JP2023519073A - 高い機械的信頼性を有する半径の減少した光ファイバ - Google Patents

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Abstract

本開示は、耐衝撃性被覆系を有する光ファイバを提供する。このファイバは、低いマイクロベンド損失および高い機械的信頼性を特徴とする。この被覆系は、一次被覆および二次被覆を備える。一次被覆および二次被覆は、保護を犠牲にせずに、半径の減少したファイバを提供するために、減少した厚さを有する。一次被覆は、低いばね定数およびガラスファイバへの力の伝達に抵抗するのに十分な厚さを有する。二次被覆は、高い穿刺抵抗を有する。光ファイバの外径は、200μm以下である。

Description

優先権
本出願は、その内容が依拠され、ここに全て引用される、2020年1月7日に出願された米国仮特許出願第62/957879号からの優先権を主張する、2020年1月23日に出願された蘭国特許出願第2024737号に優先権の恩恵を主張するものである。
本開示は、光ファイバおよび光ファイバのアセンブリに関する。より詳しくは、本開示は、海中環境のために作られた光ファイバおよび光ファイバケーブルに関する。最も詳しくは、本開示は、減少した直径を有する光ファイバおよび多数の光ファイバを有する光ファイバケーブルに関する。
減少した直径を有する光ファイバは、所定の総数の光ファイバを収容するのに必要なリボンおよびケーブルのサイズを減少させるため、所定の長さのリボンまたは所定の直径のケーブルの光ファイバの総数を増加させるため、リボンまたはケーブルの費用を減少させるため、リボンまたはケーブル設備をアップグレードするのに既存の構造基盤を効率的に使用するため、および新たなリボンまたはケーブル設備の設置面積を減少させるため、魅力的である。
具体的には、異なる大陸間でのインターネット・トラフィックの急激な成長により推進されて海底光ファイバ伝送容量の需要が高まっている。伝送容量を増加させることを目的として、伝送チャンネルの数を増加させるために、波長分割多重化が開発され、チャンネル当たりのデータ伝送速度を増加させるために、高度変調フォーマットが開発されてきた。しかしながら、チャンネルの数およびチャンネルのデータ伝送速度は、ほぼ実用限界にあり、ファイバの数を増加させることが不可避である。
海底ケーブルは、内部のファイバを水害と他の機械的損傷から保護するように設計されている。深海ケーブルのサイズは、典型的に、設置を容易にし、脆弱性を抑えるために、直径が17~20mm程度である。したがって、光ファイバのための空間は制限され、ケーブルサイズを増加させずに、ファイバの総数を増加させることが望ましい。
したがって、固定サイズのケーブル内のファイバの総数を増加させるために、減少した直径を有する光ファイバが必要とされている。詳しくは、海中環境における長距離伝送に必要な性能を提供する、減少したガラス直径および/または減少した被覆厚を有する光ファイバが必要とされている。
本開示は、耐衝撃性被覆系を有し、マイクロベンド損失が低い低直径光ファイバを提供する。この光ファイバは、当該業界で使用されている標準半径(62.5μm)より小さい半径を有するガラスファイバを含む。この被覆系は、一次被覆および二次被覆を含む。二次被覆の弾性率および厚さは、穿刺抵抗を提供するように構成されている。一次被覆は、マイクロベンド損失を最小にするために、二次被覆と協力して機能する。一次被覆は、高い引裂強度も有し、ファイバ製造過程中に生じる熱応力および機械的応力により引き起こされる損傷に強い。ガラスファイバの半径および一次被覆と二次被覆の全厚は、100μm以下の外半径を有する光ファイバを提供するように構成されている。
本記載は、
光ファイバにおいて、
アルカリ金属酸化物がドープされたシリカガラスから作られたコア領域であって、3.0μmから10.0μmの範囲の半径rおよび-0.15%から0.30%の範囲の最大相対屈折率Δ1maxを有する相対屈折率プロファイルΔを有するコア領域、
そのコア領域を取り囲み、それに直接隣接するクラッド領域であって、37.5μmから52.5μmの範囲の半径rを有するクラッド領域、
そのクラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する一次被覆であって、半径r、ばね定数χ、0.05MPaから0.30MPaの範囲のその場弾性率、および20.0μmから40.0μmの範囲の厚さr-rを有する一次被覆、および
その一次被覆を取り囲み、それに直接隣接する二次被覆であって、100.0μm以下の半径r、1600MPa超のヤング率、および15.0μmから30.0μmの範囲の厚さr-rを有する二次被覆、
を備えた光ファイバに及ぶ。
追加の特徴および利点は、以下に続く詳細な説明に述べられており、一部は、その説明から当業者に容易に明らかになるか、または本明細書およびその特許請求の範囲、並びに添付図面に記載の実施の形態を実施することによって認識されるであろう。
先の一般的な説明および以下の詳細な説明は、両方とも、例示に過ぎず、特許請求の範囲の性質および特徴を理解するための概要または骨子を提供する意図があることを理解されたい。
添付図面は、さらなる理解を与えるために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本開示の選択された態様を例示するものであり、説明とともに、本開示によって包含される方法、製品、および組成物の原理および作動を説明する働きをする。
1つの実施の形態による被覆された光ファイバの概略図 代表的な光ファイバリボンの概略図 代表的な光ファイバケーブルの概略図 コア領域、内側クラッド領域、中間クラッド領域、外側クラッド領域、一次被覆、および二次被覆を有する光ファイバの断面図 コア領域、中間クラッド領域、外側クラッド領域、一次被覆、および二次被覆を有する光ファイバの断面図 コア領域、内側クラッド領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域を有するガラスファイバの相対屈折率プロファイル コア領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域を有するガラスファイバの相対屈折率プロファイル ガラスファイバの例示の相対屈折率プロファイル 3つの二次被覆に関する断面積に対する穿刺荷重の依存性を示すグラフ ガラスファイバの例示の相対屈折率プロファイル ガラスファイバの例示の相対屈折率プロファイル ガラスファイバの例示の相対屈折率プロファイル 2つの光ファイバに関する波長の関数としての減衰のプロット
本開示は、実現可能な教示として提供され、以下の説明、図面、実施例、および特許請求の範囲を参照することによってより容易に理解され得るものである。この目的のために、関連する技術分野の当業者は、有益な結果を得ながら、ここに記載された実施の形態の様々な態様に多くの変更を加えることができることを認識し、理解するであろう。また、本実施の形態の所望の利点のいくつかは、特徴の一部を選択することによって、他の特徴を利用せずに得られることも明らかであろう。したがって、当業者であれば、多くの改変および適応が可能であり、特定の状況において望ましくさえあり得、本開示の一部であることを認識するであろう。したがって、本開示は、特に指定しない限り、開示された特定の組成物、物品、装置、および方法に限定されないことが理解されよう。また、ここに使用される専門用語は、特定の態様を説明する目的のためだけであり、限定する意図はないことを理解されたい。
本明細書およびそれに続く特許請求の範囲において、以下の意味を持つように定義された多数の用語が言及されている。
「含む」、または同様の用語は、包含するが限定されない、すなわち、包括的であって、排他的でないことを意味する。
ここに使用されるように、「約」という用語は、量、サイズ、配合、パラメータ、および他の量と特性が、正確ではなく、その必要もないが、公差、変換係数、丸め、測定誤差など、および当業者に公知の他の要因を反映して、所望に応じて、近似である、および/またはそれより大きくても小さくてもよいことを意味する。ある値が、ほぼ特定の数値である、またはその数値とほぼ等しいとされる場合、その値は、その数値の±10%以内である。例えば、約10である値は、9と11を含み、その間の値を指す。「約」という用語が、値または範囲の端点を説明する際に使用される場合、本開示は、言及される特定の値または端点を含むと理解されるべきである。本明細書における数値または範囲の端点に「約」が付いているか否かにかかわらず、その数値または範囲の端点は、「約」により修飾される実施の形態と、「約」により修飾されない実施の形態の2つの実施の形態を含む意図がある。さらに、各範囲の端点は、他の端点との関係においても、他の端点から独立しても有意であることが理解されよう。
「約」という用語は、さらに、特に断らない限り、その範囲内のすべての項に付く。例えば、約1、2、または3は、約1、約2、または約3に相当し、さらに約1~3、約1~2、および約2~3を含む。組成、構成成分、成分、添加物、および同様の態様、並びにその範囲について開示される特定の値および好ましい値は、説明のためのものであり、それらは、他の規定値または規定範囲内の他の値を除外するものではない。本開示の組成物および方法は、ここに記載された値、特定の値、より特定の値、および好ましい値の任意の値または任意の組合せを有するものを含む。
上限値および下限値からなる数値の範囲がここに記載される場合、特定の状況において特に記載がない限り、その範囲は、その端点、およびその範囲内の全ての整数と分数を含むことが意図される。請求項の範囲が、範囲を定義する際に記載された特定の値に限定されることは意図されていない。さらに、量、濃度、もしくは他の値またはパラメータが、範囲、1つ以上の好ましい範囲、または好ましい上限値および好ましい下限値のリストとして与えられている場合、これは、そのような対が別々に開示されているか否かにかかわらず、任意の上限値または好ましい値と、任意の下限値または好ましい値との任意の対から形成される全ての範囲を具体的に開示するものとして理解されるものである。
ここに使用される不定冠詞「a」または「an」およびそれに対応する定冠詞「the」は、特に指定しない限り、少なくとも1つ、または1つ以上を意味する。
ここに使用されるように、接触とは、直接接触または間接接触を指す。直接接触は、介在物がない状態での接触を指し、間接接触は、1つ以上の介在物を通じての接触を指す。直接接触している要素は、互いに触れている。間接接触している要素は、互いに触れていないが、介在物または一連の介在物に触れ、その介在物または一連の介在物の少なくとも1つは他方の要素に接触する。接触している要素は、剛体的に接合されていても、非剛体的に接合されていてもよい。接触とは、2つの要素を直接または間接的に接触させることを称する。直接(間接)接触している要素は、互いに直接(間接)接触していると言えるであろう。
ここに使用されるように、「直接隣接する」とは直接接触することを意味し、「間接的に隣接する」とは間接的に接触することを意味する。「隣接する」という用語は、互いに直接的または間接的に隣接する要素を包含する。
「光ファイバ」とは、被覆に取り囲まれたガラス部分を有する導波路のことである。このガラス部分は、コアおよびクラッドを備える。クラッドは、コアを取り囲み、コアに直接隣接し、相対的屈折率が異なる2つ以上の同心領域を含む。コアの相対屈折率は、クラッドの相対屈折率より大きい。光ファイバのガラス部分は、ここでは「ガラスファイバ」と称される。
「径方向位置」、「半径」、または径方向座標「r」は、ガラスファイバの中心線(r=0)に対する径方向位置を意味する。
「内側」および「外側」という用語は、径方向座標の相対値または光ファイバの領域の相対位置を称するために使用され、「内側」は「外側」よりもファイバの中心線に近いことを意味する。内側の径方向座標は、外側の径方向座標よりもガラスファイバの中心線に近い。内側径方向座標は、ガラスファイバの中心線と外側径方向座標の間にある。光ファイバの内側領域は、外側領域よりもガラスファイバの中心線に近い。光ファイバの内側領域は、ガラスファイバの中心線とガラスファイバの外側領域との間にある。
「モード」という用語は、導波モードを称する。シングルモードファイバは、光ファイバのかなりの長さ(例えば、少なくとも数メートル)に亘り基本LP01モードのみをサポートするように設計されているが、特定の状況下では、短距離(例えば、数十センチメートル)に亘り多重モードをサポートすることが可能である光ファイバである。ここでは、LP01モードの直交する2つの偏光成分が縮退し、同じ位相速度で伝搬することを推定するのに光ファイバの複屈折が十分に小さいものとする。マルチモード光ファイバは、光ファイバのかなりの長さに亘り基本LP01モードおよび少なくとも1つの高次LPnmモードをサポートするように設計された光ファイバであり、ここで、n≠0またはm≠1のいずれかである。ここに開示される光ファイバは、1550nmの波長でシングルモード光ファイバであることが好ましい。
光ファイバの「動作波長」は、光ファイバが動作する波長である。動作波長は、導波モードの波長に相当する。代表的な動作波長としては、850nm、980nm、1060nm、1310nmおよび1550nmが挙げられ、これらは、一般に、通信システム、光データリンク、およびデータセンターで使用されている。光ファイバに、特定の動作波長が指定されることがあるが、特定の光ファイバは、複数の動作波長で、および/または動作波長の連続範囲に亘り動作できることが理解されよう。モード帯域幅およびモードフィールド径などの特性は、動作波長によって変化することがあり、特定の光ファイバの相対屈折率プロファイルは、特定の動作波長、動作波長の特定の組合せ、または動作波長の特定の連続範囲において最適性能を提供するように設計されることがある。
「屈折率」は、1550nmの波長における屈折率を称する。
「屈折率プロファイル」は、屈折率または相対屈折率と半径との間の関係である。隣接するコア領域および/またはクラッド領域間にステップ境界を有するものとしてここに描かれた相対屈折率プロファイルについては、加工条件の通常の変動により、隣接する領域の界面で鋭いステップ境界が得られないことがある。屈折率プロファイルの境界は、屈折率のステップ変化としてここに表現されることがあるが、実際の境界は、丸みを帯びるか、または完全なステップ関数特性から他の様式で逸脱することがあると理解されよう。相対屈折率の値は、コア領域および/またはクラッド領域のいずれかにおける径方向位置によって変化することがあることがさらに理解されよう。相対屈折率がファイバの特定の領域(例えば、コア領域および/またはクラッド領域のいずれか)内の径方向位置によって変化する場合、その実際の関数依存性または近似関数依存性、または領域内の特定の位置におけるその値、または領域全体に適用できる平均値で表現される。特に指定しない限り、領域(例えば、コア領域および/またはクラッド領域のいずれか)の相対屈折率が、単一値として、または領域全体に適用されるパラメータ(例えば、ΔまたはΔ%)として表される場合、その領域内の相対屈折率は、一定、またはほぼ一定であり、単一値に対応する、もしくは単一値またはパラメータは、その領域内の径方向位置による非一定の相対屈折率依存性の平均値を示すと理解される。例えば、「i」がガラスファイバの領域である場合、パラメータΔは、特に断らない限り、下記の式(2)で定義されるような領域内の相対屈折率の平均値を称する。設計によるものであれ、通常の製造上のばらつきの結果であれ、相対屈折率の径方向位置への依存性は、傾斜、曲線、またはその他の非一定であることがある。
ここに使用されるような「相対屈折率」は、式(1)において:
Figure 2023519073000002
のように定義され、式中、nは、特に指定しない限り、ガラスファイバの径方向位置rにおける屈折率であり、nrefは、特に指定しない限り、純粋なシリカガラスの屈折率である。したがって、ここに使用されるように、相対屈折率パーセントは、1550nmの波長で1.444の屈折率を有する、純粋なシリカガラスに対して相対的なものである。ここに使用されるように、相対屈折率は、Δ(または「デルタ」)またはΔ%(または「デルタ%」)で表され、その値は、特に指定しない限り、「%」の単位で与えられる。また、相対屈折率は、Δ(r)またはΔ(r)%と表されることもある。
ファイバのある領域の平均相対屈折率(Δ平均)は、式(2):
Figure 2023519073000003
により求められ、式中、r内側は、その領域の内側半径であり、r外側は、その領域の外側半径であり、Δ(r)は、その領域の相対屈折率である。
「α-プロファイル」という用語は、式(3):
Figure 2023519073000004
に定義される関数形式を有する相対屈折率プロファイルΔ(r)を称し、式中、rは、Δ(r)が最大である径方向位置であり、r>rは、Δ(r)が最小値まで減少する径方向位置であり、rは、r≦r≦rの範囲にあり、ここで、rは、α-プロファイルの初期径方向位置であり、rは、α-プロファイルの最終径方向位置であり、αは実数である。α-プロファイルのΔ(r)は、ここではΔmax、またはファイバの特定の領域iが言及されている場合には、Δi,maxと称されることがある。ファイバのコア領域の相対屈折率プロファイルが、rが中心線で生じ(r=0)、rがコア領域の外側半径rに対応し、Δ(r)=0であるα-プロファイルにより記載されている場合、式(3)は式(4)に単純化される:
Figure 2023519073000005
「超ガウスプロファイル」という用語は、式(5):
Figure 2023519073000006
に定義される関数形式を有する相対屈折率プロファイルΔ(r)を称し、式中、rは、中心線からの径方向距離であり、γは正の数であり、aは、r=aのときに、Δ=Δ1max/eであるような径方向スケーリングパラメータである。
光ファイバの「モードフィールド径」または「MFD」は:
Figure 2023519073000007
として式(6)に定義され、式中、f(r)は、導波光信号の電場分布の横成分であり、rはファイバ内の径方向位置である。「モードフィールド径」または「MFD」は、光信号の波長に依存し、ここでは、1550nmの波長について報告される。ここで、モードフィールド径を称するときに、その波長の特異的な適用が行われる。特に明記のない限り、モードフィールド径は、特定波長でのLP01モードを称する。
光ファイバの「有効面積」は:
Figure 2023519073000008
として式(7)に定義され、式中、f(r)は、導波光信号の電場の横成分であり、rはファイバ内の径方向位置である。「有効面積」または「Aeff」は、光信号の波長に依存し、ここでは、1550nmの波長を称すると理解される。
「トレンチ領域」は、外側クラッド領域により取り囲まれ、それに直接隣接するガラスファイバのクラッド領域を称する。このトレンチ領域は、内側径方向座標rトレンチ、内側から外側径方向座標rトレンチ、外側まで延在する。このトレンチ領域内の全径方向位置での相対屈折率は、外側クラッド領域の相対屈折率より小さい。
トレンチ領域の「トレンチ体積」は:
Figure 2023519073000009
として定義され、式中、rトレンチ、内側はトレンチ領域の内側半径であり、rトレンチ、外側はトレンチ領域の外側半径であり、Δは、トレンチ領域を取り囲み、それに直接隣接する外側クラッド領域の相対屈折率であり、Δトレンチ(r)は、トレンチの相対屈折率であり、ここで、rトレンチ、内側と、rトレンチ、外側との間の全ての径方向位置で、Δトレンチ(r)<Δである。トレンチ領域は、ここでは、中間クラッド領域とも称される。本開示において、rトレンチ、内側は、r(内側クラッド領域がない実施の形態において)またはr(内側クラッド領域がある実施の形態において)と称され、rトレンチ、外側は、rと称され、Δトレンチは、Δと称される。Vトレンチは、Vと称されることもある。トレンチ体積は、絶対値として定義され、正の値を有する。トレンチ体積は、ここでは、%Δマイクロメートル、%Δ-マイクロメートル、%Δ-μmまたは%Δμmの単位で表され、それにより、これらの単位は、ここでは交換可能に使用することができる。
光ファイバの「カットオフ波長」は、光ファイバが1つの伝搬モードのみをサポートする最小波長である。カットオフ波長を下回る波長では、多モード伝送が起こることがあり、LP01と1つ以上の高次モードとの間でマルチパス干渉が生じて、光ファイバの情報伝送能力が制限されることがある。ここでは、カットオフ波長をファイバカットオフ波長またはケーブルカットオフ波長として報告する。 ファイバカットオフ波長は、2メートルのファイバ長に基づくものであり、ケーブルカットオフ波長は、22メートルのケーブルファイバ長に基づくものである。この22メートルのケーブルカットオフ波長は、ケーブル環境におけるより高いレベルの曲げと機械的圧力により、通常は、2メートルのカットオフ波長より小さい。TIA-455-80: FOTP-80 IEC-60793-1-44 Optical Fibres - Part 1-44: Measurement Methods and Test Procedures - Cut-off Wavelength (2003年5月21日), by Telecommunications Industry Association (TIA)で規定されるように、ファイバカットオフ波長λCFは、2メートルのファイバ長に基づく一方で、ケーブルカットオフ波長λCCは、22メートルのケーブルファイバ長に基づく。
光ファイバの「色分散」(本明細書では特に断らない限り「分散」と呼ぶ)は、材料分散、導波路分散、および多モード分散の合計である。シングルモード導波路ファイバの場合、多モード分散はゼロである。2モード領域での分散値は、多モード分散がゼロであることを前提としている。ゼロ分散波長(λ)とは、分散がゼロとなる波長である。
一次被覆の「ばね定数」χは、式(9):
Figure 2023519073000010
から計算され、式中、Eは一次被覆のその場弾性率であり、tは一次被覆の厚さであり、dはガラスファイバの直径2rである。ばね定数は、一次被覆がガラスファイバへの二次被覆の結合を軽減する程度を記載する現象論的パラメータである(J. Baldauf等による“Relationship of Mechanical Characteristics of Dual Coated Single Mode Optical Fibers and Microbending Loss”, IEICE Transactions on Communications, Vol. E76-B, No. 4, 352~357頁 (1993年)を参照のこと)。現象論的モデルにおいて、一次被覆の緩衝効果は、式(9)に与えられたばね定数を有するバネとモデル化される。低いばね定数は、マイクロベンドに対する抵抗を大きくする。マイクロベンドに対する一次被覆の抵抗を確立する上でのその場弾性率と厚さのトレードオフが、ばね定数に反映されている。
ここに開示された光ファイバは、コア領域、このコア領域を取り囲むクラッド領域、およびこのクラッド領域を取り囲む被覆を備える。コア領域とクラッド領域は、ガラスであり、ガラスファイバを画成する。クラッド領域は、複数の領域を含み、その内の少なくとも2つは、相対屈折率が異なる。1つの実施の形態において、複数のクラッド領域は、コア領域を取り囲み、それに直接隣接する中間クラッド領域、およびその中間クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する外側クラッド領域を含む同心領域である。別の実施の形態において、複数のクラッド領域は、コア領域を取り囲み、それに直接隣接する内側クラッド領域、その内側クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する中間クラッド領域、およびその中間クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する外側クラッド領域を含む同心領域である。その中間クラッド領域は、外側クラッド領域よりも低い相対屈折率を有する。中間クラッド領域は、ここでは、トレンチまたはトレンチ領域と称されることもあり、式(8)により与えられたトレンチ体積を有する。中間クラッド領域は、曲げ損失の低減に寄与することがある。コア領域、クラッド領域、内側クラッド領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域は、それぞれ、コア、クラッド、内側クラッド、中間クラッド、および外側クラッドとも称される。光ファイバの全ての実施の形態は、コア、中間クラッド、および外側クラッドを有するガラスファイバを備える。いくつかの実施の形態において、ガラスファイバは、中間クラッドとコアとの間の内側クラッドも含む。すなわち、内側クラッドは随意的である。
ここに用いられるときはいつでも、径方向位置rおよび相対屈折率ΔまたはΔ(r)はコア領域を称し、径方向位置rおよび相対屈折率ΔまたはΔ(r)は内側クラッド領域を称し、径方向位置rおよび相対屈折率ΔまたはΔ(r)は中間クラッド領域を称し、径方向位置rおよび相対屈折率ΔまたはΔ(r)は外側クラッド領域を称し、径方向位置rは一次被覆を称し、径方向位置rは二次被覆を称し、径方向位置rは三次被覆を称する。
相対屈折率Δ(r)は、最大値Δ1maxおよび最小値Δ1minを有する。相対屈折率Δ(r)は、最大値Δ2maxおよび最小値Δ2minを有する。相対屈折率Δ(r)は、最大値Δ3maxおよび最小値Δ3minを有する。相対屈折率Δ(r)は、最大値Δ4maxおよび最小値Δ4minを有する。相対屈折率が、ある領域に亘り一定またはほぼ一定である実施の形態において、相対屈折率の最大値と最小値は、等しいかまたはほぼ等しい。特に明記のない限り、ある領域の相対屈折率に単一値が報告されている場合、その単一値は、その領域の平均値に相当する。
中央コア領域は、形状が実質的に円柱状であること、および周囲の内側クラッド領域、周囲の中間クラッド領域、周囲の外側クラッド領域、周囲の一次被覆、周囲の二次被覆、および周囲の三次被覆は、形状が実質的に環状であることが理解されよう。環状領域は、内側半径と外側半径で特徴付けることができる。径方向位置r、r、r、r、r、rおよびrは、ここでは、それぞれ、コア、内側クラッド、中間クラッド、外側クラッド、一次被覆、二次被覆、および三次被覆の外側半径を称する。半径rは、ガラスファイバの外側境界を画成する。半径rは、また、三次被覆を持たない実施の形態において、光ファイバの外側半径に相当する。三次被覆が存在する場合、半径rが光ファイバの外側半径に相当する。
2つの領域が互いに直接隣接している場合、その2つの領域の内側の領域の外側半径は、その2つの領域の外側の領域の内側半径と一致する。例えば、ここに開示されたガラスファイバは、外側クラッド領域により取り囲まれ、それに直接隣接する中間クラッド領域を備える。そのような実施の形態において、半径rは、中間クラッド領域の外側半径および外側クラッド領域の内側半径に相当する。
先に述べたように、内側クラッド領域は随意的である。内側クラッド領域を有する実施の形態において、半径rは、内側クラッド領域の外側半径および中間クラッド領域の内側半径に相当する。内側クラッド領域を持たない実施の形態において、半径rは、コア領域の外側半径および中間クラッド領域の内側半径に相当する。すなわち、内側クラッド領域を持たない実施の形態において、中間クラッド領域は、コア領域に直接隣接する。
以下の専門用語は、相対屈折率プロファイルが、コアを取り囲み、それに直接隣接する内側クラッド領域、その内側クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する中間クラッド領域、その中間クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する外側クラッド領域、その外側クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する一次被覆、およびその一次被覆を取り囲み、それに直接隣接する二次被覆を含む、実施の形態に適応する。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、内側クラッド領域の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、中間クラッド領域の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、外側クラッド領域の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、一次被覆の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、二次被覆の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、三次被覆の厚さと称される。
