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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine härtbare, hinsichtlich der Gelbeständigkeit
und Wasserbeständigkeit
herausragende Harzzusammensetzung, die zweckmäßigerweise als Beschichtungsmaterial
für optische
Fasern, optische Faserbänder
und dergleichen verwendet wird, und das gehärtete Produkt der Zusammensetzung.
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Bei
der Herstellung von optischen Fasern wird zum Schutz und zur Verstärkung eine
Harzbeschichtung auf Glasfasern aufgetragen, die durch das Spinnen
von geschmolzenem Glas hergestellt sind. Als Harzbeschichtung ist
eine Struktur bekannt, bei der eine primäre, biegsame Beschichtungsschicht
auf der Oberfläche
der Glasfaser und eine sekundäre,
starre Beschichtungsschicht auf der primären Beschichtung gebildet werden.
Glasfasern, die mit der primären
und der sekundären
Beschichtungsschicht versehen sind, werden als optische Fasern bezeichnet.
Optische Faserbänder,
die hergestellt werden, indem eine Mehrzahl von mit der Harzbeschichtung
versehenen optischen Fasern Seite an Seite auf einer Ebene angeordnet
wird und die optischen Fasern mittels eines Bündelungsmaterials gebündelt werden,
sind ebenfalls bekannt. Eine Harzzusammensetzung zur Bildung der
primären
Beschichtungsschicht wird als Primärmaterial bezeichnet. Eine Harzzusammensetzung
zur Bildung der sekundären
Beschichtungsschicht wird als Sekundärmaterial bezeichnet. Eine
Harzzusammensetzung, die als Bündelungsmaterial
für optische
Faserbänder
verwendet wird, wird als Bandmatrixmaterial bezeichnet. Als Harzbeschichtungsmaterial
wird ein Verfahren zum Auftragen einer härtbaren Harzzusammensetzung
und zum Härten
der Zusammensetzung mittels Wärme
oder Licht, insbesondere Ultraviolettstrahlen, weithin eingesetzt.
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Wenn
ein seitlicher Druck auf optische Fasern oder optische Faserbänder vom
Inneren des Kabels her einwirken gelassen wird, wie bei einem Fall,
in dem optische Faserkabel gebogen werden, erfolgt ein optischer Transmissionsverlust.
Im Fachgebiet ist bekannt, dass optische Faserkabel mit einer Gelmischung
gefüllt
sind, um einen optischen Übertragungsverlust
aufgrund eines Querdrucks zu verhindern. Diese Gelmischung wird als
Gel bezeichnet. Wenn optische Fasern, die mit einer herkömmlichen
härtbaren
Harzzusammensetzung zum Beschichten von optischen Fasern beschichtet
sind, in dem mit dem Gel gefüllten
Kabel verwendet werden, kann eine Trennung an der Grenzfläche zwischen
der Glasfaser und der härtbaren
Harzzusammensetzung erfolgen, wodurch die Festigkeit der optischen
Fasern vermindert wird.
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Um
eine härtbare
Harzzusammensetzung zu entwickeln, die zur Lösung dieser Probleme fähig ist, muss
die Gelbeständigkeit
bestimmt werden. Bei herkömmlichen
Bestimmungsverfahren werden jedoch optische Fasern verwendet, die
in der Praxis hergestellt wurden. Dadurch wird das Bestimmungsverfahren
mühsam
und zeitaufwändig.
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Mittel zur Lösung der
Probleme
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein Bestimmungsverfahren
untersucht, bei dem ein gehärtetes
Probeprodukt verwendet wird, ohne dass optische Fasern in der Praxis
hergestellt werden. Als Folge haben die Erfinder der vorliegenden
Erfindung gefunden, dass die Gelbeständigkeit in einem kurzen Zeitraum mit
einer guten Reproduzierbarkeit bestimmt werden kann, indem ein Mineralöl-Tauchverfahren
verwendet wird. Als Ergebnis einer weiteren Untersuchung haben die
Erfinder der vorliegenden Erfindung gefunden, dass eine härtbare Harzzusammensetzung,
die eine spezielle Menge eines Urethan(meth)acrylats, eines reaktiven Verdünnungsmittels
und eines Polymerisationsinitiators enthält, deren gehärtetes Produkt
bei diesen Bestimmungsverfahren einen speziellen Bereich von Gebrauchseigenschaften
aufweist, eine hervorragende Gelbeständigkeit aufweist und zum Beschichten von
optischen Fasern brauchbar ist. Dieser Befund hat zur Vervollständigung
der vorliegenden Erfindung geführt.
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Insbesondere
macht die vorliegende Erfindung eine härtbare Harzzusammensetzung
zum Beschichten von optischen Fasern verfügbar, umfassend: (1) 50–70 Gew.-%
eines Urethan(meth)acrylats, erhalten durch die Umsetzung (A) einer
Polyolverbindung, (B) einer Polyisocyanatverbindung und (C) einer (Meth)Acrylatverbindung,
die eine Hydroxylgruppe enthält,
(2) ein reaktives Verdünnungsmittel,
das mit der Komponente (1) copolymerisierbar ist, und (3) einen
Polymerisationsinitiator, wobei die Rate der Maßänderung des gehärteten Produkts
der Zusammensetzung nach einem einwöchigen Tauchen in Mineralöl bei 25°C 2,5% oder
weniger beträgt.
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Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung
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Die
härtbare
Harzzusammensetzung zum Beschichten von optischen Fasern der vorliegenden
Erfindung umfasst ein Urethan(meth)acrylat als Komponente (1), erhalten
durch die Umsetzung (A) einer Polyolverbindung, (B) einer Polyisocyanat-Verbindung
und (C) einer (Meth)Acrylatverbindung, die eine Hydroxylgruppe enthält.
