JP2820682B2 - プラスチック光伝送体 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は、プラスチック光伝送体に関し、さらに詳細
には、150℃〜350℃で溶融せず、いつも、可撓性である
耐熱性光伝送体に関する。 [従来の技術] 光伝送体は、ますます、多岐にわたる種々の用途に使
用されている。ガラス繊維光伝送体は、通信および短距
離の低レベルの照明用に一般に使用されている。このよ
うなガラス繊維光伝送体を一般照明または特殊な照明に
使用する努力は、大部分は成功していない。その理由
は、このようなガラス繊維が高価で直径が小さく、脆く
て重く、そして、普通の状態では大量の光を伝送しない
からである。ガラス繊維光伝送体の光伝送量を増やすに
は、多数のガラス繊維を単一の光伝送体に束ね、光伝送
体がもっと多量の光を伝送できるようにすればよい。し
かし、このような束は、製造コストが高く、また、各ガ
ラス繊維を結合するのに使用する接着剤は、酸素の存在
下では普通の白熱電球で一般に生じる約250℃−約350℃
の温度で分解する。このような束は、最大寸法で直径約
1.3−1.9cm(1/2インチ−3/4インチ)に限定される。さ
らに、一般照明用の光伝送体は、ガラス繊維光伝送体の
ような優れた特性を必要としない。 一般照明用の安価であって、しかも、可撓性が高くて
丈夫である、光伝送体を得るために、多くの努力が払わ
れてきた。これらの努力によりプラスチック光伝送体が
得られているが、かかるプラスチック光伝送体は、大抵
熱可塑性重合体から構成されている。通常のプラスチッ
ク光ファイバーの大半は、ポリ(スチレン)またはポリ
(メチルメタクリレート)のコアを有しているが、これ
らのコアは、約80℃以上の温度には耐えない。約80℃よ
り高温では、これらの光伝送体は、収縮し、そのため光
ファイバーの先端がランプの焦点から離れて、その光伝
送量が低減し、その後、溶融して粘性液体となり、その
結果、光伝送体の光伝送能力がなくなる。さらに、酸素
の存在下、約120℃の温度では、これらの光伝送は、脆
くなって変色し、例えば、琥珀色または茶色に変わるの
で、伝送する光が大幅に弱まる。 これらの難題を克服する方策が米国特許第4,505,543
号で探究されている。この特許では通常の組成処方にp
−フェニルスチレン、p−t−ブチルスチレン、p−シ
アノスチレン、p−イオドスチレン、a,b,b−トリフル
オロスチレン、ペルフルオロスチレンおよび2,3,4,5,6
−ペンタフルオロスチレンよりなる群から選ばれる適当
量のスチレン誘導体を加えることにより、収縮開始温度
を約100℃以上に上げることによって、従来技術を改善
している。しかし、この米国特許第4,505,543号の熱可
塑性プラスチック光伝送体は、そのもととなった従来技
術と同様に、実質的に100%の重合度まで塊状重合によ
って重合体を生成してから、この重合体を再溶融し、次
に、ラム押出機によって光伝送体に紡糸している。 熱可塑性プラスチック光伝送体の別の例が米国特許第
3,993,834号に記載されている。この特許には、アルキ
ルアクリレートを用いてメタクリレートと共重合させ、
この連続塊状重合の後揮発分を除去してメチルメタクリ
レート重合体コアを製造することが開示されている。ブ
チルペルオキシドのようなフリーラジカル開始剤を、た
とえば、85重量%のメチルメタクリレートと20重量%以
下の少なくとも1種のアルキルアクリレートおよび/ま
たはメチルメタクリレート以外のアルキルメタクリレー
トから誘導された単位とからなる共重合体に加えて重合
体を製造し、この重合体を通常の手段で揮発分をストリ
ップし、次に、溶融しながら適当なダイで押し出し、ペ
レットのような所望の形状に形成する。次に、この方法
で得られる生成物を溶融し、紡糸口金を通して光伝送体
を製造する。得られた生成物の重合度は約65%である。
生成物は、明らかに熱可塑性のはずであり、したがっ
て、通常の熱可塑性光伝送体が出会う困難を有する。 米国特許第3,930,103号には、別の熱可塑性光伝送体
が開示されている。この光伝送体は、ポリ(メチルメタ
クリレート)樹脂のコア材料およびフッ化ビニリデン重
合体のシースを用いる。この型式の他の光伝送体と同じ
く、曲げ強さを付与するには延伸しなくてはならない。
この特定の事例では、光伝送体を140度でそのもとの長
さの15倍に延伸しており、それにより光伝送体が細くな
り、光伝送体を通って伝送される光の割合が著しく低下
する。このような光伝送体も熱可塑性であり、押出し法
によって形成される。 熱可塑性有機重合体光伝送体の他の例に米国特許第3,
900,453号および第3,252,950号がある。このような光伝
送体は通常の方法で押出され、そのためこれらは、熱可
塑性光伝送体でなくてはならない。これらは、すべて、
ビニル系単量体および重合を促進し制御するための他の
特定の成分から製造した線状有機重合体である。 従来の光を伝送することのできる熱可塑性重合体はす
べて、最良のものでも約120℃以上の熱に暴露すると収
縮しその後急速に溶融する。そのため、これらの光伝送
体は、このような温度への暴露をともなうどの用途にも
全く不適当である。光伝送体の望ましい用途の大半では
おそらく光伝送体が120℃以下の温度で働けばよく、多
くの用途で必要とされる量の光を伝送するには光を光伝
送体に効率的に伝送させなくてはならず、光伝送体を12
0℃をはるかに超える温度に暴露することなしに光伝送
体に大量の光を伝送することは一般に不可能である。し
たがって、熱可塑性光伝送体を使用すると光伝送体に導
入することのできる光の量が甚だしく限定され、その有
用性が小さくなる。 そして、従来のプラスチック光伝送管は、ボイド、気
泡および捕捉された不純物を含むという欠点を有するこ
とが多かった。このような欠点は、光を散乱、吸収し、
伝送した光の色温度を変化させることもあるので、光伝
送管の光伝送能力が著しく低下する。 光伝送管内のボイドは2つの媒体の界面、すなわち伝
送管−空気、空気−伝送管の界面を形成する。これらの
各界面で極めて多量の光が失われる。 光の一部は反射して光源にはね返され、一部は光伝送
管の側壁から外部に散乱する。気泡も同じ効果を生じ
る。単一の気泡の効果は小さくても、従来の光伝送管は
多量の光が失われるほど気泡がつまっていることが極め
て多かった。 これらの従来技術では、すべて、線状鎖結合重合体で
ある熱可塑性重合体を用いる。一般的に、重合体は、単
量体として知られる小さくて簡単な化学的単位の反復に
よって構成された大きな分子である。単量体の反復は線
状である。その多くの鎖は、線状であるが、線状重合体
と同じ形態で枝分れしているものもある(どちらの場合
も熱可塑性材料が生成する)。また、単量体は、互いに
連結、すなわち、架橋して反復単位の三次元網状構造を
形成するものもある(熱硬化性材料が生成する)。 これらの熱可塑性重合体および熱硬化性重合体として
も認められている2種の異なった群の重合体は、それぞ
れ、極めて異なった物理的特性を示す。たとえば、生ゴ
ムは、通常20,000単位以下の長くて線状のイソプレン分
子の鎖から構成され、極めて伸縮性がよく熱に極めて敏
感である。通常硫黄の助剤を用いて行う加硫により、線
状重合体鎖が三次元の網状構造の重合体に転化し、硬さ
と弾性が大きく向上する。同様にして、架橋、すなわち
熱硬化有機重合体の光伝送体は、線状、すなわち熱可塑
性重合体の光伝送体よりはるかに優れた物理的特性を有
するはずである。 熱可塑性重合体は加熱すると柔らかくなり、冷却する
と硬くなる。これらの熱可塑性樹脂は、大抵約80℃−約
200℃以上の温度で溶融する。また、多数の熱可塑性樹
脂は、酸化して結果的に分解するか、オリゴマーおよび
/または単量体に解重合および/または分解する。反対
に、熱硬化重合体は、暴露温度の上昇につれて硬くな
り、150℃程度の温度に暴露しても溶融しない。これら
の樹脂は酸素の不在下では熱による分解に強く抵抗す
る。 したがって、軽量、可撓性であり、光に暴露される先
端部では約120℃−約350℃以上、長さ全体では約250℃
以上の熱に暴露しても、長期間にわたり分解せず、周囲
の環境に対して良好な抵抗性を有し、光伝送性が良く、
実質的に収縮せず、高温に暴露しても溶融、酸化あるい
はその逆に分解せず、そして、製造が比較的容易で安価
である、光伝送体が大いに必要とされている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の光を伝送することのできる熱可塑性重合体は、
すべて、次のような問題がある。すなわち、従来の光を
伝送することのできる熱可塑性重合体は、最良のもので
も約120℃以上の熱に暴露すると収縮しその後急速に溶
融する。そのため、これらの光伝送体は、このような温
度への暴露をともなうどの用途にも全く不適当である。
また、光伝送体の望ましい用途の大半ではおそらく光伝
送体が120℃以下の温度で働けばよく、多くの用途で必
要とされる量の光を伝送するには光を光伝送体に効率的
に伝送させなくてはならず、光伝送体を120℃をはるか
に超える温度に暴露することになしに光伝送体に大量の
光を伝送することは一般に不可能である。そのため、熱
可塑性光伝送体を使用すると光伝送体に導入することの
できる光の量が甚だしく限定され、その有用性が小さく
なる。 したがって、軽量、可撓性であり、光に暴露される先
端部では約120℃−約350℃以上、長さ全体では約250℃
以上の熱に暴露しても、長期間にわたり分解せず、周囲
の環境に対して良好な抵抗性を有し、光伝送性が良く、
実質的に収縮せず、高温に暴露しても溶融、あるいはそ
の逆に分解せず、そして、製造が比較的容易で安価であ
る、耐熱性の光伝送体が大いに必要とされている。 したがって、本発明は、これらの要求を満たす耐熱性
の光伝送体を提供をすることを目的とする。 本発明の別の目的は、架橋、すなわち、熱硬化有機重
合体からなる耐熱性の光伝送体を提供することにある。 本発明のさらなる目的は、保護シースに収納され、酸
素から隔離された耐熱性光伝送体を提供することにあ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の目的はさやに含まれた透明な、可撓性の、固
体の、熱硬化された、細長い重合体製コアを有する光伝
