DE60032149T2 - Strahlungshärtbare zusammensetzung mit gleichzeitiger verfärbung während des härtens - Google Patents

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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein optische Faserbeschichtungszusammensetzungen und insbesondere faseroptische Beschichtungszusammensetzungen, die ein Färbemittel enthalten.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Optische Glasfasern werden häufig mit zwei oder mehr einander übergelagerten strahlungsaushärtbaren Beschichtungen beschichtet, die zusammen eine primäre Beschichtung direkt nachdem die Glasfaser in einem Ofen durch Ziehen gebildet worden ist, bilden. Die Beschichtung, die die optische Glasfaser direkt kontaktiert, wird „innere primäre Beschichtung" genannt und eine darüberliegende Beschichtung wird „äußere primäre Beschichtung" genannt. In älteren Literaturangaben wurde die innere primäre Beschichtung oft einfach „primäre Beschichtung" und die äußere primäre Beschichtung wurde oft „sekundäre Beschichtung" genannt, aus Gründen der Klarheit ist die Industrie jedoch in den letzten Jahren von dieser Terminologie abgekommen. Innere primäre Beschichtungen sind weicher als äußere primäre Beschichtungen.
  • Einschichtige Beschichtungen („einzelne Beschichtungen") können ebenfalls zum Beschichten optischer Fasern verwendet werden. Einzige Beschichtungen weisen im Allgemeinen Eigenschaften (z.B. Härte) auf, die zwischen den Eigenschaften der weicheren innere primären und härteren äußeren primären Beschichtungen liegen.
  • Die relativ weiche innere primäre Beschichtung bietet einen Widerstand gegen das Mikrobiegen, das zum Reduzieren der Signalübertragungsfähigkeit der beschichteten optischen Faser führt und daher unerwünscht ist. Die härtere äußere primäre Beschichtung bietet einen Widerstand gegen Handhabungskräfte, wie diejenigen, denen man begegnet, wenn die beschichtete Faser zu Bändern und/oder Kabeln verarbeitet wird.
  • Optische Faserbeschichtungszusammensetzungen umfassen im Allgemeinen, gleichgültig, ob es sich um innere primäre Beschichtungen, äußere primäre Beschichtungen oder einzelne Beschichtungen handelt, vor dem Aushärten ein polyethylenisch ungesättigtes Monomer oder Oligomer, das in einem flüssigen, ethylenisch ungesättigten Medium und einem Fotoinitiator gelöst oder dispergiert ist. Typischerweise wird die Beschichtungszusammensetzung auf die optische Faser in flüssiger Form aufgebracht und dann aktinischer Strahlung ausgesetzt, um das Aushärten zu bewirken.
  • Zum Zwecke der Multikanalübertragung sind optische Fasergefüge verwendet worden, die mehrere beschichtete optische Fasern enthalten. Beispiele optischer Fasergefüge umfassen Bändergefüge und Kabel. Ein typisches Bändergefüge wird durch Miteinanderverbinden mehrerer parallel orientierter, einzeln beschichteter optischer Fasern mit einem Matrixmaterial hergestellt. Das Matrixmaterial hat die Funktion des Haltens der einzelnen optischen Fasern in gleicher Ausrichtung und des Schützens der Fasern während der Handhabung und Installation. Oft sind die Fasern in „streifenähnlichen" Bandstrukturen angeordnet, die eine im Allgemeinen flache, strangähnliche Struktur aufweisen, die im Allgemeinen etwa 2 bis 24 Fasern enthält. Je nach der Anwendung können mehrere Bändergefüge zu einem Kabel kombiniert werden, das mehrere bis etwa eintausend einzelne beschichtete optische Fasern aufweist. Ein Beispiel eines Bändergefüges ist in der veröffentlichten europäischen Patentanmeldung Nr. 194891 beschrieben. Mehrere Bändergefüge können in einem Kabel miteinander kombiniert werden, wie beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 4,906,067 offenbart ist.
  • Der Begriff „Bändergefüge" umfasst nicht nur das oben beschriebene streifenähnliche Bändergefüge, sondern auch optische Faserbündel. Optische Faserbündel können beispielsweise eine im Wesentlichen kreisförmige Anordnung aufweist, die mindestens eine mittlere Faser aufweist, die von mehreren anderen optischen Fasern umgeben ist. Als Alternative kann das Bündel Querschnittsgestalten wie beispielsweise rechteckige, trapezoide und dergleichen aufweisen.
  • Beschichtete optische Fasern, gleichgültig ob es sich um Glas handelt oder Kunststoff, wie er in letzter Zeit verwendet wird, für die Verwendung in optischen Fasergefügen, sind gewöhnlich farbig, um die Identifizierung der einzelnen beschichteten optischen Fasern zu erleichtern. Typischerweise sind optische Fasern mit einer äußeren farbigen Schicht, die Tintenbeschichtung genannt wird, beschichtet, oder alternativ wird ein Färbemittel der äußeren primären Beschichtung zugegeben, um die erwünschte Farbe zu verleihen.
  • Bisher ist die innere primäre Beschichtung nicht farbig gewesen. Färbemittel sind in die innere primäre Beschichtung nicht eingearbeitet worden aufgrund der Schwierigkeiten, eine richtige Aushärtung der inneren primären Beschichtung in Gegenwart der Pigmente zu erreichen, die im Allgemeinen im Stand der Technik zum Verleihen von Farbe an Tintenzusammensetzungen verwendet worden sind.
  • Beschichtungen auf Lösungsmittelbasis, Feststoffbasis und Pigmentbasis sind verwendet worden, um beschichteten optischen Fasern Farbe zu verleihen. Jedoch sind keine dieser Typen von Tintenbeschichtungen vollkommen zufriedenstellend.