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Als
spezielle Beispiele des Verfahrens zur Herstellung des Urethan(meth)acrylats
können
(1) ein Verfahren der Umsetzung des Polyols (A), der Polyisocyanat-Verbindung
(B) und des (Meth)Acrylats (C), das eine Hydroxylgruppe enthält, zusammen;
ein Verfahren der Umsetzung des Polyols (A) und der Polyisocyanat-Verbindung
(B) und der Umsetzung des resultierenden Produkts mit dem (Meth)Acrylat
(C), das eine Hydroxylgruppe enthält; ein Verfahren der Umsetzung
der Polyisocyanat-Verbindung (B) und des (Meth)Acrylats (C), das
eine Hydroxylgruppe enthält,
und der Umsetzung des resultierenden Produkts mit dem Polyol (A);
ein Verfahren der Umsetzung der Polyisocyanat-Verbindung (B) und
des (Meth)Acrylats (C), das eine Hydroxylgruppe enthält, der
Umsetzung des resultierenden Produkts mit dem Polyol (A) und der
Umsetzung des resultierenden Produkts mit dem (Meth)Acrylat (C),
das eine Hydroxylgruppe enthält,
und dergleichen angegeben werden.
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Als
Beispiele für
das Polyol (A) können
Polyetherdiole, die durch eine ringöffnende Polymerisation einer
ionisch polymerisierbaren cyclischen Verbindung erhalten werden,
wie Polyethylenglycol, Polypropylenglycol, Polytetramethylenglycol,
Polyhexamethylenglycol, Polyheptamethylenglycol und Polydecamethylenglycol, Polyetherdiole,
die durch eine ringöffnende
Copolymerisation von zwei oder mehr ionisch polymerisierbaren cyclischen
Verbindung erhalten werden, und dergleichen angegeben werden. Als
Beispiele für
ionisch polymerisierbare cyclische Verbindungen können cyclische
Ether wie Ethylenoxid, Propylenoxid, Buten-1-oxid, Isobutenoxid,
Oxetan, 3,3-Dimethyloxetan, 3,3-Bischlormethyloxetan, Tetrahydrofuran,
2-Methyltetrahydrofuran, 3-Methyltetrahydrofuran,
Dioxan, Trioxan, Tetraoxan, Cyclohexenoxid, Styroloxid, Epichlorhydrin,
Glycidylmethacrylat, Allylglycidylether, Allylglycidylcarbonat,
Butadienmonoxid, Isoprenmonoxid, Vinyloxetan, Vinyltetrahydrofuran,
Vinylcyclohexenoxid, Phenylglycidylether, Butylglycidylether und
Glycidylbenzoat angegeben werden. Polyetherdiole, die durch die
ringöffnende
Copolymerisation dieser ionisch polymerisierbaren cyclischen Verbindungen
und von cyclischen Iminen wie Ethylenimin, cyclischen Lactonsäuren wie β-Propiolacton
und Glycolsäurelactid
oder Dimethylcyclopolysiloxane erhalten werden, können verwendet
werden. Als spezielle Beispiele für Kombinationen von zwei oder
mehr ionisch polymerisierbaren cyclischen Verbindungen können Kombinationen
von Tetrahydrofuran und Propylenoxid, Tetrahydrofuran und 2-Methyltetrahydrofuran,
Tetrahydrofuran und 3-Methyltetrahydrofuran, Tetrahydrofuran und
Ethylenoxid, Propylenoxid und Ethylenoxid, Buten-1-oxid und Ethylenoxid,
ein ternäres
Copolymer von Tetrahydrofuran, Buten-1-oxid und Ethylenoxid, ein ternäres Copolymer
von Tetrahydrofuran, Buten-1-oxid und Ethylenoxid angegeben werden.
Bei dem durch Ringöffnung
erhaltenen Copolymer dieser ionisch polymerisierbaren cyclischen
Verbindungen kann es sich entweder um ein statistisches Copolymer
oder ein Block-Copolymer handeln. Von diesen Polyetherdiolen ist Polypropylenglycol
unter dem Gesichtspunkt des Erhalts einer Gelbeständig keit
und Wasserbeständigkeit
des gehärteten
Produkts der vorliegenden Erfindung bevorzugt. Polypropylenglycol
mit einem Polystyrol-reduzierten Zahlenmittel der Molmasse, bestimmt
mittels Gelpermeations-Chromatographie
(GPC), von 1000–7000
ist besonders bevorzugt.
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Als
Beispiele für
kommerziell erhältliche
Produkte dieser Polyetherdiole können
PTMG650, PTMG1000, PTMG2000 (hergestellt von der Mitsubishi Chemical
Corp.), EXCENOL 1020, 2020, 3020, PREMINOL PML-4002, PML-5005 (hergestellt
von der Asahi Glass Co., Ltd.), UNISAFE DC1100, DC1800, DCB1000
(hergestellt von der Nippon Oil and Fats Co., Ltd.), PPTG1000, PPTG2000,
PPTG4000, PTG400, PTG650, PTG1000, PTG2000, PTG-L1000, PTG-L2000
(hergestellt von der Hodogaya Chemical Co., Ltd.), Z-3001-4, 2-3001-5, PBG2000 (hergestellt
von der Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.), ACCLAIM 2200, 2220, 3201,
3205, 4200, 4220, 8200, 12000 (hergestellt von Lyondell) und dergleichen
angegeben werden.
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Die
obigen Polyetherdiole sind als Polyol bevorzugt. Darüber hinaus
können
Polyesterdiole, Polycarbonatdiole, Polycaprolactondiole und dergleichen
entweder einzeln oder in Kombination mit den Polyetherdiolen verwendet
werden. Hinsichtlich der Polymerisationsart dieser Baueinheiten,
bei der es sich um eine beliebige der Arten der statistischen Polymerisation,
der Blockpolymerisation oder der Pfropfpolymerisation handeln kann,
gibt es keine speziellen Einschränkungen.