以下の専門用語は、中間クラッド領域がコア領域に直接隣接し、外側クラッド領域が中間クラッド領域に直接隣接する実施の形態に適応する。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、中間クラッド領域の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、外側クラッド領域の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、一次被覆の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、二次被覆の厚さと称される。径方向位置rと径方向位置rとの間の差は、ここでは、三次被覆の厚さと称される。
下記にさらに記載されるように、コア領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域の相対屈折率は異なる。内側クラッド領域の相対屈折率Δは、コア領域の相対屈折率Δより小さく、かつ中間クラッド領域の相対屈折率Δより大きい。内側クラッド領域の相対屈折率Δは、外側クラッド領域の相対屈折率Δより、小さくても、等しくても、または大きくてもよい。これらの領域の各々は、ドープされたまたは未ドープのシリカガラスから形成される。未ドープのシリカガラスに対する屈折率は、当業者に公知の技術を使用して、目標の屈折率または屈折率プロファイルを与えるように設計されたレベルで、アップドーパントまたはダウンドーパントを含ませることによって変えられる。アップドーパントは、未ドープのガラス組成物に対してガラスの屈折率を上昇させるドーパントである。ダウンドーパントは、未ドープのガラス組成物に対してガラスの屈折率を低下させるドーパントである。1つの実施の形態において、未ドープのガラスは、純粋なシリカガラスである。未ドープのガラスが純粋なシリカガラスである場合、アップドーパントとしては、Cl、Br、Ge、Al、P、Ti、Zr、Nb、およびTaが挙げられ、ダウンドーパントとしては、FおよびBが挙げられる。屈折率が一定の領域は、ドープを行わないことにより、または均一濃度でドープを行うことにより形成することができる。屈折率が変動する領域は、ドーパントの不均一な空間分布により、および/または異なる領域に異なるドーパントを含ませることにより、形成される。屈折率は、アップドーパントまたはダウンドーパントの濃度に対してほぼ直線的に変化する。例えば、シリカガラス中のドーパントとしての各1質量%のClは、約0.083Δ%だけ、相対屈折率を増加させ、シリカガラス中のドーパントとしての各1質量%のFは、約0.32Δ%だけ、相対屈折率を減少させる。
ここに記載された被覆は、硬化性被覆組成物から形成される。硬化性被覆組成物は、1種類以上の硬化性成分を含む。ここに用いられているように、「硬化性」という用語は、その成分が、適切な硬化エネルギー源に曝露されたときに、その成分のそれ自体への、または被覆組成物の他の成分への連結に関与する共有結合を形成することのできる硬化性官能基を1つ以上含むことを意味する意図がある。硬化性被覆組成物を硬化させることによって得られる生成物は、ここでは、組成物の硬化生成物と称される。硬化生成物が高分子であることが好ましい。硬化過程は、エネルギーにより誘発される。エネルギーの形態に、放射エネルギーまたは熱エネルギーがある。好ましい実施の形態において、硬化は放射線により生じ、その放射線は電磁放射線を指す。放射線により誘発される硬化は、ここでは、放射線硬化または光硬化と称される。放射線硬化性成分は、十分な期間に亘り十分な強度で適切な波長の放射線に曝露されたときに、硬化反応を経るように誘発できる成分である。適切な波長としては、電磁スペクトルの赤外、可視、または紫外部分の波長が挙げられる。放射線硬化反応は、光開始剤の存在下で起こる。放射線硬化性成分は、熱的に硬化性であることもある。同様に、熱硬化性成分は、十分な期間に亘り十分な強度の熱エネルギーに曝露されたときに、硬化反応を経るように誘発できる成分である。熱硬化性成分は、放射線硬化性であることもある。
硬化性成分は、1つ以上の硬化性官能基を含む。ただ1つの硬化性官能基を有する硬化性成分は、ここでは、単官能性硬化性成分と称される。2つ以上の硬化性官能基を有する硬化性成分は、ここでは、多官能性硬化性成分と称される。多官能性硬化性成分は、硬化過程中に共有結合を形成できる官能基を2つ以上含み、硬化過程中に形成される高分子網状構造に架橋を導入することができる。多官能性硬化性成分は、ここでは、「架橋剤」または「硬化性架橋剤」と称されることもある。硬化性成分には、硬化性単量体および硬化性オリゴマーがある。硬化過程中に共有結合の形成に関与する官能基の例が、以下に特定されている。
「分子量」という用語は、ポリオールに適用される場合、数平均分子量(M)を意味する。
「(メタ)アクリレート」という用語は、メタクリレート、アクリレート、またはメタクリレートとアクリレートの組合せを意味する。
その場弾性率、ヤング率、伸長%、および引裂強度の値は、ここに記載される手順による測定条件下で決定された値を称する。
ここで、本記載の説明に役立つ実施の形態を詳しく参照する。
ここに開示された光ファイバは、被覆により取り囲まれたガラスファイバを備える。光ファイバの一例が、図1の概略断面図に示されている。光ファイバ10は、一次被覆16および二次被覆18に取り囲まれたガラスファイバ11を備える。ガラスファイバ11、一次被覆16、および二次被覆18のさらなる説明が、下記に与えられている。
図2は、光ファイバリボン30を示す。リボン30は、複数の光ファイバ20およびその複数の光ファイバを被包するマトリクス32を備える。光ファイバ20は、先に記載されたような、コア領域、クラッド領域、一次被覆、および二次被覆を備える。光ファイバ20は、上述したような三次被覆も備えることがある。二次被覆は、顔料を含むことがある。光ファイバ20は、実質的に平面で並列な関係で互いに対して並べられている。光ファイバリボン中の光ファイバは、光ファイバリボンを製造する従来の方法によって、任意の公知の形態(例えば、エッジ結合リボン、薄型被包リボン、厚型被包リボン、または多層リボン)でリボンマトリクス32により被包されている。図2において、光ファイバリボン30は、十二(12)本の光ファイバ20を収容している;しかしながら、特定の使途のために配置された光ファイバリボン30を形成するために、いくつの光ファイバ20(例えば、2以上)が用いられてもよいことが当業者に明白であるはずである。リボンマトリクス32は、二次被覆を調製するために使用されたのと同じ組成物から形成しても差し支えない、またはリボンマトリクス32は、使用するのに他に適合する異なる組成物から形成しても差し支えない。
図3は、光ファイバケーブル40を示す。ケーブル40は、ジャケット42で取り囲まれた複数の光ファイバ20を備える。光ファイバ20は、ジャケット42の内面44で囲まれた導管中に緻密にまたは緩く充填されることがある。ジャケット42内に配置されるファイバの数は、光ファイバケーブル40の「ファイバ総数」と称される。ジャケット42は、押出高分子材料から形成されており、高分子または他の材料の複数の同心層を含むことがある。光ファイバケーブル40は、ジャケット42内に埋め込まれた、または内面44により画成された導管内に配置された、1つ以上の強化部材(図示せず)を含むことがある。強化部材は、ジャケット42よりも剛性であるファイバまたはロッドを含む。強化部材は、金属、網状スチール、ガラス強化プラスチック、ガラス繊維、または他の適切な材料から作られる。光ファイバケーブル40は、ジャケット42で取り囲まれた他の層(例えば、装甲層、防湿層、リップコードなど)を含むことがある。光ファイバケーブル40は、よられた緩い管コアまたは他の光ファイバケーブル構造を有してもよい。
ガラスファイバ。ここに開示された光ファイバは、コア領域と、そのコア領域を取り囲むクラッド領域とを有するガラスファイバ、およびクラッド領域を取り囲む被覆を備える。コア領域とクラッド領域はガラスである。ガラスファイバ11は、当業者に馴染みのあるように、コア領域12およびクラッド領域14を備える。コア領域12は、クラッド領域14より高い屈折率を有し、ガラスファイバ11は導波路として機能する。
多くの用途において、コア領域とクラッド領域は、識別できるコア・クラッド境界を有する。あるいは、コア領域とクラッド領域は、明確な境界がないことがあり得る。ある種のファイバは、ステップ型ファイバである。別の種類のファイバは、グレーデッド・インデックスファイバであり、これは、ファイバの中心からの距離により変化する屈折率を有するコア領域を有する。グレーデッド・インデックスファイバの例に、上記式(4)により規定されるα-プロファイルまたは上記式(5)により規定される超ガウスプロファイルを有する相対屈折率プロファイルを有するコア領域を備えたファイバである。
光ファイバの概略断面図が、図4Aおよび4Bに示されている。図4Aにおいて、光ファイバ46は、コア領域48、クラッド領域50、一次被覆56、および二次被覆58を備える。クラッド領域50は、内側クラッド領域51、中間クラッド領域53および外側クラッド領域55を含む。図4Bにおいて、光ファイバ46は、コア領域48、クラッド領域50、一次被覆56、および二次被覆58を備える。クラッド領域50は、中間クラッド領域53および外側クラッド領域55を含む。
ガラスファイバの代表的な相対屈折率プロファイルが、図5Aおよび5Bに示されている。図5Aは、外側半径rおよび最大相対屈折率Δ1maxを持つ相対屈折率Δを有するコア領域(1)、径方向位置rから径方向位置rまで延在し、相対屈折率Δを有する内側クラッド領域(2)、径方向位置rから径方向位置rまで延在し、相対屈折率Δを有する中間クラッド領域(3)、および径方向位置rから径方向位置rまで延在し、相対屈折率Δを有する外側クラッド領域(4)を有するガラスファイバ60に関する長方形トレンチプロファイルを示す。
図5Bは、外側半径rおよび最大相対屈折率Δ1maxを持つ相対屈折率Δを有するコア領域(1)、径方向位置rから径方向位置rまで延在し、相対屈折率Δを有する中間クラッド領域(3)、および径方向位置rから径方向位置rまで延在し、相対屈折率Δを有する外側クラッド領域(4)を有するガラスファイバ60に関する長方形トレンチプロファイルを示す。
図5Aおよび5Bのプロファイルにおいて、中間クラッド領域(3)は、外側クラッド領域(4)の一定または平均相対屈折率Δよりも小さい一定または平均相対屈折率Δを有するトレンチである。中間クラッド領域(3)は、上記式(8)に定義されたようなトレンチ体積を有する。コア領域(1)は、プロファイルにおいて最高の平均および最大相対屈折率を有する。コア領域(1)は、中心線に、またはその近くにより低い屈折率領域(当該技術分野において「中心線窪み(centerline dip)」として知られている)(図示せず)を含むことがある。
図5Aおよび5Bに示されたプロファイルにおいて、ガラスファイバのコア領域(1)は、超ガウスプロファイルにより描かれた相対屈折率を有するグレーデッド・インデックスを有する。超ガウスプロファイルの径方向位置r(Δ1maxに対応する)は、ファイバの中心線(r=0)に対応し、超ガウスプロファイルの径方向位置rは、コア半径rに対応する。中心線窪みを有する実施の形態において、径方向位置rは、ファイバの中心線からわずかにずれている。他の実施の形態において(図示せず)、コア領域(1)は、超ガウスプロファイルではなく、ステップ型屈折率の相対屈折率プロファイルまたはα-プロファイルの相対屈折率プロファイルである。さらに他の実施の形態において、コア領域(1)は、α-プロファイル、超ガウスプロファイル、またはステップ型屈折率プロファイルのいずれによっても定義されない相対屈折率プロファイルを有する。いくつかの実施の形態において、相対屈折率Δは、中心線から離れる径方向に連続的に減少する。他の実施の形態において、相対屈折率Δは、中心線とrとの間のいくつかの径方向位置に亘り変動し、また、中心線とrとの間の他の径方向位置に亘り一定値またはほぼ一定値を含む。
図5Aに示されたプロファイルにおいて、内側クラッド領域(2)から中間クラッド領域(3)への移行領域62および中間クラッド領域(3)から外側クラッド領域(4)への移行領域64は、ステップ型変化として示されている。ステップ型変化は理想化されたものであること、および移行領域62と移行領域64は、実際には、厳密に垂直ではないことがあることを理解すべきである。そうではなく、移行領域62および/または移行領域64は、勾配または曲率を有することがある。移行領域62および/または移行領域64が非垂直である場合、中間クラッド領域(3)の内側半径rと外側半径rは、それぞれ、移行領域62と64の中間点に相当する。これらの中間点は、外側クラッド領域(4)に対する中間クラッド領域(3)の深さ67の半分に相当する。
図5Aに示された相対屈折率プロファイルにおける相対屈折率Δ、Δ、Δ、およびΔの相対的順序は、条件Δ1max>Δ>ΔおよびΔ1max>Δ>Δを満たす。
図5Bに示されたプロファイルにおいて、コア領域(1)から中間クラッド領域(3)への移行領域62および中間クラッド領域(3)から外側クラッド領域(4)への移行領域64は、ステップ型変化として示されている。ステップ型変化は理想化されたものであること、および移行領域62と移行領域64は、実際には、厳密に垂直ではないことがあることを理解すべきである。そうではなく、移行領域62および移行領域64は、勾配または曲率を有することがある。移行領域62および/または移行領域64が非垂直である場合、中間クラッド領域(3)の内側半径rと外側半径rは、それぞれ、移行領域62と64の中間点に相当する。これらの中間点は、外側クラッド領域(4)に対する中間クラッド領域(3)の深さ67の半分に相当する。
図5Bに示された相対屈折率プロファイルにおける相対屈折率Δ、Δ、およびΔの相対的順序は、条件Δ1max>Δ>Δを満たす。
コア領域はシリカガラスから作られている。コア領域のシリカガラスが、Geを含まないことが好ましい。すなわち、コア領域は、Geを含まないシリカガラスから作られている。コア領域のシリカガラスは、未ドープのシリカガラス、アップドープされたシリカガラス、および/またはダウンドープされたシリカガラスである。アップドープされたシリカガラスに、アルカリ金属酸化物(例えば、NaO、KO、LiO、CsO、またはRbO)がドープされたシリカガラスがある。ダウンドープされたシリカガラスに、Fがドープされたシリカガラスがある。いくつかの実施の形態において、コア領域には、アルカリ金属酸化物およびフッ素が共にドープされている。アルカリ金属(例えば、K)の量に関して表現される、コア中のアルカリ金属酸化物(例えば、KO)の濃度は、20ppmから500ppm、または35ppmから400ppm、または50ppmから300ppmの範囲にあり、ppmは、質量の百万分率を称する。
いくつかの実施の形態において、コア領域は、アップドーパントとダウンドーパントを含み、ここで、アップドーパントの濃度は、中心線(r=0)で最高であり、半径rで最低であり、ダウンドーパントの濃度は、中心線(r=0)で最低であり、半径rで最高である。そのような実施の形態において、相対屈折率Δは、中心線(r=0)近くで正の値を有し、半径rでの負の値まで減少することがある。
1つの実施の形態において、コア領域は、外側コア領域で取り囲まれた内側コア領域を含むセグメント化されたコア領域であり、ここで、内側コア領域は、アップドープされたシリカガラスから作られ、正の最大相対屈折率Δ1maxを有し、外側コア領域は、ダウンドープされたシリカガラスから作られ、負の最小相対屈折率Δ1minを有する。内側コア領域のアップドープされたシリカガラスは、アップドーパントまたはアップドーパントとダウンドーパントの組合せを含む。内側コア領域がアップドーパントとダウンドーパントの組合せを含む実施の形態において、アップドーパントとダウンドーパントの相対濃度は、最大相対屈折率の正味の正の値を提供するように調整される。外側コア領域がアップドーパントとダウンドーパントの組合せを含む実施の形態において、アップドーパントとダウンドーパントの相対濃度は、相対屈折率の正味の負の値を提供するように調整される。セグメント化されたコアに関する実施の形態において、Δ(およびΔ1maxおよびΔ1min)は、内側コア領域と外側コア領域を含む、コア領域全体を称し、rは外側コア領域の外側半径に対応し、rは、内側コア領域の外側半径に対応する。内側コア領域と外側コア領域との間の境界は、径方向位置rで生じ、r<rである。
いくつかの実施の形態において、ガラスファイバのコア領域の相対屈折率は、1.5から10の範囲、または1.7から8.0の範囲、または1.8から6.0の範囲、または1.9から5.0の範囲、または1.95から4.5の範囲、または2.0から4.0の範囲、または4.0から9.5の範囲、または5.0から9.0の範囲、または10から100の範囲、または11から40の範囲、または12から30の範囲のα値を有するα-プロファイルにより描かれている。αの値が上昇するにつれて、相対屈折率は、ステップ型プロファイルにより密接に近づく。セグメント化されたコア領域に関するいくつかの実施の形態において、内側コア領域および外側コア領域のいずれかまたは両方は、ここに記載されたようなαの値を有するα-プロファイルにより記載された相対屈折率を有する。
コア領域の外側半径rは、3.0μmから10.0μmの範囲、または3.5μmから9.0μmの範囲、または4.0μmから8.0μmの範囲にある。いくつかの実施の形態において、コア領域は、少なくとも1.0μm、または少なくとも2.0μm、または少なくとも3.0μm、または少なくとも4.0μm、または少なくとも5.0μm、または1.0μmから6.0μmの範囲、または2.0μmから5.0μmの範囲の径方向の幅を有する一定またはほぼ一定の相対屈折率を有する部分を含む。ある実施の形態において、一定またはほぼ一定の相対屈折率を有するコア領域の部分は、Δ1minの相対屈折率を有する。セグメント化されたコア領域に関する実施の形態において、半径rは、0.25μmから3.0μmの範囲、または0.5μmから2.5μmの範囲、または0.75μmから2.0μmの範囲にある。
コア領域の相対屈折率ΔまたはΔ1maxは、-0.15%から0.30%の範囲、または-0.10%から0.20%の範囲、または-0.05%から0.15%の範囲、または0.00%から0.10%の範囲にある。コア領域の最小相対屈折率Δ1minは、-0.20%から0.10%の範囲、または-0.15%から0.05%の範囲、または-0.15%から0.00%の範囲にある。
いくつかの実施の形態において、コア領域の相対屈折率は、Δ1maxに対応する一定またはほぼ一定の値を有するステップ型プロファイルにより記載される。
内側クラッド領域は、未ドープのシリカガラス、アップドープされたシリカガラス、またはダウンドープされたシリカガラスから作られている。内側クラッド領域の相対屈折率Δは、-0.60%から0.00%の範囲、または-0.55%から-0.05%の範囲、または-0.50%から-0.10%の範囲、または-0.45%から-0.15%の範囲にある。相対屈折率Δは、一定またはほぼ一定であることが好ましい。ΔとΔの差(またはΔとΔ3minの差、またはΔ2maxとΔの差、またはΔ2maxとΔ3minの差)は、0.10%超、または0.15%超、または0.20%超、または0.25%超、または0.30%超、または0.10%から0.40%の範囲、または0.15%から0.35%の範囲にある。内側クラッド領域の相対屈折率Δは、外側クラッド領域の相対屈折率Δより小さい、それと等しい、またはそれより大きい。
内側クラッド領域の内側半径は、rであり、先に与えられた値を有する。内側クラッド領域の外側半径rは、6.0μmから18.0μmの範囲、または7.0μmから16.0μmの範囲、または8.0μmから14.0μmの範囲にある。内側クラッド領域の厚さr-rは、2.0μmから10.0μmの範囲、または3.0μmから9.0μmの範囲、または4.0μmから8.0μmの範囲にある。
中間クラッド領域は、ダウンドープされたシリカガラスから作られている。好ましいダウンドーパントはF(フッ素)である。F(フッ素)の濃度は、0.1質量%から2.5質量%の範囲、または0.25質量%から2.25質量%の範囲、または0.3質量%から2.0質量%の範囲にある。
相対屈折率プロファイルが中間クラッド領域を含む実施の形態において、相対屈折率ΔまたはΔ3minは、-0.30%から-0.90%の範囲、または-0.30%から-0.70%の範囲、または-0.30%から-0.60%の範囲、または-0.30%から-0.50%の範囲、または-0.35%から-0.75%の範囲、または-0.35%から-0.60%の範囲、または-0.40%から-0.70%の範囲、または-0.45%から-0.70%の範囲にある。相対屈折率Δが、一定またはほぼ一定であることが好ましい。Δ1maxとΔの差(またはΔ1maxとΔ3minの差、またはΔとΔの差、またはΔとΔ3minの差)は、0.20%超、または0.30%超、または0.40%超、または0.50%超、または0.60%超、または0.25%から0.70%の範囲、または0.35%から0.60%の範囲にある。Δ1minとΔの差(またはΔ1minとΔ3minの差)は、0.20%超、または0.30%超、または0.40%超、または0.50%超、または0.20%から0.60%の範囲、または0.25%から0.50%の範囲にある。
中間クラッド領域の内側半径はr(内側クラッド領域がない実施の形態において)またはr(内側クラッド領域を有する実施の形態において)であり、先に指定された値を有する。中間クラッド領域の外側半径rは、10.0μmから30.0μmの範囲、または12.5μmから27.5μmの範囲、または15.0μmから25.0μmの範囲にある。中間クラッド領域の厚さr-r(内側クラッド領域がない実施の形態において)または厚さr-r(内側クラッド領域を有する実施の形態において)は、2.0μmから22.0μmの範囲、または5.0μmから20.0μmの範囲、または7.5μmから17.5μmの範囲、または10.0μmから15.0μmの範囲にある。
内側クラッド領域を有する実施の形態において、中間クラッド領域のトレンチ体積Vトレンチは、20%μm超、または30%μm超、または40%μm超、または50%μm超、または60%μm超、または20%μmから70%μmの範囲、または25%μmから65%μmの範囲、または30%μmから60%μmの範囲にある。トレンチ体積は、中間クラッド領域の厚さ、中間クラッド領域の相対屈折率、および/または外側クラッド領域の相対屈折率と中間クラッド領域の相対屈折率との間の差を変えることによって、制御することができる。
内側クラッド領域を持たない実施の形態において、中間クラッド領域のトレンチ体積Vトレンチは、10%μm超、または15%μm超、または20%μm超、または25%μm超、または30%μm超、または10.0%μmから40.0%μmの範囲、または15.0%μmから35.0%μmの範囲、または20.0%μmから30.0%μmの範囲にある。トレンチ体積は、中間クラッド領域の厚さ、中間クラッド領域の相対屈折率、および/または外側クラッド領域の相対屈折率と中間クラッド領域の相対屈折率との間の差を変えることによって、制御することができる。
外側クラッド領域の相対屈折率ΔまたはΔ4maxは、-0.60%から0.00%の範囲、または-0.55%から-0.05%の範囲、または-0.50%から-0.10%の範囲、または-0.45%から-0.15%の範囲、または-0.40%から-0.20%の範囲、または-0.35%から-0.25%の範囲にある。相対屈折率Δが、一定またはほぼ一定であることが好ましい。ΔとΔの差(またはΔとΔ3minの差、またはΔ4maxとΔの差、またはΔ4maxとΔ3minの差)は、0.10%超、または0.20%超、または0.25%超、または0.30%超、または0.35%超、または0.10%から0.45%の範囲、または0.15%から0.40%の範囲にある。
外側クラッド領域の内側半径は、rであり、先に指定された値を有する。外側半径rは、ケーブル内のファイバの総数を多くするために、ガラスファイバの直径を最小にするように小さいことが好ましい。外側クラッド領域の外側半径rは、52.5μm以下、または50.0μm以下、または47.5μm以下、または45.0μm以下、または42.5μm以下、または40.0μm以下、または37.5μmから52.5μmの範囲、または37.5μmから50.0μmの範囲、または37.5μmから47.5μmの範囲、または40.0μmから52.5μmの範囲、または40.0μmから50.0μmの範囲、または40.0μmから47.5μmの範囲、または42.5μmから50.0μmの範囲にある。外側クラッド領域の厚さr-rは、15.0μmから40.0μmの範囲、または17.5μmから37.5μmの範囲、または20.0μmから35.0μm、または22.5μmから32.5μmの範囲にある。
図6は、製造されたガラスファイバの代表的な相対屈折率プロファイルを示す。相対屈折率プロファイル70および80は、径が増す方向に、コア領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域を備える。相対屈折率プロファイル90および100は、径が増す方向に、コア領域、内側クラッド領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域を備える。中間クラッド領域の幅と深さは様々である。相対屈折率プロファイル70は、コア領域と屈折率が低下したクラッド領域との間の移行領域73および屈折率が低下したクラッド領域と外側クラッド領域との間の移行領域77を備える。相対屈折率プロファイル70について、移行領域73は半径rで生じ、移行領域77はrで生じる。相対屈折率プロファイル80は、コア領域と屈折率が低下したクラッド領域との間の移行領域83および屈折率が低下したクラッド領域と外側クラッド領域との間の移行領域87を備える。相対屈折率プロファイル80について、移行領域83は半径rで生じ、移行領域87は半径rで生じる。相対屈折率プロファイル90は、内側クラッド領域と中間クラッド領域との間の移行領域93および中間クラッド領域と外側クラッド領域との間の移行領域97を備える。相対屈折率プロファイル90について、移行領域93は半径rで生じ、移行領域97は半径rで生じる。相対屈折率プロファイル100は、内側クラッド領域と中間クラッド領域との間の移行領域103および中間クラッド領域と外側クラッド領域との間の移行領域107を備える。相対屈折率プロファイル100について、移行領域103は半径rで生じ、移行領域107は半径rで生じる。
図6に示された相対屈折率プロファイル70、80、90、および100に関連する有効面積Aeffは、1550nmの波長で、それぞれ、76μm、86μm、112μm、および150μmである。
1つ実施の形態において、コア領域は、内側コア領域が外側コア領域に取り囲まれ、それに直接隣接し、外側コア領域が、内側クラッド領域(内側クラッド領域を有する実施の形態において)または中間クラッド領域(内側クラッド領域がない実施の形態において)に取り囲まれ、それに直接隣接している、セグメント化されたコア領域である。外側コア領域は半径rを有し、内側コア領域は、r<rとなるような外径rを有する。1つの実施の形態において、内側コア領域および外側コア領域の各々は、α-プロファイルにより描かれた相対屈折率プロファイルを有する。1つの実施の形態において、内側コア領域は、1.5から10の範囲、または1.7から8.0の範囲、または1.8から6.0の範囲、または1.9から5.0の範囲、または1.95から4.5の範囲、または2.0から4.0の範囲、または4.0から9.5の範囲、または5.0から9.0の範囲、または10から100の範囲、または11から40の範囲、または12から30の範囲にあるα値を有する。別の実施の形態において、内側コア領域は、α-プロファイルにより描かれた相対屈折率プロファイルを有し、外側コア領域は、ステップ型屈折率プロファイルにより描かれた相対屈折率プロファイルを有する。別の実施の形態において、内側コア領域は、α-プロファイルにより描かれた相対屈折率プロファイルを有し、外側コア領域は、丸みを帯びたステップ型屈折率プロファイルにより描かれた相対屈折率プロファイルを有する。