  • Tintenbeschichtungen auf Lösungsmittelbasis sind nicht zufriedenstellend, weil Lösungsmittelemissionen Umweltbedenken verursachen. Ein weiterer Nachteil von Systemen auf Lösungsmittelbasis besteht darin, dass die Fertigstellungszeit durch die Geschwindigkeit begrenzt ist, mit der das Lösungsmittel entfernt werden kann. Die Lösungsmittelentfernungsgeschwindigkeit ist im Allgemeinen viel zu langsam für die Hochgeschwindigkeitsherstellung optischer Fasern. Färbesysteme auf der Basis von Feststoffen sind ebenfalls zu langsam.
  • Durch Ultraviolettstrahlung aushärtbare Tinten auf der Basis von Pigment sind beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 4,629,285 beschrieben worden. Tintenbeschichtungen auf der Basis von Pigment werden aus einem Pigment gebildet, das in einem durch UV aushärtbaren Trägersystem dispergiert ist. Das durch UV aushärtbare Trägersystem enthält ein UV-aushärtbares Oligomer oder Monomer, das vor dem Aushärten flüssig ist, um das Aufbringen der Tintenzusammensetzung auf die optische Faser zu erleichtern, und dann fest wird, nachdem es UV-Strahlung gegenüber ausgesetzt worden ist. Auf diese Weise kann die UV-aushärtbare Tintenzusammensetzung auf eine beschichtete optische Faser auf die gleiche Weise aufgebracht werden, wie die inneren primären und äußeren primären Beschichtungen aufgebracht werden.
  • Tintenbeschichtungen auf der Basis von Pigment sind nicht vollständig zufriedenstellend, weil die Pigmentteilchen dazu neigen, als innerer Reflektor zu wirken, was das Streuen der Aushärtungsstrahlung verursacht, und auch dazu neigen, aktinische Strahlung zu absorbieren. Dadurch wird die Strahlung daran gehindert, durch die gesamte Dicke der Beschichtung hindurchzudringen, wodurch die Aushärtungszeit verlängert oder das gründliche Aushärten eingeschränkt wird. Während Fotoinitiatoren, die Licht bei einer anderen Wellenlänge als das Polymer absorbieren, in Tintenbeschichtungen auf der Basis von Pigment verwendet worden sind, um ein gründliches Aushärten und die Aushärtungszeit zu verbessern, bleibt die Streuung immer noch problematisch.
  • Des Weiteren sind Tintenzusammensetzungen auf der Basis von Pigment nicht nützlich, um entweder der inneren primären Beschichtung oder Matrixmaterialien Farbe zu verleihen. Durch Einarbeiten von Pigmenten in die innere primäre Beschichtung kann der Glas- oder Kunststoffhohlleiter der beschichteten optischen Faser abgerieben werden. Matrixmaterialien sind dicker als die innere primäre Beschichtung oder die äußere primäre Beschichtung und Einschlüsse von Pigmenten in die Matrixmaterialien können das gründliche Aushärten der Matrixmaterialien beeinträchtigen.
  • Trotz der Anstrengungen des Stands der Technik, Materialien und Verfahren zum Verleihen von Farbe an beschichtete optische Fasern bereitzustellen, bleibt weiterhin ein Bedarf bestehen für ein Verfahren zum Erreichen der Farbe, die zum Erleichtern der Identifizierung der einzelnen beschichteten optischen Fasern oder anderer erwünschter Komponenten erforderlich ist, während die vielen verschiedenen erwünschten Erfordernisse, z.B. verbessertes Aushärten und bessere Aushärtungsgeschwindigkeiten und Vielseitigkeit der Anwendung erfüllt werden, während die erwünschten physikalischen Eigenschaften der verschiedenen angewendeten Beschichtungen immer noch erreicht werden. Es besteht auch weiterhin ein Bedarf für eine innere primäre Beschichtungszusammensetzung, die farbig ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine strahlungsaushärtbare faseroptische Beschichtungzusammensetzung, die ein Färbemittel (bevorzugt einen Farbstoff oder einen Farbstoffvorläufer) enthält, der mit der Faser der Faseroptik verträglich ist, wobei er dazu fähig ist, der beschichteten Faseroptik eine vorgewählte Farbe zu verleihen. Insbesondere ist die Erfindung zum Verleihen von Farbe einer inneren primären Beschichtung nützlich. Die strahlungsaushärtbare faseroptische Beschichtungszusammensetzung bietet ein verbessertes Aushärten und verbesserte Aushärtungsgeschwindigkeiten, während erwünschte Beschichtungscharakteristiken, insbesondere in Nass-auf-Nass-Systemen, immer noch erreicht werden. Die Verwendung der erfindungsgemäßen Beschichtungzusammensetzungen eliminiert die Notwendigkeit, dass eine Tinte auf eine beschichtete Faser aufgebracht wird und den damit verbundenen getrennten Betintungsschritt während der Herstellung der Faser. Das vollständige Aushärten der inneren primären Beschichtung kann auf das Aussetzen der inneren primären Beschichtung einer ersten Lampe gegenüber hin entweder in einem Nass-auf-Trocken- oder einem Nass-auf-Nass-System erreicht werden.
  • Die vorliegende Erfindung bietet eine Beschichtungszusammensetzung umfassend einen Farbstoff oder Farbstoffvorläufer, der eine reaktive Verbindung ist; bevorzugt ist der Farbstoff oder der Farbstoffvorläufer UV-aushärtbar und ist in einer ausgehärteten polymeren Beschichtung chemisch gebunden.
  • GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung kann zum Verleihen von Farbe an Beschichtungen, die typischerweise zum Beschichten optischer Wellenleiter verwendet werden, wie beispielsweise der inneren primären Beschichtung, der äußeren primären Beschichtung oder einzelner Beschichtungen oder Matrixmaterialien, die zum Bilden von Bändergefügen verwendet werden. Die Beschichtungszusammensetzung kann auch als unabhängige Tintenzusammensetzung verwendet werden, die auf vorgefertigte Faseroptiken aufgebracht werden sollen, wie beispielsweise als Ersatz für Tintenzusammensetzungen auf der Basis von Pigment. Dementsprechend liegt ein Vorteil des Verwendens von Farbstoffen, wie hier beschrieben, darin, dass Tinten nicht zum Farbkodieren von Fasern benötigt werden, wie es bisher der Fall gewesen ist. Die Beschichtungszusammensetzung kann bei Glaswellenleitern oder Kunststoffwellenleitern verwendet werden.