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Als
Beispiele für
das Polyisocyanat (B), das zur Synthese des Urethan(meth)acrylats
(1) verwendet wird, können
aromatische Diisocyanate, alicyclische Diisocyanate, aliphatische
Diisocyanate und dergleichen aufgeführt werden. Hinsichtlich des
Polyisocyanats (B) gibt es insofern keine speziellen Einschränkungen,
als die Verbindung in der Harzzusammensetzung für optische Fasern verwendet
werden kann. Von diesen ist 2,4-Tolylendiisocyanat als aromatisches
Diisocyanat bevorzugt, wobei alicyclische Diisocyanate aber noch mehr
bevorzugt und Isophorondiisocyanat und hydriertes Bisphenol-F-Diisocyanat
immer noch mehr bevorzugt sind. Diese Diisocyanatverbindungen können entweder
einzeln oder in Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.
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Als
(Meth)Acrylat (C), das eine Hydroxylgruppe enthält, welches zur Synthetisierung
des Urethan(meth)acrylats (1) verwendet wird, sind ein (Meth)Acrylat,
das eine Hydroxylgruppe enthält,
wobei die Hydroxylgruppe an das primäre Kohlenstoffatom gebunden
ist (hiernach bezeichnet als (Meth)Acrylat, das eine primäre Hydroxylgruppe
enthält),
und ein (Meth)Acrylat, das eine Hydroxylgruppe enthält, wobei
die Hydroxylgruppe an das sekundäre
Kohlenstoffatom gebunden ist (hiernach bezeichnet als (Meth)Acrylat,
das eine sekundäre
Hydroxylgruppe enthält),
hinsichtlich der Reaktivität
mit einer Isocyanatgruppe des Polyisocyanats bevorzugt.
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Als
Beispiele für
das (Meth)Acrylat, das eine primäre
Hydroxylgruppe enthält,
können
2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 4-Hydroxybutyl(meth)acrylat, 1,6-Hexandiolmono(meth)acrylat,
Pentaerythrittri(meth)acrylat, Dipentaerythritpenta(meth)acrylat,
Neopentylglycolmono(meth)acrylat, Trimethylolpropandi(meth)acrylat,
Trimethylolethandi(meth)acrylat und dergleichen angegeben werden.
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Als
Beispiele für
das (Meth)Acrylat, das eine sekundäre Hydroxylgruppe enthält, können 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat,
2-Hydroxybutyl(meth)acrylat, 2-Hydroxy-3-phenyloxypropyl(meth)acrylat,
4-Hydroxycyclohexyl(meth)acrylat und dergleichen angegeben werden.
Weitere Beispiele umfassen eine Verbindung, die durch die Additionsreaktion
von (Meth)Acrylsäure
und eine Verbindung, die eine Glycidylgruppe enthält, wie Alkylglycidylether,
Allylglycidylether oder Glycidyl(meth)acrylat und dergleichen. Diese
(Meth)-Acrylatverbindungen,
die eine Hydroxylgruppe enthalten, können entweder einzeln oder
in einer Kombination von zwei oder mehreren verwendet werden.
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Der
Anteil des Polyols (A), der Polyisocyanatverbindung (B) und des
(Meth)Acrylats C, das eine Hydroxylgruppe enthält, die zur Synthetisierung
des Urethan(meth)acrylats (1) verwendet werden, werden so bestimmt,
dass eine Isocyanatgruppe, die in die Polyisocyanatverbindung eingeschlossen
ist, und eine Hydroxylgruppe, die in das (Meth)Acrylat, das eine
Hydroxylgruppe enthält,
eingeschlossen ist, jeweils 1,1 – 2 Äquivalente bzw. 0,1 – 1 Äquivalente
auf ein Äquivalent
einer in das Polyol eingeschlossenen Hydroxylgruppe betragen.
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Darüber hinaus
können
Diamine zur Synthetisierung des Urethan(meth)acrylats (1) in Kombination verwendet
werden. Als Beispiele für
Diamine können
Ethylendiamin, Tetramethylendiamin, Hexamethylendiamin, p-Phenylendiamin und
4,4'-Diaminodiphenylmethan,
Diamine, die ein Heteroatom enthalten, Polyetherdiamine und dergleichen
angegeben werden.
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Ein
Teil des (Meth)Acrylats, das eine Hydroxylgruppe enthält, kann
durch eine Verbindung mit einer funktionellen Gruppe ersetzt werden,
die an eine Isocyanatgruppe addiert werden kann. Als Beispiele für eine solche
Gruppe können γ-Am inopropyltriethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan
und dergleichen aufgeführt
werden. Durch die Verwendung einer solchen Verbindung kann die Haftung
an Substraten wie Glas weiter verbessert werden.
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Bei
der Synthese des Urethan(meth)acrylats (1) ist es bevorzugt, einen
Urethanisierungskatalysator wie Kupfernapthenat, Kobaltnaphtenat,
Zinknaphthenat, Dibutylzinndilaurat, Triethylamin, 1,4-Diazabicyclo[2.2.2]octan
oder 2,6,7-Trimethyl-1,4-diazabicyclo[2.2.2]octan in einer Menge
von 0,01–1
Gew.-% der Gesamtmenge der Reaktanden zu verwenden. Die Reaktionstemperatur
beträgt
gewöhnlich
5–90°C und vorzugsweise
10–80°C.
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Das
mittels GPC bestimmte Polystyrol-reduzierte Zahlenmittel der Molmasse
des Urethan(meth)acrylats (1) beträgt üblicherweise 500–40 000
und vorzugsweise 700–30
000, damit eine gute Reißdehnung
des gehärteten
Produkts und eine zweckmäßige Viskosität der härtbaren
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung gewährleistet
sind.
