
1.855 |
覆盖试验 |
元件的气泡量传输损耗拉出力(N/cm) |
◎◎30.0 |
◎◎24.2 |
○○26.3 |
××4.8 |
本发明的光纤芯丝粘接剂,即用于覆盖本发明的光纤的树脂组合物适用于作为光纤芯丝的覆盖物/粘接剂,这是因为它可以在将光纤元件的光纤芯丝扭曲同时将该材料填充并在其周围涂覆时它可以防止气泡留下,其固化后的操作性能良好,并且它与张力部件的粘接较好。
此外,举例来说,本发明的光纤元件可以适用于海底光缆中,这是因为该元件的张力部件的拉出力较高,留下的气泡较少,因而在压力下不会增加光传输损耗,并且其操作性能优异。
本发明已由具体的实施方案作了说明,但本发明不愿受说明书中任何细节的限制(除非另有说明),而是想要在权利要求书中所限定的构思和范围内构成更宽的发明。