1つの実施の形態において、内側コア領域はアルカリドープシリカであり、外側コア領域はハロゲン化物ドープシリカである。ハロゲン化物ドープシリカは、Cl、F、およびBrの1つ以上がドープされたシリカを含む。1つの実施の形態において、内側コア領域は、KOがドープされたシリカであり、外側コア領域は、FまたはFとClの組合せがドープされている。
内側コア領域および外側コア領域の各々が、α-プロファイルにより描かれた相対屈折率プロファイルを有する実施の形態において、半径rは、式(10):
Figure 2023519073000011
に与えられる関数χを最小にすることによって決定され、式中、f(r)は内側コア領域のα-プロファイル関数であり、g(r)は外側コア領域のα-プロファイル関数であり、g(r)は、r=rでのg(r)の値であり、Δ(r)は、内側コア領域の測定された相対屈折率プロファイルであり、Δ(r)は、外側コア領域の測定された相対屈折率プロファイルであり、添え字「i」は、内側コア領域内の径方向位置rを表示し、添え字「j」は、外側コア領域内の径方向位置rを表示し、0<r<r、r≦r≦r、添え字「a」は、r=rに対応する添え字「i」の値であり、添え字「b」は、r=rに対応する添え字「j」の値である。
ここに開示された光ファイバの有効面積Aeffは、1550nmの波長で、70μm超、または80μm超、または90μm超、または100μm超、または120μm超、または70μmから160μmの範囲、または80μmから120μmの範囲、または90μmから110μmの範囲にある。
ここに開示された光ファイバの減衰は、1550nmの波長の波長で、0.180dB/km以下、または0.175dB/km以下、または0.170dB/km以下、または0.165dB/km以下、または0.160dB/km以下である。
ここに開示された光ファイバのモードフィールド径は、1550nmの波長で、9.5μmから11.5μmの範囲、または9.75μmから11.25μmの範囲、または10.0μmから11.0μmの範囲にある。
ここに開示された光ファイバのケーブルカットオフ波長λCCは、1550nm未満、または1530nm未満、または1500nm未満、または1450nm未満、または1400nm未満、または1350nm未満である。
光ファイバの被覆。光ファイバを通る光の透過率は、ガラスファイバに施される被覆の性質に大きく依存する。その被覆は、典型的に、一次被覆および二次被覆を含み、ここで、二次被覆は一次被覆を取り囲み、一次被覆はガラスファイバ(クラッド領域により取り囲まれた中央コア領域を含む)に接触する。二次被覆は、一次被覆よりも硬い材料(より高いヤング率)であり、光ファイバの加工、取扱い、および配置中に生じる摩耗または外力により生じる損傷からガラスファイバを保護するように設計される。一次被覆は、二次被覆より柔らかい材料(より低いヤング率)であり、二次被覆の外面に印加される力から生じる応力を緩衝するまたは消散させるように設計される。一次被覆内の応力の消散は、応力を減衰させ、ガラスファイバに到達する応力を最小にする。一次被覆は、ケーブル内に敷設されるときに光ファイバが遭遇するマイクロベンドのために生じる応力を消散させる上で特に重要である。ガラスファイバに伝達されるマイクロベンド応力は、ガラスファイバの屈折率プロファイルに局所摂動を作り出すので、マイクロベンド応力を最小にする必要がある。局所的な屈折率摂動は、ガラスファイバを通じて伝送される光の強度損失をもたらす。応力を消散させることによって、一次被覆はマイクロベンド誘起強度損失を最小にする。
誤った光信号をコア領域から取り去るために、一次被覆16が、ガラスファイバのクラッド領域より高い屈折率を有することが好ましい。一次被覆は、熱劣化および加水分解劣化中にガラスファイバへの適切な付着を維持するが、それでも、スプライシング目的のためにガラスファイバから剥ぎ取り可能であるべきである。
一次被覆と二次被覆は、典型的に、硬化性被覆組成物を粘稠液としてガラスファイバに施し、硬化させることによって形成される。光ファイバは、二次被覆を取り囲み、それに直接隣接する三次被覆(図示せず)も備えることがある。三次被覆は、識別目的のために光ファイバに印を付ける顔料、インクまたは他の着色剤を含むことがあり、典型的に、二次被覆のヤング率と同程度のヤング率を有する。三次被覆の厚さは、10.0μm未満、または8.0μm未満、または6.0μm未満、または4.0μm未満、または1.0μmから10.0μmの範囲、または2.0μmから8.0μmの範囲、または3.0μmから6.0μmの範囲にある。
一次被覆組成物。一次被覆は、硬化性一次被覆組成物の硬化生成物である。硬化性一次被覆組成物は、光ファイバに、低いヤング率、低い引抜き力、および強力な凝集を示す一次被覆を与える。硬化性一次被覆組成物は、さらに、剥取り操作中の欠陥形成に対する高い抵抗性およびきれいな剥離性を特徴とする一次被覆の形成を可能にする。低い引抜き力は、残留物を最小にして、一次被覆をきれいに剥ぎ取ることを促進し、強力な凝集は、剥離力に曝されたときに、一次被覆に欠陥が発生し、伝搬するのを防ぐ。一次被覆の厚さが減少した光ファイバでさえ、光ファイバは、低い損失および低いマイクロベンド損失の性能を有すると見込まれる。一次被覆は、減少した厚さでさえ、これらの利点を示す。
一次被覆は、オリゴマー、単量体、光開始剤および、必要に応じて、添加剤を含む放射線硬化性一次被覆組成物の硬化生成物である。以下の開示では、その放射線硬化性一次被覆組成物のオリゴマー、そのオリゴマーの少なくとも1つを含有する放射線硬化性一次被覆組成物、オリゴマーの少なくとも1つを含む放射線硬化性一次被覆組成物の硬化生成物、オリゴマーの少なくとも1つを含有する放射線硬化性一次被覆組成物が被覆されたガラスファイバ、およびオリゴマーの少なくとも1つを含有する放射線硬化性一次被覆組成物の硬化生成物が被覆されたガラスファイバが記載されている。
前記オリゴマーが、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物および二付加化合物(di-adduct compound)を含むことが好ましい。1つの実施の形態において、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物は、直鎖状分子構造を有する。1つの実施の形態において、そのオリゴマーは、ジイソシアネート化合物、ポリオール化合物、およびヒドロキシアクリレート化合物の間の反応から形成され、この反応により、主生成物(主要生成物)としてポリエーテルウレタンジアクリレート化合物が、副生成物(少数生成物)として二付加化合物が生成される。この反応は、ジイソシアネート化合物のイソシアネート基とポリオール化合物のアルコール基との反応の際にウレタン結合を形成する。ヒドロキシアクリレート化合物は、ジイソシアネート化合物とポリオール化合物との反応から形成された組成物中に存在する残留イソシアネート基をクエンチするように反応する。ここに用いられているように、「クエンチ(quench)」という用語は、ヒドロキシアクリレート化合物のヒドロキシル基との化学反応によるイソシアネート基の転化を称する。ヒドロキシアクリレート化合物による残留イソシアネート基のクエンチにより、末端イソシアネート基が末端アクリレート基に転化される。
好ましいジイソシアネート化合物は、式(I):
Figure 2023519073000012
で表され、これは、結合基Rで隔てられた2つの末端アクリレート基を含む。1つの実施の形態において、結合基Rは、アルキレン基を含む。結合基Rのアルキレン基は、直鎖状(例えば、メチレンまたはエチレン)、分岐状(例えば、イソプロピレン)、または環状(例えば、シクロヘキシレン、フェニレン)である。環状基は、芳香族または非芳香族である。いくつかの実施の形態において、結合基Rは、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシル)基であり、ジイソシアネート化合物は、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)である。いくつかの実施の形態において、結合基Rは、芳香族基がない、またはフェニレン基がない、またはオキシフェニレン基がない。
ポリオール化合物は、分子式(II):
Figure 2023519073000013
で表され、式中、Rはアルキレン基を含み、-O-R-は、繰り返しアルコキシレン基であり、xは整数である。好ましくは、xは、20超、または40超、または50超、または75超、または100超、または125超、または150超、または20から500の範囲、または20から300の範囲、または30から250の範囲、または40から200の範囲、または60から180の範囲、または70から160の範囲、または80から140の範囲にある。Rは、好ましくは、メチレン、エチレン、プロピレン(分岐していない、イソまたはその組合せ)、またはブチレン(分岐していない、イソ、第二、第三、またはその組合せ)などの直鎖状または分岐アルキレン基である。ポリオール化合物は、ポリエチレンオキシドなどのポリアルキレンオキシド、またはポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコールであることがある。ポリプロピレングリコールは好ましいポリオールである。ポリオールの分子量は、1000g/モル超、または2500g/モル超、または5000g/モル超、または7500g/モル超、または10000g/モル超、または1000g/モルから20000g/モルの範囲、または2000g/モルから15000g/モルの範囲、または2500g/モルから12500g/モルの範囲、または2500g/モルから10000g/モルの範囲、または3000g/モルから7500g/モルの範囲、または3000g/モルから6000g/モルの範囲、または3500g/モルから5500g/モルの範囲にある。いくつかの実施の形態において、ポリオールは、多分散系であり、分子の総数が協同して、先に規定された数平均分子量を与えるような分子量の範囲に亘る分子を含む。
ポリオールの不飽和度は、0.25meq/g未満、または0.15meq/g未満、または0.10meq/g未満、または0.08meq/g未満、または0.06meq/g未満、または0.04meq/g未満、または0.02meq/g未満、または0.01meq/g未満、または0.005meq/g未満、または0.001meq/gから0.15meq/gの範囲、または0.005meq/gから0.10meq/gの範囲、または0.01meq/gから0.10meq/gの範囲、または0.01meq/gから0.05meq/gの範囲、または0.02meq/gから0.10meq/gの範囲、または0.02meq/gから0.05meq/gの範囲にある。ここに用いられているように、不飽和度は、ASTM D4671-16に報告された標準方法によって決定された値を称する。その方法において、ポリオールは、メタノール溶液中で酢酸第二水銀およびメタノールと反応せしめられて、アセトキシ第二水銀メトキシ(acetoxymercuricmethoxy)化合物および酢酸を生成する。ポリオールの酢酸第二水銀との反応は、等モル濃度であり、放出される酢酸の量は、ここに使用される不飽和の尺度を提供するために、アルコール性水酸化カリウムによる滴定で決定される。酢酸の滴定に対する過剰な酢酸第二水銀の干渉を防ぐために、臭化ナトリウムを添加して、酢酸第二水銀を臭化物に転化させる。
オリゴマーを形成するための反応は、未反応の出発材料(例えば、ジイソシアネート化合物)中に存在する末端イソシアネート基またはポリオールとのジイソシアネート化合物の反応において形成される生成物(例えば、末端イソシアネート基を有するウレタン化合物)と反応するためのヒドロキシアクリレート化合物の添加をさらに含む。このヒドロキシアクリレート化合物は、末端イソシアネート基と反応して、オリゴマーの1つ以上の成分のための末端アクリレート基を提供する。いくつかの実施の形態において、ヒドロキシアクリレート化合物は、末端イソシアネート基を末端アクリレート基に完全に転化させるのに必要な量を超えて存在する。そのオリゴマーは、単一のポリエーテルウレタンアクリレート化合物または2種類以上のポリエーテルウレタンアクリレート化合物の組合せを含む。
前記ヒドロキシアクリレート化合物は、分子式(III):
Figure 2023519073000014
で表され、式中、Rはアルキレン基を含む。Rのアルキレン基は、直鎖状(例えば、メチレンまたはエチレン)、分岐状(例えば、イソプロピレン)、または環状(例えば、フェニレン)である。いくつかの実施の形態において、ヒドロキシアクリレート化合物は、アクリレート基のエチレン性不飽和基の置換を含む。エチレン性不飽和基の置換基はアルキル基を含む。置換されたエチレン性不飽和基を有するヒドロキシアクリレート化合物の一例に、ヒドロキシメタクリレート化合物がある。以下の議論には、ヒドロキシアクリレート化合物が記載されている。しかしながら、その議論は、置換されたヒドロキシアクリレート化合物、特に、ヒドロキシメタクリレート化合物に適用されることを理解すべきである。
異なる実施の形態において、ヒドロキシアクリレート化合物に、2-ヒドロキシエチルアクリレートなどのヒドロキシアルキルアクリレートがある。ヒドロキシアクリレート化合物は、残留レベルまたはそれより高いレベルで水を含むことがある。ヒドロキシアクリレート化合物中の水の存在は、最終的な反応組成物中の未反応のイソシアネート基の濃度を減少させるためのイソシアネート基の反応を促進させることがある。様々な実施の形態において、ヒドロキシアクリレート化合物の含水量は、少なくとも300ppm、または少なくとも600ppm、または少なくとも1000ppm、または少なくとも1500ppm、または少なくとも2000ppm、または少なくとも2500ppmである。
先の例示の分子式(I)、(II)、および(III)において、基R、R、およびRは、独立して、全て同じである、全て異なる、または同じ2つの基と異なる1つの基を含む。
ジイソシアネート化合物、ヒドロキシアクリレート化合物、およびポリオール化合物は、同時に混ぜ合わされ、反応させられる、または順々に混ぜ合わされ(任意の順序で)、反応させられる。1つの実施の形態において、オリゴマーは、ジイソシアネート化合物をヒドロキシアクリレート化合物と反応させ、得られた生成組成物をポリオール化合物と反応させることによって形成される。別の実施の形態において、オリゴマーは、ジイソシアネート化合物をポリオール化合物と反応させ、得られた生成組成物をヒドロキシアクリレート化合物と反応させることによって形成される。
前記オリゴマーは、ジイソシアネート化合物、ヒドロキシアクリレート化合物、およびポリオール化合物の反応から形成され、ここで、反応過程におけるジイソシアネート化合物対ヒドロキシアクリレート化合物対ポリオール化合物のモル比は、n:m:pである。n、m、およびpは、ここでは、それぞれ、ジイソシアネート、ヒドロキシアクリレート、およびポリオールのモル数またはモル比とここでは称される。モル数のn、m、およびpは、正の整数または正の非整数である。実施の形態において、pが2.0である場合、nは、3.0から5.0の範囲、または3.2から4.8の範囲、または3.4から4.6の範囲、または3.5から4.4の範囲、または3.6から4.2の範囲、または3.7から4.0の範囲にあり、mは、1.5から4.0の範囲、または1.6から3.6の範囲、または1.7から3.2の範囲、または1.8から2.8の範囲、または1.9から2.4の範囲にある。2.0以外のpの値について、モル比のn:m:pは、比例して見積もられる。例えば、モル比のn:m:p=4.0:3.0:2.0は、モル比のn:m:p=2.0:1.5:1.0に相当する。
モル数mは、オリゴマーを形成するために使用されるジイソシアネート化合物とポリオール化合物の反応から形成された生成組成物中に存在する未反応のイソシアネート基と化学量論的に反応するヒドロキシアクリレート化合物の量を提供するように選択されることがある。イソシアネート基は、未反応のジイソシアネート化合物(未反応の出発材料)中またはジイソシアネート化合物のポリオール化合物との反応において形成されたイソシアネート末端ウレタン化合物中に存在することがある。あるいは、モル数mは、ジイソシアネート化合物とポリオール化合物との反応から形成された生成組成物中に存在するどのような未反応のイソシアネート基とも化学量論的に反応するのに必要な量を超えるヒドロキシアクリレート化合物の量を提供するように選択されることがある。ヒドロキシアクリレート化合物は、単一アリコートまたは複数のアリコートとして添加される。1つの実施の形態において、ヒドロキシアクリレートの初期アリコートは、オリゴマーを形成するために使用される反応混合物中に含まれ、形成された生成組成物は、未反応のイソシアネート基の存在について試験することができる(例えば、イソシアネート基の存在を検出するためにFTIR分光法を使用して)。ヒドロキシアクリレート化合物の追加のアリコートが、未反応のイソシアネート基と化学量論的に反応するように生成組成物に添加されることがある(例えば、イソシアネート基がヒドロキシアクリレート化合物により転化されるときの特徴的なイソシアネート周波数(例えば、2260cm-1から2270cm-1)の減少をモニタするためにFTIR分光法を使用して)。変わりの実施の形態において、未反応のイソシアネート基と化学量論的に反応するのに必要な量を超えたヒドロキシアクリレート化合物のアリコートが添加される。下記により完全に記載されるように、pの所定の値について、モル数m対モル数nの比は、オリゴマー中のポリエーテルウレタンジアクリレート化合物および二付加化合物の相対的比率に影響し、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物と二付加化合物の相対的比率の差が、オリゴマーから形成された被覆の引裂強度および/または臨界応力の差をもたらす。
1つの実施の形態において、オリゴマーは、先に規定されたようなモル比のn:m:pで4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、2-ヒドロキシエチルアクリレート、およびポリプロピレングリコールを含む反応混合物から形成され、ここで、ポリプロピレングリコールは、2500g/モルから6500g/モルの範囲、または3000g/モルから6000g/モルの範囲、または3500g/モルから5500g/モルの範囲の数平均分子量を有する。
オリゴマーは、2つの成分を含む。第1の成分は、分子式(IV):
Figure 2023519073000015
を有するポリエーテルウレタンジアクリレート化合物であり、第2の成分は、分子式(V):
Figure 2023519073000016
を有する二付加化合物であり、基R、R、R、および整数xは、この中に先に記載されたようなものであり、yは、正の整数であり、分子式(IV)および(V)中の基Rは、分子式(I)中の基Rと同じであり、分子式(IV)中の基Rは、分子式(II)中の基Rと同じであり、分子式(IV)および(V)中の基Rは、分子式(III)中の基Rと同じである。二付加化合物は、分子式(I)のジイソシアネート化合物の両方の末端イソシアネート基の分子式(II)のヒドロキシアクリレート化合物との反応により形成された化合物に相当し、ここで、ジイソシアネート化合物は、分子式(II)のポリオールとの反応を経ていない。
二付加化合物は、オリゴマーを形成するために使用される反応中にジイソシアネート化合物のヒドロキシアクリレート化合物との反応から形成される。あるいは、二付加化合物は、オリゴマーを形成するために使用される反応と関係なく形成され、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物を形成するために使用される反応の生成物、またはポリエーテルウレタンジアクリレート化合物の精製形態に添加される。ヒドロキシアクリレート化合物のヒドロキシ基は、ジイソシアネート化合物のイソシアネート基と反応して、末端アクリレート基を提供する。この反応は、ジイソシアネート化合物の各イソシアネート基で起こって、二付加化合物を形成する。この二付加化合物は、少なくとも1.0質量%、または少なくとも1.5質量%、または少なくとも質量2.0%、または少なくとも2.25質量%、または少なくとも2.5質量%、または少なくとも3.0質量%、または少なくとも3.5質量%、または少なくとも4.0質量%、または少なくとも4.5質量%、または少なくとも5.0質量%、または少なくとも7.0質量%、または少なくとも9.0質量%、または1.0質量%から10.0質量%の範囲、または2.0質量%から9.0質量%の範囲、または2.5質量%から6.0質量%の範囲、または3.0質量%から8.0質量%の範囲、または3.0質量%から5.0質量%の範囲、または3.0質量%から5.5質量%の範囲、または3.5質量%から5.0質量%の範囲、または3.5質量%から7.0質量%の範囲の量でオリゴマー中に存在する。二付加物の濃度は、被覆組成物の質量%ではなく、オリゴマーの質量%で表されることに留意されたい。
本開示にしたがってオリゴマーを合成するための例示の反応は、式(VI):
Figure 2023519073000017
を有するポリエーテルウレタンジイソシアネート化合物を形成するための、ジイソシアネート化合物(4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、これは、ここでは、H12MDIとも称される)およびポリオール(Mが約4000g/モルのポリプロピレングリコール、これも、ここでは、PPG4000とも称される)の反応を含み、式中、「~」は、H12MDIの末端イソシアネート基のPPG4000の末端アルコール基との反応により形成されたウレタン結合を表し、~H12MDI、~H12MDI~、および~PPG4000~は、反応後に残留するH12MDIおよびPPG4000の残基を称し、Mは、数平均分子量を称する。ポリエーテルウレタンジイソシアネート化合物は、~(H12MDI~PPG4000)~のタイプの繰り返し単位を有する。示された特定のポリエーテルウレタンジイソシアネートは、2つのPPG4000単位を含む。この反応は、1つのPPG4000単位、または3つ以上のPPG4000を有する生成物も提供することがある。ポリエーテルウレタンジイソシアネートおよび任意の未反応のH12MDIは、末端イソシアネート基を含む。本開示によれば、ヒドロキシアクリレート化合物(2-ヒドロキシエチルアクリレート、これは、ここでは、HEAと称される)は、末端イソシアネート基と反応して、それらを末端アクリレート基に転化させる反応に含まれる。末端イソシアネート基の末端アクリレート基への転化は、イソシアネート基のクエンチをもたらす。反応に含まれるHEAの量は、予測濃度の未反応のイソシアネート基と化学量論的に反応することが予測される量、または予測される化学量論的量を超える量であることがある。ポリエーテルウレタンジイソシアネート化合物とのHEAの反応により、式(VII):
Figure 2023519073000018
を有するポリエーテルウレタンアクリレート化合物および/または式(VIII):
Figure 2023519073000019
を有するポリエーテルウレタンジアクリレート化合物が形成され、HEAの未反応のH12MDIとの反応により、式(IX):
Figure 2023519073000020
を有する二付加化合物が形成され、式中、先に述べたように、~は、ウレタン結合を表し、~HEAは、ウレタン結合を形成する反応後に残留するHEAの残基を表す(式(IV)および(V)と一致する)。生成組成物中のポリエーテルウレタンジアクリレート化合物および二付加化合物の組合せが、本開示によるオリゴマーを構成する。下記により完全に記載されるように、被覆組成物中に1種類以上のオリゴマーが使用される場合、引裂強度および臨界応力の特徴が改善された被覆が得られる。詳しくは、高い比率で二付加化合物を有するオリゴマーは、高い引裂強度および/または高い臨界応力値を有する被覆を提供することが示されている。
先の反応は、H12MDI、HEA、およびPPG4000の例示的な組合せについて示されているが、ジイソシアネート化合物、ヒドロキシアクリレート化合物、およびポリオールの任意の組合せに一般化でき、ヒドロキシアクリレート化合物は末端イソシアネート基と反応して末端アクリレート基を形成し、イソシアネート基と、ポリオールまたはヒドロキシアクリレート化合物のアルコール基との反応によりウレタン結合が形成される。
前記オリゴマーは、式(X):
Figure 2023519073000021
のポリエーテルウレタンジアクリレート化合物である化合物、および式(XI):
Figure 2023519073000022
の二付加化合物である化合物を含み、その反応に使用されるジイソシアネート化合物、ヒドロキシアクリレート化合物、およびポリオールの相対的比率は、先に開示されたモル数のn、m、およびpに対応する。
例えば、先の分子式(I)および(II)により表される化合物が反応して、分子式(XII):
Figure 2023519073000023
で表されるポリエーテルウレタンジイソシアネート化合物を形成し、式中、yは式(IV)におけるyと同じであり、1、または2、または3もしくは4以上であり、xは、ポリオール(先に記載されたような)の繰り返し単位の数により決定される。
分子式(III)のヒドロキシアクリレートとの分子式(VI)のポリエーテルウレタンイソシアネートのさらなる反応により、先に挙げられ、下記に繰り返される分子式(IV):
Figure 2023519073000024
により表されるポリエーテルウレタンジアクリレートが与えられ、式中、yは、1、または2、または3、もしくは4以上であり、xは、ポリオール(先に記載されたような)の繰り返し単位の数により決定される。
ある実施の形態において、ジイソシアネート化合物、ヒドロキシアクリレート化合物、およびポリオールの間の反応により、最終的な反応混合物中に存在する化合物の分布に亘るyの平均値が非整数であるようにyが異なる一連のポリエーテルウレタンジアクリレート化合物が生成される。ある実施の形態において、分子式(VI)および(IV)のポリエーテルウレタンジイソシアネートおよびポリエーテルウレタンジアクリレートにおけるyの平均値は、pまたはp-1(ここで、pは、先に定義されているようなものである)に相当する。ある実施の形態において、分子式(XII)および(IV)のポリエーテルウレタンジイソシアネートおよびポリエーテルウレタンジアクリレートにおける基Rの平均出現数は、n(ここで、nは、ここに定義されているようなものである)に相当する。
前記反応において生成されるポリエーテルウレタンジアクリレートと二付加化合物の相対的比率は、モル数のn、m、およびpのモル比を変化させることにより制御される。実例として、p=2.0の場合を考える。完全反応の理論的限界では、2当量のpのポリオールと3当量のnのジイソシアネートが反応して、y=2である分子式(VI)を有する化合物が生成されるであろう。この化合物は2つの末端イソシアネート基を含み、この基は、理論的限界の2当量のmのヒドロキシアクリレート化合物のその後の添加によりクエンチされて、y=2の対応するポリエーテルウレタンジアクリレート化合物(IV)を形成することができる。この状況について、理論的なモル比のn:m:p=3.0:2.0:2.0が規定される。