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Der
Gehalt des Urethan(meth)acrylats (1) in der härtbaren Harzzusammensetzung
der vorliegenden Erfindung beträgt
50–70
Gew.-% und besonders bevorzugt 55–65 Gew.-%, um hervorragende
mechanische Merkmale wie die Gelbeständigkeit, Wasserbeständigkeit
und Reißdehnung
des gehärteten
Produkts und eine zweckmäßige Viskosität der härtbaren
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung zu gewährleisten. Wenn
der Gehalt 70 Gew.-% überschreitet,
ist die Zusammensetzung, weil das gehärtete Produkt einen Youngschen
Modul von mehr als 2,0 MPa aufweist, für ein Harz zur Beschichtung
von optischen Fasern ungeeignet. Darüber hinaus übersteigt die Viskosität der härtbaren
Harzzusammensetzung 6,0 Pa·s,
was zu einer verminderten Verarbeitbarkeit führt. Darüber hinaus nimmt die Wasserbeständigkeit
des gehärteten
Produkts ab. Wenn der Gehalt weniger als 50 Gew.-% beträgt, nehmen
die Ölbeständigkeit
und die Wasserbeständigkeit des
gehärteten
Produkts ab. Der Youngsche Modul des gehärteten Produkts, das als Primärschicht
für optische
Fasern verwendet wird, beträgt
0,1–2,0
MPa und noch mehr bevorzugt zwischen 0,5 und 1,5 MPa. Die Viskosität der härtbaren
Harzzusammensetzung beträgt
vorzugsweise 1,0–6,0
Pa·s.
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Als
Beispiele für
das reaktive Verdünnungsmittel
(2), das mit der Komponente (1) copolymerisierbar ist, die in der
härtbaren
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung verwendet wird, können polymerisierbare
monofunktionelle Verbindungen oder polymerisierbare monofunktionelle
Verbindungen, zu denen polymerisierbare polyfunktionelle Verbindungen
gegeben werden, aufgeführt
werden. Als Beispiele für
monofunktionelle Verbindungen können
vinylgruppenhaltige Lactame wie N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylcaprolactam,
(Meth)Acrylate mit einer alicyclischen Struktur wie Isobornyl(meth)acrylat,
Bornyl(meth)acrylat, Tricyclodecanyl(meth)acrylat und Dicyclopentanyl(meth)acrylat,
Benzyl(meth)acrylat, 4-Butylcyclohexyl(meth)acrylat, Acryloylmorpholin,
Vinylimidazol, Vinylpyridin und dergleichen angegeben werden. Weitere
Beispiele umfassen 2-Hydroxyethyl(meth)acrylat, 2-Hydroxypropyl(meth)acrylat,
2-Hydroxybutyl(meth)acrylat, Methyl(meth)acrylat, Ethyl(meth)acrylat,
Propyl(meth)acrylat, Isopropyl(meth)acrylat, Butyl(meth)acrylat, Amyl(meth)acrylat,
Isobutyl(meth)acrylat, t-Butyl(meth)acrylat, Pentyl(meth)acrylat,
Isoamyl(meth)acrylat, Hexyl(meth)acrylat, Heptyl(meth)acrylat, Octyl(meth)acrylat,
Isooctyl(meth)acrylat, 2-Ethylhexyl(meth)acrylat, Nonyl(meth)acrylat,
Decyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat, Undecyl(meth)acrylat,
Dodecyl(meth)acrylat, Lauryl(meth)acrylat, Stearyl(meth)acrylat,
Isostearyl(meth)acrylat, Tetrahydrofurfuryl(meth)acrylat, Butoxyethyl(meth)acrylat,
Ethoxydiethylenglycol(meth)acrylat, Benzyl(meth)acrylat, Phenoxyethyl(meth)acrylat,
Polyethylenglycolmono(meth)acrylat, Polypropylenglycolmono(meth)acrylat,
Methoxyethylenglycol(meth)acrylat, Ethoxyethyl(meth)acrylat, Methoxypolyethylenglycol(meth)acrylat,
Methoxypolypropylen Glycol(meth)acrylat, Diaceton(meth)acrylamid,
Isobutoxymethyl(meth)acrylamid, N,N-Dimethyl(meth)acrylamid, t-Octyl(meth)acrylamid,
Dimethylaminoethyl(meth)acrylat, Diethylaminoethyl(meth)acrylat,
7-Amino-3,7-dimethyloctyl(meth)acrylat,
N,N-Diethyl(meth)acrylamid, N,N-Dimethylaminopropyl(meth)acrylamid,
Hydroxybutylvinylether, Laurylvinylether, Cetylvinylether, 2-Ethylhexylvinylether
und dergleichen.
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Von
diesen monofunktionellen Verbindungen sind vinylgruppenhaltige Lactame
wie N-Vinylpyrrolidon und N-Vinylcaprolactam, ein monofunktionelles
(Meth)Acrylat, das eine aliphatische Kohlenwasserstoffgruppe mit
10 oder mehr Kohlenstoffatomen enthält, bevorzugt. Die aliphatische
Gruppe mit 10 oder mehr Kohlenstoffatomen kann linear, verzweigt
oder alicyclisch sein. Die Anzahl der Kohlenstoffatome beträgt vorzugsweise
10 – 24.
Davon sind Isobornyl(meth)acrylat, Isodecyl(meth)acrylat und Lauryl(meth)acrylat
noch mehr bevorzugt. Besonders bevorzugte Verbindungen sind Isobornyl(meth)acrylat
und/oder Isodecyl(meth)acrylat. Als Beispiele für kommerziell erhältliche
Produkte dieser monofunktionellen Verbindungen können IBXA (hergestellt von der
Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), Aronix M-111, M-113, M-114,
M-117 und TO-1210 (hergestellt von der Toagosei Co., Ltd.) angegeben
werden.
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Hinsichtlich
der polyfunktionellen Verbindungen, die insofern als Verbindungen
in einer Harzzusammensetzung für
optische Fasern verwendet werden können, gibt es keine speziellen
Einschränkungen.
Bevorzugte Beispiele umfassen Polyethylenglycoldiacrylat, Tricyclodecandiyldimethylendi(meth)acrylat, Di(meth)acrylat
von Ethylenoxid-Additions-Bisphenol A und Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurattri(meth)acryiat. Als
Beispiele für
kommerziell erhältliche
Produkte dieser polyfunktionellen Verbindungen können Light acrylate 9EG-A,
4EG-A (hergestellt von der Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), Yupimer
UV, SA1002 (hergestellt von der Mitsubishi Chemical Corp.), and
Aronix M-215, M-315, M-325 (hergestellt von der Toagosei Co., Ltd.)
angegeben werden.