送体であって、上記コアは均一な組成物からなり、且
つ、漸進的な(即ち、下記のような順送りの)フリーラ
ジカル重合反応の生成物であり、そして、上記コアは本
質的に重合開始剤の残留物を含んでおらず、上記さやに
含まれたプラスチック光伝送体がその色を真に伝える性
能を有することを特徴とするプラスチック光伝送体を提
供することによって達成され、この光伝送体はたとえ
ば、(容量部)で約50−80部のメチルメタクリレート、
20−80部のn−ブチルメタクリレート、0.10−0.50部の
イソプロピルペルカーボネート、1−80部の架橋剤(ま
たは約1−5部のジアリルフタレート架橋剤)、および
0.5−5部のn−ブチルメルカプタンのような連鎖移動
剤からなる。これらの成分をよく混合して、生成物のシ
ースとなる長いチューブに吸い込み、反応器に入れ、反
応器では約35℃−80℃の温度で約20時間、約15−61cm
(6−24インチ)/時の速度でチューブを順送りに加熱
することにより、混合物をチューブの一端から他端まで
長さ方向に順送りに重合させる。 得られた生成物は、良好な光伝送性が約148以上の高
い光学的屈折率、熱硬化有機重合体の柔軟性と可撓性を
有する熱硬化重合体光伝送体であり、直径約0.16−2.54
cm(1/16−約1インチ)のモノフィラメントでも良好な
可撓性を示す。 本発明の新規な特徴および他の目的は、以下の詳細な
説明、議論および特許請求の範囲を図面とともに読むと
明らかになるはずである。 [好適な実施形態の説明] ここでは、本発明を特定の実施の形態に関して説明す
るが、これらの実施の形態は単に例として説明するもの
で、本発明の主旨の応用として可能な多くの特定の実施
の態様のいくつかを例示するにすぎない。当業者に明ら
かな種々の変更および改変は、特許請求の範囲で定義す
る本発明の範囲内に入るとみなされる。 本発明は優れた光伝送特性を有する架橋、すなわち熱
硬化有機重合体の光伝送体を提供する。完成製品は実質
的に透明で色を正しく伝送することが大切で、それには
極めて高純度でボイドまたは気泡がないことが必要であ
る。さらに、光伝送体は可撓性で、長期間にわたる高温
への暴露に容易に耐えることが望ましい。 本発明によれば、重合すると高い屈折率と良好な光伝
送性を有する生成物を生じる成分を選択することが必要
である。 このような生成物を得るには、材料の精製を1供給原
料中に重合反応を遅らせる不純物がなく、2反応完了後
の重合体中に光伝送体の光伝送能力を損う不純物、ボイ
ドまたは気泡がないように確実に行う必要がある。 化学的供給原料の大半は、製造業者からの受領時には
100%純粋ではない。たとえば高度に反応性の単量体で
あるメチルメタクリレートは、高熱または光への暴露
時、または不純物の存在下で自己(塊状)重合する。し
たがって製造業者は小量の抑制剤を加えて保存寿命を延
ばし取り扱いを容易にする。これらの抑制剤は重合を遅
らせ、最終的に光伝送体に黄色味を付与する。したがっ
て反応物質を反応の前に精製する必要がある。このよう
な反応物質の通常の精製方法はすでに開発されている。
このような方法にはたとえば、減圧下での蒸留、アルカ
リ洗浄または再結晶がある。粒状の不純物、たとえば固
体、ゲルまたは塵は濾過によって除去する。 従来、光伝送体の製造には、ポリ(アルキルアクリレ
ート)およびポリ(アルキルメタクリレート)が用いら
れてきた。これはこれらの樹脂が固有の高い屈折率、無
色明澄度および高い光の透過率を有するからである。 ポリ(アルキルアクリレート)とポリ(アルキルメタ
クリレート)は重合体の大きなグループである。次の第
1表にはこれらのホモポリマーの多数をそれぞれの屈折
率およびガラス転移温度とともに掲げてある。対応する
ホモポリマーの屈折率だけがわかっているときは、ラン
ダムコポリマーの屈折率の概算推定値は構成単量体の重
量組成に関して内挿すれば得ることができる。本発明の
目的には、従来技術で報告されているホモポリマーの屈
折率に応じて、所望の屈折率の共重合体を構成すること
ができる。 この群の重合体で最もよく使用されている重合体はポ
リ(メチルメタクリレート)である。ポリ(メチルメタ
クリレート)は屈折率が高く、透明性が高く、無色明澄
で、光伝送体に強く望まれるすべての特性を有するが、
ホモポリマーとしてはガラス転移温度が高く(100
℃)、このことが直径約0.3cm(1/8インチ)以上の光伝
送体の製造に際してのこの樹脂の有用性を限定してい
る。しかしメチルメタクリレートは、他のアクリレート
またはメタクリレート単量体、たとえばホモポリマーと
してはそれぞれガラス転移温度が−29℃および15℃であ
ることが報告されているエチルアクリレートおよびn−
ブチルメタクリレートと共重合させて、もっと可撓性の
光伝送体を製造することができる。 したがって、第1表に示されるアクリルおよびメタク
リルエステル群からその屈折率およびガラス転移温度の
それぞれに応じて特定の単量体を洗濯することによっ
て、所望の屈折率、光の透過率、柔らかさおよび可撓性
を有する共重合体を得ることができる。 本発明はポリ(アクリル)樹脂、ポリ(メタクリル)
樹脂、またはαおよびβ置換ポリ(アクリル)樹脂およ
びポリ(メタクリル)樹脂またはそれらの組み合わせに
制限されるものではない。ポリ(スチレン)樹脂および
/またはポリ(スチレン)樹脂の誘導体、ポリ(ビニル
エステル)樹脂、ポリ(カーボネート)樹脂、ポリ(エ
ステル)樹脂よびそれらの組み合わせに基づいて、組成
物を構成することができる。制限要因は、単量体に固有
の低い屈折率、低い光の透過率および低い可撓性であ
る。 予め選択した単量体の混合物からなる単量体基材を次
に、多官能性単量体、たとえばジアリルフタレート、ト
リアリルシアヌレート、ジメタリルマレエート、エチレ
ンジメタクリレートを加えることにより変化させて架橋
熱硬化重合体を製造する。 本発明のための耐官能性単量体は、2個以上の二重結
合、たとえばアリル側基、ジアクリレートまたはジメタ
クリレート基を含む分子として定義され、各二重結合は
それぞれ独立に活性部位となり、引き続き重合体鎖の生
長に寄与することができ、一方もう片方の活性部位は枝
分れ重合体の形成に役立ち、この枝分れ重合体は生長
し、ついには生長中の鎖に連結して架橋重合体を形成す
る。3個以上の二重結合を有する多官能性単量体、たと
えばトリアリルシアヌレート、ペンタエリスリトールテ
トラアクリレート、またはトリメチルプロパントリメタ
クリレートは、高度に架橋した構造を生成することがで
きる。 十分な量の架橋によって重合体には以下のような特性
が付与される。架橋により軟化点が上昇し、不融性と溶
解性が向上し、クリープが低減し、靭性が増大する。次
の第2表に本発明で使用することのできる多数の架橋剤
を列挙する。 第2表 アリルジグリコールカーボネート ビス(2−メタクリロキシエチル)イソフタレートビ
ス(アリリル)カーボネート ビス(2−メタクリロキシエチル)フタレート ビス(2−メタクリロキシエチル)テレフタレート1,
4−ブタンジオールジアクリレート 1,4−ブタンジオールジメタクリレート 2−ブテン−1−ジアクリレート 2−ブテン−1−ジメタクリレート 1,3−ブチレングリコールジアクリレート 1,4−ブチレングリコールジアクリレート 1,3−ブチレングリコールジメタクリレート 1,4−ブチレングリコールジメタクリレート ジアリルアジペート ジアリルカーボネート ジアリルフマレート ジアリルイソシアネート ジアリルイソフタレート ジアリルマレエート ジアリルマロネート ジアリルフタレート ジアリルテレフタレート ジエチレングリコールジアクリレート ジメタリルマレエート ジビニルベンゼン エチレンジアクリレート エチレンジメタクリレート 1,6−ヘキサメチレンジアクリレート 1,6−ヘキサメチレンジメタクリレート メタリルアクリレート メタリルメタクリレート ネオペンチルグリコールジアクリレート 1,9−ノナンジオールジアクリレート 1,9−ノナンジオールジメタクリレート ペンタエリスリトールテトラアクリレート ペンタエリスリトールテトラメタクリレート 1−フェニルエチレン−1ジメタクリレート p−フェニレンジメタクリレート 2,3−プロピレングリコールジメタクリレート スチレングリコールジメタクリレート テトラエチレングリコールジアクリレート テトラエチレングリコールジメタクリレート テトラメチレンジアクリレート テトラメチレンジメタクリレート トリアリルシアヌレート トリアリルトリメセート トリエチレングリコールジアクリレート トリエチレングリコールジメタクリレート トリメチロールエタントリメタクリレート トリメチルプロパントリメタクリレート 本発明の多官能性架橋剤として好適なのは、エフエム
シー・コーポレイション・オーガニック・ケミカルス・
ディヴイジョン(FMC Corporation Organic Chemicals
Division)の現行の製品でDAPとして販売されているジ
アリルフタレート、および現在ローム・アンド・ハース
・カンパニー・インダストリアル・ケミカルス・ディヴ
ィジョン(Robm and Haas Company Industrial Chemica
ls Division)で製造されている1,3−ブチレンジメタク
リレート(単量体X−970)およびトリメチルプロパン
トリメタクリレート(単量体X−980)がある。多官能
性単量体は、熱硬化重合体塊のかなりの部分を実際に構
成する程度まで使用することができる。 たとえば、CR−39としてピーピージー・インダストリ
ーズ・インコーポレイテッド、オーガニック・ケミカル
ス・ディヴィジョン(PPG Industries Inc.Organic Ch
emicals Division)から現在販売されているジエチレン
グリコールビス(アリルカーボネート)は組成に30容量
%程度導入してもうまくゆき、したがって架橋剤は不要
となる。ジエチレングリコールビス(アリルカーボネー
ト)は、重合体塊に有効な架橋を導入することができる
2個のアリル基を含んでいる。ジエチレングリコールビ
ス(アリルカーボネート)の割合は80容量%まで上げる
ことができるが、この極端な値では得られる光伝送体が
硬くない。 1,3−ブチレンジメタクリレートを15容量%以下含有
する組成では、かなり良好な品質の光伝送体が生成し
た。適当な架橋剤および多官能性単量体は本明細書で特