  • In der herkömmlichen Praxis ist ein Fotoinitiator für eine UV-Aushärtung erforderlich. Die Verwendung eines Fotoinitiators in der erfindungsgemäßen Zusammensetzung wird bevorzugt, um die erwünschte Aushärtungsgeschwindigkeit zu erreichen. Die erfindungsgemäße Beschichtungszusammensetzung ist bei allen strahlungsaushärtbaren, optischen Faserbeschichtungszusammensetzungen anwendbar, gleichgültig, ob sie zum Beschichten von Glas- oder Kunststoffwellenleitern verwendet werden.
  • Optische Faserbeschichtungen, wie sie hier verwendet werden, bedeutet irgendeine Zusammensetzung, die zum Bedecken optischer Wellenleiter verwendet wird. Optische Faserbeschichtungen, wie sie im Stand der Technik bekannt sind, umfassen innere primäre Beschichtungen, äußere primäre Beschichtungen, einzelne Beschichtungen, Pufferbeschichtungen und Matrixmaterialien. Optische Faserbeschichtungen sind typischerweise strahlungsaushärtbare Zusammensetzungen, die ein oder mehrere strahlungsaushärtbare Oligomere oder Monomere enthalten, die mindestens eine funktionelle Gruppe aufweisen, die der Polymerisation fähig ist, wenn sie aktinischer Strahlung ausgesetzt wird. Geeignete strahlungsaushärtbare Oligomere oder Monomere sind heutzutage allgemein bekannt und liegen innerhalb der Fähigkeit des Stands der Technik. Außerdem enthalten optische Faserbeschichtungen typischerweise mindestens ein reaktives Verdünnungsmittel, das auch mindestens eine funktionelle Gruppe umfasst, die der Polymerisation fähig ist, wenn sie aktinischer Strahlung ausgesetzt wird. wie im Stand der Technik bekannt ist, enthalten optische Faserbeschichtungen verschiedene Typen von Materialien, die variiert werden können, um Leistungscharakteristiken je nach der Funktion der Beschichtungszusammensetzung, wie oben beschrieben, zu erreichen.
  • Beispiele geeigneter strahlungsaushärtbarer Zusammensetzungen, die auf verschiedene Weise zum Bilden der oben beschriebenen Beschichtungszusammensetzungen verwendet werden können, umfassen diejenigen, die beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 4,624,994, 4,682,851, 4,782,129, 4,794,133, 4,806,574, 4,849,462, 5,219,896 und 5,336,563 offenbart sind.
  • Allgemein ist die verwendete strahlungsaushärtbare Funktionalität eine ethylenische Ungesättigtheit, die durch Radikalpolymerisation oder kationische Polymerisation polymerisiert werden kann. Spezifische Beispiele geeigneter ethylenischer Ungesättigtheiten sind Gruppen, die Acrylat, Methacrylat, Styrol, Vinylether, Vinylester, N-substituiertes Acrylamid, N-Vinylamid, Maleatester und Fumaratester enthalten. Bevorzugt wird die ethylenische Ungesättigtheit durch eine Gruppe bereitgestellt, die eine Acrylat-, Methacrylat-, N-Vinyl- oder Styrolfunktionalität enthält.
  • Ein anderer Typ Funktionalität, der allgemein verwendet wird, wird beispielsweise durch Epoxygruppen oder Thiolen- oder Aminensysteme bereitgestellt. Epoxygruppen können durch kationische Polymerisation polymerisiert werden, während die Thiolen- und Aminensysteme gewöhnlich durch Radikalpolymerisation polymerisiert werden. Die Epoxygruppen können beispielsweise homopolymerisiert sein. Bei den Thiolen- und Aminensystemen kann die Polymerisation beispielsweise zwischen einer Gruppe stattfinden, die ein tertiäres Amin oder Thiol enthält.
  • Die faseroptischen strahlungsaushärtbaren Zusammensetzungen können auch ein reaktives Verdünnungsmittel enthalten, das zum Einstellen der Viskosität verwendet wird. Das reaktive Verdünnungsmittel kann ein Monomer niedriger Viskosität mit mindestens einer funktionellen Gruppe sein, die der Polymerisation fähig ist, wenn sie aktinischer Strahlung ausgesetzt wird. Diese funktionelle Gruppe kann gleicher Natur sein wie diejenige, die in dem strahlungsaushärtbaren Monomer oder Oligomer verwendet wird. Bevorzugt ist die funktionelle Gruppe, die in dem reaktiven Verdünnungsmittel vorliegt, dazu fähig, sich mit der strahlungsaushärtbaren funktionellen Gruppe zu copolymerisieren, die an dem strahlungsaushärtbaren Monomer oder Oligomer vorliegt.
  • Noch bevorzugter bildet die strahlungsaushärtbare funktionelle Gruppe während des Aushärtens freie Radikale, die mit den freien Radikalen reagieren können, die an der Oberfläche der oberflächenbehandelten optischen Faser gebildet werden.
  • Beispielsweise kann das reaktive Verdünnungsmittel ein Monomer oder eine Mischung von Monomeren sein, die eine Acrylat- oder Vinyletherfunktionalität und einen C4-C20-Alkyl- oder Polyetheranteil aufweisen. Spezifische Beispiele derartiger reaktiver Verdünnungsmittel umfassen:
    Hexylacrylat,
    2-Ethylhexylacrylat,
    Isobornylacrylat,
    Decylacrylat,
    Laurylacrylat,
    Stearylacrylat,
    2-Ethoxyethoxyethylacrylat,
    Laurylvinylether,
    2-Ethylhexylvinylether,
    V-Vinylformamid,
    Isodecylacrylat,
    Isooctylacrylat,
    Vinylcaprolactam,
    N-Vinylpyrrolidon,
    Acrylamide
    und dergleichen.