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Der
Gehalt des reaktiven Verdünnungsmittels
in der härtbaren
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise
1 – 50
Gew.-% und immer noch mehr bevorzugt 2 – 45 Gew.-%. Wenn der Gehalt
weniger als 1 Gew.-% beträgt,
kann die Härtbarkeit
beeinträchtigt
sein. Wenn der Gehalt 50 Gew.-% übersteigt,
kann das Auftragen aufgrund einer niedrigen Viskosität ungleichmäßig werden,
was in einem instabilen Auftragen resultiert.
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Als
Beispiele für
den Polymerisationsinitiator (3), der in der vorliegenden Erfindung
verwendet wird, können
ein Initiator der Polymerisation in der Wärme und ein Photopolymerisationsinitiator
aufgeführt
werden. Als Beispiele für
einen Initiator der Polymerisation in der Wärme können Peroxide, Azoverbindungen
und dergleichen angegeben werden. Spezielle Beispiele umfassen Benzoylperoxid,
t-Butyloxybenzoat, Azobisisobutylonitril und dergleichen.
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Im
Fall des Härtens
der härtbaren
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung mittels Licht kann
ein Photosensibilisator zusätzlich
zum Photopolymerisationsinitiator zugegeben werden. Als Beispiele
für den
Photopolymerisationsinitiator können
1-Hydroxycyclohexylphenylketon, 2,2-Dimethoxy-2-phenylacetophenon, Xanthon, Fluorenon,
Benzaldehyd, Fluoren, Anthrachinon, Triphenylamin, Carbazol, Methylacetophenon,
4-Chlorobenzophenon, 4,4'-Dimethoxybenzophenon,
4,4'-Diaminobenzophenon,
Michler's Keton,
Benzoinpropylether, Benzoinethylether, Benzyldimethylketal, 1-(4-Isopropylphenyl)-2-hydroxy-2-methylpropan-1-on,
Hydroxy-2-methyl-1-phenylpropan- 1-on,
Thioxanethon, Diethylthioxanthon, 2-Isopropylthioxanthon, 2-Chlorthioxanthon,
2-Methyl-1-[4-(methylthio)phenyl]-2-morpholino-propan-1-on, 2,4,6-Trimethylbenzoyidiphenylphosphinoxid,
Bis-(2,6-dimethoxybenzoyl)-2,4,4-trimethylpentylphosphinoxid
und dergleichen angegeben werden. Als Beispiele für kommerziell
verfügbare
Produkte des Photopolymerisationsinitiators können Irgacure 184, 369, 651,
500, 907, CGI1700, CGI1750, CGI1850, CG24-61, Darocur 1116, 1173
(hergestellt von der Ciba Specialty Chemicals Co., Ltd.), Lucirin
TPO (hergestellt von BASF), Ubecryl P36 (hergestellt von UCB) und
dergleichen angegeben werden. Als Beispiele für den Photosensibilisator können Triethylamin,
Diethylamin, N-Methyldiethanolamin, Ethanolamin, 4-Dimethylaminobenzoesäure, Methyl-4-dimethylaminobenzoat,
Ethyl-4-dimethylaminobenzoat,
Isoamyl 4-dimethylaminobenzoat und dergleichen angegeben werden.
Als Beispiele für
kommerziell erhältliche
Produkte des Photosensibilisators können Ubecryl P102, 103, 104,
105 (hergestellt von UCB) und dergleichen angegeben werden.
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Der
Gehalt des Polymerisationsinitiators (3) in der härtbaren
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung beträgt vorzugsweise
0,3–8
Gew.-% und besonders bevorzugt 0,5–5 Gew.-%.
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Additive
wie farbgebende Mittel, Lichtstabilisatoren, Silan-Kupplungsmittel,
Inhibitoren der Polymerisation in der Wärme, Verlaufmittel, Tenside,
Konservierungsmittel, Weichmacher, Gleitmittel, Lösungsmittel, Füllstoffe,
Alterungsverhinderungsmittel, Benetzbarkeitsverbesserer und Beschichtungs-Oberflächenverbesserer
können
zusätzlich
zu den obigen Komponenten zur härtbaren
Harzzusammensetzung gegeben werden. Als Beispiele für Lichtstabilisatoren
können
Tinuvin 292, 144, 622LD (hergestellt von der Ciba Specialty Chemicals
Co., Ltd.), Sanol LS770 (hergestellt von der Sankyo Co., Ltd.),
TM-061 (hergestellt von der Sumitomo Chemical Industries Co., Ltd.)
und dergleichen angegeben werden. Als Beispiele für Silan-Kupplungsmittel können γ-Aminopropyltriethoxysilan, γ-Mercaptopropyltrimethoxysilan, γ-Methacryloxypropyltrimethoxysilan, kommerziell
erhältliche
Produkte wie SH6062, 6030 (hergestellt von der Toray-Dow Corning
Silicone Co., Ltd.), KBE903, 603, 403 (hergestellt von der Shin-Etsu
Chemical Co., Ltd.) und dergleichen angegeben werden.
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Die
härtbare
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung wird mittels Wärme und/oder
Strahlung gehärtet.
Hier verwendete Strahlung umfasst Infrarotstrahlen, sichtbare Strahlen,
Ultraviolettstrahlen, Röntgenstrahlen,
Elektronenstrahlen, α-Strahlen, β-Strahlen, γ-Strahlen
und dergleichen. Von diesen sind Ultraviolettstrahlen besonders
bevorzugt.
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Ein
Verfahren zur Bestimmung der Gelbeständigkeit der vorliegenden Erfindung
ist unten beschrieben.
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Ein
gehärtetes
Produkt, das beim Verfahren zur Bestimmung der Gelbeständigkeit
der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist ein gehärtetes Produkt
einer härtbaren
Proben-Harzzusammensetzung zum Beschichten von optischen Fasern.