に言及したものに限定されない。 本発明で用いる不飽和単量体はすべてフリーラジカル
開始によって重合することができる。この種の開始剤は
加熱または紫外線への暴露によって遊離基(不対電子を
含む有機分子)に分解する。本発明の目的には、有効な
開始剤を低温で完全に分解し、誘導期が短いか無くてす
み、熱の発生速度が一定、転化率が一定で、開始剤の残
留物が残らず、光伝送体を着色しないように選んだ。次
の第3表に、適当な開始剤、半減期の測定のために用い
る溶剤、温度(T)、および半減期(t1/2) と次式の関係を有する分解速度定数kdを列挙する。 t1/2=0.693/kd ペルオキシジカーボネート、たとえばジイソプロピ
ル、ジ−s−ブチルおよびジ−n−プロピルペルオキシ
ジカーボネート(IPP、SBPおよびNPP)は、他の大半の
種類のフリーラジカル開始剤と比べて、かなり低い反応
温度で遊離基を提供するという利点がある。IPP、SBPお
よびNPPはすべて、ピーピージー・インダストリーズ・
インコーポレイテッド、オーガニック・ケミカルス・デ
ィヴィジョンから現在販売されている。本発明の開始剤
としてはIPPが好ましい。また、重合の過程で単量体混
合物からIPP、SBPまたはNPP相を分離する際には、2,2′
−アゾ−ビス−イソブチロニトリルおよび過酸化ベンゾ
イルも極めて有用であった。過剰な量の開始剤は、重合
体光伝送体に黄色味を付与した。 最後に、連鎖移動剤、たとえばn−ブチルメルカプタ
ンまたはラウリルメルカプタンを少しの割合添加して重
合の生長反応を制御した。メルカプタンのような連鎖移
動剤の利用は線状重合体の製造ではよくわかっている
が、架橋重合体ではよくわかっていない。しかし、本発
明では、連鎖移動剤が架橋重合体または共重合体の製造
過程に著しく有効であることを見出した。本発明の重合
反応は相当な時間を要し、また単量体の反応性比が著し
く異なるので、連鎖移動剤は、ブロック共重合体の形成
による活性の高い単量体の急速な生長反応(これは望ま
しくない)を遅らせることによって、反応を制御するの
に役立つ。ブロック共重合体は光伝送体に微細構造を導
入することがある。このような微細構造により、後で光
の伝送に著しい非効率と減衰が生じる。さらに重合反応
がランダムに伝搬するので、順送りの重合工程ですぐ隣
りの単量体層の単量体組成が変化して、光伝送体の種々
の部分で組成にばらつきが生じる。このようなばらつき
により、それぞれ屈折率が少し異なる分裂した層からな
る光伝送体が生じる。その結果、ドリップキャスティン
グ法で生じる問題と極めて似通った問題が生じる。この
ような界面では多くの光が失われ、その結果、効率の極
めて悪い光伝送体が得られる。 反応性混合物を充填した長尺のチューブ14を高温環境
に完全に浸し、全長さの反応性混合物を同時に重合させ
た場合には、高品質の光伝送体は得られない。この場合
には、混合および充填中に入り込んだ気泡や不純物が重
合体マトリックスに捕捉されることがある。また、反応
条件が制御されていないので局所的な重合が起こること
がある。 さらに、この塊状重合過程の発熱反応の熱が効果的に
除去されず、その結果、気化による局所的な気泡の形
成、収縮(塊状重合では収縮は、製品が反応部位で約10
%−約25容量%収縮するので避けがたい)によって形成
されたボイドなどが生じる。 したがって、本発明では、任意の一時点にはチューブ
14の極めて短い長さのみを反応条件下に置き、チューブ
14の残りの部分は約−10℃−20℃、好ましくは約−10℃
−約0℃の範囲に保って有意な度合いの反応を防止す
る。約−10℃以下の温度では、普通に使用される単量体
の間に相分離が生じることがある。 第1図には、本発明または従来技術による組成物を製
造するための、本発明の方法を実施する装置が示してあ
る。第1図に示す反応基10は、反応を実施し制御するた
めのタンク12を備える。 本発明の反応性混合物または他の単量体の反応性混合
物を、まず当業界で周知の方法でチューブ14のようなチ
ューブに真空ポンプで吸い込む。次にチューブ14をU字
型に2つ折りにし、その開放端16および18を反応性混合
物がチューブから流出しないように上向きにし、反応器
10のタンク12に挿入する。 反応性混合物の材料の混合およびチューブへの充填
は、理想的には約−10℃−0℃の温度で行うべきであ
る。しかし、反応物質を混合前に低い貯蔵温度に保って
おけば、室温に約1時間おいてから反応器の低温のオイ
ルに浸しても、混合物からなお高品質の重合体光伝送体
を形成できることを確かめた。1時間あれば、反応物質
を混合しクラッドチューブに充填するのに十分である。 タンク12に、11枚の孔あきチューブ支持板20,21,22,2
3,24,25,26,27,28,29,30を、互に平行に、タンク12の長
さ方向の軸線と垂直に等間隔に固定して、反応中にチュ
ーブ14が他の同様に配置したチューブと接触するのを防
ぎ、チューブ14を実質的にまっすぐに保つ。チューブ支
持板20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30にはチューブ14
および他のチューブを通す複数の孔があいており、この
ことによりチューブの位置関係が互いに間隔をおいて維
持され、実質的にまっすぐに保たれる。このことが大切
なのは、チューブが反応の間中接触していると、反応で
発熱した熱が周囲の液体媒体に適切に運ばれず、その結
果完成した光伝送体に欠陥が生じるからである。 本発明では、反応をチューブの一端から他端に順送り
に行い、反応中に反応材料の体積が収縮するのにつれ
て、チューブ中の反応材料を下降させることによりボイ
ドを防ぐと、一層優れた製品が得られることを見出し
た。したがって本発明の方法は、従来技術で熱可塑性光
伝送体、ロッド、パイプまたはチューブの製造に普通用
いる押出または紡糸技術よりは注入成形の方に近く、本
発明は前者のものとは全く異なっている。従来技術で
は、順送りに形成した光伝送体は、反応性溶液を、熱浴
に浸した収納チューブ内に滴下することにより製造し
た。しかし本発明では、すべての反応性混合物をチュー
ブに同時に入れ、その後順次反応させていくと著しく選
れた製品が得られることがわかった。 本発明で用いるすべての成分が、重合体塊の一体品と
なるのが望ましい。反応の性格および重合に要する時間
のため、たとえば不純物のような重合可能でなかったり
活性が不十分な材料はすべて、先行する重合層の粘度が
上昇することによって押し上げられる。 すべての成分が互に溶解可能で、それらが混合したま
までいることも重要である。本発明の光伝送体の製造方
法では(現在行っている方法、次の段落参照)、長さ約
610cm(20フィート)のチューブを反応させるのに20−3
0時間かかる。すなわち反応は直線長さで1時間当たり
約25.4−61cm(10インチ−約2フィート)の速度で進行
し、好ましい速度は約30.5cm(1フィート)/時であ
る。成分は製造中十分混合したままでなくてはならな
い。成分が不混和であると、相分離による曇り、ブロッ
ク共重合、または粘度が高いために反応することができ
ない未反応成分を含有する局所的重合が生じる。 光伝送体を商業的な量製造できる反応器10には、直径
約15−25.4cm(6インチ−10インチ)、長さ約915cm(3
0フィート)、流体容量約182−546リットル(40−120米
ガロン)のタンクを設けるのがよい。1バッチあたり、
反応性混合物を充填した長さ1220cm(40フィート)のチ
ューブを中央で二つ折りにしたもの1ダースから、それ
ぞれ直径約0.95−1.27cm(3/8インチ−約1/2インチ)、
長さ約160cm(20フィート)の約2ダースの光伝送体を
製造することができる。 バッチ製造サイクルのはじめに、タンク12にオイルを
充填する。オイルは熱をよく伝え、低温でもよく流れ、
そして水より密度が小さいので水に浮くものであれば鉱
油でも他の任意のオイルでもよい。オイルはオイルポン
プ33によって、オイル溜め31からオイル移送ライン35お
よびタンク12頂部のオイル入口36を介してタンク12に、
オイルがオイル溢流出口38およびオイル溢流ライン40に
達するまで供給され、オイルはこのオイル溢流ライン40
を通ってオイル溜め31に戻る。オイルがオイル溢流ライ
ン40を通ってあふれ出、タンク12が満杯であることが示
されたらオイルポンプ33を止める。この充填工程および
その停止は、自動的に制御しても手動で制御してもよ
い。オイル入口36はオイル溢流出口38より約8インチ下
方にある。オイルポンプ33は約22.7−45.5リットル(5
−10ガロン)/分のオイルを供給する。タンク12へのオ
イルの充填は、光伝送体の1バッチを加工する準備とし
て行う。 次に、タンク12からのオイルをオイル溜め兼冷却器50
で冷却し、オイル循環ポンプ52によってオイル循環ライ
ン54を通してタンク12へ上向きに送給し、その後オイル
分配ライン60,62,64,66,68,70,72,74,76およびそれぞれ
に付随する各オイルバルブ80,82,84,86,88,90,92,94,96
を介してタンク12から抜き出し、その後オイルはタンク
12に戻る。オイルは、オイルが所望の温度である−10℃
−0℃に達するまで、オイル循環ライン54をオイル冷却
器50、オイル循環ポンプ52、およびオイル分配ラインお
よびそれぞれに付随したオイルバルブを通して、タンク
12内に連続的に循環させる。あるいは、オイルを任意の
通常の方法でタンク12に供給する前に冷却してもよい。 オイル循環ポンプ52によって、タンク12のオイルの全
量が2−3分毎に入れかわり、タンク12全体が均一な温
度に保たれる。タンク12の外部は断熱して、タンク12へ
の熱の流入およびそれによって生じる熱勾配を低減す
る。 反応器10の状態は現在以下のようになっている。タン
ク12は低温のオイルで一杯で、このオイルはオイルポン
プ52によって分配ライン60,62,64,66,68,70,72,74,76お
よび付随したオイルバルブ80,82,84,86,88,90,92,94,96
に排出され、オイル溜め兼冷却器50に戻される。タンク
12に水は入っていない。上記のオイルの流れにより、タ
ンク12の全容積が約−10℃−0℃の均一な温度に保たれ
る。 上述のようにして所望の数のチューブ14を所望の反応
性混合物で充填し、次に反応器10のタンク12の内側に配