  • Ein anderer Typ reaktives Verdünnungsmittel, der verwendet werden kann, ist eine Verbindung, die eine aromatische Gruppe aufweist. Spezifische Beispiele reaktiver Verdünnungsmittel, die eine aromatische Gruppe aufweisen, umfassen:
    Ethylenglykolphenyletheracrylat,
    Polyethylenglykolphenyletheracrylat,
    Polypropylenglykolphenyletheracrylat und
    alkylsubstituierte Phenylderivate der obigen Monomere wie beispielsweise
    Polyethylenglykolnonylphenyletheracrylat.
  • Das reaktive Verdünnungsmittel kann auch ein Verdünnungsmittel umfassen, das zwei oder mehr funktionelle Gruppen aufweist, die der Polymerisation fähig sind. Spezifische Beispiele derartiger Monomere umfassen:
    C2-C18-Kohlenwasserstoffdiolacrylate,
    C4-C18-Kohlenwasserstoffdivinylether,
    C3-C18-Kohlenwasserstofftriacrylate und die Polyetheranaloge derselben und dergleichen, wie
    1,6-Hexandioldiacrylat,
    Trimethylolpropantriacrylat,
    Hexandioldivinylether,
    Triethylenglykoldiacrylat,
    Pentaerythrittriacrylat,
    ethoxyliertes Bisphenol-A-Diacrylat und
    Tripropylenglykoldiacrylat.
  • Wenn die strahlungsaushärtbare funktionelle Gruppe des strahlungsaushärtbaren Monomers oder Oligomers eine Epoxygruppe ist, so kann bzw. können beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Verbindungen als reaktives Verdünnungsmittel verwendet werden:
    Epoxycyclohexan,
    Phenylepoxyethan,
    1,2-Epoxy-4-vinylcyclohexan,
    Glycidylacrylat,
    1,2-Epoxy-4-epoxyethylcyclohexan,
    Diglycidylether von Polyethylenglykol,
    Diglycidylether von Bisphenol-A,
    und dergleichen.
  • Wenn die strahlungsaushärtbare funktionelle Gruppe des strahlungsaushärtbaren Monomers oder Oligomers ein Aminen- oder Thiolensystem aufweist, so können Beispiele reaktiver Verdünnungsmittel, die eine allele Ungesättigtheit aufweisen und verwendet werden können, Folgende umfassen:
    Diallylphthalat,
    Triallyltrimellitat,
    Triallylcyanurat,
    Triallylisocyanurat und
    Diallylisophthalat.
  • Für Aminensysteme umfassen aminfunktionelle Verdünnungsmittel, die verwendet werden können, beispielsweise:
    das Addukt von Trimethylolpropan, Isophorondiisocyanat und Di(m)ethylethanolamin,
    das Addukt von Hexandiol, Isophorondiisocyanat und Dipropylethanolamin und
    das Addukt von Trimethylolpropan, Trimethylhexamethylendiisocyanat und Di(m)ethylethanolamin.
  • Andere Zusatzmittel, die in der Beschichtungszusammensetzung verwendet werden können, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Katalysatoren, Schmiermittel, Benetzungsmittel, Antioxidationsmittel und Stabilisatoren. Die Auswahl und Verwendung derartiger Zusatzmittel liegt innerhalb der Fähigkeit des Stands der Technik.
  • Einzelne Beschichtungen können ebenfalls verwendet werden. Beispielhafte einzelne Beschichtungen sind beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 4,932,750 offenbart. Einzelne Beschichtungen, wie innere primäre Beschichtungen, umfassen im Allgemeinen Oligomer, reaktives Verdünnungsmittel und wahlweise Fotoinitiator und Zusatzmittel. Herkömmliche äußere primäre Beschichtungen können bei der praktischen Anwendung dieser Erfindung, wie beispielsweise in der US-Patentschrift Nr. 4,472,019 offenbart, verwendet werden. Im Allgemeinen umfassen die Beschichtungszusammensetzungen mindestens ein Oligomer, mindestens ein Verdünnungsmittel und mindestens einen radikalbildenden Fotoinitiator. Mit Bezug auf die gesamten Beschichtungszusammensetzungen beträgt die übliche Menge Oligomer 20-80 Gew.-%, bevorzugt 30-70 Gew.-%; die Menge an Verdünnungsmittel beträgt im Allgemeinen 15-75 Gew.-%, bevorzugt 20-70 Gew.-%, die Menge an radikalbildendem Fotoinitiator beträgt gewöhnlich 0,5-20 Gew.-%, bevorzugt 1-10 Gew.-%.
  • Die innere primäre Zusammensetzung kann einen Adhäsionsbeschleuniger enthalten, der Glasbindungsgruppen aufweist, die dazu fähig sind, sich unter den Aushärtungsbedingungen an optische Glasfasern zu binden zum spezifischen Aufbringen der inneren primären Zusammensetzung auf die optische Glasfaser wie beispielsweise den in der US-Patentschrift Nr. 5,812,725 beschriebenen Adhäsionsbeschleunigern. Derartige innere primäre Beschichtungszusammensetzungen, die Adhäsionsbeschleuniger enthalten, können bei dieser Erfindung verwendet werden, die Verwendung eines Adhäsionsbeschleunigers ist jedoch eventuell unnötig.