先の例示の理論的限界において、ジイソシアネート、ヒドロキシアクリレート、およびポリオールを理論的モル比のn:m:p=3.0:2.0:2.0で反応させると、二付加化合物を形成せずに、y=2である分子式(IV)を有するポリエーテルウレタンジアクリレート化合物が得られる。モル数のn、m、およびpを変化させることにより、前記反応で形成されるポリエーテルウレタンジアクリレートと二付加物の相対的比率が制御される。例えば、モル数nをモル数mまたはモル数pに対して増加させると、その反応で形成される二付加化合物の量が増加するであろう。モル比n:m:pのジイソシアネート化合物、ヒドロキシアクリレート化合物、およびポリオール化合物の反応により、例えば、nが3.0~5.0の範囲にあり、mが2n-4の±15%以内または2n-4の±10%以内または2n-4の±5%以内の範囲にあり、pが2.0である場合、オリゴマー中の二付加化合物が、好ましい一次被覆特性を達成するのに十分な量で生成される。一例として、n=4.0、mが2n-4の±15%以内であり、p=2.0である実施の形態は、n=4.0、mが4の±15%以内、およびp=2.0であることを意味し、これは、n=4.0、mが3.4から4.6の範囲にあり、p=2.0であることを意味する。
二付加物とポリエーテルウレタンジアクリレートの相対的比率の変動は、モル数のn、m、およびpの変化を通じて得られ、このような変動を通じて、前記オリゴマーを含む被覆組成物から形成される被覆のヤング率、その場弾性率、引裂強度、臨界応力、引張靱性、および他の機械的性質を精密に制御することが可能である。1つの実施の形態において、性質の制御は、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物中のポリオールの単位数を変える(例えば、p=2.0対p=3.0対p=4.0)ことによって達成可能である。別の実施の形態において、引裂強度、引張靭性、および他の機械的性質の制御は、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物および二付加化合物の比率を変化させることによって達成される。所定の数のポリオール単位を有するポリエーテルウレタン化合物について、二付加化合物の比率が可変であるオリゴマーを調製することができる。二付加化合物の比率の変動性を微調整して、引裂強度、臨界応力、引張靭性、または他の機械的性質の正確な値または目標値を示す被覆を提供する、一定数のポリオール単位を有するポリエーテルウレタンジアクリレート化合物をベースとしたオリゴマーを提供することができる。
分子式(IV)で表されるポリエーテルウレタンアクリレート化合物および分子式(V)で表される二付加化合物を含むオリゴマーであって、そのオリゴマー中の二付加化合物の濃度が、少なくとも1.0質量%、または少なくとも1.5質量%、または少なくとも2.0質量%、または少なくとも2.25質量%、または少なくとも2.5質量%、または少なくとも3.0質量%、または少なくとも3.5質量%、または少なくとも4.0質量%、または少なくとも4.5質量%、または少なくとも5.0質量%、または少なくとも7.0質量%、または少なくとも9.0質量%、または1.0質量%から10.0質量%の範囲、または2.0質量%から9.0質量%の範囲、または3.0質量%から8.0質量%の範囲、または3.5質量%から7.0質量%の範囲、または2.5質量%から6.0質量%の範囲、または3.0質量%から5.5質量%の範囲、または3.5質量%から5.0質量%の範囲にある、オリゴマーを含む一次被覆組成物を使用した場合、ファイバの一次被覆が改善される。二付加物の濃度は、被覆組成物中の質量%ではなく、オリゴマーの質量%で表されていることに留意されたい。二付加化合物の濃度は、1つの実施の形態において、ジイソシアネート:ヒドロキシアクリレート:ポリオールのモル比n:m:pを変えることによって増える。1つの態様において、ポリオールに対してジイソシアネートが豊富なモル比n:m:pにより、二付加化合物の形成が促進される。
先に記載された例示の化学量論比n:m:p=3:2:2では、p当量のポリオール、n=p+1当量のジイソシアネート、および2当量のヒドロキシアクリレートで反応が進行する。モル数nがp+1を超える場合、分子式(IV)のポリエーテルウレタンアクリレートを形成するのに必要なポリオール化合物の量に対して、ジイソシアネート化合物が過剰に存在することになる。過剰なジイソシアネートの存在により、反応生成物の分布が、二付加化合物の形成を促進する方向にシフトする。
過剰なジイソシアネート化合物で二付加化合物の形成を促進するために、ヒドロキシアクリレートの量も増加させることができる。化学量論的モル数のn=p+1を上回るジイソシアネート1当量毎に、二付加化合物を形成するために2当量のヒドロキシアクリレートが必要である。任意のモル数p(ポリオール)の場合、化学量論的モル数n(ジイソシアネート)とm(ヒドロキシアクリレート)は、それぞれp+1および2である。モル数nが化学量論値より大きくなると、二付加化合物を形成するために過剰のジイソシアネートを完全に反応させるのに必要なヒドロキシアクリレートの当量は、m=2+2[n-(p+1)]で表すことができ、ここで、先頭の項「2」は、ポリエーテルウレタンアクリレート化合物(分子式(V)を有する化合物)を終端させるために必要なヒドロキシアクリレートの当量を示し、項2[n-(p+1)]は、過剰の出発ジイソシアネートを二付加化合物に転化させるのに必要なヒドロキシアクリレートの当量を表す。モル数mの実際の値がこの当量数よりも小さい場合、利用可能なヒドロキシアクリレートは、オリゴマーまたは遊離ジイソシアネート分子上に存在するイソシアネート基と反応して、末端アクリレート基を形成する。2つの反応経路の相対的な速度論は、形成されるポリエーテルウレタンジアクリレートおよび二付加化合物の相対量に影響し、すべての未反応のイソシアネート基をクエンチするのに必要な量に対するヒドロキシアクリレートの不足分は、この反応で形成されるポリエーテルウレタンジアクリレートおよび二付加物の相対的比率にさらに影響を与えるように制御されることがある。
いくつかの実施の形態において、前記反応は、ジイソシアネート化合物、ヒドロキシアクリレート化合物、およびポリオールから形成された反応組成物を加熱することを含む。加熱は、ヒドロキシアクリレート化合物と末端イソシアネート基との反応による末端イソシアネート基の末端アクリレート基への転化を促進させる。異なる実施の形態において、ヒドロキシアクリレート化合物は、初期反応混合物中に過剰に存在する、および/または末端イソシアネート基の末端アクリレート基への転化をもたらすために、他の方法で利用可能であるか、または未反応の形態で添加される。加熱は、少なくとも12時間に亘り40℃を超える温度で、または少なくとも18時間に亘り40℃を超える温度で、または少なくとも24時間に亘り40℃を超える温度で、または少なくとも12時間に亘り50℃を超える温度で、または少なくとも18時間に亘り50℃を超える温度で、または少なくとも24時間に亘り50℃を超える温度で、または少なくとも12時間に亘り60℃を超える温度で、または少なくとも18時間に亘り60℃を超える温度で、または少なくとも24時間に亘り60℃を超える温度で、行われる。
ある実施の形態において、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物または出発ジイソシアネート化合物(未反応の初期量または過剰に存在する量)上の末端イソシアネート基の末端アクリレート基への転化は、反応混合物に補充量のヒドロキシアクリレート化合物を加えることにより促進される。先に示したように、末端イソシアネート基をクエンチ(中和)するために必要なヒドロキシアクリレート化合物の量は、例えば、不完全な反応や、ポリエーテルウレタンジアクリレート化合物と二付加化合物の相対的比率を制御する要望のために、理論当量数から乖離してもよい。先に記載したように、反応が完了または他の終点まで一旦、進行したら、安定化された反応生成物を提供するために、残留するイソシアネート基をクエンチ(中和)することが好ましい。ある実施の形態において、この目的を達成するために、補足的なヒドロキシアクリレートが添加される。
ある実施の形態において、補足的なヒドロキシアクリレート化合物の量は、初期反応過程に含まれる量に追加される量である。この反応の任意の段階における末端イソシアネート基の存在は、例えば、FTIR分光法(例えば、2265cm-1付近の特徴的なイソシアネート伸縮モードを使用)によりモニタされ、イソシアネート基の特徴的な伸縮モードの強度が取るに足らないか所定の閾値未満になるまで、補足的なヒドロキシアクリレート化合物が必要に応じて添加される。ある実施の形態において、補足的なヒドロキシアクリレート化合物は、末端イソシアネート基を末端アクリレート基に完全に転化させるのに必要な量を超えて添加される。異なる実施の形態において、補足的なヒドロキシアクリレート化合物は、初期反応混合物に含まれる(ジイソシアネートおよびポリオールのモル量から予測される理論量を上回る量として)、反応の進行に伴って加えられる、および/またはジイソシアネートおよびポリオール化合物の反応が、完了するまたは所定の程度まで生じた後に加えられる。
イソシアネート基を完全に転化させるのに必要な量を上回るヒドロキシアクリレート化合物の量を、ここではヒドロキシアクリレート化合物の過剰量と称する。ヒドロキシアクリレート化合物の過剰量は、添加される場合、末端イソシアネート基を末端アクリレート基に完全に転化させるのに必要な補足的なヒドロキシアクリレート化合物の少なくとも20%、または末端イソシアネート基を末端アクリレート基に完全に転化させるのに必要な補足的なヒドロキシアクリレート化合物の少なくとも40%、または末端イソシアネート基を末端アクリレート基に完全に転化させるために必要な補足的なヒドロキシアクリレート化合物の量の少なくとも60%、または末端イソシアネート基を末端アクリレート基に完全に転化させるために必要な補足的なヒドロキシアクリレート化合物の量の少なくとも90%である。
ある実施の形態において、補足的なヒドロキシアクリレート化合物の量は、前記反応において形成されたオリゴマー中に存在する残留イソシアネート基を完全にまたはほぼ完全にクエンチするのに十分であることがある。イソシアネート基は、比較的不安定であり、時間の経過とともに反応を受けることがよくあるので、イソシアネート基をクエンチすることが望ましい。このような反応は、反応組成物またはオリゴマーの特性を変化させ、それから形成される被覆の一貫性をなくすことがある。残留イソシアネート基を含まない出発ジイソシアネートおよびポリオール化合物から形成される反応組成物および生成物は、より大きな安定性および特性の予測可能性を有すると見込まれる。
一次被覆組成物のオリゴマーは、先に記載したようなポリエーテルウレタンジアクリレート化合物および二付加化合物を含む。いくつかの実施の形態において、オリゴマーは、2種類以上のポリエーテルウレタンジアクリレート化合物および/または2種類以上の二付加化合物を含む。一次被覆組成物のオリゴマー含有量は、1種類以上のポリエーテルウレタンジアクリレート化合物および1種類以上の二付加化合物の合計量を含み、20質量%超、または30質量%超、または40質量%超、または20質量%から80質量%の範囲、または30質量%から70質量%の範囲、または40質量%から60質量%の範囲にあり、オリゴマー含有量内の二付加化合物の濃度は先に記載されたようなものである。
硬化性一次被覆組成物は、1種類以上の単量体をさらに含む。1種類以上の単量体は、オリゴマーと相溶性であるように、加工を容易にするために一次被覆組成物の粘度を制御するように、および/または一次被覆組成物の硬化生成物として形成される被覆の物理的または化学的性質に影響を与えるように選択される。単量体としては、エチレン性不飽和化合物、エトキシル化アクリレート、エトキシル化アルキルフェノールモノアクリレート、プロピレンオキシドアクリレート、n-プロピレンオキシドアクリレート、イソプロピレンオキシドアクリレート、単官能性アクリレート、単官能性脂肪族エポキシアクリレート、多官能性アクリレート、多官能性脂肪族エポキシアクリレート、およびこれらの組合せなどの放射線硬化性単量体が挙げられる。
代表的な放射線硬化性エチレン性不飽和単量体に、1つ以上のアクリレートまたはメタクリレート基を有するアルコキシル化単量体がある。アルコキシル化単量体は、1つ以上のアルコキシレン基を含むものであり、アルコキシレン基は、形態-O-R-を有し、Rは、直鎖状または分岐アルキレン基である。アルコキシレン基の例としては、エトキシレン(-O-CH-CH-)、n-プロポキシレン(-O-CH-CH-CH-)、イソプロポキシレン(-O-CH-CH(CH)-、または-O-CH(CH)-CH-)などが挙げられる。ここに用いられているように、アルコキシル化度は、単量体中のアルコキシレン基の数を称する。1つの実施の形態において、アルコキシレン基は、単量体において連続して結合している。
いくつかの実施の形態において、一次被覆組成物は、形態R-R-O-(CH(CH)CH-O)-C(O)CH=CH(式中、RおよびRは、脂肪族、芳香族、またはその両方の混合物であり、q=1から10)、またはR-O-(CH(CH)CH-O)-C(O)CH=CH(式中、C(O)はカルボニル基であり、Rは、脂肪族または芳香族であり、q=1から10)のアルコキシル化単量体を含む。
単量体の代表例としては、ラウリルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR335、BASFから入手できるAGEFLEX FA12、およびIGM Resinsから入手できるPHOTOMER 4812)、エトキシル化ノニルフェノールアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR504、およびIGM Resinsから入手できるPHOTOMER 4066)、カプロラクトンアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR495、およびDow Chemicalから入手できるTONE M-100)、フェノキシエチルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR339、BASFから入手できるAGEFLEX PEA、およびIGM Resinsから入手できるPHOTOMER 4035)、イソオクチルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR440、およびBASFから入手できるAGEFLEX FA8)、トリデシルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR489)、イソボルニルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR506、およびCPS Chemical Co.から入手できるAGEFLEX IBOA)、テトラヒドロフルフリルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR285)、ステアリルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR257)、イソデシルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR395、およびBASFから入手できるAGEFLEX FA10)、2-(2-エトキシエトキシ)エチルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるSR256)、エポキシアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるCN120、およびCytec Industries Inc.から入手できるEBECRYL 3201および3604)、ラウリルオキシグリシジルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるCN130)、およびフェノキシグリシジルアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.から入手できるCN131)、およびその組合せなどのエチレン性不飽和単量体が挙げられる。
いくつかの実施の形態において、一次被覆組成物の単量体成分に、多官能性(メタ)アクリレートがある。多官能性エチレン性不飽和単量体には、多官能性アクリレート単量体および多官能性メタクリレート単量体がある。多官能性アクリレートは、分子当たり2つ以上の重合性アクリレート部分、または分子当たり3つ以上の重合性アクリレート部分を有するアクリレートである。多官能性(メタ)アクリレートの例としては、ジペンタエリトリトールモノヒドロキシペンタアクリレート(例えば、IGM Resinsから入手できるPHOTOMER 4399);トリメチロールプロパントリアクリレート、ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(例えば、PHOTOMER 4355、IGM Resins)など、アルコキシル化を含むものと含まないものの、メチロールプロパンポリアクリレート;プロポキシル化が3以上であるプロポキシル化グリセリルトリアクリレート(例えば、PHOTOMER 4096、IGM Resins)などのアルコキシル化グリセリルトリアクリレート;およびペンタエリトリトールテトラアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.(ペンシルベニア州、ウェストチェスター)から入手できるSR295)、エトキシル化ペンタエリトリトールテトラアクリレート(例えば、SR494、Sartomer Company,Inc.)、ジペンタエリトリトールペンタアクリレート(例えば、PHOTOMER 4399、IGM Resins、およびSR399、Sartomer Company,Inc.)、トリプロピレングリコールジアクリレート、プロポキシル化ヘキサンジオールジアクリレート、テトラプロピレングリコールジアクリレート、ペンタプロピレングリコールジアクリレートなど、アルコキシル化を含むものと含まないものの、エリトリトールポリアクリレート、先のもののメタクリレート類似体、およびその組合せが挙げられる。
いくつかの実施の形態において、一次被覆組成物は、N-ビニルラクタム、またはN-ビニルピロリジノン、またはN-ビニルカプロラクタムなどのN-ビニルアミド単量体を含み、ここで、N-ビニルアミド単量体は、1.0質量%超、または2.0質量%超、または3.0質量%超、または1.0質量%から15.0質量%の範囲、または2.0質量%から10.0質量%の範囲、または3.0質量%から8.0質量%の範囲の濃度で被覆組成物中に存在する。
ある実施の形態において、一次被覆組成物は、15質量%から90質量%、または30質量%から75質量%、または40質量%から65質量の量で1種類以上の単官能性アクリレートまたはメタクリレート単量体を含む。別の実施の形態において、一次被覆組成物は、5質量%から40質量%、または10質量%から30質量の量で1種類以上の単官能性脂肪族エポキシアクリレートまたはメタクリレート単量体を含む。
ある実施の形態において、一次被覆組成物の単量体成分に、ヒドロキシ官能性単量体がある。ヒドロキシ官能性単量体は、(メタ)アクリレートなどの他の反応性官能基に加え、ペンダントヒドロキシ部分を有する単量体である。ペンダントヒドロキシル基を含むヒドロキシ官能性単量体の例としては、カプロラクトンアクリレート(TONE M-100としてDow Chemicalから入手できる);ポリ(エチレングリコール)モノアクリレート、ポリ(プロピレングリコール)モノアクリレート、およびポリ(テトラメチレングリコール)モノアクリレート(それぞれ、Monomer,Polymer&Dajac Labsから入手できる)などのポリ(アルキレングリコール)モノ(メタ)アクリレート;2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、3-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、および4-ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート(それぞれ、Aldrichから入手できる)が挙げられる。
ある実施の形態において、ヒドロキシ官能性単量体は、光ファイバへの一次被覆の接着を改善するのに十分な量で存在する。ヒドロキシ官能性単量体は、約0.1質量%と約25質量%の間の量、または約5質量%と約8質量%の間の量で被覆組成物中に存在する。ヒドロキシ官能性単量体を使用すると、光ファイバへの一次被覆の適切な接着に必要な接着促進剤の量が減少することがある。また、ヒドロキシ官能性単量体を使用すると、被覆の親水性が増加する傾向があるであろう。ヒドロキシ官能性単量体は、その開示がここに全て引用される、米国特許第6563996号明細書にさらに詳細に記載されている。
異なる実施の形態において、一次被覆組成物の全単量体含有量は、約15質量%と約90質量%の間、または約30質量%と約75質量%の間、または約40質量%と約65質量%の間である。
硬化性一次被覆組成物は、硬化性単量体および硬化性オリゴマーに加え、重合開始剤も含む。この重合開始剤は、被覆を形成するための被覆組成物の硬化に関連する重合過程の開始を促進する。重合開始剤には、熱開始剤、化学的開始剤、電子線開始剤、および光開始剤がある。光開始剤としては、ケトン光開始剤および/またはホスフィンオキシド光開始剤が挙げられる。光開始剤は、被覆組成物の硬化に使用される場合、急激な放射線効果を可能にするのに十分な量で存在する。
代表的な光開始剤としては、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(例えば、BASFから入手できるIRGACURE 184);ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルフェニルホスフィンオキシド(例えば、BASFから入手できる市販のブレンドIRGACURE 1800、1850、および1700);2,2-ジメトキシ-2-フェニルアセトフェノン(例えば、BASFから入手できるIRGACURE 651);ビス(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド(IRGACURE 819);(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィンオキシド(LUCIRIN TPO、BASF(独国、ミュンヘン)から入手できる);エトキシ(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-フェニルホスフィンオキシド(BASFから入手できるLUCIRIN TPO-L);およびその組合せが挙げられる。
被覆組成物は、単一の光開始剤または2種類以上の光開始剤の組合せを含む。被覆組成物の全光開始剤含有量は、約10質量%まで、または約0.5質量%と約6質量%との間である。
硬化性一次被覆組成物は、必要に応じて、1種類以上の添加剤を含む。添加剤には、接着促進剤、強度添加剤、酸化防止剤、触媒、安定剤、光学的光沢剤、特性向上添加剤、アミン共力剤(amine synergist)、ワックス、滑剤、および/またはスリップ剤がある。いくつかの添加剤は、重合過程を制御し、それによって、被覆組成物から形成される重合生成物の物理的性質(例えば、弾性率、ガラス転移温度)に影響を与えるように働く。他の添加剤は、一次被覆組成物の硬化生成物の完全性に影響を与える(例えば、解重合または酸化的分解反応に対して保護する)。
接着促進剤は、一次被覆および/または一次組成物のガラス(例えば、ガラスファイバのクラッド部分)に対する接着を促進する化合物である。適切な接着促進剤に、アルコキシシラン、メルカプト官能性シラン、有機チタン酸塩、およびジルコン酸塩がある。代表的な接着促進剤としては、3-メルカプトプロピル-トリアルコキシシラン(例えば、3-メルカプトプロピル-トリメトキシシラン、Gelest(ペンシルベニア州、タリータウン)から入手できる)などのメルカプトアルキルシランまたはメルカプトアルコキシシラン;ビス(トリアルコキシシリル-エチル)ベンゼン;アクリルオキシプロピルトリアルコキシシラン(例えば、(3-アクリルオキシプロピル)-トリメトキシシラン、Gelestから入手できる)、メタクリルオキシプロピルトリアルコキシシラン、ビニルトリアルコキシシラン、ビス(トリアルコキシシリルエチル)ヘキサン、アリルトリアルコキシシラン、スチリルエチルトリアルコキシシラン、およびビス(トリメトキシシリルエチル)ベンゼン(United Chemical Technologies(ペンシルベニア州、ブリストル)から入手できる)が挙げられる;その開示がここに全て引用される、米国特許第6316516号明細書を参照のこと。
接着促進剤は、0.02質量%と10.0質量%との間、または0.05質量%と4.0質量%との間、または0.1質量%と4.0質量%との間、または0.1質量%と3.0質量%との間、または0.1質量%と2.0質量%との間、または0.1質量%と1.0質量%との間、または0.5質量%と4.0質量%との間、または0.5質量%と3.0質量%との間、または0.5質量%と2.0質量%との間、または0.5質量%と1.0質量%との間の量で一次被覆組成物中に存在する。
代表的な酸化防止剤は、チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル)-4-ヒドロキシ-フェニル)プロピオネート](例えば、IRGANOX 1035、BASFから入手できる)である。いくつかの態様において、酸化防止剤は、0.25質量%超、または0.50質量%超、または0.75質量%超、または1.0質量%超の量、または0.25質量%から3.0質量%の範囲の量、または0.50質量%から2.0質量%の範囲の量、または0.75質量%から1.5質量%の範囲の量で被覆組成物中に存在する。
代表的な光学的光沢剤としては、TINOPAL OB(BASFから入手できる);Blankophor KLA(Bayerから入手できる);ビスベンゾキサゾール化合物;フェニルクマリン化合物;およびビス(スチリル)ビフェニル化合物が挙げられる。ある実施の形態において、光学的光沢剤は、0.005質量%から0.3質量%の濃度で被覆組成物中に存在する。
代表的なアミン共力剤としては、トリエタノールアミン;1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、トリエチルアミン、およびメチルジエタノールアミンが挙げられる。ある実施の形態において、アミン共力剤は、0.02質量%から0.5質量%の濃度で存在する。
一次被覆-性質。一次被覆の関連特性に、半径、厚さ、ヤング率、およびその場弾性率がある。
一次被覆の半径rは、85.0μm以下、または80.0μm以下、または75.0μm以下、または70.0μm以下、または57.5μmから92.5μmの範囲、または60.0μmから90.0μmの範囲、または62.5μmから87.5μmの範囲、または65.0μmから85.0μmの範囲、または67.5μmから82.5μmの範囲にある。
光ファイバの直径の減少を促進するために、一次被覆の厚さr-rを最小にすることが好ましい。一次被覆の厚さr-rは、20.0μmから45.0μmの範囲、または20.0μmから42.5μmの範囲、または20.0μmから40.0μmの範囲、または20.0μmから37.5μmの範囲、または20.0μmから35.0μmの範囲、または22.5μmから45.0μmの範囲、または22.5μmから42.5μmの範囲、または22.5μmから40.0μmの範囲、または22.5μmから37.5μmの範囲、または22.5μmから35.0μmの範囲、または25.0μmから45.0μmの範囲、または25.0μmから42.5μmの範囲、または25.0μmから40.0μmの範囲、または25.0μmから37.5μmの範囲、または25.0μmから35.0μmの範囲にある。