置する。チューブ14によって排除されたオイルは、オイ
ル溢流ライン40を通って重力によってオイル溜め31に戻
る(溢流バルブ204は反応サイクルの間は開いてい
る)。 チューブ入りの反応性混合物を挿入した後タンク12が
再度平衡温度に達したら、タンク12にタンク12の底部か
ら頂部へ加熱水を順送りに導入し、反応を順送りに開始
させる。水循環系は、水加熱器100、水ポンプ102、水入
口マニホールド104、水分配ライン110,112,114,116,11
8,120,122,124,126およびそれぞれに付随した150,152,1
54,156,158,160,162,164,166、給水タンク130、未加熱
水供給ライン132、および水循環戻りライン137を備えて
いる。水圧均等化ライン134および油圧均等化ライン135
をヘッド空間142からの窒素ガスで加圧し、反応の全期
間にわたって反応器10のすべての流体連通部分を等しい
圧力に保つ。水はこれらのすべてのラインを矢印で示す
方向に流れる。タンク12に流入する水量は計量調節器13
6で制御する。 操作時には、タンク12を装填した後タンク12を閉鎖ハ
ッチ140でシールし、完成製品に望まれる特性に応じた
約2.8−14kg/cm2(40psi−約200psi)の圧力に加圧す
る。この圧力はヘッド空間142の加圧ガスによって維持
される。 反応性混合物は反応中酸素に触れないことが大切であ
るので、ヘッド空間142、加圧タンク12、オイル溜め3
1、給水タンク130および反応器10の他のすべての流体連
通部分に充填する気体としては窒素が好適である。タン
ク12、オイル溜め31および給水タンク130の間では、窒
素圧力が水圧均等化ライン134および油圧均等化ライン1
35を介して常に等しくなっている。 系内の圧力は、当業者に公知の原理により化学反応を
制御するのに役立つ。圧力によってタンク内の化学物質
の沸点が上昇し、開始剤および単量体が沸騰して気泡や
ボイドの入った化学的に不良な製品が生ずるのが防止さ
れる。 最終製品に所望の特性と反応させる反応性物質の特定
の混合物とに応じて、約35℃−約120℃の温度を有する
加熱水を、水循環ライン110および111を通してタンク12
に導入し、チューブ14端部の小部分を加熱して重合また
は共重合反応を開始させる。水バルブ150,152,154,156,
158,160,162,164,166はすべて閉鎖している。 水入口マニホールド104から入った水はタンク12内を
下向きに循環し、水循環戻りライン137を通って流出
し、水ポンプ102でポンプ輸送され、加熱器100で所望の
温度まで加熱され、そしてタンク12に再度導入される。
水はこのようにして約182リットル(40ガロン)/分の
速度で循環し、タンク12の水が充填された部分の反応温
度が完全に均一に保たれる。 タンクに水を導入すると、オイルは自然と水の上に浮
く。水をタンク12に順次上側の水分配ラインを通して加
えると、オイルはタンクからオイル溢流出口38そしてオ
イル戻りライン40を通ってあふれ出、タンク12内のオイ
ルと水の合計容積は一定のままである。 これらのバルブの開閉順序はサーモスイッチで作動す
る電気リレーで制御される。サーモスイッチ180,182,18
4,186,188,190,192,194,196はタンク12の内側でとなり
あった水分配ラインの中間付近に、各チューブ支持板2
1,22,23,24,25,26,27,28,29,30に隣接してそれぞれ1個
が配置されている。 タンク12をオイルで充填し、混合物を充填したチュー
ブを装填し、そしてタンクが低温平衡温度に戻った後、
高温の水をタンク12に以下のようにして導入することに
より反応を開始する。オイルバルブ80,82,84,86,88,90,
92,94,96は開いている。温度を均一にし乱流を低減する
には、各バルブを実質的に同量のオイルが通過すること
が重要である。水バルブはすべて閉じている。 加熱していない供給水を調節器136を通してタンク12
に約5400cm3/時の流量でゆっくり導入し、水ポンプ102
で水循環戻りライン137を通して抜き出してから水加熱
器100で加熱し、そして水入口マニホールド104およびバ
ルブがなく常時開放している水分配ライン111を通して
タンク12に導入する。この供給水はタンク12を充填する
ための唯一の水源である。 本実施の形態では、各バッチ後タンクの底には約61cm
(2フィート)の水が残り、水循環系の呼び水となる。 タンク12に調節器136を通って流入する水が加熱され
ていなくても、タンク12内の水温制御に悪影響が及ぶこ
とはない。これは(1)供給水の導入速度がタンク12の
全容積と比べて極めて小さい、(2)タンク12の底部の
61cm(2フィート)には反応性混合物を充填したチュー
ブが入っていない、そして(3)調節器136を通して入
った水は、未加熱水がタンク12中の加熱水と混ざる前
に、水ポンプ102によって形成された低圧力によって水
戻りライン137に吸い込まれるからである。調節器136は
本質的に水加熱器100の前に位置し、系の別の地点に配
置することはできない。 加熱水がタンク12のサーモスイッチ180のレベル(物
理的には水分配ライン110の下)までたまると、サーモ
スイッチ180により電気信号がリレー(図示せず)に送
られ、オイルバルブ80が閉鎖される。加熱水は上昇しつ
づける。加熱水がサーモスイッチ182(水分配ライン112
の直下)に達すると、対応するリレーが作動して水バル
ブ150が開いて、オイルバルブ82が閉じる。次に、加熱
水が水分配ライン114の下のサーモスイッチ184に達する
と、対応するリレーによって水バルブ152が開き、オイ
ルバルブ84が閉じる。乱流を低減し、タンク12の高温領
域と低温領域の間のはっきりした区分を保つには、どの
特定の水分配ラインもタンク12内の水のレベルがその特
定の水分配ラインを超えるまでは開栓しないことが大切
である。水の上に浮いている、水で排除されたオイルは
同時にオイル出口38から流れ出し、ライン40を通って重
力によりオイル溜めタンク31に戻る。 このようにして水を順次上側の水分配ラインを通して
タンク12の下部に導入し、排除された低温のオイルを同
じ容積だけ抜き出し、タンク12内を高温の水が上昇する
につれてオイル分配ラインを1回に1本ずつ順送りに閉
鎖してゆく。 水は常に、すべての開放した水分配ラインを流れる。
すなわち、たとえば水分配ライン118(バルブ158)が開
いていれば、それより下の水分配ライン、すなわち水分
配ライン116,114,112および110もすべて開いたままであ
る。開放した各水分配ラインには、実質的に等しい量の
水が流れることが大切である。このことにより確実に、
反応器の水充填部分全体が、温度勾配がなく乱流の少な
い均一な温度となる。同様に、オイルも開いたままのす
べてのオイル分配ラインに連続的に導入する。したがっ
て、水分配ライン118が開のとき、オイル分配ライン70,
68,66,64,62および60は閉じているが、残りの(上側
の)オイル分配ライン72,74,76は開いたままで、これら
の各ラインはタンク12に新たに冷却したオイルを導入し
つづけ、タンク12のオイル充填領域を一定で均一な予め
選択した約−10℃−20℃の範囲に保ち、オイル充填領
域、すなわち低温領域の反応性混合物が反応するのが防
止され、乱流が低減する。 オイルと水の界面を第1図に170で示す。ここでは水
分配ライン114が、開いている水分配ラインでは最も上
で、オイル分配ライン68が開いている最も下のオイル分
配ラインであり、まさに化学反応の始まる位置に乱流の
極めて少ないデッド領域が確保され、したがって高温領
域と低温領域の間がはっきり区分され、反応が確実に所
定の速度で進行する。本方法で使用する流量では乱流は
極めて少ししか発生しない。実際には、オイル分配ライ
ンと水分配ラインは、タンク12の長さ方向に沿って61cm
(2フィート)離して配置する。当然、隣接した分配ラ
インが近接しているほど温度は均一となる。 また、オイルと水の混合は極めて少ししか生じず、オ
イルと水の界面の厚さはおそらく2.54cm(1インチ)以
下で、反応性混合物の反応成分と未反応成分が極めては
っきり区分される。 実際、水の上側に低温のオイルを供給しない領域を確
保することにより、他の方法では生じるかもしれないオ
イルと水の混合が低減し、したがって、高温領域と低温
領域の分離が一層はっきりすることを見出した。この低
温のオイルが供給されない領域は反応器の他の部分より
乱流が少ないので、デッド領域と呼ぶ。第1図で例示し
た、タンク12のオイルと水の界面170については、デッ
ド領域は水分配ライン114(開いている水分配ラインで
最も上のライン)とオイル分配ライン68との間に、オイ
ル分配ライン64および66を閉鎖することにより形成さ
れ、その結果デッド領域は1ケ所となり、すなわちオイ
ルライン66も水ライン116も開栓しない。このデッド領
域は反応過程を通じて順送りに上向きに移動し、このデ
ッド領域を用いることによって優れた品質管理が可能と
なる。 したがって、水を水分配ライン114およびそれより下
のラインを通して導入している際には、低温のオイルは
オイル分布ライン76,74,72,70および68から供給する
が、(水分配ライン114の真正面の)オイル分配ライン6
6および64を通しては供給しない。反応器内の水のレベ
ルが上昇するにつれて、最も上側の水分配ラインより1
レベル高いオイルラインを閉鎖し、デッド領域を形成す
る。 実際には、タンク12内の水のレベルは調節器136を通
して計量した供給水によって約15−61cm(6インチ−約
24インチ)/時の速度で上昇させるのが好ましく、チュ
ーブが反応器10の全長915cm(30フィート)にわたって
反応するには約30時間かかる。この時間は反応性混合物
に促進剤を加えることによって多少短縮することができ
る。 高温の水は反応を開始させ、次に余分の反応熱を運び
去って、反応性混合物が常に確実に特定の反応に最適な
温度となるようにしている。反応が実質的に完了するま
で進行した後は、重合体または共重合体を反応温度に保
たなくてもかまわない。 タンク12の内側でタンク12の頂部付近に位置する光ス
イッチ202は、ヘッド空間142付近に配置されている。水
が光スイッチ202のレベルまで上昇すると、光スイッチ