  • Bändergefüge sind heute im Stand der Technik allgemein bekannt und ein mit dem Stand der Technik vertrauter Fachmann wird ohne Weiteres dazu fähig sein, die hier gebotene Offenbarung zum Herstellen eines neuartigen Bändergefüges zu verwenden, das mindestens eine der erfindungsgemäßen verbesserten beschichteten optischen Fasern für die erwünschte Anwendung enthält. Das neuartige Bändergefüge, das erfindungsgemäß hergestellt wird, kann in Telekommunikationssystemen verwendet werden. Derartige Telekommunikationssysteme enthalten typischerweise Bändergefüge, die optische Fasern, Transmitter, Empfänger und Schalter enthalten. Das Bändergefüge, das die erfindungsgemäße beschichtete optische Faser enthält, bildet die grundlegenden Verbindungseinheiten von Telekommunikationssystemen. Das Bändergefüge kann in der Erde vergraben oder unter Wasser für Fernübertragungsverbindungen, wie zwischen Städten, verlegt werden. Das Bädergefüge kann auch zum Anschließen direkt an Wohnhäuser verwendet werden.
  • Das neuartige Bändergefüge, das erfindungsgemäß hergestellt wird, kann auch in Kabelfernsehsystemen verwendet werden. Derartige Kabelfernsehsysteme enthalten typischerweise Bändergefüge, die optische Fasern, Transmitter, Empfänger und Schalter enthalten. Das Bändergefüge, das die erfindungsgemäßen beschichteten optischen Fasern enthält, bildet die grundlegenden Verbindungseinheiten von Kabelfernsehsystemen. Das Bändergefüge kann in der Erde vergraben oder unter Wasser für Fernübertragungsverbindungen, wie zwischen Städten, verlegt werden. Das Bändergefüge kann auch zum Anschließen direkt an Wohnhäuser verwendet werden.
  • Es hat sich erwiesen, dass eine gute Farbe mit langer Nutzungsdauer wünschenswert ist zum Schützen des Farbstoffs in der primären Beschichtung während des Aushärtens, während eine gute thermische oder oxidative Beständigkeit der inneren primären Beschichtung und/oder der äußeren primären Beschichtung beibehalten wird. Dementsprechend wird ein stabilisiertes Paket bevorzugt angewendet. Der Schutz der farbstoffhaltigen inneren primären Beschichtung kann auf alternative Arten erfolgen. Beispielsweise kann die ungehärtete innere primäre Beschichtungszusammensetzung selbst das Stabilisatorpaket enthalten, oder die äußere primäre Beschichtungszusammensetzung kann das Stabilisatorpakt enthalten, oder sowohl die innere primäre Beschichtung als auch die äußere primäre Beschichtung können das Stabilisatorpaket enthalten. Das Einarbeiten des Lichtstabilisatorpakets in die äußere primäre Beschichtung bewirkt funktionsmäßig das Schützen der inneren primären Beschichtung und wird vorgezogen.
  • Das Stabilisatorpaket enthält mindestens ein Antioxidationsmittel, wahlweise mindestens ein zweites Antioxidationsmittel und mindestens einen UV-Licht-Stabilisator und/oder ein UV-Absorptionsmittel in Mengen, die ausreichen, um den Farbstoff und die Beschichtung in den ausgehärteten Zusammensetzungen zu schützen, während eine gute thermische oder oxidative Beständigkeit beibehalten wird. Die Menge jeder der Verbindungen des Stabilisatorpakets der bei der vorliegenden Erfindung benutzten Kombination ist nicht im engen Sinne kritisch und kann ohne Weiteres durch den Fachmann bestimmt werden, der mit dem Stand der Technik der vorliegenden Offenbarung vertraut ist. Im Allgemeinen liegt die Menge an Antioxidationsmittel, zweitem Antioxidationsmittel, falls vorhanden, und UV-Licht-Stabilisator und/oder UV-Licht-Absorptionsmittel im Bereich von beispielsweise etwa 0,01 Gew.-% bis etwa 7,0 Gew.-% und bevorzugt etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 1,5 Gew.-%.
  • Im Allgemeinen werden Antioxidationsmittel in die Beschichtungszusammensetzung eingearbeitet, um mit freien Radikalen zu reagieren, um die Zerstörung des Farbstoffs und der Beschichtung zu minimieren oder sogar zu verhindern. Antioxidationsmittel, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen beispielsweise sekundäre Amine und Derivate von Phenol und gehinderten Phenolen.
  • Beispiele von Antioxidationsmitteln, die verwendet werden können, umfassen:
    Thiodiethylenbis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxy)hydrocinnamat,
    Triethylenglykolbis(3,3(-tert-butyl-4-hydroxy-5-methylphenyl)propionat),
    2,2'-Thiodiethylbis-(3,5-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenylpropionat),
    N,N'-Diphenyl-p-phenylendiamin,
    Phenyl-β-naphthylamin,
    2,6-Di-tert-butyl-p-cresol,
    2,2'-Methylenbis(4-methyl-6-tert-butylphenol),
    4,4-Thiobis(3-methyl-6-5-butylphenol),
    Octadecyl-3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamat,
    Octadecyl-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)propionat,
    1,1,3-Tris(2-methyl-4-hydroxy-5-tert-butylphenyl)butan,
    1,3,5-Trimethyl-2,4,6-tris(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzyl)benzol,
    Tetrakismethylen(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxycinnamat),
    Tetrakis[methylen-3-(3',5'-di-tert-butyl-4'-hydroxyphenylpropionat]methan.
  • Bevorzugte Antioxidationsmittel sind gehinderte Phenole.
  • Das Hindern der Phenolhydroxylgruppe mit mindestens einer Massenalkylgruppe in ortho-Stellung wird für eine hohe Antioxidationsmittelaktivität bevorzugt. Ein bevorzugter Typ Antioxidationsmittel für strahlungsaushärtbare Beschichtungszusammensetzungen ist ein Thiodiethylencinnamatderivat, spezifisch Thiodiethylenbis(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyhydrocinnamat), das im Handel als Irganox 1035 von Ciba Geigy erhältlich ist. Das Antioxidationsmittel kann beispielsweise in der ungehärteten inneren primären oder äußeren primären Beschichtungszusammensetzung in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 4 Gew.-% vorliegen.