応力の効果的な緩衝およびガラスファイバの保護を促進するために、一次被覆が低いヤング率および/または低いその場弾性率を有することが好ましい。一次被覆のヤング率は、0.7MPa以下、または0.6MPa以下、または0.5MPa以下、または0.4MPa以下、または0.3MPa以下、または0.2MPaから0.7MPaの範囲、または0.3MPaから0.6MPaの範囲にある。一次被覆のその場弾性率は、0.40MPa以下、または0.35MPa以下、または0.30MPa以下、または0.25MPa以下、または0.20MPa以下、または0.15MPa以下、または0.10MPa以下、または0.05MPaから0.40MPaの範囲、または0.05MPaから0.30MPaの範囲、または0.05MPaから0.25MPaの範囲、または0.10MPaから0.25MPaの範囲にある。
二次被覆-組成物。二次被覆は、単量体、光開始剤、随意的なオリゴマー、および随意的な添加剤を含む硬化性二次被覆組成物の硬化生成物である。本開示は、放射線硬化性二次被覆組成物のための随意的なオリゴマー、放射線硬化性二次被覆組成物、その放射線硬化性二次被覆組成物の硬化生成物、放射線硬化性二次被覆組成物で被覆された光ファイバ、および放射線硬化性二次被覆組成物の硬化生成物で被覆された光ファイバを記載している。
二次被覆は、1種類以上の単量体を有する単量体成分を含む放射線硬化性二次被覆組成物の硬化生成物として形成される。その単量体が、エチレン性不飽和化合物を含むことが好ましい。1種類以上の単量体が、50質量%以上の量、または約60質量%から約99質量%の量、または約75質量%から約99質量%の量、または約80質量%から約99質量%の量、または約85質量%から約99質量%の量で存在することがある。1つの実施の形態において、二次被覆は、ウレタンアクリレート単量体を含有する二次被覆組成物の放射線硬化生成物である。
前記単量体は、重合性基および/または架橋を促進させるまたは可能にする基である官能基を含む。単量体は、単官能性単量体または多官能性単量体である。2種類以上の単量体の組合せにおいて、単量体成分は、単官能性単量体、多官能性単量体、または単官能性単量体と多官能性単量体の組合せである。1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物の単量体成分は、エチレン性不飽和単量体を含む。エチレン性不飽和単量体に適した官能基としては、制限なく、(メタ)アクリレート、アクリルアミド、N-ビニルアミド、スチレンと置換スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル、酸エステル、およびその組合せが挙げられる。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物の単量体成分は、エチレン性不飽和単量体を含む。単量体は、重合性基および/または架橋を促進させるまたは可能にする基である官能基を含む。単量体は、単官能性単量体または多官能性単量体である。2種類以上の単量体の組合せにおいて、単量体成分は、単官能性単量体、多官能性単量体、または単官能性単量体と多官能性単量体の組合せである。エチレン性不飽和単量体に適した官能基としては、制限なく、(メタ)アクリレート、アクリルアミド、N-ビニルアミド、スチレンと置換スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル、酸エステル、およびその組合せが挙げられる。
硬化性二次被覆組成物の例示の単官能性エチレン性不飽和単量体としては、制限なく、2-ヒドロキシエチル-アクリレート、2-ヒドロキシプロピル-アクリレート、および2-ヒドロキシブチル-アクリレートなどのヒドロキシアルキルアクリレート;メチルアクリレート、エチルアクリレート、プロピルアクリレート、イソプロピルアクリレート、ブチルアクリレート、アミルアクリレート、イソブチルアクリレート、t-ブチルアクリレート、ペンチルアクリレート、イソアミルアクリレート、ヘキシルアクリレート、ヘプチルアクリレート、オクチルアクリレート、イソオクチルアクリレート、2-エチルヘキシルアクリレート、ノニルアクリレート、デシルアクリレート、イソデシルアクリレート、ウンデシルアクリレート、ドデシルアクリレート、ラウリルアクリレート、オクタデシルアクリレート、およびステアリルアクリレートなどの長鎖と短鎖のアルキルアクリレート;ジメチルアミノエチルアクリレート、ジエチルアミノエチルアクリレート、および7-アミノ-3,7-ジメチルオクチルアクリレートなどのアミノアルキルアクリレート;ブトキシエチルアクリレート、フェノキシエチルアクリレート(例えば、SR339、Sartomer Company,Inc.)、およびエトキシエトキシエチルアクリレートなどのアルコキシアルキルアクリレート;シクロヘキシルアクリレート、ベンジルアクリレート、ジシクロペンタジエンアクリレート、ジシクロペンタニルアクリレート、トリシクロデカニルアクリレート、ボルニルアクリレート、イソボルニルアクリレート(例えば、SR423、Sartomer Company,Inc.)、テトラヒドロフルフリルアクリレート(例えば、SR285、Sartomer Company,Inc.)、カプロラクトンアクリレート(例えば、SR495、Sartomer Company,Inc.)、およびアクリロイルモルホリンなどの単環と多環の環状芳香族または非芳香族アクリレート;ポリエチレングリコールモノアクリレート、ポリプロピレングリコールモノアクリレート、メトキシエチレングリコールアクリレート、メトキシポリプロピレングリコールアクリレート、メトキシポリエチレングリコールアクリレート、エトキシジエチレングリコールアクリレート、およびエトキシル化(4)ノニルフェノールアクリレート(例えば、Photomer 4066、IGM Resins)等の様々なアルコキシル化アルキルフェノールアクリレートなどのアルコール系アクリレート;ジアセトンアクリルアミド、イソブトキシメチルアクリルアミド、N,N’-ジメチル-アミノプロピルアクリルアミド、N,N-ジメチルアクリルアミド、N,N-ジエチルアクリルアミド、およびt-オクチルアクリルアミドなどのアクリルアミド;N-ビニルピロリドンおよびN-ビニルカプロラクタムなどのビニル化合物;並びにマレイン酸エステルおよびフマル酸エステルなどの酸エステルが挙げられる。先に列挙した長鎖と短鎖のアルキルアクリレートについて、短鎖アルキルアクリレートは、炭素数が6以下のアルキル基であり、長鎖アルキルアクリレートは、炭素数が7以上のアルキル基である。
代表的な放射線硬化性エチレン性不飽和単量体には、1つ以上のアクリレートまたはメタクリレート基を有するアルコキシル化単量体があった。アルコキシル化単量体は、1つ以上のアルコキシレン基を含むものであり、ここで、アルコキシレン基は、形態-O-R-を有し、Rは、直鎖状または分岐炭化水素である。アルコキシレン基の例としては、エトキシレン(-O-CH-CH-)、n-プロポキシレン(-O-CH-CH-CH-)、イソプロポキシレン(-O-CH-CH(CH)-)などが挙げられる。ここに用いられているように、アルコキシル化度は、単量体中のアルコキシレン基の数を称する。1つの実施の形態において、アルコキシレン基は、単量体において連続して結合している。
ここに用いられているように、アルコキシル化度は、単量体の1分子中のアルコキシレン基の数をアクリレート基およびメタクリレート基の数で割ったものである。単官能性アルコキシル化単量体の場合、アルコキシル化度は、単量体の1分子中のアルコキシレン基の数に相当する。好ましい実施の形態において、単官能性アルコキシル化単量体のアルコキシレン基は、連続して結合している。二官能性アルコキシル化単量体の場合、アルコキシル化度は、単量体の1分子中のアルコキシレン基の数の半分に相当する。好ましい実施の形態において、二官能性アルコキシル化単量体中のアルコキシレン基は、2つの基のそれぞれにおいて連続的に結合しており、2つの基は化学結合によって隔てられており、各基は、分子中のアルコキシレン基の数の半分または約半分を含んでいる。三官能性アルコキシル化単量体の場合、アルコキシル化度は、単量体の1分子中のアルコキシレン基の数の3分の1に相当する。好ましい実施の形態において、三官能性アルコキシル化単量体中のアルコキシレン基は、3つの基において連続して結合しており、3つの基は化学結合によって隔てられており、各基は、分子中のアルコキシレン基の数の3分の1または約3分の1を含んでいる。
硬化性二次被覆組成物の代表的な多官能性エチレン性不飽和単量体としては、制限なく、エトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートなどのアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート、およびエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートなどのアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートが挙げられ、アルコキシル化度は、2以上、または4以上、または6以上、または16未満、または12未満、または8未満、または5未満、または2から16の範囲、または2から12の範囲、または2から8の範囲、または2から4の範囲、または3から12の範囲、または3から8の範囲、または3から5の範囲、または4から12の範囲、または4から10の範囲、または4から8の範囲にある。
硬化性二次被覆組成物の多官能性エチレン性不飽和単量体としては、制限なく、エトキシル化ビスフェノールAジアクリレートなどのアルコキシル化ビスフェノールAジアクリレートが挙げられ、アルコキシル化度は2以上である。二次被覆組成物の単量体成分としては、エトキシル化度が2から約30であるエトキシル化ビスフェノールAジアクリレート(例えば、ペンシルベニア州、ウェストチェスター所在のSartomer Company,Inc.から入手できるSR349、SR601、およびSR602、およびIGM Resinsから入手できるPhotomer 4025およびPhotomer 4028)、またはプロポキシル化度が2以上、例えば、2から約30に及ぶ、プロポキシル化ビスフェノールAジアクリレート;プロポキシル化度が3以上、例えば、3から約30に及ぶ、エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート(例えば、Photomer 4149、IGM Resins、およびSR499、Sartomer Company,Inc.)など、アルコキシル化を有するものと有さないものの、メチロールプロパンポリアクリレート;プロポキシル化度が3以上、例えば、3から30に及ぶ、プロポキシル化-トリメチロールプロパントリアクリレート(例えば、Photomer 4072、IGM ResinsおよびSR492、Sartomer);ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(例えば、Photomer 4355、IGM Resins);プロポキシル化度が3以上のプロポキシル化グリセリルトリアクリレート(例えば、Photomer 4096、IGM ResinsおよびSR9020、Sartomer)などのアルコキシル化グリセリルトリアクリレート;ペンタエリトリトールテトラアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.(ペンシルベニア州、ウェストチェスター)から入手できるSR295)、エトキシル化ペンタエリトリトールテトラアクリレート(例えば、SR494、Sartomer Company,Inc.)、およびジペンタエリトリトールペンタアクリレート(例えば、Photomer 4399、IGM Resins、およびSR399、Sartomer Company,Inc.)など、アルコキシル化を有するものと有さないものの、エリトリトールポリアクリレート;トリス-(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート(例えば、SR368、Sartomer Company,Inc.)およびトリス-(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジアクリレートなど、適切な官能性イソシアヌレートをアクリル酸または塩化アクリロイルと反応させることによって形成されたイソシアヌレートポリアクリレート;トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(例えば、CD406、Sartomer Company,Inc.)およびエトキシル化度が2以上、例えば、約2から30に及ぶ、エトキシル化ポリエチレングリコールジアクリレートなど、アルコキシル化を有するものと有さないものの、アルコールポリアクリレート;アクリレートをビスフェノールAジグリシジルエーテルなどに添加することによって形成されたエポキシアクリレート(例えば、Photomer 3016、IGM Resins);並びにジシクロペンタジエンジアクリレートおよびジシクロペンタンジアクリレートなど、単環と多環の環状芳香族または非芳香族ポリアクリレートが挙げられるであろう。
硬化性二次被覆組成物の多官能性エチレン性不飽和単量体としては、エトキシル化度が2から16に及ぶエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート(例えば、ペンシルベニア州、ウェストチェスター所在のSartomer Company,Inc.から入手できるSR349、SR601、およびSR602、およびIGM Resinsから入手できるPhotomer 4028)、またはプロポキシル化度が2以上、例えば、2から16に及ぶ、プロポキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート;アルコキシル化度またはエトキシル化度が2以上、例えば、2から16または3から10に及ぶ、アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートまたはエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート(例えば、Photomer 4149、IGM Resins、およびSR499、Sartomer Company,Inc.)など、アルコキシル化を有するものと有さないものの、メチロールプロパンポリアクリレート;プロポキシル化度が2以上である、例えば、2から16に及ぶ、プロポキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート(例えば、Photomer 4072、IGM ResinsおよびSR492、Sartomer);ジトリメチロールプロパンテトラアクリレート(例えば、Photomer 4355、IGM Resins);プロポキシル化度が2以上である、例えば、2から16に及ぶ、プロポキシル化グリセリルトリアクリレート(例えば、Photomer 4096、IGM ResinsおよびSR9020、Sartomer)などのアルコキシル化グリセリルトリアクリレート;ペンタエリトリトールテトラアクリレート(例えば、Sartomer Company,Inc.(ペンシルベニア州、ウェストチェスター)から入手できるSR295)、エトキシル化ペンタエリトリトールテトラアクリレート(例えば、SR494、Sartomer Company,Inc.)、およびジペンタエリトリトールペンタアクリレート(例えば、Photomer 4399、IGM Resins、およびSR399、Sartomer Company,Inc.)など、アルコキシル化を有するものと有さないものの、エリトリトールポリアクリレート;トリス-(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート(例えば、SR368、Sartomer Company,Inc.)およびトリス-(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートジアクリレートなど、適切な官能性イソシアヌレートをアクリル酸または塩化アクリロイルと反応させることによって形成されたイソシアヌレートポリアクリレート;トリシクロデカンジメタノールジアクリレート(例えば、CD406、Sartomer Company,Inc.)およびエトキシル化度が2以上、例えば、2から16に及ぶ、エトキシル化ポリエチレングリコールジアクリレートなど、アルコキシル化を有するものと有さないものの、アルコールポリアクリレート;アクリレートをビスフェノールAジグリシジルエーテルなどに添加することによって形成されたエポキシアクリレート(例えば、Photomer 3016、IGM Resins);並びにジシクロペンタジエンジアクリレートおよびジシクロペンタンジアクリレートなど、単環と多環の環状芳香族または非芳香族ポリアクリレートが挙げられる。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、2.0質量%超、または5.0質量%超、または7.5質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または20質量%超、または2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量の、3つ以上の硬化性官能基を有する多官能性単量体を含む。好ましい実施の形態において、その3つ以上の硬化性官能基の各々は、アクリレート基である。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、2.0質量%超、または5.0質量%超、または7.5質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または20質量%超、または2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量の三官能性単量体を含む。好ましい実施の形態において、三官能性単量体はトリアクリレート単量体である。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量の二官能性単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量の三官能性単量体をさらに含む。好ましい実施の形態において、二官能性単量体はジアクリレート単量体であり、三官能性単量体はトリアクリレート単量体である。好ましいジアクリレート単量体に、アルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートがある。好ましいトリアクリレート単量体に、アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートおよびイソシアヌレートトリアクリレートがある。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、単官能性単量体を含まず、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量の二官能性単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量の三官能性単量体をさらに含む。好ましい実施の形態において、二官能性単量体はジアクリレート単量体であり、三官能性単量体はトリアクリレート単量体である。好ましいジアクリレート単量体に、アルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートがある。好ましいトリアクリレート単量体に、アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートおよびイソシアヌレートトリアクリレートがある。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、70質量%超、または75質量%超、または80質量%超、または85質量%超、または70質量%から95質量%の範囲、または75質量%から90質量%の範囲の合計量の2種類以上の二官能性単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量の三官能性単量体をさらに含む。好ましい実施の形態において、二官能性単量体はジアクリレート単量体であり、三官能性単量体はトリアクリレート単量体である。好ましいジアクリレート単量体に、アルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートがある。好ましいトリアクリレート単量体に、アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートおよびイソシアヌレートトリアクリレートがある。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、単官能性単量体を含まず、70質量%超、または75質量%超、または80質量%超、または85質量%超、または70質量%から95質量%の範囲、または75質量%から90質量%の範囲の合計量の2種類以上の二官能性単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量の三官能性単量体をさらに含む。好ましい実施の形態において、二官能性単量体はジアクリレート単量体であり、三官能性単量体はトリアクリレート単量体である。好ましいジアクリレート単量体に、アルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートがある。好ましいトリアクリレート単量体に、アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートおよびイソシアヌレートトリアクリレートがある。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、70質量%超、または75質量%超、または80質量%超、または85質量%超、または70質量%から95質量%の範囲、または75質量%から90質量%の範囲の合計量の2種類以上の二官能性単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の合計量の2種類以上の三官能性単量体をさらに含む。好ましい実施の形態において、2種類以上の二官能性単量体の各々はジアクリレート単量体であり、2種類以上の三官能性単量体の各々はトリアクリレート単量体である。好ましいジアクリレート単量体に、アルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートがある。好ましいトリアクリレート単量体に、アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートおよびイソシアヌレートトリアクリレートがある。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
いくつかの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、単官能性単量体を含まず、70質量%超、または75質量%超、または80質量%超、または85質量%超、または70質量%から95質量%の範囲、または75質量%から90質量%の範囲の合計量の2種類以上の二官能性単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の合計量の2種類以上の三官能性単量体をさらに含む。好ましい実施の形態において、二官能性単量体の各々はジアクリレート単量体であり、三官能性単量体の各々はトリアクリレート単量体である。好ましいジアクリレート単量体に、アルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートがある。好ましいトリアクリレート単量体に、アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートおよびイソシアヌレートトリアクリレートがある。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
好ましい二官能性単量体はアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートである。アルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートは、一般式(XIII):
Figure 2023519073000025
を有し、式中、RおよびRはアルキレン基であり、R-OおよびR-Oはアルコキシレン基であり、RはHである。基R、R、およびRの内のいずれか2つは同じかまたは異なる。1つの実施の形態において、基RおよびRは同じである。基RおよびRの各々における炭素数は、1から8の範囲、または2から6の範囲、または2から4の範囲にある。アルコキシル化度は、1/2(x+y)である。xおよびyの値は、同じかまたは異なる。1つの実施の形態において、xおよびyは同じである。
好ましい三官能性単量体はアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートである。アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレートは、一般式(XIV):
Figure 2023519073000026
を有し、式中、RおよびRはアルキレン基であり、O-R、O-R、およびO-Rはアルコキシレン基である。基R、R、およびRの内のいずれか2つは同じかまたは異なる。1つの実施の形態において、基R、R、およびRは同じである。基R、R、およびRの各々における炭素数は、1から8の範囲、または2から6の範囲、または2から4の範囲にある。アルコキシル化度は、1/3(x+y+z)である。x、yおよびzのいずれか2つの値は、同じかまたは異なる。1つの実施の形態において、x、y、およびZは同じである。
別の好ましい三官能性単量体はトリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレートである。トリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレートは、トリス[n-ヒドロキシアルキル]イソシアヌレートトリアクリレートとも称される。代表的なトリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレートは、トリス[2-ヒドロキシエチル]イソシアヌレートトリアクリレートであり、これは、一般式(XV):
Figure 2023519073000027
を有する。式(III)において、エチレン結合(-CH-CH-)は、各アクリロイルオキシ基をイソシアヌレート環の窒素に結合させる。トリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレートの他の実施の形態において、エチレン以外のアルキレン結合は、アクリロイルオキシ基をイソシアヌレート環の窒素原子に結合させる。3つのアルキレン結合のいずれか2つのアルキレン結合は、同じかまたは異なる。1つの実施の形態において、3つのアルキレン結合は同じである。アルキレン結合の各々における炭素数は、1から8の範囲、または2から6の範囲、または2から4の範囲にある。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体を含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のエトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
1つの実施の形態において、硬化性二次被覆組成物は、5.0質量%超、または10質量%超、または15質量%超、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8質量%から17質量%の範囲、または10質量%から15質量%の範囲の量のビスフェノール-Aエポキシジアクリレート単量体を含み、55質量%超、または60質量%超、または65質量%超、または70質量%超、または55質量%から80質量%の範囲、または60質量%から75質量%の範囲の量のエトキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体をさらに含み、2.0質量%から25質量%の範囲、または5.0質量%から20質量%の範囲、または8.0質量%から15質量%の範囲の量のトリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート単量体をさらに含む。硬化性二次被覆組成物に、17超、または20超、または25超、または15から40の範囲、または20から35の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレートが含まれないことが好ましい。