Die Dicke des gehärteten
Produkts beträgt
200 μm,
was der Dicke nahe kommt, wenn es in der Praxis auf optische Fasern
aufgetragen wird. Die Länge
und die Breite des gehärteten Produktfilms
beträgt
25 mm bzw. 6 mm.
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Bei
diesem Bestimmungsverfahren wird in JIS C2320 beschriebenes Mineralöl (Klasse
1, Nr. 1) als Standardsubstanz für
ein Gel verwendet. Insbesondere kann ein Mineralöl, das von Aldrich hergestellt
wird, oder ein Mineralöl,
das von Wako Pure Chemicals Co., Ltd., hergestellt wird, verwendet
werden.
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Die
Gelbeständigkeit
des gehärteten
Produkts wird bestimmt, indem die Maßänderung des gehärteten Produkts
nach einem einwöchigen
Tauchen in Mineralöl
bei 25°C
gemessen wurde. Die Rate der Maßänderung
wird bestimmt, indem die Maße
des gehärteten
Produkts in Längsrichtung
gemessen und die folgende Gleichung verwendet wird.
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Rate
der Maßänderung
(%) = (Maß nach
dem Tauchen – Maß vor dem
Tauchen)/Maß vor
dem Tauchen × 100 Die
Rate der Maßänderung
des gehärteten
Produkts nach einem einwöchigen
Tauchen in Mineralöl
bei 25°C
beträgt
2,5% oder weniger, vorzugsweise 2,3% oder weniger und besonders
bevorzugt 2,0% oder weniger. Wenn die Rate der Maßänderung
2,5% übersteigt,
kann die Gelbeständigkeit
des gehärteten Produkts
abnehmen, wobei eine Trennung zwischen dem Glas und der Primärschicht
in der optischen Faser erfolgt.
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Beispiele
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Die
vorliegende Erfindung wird unten ausführlicher durch Beispiele beschrieben,
die nicht dahingehend aufgefasst werden dürfen, dass sie die vorliegende
Erfindung einschränken. "Teile" bzw. "%" bedeuten "Gew.-Teile" bzw. "Gew.-%", sofern nicht anderes angegeben ist.
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Synthesebeispiel 1
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(Synthesebeispiel für das polymerisierbare Oligomer
(a))
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Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit 831,0 g Polypropylenglycol mit einem
Zahlenmittel der Molmasse von 2000, 129,3 g Isophorondiisocyanat,
0,24 g 2,6-Di-t-butyl-p-cresol und 0,08 g. Phenothiazin befüllt. Die
Mischung wurde unter Rühren
auf 15°C
abgekühlt.
Nach der Zugabe von 0,8 g Dibutylzinndilaurat wurde die Mischung
1 h lang unter Rühren
auf 35°C
erwärmt.
Die Mischung wurde dann bei 50°C
reagieren gelassen. Wenn die Isocyanat-Restkonzentration auf 1,26
Gew.-% oder weniger abgenommen hatte (Verhältnis zum Einsatzmaterial,
hiernach dasselbe), wurde 38,6 g 2-Hydroxyethylacrylat zugegeben.
Die Mischung wurde unter Rühren
bei etwa 60°C
reagieren gelassen. Die Reaktion wurde beendet, wenn die Konzentration
des restlichen Isocyanats 0,1 Gew.-% oder weniger betrug, wodurch
ein polymerisierbares Oligomer (hiernach als "polymerisierbares Oligomer (a) bezeichnet" erhalten wurde.
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Synthesebeispiel 2
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(Synthesebeispiel für das polymerisierbare Oligomer
(b))
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Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit 907,2 g Polypropylenglycol mit einem
Zahlenmittel der Molmasse von 4000, 70,6 g Isophorondiisocyanat,
0,24 g 2,6-Di-t-butyl-p-cresol und 0,08 g Phenolthiazin befüllt. Die
Mischung wurde unter Rühren
auf 15°C
abgekühlt.
Nach der Zugabe von 0,8 g Dibutylzinndilaurat wurde die Mischung
1 h lang unter Rühren
langsam auf 35°C
erwärmt.
Dann wurde die Mischung bei 50°C
reagieren gelassen. Wenn die Isocyanat-Restkonzentration auf 0,6
Gew.-% oder weniger abgenommen hatte (Verhältnis zum Einsatzmaterial,
hiernach dasselbe), wurden 21,1 g 2-Hydroxyethylacrylat zugegeben.
Die Mischung wurde unter Rühren
bei etwa 60°C
reagieren gelassen. Die Reaktion wurde beendet, wenn die Konzentration
des restlichen Isocyanats 0,1 Gew.-% oder weniger betrug, wodurch
ein polymerisierbares Oligomer (hiernach als "polymerisierbares Oligomer (b) bezeichnet" erhalten wurde.
-
Synthesebeispiel 3
-
(Synthesebeispiel für das polymerisierbare Oligomer
(c))
-
Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit 950,9 g Polypropylenglycol mit einem
Zahlenmittel der Molmasse von 8000, 37,0 g Isophorondiisocyanat,
0,24 g 2,6-Di-t-butyl-p-cresol und 0,08 g Phenolthiazin befüllt. Die
Mischung wurde unter Rühren
auf 15°C
abgekühlt.
Nach der Zugabe von 0,8 g Dibutylzinndilaurat wurde die Mischung
1 h lang unter Rühren
langsam auf 35°C
erwärmt.
Dann wurde die Mischung bei 50°C
reagieren gelassen. Wenn die Isocyanat-Restkonzentration auf 0,4
Gew.-% oder weniger abgenommen hatte (Verhältnis zum Einsatzmaterial,
hiernach dasselbe), wurden 11,0 g 2-Hydroxyethylacrylat zugegeben.
Die Mischung wurde unter Rühren
bei etwa 60°C
reagieren gelassen. Die Reaktion wurde beendet, wenn die Konzentration
des restlichen Isocyanats 0,1 Gew.-% oder weniger betrug, wodurch
ein polymerisierbares Oligomer (hiernach als "polymerisierbares Oligomer (c) bezeichnet" erhalten wurde.