  • Sekundäre Antioxidationsmittel, die in dem erfindungsgemäßen Stabilisatorpaket verwendet werden können, umfassen beispielsweise aliphatische Thiole, Disulfide und Phosphite. Das sekundäre Antioxidationsmittel kann in der ungehärteten Beschichtungszusammensetzung beispielsweise in einer Menge von etwa 0,1 Gew.-% bis etwa 3 Gew.-% vorliegen.
  • Sekundäre Antioxidationsmittel, die in dem Stabilisatorpaket verwendet werden können, umfassen beispielsweise:
    Distearylpentaerythritdiphosphit,
    Isodecyldiphenylphosphit,
    Diisodecylphenylphosphit,
    Tris(2,4,-di-tert-butylphenyl)phosphit,
    Dilauryl-β,β-thiodipropionat,
    β-Naphthyldisulfid,
    Thiol-β-Naphthol,
    2-Mercaptobenzothiazol,
    Benzothiazyldisulfid,
    Phenothiazin,
    Tris(p-nonylphenyl)phosphit,
    Zinkdimethyldithiocarbamat.
  • Gehinderte Aminlichtstabilisatoren (HALS) sind sehr effektive Inhibitoren der Fotooxidation von Polymeren und sind für die Verwendung in dem Stabilisatorpaket geeignet. Anders als UV-Absorptionsmittel stören HALS die UV-Strahlung bei Frequenzen, die für Polymere destruktiv sind, nicht. Von einigen HALS-Zusatzmitteln ist gezeigt worden, dass sie basischer sind als für die Verwendung in optischen Faserbeschichtungszusammensetzungen wünschenswert ist. Dementsprechend wird es vorgezogen, HALS-Zusatzmittel für optische Faserbeschichtungszusammensetzungen auszuwählen, die weniger basischer Natur sind. Es werden gehinderte Piperidine bevorzugt.
  • Beispiele gehinderter Aminlichtstabilisatoren, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen:
    Bis(2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacat,
    Bis(1-octyloxy-2,2,6,6-tetramethyl-4-piperidinyl)sebacat,
    Dimethylsuccinatpolymer mit 4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinethanol,
    polymeres gehindertes Amin (Cyasorb UV-3853S).
  • Beispiele von UV-Lichtabsorptionsmitteln, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen Benzophenone und Benzotriazole. Noch spezifischer umfassen UV-Lichtabsorptionsmittel, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, beispielsweise:
    2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon,
    2-Hydroxy-4-methoxybenzophenon-5-sulfonsäure,
    2-Hydroxy-4-n-octoxybenzophenon,
    2,4-Dihydroxybenzophenon,
    2-Hydroxy-4-n-dodecyloxybenzophenon,
    2-(2'-Hydroxy-3'-tert-butyl-5'methylphenyl)-5-chlorbenzotriazol,
    2-(2'-Hydroxy-3',5'-ditert-butylphenyl)-5-chlorbenzotriazol,
    2-(2'-Hydroxy-5'-methylphenyl)benzotriazol.
  • Die Kombination erfindungsgemäßer Antioxidationsmittel, sekundärer Antioxidationsmittel und von UV-Lichtstabilisatoren und/oder UV-Absorptionsmitteln verzögert das normalerweise zu erwartende Fortschreiten des Vergilbens einer ausgehärteten optischen Faserbeschichtung, während sehr gute thermische oder oxidative Eigenschaften beibehalten werden. Die Beständigkeit der Nachaushärtung der Zusammensetzung, die durch die Kombination von Antioxidationsmitteln und von UV-Lichtstabilisatoren und/oder UV-Absorptionsmitteln geboten wird, ist zum Schützen der Farbe der inneren primären Beschichtung äußerst vorteilhaft.
  • So führt das Einschließen der Kombination von Antioxidationsmitteln, sekundären Antioxidationsmitteln und UV-Lichtstabilisatoren und/oder UV-Lichtabsorptionsmitteln in eine strahlungsaushärtbare Beschichtungszusammensetzung zur Reduzierung der Verfärbung der Beschichtung, die durch längeres Aussetzen fluoreszierendem oder Ultraviolett-Licht gegenüber hervorgerufen wird.
  • Mit dem Stand der Technik vertraute Fachleute werden sich auch im Klaren darüber sein, dass die Funktion eines oder mehrerer der Antioxidationsmittel, sekundären Antioxidationsmitteln und UV-Lichtstabilisatoren und/oder UV-Absorptionsmitteln in einer Verbindung kombiniert werden kann. Beispielsweise, und nicht darauf beschränkt, ist eine Kombination von Lichtstabilisator und UV- Absorptionsmittel Propandionsäure[(4-methoxyphenyl)methylen]-, bis(1,2,2,6,6-pentamethyl-4-piperidinyl)ester (CAS-Nummer 147783-69-5).
  • Die Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer, die in den erfindungsgemäßen strahlungsaushärtbaren Beschichtungen nützlich sind, können reaktive Verbindungen sein. Bevorzugt ist der reaktive Farbstoff oder Farbstoffvorläufer selbst UV-aushärtbar und wird in der ausgehärteten polymeren Beschichtung chemisch gebunden. Reaktive Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer werden vorteilhaft zum Verleihen von Farbe bei Beschichtungszusammensetzungen anstatt von Pigmenten verwendet, um Bedenken zu vermeiden, die mit der Pigmentteilchengröße, Pigmentdispersion und dergleichen, wenn Pigmente verwendet werden, verbunden sind. Reaktive Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer bieten auch Beschichtungen, in denen die Farbstoffmigration reduziert ist, wobei die Farbstoffagglomeration in der ausgehärteten fertigen Beschichtung minimiert wird. Reaktive Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer reduzieren auch den Ausbruch oder die Extrahierbarkeit von Farbstoff in der ausgehärteten, fertigen Beschichtung. Die reaktiven Farbstoffe können vorteilhafterweise in irgendeine oder mehrere einer inneren primären Beschichtung, einer äußeren primären Beschichtung, einer Tintenzusammensetzung, einer Pufferbeschichtung, einer einzigen Beschichtung und von Matrixmaterialien eingearbeitet werden. Die Verwendung der reaktiven Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer in Beschichtungen für optische Fasern, die in „losen Röhren-"Anwendungen verwendet werden, ist besonders wünschenswert, da die reaktiven Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer durch die aliphatischen Öle und/oder Gele, die allgemein zum Abpolstern der optischen Fasern bei derartigen Anwendungen verwendet werden, nicht aus der Beschichtung herausgelaugt werden.