放射線硬化性二次被覆組成物中に存在する随意的なオリゴマーが、ウレタン結合を有する化合物であることが好ましい。1つの態様において、随意的なオリゴマーは、ポリオール化合物、ジイソシアネート化合物、およびヒドロキシ官能性アクリレート化合物の反応生成物である。ポリオール化合物のジイソシアネート化合物との反応により、ウレタン結合が与えられ、ヒドロキシ官能性アクリレート化合物がイソシアネート基と反応して、末端アクリレート基を提供する。存在する場合には、放射線硬化性二次被覆組成物中の全オリゴマー含有量は、3.0質量%未満、または2.0質量%未満、または1.0質量%未満、または0質量%から3.0質量%の範囲、または0.1質量%から3.0質量%の範囲、または0.2質量%から2.0質量%の範囲、または0.3質量%から1.0質量%の範囲にある。1つの実施の形態において、放射線硬化性二次被覆組成物はオリゴマーを含まない。
随意的なオリゴマーの一群に、エチレン性不飽和オリゴマーがある。含まれる場合、適切なオリゴマーは、単官能性オリゴマー、多官能性オリゴマー、または単官能性オリゴマーと多官能性オリゴマーの組合せであることがある。オリゴマー成分は、存在する場合には、脂肪族と芳香族のウレタン(メタ)アクリレートオリゴマー、尿素(メタ)アクリレートオリゴマー、ポリエステルおよびポリエーテル(メタ)アクリレートオリゴマー、アクリル化アクリルオリゴマー、ポリブタジエン(メタ)アクリレートオリゴマー、ポリカーボネート(メタ)アクリレートオリゴマー、およびメラミン(メタ)アクリレートオリゴマーまたはその組合せを含むことがある。硬化性二次被覆組成物は、ウレタン基、ウレタンアクリレート化合物、ウレタンオリゴマー、またはウレタンアクリレートオリゴマーを含まないことがある。
硬化性二次被覆組成物の随意的なオリゴマー成分は、二官能性オリゴマーを含むことがある。二官能性オリゴマーは、下記の式(XVI):
Figure 2023519073000028
による構造を有し、式中、Fは、独立して、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、N-ビニルアミド、スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル、または当該技術分野で公知の他の官能基などの反応性官能基であることがあり;Rは、独立して、-(CH2~12-O-、-((CH2~4-O)-、-(CH2~12-O-((CH2~4-O)-、-(CH2~12-O-(CO-(CH2~5-O)-、または-(CH2~12-O-(CO-(CH2~5-NH)-を含むことがあり、式中、nは、例えば、1から10を含む、1から30の整数であり;Rは、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素、またはその組合せであり;mは、例えば、1から5を含む、1から10の整数である。式(XVI)の構造において、ウレタン部分は、ジイソシアネートのRおよび/またはRとの反応から形成された残基であることがある。「独立して」という用語は、ここでは、各Fが別のFと異なることがあり、同じことが各Rに言えることを示すために使用されている。
硬化性被覆組成物の随意的なオリゴマー成分は、多官能性オリゴマーを含むことがある。この多官能性オリゴマーは、下記に示された式(XVII)、式(XVIII)、または式(XIX):
Figure 2023519073000029
Figure 2023519073000030
Figure 2023519073000031
による構造を有することがあり、式中、Fは、独立して、アクリレート、メタクリレート、アクリルアミド、N-ビニルアミド、スチレン、ビニルエーテル、ビニルエステル、または当該技術分野で公知の他の官能基などの1から3の官能基を表すことがあり;Rは、-(CH2~12-O-、-((CH2~4-O)-、-(CH2~12-O-((CH2~4-O)-、-(CH2~12-O-(CO-(CH2~5-O)-、または-(CH2~12-O-(CO-(CH2~5-NH)-を含み得、式中、nは、例えば、1から5を含む、1から10の整数であり;Rは、ポリエーテル、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリウレタン、ポリ尿素、またはその組合せであり;xは、例えば、2から5を含む、1から10の整数であり;mは、例えば、1から5を含む、1から10の整数である。式(XVII)または(XIX)の構造において、マルチウレタン(multiurethane)基は、マルチイソシアネート(multiisocyanate)とRとの反応から形成された残基であることがある。同様に、式(XVIII)の構造におけるウレタン基は、ジイソシアネートのRおよび/またはRへの結合後に形成される反応生成物であることがある。
ウレタンオリゴマーは、脂肪族または芳香族ジイソシアネートを二価ポリエーテルまたはポリエステル、最も典型的には、ポリエチレングリコールなどのポリオキシアルキレングリコールと反応させることによって、調製されることがある。耐湿性オリゴマーは、主に飽和し、主に非極性の脂肪族ジオールが好まれて、極性ポリエーテルまたはポリエステルグリコールが避けられることを除いて、類似の様式で合成されることがある。これらのジオールは、エーテルまたはエステル基を実質的に含まないことがある、約2~250の炭素原子のアルカンまたはアルキレングリコールを含むことがある。
ポリ尿素成分は、これらの方法により、例えば、合成の過程でジオールまたはポリオールの代わりにジアミンまたはポリアミンを使用することによって、調製されたオリゴマーに含まれることがある。
硬化性二次被覆組成物は、光開始剤も含み、硬化性一次被覆組成物に関して先に記載したような、酸化防止剤、光学的光沢剤、アミン共力剤、粘着付与剤、触媒、担体または界面活性剤、および安定剤などの添加剤を必要に応じて含む。
硬化性二次被覆組成物は、単一の光開始剤または2種類以上の光開始剤の組合せを含む。硬化性二次被覆組成物の全光開始剤含有量は、約10質量%まで、または約0.5質量%と約6質量%の間である。
代表的な酸化防止剤に、チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル)-4-ヒドロキシ-フェニル)プロピオネート](例えば、IRGANOX 1035、BASFから入手できる)がある。いくつかの態様において、酸化防止剤は、0.25質量%超、または0.50質量%超、または0.75質量%超、または1.0質量%超の量、または0.25質量%から3.0質量%の範囲の量、または0.50質量%から2.0質量%の範囲の量、または0.75質量%から1.5質量%の範囲の量で硬化性二次被覆組成物中に存在する。
代表的な光学的光沢剤としては、TINOPAL OB(BASFから入手できる);Blankophor KLA(Bayerから入手できる);ビスベンゾキサゾール化合物;フェニルクマリン化合物;およびビス(スチリル)ビフェニル化合物が挙げられる。ある実施の形態において、光学的光沢剤は、0.005質量%から0.3質量%の濃度で硬化性二次被覆組成物中に存在する。
代表的なアミン共力剤としては、トリエタノールアミン;1,4-ジアザビシクロ[2.2.2]オクタン(DABCO)、トリエチルアミン、およびメチルジエタノールアミンが挙げられる。ある実施の形態において、アミン共力剤は、0.02質量%から0.5質量%の濃度で存在する。
二次被覆-性質。二次被覆の関連特性に、半径、厚さ、ヤング率、引裂強度、降伏強度、降伏点伸び、および穿刺抵抗がある。
二次被覆の半径rは、100.0μm以下、または95.0μm以下、または90.0μm以下、または85.0μm以下、または80.0μm以下、または77.5μmから100.0μmの範囲、または77.5μmから97.5μmの範囲、または77.5μmから95.0μmの範囲、または77.5μmから92.5μmの範囲、または77.5μmから90.0μmの範囲、または80.0μmから100.0μmの範囲、または80.0μmから97.5μmの範囲、または80.0μmから95.0μmの範囲、または80.0μmから92.5μmの範囲、または80.0μmから90.0μmの範囲、または82.5μmから100.0μmの範囲、または82.5μmから97.5μmの範囲、または82.5μmから95.0μmの範囲、または82.5μmから92.5μmの範囲、または82.5μmから90.0μmの範囲にある。
光ファイバの直径の減少を促進するために、二次被覆の厚さr-rを最小にすることが好ましい。二次被覆の厚さr-rは、15.0μmから32.5μmの範囲、または17.5μmから32.5μmの範囲、または20.0μmから32.5μmの範囲、または22.5μmから32.5μmの範囲、または25.0μmから32.5μmの範囲、または27.5μmから32.5μmの範囲、または15.0μmから30.0μmの範囲、または17.5μmから30.0μmの範囲、または20.0μmから30.0μmの範囲、または22.5μmから30.0μmの範囲、または25.0μmから30.0μmの範囲、または15.0μmから27.5μmの範囲、または17.5μmから27.5μmの範囲、または20.0μmから27.5μmの範囲、または15.0μmから25.0μmの範囲にある。
穿刺抵抗および高い保護機能を促進するために、二次被覆が高いヤング率を有することが好ましい。二次被覆のヤング率は、1600MPa以上、または1800MPa以上、または2000MPa以上、または2200MPa以上、または1600MPaから2800MPaの範囲、または1800MPaから2600MPaの範囲にある。
ファイバ線引き過程。連続した光ファイバ製造過程において、ガラスファイバは、加熱されたプリフォームから線引きされ、目標直径(典型的に、125μm)に製造される。いくつかの実施の形態において、ガラスファイバの直径は125マイクロメートルである。いくつかの他の実施の形態において、ガラスファイバの直径は110μm未満である。さらに他の実施の形態において、ガラスファイバの直径は100マイクロメートル未満である。ガラスファイバは、次に、冷却され、ガラスファイバに液体の一次被覆組成物を施す被覆システムに向けられる。液体の一次被覆組成物がガラスファイバに施された後に、2つのプロセス選択肢がある。第1のプロセス選択肢(ウェット・オン・ドライプロセス)では、液体の一次被覆組成物を硬化させて、固化した一次被覆を形成し、この硬化した一次被覆に液体の二次被覆組成物を施し、この液体の二次被覆組成物を硬化させて、固化した二次被覆を形成する。第2のプロセス選択肢(ウェット・オン・ウェットプロセス)では、液体の二次被覆組成物を液体の一次被覆組成物に施し、両方の液体被覆組成物を同時に硬化させて、固化した一次被覆と二次被覆を提供する。ファイバが被覆システムから出た後、ファイバを収集し、室温で貯蔵する。ファイバの収集は、典型的に、スプールにファイバを巻き付け、そのスプールを貯蔵することを必然的に伴う。
いつくかの過程において、被覆システムは、二次被覆に三次被覆組成物を施し、この三次被覆組成物を硬化させて、固化した三次被覆を形成する。典型的に、三次被覆は、識別目的のためにファイバに印をつけるのに使用されインク層であり、顔料を含み、その他の点では二次被覆と似ている組成を有する。三次被覆は、二次被覆に施され、硬化される。二次被覆は、典型的に、三次被覆の施用時に硬化されている。一次、二次、および三次被覆組成物は、一般的な連続製造過程で施し、硬化させることができる。あるいは、一次および二次被覆組成物を、一般的な連続製造過程で施し、硬化させ、被覆ファイバを収集し、三次被覆組成物を別のオフライン過程で施し、硬化させて、三次被覆を形成する。
硬化用放射線の波長は、赤外、可視、または紫外(UV)である。代表的な波長としては、250nmから1000nmの範囲、または250nmから700nmの範囲、または250nmから450nmの範囲、または275nmから425nmの範囲、または300nmから400nmの範囲、または320nmから390nmの範囲、または330nmから380nmの範囲、または340nmから370nmの範囲の波長を含む。硬化は、ランプ光源(例えば、Hgランプ)、LED光源(例えば、UVLED、可視LED、または赤外LED)、またはレーザ光源を含む光源により行うことができる。
一次、二次、および三次組成物の各々は、先に挙げられた波長のいずれによっても、また光源のいずれによっても硬化可能である。一次、二次、および三次組成物の各々を硬化させるために、同じ波長または光源を使用することができる、もしくは一次、二次、および三次組成物を硬化させるために、異なる波長および/または異なる光源を使用することができる。一次、二次、および三次組成物の硬化は、単一波長により、または2つ以上の波長の組合せにより、行うことができる。
プロセス効率を改善するために、プリフォームから収集地点まで延在するプロセス経路に沿ったファイバの線引き速度を増加させることが望ましい。しかしながら、線引き速度が増すにつれて、被覆組成物の硬化速度を増加させなければならない。ここに開示された被覆組成物は、35m/s超、または40m/s超、または45m/s超、または50m/s超、または55m/s超、または60m/s超、または65m/s超、または70m/s超の線引き速度で作動するファイバ線引き過程に適合する。
本開示は、被覆組成物の硬化生成物で被覆された光ファイバに及ぶ。その光ファイバは、屈折率がより低いガラスクラッド領域により取り囲まれた屈折率がより高いガラスコア領域を有するガラス導波路を備える。本開示の被覆組成物の硬化生成物として形成された被覆は、ガラスクラッドを取り囲み、それと直接接触する。本開示の被覆組成物の硬化生成物は、ファイバの一次被覆、二次被覆、または三次被覆として機能する。
実施例-一次被覆
以下の実施例は、代表的な一次被覆の調製を示す。代表的な一次被覆の選択された特性の測定も、記載されている。
一次被覆-オリゴマー。代表的な一次被覆組成物は、オリゴマーを含んだ。説明目的のために、先に記載された反応スキームにしたがう、H12MDI(4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート))、PPG4000(Mが約4000g/モルのポリプロピレングリコール)およびHEA(2-ヒドロキシエチルアクリレート)からの例示のオリゴマーの調製が記載されている。全ての試薬は、製造業者により供給された状態で使用し、さらなる精製を行わなかった。H12MDIは、ALDRICHから得た。PPG4000は、COVESTROから得たものであり、標準ASTM D4671-16に記載された方法により決定して、0.004meq/gの不飽和度を有すると保証された。HEAは、KOWAから得た。
反応体の相対量および反応条件を変えて、6種類のオリゴマーを得た。成分の初期モル比が異なるオリゴマーを、H12MDI:HEA:PPG4000=n:m:pを満たす反応体のモル比で調製した。ここで、nは3.0から4.0の範囲にあり、mは1.5n~3から2.5n~5の範囲にあり、p=2であった。オリゴマー材料を形成するために使用した反応において、ジラウリン酸ジブチルスズを触媒として使用し(初期反応混合物の質量に基づいて160ppmのレベルで)、2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノール(BHT)を阻害剤として使用した(初期反応混合物の質量に基づいて400ppmのレベルで)。
6種類のオリゴマーの各々を調製するために使用した反応体の量が、下記の表1に纏められている。6種類のオリゴマーは、別個の試料番号1~6により識別されている。6種類のオリゴマーの各々を個別に含有する被覆組成物およびその被覆組成物から形成された硬化膜を称するために、ここでは、対応する試料番号が使用される。6つの試料の各々の調製に使用した対応するモル数が、下記の表2に列挙されている。モル数は、PPG4000のモル数pを2.0に設定するために標準化されている。
Figure 2023519073000032
Figure 2023519073000033
500mLのフラスコ内において、室温で、4,4’-メチレンビス(シクロヘキシルイソシアネート)、ジラウリン酸ジブチルスズ、および2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルフェノールを混合することによって、オリゴマーを調製した。この500mLのフラスコは、温度計、CaCl乾燥管、およびスターラーを備えていた。フラスコの内容物を連続的に撹拌しながら、添加漏斗を使用して、30~40分の期間に亘り、PPG4000を加えた。PPG4000を加えるときに、反応混合物の内部温度をモニタし、過剰な加熱(反応の発熱性により生じる)を防ぐために、PPG4000の導入を制御した。PPG4000を加えた後、反応混合物を約1時間から1時間半に亘り約70℃から75℃で、湯浴内で加熱した。様々な間隔で、反応混合物の試料を、赤外分光法(FTIR)による分析のために回収して、未反応のイソシアネート基の濃度を決定することによって、反応の進行をモニタした。未反応のイソシアネート基の濃度は、2265cm-1近くの特徴的なイソシアネート伸縮モードの強度に基づいて評価した。フラスコを湯浴から取り出し、その内容物を65℃より低く冷ませた。補足的にHEAを添加して、イソシアネート基の完全なクエンチを確実にした。補足的なHEAは、添加漏斗を使用して、2~5分に亘り滴下した。補足的なHEAを添加した後、フラスコを湯浴に戻し、その内容物を約1時間から1時間半に亘り約70℃から75℃に再び加熱した。反応混合物にFTIR分析を行って、イソシアネート基の存在を評価し、どのような未反応のイソシアネート基も完全に反応させるために、十分な補足的なHEAが添加されるまで、この過程を繰り返した。FTIR測定において、感知できるイソシアネート伸縮強度が検出されなくなったときに、反応は完了したと考えた。表1に列挙されたHEAの量は、組成物中のHEAの初期量および未反応のイソシアネート基をクエンチするために必要な補足的なHEAの任意の量を含む。
各オリゴマー中の二付加化合物の濃度(質量%)をゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)で決定した。二付加化合物の濃度を決定するために、Waters Alliance 2690 GPC装置を使用した。移動相はTHFであった。この装置は、連続した3つのPolymer Labsカラムを備えた。各カラムは、長さが300mmであり、内径が7.5mmであった。カラムの内の2つ(カラム1および2)は、Agilent Technologiesにより部品番号PL1110-6504で販売され、PLgel Mixed D固定相(ポリスチレンジビニルベンゼン共重合体、平均粒径=5μm、指定分子量範囲=200g/モルから400,000g/モル)が充填されていた。第3のカラム(カラム3)は、Agilent Technologiesにより部品番号PL1110-6520で販売され、PLgel 100A固定相(ポリスチレンジビニルベンゼン共重合体、平均粒径=5μm、指定分子量範囲=4,000g/モルまで)が充填されていた。これらのカラムを、EasiCal PS-1&2ポリマー較正キット(Agilent Technologiesの部品番号PL2010-505およびPL2010-0601)を使用して、162g/モルから6,980,000g/モルに及ぶポリスチレン基準で較正した。GPC装置は、以下の条件下で作動させた:流量=1.0mL/分、カラム温度=40℃、注入体積=100μL、および運転時間=35分(アイソクラティック条件)。検出器は、40℃および感度レベル4で作動させたWaters Alliance 2410示差屈折計であった。試料を、THF+0.05%のトルエンブランクと共に、2回注入した。
オリゴマー中の二付加物の量(質量%)は、先のGPCシステムおよび技術を使用して定量化した。較正曲線は、THF中に公知の量の二付加化合物(HEA~H12MDI~HEA)を含有する標準溶液を使用して得た。付加物の濃度が、115.2μg/g、462.6μg/g、825.1μg/g、および4180μg/gである標準溶液を調製した。(ここに用いられているように、「μg/g」という単位は、全溶液のグラム(二付加物+THF)当たりの二付加物のμgを称する)。各二付加物の標準溶液の2つの100μLのアリコートをカラムに注入して、較正曲線を得た。二付加物の保持時間は約23分であり、二付加物のGPCピークの面積を測定し、二付加物の濃度に相関付けた。二付加物の濃度の関数としてのピーク面積の線形相関が得られた(相関係数(R)=0.999564)。
オリゴマー中の二付加物の濃度は、その較正を使用して決定した。試料は、約0.10gのオリゴマー材料をTHF中で希釈して、約1.5gの試験溶液を得ることによって、調製した。試験溶液をGPC装置にかけ、二付加化合物に関連するピーク面積を決定した。μg/gの単位の二付加物の濃度を、ピーク面積および較正曲線から得て、試験溶液の質量(g)を乗じ、THFで希釈する前のオリゴマー材料の試料の質量で割ることによって、質量%に変換した。この実施例において調製した6種類のオリゴマーの各々に存在する二付加化合物の質量%が、表2に報告されている。
H12MDI、HEA、およびPPG4000の相対モル比の変動により、説明のためのオリゴマーは、先の分子式(IV)に示されたタイプのポリエーテルウレタン化合物および先の分子式(V)に示されたタイプの増加した濃度の二付加化合物を含む。
一次被覆-組成物。試料1~6に対応するオリゴマーを、他の成分と別々に組み合わせて、一連の6種類の表的な一次被覆組成物を形成した。その被覆組成物中の各成分の量が、下記の表3に示されている。オリゴマーに関する表3の掲載は、オリゴマー中に存在するポリエーテルウレタンアクリレート化合物および二付加化合物の合計量を含む。別の被覆組成物を、試料1~6に対応する6種類の例示のオリゴマーの各々について作製した。オリゴマー材料中の二付加化合物の量は、表2に列挙された量に対応した。
Figure 2023519073000034
Sartomer SR504は、エトキシル化(4)ノニルフェノールアクリレート(Sartomerから入手できる)である。V-CAP/RCは、N-ビニルカプロラクタム(ISP Technologiesから入手できる)である。TPOは、(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィンオキシド(商標名LucirinでBASFから入手できる)であり、光開始剤として機能する。Irganox 1035は、チオジエチレンビス[3-(3,5-ジ-tert-ブチル)-4-ヒドロキシ-フェニル)プロピオネート](BASFから入手できる)であり、酸化防止剤として機能する。接着促進剤は、3-アクリルオキシプロピルトリメトキシシラン(Gelestから入手できる)および3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(Aldrichから入手できる)であった。3-アクリルオキシプロピルトリメトキシシランは、試料1、3、および5に使用した。3-メルカプトプロピルトリメトキシシランは、試料2、4、および6に使用した。テトラチオールは触媒抑制剤である。
加熱バンドまたは加熱マントルで60℃に加熱された適切な容器内で高速ミキサーを使用して、表3の被覆組成物の各々を配合した。各場合、成分を、秤を使用して容器内に計り取り、固体成分が完全に溶け、混合物が均一に見えるまで、混ぜた。各組成物のオリゴマーおよび単量体(SR504、NVC)を、55℃から60℃で、少なくとも10分に亘り一緒にブレンドした。次に、光開始剤、酸化防止剤、および触媒抑制剤を加え、55℃から60℃の温度を維持しつつ、1時間に亘りブレンドを続けた。最後に、接着促進剤を加え、55℃から60℃で30分に亘りブレンドを続けて、被覆組成物を形成した。
一次被覆-特性-引張特性。引張特性(ヤング率、降伏点引張強度、および降伏点伸び)を、6種類の被覆組成物を硬化させることによって形成された膜について測定した。各被覆組成物から別々の膜を形成した。約0.005インチ(約0.13mm)の間隙厚さを有するドローダウンボックスを利用して、シリコーン剥離紙上に被覆組成物の湿った膜を形成した。この湿った膜を、600W/in(約236W/cm)のD型電球を備えたFusion Systems紫外線硬化装置(50%の出力および約12フィート/分(約3.7m/分)のベルト速度)によって、1.2J/cmの紫外線線量(International LightからのLight BugモデルIL490で225から424nmの波長範囲に亘り測定した)で硬化させて、膜形態の硬化被覆を生成した。硬化膜の厚さは、約0.0030インチ(約0.076mm)と0.0035インチ(約0.089mm)の間であった。
膜は、試験の前に少なくとも16時間に亘り経年劣化させた(23℃、50%の相対湿度)。膜試料を、切断テンプレートおよびメスを使用して、12.5cm×13mmの寸法に切断した。ASTM基準D882-97に記載された手順にしたがって、MTS Sintech引張試験装置を使用して、膜試料について、ヤング率、降伏点引張強度、および降伏点伸びを室温(23℃)で測定した。ヤング率は、応力・歪み曲線の初めの最もきつい勾配として定義される。膜は、5.1cmの初期ゲージ長で、2.5cm/分の伸長速度で試験した。その結果が表4に示されている。
Figure 2023519073000035
一次被覆-特性-その場弾性率。一次被覆組成物の試料2、3、および5のその場弾性率の測定を完了した。その場弾性率の測定には、直径125μmのガラスファイバ上に一次被覆を形成する必要がある。試料2、3、および5の各々は、ガラスファイバが線引きされているときに、一次被覆組成物としてガラスファイバに別々に施された。ファイバの線引き速度は、50m/sであった。一次被覆組成物は、5つのLED光源の積層体を使用して硬化させた。各LED光源は、395nmで作動され、12W/cmの強度を有していた。一次被覆組成物の施用と硬化後、硬化した一次被覆の各々に二次被覆組成物を施し、UV光源を使用して、硬化させて、二次被覆層を形成した。一次被覆の厚さは32.5μmであり、二次被覆の厚さは26.0μmであった。
以下の手順を使用して、その場弾性率を測定した。ファイバの6インチ(約15cm)の試料を得て、そのファイバの中心から1インチ(約2.5cm)の部分を、窓状に剥ぎ取り、イソプロピルアルコールで拭いた。この窓状に剥ぎ取られたファイバを、ファイバを取り付けるために使用される10mm×5mmの長方形のアルミニウムタブを備えた試料ホルダ/アライメントステージに搭載した。2つのタブを水平に向け、短い方の5mmの辺が互いに向かい合い、5mmの間隙だけ隔てられるように位置付けた。窓状に剥ぎ取られたファイバを、タブを横切り、タブを隔てる間隙に亘り、試料ホルダ上に水平に置いた。ファイバの窓状に剥ぎ取られた領域の一方の側の被覆端部を、一方のタブの上に位置付け、タブの間の5mmの間隙中の中間まで延在させた。この1インチ(約2.5cm)の窓状に剥ぎ取られた領域は、間隙の残り半分に亘り、反対のタブを横切って延在した。アライメント後、試料を動かし、5mmの間隙に最も近い各タブの半分に接着剤の小さな点を施した。次に、ファイバを元の位置に戻し、接着剤がファイバに丁度触れるまで、アライメントステージを上昇させた。次に、タブの間の5mmの間隙の大半がファイバの窓状に剥ぎ取られた領域に占められるまで、被覆端部を、接着剤を通じて、間隙から引き離した。反対のタブ上に残っている窓状に剥ぎ取られた領域の部分は、接着剤と接触していた。被覆端部のまさに先端は、タブを越えて、タブの間の間隙中に延在したままであった。被覆端部のこの部分は、接着剤に埋め込まれず、その場弾性率測定の対象物であった。接着剤を、この配置にあるファイバ試料と共に乾燥させて、ファイバをタブに取り付けた。乾燥後、タブの各々に固定されたファイバの長さを5mmに切り取った。接着剤中に埋め込まれた被覆長さ、埋め込まれていない被覆長さ(タブの間の間隙中に延在する部分)、および一次被覆の直径を測定した。