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Synthesebeispiel 4
-
(Synthesebeispiel für das polymerisierbare Oligomer
(d))
-
Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit 96,4 g Isophorondiisocyanat, 0,024 g
2,6-Di-t-butyl-p-cresol, 0,08 g Phenothiazin und 0,8 g Dibutylzinndilaurat
befüllt.
Die Mischung wurde unter Rühren
auf 15°C
abgekühlt.
86,9 g 2-Hydroxyethylacrylat wurden in 1 h mit einem Tropftrichter
zugegeben. Die Mischung wurde 1 h lang unter Rühren langsam auf 35°C erwärmt. Nach
der Zugabe von 815,6 g eines Copolymers von Tetrahydrofuran und
2-Methyltetrahydrofuran mit einem Zahlenmittel der Molmasse von 2000
("PTGL2000", hergestellt von
der Hodogaya Chemical Co., Ltd.) wurde die Mischung unter Rühren bei etwa
60°C reagieren
gelassen. Die Reaktion wurde beendet, wenn die Konzentration des
restlichen Isocyanats 0,1 Gew.-% oder weniger betrug, wodurch ein
polymerisierbares Oligomer (hiernach als "polymerisierbares Oligomer (d) bezeichnet" erhalten wurde.
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Beispiele 1–5 und Vergleichsbeispiele
1–3
-
Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit Verbindungen gemäß der in Tabelle 1 aufgeführten Zusammensetzung
(Gewichtsverhältnis)
befüllt.
Die Mischung wurde bei 50°C
gerührt, wodurch
Zusammensetzungen von Beispielen und Vergleichsbeispielen erhalten
wurden.
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Bezugsbeispiel 1
-
Ein
Synthesebeispiel für
eine Zusammensetzung für
eine Sekundärschicht
ist unten beschrieben.
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Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit 134,8 Teilen 2,4-Toluoldiisocyanat,
0,8 Teilen Dibutylzinndilaurat und 0,32 Teilen 2,6-Di-t-butyl-p-cresol
befüllt.
Die Mischung wurde auf 15°C
oder darunter abgekühlt.
89,9 Teile 2-Hydroxyethylacrylat wurden tropfenweise bei 30°C oder weniger unter
Rühren
zugegeben. Nach der Zugabe wurde die Mischung 1 h lang bei 30°C reagieren
gelassen. Nach der Zugabe von 774,0 Teilen eines unter Ringöffnung erhaltenen
Polymers von Tetrahydrofuran mit einem Zahlenmittel von 2000 wurde
die Mischung bei 20–55°C gerührt. Die
Reaktion wurde beendet, wenn das restliche Isocyanat 0,1 Gew.-%
oder weniger betrug. Dieses flüssige
Harz wird als "U-1" bezeichnet.
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Dann
wurde ein Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, mit 230,6 Teilen IBXA (hergestellt von der Osaka
Organic Chemical Industry Co., Ltd.), 273,0 Teilen 2,4-Toluoldiisocyanat,
0,6 Teilen Dibutylzinndilaurat und 0,24 Teilen 2,6-Di-t-butyl-p-cresol
befüllt.
Die Mischung wurde auf 15°C
oder darunter abgekühlt.
182,0 Teile 2-Hydroxyethylacrylat wurden tropfenweise bei 30°C oder weniger
unter Rühren
zugegeben. Nach der Zugabe wurde die Mischung 1 h lang bei 30°C reagieren
gelassen. Nach der Zugabe von 313,5 Teilen Uniol DA400 (hergestellt
von der Nippon Oil and Fats Co., Ltd.) wurde die Mischung bei 20–55°C gerührt. Die
Reaktion wurde beendet, wenn das restliche Isocyanat 0,1 Gew.-%
oder weniger betrug. Dieses flüssige
Harz wird als "U-2" bezeichnet.
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Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit 499,7 Teilen IBXA (hergestellt von der
Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), 214,2 Teilen 2,4-Toluoldiisocyanat,
0,4 Teilen Dibutylzinndilaurat und 0,16 Teilen 2,6-Di-t-butyl-p-cresol
befüllt.
Die Mischung wurde auf 15°C
oder darunter abgekühlt.
285,6 Teile 2-Hydroxyethylacrylat wurden tropfenweise bei 30°C oder weniger
unter Rühren
zugegeben. Nach der Zugabe wurde die Mischung 1 h lang bei 30°C reagieren
gelassen. Die Mischung wurde dann bei 20–55°C gerührt. Die Reaktion wurde beendet,
wenn das restliche Isocyanat 0,1 Gew.-% oder weniger betrug. Dieses
flüssige
Harz wird als "U-3" bezeichnet.
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Ein
Reaktionsbehälter,
der mit einem Rührer
ausgestattet war, wurde mit 32,48 Teilen U1, 28,15 Teilen U-2, 9,84
Teilen U-3, 7,89 Teilen N-Vinylpyrrolidon,
7,87 Teilen Tricyclodecandiyldimethylendiacrylaten, 10,83 Teilen
Diacrylat des Diols des Ethylenoxid-Additionsprodukts von Bisphenol
A und 0,3 Teilen Irganox 1035 (hergestellt von der Ciba Specialty
Chemicals Co., Ltd.) befüllt.
Die Mischung wurde bei 50–60°C gerührt, bis eine
homogene, transparente Flüssigkeit
erhalten wurde, wodurch Urethanacrylat erzeugt wurde. Dieses flüssige Harz
wird als A-1 bezeichnet. Dieses flüssige Harz wurde auf eine Glasplatte
aufgetragen, wobei eine Auftragsvorrichtung für eine Dicke von 381 μm verwendet
wurde, und mit Ultraviolettstrahlen mit einer Dosis von 0,5 J/cm2 in einer Stickstoffatmosphäre mittels
einer 3,5-kW-Metallhalogenid-Lampe ("SMX-3500/F-OS", hergestellt von der ORC Co., Ltd.)
bestrahlt, wodurch ein gehärteter
Film mit einer Dicke von etwa 200 μm erhalten wurde. Der Youngsche
Modul dieses gehärteten
Films, der in einem Zugversuch gemessen wurde, betrug 800 MPa/mm2.