  • Die reaktiven Farbstoffe und Farbstoffvorläufer können durch Reagieren einer verknüpfenden Verbindung, die eine strahlungsaushärtbare Funktionalität umfasst, mit einem Farbstoff oder Farbstoffvorläufer hergestellt werden. Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer, die eine reaktive Funktionalität aufweisen, die nicht Teil des Chromophors ist, oder die chemisch so modifiziert werden können, dass sie eine reaktive Funktionalität enthalten, ohne das Chromophor zu beeinflussen, können zur Bildung der reaktiven Farbstoffe und Farbstoffvorläufer verwendet werden. Ähnliche Gesichtspunkte treffen auf farblose Farbstoffe zu, die auf das Aussetzen Ultraviolettstrahlung während der Aushärtung hin auf eine Farbe übergehen.
  • Die reaktive Funktionalität im Farbstoff oder Farbstoffvorläufer kann irgendeine Gruppe sein, die dazu fähig ist, mit einer verknüpfenden Gruppe zu reagieren, die zum Herstellen der reaktiven Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer verwendet wird. Veranschaulichend für reaktive Funktionalitäten, die in Farbstoffen oder Farbstoffvorläufern aufzufinden sind oder dazugegeben werden können, umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Hydroxyl, Amino, einschließlich sekundäres Amino, Thiol, Carboxyl, Mercapto, Vinyl, Acryl, Epoxy, Carbamat oder dergleichen. Irgendwelche der hier beschriebenen Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer können als Chromophor verwendet werden.
  • Wünschenswerterweise umfasst die Verknüpfungsverbindung eine strahlungsaushärtbare Funktionalität und eine zweite Funktionalität, die in der Lage ist, mit der reaktiven Funktionalität des Farbstoffs oder Farbstoffvorläufers zu reagieren. Bevorzugt ist die strahlungsaushärtbare Funktionalität der Verknüpfungsgruppe eine ethylenische Ungesättigtheit, die durch Radikalpolymerisation oder kationische Polymerisation polymerisiert werden kann.
  • Beispielsweise sind geeignete Verbindungen, die eine ethylenische Ungesättigtheit enthalten, Acrylate, Methacrylate, Styrol, Vinylether, Vinylester, N-substituiertes Acrylamid, N-Vinylamid, Maleatester, Fumaratester und dergleichen. Andere Typen von Verbindungen, die zum Bilden der reaktiven Farbstoffe oder Farbstoffvorläufer verwendet werden können, sind Verbindungen, die mindestens eine einer Epoxygruppe, eines Thiolens oder eines Aminens, wie hier in weiteren Einzelheiten beschrieben, umfassen.
  • Die Viskosität der flüssigen aushärtbaren erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung liegt gewöhnlich im Bereich von 200 bis 20.000 cP und bevorzugt von 2.000 bis 15.000 cP.
  • Die erfindungsgemäßen strahlungsaushärtbaren Zusammensetzungen können derart formuliert werden, dass die Zusammensetzung nach der Aushärtung einen Modul aufweist, der so niedrig wie bei 0,1 MPa und so hoch wie bei 2.000 MPa oder mehr liegt. Diejenigen, die einen Modul im unteren Bereich, beispielsweise von 0,1 bis 10 MPa, bevorzugt 0,1 bis 5 MPa und noch bevorzugter 0,5 bis weniger als 3 MPa aufweisen, sind typischerweise für innere primäre Beschichtungen für Faseroptiken geeignet. Im Gegensatz dazu weisen geeignete Zusammensetzungen für äußere primäre Beschichtungen, Tinten und Matrixmaterialien im Allgemeinen einen Modul von über 50 MPa auf, wobei die äußeren primären Beschichtungen dazu neigen, einen Modul von noch spezifischer über 100 bis zu 1.000 MPa aufzuweisen und die Matrixmaterialien dazu neigen, noch spezifischer zwischen etwa 50 MPa und etwa 200 MPa im Falle weicher Matrixmaterialien und zwischen 200 und etwa 1500 MPA im Falle von harten Matrixmaterialien zu liegen. Die erfindungsgemäße strahlungsaushärtbare Zusammensetzung kann derart formuliert werden, dass die Zusammensetzung nach dem Aushärten eine Tg zwischen -70°C und 30°C aufweist. Die Tg wird als Spitzen-tan- Delta in einer DMA-Kurve bei einer Dehnung von 2,5 % gemessen.
  • Die Dehnung und Zugfestigkeit dieser Materialien kann auch je nach den Konstruktionskriterien für eine spezifische Anwendung optimiert werden. Für ausgehärtete Beschichtungen, die aus strahlungsaushärtbaren Zusammensetzungen gebildet werden, die zur Verwendung als innere primäre Beschichtungen auf optischen Fasern formuliert werden, beträgt die Bruchdehnung typischerweise mehr als 80 %, noch bevorzugter beträgt die Bruchdehnung mindestens 110 %, noch bevorzugter mindestens 150 %, jedoch nicht typischerweise mehr als 400 %. Für Beschichtungen, die für äußere primäre Beschichtungen, Tinten und Matrixmaterial formuliert werden, liegt die Bruchdehnung typischerweise zwischen 10 % und 100 % und bevorzugt über 30 %.