からの電気信号がリレーをトリガーし、バルブ200を閉
じる(オイル溢流ライン40を遮断する)とともに、オイ
ル循環バルブ204および吸水制御バルブ206を閉じて、タ
ンク12と水循環系を単一の閉鎖単位とする。光スイッチ
202からの信号は同時にオイルポンプ33を止め、水加熱
器100で加熱する水の温度を制御するサーモスタットの
設定を変更し、新たなサーモスタットの設定を所定の時
間保つタイマーを設定する。 次に、反応温度より通常10℃−20℃高い新たな温度の
水をタンク12に循環させて、重合体または共重合体を硬
化させ、すなわち反応を完了に向けてさらに進行させる
追加の時間を確保する。タンク12が水で満杯となりオイ
ル循環系が完全に止まった時点では、既に光伝送体であ
る反応生成物は極めて粘性で、未反応分子を反応させる
のに十分な易動度を付与するにはさらに高温が必要であ
る。代表的な硬化時間および温度は後述の実施例に示し
てある。 しかし、第1図に説明した装置は多くの製品に適当で
あるものの、この装置では特定の用途に用いる製品で確
実に高品質を得るのに十分な温度制御を行えないことが
わかった。そこで第2図に例示する実施の形態を開発し
た。第1図の装置と第2図の装置の主要な相違は、後者
ではタンクに水を供給するのと同じパイプでオイルをタ
ンクから除去することである。ある時期には水がパイプ
を通ってタンクに流れ、別の時期にはオイルが同じパイ
プを通ってタンクから流出する。 第2図には、上述の実施例と同一寸法とすることので
きるタンク302を有する反応器300を示す。 温度計304,306,308,310,312,314,316,318,320は隔離
管(たとえば隔離管305および307、他の隔離管には図を
わかりやすくするために番号をふっていない)を介し
て、タンク302内の流体と連動するようつながってお
り、付属したシール手段で隔離管内にシールされ、タン
ク302内の温度を定期的に測定する。覗きガラス管322は
タンク302の長さ方向の軸線と平行にその全長にわたっ
て配置され、タンク302内の水およびオイルのレベルを
直接観察できる。覗きガラス管と連通して平行に覗きガ
ラス管均等化ライン323が配置され、この覗きガラス管
均等化ライン323は覗きガラス管322の全長にわたって等
しい圧力を確保し、気泡を上昇させてさらに良好な観察
を可能とする。 オイルタンク324からの低温のオイルは、オイルポン
プ328によりオイルライン325および326を通して矢印の
方向(上向き)に送給され、タンク302にその頂部付近
で入る。低温のオイルは、オイル分配バルブ332,334,33
6,338,340,342,344,346,348,350を備えたオイル出口マ
ニホールド330を通して吸い出され、これらの各バルブ
は、タンク302内部と常時開放的に連通している流体分
配ライン360,362,364,366,368,370,372,374,376,378と
連動するよう連結されている。オイルは流体分配ライ
ン、オイル分配バルブを通して吸い出され、次にタンク
302の再循環に備えてオイルポンプ328を通過した直後に
オイル冷却器380内で冷却される。オイル冷却器380は通
常の水と組み合わせた冷却器で、これは通常の冷凍機
(図示せず)で冷却される冷水タンク381に水ライン38
5、ポンプ387および水ライン389を通して連結された熱
交換機として図示してある。冷水タンク381内の水温は
当業界で公知の方法によって制御する。 オイルをオイル出口マニホールド330を通して排出す
る方が、オイルをこのようなマニホールドを通してタン
ク302に供給するよりオイルの循環がうまくゆき、その
結果温度制御が良好となり、またオイルポンプ328がタ
ンク302より低い位置にあるので、オイルポンプが空に
なる可能性もなくなることを見出した。 水分配マニホールド382は流体分配ライン360,362,36
4,366,368,370,372,374,376,378にバルブ384,386,388,3
90,392,394,396,398,400,402を介して連結しており、水
分配マニホールドは水ポンプ404に作動連結され、これ
は水加熱器406と連結している。水ポンプ404は高温の水
を、水分配マニホールド382および開放しているすべて
のバルブを通してタンク302に供給する。タンク302内の
水はタンク302底部の水戻りライン426(および常開の保
全バルブ335)を通ってタンク302から出て、水分配マニ
ホールド382とタンク302を再循環するために水ポンプ40
4と水加熱器406に戻る。 オイルをオイルライン327、オイルポンプ328、オイル
冷却器380を通して、そしてオイル冷却器ライン325を通
ってタンク324へと循環させることにより(すなわちオ
イルバルブ329は開放、オイルバルブ331は閉鎖、そして
オイルバルブ333は開放している)オイルをタンク302に
供給する前に、オイルタンク324内にあるうちに作動温
度まで冷却することもできる。(光ファイバーおよび他
の製品の1バッチの処理中は、オイルバルブ329は閉じ
ており、オイルバルブ331は開いている。) 次にオイルをオイルポンプ328によってタンク302に供
給する。あるいは、バルブを適切な順序で開閉すること
により、低温のオイルをオイル溢流ライン424を通し
て、窒素タンク430からの窒素圧力によって押し上げる
こともできるが、この方法の方が費用がかかる。 あるいは、タンク302をオイルで充填し、このオイル
を所望の作動温度に達するまでタンク302を循環させな
がら冷却する。次にタンク302に反応物質のチューブを
上述のようにして装填する。水溜め408からの加熱して
いない水は計量調節器410を通してタンク302に計量しな
がら入れる。遮断バルブ412および414は単に計量調節器
410とバイパスバルブ416を水圧から遮断して、これらの
2つのバルブの保守または交換を可能にしている。反応
器300で製品の1バッチを製造した後、タンク302は水で
充填されているが、次のバッチサイクルを開始する前に
空にしなくてはならない。第2図に例示する実施の形態
では、この過程は窒素圧力ヘッドガスを用いて行われ、
窒素圧力解放バルブ418を開けて、ヘッド空間420内の窒
素がタンク302内の水を水計量ライン422を通して水溜め
408に次回のバッチの製造での使用に備えて押し上げ
る。しかし水は計量調節器410を逆向きに流れることが
できないので、バイパスバルブ416をこの製造サイクル
の最終部分の間開放して、供給水が水計量ライン422を
通って水溜め408に戻れるようにする。タンク302内の余
分のオイルはオイル溢流ライン424を流れてオイルタン
ク324に戻る。 第2図に例示した実施の形態の操作は第1図に例示し
た実施の形態の操作と対応する。タンク302に所望の安
定した温度の低温のオイルを充填し、反応物質を装填し
た後、ハッチ428をシールしてタンク302を窒素タンク43
0からの窒素で圧力均等化ライン432を通して所望の圧力
に加圧する。バルブ436を介して作動する圧力均等化ラ
イン434によって水溜め408に等しい圧力がかかる。もち
ろんこの際圧力解除ライン438のバルブ418は閉じてい
る。バルブ440も開放して、窒素タンク430から窒素ガス
がラインに出てゆき、系全体が加圧されるようにしてあ
る。オイルタンク324を加圧できるよう、バルブ442は当
然開いている。全流体分散系内の圧力はゲージ444から
読みとることができる。 次に加熱していない水を計量ライン422と計量調節器4
10を通してタンク302の底部に計量して入れる。水循環
系を始動させて、計量した水をタンク302底部の水出口
ライン426を通して水ポンプ404と水加熱器406に下向き
に引っ張り、水分配マニホールド382と開いているすべ
ての水バルブを通してタンク302に戻す。第2図の装置
の操作は第1図について上述したのと同じである。 しかし、前述したように、第2図の実施の形態ではオ
イルと水の両方が同じ流体分配ラインを流れるので乱流
が低減する。本実施の形態では、各領域で流体分配ライ
ンを1本だけ使用してオイルと水の両方を分配すること
により、タンク302内の乱流がさらに低減する。デッド
領域は、工程のサイクルの適当な時点で1本の流体分配
ラインを完全に止めることによって維持される。すなわ
ち、開いている最も上側の水バルブと開いている最も下
側のオイルバルブの間に、閉じた流体分配ラインが常に
1本あり、すなわち工程の各段階では常時1つの流体領
域が閉鎖している。たとえば、オイル分配バルブ342が
最も下側の開いているオイル分配バルブであるならば、
流体分配ライン372は閉じていてもオイルも水も通って
おらず、水バルブ398が最も上側の開いた水バルブとな
る。流体分配ラインをオイルの送り出しから水の送り込
みに切り換える際に流体分配ライン中に残っているオイ
ルは、タンク302に流入する水によってタンク302にすぐ
洗い流され、水の上に浮かぶ。の装置によって、本発明
者らが知るうちで最も良好な温度制御、したがって最も
良好な品質管理が可能であることを見出した。この装置
では乱流が低減し水とオイルの相互作用が低減している
ので、極めて良好な品質管理を維持することができる。
さらに、熱的カップリングの効率がよいので、タンクの
許容長さは事実上限定されない。 本発明を実施するには任意の流体を使用することがで
きる。たとえば空気を使用することもできる。単一の流
体、たとえば水を、反応器のタンク内と、タンクの加熱
部分以外を低温に保ちながらタンクの外部を順次加熱す
るのとに使用することもできる。しかし、このような装
置では、熱的カップリング効率が悪く、流体内の熱渦流
によって効率が悪化し、高温領域と低温領域の区分も不
鮮明になる。これらの欠点によって品質管理が困難にな
る。このような反応器装置については後出の比較例でさ
らに詳しく説明する。 これらの知見から図面に関連して説明した2種の流体
を用いる装置を採用した。2種の異った流体が、1互い
に溶解せず、2片方が他方より密度が小さいならば、任
意の2種の流体を用いることができる。本明細書に開示
した好適実施の形態である水と軽いオイルは、これらの
2つの要求を極めて良く満たすので好適な流体である。 このバルブの開閉順序等は上述の装置と同じである。
サーモスイッチ450,452,454,456,458,460,462,464,466,