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Verfahren zur Messung der
Viskosität
einer Harzzusammensetzung
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Die
Viskosität
der Harzzusammensetzung wurde gemäß JIS K7117 gemessen. Die Viskosität wurde mittels
eines DA-Viskosimeters und einer DA-Spindel Nr. 4 bei einer Spindel-Drehzahl
von 50 U./min gemessen.
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Verfahren zur Messung des
Youngschen Moduls eines gehärteten
Produkts
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Die
flüssige
Zusammensetzung wurde auf eine Glasplatte aufgetragen, wobei eine
Auftragsvorrichtung für
eine Dicke von 381 μm
verwendet wurde. Die flüssige
Zusammensetzung wurde mit Ultraviolettstrahlen mit einer Dosis von
0,1 J/cm2 an Luft mittels einer 3,5-kW-Metallhalogenidlampe
("SMX-3500/F-OS", hergestellt von
der ORC Co., Ltd.) bestrahlt, wodurch ein gehärteter Film mit einer Dicke
von etwa 200 μm
erhalten wurde. Das gehärtete
Produkt wurde bei einer Temperatur von 23°C und einer relativen Feuchtigkeit
von 50%. 12 h oder mehr stehen gelassen, wodurch ein Testprobestück hergestellt
wurde. Der Youngsche Modul des Testprobestücks bei 23°C wurde gemäß JIS K7113 gemessen. Es sei
darauf hingewiesen, dass der Youngsche Modul aus einer Zugspannung
bei einer Zugrate von 1 mm/min und einer Spannung von 2,5% berechnet wurde.
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Testbeispiel 1 (Testverfahren für eine Maßänderung
bei einem Tauchen in Mineralöl)
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Die
gehärteten
Produkte der in den Beispielen und Vergleichsbeispielen erhaltenen
Zusammensetzungen wurden auf eine Maßänderung bei einem Tauchen in
Mineralöl
ausgewertet. Die flüssige
Zusammensetzung wurde mit einer Auftragsvorrichtung für eine Dicke
von 381 μm
auf eine Glasplatte aufgetragen. Die flüssige Zusammensetzung wurde
mit Ultraviolettstrahlen mit einer Dosis von 0,1 J/cm2 an
Luft mittels einer 3,5-kW-Metallhalogenidlampe ("SMX-3500/F-OS", hergestellt von der ORC Co., Ltd.)
bestrahlt, wodurch ein gehärteter
Film mit einer Dicke von etwa 200 μm erhalten wurde. Der gehärtete Film
wurde zu einem Plättchen mit
einer Länge
von 25 mm und einer Breite von 6 mm geschnitten. Die Maße des gehärteten Films
in Längsrichtung
wurden vor dem Tauchen in Mineralöl gemessen. Der gehärtete Film
wurde dann eine Woche lang in Mineralöl (hergestellt von Aldrich)
getaucht. Die Tauchtemperatur betrug 25°C. Die Maße des gehärteten Produkts in Längsrichtung
wurden gemessen, um das Verhältnis
der Maßänderung
gemäß der obigen
Gleichung zu berechnen.
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(Gelbeständigkeit der optischen Faser)
-
Ein
Quarzstab wurde auf 2000°C
erwärmt
und mit einer Ziehgeschwindigkeit von 60 m/min mittels einer Ziehmaschine
für optische
Fasern gezogen, wodurch eine Quarzfaser mit einem Außendurchmesser
von 125 μm
erzeugt wurde. Die Zusammensetzung wurde unmittelbar nach der Herstellung
als Primärschicht
auf die Quarzfaser aufgetragen. Die Zusammensetzung wurde durch
Bestrahlen mit Ultraviolettstrahlen aus einer Ultraviolettlampe
(Ausgangsleistung: 3 kW) gehärtet.
Die in Bezugsbeispiel 2 erhaltene Zusammensetzung wurde als Sekundärschicht
aufgetragen und durch Bestrahlen mit Ultraviolettstrahlen auf dieselbe
Weise wie oben gehärtet.
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Auf
diese Weise wurde eine optische Faser (Außendurchmesser der Primärschicht:
200 μm,
Außendurchmesser
der Sekundärschicht:
250 μm)
erhalten.
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Die
so erhaltene optische Faser wurde zu einem Stück mit einer Länge von
1 m geschnitten und in ein Gelpuffermittel ("415DPL", hergestellt von Syncofax) getaucht.
Es sei darauf hingewiesen, dass die Querschnitte nicht in das Puffermittel
getaucht wurden. Die optische Faser wurde einen Monat lang bei 80°C stehen gelassen.
Die optische Faser wurde dann aus dem Puffermittel genommen und
mittels eines optischen Mikroskops (Vergrößerung: 200) untersucht, um
das Vorhandensein oder Fehlen einer Trennung zwischen der Faser
und der Primärschicht
zu bestimmen.
- Lucirin
TPO: 2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphinoxid (hergestellt von
der BASF)
- IBXA: Isobornylacrylat (hergestellt von der Osaka Organic Chemical
Industry Co., Ltd.)
- M113: nonylphenyl-EO-modifiziertes Acrylat (hergestellt von
der Toagosei Co., Ltd.)
- SH6062: γ-Mercaptotrimethoxysilan
(hergestellt von der Toray-Dow Corning Silicone Co., Ltd.)
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Wie
aus Tabelle 1 hervorgeht, ist, weil beim Auswertungsverfahren der
Maßänderung
beim Tauchen in Mineralöl,
bei dem ein Testprobestück
des gehärteten
Produkts der vorliegenden Erfindung verwendet wird, das den Widerstand
von optischen Fasern, die in der Praxis eingesetzt werden, genau
widerspiegelt, das gehärtete
Produkt aus der härtbaren
Harzzusammensetzung der vorliegenden Erfindung hinsichtlich der
Gelbeständigkeit
hervorragend.