  • Die Glasübergangstemperatur (Tg), als Spitzen-tan-Delta durch dynamisch-mechanische Analyse (DMA) gemessen, kann je nach den spezifischen Gesichtspunkten der Anwendung optimiert werden. Die Glasübergangstemperatur kann 10°C bis hinunter zu -70°C oder weniger, noch bevorzugter weniger als 0°C bei Beschichtungen, die zur Verwendung als innere primäre Beschichtungen formuliert werden, und 10°C bis 120°C oder mehr, noch bevorzugter mehr als 30°C bei Beschichtungen, die zur Verwendung als äußere primäre Beschichtungen, Tinten und Matrixmaterialien konstruiert werden, betragen.
  • Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen weisen bevorzugt eine Aushärtungsgeschwindigkeit von 1,0 J/cm2 (bei 95 % des maximal erreichbaren Moduls) auf. Bei einer äußeren primären Beschichtung, Tinte oder einem äußeren primären Matrixmaterial liegt die Aushärtungsgeschwindigkeit bevorzugt bei etwa 0,5 J/cm2 oder weniger (bei einem maximal erreichbaren Modul von 95 %) und noch bevorzugter bei etwa 0,3 J/cm2 oder weniger und sogar noch bevorzugter bei etwa 0,2 J/cm2 oder weniger.
  • Die Erfindung wird durch folgende Beispiele noch weiter erklärt, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Beispiel 1
  • Dieses Beispiel veranschaulicht die Herstellung eines reaktiven Farbstoffs. Der Farbstoff wurde durch Zugeben einer Acrylatgruppe zum Farbstoff hergestellt.
  • Isophorondiisocyanat (17,12 g), BHT (0,05 g) und Dibutylzinndilaurat (0,05 g) wurden in einen Kolben eingegeben, der mit Luft ausgespült und zum Lösen von Feststoffen gerührt wurde. Hydroxyethylacrylat (8,92 g) wurde tropfenweise hinzugegeben, während die Temperatur unter etwa 40°C gehalten wurde und der NCO-Gehalt kontrolliert wurde. Reactint Red X64 (53,86 g), das im Handel von Milliken Research Corporation erhältlich ist, wurde auf einmal in den Kolben eingegeben, um den reaktiven Farbstoff zu bilden, während die Temperatur bei unter 80°C gehalten wurde. Daraufhin wurde Hexandioldiacrylat (20,00 g) hinzugegeben, um die Viskosität des reaktiven Farbstoffs zu reduzieren.
  • Beispiel 2
  • Durch Aceton extrahierbare Substanzen für eine Farbbeschichtung, die unter Anwendung von rotem reaktivem Farbstoff hergestellt wurde, wurden mit durch Aceton extrahierbaren Substanzen bei einer Farbbeschichtung miteinander verglichen, die unter Anwendung von nichtreaktivem rotem Farbstoff hergestellt wurde. Jeder Farbstofftyp wurde einer herkömmlichen strahlungsaushärtbaren sekundären Beschichtungszusammensetzung zugegeben, die ein Urethanacrylatoligomer, acrylierte Verdünnungsmittel und Fotoinitiatoren umfasste.
  • Die farbigen Beschichtungen wurden auf Glas heruntergezogen, bei 1 J/cm2, N2, D-Lampe in einer Dicke von 6 mil ausgehärtet und in drei Quadrate von 1 ½ Zoll × 1 ½ Zoll zugeschnitten. Die Beschichtungen wurden 2 ½ Stunden lang bei 60°C getrocknet und dann in einen Exsikkator eingegeben, um Trockenheit zu garantieren. Die Proben wurden dann mit 100 ml Aceton 24 Stunden lang bei Raumtemperatur (23-24°C) extrahiert. Die mit Aceton extrahierbaren Substanzen für die Beschichtung, die mit dem reaktiven Farbstoff hergestellt wurde, betrugen etwa 0,66 %, während die mit Aceton extrahierbaren Substanzen für die Beschichtung, die mit dem nichtreaktiven Farbstoff hergestellt wurde, etwa 2,51 % betrugen.

Claims (7)

  1. Strahlungsaushärtbare faseroptische Beschichtungszusammensetzung für ein Teil ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einer inneren primären Beschichtung, einer äußeren primären Beschichtung, einer einfachen Beschichtung, einer Pufferzusammensetzung, einer Tintenzusammensetzung und Matrixmaterialien, die im unausgehärteten Zustand Folgendes umfasst: mindestens ein Monomer oder Oligomer, das eine strahlungsaushärtbare funktionelle Gruppe aufweist, die in Gegenwart aktinischer Strahlung freie Radikale bilden kann, einen Photoinitiator für das Monomer oder Oligomer, der in einer Menge vorliegt, die ausreicht, um die Strahlungsaushärtung des Monomers oder Oligomers zu bewirken, und ein Färbemittel, wobei das Färbemittel mindestens einen reaktiven Farbstoff oder Farbstoffvorläufer umfasst und der Farbstoff oder Farbstoffvorläufer eine ethylenische Ungesättigtheit einschließt.
  2. Faseroptische Beschichtungszusammensetzung nach Anspruch 1, wobei der reaktive Farbstoff oder Farbstoffvorläufer aus der Gruppe ausgewählt ist bestehend aus Polymethinfarbstoffen, Diarylmethinfarbstoffen, Triarylmethinfarbstoffen, Azaanalogen von Diarylmethinfarbstoffen, Aza(18)annulenen, Nitrofarbstoffen, Nitrosofarbstoffen, Azofarbstoffen, Anthrachinonfarbstoffen und Schwefelfarbstoffen.
  3. Faseroptische Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-2, wobei die ethylenische Ungesättigtheit aus einem Acrylat oder Methacrylat besteht.
  4. Faseroptische Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Beschichtungsszusammensetzung eine innere primäre Beschichtungszusammensetzung ist.
  5. Faseroptische Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Beschichtungszusammensetzung eine äußere primäre Zusammensetzung ist.
  6. Faseroptische Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-3, wobei die Beschichtungszusammensetzung ein Matrixmaterial ist.
  7. Optische Faser beschichtet mit der Beschichtungszusammensetzung nach einem der Ansprüche 1-6.
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