その場弾性率の測定は、室温(21℃)で45分間の時間に亘り9×10-61/sの一定歪みで、Rheometrics DMTA IV動的機械試験装置で行った。ゲージ長は15mmであった。力と長さの変化を記録し、一次被覆のその場弾性率を計算するために使用した。このタブに取り付けられたファイバ試料は、クランプとファイバの接触がなく、試料がクランプに直接固定されることを確実にするために、試験装置の15mmの締め付け長さと干渉するであろうどのようなエポキシもタブから除去することによって、調製した。機器の力をゼロ設定した。次に、ファイバの被覆されていない端部が取り付けられたタブを試験装置の下側クランプ(測定プローブ)に搭載し、ファイバの被覆端部が取り付けられたタブを試験装置の上側(固定)クランプに搭載した。次に、試験を行い、分析が一旦完了したら、試料を取り外した。
一次被覆の試料2、3、および5のその場弾性率が、表5に列挙されている。
Figure 2023519073000036
実施例-二次被覆
以下の実施例は、代表的な二次被覆の調製を示す。代表的な二次被覆の選択された特性の測定も、記載されている。
二次被覆組成物。代表的な硬化性二次被覆組成物が、表6に列挙されている。
Figure 2023519073000037
SR601は、エトキシル化(4)ビスフェノールAジアクリレート(単量体)である。SR602は、エトキシル化(10)ビスフェノールAジアクリレート(単量体)である。SR349は、エトキシル化(2)ビスフェノールAジアクリレート(単量体)である。SR399は、ジペンタエリトリトールペンタアクリレートである。SR499は、エトキシル化(6)トリメチロールプロパントリアクリレートである。CD9038は、エトキシル化(30)ビスフェノールAジアクリレート(単量体)である。Photomer 3016は、ビスフェノールAエポキシジアクリレート(単量体)である。TPOは、光開始剤である。Irgacure 184は、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(光開始剤)である。Irgacure 1850は、ビス(2,6-ジメトキシベンゾイル)-2,4,4-トリメチルペンチルホスフィンオキシド(光開始剤)である。Irganox 1035は、チオジエチレンビス(3,5-ジ-tert-ブチル)-4-ヒドロキシヒドロシンナメート(酸化防止剤)である。DC190は、シリコーン-エチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体(スリップ剤)である。「pph」という濃度単位は、全ての単量体、オリゴマー、および光開始剤を含む基礎組成に対する量を称する。例えば、二次被覆組成物KAについて、DC-190に関する1.0pphの濃度は、SR601、CD9038、Photomer 3016、TPO、およびIrgacure 184の合計100g当たりの1gのDC-190に相当する。
比較の硬化性二次被覆組成物(A)および3つの代表的な硬化性二次被覆組成物(SB、SC、およびSD)が、表7に列挙されている。
Figure 2023519073000038
PE210は、ビスフェノール-Aエポキシジアクリレート(韓国、Miwon Specialty Chemicalから入手できる)であり、M240は、エトキシル化(4)ビスフェノール-Aジアクリレート(韓国、Miwon Specialty Chemicalから入手できる)であり、M2300は、エトキシル化(30)ビスフェノール-Aジアクリレート(韓国、Miwon Specialty Chemicalから入手できる)であり、M3130は、エトキシル化(3)トリメチロールプロパントリアクリレート(韓国、Miwon Specialty Chemicalから入手できる)であり、TPO(光開始剤)は、(2,4,6-トリメチルベンゾイル)ジフェニルホスフィンオキシド(BASFから入手できる)であり、Irgacure 184(光開始剤)は、1-ヒドロキシシクロヘキシル-フェニルケトン(BASFから入手できる)であり、Irganox 1035(酸化防止剤)は、ベンゼンプロパン酸、3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシチオジ-2,1-エタンジイルエステル(BASFから入手できる)である。DC190(スリップ剤)は、シリコーン-エチレンオキシド/プロピレンオキシド共重合体(Dow Chemicalから入手できる)である。「pph」という濃度単位は、全ての単量体および光開始剤を含む基礎組成に対する量を称する。例えば、二次被覆組成物Aについて、DC-190に関する1.0pphの濃度は、PE210、M240、M2300、TPO、およびIrgacure 184の合計100g当たりの1gのDC-190に相当する。
二次被覆-特性。代表的な二次被覆組成物A、KA、KB、KC、KD、SB、SC、およびSDから作られた二次被覆のヤング率、破断点引張強度、および破断点伸びを測定した。
二次被覆-特性-測定技術。二次被覆の特性は、下記に記載された測定技術を使用して決定した。
引張特性。硬化性二次被覆組成物を硬化させ、ヤング率、破断点引張強度、降伏強度、および破断点伸びの測定のための被覆ロッド試料の形態で構成した。この硬化ロッドは、硬化性二次被覆組成物を内径約0.025インチ(約6.35mm)のテフロン(登録商標)管中に射出することによって、調製した。このロッド試料は、約2.4J/cmの線量(International LightからのLight BugモデルIL390によって、225~424nmの波長範囲に亘り測定した)でFusion D電球を使用して硬化させた。硬化後、「テフロン」管を剥ぎ取って、二次被覆組成物の硬化ロッド試料を提供した。硬化ロッドは、試験前に、23℃および50%の相対湿度で18~24時間に亘り状態調節させた。ヤング率、破断点引張強度、降伏強度、および破断点伸びは、51mmのゲージ長、250mm/分の試験速度で、欠陥のないロッド試料について、Sintech MTS Tensile Testerを使用して測定した。引張特性は、ASTM基準D882-97にしたがって測定した。特性は、少なくとも5つの試料の平均として決定し、欠陥がある試料は平均から排除した。
二次被覆の穿刺抵抗。ガラスファイバ、一次被覆、および二次被覆を備えた試料に、穿刺抵抗測定を行った。ガラスファイバの直径は、125μmであった。一次被覆を、下記の表8に列挙された基準一次被覆組成物から形成した。様々な二次被覆を有する試料を、下記に記載されたように調製した。一次被覆および二次被覆の厚さを、下記に記載されたように二次被覆の断面積を変えるために調節した。全ての試料について、一次被覆の厚さに対する二次被覆の厚さの比を約0.8に維持した。
穿刺抵抗は、the Proceedings of the 52nd International Wire & Cable Symposiumにおいて発行されたG. Scott GlaesemannおよびDonald A. Clarkによる「Quantifying the Puncture Resistance of Optical Fiber Coatings」と題する論文(237~245頁(2003年))に記載された技術を使用して測定した。その方法の纏めが、ここに与えられている。この方法は圧痕法である。4センチメートルの長さの光ファイバを3mm厚のガラススライド上に置いた。この光ファイバの一端を、管理された方式で光ファイバの回転を可能にする装置に取り付けた。この光ファイバを100倍の倍率で伝送について調査し、二次被覆の厚さがガラススライドに平行な方向においてガラスファイバの両側で等しくなるまで回転させた。この位置において、二次被覆の厚さは、ガラススライドに平行な方向においてガラスファイバの両側で等しかった。ガラススライドに垂直な方向であって、ガラスファイバの上または下の二次被覆の厚さは、ガラススライドに平行な方向における二次被覆の厚さと異なった。ガラススライドに垂直な方向における厚さの一方は、ガラススライドに平行な方向における厚さより大きく、ガラススライドに垂直な方向における厚さの他方は、ガラススライドに平行な方向における厚さより小さい。光ファイバのこの位置は、光ファイバの両端をガラススライドにテープで貼ることによって、固定した。この位置は、圧痕試験に使用した光ファイバの位置である。
押し込みは、万能試験機(Instronモデル5500Rまたは同等物)を使用して行った。この試験機のクロスヘッドの真下に倒立顕微鏡を置いた。顕微鏡の対物レンズを、試験機内に取り付けた75°のダイヤモンド製楔圧子のすぐ真下に位置付けた。ファイバをテープで留めたガラススライドを、顕微鏡試料台上に置き、圧子の楔の幅がファイバの方向に直角になるように、圧子のすぐ真下に位置付けた。光ファイバを適所に置いて、ダイヤモンド製楔を、二次被覆の表面と接触するまで降下させた。次に、ダイヤモンド製楔を、0.1mm/分の速度で二次被覆中に押し込み、二次被覆上の荷重を測定した。穿孔が生じるまで、ダイヤモンド製楔を二次被覆中により深く押し込むときの二次被覆上の荷重を増加させた。その穿孔時に、荷重の急峻な低下が観察された。穿刺が観察された押し込み荷重を記録した。その荷重は、グラム重でここに報告されている。10個の測定点を得るために、同じ向きの光ファイバについて、実験を繰り返した。これらの測定点を平均して、その向きの穿刺抵抗を決定した。光ファイバの向きを180°だけ回転させることによって、第2群の10の測定地点を決定した。
マイクロベンド。金網被覆ドラム試験において、750mの長さを有する被覆ファイバを通る1550nmの波長の光の減衰を、室温で決定した。マイクロベンド誘起減衰は、金網被覆ドラム上のゼロ張力設置と高張力設置との間の差によって決定した。2つの巻線構成について、別々の測定を行った。第1の構成において、滑らかな表面および約400mmの直径を有するアルミニウム製ドラム上のゼロ張力構成においてファイバを巻き付けた。このゼロ張力巻線構成により、ファイバを通過する光の無応力基準減衰が与えられた。十分な休止時間後、初期減衰測定を行った。第2の巻線構成において、細い金網で包まれたアルミニウム製ドラムにファイバ試料を巻き付けた。この設置について、アルミニウム製ドラムの胴表面を金網で覆い、その金網にファイバを巻き付けた。この金網は、引き伸ばさずに、胴にきつく巻き付け、孔、窪み、裂け、または損傷のない無傷の状態に維持した。測定に使用した金網材料は、耐食性の304型ステンレス鋼金網から作られ、以下の特徴を有していた:リニアインチ当たりの網:165×165、線径:0.0019インチ(約0.048mm)、開口幅:0.0041インチ(約0.10mm)、および開口面積%:44.0。750m長の被覆ファイバを、80(±1)グラムの張力を印加しながら、0.050cmの巻き取りピッチで金網被覆ドラム上に1m/sで巻き付けた。ファイバの両端をテープで留めて、張力を維持し、ファイバの交差はなかった。巻き付けられたファイバと金網の接触点により、ファイバに応力が加えられ、巻き付けられたファイバを通る光の減衰は、ファイバの応力誘起(マイクロベンド)損失の尺度である。金網被覆ドラム測定は、1時間の休止時間後に行った。第1の構成(滑らかなドラム)に対する第2の構成(金網被覆ドラム)に行われた測定におけるファイバ減衰(dB/kmで表される)の増加が、各波長について決定された。3回の試行の平均を各波長で決定した。この平均が、金網被覆ドラムマイクロベンド損失として報告されている。
基準一次被覆。その場ガラス転移温度(Tg)、および穿刺抵抗の測定において、測定試料は、ガラスファイバと二次被覆との間に一次被覆を備えていた。一次被覆組成物は、表8に与えられた配合を有した。これは、市販の一次被覆組成物に特有である。
Figure 2023519073000039
ここで、オリゴマー材料を、モル比n:m:p=3.5:3.0:2.0を使用して、H12MDI、HEA、およびPPG4000から先に記載したように調製し、SR504は、エトキシル化(4)ノニルフェノールアクリレート(Sartomerから入手できる)であり、NVCは、N-ビニルカプロラクタム(Aldrichから入手できる)であり、TPO(光開始剤)は、(2,4,6-トリメチルベンゾイル)-ジフェニルホスフィンオキシド(BASFから入手できる)であり、Irganox 1035(酸化防止剤)は、ベンゼンプロパン酸、3,5-ビス(1,1-ジメチルエチル)-4-ヒドロキシチオジ-2,1-エタンジイルエステル(BASFから入手できる)であり、3-アクリルオキシプロピルトリメトキシシランは、接着促進剤(Gelestから入手できる)であり、ペンタエリトリトールテトラキス(3-メルカプトプロピオネート)(テトラチオールとしても知られている、Aldrichから入手できる)は、連鎖移動剤である。「pph」という濃度単位は、全ての単量体、オリゴマー、および光開始剤を含む基礎組成に対する量を称する。例えば、Irganox 1035についての1.0pphの濃度は、オリゴマー材料、SR504、NVC、およびTPOの合計100g当たりの1gのIrganox 1035に相当する。
二次被覆-特性-引張特性。代表的な硬化性二次被覆組成物について行った引張特性測定の結果が、表9に示されている。
Figure 2023519073000040
これらの結果は、組成物SB、SC、およびSDから調製された二次被覆が、比較の組成物Aから調製された二次被覆よりも、高いヤング率および高い降伏強度を示したことを示す。より高い値は、ここに開示された代表的な硬化性被覆組成物から調製された二次被覆を直径の小さい光ファイバに適したものにする改善を表す。より詳しくは、その値をより高くすることにより、性能を犠牲にせずに、光ファイバ上により薄い二次被覆を使用することができる。二次被覆をより薄くすると、光ファイバの全体の直径が減少し、所定の断面積のケーブルにおけるファイバの総数がより多くなる。
ここに開示された代表的な硬化性二次被覆組成物から硬化生成物として調製された二次被覆のヤング率は、1600MPa超、または1900MPa超、または2200MPa超、または2500MPa超、または1600MPaから2800MPaの範囲、または1900MPaから2500MPaの範囲である。
ここに開示された代表的な硬化性二次被覆組成物から硬化生成物として調製された二次被覆の降伏強度は、55MPa超、または60MPa超、または65MPa超、または70MPa超、または55MPaから75MPaの範囲、または60MPaから70MPaの範囲である。
二次被覆-特性-穿刺抵抗。比較の硬化性二次被覆組成物A、特許組成を有する商業的供給業者(DSM Desotech)からの市販の硬化性二次被覆組成物(CPC6e)、および硬化性二次被覆組成物SDから作られた二次被覆の穿刺抵抗を、先に記載された方法にしたがって決定した。3つの二次被覆の各々を有するいくつかのファイバ試料を調製した。各ファイバの試料は、直径125μmのガラスファイバ、表8に列挙された基準の一次被覆組成物から形成された一次被覆、および3つの二次被覆の内の1つを備えていた。様々な二次被覆を有する試料を調製した。一次被覆および二次被覆の厚さを、図7に示されたように二次被覆の断面積を変えるために調節した。全ての試料について、一次被覆の厚さに対する二次被覆の厚さの比を約0.8に維持した。
二次被覆の厚さへの穿刺荷重の依存性を決定するために、二次被覆の各々について、ある範囲の厚さを有するファイバ試料を調製した。ケーブル中のファイバの総数をより多くするための戦略の1つは、二次被覆の厚さを減少させることである。しかしながら、二次被覆の厚さが減少するにつれて、その性能は低下し、その保護機能は損なわれる。穿刺抵抗は、二次被覆の保護機能の尺度である。高い穿刺抵抗を有する二次被覆は、破損せずに、より大きい衝撃に耐え、ガラスファイバによりよい保護を与える。
3つの被覆に関する断面積の関数としての穿刺荷重が、図7に示されている。二次被覆の断面積との穿刺荷重の近似線形相関が観察されたので、穿刺荷重を報告するためのパラメータとして、断面積を選択する。線72、74、および76は、それぞれ、比較のCPC6e二次被覆組成物、比較の硬化性二次被覆組成物A、および硬化性二次被覆組成物SDを硬化させることによって得られた比較の二次被覆に関する断面積への穿刺荷重の近似線形相関を示す。垂直の点線は、図のように、10000μm、15000μm、および20000μmの断面積での見やすさのための指針として与えられている。
線72で示されたCPC6e二次被覆は、当該技術分野で公知の従来の二次被覆に相当する。線74で示された比較の二次被覆Aは、大きい断面積に関する穿刺荷重の改善を示す。しかしながら、この改善は、断面積の減少とともに低下する。このことは、比較の硬化性二次被覆組成物Aから硬化生成物として得られた二次被覆は、直径が小さいファイバの総数が多い用途に適していそうにない。線76は、対照的に、硬化性二次被覆組成物SDから硬化生成物として得られた二次被覆に関する穿刺荷重の著しい増加を示す。例えば、7000μmの断面積では、硬化性二次被覆組成物SDから得られた二次被覆の穿刺荷重は、他の2つの二次被覆のいずれの穿刺荷重よりも、50%以上大きい。
10000μmの断面積でのここに開示された硬化性二次被覆組成物の硬化生成物として形成された二次被覆の穿刺荷重は、36g超、または40g超、または44g超、または48g超、または36gから52gの範囲、または40gから48gの範囲にある。15000μmの断面積でのここに開示された硬化性二次被覆組成物の硬化生成物として形成された二次被覆の穿刺荷重は、56g超、または60g超、または64g超、または68g超、または56gから72gの範囲、または60gから68gの範囲にある。20000μmの断面積でのここに開示された硬化性二次被覆組成物の硬化生成物として形成された二次被覆の穿刺荷重は、68g超、または72g超、または76g超、または80g超、または68gから92gの範囲、または72gから88gの範囲にある。実施の形態は、先の穿刺荷重の任意の組合せを有する二次被覆を含む。
ここに用いられているように、正規化された穿刺荷重は、断面積に対する穿刺荷重の比を称する。ここに開示された硬化性二次被覆組成物の硬化生成物として形成された二次被覆の穿刺荷重は、3.0×10-3g/μm超、または3.5×10-3g/μm超、または4.0×10-3g/μm超、または4.5×10-3g/μm超、または5.0×10-3g/μm超、または3.2×10-3g/μmから5.6×10-3g/μmの範囲、または3.5×10-3g/μmから5.2×10-3g/μmの範囲、または4.0×10-3g/μmから4.8×10-3g/μmの範囲の正規化穿刺荷重を有する。
実施例-相対屈折率プロファイル
以下の実施例は、マクロベンド損失が低い光ファイバに関する代表的な相対屈折率プロファイルおよび光学的性質を示す。相対屈折率プロファイルが、図8Aおよび8Bに示されている。プロファイル1、プロファイル2、およびプロファイル3が示されている。各プロファイルは、中心線(r=0)で始まって増加する径方向位置の順序で、コア領域、内側クラッド領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域を含む。外側クラッド領域は、半径r=40.0μm(図示せず)まで延在する。3つのプロファイルの各々のコア領域は、アルカリがドープされたシリカガラスである。この3つのプロファイルの各々の内側クラッド領域、中間クラッド領域、および外側クラッド領域は、フッ素がドープされたシリカガラスである。フッ素ドープ濃度は、中間クラッド領域において最も高く、内側クラッド領域と外側クラッド領域においてそれより低い。
マクロベンド。3つのプロファイルの各々に関する光ファイバの1550nmでのマクロベンド損失を、様々な直径のマンドレルについて計算した。マクロベンド損失は、「BLDM」で示され、「DM」は、マクロベンド性能を評価するために使用したマンドレルのmmで表された直径である。直径DMは、ここでは「マクロベンド直径」とも称される。ここに述べられるマクロベンド性能は、特に明記のない限り、マンドレル巻き試験において誘発した減衰増加を特徴付けることによって、判断される。マンドレル巻き試験は、TIA-455-62:FOTP-62 IEC-60793-1-47 Optical Fibres-Part 1-47:Measurement Methods and Test Procedures-Macrobending Losss,by Telecommunications Industry Association(TIA)に規定されている。このマンドレル巻き試験において、光ファイバを、直径DMの滑らかな円筒形マンドレルの周りに1回以上巻き付け、曲げのために規定波長での減衰の増加を決定する。マンドレル巻き試験における減衰は、dB/巻き(turn)の単位で表され、ここで、一巻きはマンドレルの周りの光ファイバの一回りを称する。15mm、20mmおよび30mmのマンドレル径に関する曲げ損失値、すなわち、BL15、BL20、およびBL30が、下記に与えられている。
3つのプロファイルの各々の曲げ損失および選択された光学的性質が、表10に纏められている。表10において、「MFD」はモードフィールド径を称し、λはゼロ分散波長を称し、λCCはケーブルカットオフ波長を称し、Vトレンチはトレンチ体積を称する。
Figure 2023519073000041
直径30mmのマンドレルに巻き付けられたときの、1550nmの波長での光ファイバのマクロベンド損失は、0.010dB/巻き未満、または0.005dB/巻き未満、または0.002dB/巻き未満、または0.001dB/巻き未満、または0.00005dB/巻き未満である。直径20mmのマンドレルに巻き付けられたときの、1550nmの波長での光ファイバのマクロベンド損失は、0.100dB/巻き未満、または0.050dB/巻き未満、または0.010dB/巻き未満、または0.005dB/巻き未満、または0.001dB/巻き未満、または0.0005dB/巻き未満である。直径15mmのマンドレルに巻き付けられたときの、1550nmの波長での光ファイバのマクロベンド損失は、0.500dB/巻き未満、または0.100dB/巻き未満、または0.050dB/巻き未満、または0.040dB/巻き未満、または0.030dB/巻き未満、または0.020dB/巻き未満、または0.015dB/巻き未満である。
1550nmでの金網被覆ドラムマイクロベンド損失は、1.0dB/km未満、または0.75dB/km未満、または0.50dB/km未満、または0.25dB/km未満、または0.10dB/km未満、または0.05dB/km未満、または0.03dB/km未満、または0.01dB/kmから1.0dB/kmの範囲、または0.02dB/kmから0.50dB/kmの範囲、または0.03dB/kmから0.25dB/kmの範囲、または0.04dB/kmから0.15dB/kmの範囲にある。
実施例-半径の減少した光ファイバ
以下の実施例は、機械的信頼性が高く、マイクロベンド損失が小さい、半径の減少した光ファイバを示す。従来の光ファイバは、半径r=62.5μmのガラスファイバ、厚さr-r=32.5μmの一次被覆、および厚さr-r=26μmの二次被覆を備える。従来の光ファイバの半径rは、121μm(直径2r=242μm)である。以下の実施例に開示された例示の光ファイバは、100μm以下の半径rを有する。例示の光ファイバの減少した半径は、ガラスファイバの半径r、一次被覆の厚さr-r、または二次被覆の厚さr-rの1つ以上を従来の光ファイバに対して減少させることによって、達成される。
表11には、一連の比較用光ファイバ(CE1、CE2、CE3、CE4、およびCE5と振られている)の選択された性質が纏められており、表12には、本開示による一連の例示の光ファイバ(Ex.1、Ex.2、Ex.3、Ex.4、Ex.5、およびEx.6と振られている)の選択された性質が纏められている。表11および12には、ガラスファイバの半径r、一次被覆のその場弾性率(E)、一次被覆の半径r、一次被覆の厚さr-r、一次被覆のばね定数χp、二次被覆のヤング率(E)、二次被覆の半径r、二次被覆の厚さr-r、二次被覆の断面積(A)、および二次被覆の厚さr-rに対する一次被覆の厚さr-rの比(Rps)が列挙されている。
Figure 2023519073000042
比較用光ファイバCE1、CE2、およびCE3は、従来の光ファイバと一致する、ガラスファイバの半径r、一次被覆の厚さr-r、および二次被覆の厚さr-rを有する。比較用光ファイバCE1、CE2、およびCE3の半径rは、ケーブル中のファイバ密度の現行の基準を規定する。ケーブル中のファイバ密度を増加させるために、rの値がより低い光ファイバが望ましい。しかしながら、そのような半径の減少した光ファイバは、低いマクロベンド損失およびマイクロベンド損失を維持しつつ、高い機械的信頼性を与えなければならない。
比較用光ファイバCE4は、比較用光ファイバCE1の半径の減少した変種である。比較用光ファイバCE4の被覆の機械的性質(EおよびE)は、比較用光ファイバCE1と同じである。比較用光ファイバCE4は、比較用光ファイバCE1に対して一次被覆の厚さr-rおよび二次被覆の厚さr-rを減少させることにより得られた半径の減少した光ファイバである。光ファイバの全体の半径が減少しているが、比較用光ファイバCE4の一次被覆のばね定数χは、高すぎて(堅すぎて)、光ファイバの外部に印加された外力からガラスファイバを適切に保護することができない。一次被覆の高いばね定数χは、ガラスファイバへの二次被覆の強力な結合および一次被覆による力の弱い減衰をもたらす。したがって、マイクロベンド損失は高くなる。
比較用光ファイバCE5は、比較用光ファイバCE3の半径の減少した変種である。比較用光ファイバCE5の被覆の機械的性質(EおよびE)は、比較用光ファイバCE3と同じである。比較用光ファイバCE5は、比較用光ファイバCE3に対してガラスファイバの半径rおよび二次被覆の厚さr-rを減少させることにより得られた半径の減少した光ファイバである。一次被覆の厚さr-rは、一次被覆のばね定数χを減少させるために、比較用光ファイバCE3に対して比較用光ファイバCE5において増加している。光ファイバの全体の半径が減少しており、一次被覆のばね定数χが減少しているが、比較用光ファイバCE5のヤング率は、低すぎて、高い穿刺抵抗を与えることができず、低すぎて、一次被覆への外力の伝達を適切に減衰させることができない。その結果、機械的信頼性は不十分になり、マイクロベンド損失は高くなる。
Figure 2023519073000043
例示の光ファイバは、低いマイクロベンド損失および高い機械的信頼性の両方を達成しつつ、従来の光ファイバに対して減少した半径rを有するように作られている。具体的に、一次被覆のばね定数χは、比較用光ファイバに対して減少しており、その結果、低いマイクロベンド損失が達成される。二次被覆の増加したヤング率Eは、二次被覆を通じての力の伝達に抵抗し、一次被覆に入る力を減少させる。二次被覆のヤング率と一次被覆のばね定数χとの間の相乗関係により、半径の減少した光ファイバにおいて低いマイクロベンド損失および高い穿刺抵抗の両方がもたらされる。
好ましい実施の形態において、一次被覆のばね定数χは、1.0MPa未満、または0.80MPa未満、または0.70MPa未満、または0.60MPa未満、または0.50MPa未満、または0.40MPa未満、または0.30MPaから0.90MPaの範囲、または0.30MPaから0.80MPaの範囲、または0.30MPaから0.70MPaの範囲、または0.30MPaから0.60MPaの範囲、または0.40MPaから0.90MPaの範囲、または0.40MPaから0.80MPaの範囲、または0.40MPaから0.70MPaの範囲、または0.40MPaから0.60MPaの範囲にある。