468は、約−10℃−約0℃の低温のオイルから、35℃−
約65℃とすることのできる高温への温度変化を検出し、
上述のようにリレーを介して水およびオイルバルブを順
番に開閉する特定のプロセス制御機構を始動させる。 光センサ470は水がそのセンサに達すると作動する。
光センサが作動すると計量バルブ410が閉じて、それ以
上タンク302に水が入るのが防止され、いまや、タンク3
02と、すべての流体分配ラインを通して高温の水をタン
クに供給する水分配マニホールド382とよりなる閉ルー
プ内に閉じこめられた水の温度を制御するタイマー制御
装置が始動し、硬化期間を調整するためのタイマーが設
定される。 この方法の利点の1つは、反応性混合物は順送りに上
に向って反応するとともに収縮するが、未反応混合物が
流動性のままなので、不均一な収縮によってボイドが形
成される可能性が除外されることにある。したがって混
合物の一部が収縮すると、未反応材料は単にチューブを
下降し、反応中の界面との接触が保たれる。全収縮が反
応混合物の体積の約8−18%、あるいは25%以下であっ
ても、この収縮によって本発明の方法によって製造した
光伝送体にボイドが生じることはない。(この収縮は、
光スイッチ202が反応性混合物の入ったチューブの頂部
より下側にあっても、光伝送体全体が高温の水に漬かっ
ていることも意味する。)反応器は、未反応混合物が下
向きに流れ、オイルが水の上に浮くような向きならばど
の向きに置いてもよい。しかし注意深く制御しても、反
応器内でしばしば気泡が発生することがわかっている。
しかし反応器を水平方向から約30−45%の角度で傾ける
と、気泡が反応中および未反応の混合物を通って上昇し
ないので、気泡によって最終製品に生じるおそれのある
欠陥部が局在化する。反応器が完全に鉛直であれば、発
生した気泡はさらに上昇して、欠陥のある、そしておそ
らくは使用できない光伝送体の部分が長くなる。 反応器の主要な目的は、形成中の光伝送体の長さ方向
に沿って最適反応温度を順送りに創出し維持しつつ、未
反応混合物をそれより低い非反応性の温度に保って、ボ
イドの形成を防止することにある。 本明細書で説明する反応器、特に第2図に例示した好
適実施の形態は、反応物質の混合物の優れた熱的カップ
リング、したがって温度制御を可能とするので、本発明
者が考えたうちで本発明の方法を実施するのに最良の態
様である。 装置の別の実施の形態では、複数の別個の円周方向の
流体案内コイルを反応管の外面にその長さ方向に間隔を
あけて配置する。反応器を低温の熱伝導性液体、たとえ
ば水またはオイルで充填する。あるいは、停滞または循
環する空気を使用して反応器内の低温を制御し維持する
こともできるが、空気はオイルまたは水より熱的カップ
リングの効率が明らかに劣る。水またはオイルのような
低温の液体を、反応器外部に反応器と近接して設けるの
が有利なコイルを通して循環させて、反応器内部の温度
を維持する。反応を誘発し制御するには、高温の液体、
たとえば水を順次上側のコイルを通して反応器に沿って
循環させて、チューブ状の反応混合物の一部の温度を上
げ、重合を起こさせる。高温領域が反応器に沿って上向
きに移動するとともに、冷却流体を通すコイルを減らし
て低温領域を少なくする。この装置の熱的カップリング
は上述の装置ほど良好ではないが、この装置も高品質の
光伝送体を製造できる。 本明細書で説明した方法および装置は、熱可塑性また
は熱硬化性のロッド、パイプ、チューブおよび断面半径
が長さより相当小さい他の物質の製造に用いるのに好都
合である。本発明は、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂などのバー、ロッドなどの製造に現在用いられ
ている注入成型技術のかわりに用いることもできる。 得られた光伝送体をさらに改良するには、内部が極め
て高度に磨かれ、清浄で無傷のシースまたはクラッド材
料を使用するのが望ましい。クラッド内壁の平滑面のす
べての傷は光伝送体の外面に再生され、反応性混合物は
重合時に収縮するにつれてこの傷の上を引きずられるの
で、光伝送体外面に再生する傷は一層大きくなることが
ある。この効果によって光伝送体に縦じわが生じること
がある。クラッドとして適当なのは、通常の押出し装置
で高度に磨いたマンドレルを使用して押出したFEPテフ
ロンチューブである。他にもクラッドとして、たとえば
テフロンより可撓性の塩化ポリビニルを用いることがで
きるが、この樹脂を使用すると光の漏出がひどく、この
光学的特性のため、光伝送体のクラッドにこの樹脂を用
いるのは現在のところあまり望ましくない。 さきにも述べたように、熱硬化プラスチックの光伝送
体を高温と酸素に同時に暴露すると光伝送体の分解が生
じる。しかし有意な酸化は150℃以上の温度でしか生じ
ないので、光を導入する光伝送体の端部(すなわち受光
端)以外ではさして問題にならない。光伝送体の受光端
をガラスエンベロープに収容して空気からシールすれ
ば、有意な酸化を防止できることを見出した。これはチ
ューブ内の限定された量の酸素を使い切ってしまえば、
それ以上光伝送体と反応する酸素は存在しないからであ
る。本発明の光伝送体は例外的な耐熱性を有するので、
ガラスエンベロープを通しての赤外線の透過により光伝
送体に余分な熱が伝えられても、光伝送体は損傷しな
い。 しかし、ガラスエンクロージャに収納した熱可塑性光
伝送体はランプの熱にさらされると収縮して溶融する。
溶融重合体は重合体本体とは異なった屈折率を有し、こ
のため望ましくない光の散乱が生じる。さらに、重合体
が溶融するとコアとシースの位置関係が変化し、光伝送
体の光伝送能力も低減する。 以下の実施例によって、上述の本発明に用いる出発混
合物、方法および反応パラメータ、および得られる光伝
送体の特性を説明する。以下の実施例は、種々の特性を
有する光伝送体の製造に用いることのできる化学物質お
よび操作パラメータの多くの可能な組合せのうち数例を
例示するものに過ぎない。 実施例1 以下の混合物を用いて、光伝送体を下記のようにして
製造した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 を混合、濾過、脱気し、内径0.64cm(025インチ)、長
さ1525cm(50フィート)のFEP(Fluorinated Ethylene
−Propylene、フッ素化エチレン−プロピレン共重合
体、E.I.デュポン(DuPont)社製、屈折率1.34)のチュ
ーブに吸い込んだ。 チューブをU字型に曲げ、温度が約0℃のオイルを充
填した763cm(25フィート)の反応器に入れた。反応器
をシールし、窒素で5.6kg/cm2(80psi)に加圧した。80
℃の水を、反応器に反応器内の水のレベルが30.5cm(1
フィート)/時で上昇する速度で計量しながら供給し
た。このようにして、チューブ内の混合物を、5.6kg/cm
2(80psi)の窒素圧力下で20時間にわたって、長さ方向
に順送りに加熱し反応させた。 次に温度を90℃に上げ、90℃で2時間保った、次に温
度を100℃に上げ2時間保った。 本実施例では使用可能な光伝送体が2本生成し、各光
伝送体は重合時の収縮の後、長さが約610cm(20フィー
ト)であった。(反応器にうまくはまるようチューブを
2つ折りにした際に形成された、チューブの底部のU字
型の部分は使用できず、上記チューブの一部もこの折曲
げにより失われる。)反応後ほとんど空である余分のチ
ューブは切除した。チューブの両方の部分で、固形物質
の上側に不純物と未反応化学物質が観察され、このこと
から精製後も残った数少ない不純物の少なくとも一部
が、前進する網状重合体によって上方に押し上げられ、
完成した光伝送体の均質性と品質が向上することがわか
る。 得られた光伝送体は光をかなり良く伝送した。おそら
く過酸化ベンゾイル残留物のために生じたきわめてかす
かな黄色味が観察された。この材料は150℃以上の温度
に暴露しても流れなかった。 コア材料の長さ2.54cm(1インチ)のサンプル断片を
別個に以下の各溶剤に24時間浸し、架橋の程度を測定し
た。室温のアセトン、50℃のアセトン、室温のテトラヒ
ドロフラン、室温のメチルエチルケトン、50℃のメチル
エチルケトンおよび室温のメチルメタクリレート。サン
プルはすべての溶剤で膨潤したが、溶解はしなかった。
(もちろん加熱した溶剤での膨潤度の方が同じ溶剤の室
温での膨潤度より高かった。)膨潤度はメチルメタクリ
レートで最も高かったが、これはおそらく主成分である
メチルメタクリレート単量体(組成参照、成分1105部あ
たりメチルメタクリレート単量体は70部)のその前駆物
質に対する相溶性のためである。これらの試験から、あ
る程度の架橋が達成されていることがわかる。 実施例2 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 25部 1,3−ブチレンジメタクリレート 10部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 この光伝送体は、実施例1の光伝送体と本質的に同一
の特性を有していた。 実施例3 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 エチルアクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は、実施例1の光伝送体と本質的に
同じ特性を有していた。エチルアクリレートホモポリマ
ーの方がn−ブチルメタクリレートのホモポリマーより
ガラス転移温度が−29゜対15℃で低いので、コアはわず
かにやわらかかった。 実施例4 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 50部 イソプロピルメタクリレート 30部 n−ブチルメタクリレート 20部 1,3−ブチレンジメタクリレート 10部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.7部 得られた光伝送対は実施例1と実質的に同じ特性を有
していた。メチルメタクリレートより反応性の低いイソ
プロピルメタクリレートおよびn−ブチルメタクリレー
トの使用した分を補償するために開始剤の量を多くし
た。開始剤の量を多くした結果、黄色味がより顕著にな
った。 実施例5 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 スチレン 70部 酢酸ビニル 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は実施例1の光伝送体ほど効率的で
はなかったが、これはおそらく酢酸ビニルがホモポリマ
ーとしては屈折率および光の透過性がアクリルまたはメ
タクリルエステルより低いからである。 しかし、可撓性は、実施例1の光伝送体よりわずかに
良好で、実施例2の光伝送体に匹敵した。この実施例5
の光伝送体は実施例1の光伝送体より黄色味が少なく、
これはおそらく酢酸ビニルの反応性がn−ブチルメタク
リレートより高いためである。 実施例6 以下の異なった組成を用いた以外は実施例5を繰り返
した。 スチレン 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は実施例5の光伝送体と同様であっ
たが、n−ブチルメタクリレートの光の透過性および屈
折率が酢酸ビニルより高いので光特性がまさっていた。 実施例7 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 トリアリルシアヌレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は実施例1の光伝送体と同様であっ
たが、トリアリルシアヌレートにより生じる架橋度がジ
アリルフタレートと比べて高いのでわずかに硬かった。
所定量の実施例7の光伝送体のコアは、実施例1の光伝
送体の同量のコアより、実施例1で挙げた溶剤での膨潤
が相当少なく、架橋度が高いことが確かめられた。 実施例1と実施例7のサンプルをメチルメタクリレー
トに室温で2日間浸漬した。トリアリルシアヌレートの
量を10部および15部に増やしたサンプルは膨潤の程度が
徐々に少なくなり、トリアリルシアヌレートが15部では
ほとんど膨潤しなかったが、トリアリルシアヌレートが
15重量部の光伝送体は極めて硬く、トリアリルシアヌレ
ートの量が少ない光伝送体ほどは光を透過せず、これは
おそらくトリアリルシアヌレートの光透過性が低いため
である。 実施例8 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 イソプロピルペルオキシド 0.5部 80℃では反応が極めて緩慢であったので、反応温度を
100℃、圧力を7.03kg/cm2(100psi)に上げ、引き続き1
10℃と120℃で各2時間ずつの後硬化した。得られた光
伝送体は実施例1の光伝送体と極めて似ていた。気泡が
観察されたが、これはおそらく重合温度が高い結果であ
る。イソプロピルペルオキシドの使用量を0.3部まで下
げても、本質的に同じ結果が得られた。 実施例9 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 フェニルアセチルペルオキシド 0.5部 フェニルアセチルペルオキシドの開始剤は、ベンゼン
中、20℃での半減期が0.000476秒であることにも見られ
るように、過酸化ベンゾイルの開始剤と比べて極めて不
安定であった。 この実施例9で製造した光伝送体は多くの欠点、たと
えば気泡、ボイドを示し、これは早期重合、速い重合速
度およびそれに引き続く熱除去の問題、またはメチルメ
タクリレートのような反応性の相対的に高い成分が他の
単量体と実質的に共重合することなしに重合してしまう
ためである。 実施例9の組成を用い、激しい反応を制止するのに有
効な量のn−ブチルメルカプタンを加えて引き続き実験
を行ったが、光伝送体のコアは極めて柔らかく黄色のま
まであった。 実施例10 過酸化ベンゾイルのかわりに、ピーピージー・インダ
ストリーズ・インク、オーガニック・ケミカル・ディヴ
ィジョン(PPG Industries Inc.,Organic Chemical Di
vision)からIPPとして販売されているジイソプロピル
ペルオキシ−ジカーボネートを用いた以外は実施例1を
繰り返した、IPPは凍結ブロックで受領するのだが、室
温では極めて急速に分解して遊離基となって爆発性にな
るので、常時−40℃で貯蔵しなくてはならない。しかし
IPPは凍結時の取扱いが非常にむずかしい。 そこで、IPPの凍結ブロックを相対的に反応性の低い
単量体に、IPP1重量部に対し単量体約10重量部の割合で
溶解することにより、もっと制御しやすいバッチを調製
した。この作業に適した単量体はジエチレングリコール
ビス(アリルカーボネート)で、これはPPGインダスト
リーズ・インク、オーガニック・ケミカル・ディビジョ
ンで製造され、CR−39として販売されている。イソプロ
ピルペルカーボネートは、相対的に活性の低い単量体で
あるCR−39に溶解すると取扱いがより安全になるが、安
全のためには−40℃で貯蔵しなくてはならない。 したがって、0.5部の過酸化ベンゾイルのかわりに、
0.5部のIPPと5部のCR−39を用いた。この組成を用いる
と優れた光伝送体が得られた。さらに重合反応は過酸化
ベンゾイルの場合の80℃と比べて著しく低い45℃の温度
で行った。後重合温度は50℃で2時間、そして60℃でさ
らに2時間とする。過酸化ベンゾイルを使用して製造し
た光伝送体で認められた黄色味は、IPPを用いて製造し
た光伝送体では認められなかった。 実施例11 以下のようにして光伝送体を製造した。 メチルメタクリレート 40部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート) 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 10重量%のイソプロピルカーボネートをジエチレン
グリコールビス(アリルカーボネート)に溶解したもの 5部 反応条件は実施例10と同様とした。選れた光伝送体が
製造された。光伝送体のコアは実施例10より良好なテキ
スチャーを呈した。またコアはこれまでの実施例のもの
より高い温度に耐えた。これはジエチレングリコールビ
ス(アリルカーボネート)の架橋効果によって重合塊の
架橋度が上がったためである。 実施例12 5部のジアリルフタレートのかわりに10部のトリアリ
ルシアヌレートを用いた以外は実施例11を繰り返した。
得られた光伝送体は実施例11ほど可撓性ではなかった
が、はるかに高温に耐えた。 実施例13 30部のメチルメタクリレートと40部のジエチレングリ
コールビス(アリルカーボネート)を用いた以外は実施
例12を繰り返した。得られた光伝送体は実施例12よりさ
らに可撓性が低かったが、200℃以上のはるかに高温に
耐えることができた。 実施例14 n−ブチルメルカプタンのかわりに0.5部のラウリル
メルカプタンを用いた以外は実施例11を繰り返した。得
られた光伝送体は実施例11の光伝送体と同じ特性を示し
た。実際、他のメルカプタン、たとえばs−ブチルメル
カプタン、t−ブチルメルカプタン、またはドデシルメ
ルカプタンをほぼ同じ比率で含有させても有意な差は認
められなかった。 実施例15 メチルメタクリレートのかわりにスチレンを用いた以
外は実施例11を繰り返した。同じ結果が得られた。スチ
レンが他の成分との反応性が低いのを補償するために反
応時間を長くした(水を30.5cm(1フィート)/75分で
上昇させた)。スチレン誘導体、たとえばα−メチルス
チレン、p−フェニルスチレン、4−t−ブチルスチレ
ンも、75部のスチレンに対して25部以下のスチレン誘導
体の比で含有させても良い結果が得られた。 実施例16 以下のようにして光伝送体を製造した。 ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート) 80部 酢酸ビニル 10部 トリアリルシアヌレート 10部 10重量%のイソプロピルペルカーボネートをジエチ
レングリコールビス(アリルカーボネート)に溶解した
もの 10部 重合反応は極めて低速で(反応器内の水は30.5cm(1
フィート)/2時間で上昇させた)、反応温度は55℃に上
げ、圧力は6.2kg/cm2(88psi)に保った。 得られた光伝送体は、実施例11の光伝送体ほどではな
いが光をかなり良く伝送した。コア材料は柔らかかっ
た。コアの後硬化を70℃で2時間、90℃で2時間行った
ところ、もっとばらつきのない材料が得られた。しかし
ながら光伝送体は可撓性ではなくなった。しかしこの光
伝送体は240℃もの高温に耐えることができた。 比較例1 架橋剤(ジアリルフタレート)を組成に含めなかった
以外は実施例1を繰り返した。得られた光伝送体の先端
をフォーカシング・リフレクタを有する石英ハロゲンラ
ンプの焦点に配置した。これは実施例1の光伝送体で使
用したのと同じ方法である。 光伝送体は2方法で検査した。すなわちまず光伝送体
の先端をむき出しで(「ガラスキャップ」なし)、そし
て第2に「ガラスキャップ」付きで検査を行った。最初
の試験では光伝送体のコアが収縮、溶融し、分離したよ
うであった。ランプを点灯して数秒内にメチルメタクリ
レートおよびn−ブチルメタクリレートの匂いがし、材
料の分解を示唆した。実際、発火を防ぐために石英ハロ
ゲンランプを消さなくてはならなかった。その間に、光
伝送体は光を伝送するすべての能力を失った。 第2の試験(「ガラスキャップ」付き)でも、光伝送
体のコアは収縮し、溶融した。今回は溶融物は「ガラス
キャップ」内に収容された。溶融重合体と固体重合体の
屈折率が異なるので、光伝送体の光伝送能力は極めて急
速に失なわれ、その結果光が界面で実質的に散乱した。
コアが溶融するとともに光伝送体がランプから引き離さ
れ、重合体コアとコアを被覆するFEPとの位置関係が変
化した。20分後には、メチルメタクリレートの匂いが広
がって、重合体コアがそのオリゴマーに分解し、さらに
は単量体に分解していることが示唆された。実際、ガラ
スキャップ内での単量体の沸騰によって溶融塊中に気泡
ができているのがよくわかった。光伝送体の品質は試験
開始時にはかなり良好であったが、20分以内に次第に分
解しはじめた。実際、最初の10分間で光の90%までが失
われた。 同じ2つの試験を、実施例1にしたがって製造したサ
ンプルを用いて行ったところ、以下の結果が得られた。
むき出しの光伝送体は最初の1時間は何ら分解の徴候を
示さなかった。1時間を過ぎるとコアの最初の2.54−5.