他の好ましい実施の形態において、一次被覆のばね定数χは1.0MPa未満であり、二次被覆のヤング率Eは1600MPa超である、一次被覆のばね定数χは0.80MPa未満であり、二次被覆のヤング率Esは1700MPa超である、一次被覆のばね定数χは0.70MPa未満であり、二次被覆のヤング率Eは1800MPa超である、一次被覆のばね定数χは0.60MPa未満であり、二次被覆のヤング率Eは1900MPa超である、一次被覆のばね定数χは0.50MPa未満であり、二次被覆のヤング率Eは2000MPa超である、一次被覆のばね定数χは0.30MPaから1.0MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1600MPaから2800MPaの範囲にある、一次被覆のばね定数χは0.30MPaから0.80MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1700MPaから2800MPaの範囲にある、一次被覆のばね定数χは0.30MPaから0.70MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1800MPaから2800MPaの範囲にある、一次被覆のばね定数χは0.30MPaから0.60MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1900MPaから2800MPaの範囲にある、一次被覆のばね定数χは0.40MPaから1.0MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1600MPaから2800MPaの範囲にある、一次被覆のばね定数χは0.40MPaから0.80MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1700MPaから2800MPaの範囲にある、一次被覆のばね定数χは0.40MPaから0.70MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1800MPaから2800MPaの範囲にある、または一次被覆のばね定数χは0.40MPaから0.60MPaの範囲にあり、二次被覆のヤング率Eは1900MPaから2800MPaの範囲にある。
二次被覆の厚さr-rに対する一次被覆の厚さr-rの比は、0.80から2.20の範囲、または0.85から1.85の範囲、または0.90から1.50の範囲、または0.95から1.30の範囲にある。
実施例-半径の減少した光ファイバ
半径の減少した光ファイバのさらなる説明のための実施例が、図9並びに表13および14に纏められている。半径の減少した光ファイバの各々は、コア領域を取り囲み、それに直接隣接した中間クラッド領域、およびその中間クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接した外側クラッド領域を含む相対屈折率プロファイルを有する。表13には、一連の比較用光ファイバ(C1、C2、およびC3と振られている)および本開示による2つの例示の光ファイバ(Ex.7およびEx.8と振られている)の選択された性質が纏められている。表13には、コア領域の半径rおよび平均相対屈折率Δ、中間クラッド領域の半径r、相対屈折率Δ、およびトレンチ体積Vトレンチ(=V)、一次被覆の半径r、一次被覆の厚さr-r、二次被覆の半径r、二次被覆の厚さr-r、二次被覆の断面積(A)、および二次被覆の厚さr-rに対する一次被覆の厚さr-rの比(Rps)が列挙されている。表13および14に列挙された光ファイバについて、同じ組成と同じ弾性率を有する同じ一次被覆、および同じ組成と同じ弾性率を有する同じ二次被覆を使用した。
Figure 2023519073000044
表14には、比較用光ファイバC1、C2、およびC3、並びに例示の光ファイバEx.7およびEx.8の選択された性能属性が示されている。表14に列挙された属性は、ケーブルカットオフ波長λCC、1550nmでのモードフィールド径(MFD)、1550nmでの有効面積Aeff、および1550nmと1625nmでの減衰である。
Figure 2023519073000045
表14に示された結果は、2つの例示のファイバに関する1550nmと1625nmの両方での減衰における明白な改善(減少)を示す。減衰の減少は、マイクロベンド損失の減少を反映している。減少した減衰は、主に、一次被覆の厚さとトレンチ体積の適切な選択に起因する。比較例C1、C2、およびC3の一次被覆の厚さは、小さ過ぎて、マイクロベンド力に対して適切な抵抗を提供できない。比較例C1には、トレンチがない。その代わり、中間クラッド領域の平均相対屈折率Δは、外側クラッド領域の平均相対屈折率Δより大きい。これにより、比較例C1に列挙されたVトレンチの負の値が報告され、この比較例は、事実上、高いマイクロベンド損失を示すと予測される逆トレンチおよび相対屈折率プロファイルを有する。比較例C2およびC3は、一次被覆が同じ厚さであり、主にトレンチ体積が異なる。比較例C2のトレンチ体積は、比較例C3のトレンチ体積より大きく、より高い減衰が観察される。例示の試料Ex.7および比較例C3は、同様のトレンチ体積を有するが、例示の試料Ex.7のより厚い一次被覆は、より低いマイクロベンド損失およびより小さい減衰をもたらす。例示の試料Ex.8は、例示の試料Ex.7と同じ厚さの一次被覆を有し、より低いマイクロベンド損失およびより小さい減衰を示す。理論で束縛される意図はないが、例示の試料Ex.8の性能の改善は、より小さいトレンチ体積のためであると考えられる。二次被覆の所定の厚さについて、一次被覆の厚さが増加するにつれて、二次被覆の断面積も増加することに留意のこと。二次被覆の断面積が大きくなると、二次被覆の穿刺抵抗が改善され、それゆえ、光ファイバの機械的信頼性が改善される。
これらの例は、半径の減少した光ファイバにおけるマイクロベンド損失および減衰が、一次被覆の厚さおよび中間クラッド領域のトレンチ体積に依存することを示す。様々な実施の形態において、一次被覆の厚さは、25.0μmから40.0μmの範囲にあり、中間クラッド領域のトレンチ体積Vトレンチは、10%Δμmから30%Δμmの範囲にある。
実施例-減衰
モデル化結果。図10は、2つの光ファイバにおける波長の関数としての減衰を決定するために使用したモデルの結果を示す。減衰は、dB/kmの単位で表されており、光ファイバを通る光信号の伝送の強度損失を表す。マイクロベンド損失は、減衰に対する著しい寄与である。線120および125と示された減衰結果は、半径r=40.25μmを有する共通のガラスファイバ、および同じ組成と同じその場弾性率E=0.2MPaおよびヤング率E=1948MPaを有する一次被覆と二次被覆に基づく。線120および125は、一次被覆と二次被覆の厚さが異なる。線120において、一次被覆は、半径r=62.5μmおよび厚さr-r=22.25μmを有し、二次被覆は、半径r=80.0μmおよび厚さr-r=17.5μmを有する。線125において、一次被覆は、半径r=80.0μmおよび厚さr-r=39.75μmを有し、二次被覆は、半径r=100.0μmおよび厚さr-r=20.0μmを有する。結果は、一次被覆の厚さが増加した場合、減衰損失に対するマイクロベンドの寄与は、著しく減少することを示す。モデルの結果は、1550nmに近い波長でのマイクロベンド損失を許容できるものにするには、少なくとも20.0μmの厚さr-rが必要であることを示す。
実施例-ガラスファイバへの荷重
モデル化結果。ここに開示された実験例および原理は、モル数n、m、およびpを変えることによって、オリゴマー中の二付加化合物の相対量、並びに一次被覆のヤング率とその場弾性率に関してここに規定された範囲を含む、幅広い範囲に亘る一次被覆組成物から形成された硬化膜の性質を制御することが可能であることを示す。同様に、二次被覆組成物中の異なる単量体の種類と濃度を変えると、ここに開示された範囲に亘りヤング率が変わる。硬化線量は、ここに開示された硬化性組成物から形成される一次被覆と二次被覆の弾性率を変えるために使用できる別のパラメータである。
ガラスファイバへの半径方向力の伝達に対する一次被覆と二次被覆の厚さと弾性率の影響を調べるために、一連のモデル化例を検討した。モデルにおいて、半径方向外部荷重Pを光ファイバの二次被覆の表面に印加し、ガラスファイバの表面に結果として生じた荷重を計算した。73.1GPaのヤング率(シリカガラスと一致する)および125μmの直径を有するガラスファイバをモデル化した。一次被覆と二次被覆のポアソン比νおよびνは、それぞれ、0.48および0.33で固定した。比較試料C4および本開示による11の試料M1~M11を検討した。比較試料は、当該技術分野で公知の光ファイバと一致する厚さおよび弾性率を有する一次被覆と二次被覆を備えた。試料M1~M11は、一次被覆および/または二次被覆の厚さが減少した例である。一次被覆と二次被覆の構成を記載するパラメータが、表15に纏められており、ここで、Eは一次被覆のその場弾性率であり、rは一次被覆の半径であり、r-rは一次被覆の厚さであり、Eは二次被覆のヤング率であり、rは二次被覆の半径であり、r-rは二次被覆の厚さである。
Figure 2023519073000046
表16には、二次被覆の表面に印加された荷重Pの関数としてのガラスファイバの外面での荷重P1が纏められている。比P1/Pは、ここでは、荷重伝達パラメータと称され、一次被覆と二次被覆を通じてガラスファイバの表面に伝達される外部荷重Pの割合に相当する。荷重Pは半径方向荷重であり、荷重伝達パラメータP1/Pは、式(11)~(13)に基づくモデルから計算した:
Figure 2023519073000047
式中、
Figure 2023519073000048
および
Figure 2023519073000049
式(11)~(13)において、νpおよびνsは、一次被覆と二次被覆のポアソン比であり、rはガラスファイバの半径であり、rは一次被覆の半径であり、rは二次被覆の半径であり、Eは一次被覆のその場弾性率であり、Eは二次被覆のヤング率である。表16におけるスケーリング済み荷重伝達パラメータP1/P(スケーリング済み)は、比較試料C4に対する各試料の比P1/Pに相当する。
Figure 2023519073000050
モデル化例は、より小さい被覆厚にもかかわらず、ここに記載されたような一次被覆と二次被覆を有する光ファイバは、従来の厚さを持つ従来の一次被覆と二次被覆を有する比較用光ファイバに対して、ガラスファイバが経験する力の減少を示すことを示す。ここに記載された光ファイバの全体サイズを結果として減少させると、外力により生じるガラスファイバへの損傷のリスクを増加させずに、所定のサイズのケーブル中のファイバ総数を増加させる(または所定のファイバ総数に関するケーブルの直径を小さくする)ことができる。
二次被覆のスケーリング済み荷重伝達パラメータP1/P(スケーリング済み)は、0.99未満、または0.97未満、または0.95未満である。二次被覆の荷重伝達パラメータP1/Pは、0.00440未満、または0.00436未満、または0.00432未満、または0.00428未満、または0.00424未満、または0.00420未満、または0.00416未満、または0.00412未満、または0.00400から0.00440の範囲、または0.00408から0.00436の範囲、または0.00412から0.00432の範囲、または0.00416から0.00428の範囲、または0.00420から0.00424の範囲にある。
特に明記のない限り、ここに述べられたどの方法も、その工程が特定の順序で行われることを要求していると考えられることは、決して意図されていない。したがって、方法の請求項が、その工程がしたがうべき順序を実際に列挙していない場合、またはその工程が特定の順序に限定されることが、請求項または記載に他に具体的に述べられていない場合、どの特定の順序も暗示されることは決して意図されていない。
本発明の精神または範囲から逸脱せずに、様々な改変および変更を行えることが、当業者に明白であろう。本発明の精神および実態を含む開示された実施の形態の改変、組合せ、部分的組合せおよび変更が、当業者に想起されるであろうから、本発明は、付随の特許請求の範囲およびその等価物の範囲内に全てを含むと考えるべきである。
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
実施形態1
光ファイバにおいて、
アルカリ金属酸化物がドープされたシリカガラスから作られたコア領域であって、3.0μmから10.0μmの範囲の半径rおよび-0.15%から0.30%の範囲の最大相対屈折率Δ1maxを有する相対屈折率プロファイルΔを有するコア領域、
前記コア領域を取り囲み、それに直接隣接するクラッド領域であって、37.5μmから52.5μmの範囲の半径rを有するクラッド領域、
前記クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する一次被覆であって、半径r、ばね定数χ、0.05MPaから0.30MPaの範囲のその場弾性率、および20.0μmから40.0μmの範囲の厚さr-rを有する一次被覆、および
前記一次被覆を取り囲み、それに直接隣接する二次被覆であって、100.0μm以下の半径r、1600MPa超のヤング率、および15.0μmから30.0μmの範囲の厚さr-rを有する二次被覆、
を備えた光ファイバ。
実施形態2
前記シリカガラスがGeOを含まない、実施形態1に記載の光ファイバ。
実施形態3
前記半径rが4.0μmから8.0μmの範囲にある、実施形態1または2に記載の光ファイバ。
実施形態4
Δ1maxが、-0.05%から0.15%の範囲にある、実施形態1から3のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態5
前記コア領域が、-0.20%から0.10%の範囲にある最小相対屈折率Δ1minを有する、実施形態1から4のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態6
前記コア領域が、0.25μmから3.0μmの範囲の半径rを有する内側コア領域および前記半径rを有する外側コア領域を含む、実施形態1から5のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態7
前記内側コア領域が、10未満のα値を有するα-プロファイルにより記載された相対屈折率プロファイルを有し、前記外側コア領域が、50超のα値を有するα-プロファイルにより記載された相対屈折率プロファイルを有する、実施形態6に記載の光ファイバ。
実施形態8
前記クラッド領域が、中間クラッド領域および該中間クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接した外側クラッド領域を含み、該中間クラッド領域は、半径r、および-0.30%から-0.90%の範囲の相対屈折率Δを有し、該外側クラッド領域は、半径r、および-0.60%から0.0%の範囲の相対屈折率Δを有する、実施形態1から7のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態9
前記半径rが10.0μmから30.0μmの範囲にある、実施形態8に記載の光ファイバ。
実施形態10
前記中間クラッド領域が、5.0μmから20.0μmの範囲の厚さを有する、実施形態8または9に記載の光ファイバ。
実施形態11
前記相対屈折率Δが、-0.30%から-0.60%の範囲にある、実施形態8から10のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態12
前記中間クラッド領域が前記コア領域に直接隣接している、実施形態8から11のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態13
前記中間クラッド領域が、10.0%Δμmから40.0%Δμmの範囲のトレンチ体積Vトレンチを有する、実施形態12に記載の光ファイバ。
実施形態14
前記中間クラッド領域が、15.0%Δμmから30.0%Δμmの範囲のトレンチ体積Vトレンチを有する、実施形態12に記載の光ファイバ。
実施形態15
前記クラッド領域が内側クラッド領域をさらに含み、該内側クラッド領域は、前記コア領域を取り囲み、それに直接隣接しており、該内側クラッド領域は、6.0μmから18.0μmの範囲の半径rおよび前記相対屈折率Δ1maxより小さく、前記相対屈折率Δより大きい相対屈折率Δを有し、前記中間クラッド領域は、該内側クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接している、実施形態8から11のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態16
前記相対屈折率Δが、-0.45%から-0.15%の範囲にある、実施形態15に記載の光ファイバ。
実施形態17
前記内側クラッド領域が、3.0μmから9.0μmの範囲の厚さr-rを有する、実施形態15または16に記載の光ファイバ。
実施形態18
前記中間クラッド領域が、20%Δμmから70%Δμmの範囲のトレンチ体積Vトレンチを有する、実施形態15から17のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態19
前記中間クラッド領域が、40%Δμm超のトレンチ体積Vトレンチを有する、実施形態15から18のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態20
前記相対屈折率Δが、-0.45%から-0.15%の範囲にある、実施形態8から19のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態21
前記半径rが、37.5μmから47.5μmの範囲にある、実施形態1から20のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態22
前記半径rが85.0μm以下である、実施形態1から21のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態23
前記厚さr-rが、25.0μmから37.5μmの範囲にある、実施形態1から22のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態24
前記ばね定数χが0.50MPa未満である、実施形態1から23のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態25
前記ヤング率が2000MPa超である、実施形態1から24のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態26
前記一次被覆が、
放射線硬化性単量体、
アルコキシシラン化合物またはメルカプト官能性シラン化合物を含む接着促進剤、および
オリゴマーであって、
分子式:
Figure 2023519073000051
式中、R、RおよびRは、独立して、直鎖状アルキレン基、分岐アルキレン基、または環状アルキレン基から選択され、
yは、1、2、3、または4であり、
xは、40と100の間である、
を有するポリエーテルウレタンアクリレート化合物と、
分子式:
Figure 2023519073000052
を有する、前記オリゴマー中に少なくとも1.0質量%の量で存在する二付加化合物と、
を含むオリゴマー、
を含む被覆組成物の硬化生成物である、実施形態1から25のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態27
前記二付加化合物が、前記オリゴマー中に少なくとも3.5質量%の量で存在する、実施形態26に記載の光ファイバ。
実施形態28
前記オリゴマーが、
ジイソシアネート化合物、
ヒドロキシ(メタ)アクリレート化合物、および
0.1meq/g未満の不飽和度を有するポリオール化合物、
の間の反応の前記硬化生成物であり、
前記ジイソシアネート化合物、前記ヒドロキシ(メタ)アクリレート化合物および前記ポリオール化合物は、それぞれ、モル比n:m:pで反応せしめられ、nは3.0から5.0の範囲にあり、mは2n-4の±15%以内にあり、pは2である、実施形態26または27に記載の光ファイバ。
実施形態29
前記半径rが90.0μm以下である、実施形態1から28のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態30
前記ヤング率が2000MPa超である、実施形態1から29のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態31
前記厚さr-rが、15.0μmから25.0μmの範囲にある、実施形態1から30のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態32
前記二次被覆が、
55質量%超の量のアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体であって、2から16の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化ビスフェノール-Aジアクリレート単量体、および
2.0質量%から25質量%の範囲の量のトリアクリレート単量体であって、2から16の範囲のアルコキシル化度を有するアルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体またはトリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレート単量体を含むトリアクリレート単量体、
を含む組成物の前記硬化生成物である、実施形態1から31のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態33
前記トリアクリレート単量体が、8.0質量%から15質量%の範囲の量で存在する、実施形態32に記載の光ファイバ。
実施形態34
前記アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体が、2から8の範囲のアルコキシル化度を有する、実施形態32または33に記載の光ファイバ。
実施形態35
前記アルコキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体が、エトキシル化トリメチロールプロパントリアクリレート単量体である、実施形態32から34のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態36
前記トリス[(アクリロイルオキシ)アルキル]イソシアヌレート単量体が、トリス(2-ヒドロキシエチル)イソシアヌレートトリアクリレート単量体である、実施形態32から35のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態37
前記光ファイバの1550nmでの有効面積が70μm超である、実施形態1から36のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態38
前記光ファイバの1550nmでの有効面積が100μm超である、実施形態1から36のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態39
前記光ファイバの1550nmの波長でのマクロベンド損失が、直径15mmのマンドレルの周りに巻き付けられたときに、0.5dB/巻き未満である、実施形態1から38のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態40
前記光ファイバの1550nmの波長での金網被覆ドラムマイクロベンド損失が、0.5dB/km未満である、実施形態1から39のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態41
前記光ファイバの1550nmの波長での金網被覆ドラムマイクロベンド損失が、0.03dB/km未満である、実施形態1から40のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態42
前記二次被覆が、3.5×10-3g/μm超の正規化穿刺荷重を有する、実施形態1から41のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態43
前記二次被覆が、4.5×10-3g/μm超の正規化穿刺荷重を有する、実施形態1から41のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態44
前記二次被覆の厚さr-rに対する一次被覆の厚さr-rの比Rpsが、0.90から1.50の範囲にある、実施形態1から43のいずれか1つに記載の光ファイバ。
実施形態45
前記二次被覆を取り囲み、それに直接隣接した三次被覆であって、2.0μmから8.0μmの範囲の厚さを有する三次被覆をさらに備える、実施形態1から44のいずれか1つに記載の光ファイバ。
10、20、46 光ファイバ
11、60 ガラスファイバ
12 コア領域
14 クラッド領域
16、56 一次被覆
18、58 二次被覆
30 光ファイバリボン
32 マトリクス
40 光ファイバケーブル
42 ジャケット
48 コア領域
50 クラッド領域
51 内側クラッド領域
53 中間クラッド領域
55 外側クラッド領域

Claims (11)

  1. 光ファイバにおいて、
    アルカリ金属酸化物がドープされたシリカガラスから作られたコア領域であって、3.0μmから10.0μmの範囲の半径rおよび-0.15%から0.30%の範囲の最大相対屈折率Δ1maxを有する相対屈折率プロファイルΔを有するコア領域、
    前記コア領域を取り囲み、それに直接隣接するクラッド領域であって、37.5μmから52.5μmの範囲の半径rを有するクラッド領域、
    前記クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接する一次被覆であって、半径r、ばね定数χ、0.05MPaから0.30MPaの範囲のその場弾性率、および20.0μmから40.0μmの範囲の厚さr-rを有する一次被覆、および
    前記一次被覆を取り囲み、それに直接隣接する二次被覆であって、100.0μm以下の半径r、1600MPa超のヤング率、および15.0μmから30.0μmの範囲の厚さr-rを有する二次被覆、
    を備えた光ファイバ。
  2. 前記クラッド領域が、中間クラッド領域および該中間クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接した外側クラッド領域を含み、該中間クラッド領域は、10.0μmから30.0μmの範囲にある半径r、および-0.30%から-0.90%の範囲の相対屈折率Δを有し、該外側クラッド領域は、半径r、および-0.60%から0.0%の範囲の相対屈折率Δを有する、請求項1記載の光ファイバ。
  3. 前記中間クラッド領域が、5.0μmから20.0μmの範囲の厚さを有する、請求項2記載の光ファイバ。
  4. 前記中間クラッド領域が前記コア領域に直接隣接している、請求項2または3記載の光ファイバ。
  5. 前記中間クラッド領域が、10.0%Δμmから40.0%Δμmの範囲のトレンチ体積Vトレンチを有する、請求項2から4いずれか1項記載の光ファイバ。
  6. 前記クラッド領域が内側クラッド領域をさらに含み、該内側クラッド領域は、前記コア領域を取り囲み、それに直接隣接しており、該内側クラッド領域は、6.0μmから18.0μmの範囲の半径rおよび前記相対屈折率Δ1maxより小さく、前記相対屈折率Δより大きい相対屈折率Δを有し、前記中間クラッド領域は、該内側クラッド領域を取り囲み、それに直接隣接している、請求項2記載の光ファイバ。
  7. 前記相対屈折率Δが、-0.45%から-0.15%の範囲にあり、前記内側クラッド領域が、3.0μmから9.0μmの範囲の厚さr-rを有する、請求項6記載の光ファイバ。
  8. 前記中間クラッド領域が、20%Δμmから70%Δμmの範囲のトレンチ体積Vトレンチを有する、請求項6または7記載の光ファイバ。
  9. 前記相対屈折率Δが、-0.45%から-0.15%の範囲にある、請求項2から8いずれか1項記載の光ファイバ。
  10. 前記半径rが85.0μm以下である、請求項1から9いずれか1項記載の光ファイバ。
  11. 前記半径rが90.0μm以下である、請求項1から10いずれか1項記載の光ファイバ。
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