1cm(1−2インチ)が硬くなり、ランプのエネルギー
によって重合体コアがさらに架橋したこと、および/ま
たは重合が絶対的に終了したことが示された。その後石
英ハロゲンランプに暴露した結果、材料が減量した。6
時間でコア材料の0.6cm(1/4インチ)以下が失われ、ラ
ンプの高熱によって材料が分解していることがわかっ
た。架橋コアの分解速度は線状重合体のコアよりはるか
に低いことが明らかである。 第2の試験では、光伝送体をガラスキャップで被覆し
てランプの焦点に位置させた。1時間後、第1の試験と
同様にコアの最初の5.1cm(2インチ)が硬くなった。
引き続きランプにさらした結果材料が失なわれたが、そ
の速度ははるかにおそく、材料が0.63cm(1/4インチ)
失われるには恒常的な暴露を10日間要した。 上記試験のすべてにおいて、ランプの光伝送体の先端
の間には、回転ファンブレードを配置した。 比較例2 実施例11で設定した条件にしたがって製造した光伝送
体に、比較例1で説明したのと同様の試験を行った。光
伝送体を同じく第1の伝送管の先端がむき出し(「ガラ
スキャップ」なし)、第2に「ガラスキャップ」付きの
2方法について検査した。むき出しの光伝送体は収縮し
たが、その程度は比較例1で説明したのと同一条件で
は、架橋光伝送体と比べて極めて小さかった。さらに、
比較例1の光伝送体が分解の徴候を最初の1時間で示し
たのに対し、この光伝送体は分解の徴候を最初の120時
間示さなかった。しかし120時間後、材料の損失と光伝
送体表面のわずかな黄化が認められた、高強度石英ハロ
ゲンランプへの暴露時の重合体塊の酸化によって材料が
分解し、その後酸化した重合体が失われるようである。
この効果は、黄色表面がランプから遠くへ移動すること
によってさらに確かめられた。それでもなお比較例1で
説明した光伝送体より分解は著しく遅かった。 第2の試験では、光伝送体をガラスキャップでおお
い、ランプの焦点に配置した。120時間という比較的長
い暴露時間の後も材料の減量は認められなかったが、コ
アはきわめてわずかな量収縮した。しかし最も驚くべき
観察結果は、重合体コア表面に黄色味が認められず、酸
化が生じていないことが示されたことである。実際100
日以上にわたる定常的な暴露の後も、重合体コアには材
料の減量が認められなかった。このことは、第1に高濃
度のジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)
およびジアリルフタレートによって生じる高い架橋度、
そして第2にホモポリマーとしてのジエチレングリコー
ルビス(アリルカーボネート)がホモポリマーとしての
メチルメタクリレートおよび/またはn−ブチルメタク
リレートに比べてはるかに高い温度に耐えられるという
2つの要因のためである。 比較例3 実施例11の組成を用い、3つの異なった反応器を使用
して光伝送体を製造した。反応器1の構成は、オイルを
用いず、反応器内の2種の媒体が水とその上部の空気か
らなるようにした。水は静止しており、外部手段によっ
て加熱した。水のレベルを30.5cm(1フィート)上昇さ
せ、次に所望の温度に加熱して1時間保ち、次に再び水
を上昇させ、加熱し保温した。空気部分を外部手段で冷
却した(反応器を取りまく銅製コイル内に約5℃の冷水
を定常的に循環させた)。水を押し上げるにつれて空気
の容積が小さくなり、それに応じて外部冷却コイルを止
めていった。610cm(20フィート)の光伝送体を製造し
た。 第2の反応器の構成は、高温の水は反応器内を循環す
が、水の上のオイルは静止しており外部から冷却される
ようにした(反応器をとりまく銅製コイル内に約5℃の
冷水を定常的に循環させた)。水を30.5cm(1フィー
ト)/時で徐々に上昇させると、オイルの量は同じ量だ
け収縮し、タンクのオイルが水で置きかわった部分の冷
却コイルを止めた。 第3の反応器は本発明の好適な実施の形態にしたがっ
て構成した。オイルは氷結することがないので水よりさ
らに低温(−5℃から−10℃)で循環させることができ
た。 第1の反応器で製造したサンプルは多数のボイドと気
泡を示し、これらはおそらく2つのソース、すなわちま
ず光伝送体内の反応の発熱による熱(この熱は上向きに
移動する)、そして第2に水面から空気に伝わる伝導熱
からの熱の除去効率が悪いために生じる。これらの熱を
効率よく除去できないのは、空気の熱伝導率が低く、反
応器が熱除去効率が悪い構成であるためである。 第2の反応器で製造したサンプルは少量の気泡を示し
たが、第1の反応器で製造したサンプルより著しく良好
であった。気泡が生じたのはおそらく反応熱が光伝送体
内を上方に移動してしまい、静止した低温のオイルで除
去されないからである。反応熱の除去が容易でないの
は、反応器内のオイル部分のような静止した媒体中では
局所的な熱の発生が相当量あり、この熱の外への伝導が
部分的にはオイルの粘度のせいで対流が劣勢となること
により容易でないためである。 しかし、本発明にしたがって製造したサンプルは、気
泡や他のボイドが全くない優れた光伝送体となった。
には、150℃〜350℃で溶融せず、いつも、可撓性である
耐熱性光伝送体に関する。 [従来の技術] 光伝送体は、ますます、多岐にわたる種々の用途に使
用されている。ガラス繊維光伝送体は、通信および短距
離の低レベルの照明用に一般に使用されている。このよ
うなガラス繊維光伝送体を一般照明または特殊な照明に
使用する努力は、大部分は成功していない。その理由
は、このようなガラス繊維が高価で直径が小さく、脆く
て重く、そして、普通の状態では大量の光を伝送しない
からである。ガラス繊維光伝送体の光伝送量を増やすに
は、多数のガラス繊維を単一の光伝送体に束ね、光伝送
体がもっと多量の光を伝送できるようにすればよい。し
かし、このような束は、製造コストが高く、また、各ガ
ラス繊維を結合するのに使用する接着剤は、酸素の存在
下では普通の白熱電球で一般に生じる約250℃−約350℃
の温度で分解する。このような束は、最大寸法で直径約
1.3−1.9cm(1/2インチ−3/4インチ)に限定される。さ
らに、一般照明用の光伝送体は、ガラス繊維光伝送体の
ような優れた特性を必要としない。 一般照明用の安価であって、しかも、可撓性が高くて
丈夫である、光伝送体を得るために、多くの努力が払わ
れてきた。これらの努力によりプラスチック光伝送体が
得られているが、かかるプラスチック光伝送体は、大抵
熱可塑性重合体から構成されている。通常のプラスチッ
ク光ファイバーの大半は、ポリ(スチレン)またはポリ
(メチルメタクリレート)のコアを有しているが、これ
らのコアは、約80℃以上の温度には耐えない。約80℃よ
り高温では、これらの光伝送体は、収縮し、そのため光
ファイバーの先端がランプの焦点から離れて、その光伝
送量が低減し、その後、溶融して粘性液体となり、その
結果、光伝送体の光伝送能力がなくなる。さらに、酸素
の存在下、約120℃の温度では、これらの光伝送は、脆
くなって変色し、例えば、琥珀色または茶色に変わるの
で、伝送する光が大幅に弱まる。 これらの難題を克服する方策が米国特許第4,505,543
号で探究されている。この特許では通常の組成処方にp
−フェニルスチレン、p−t−ブチルスチレン、p−シ
アノスチレン、p−イオドスチレン、a,b,b−トリフル
オロスチレン、ペルフルオロスチレンおよび2,3,4,5,6
−ペンタフルオロスチレンよりなる群から選ばれる適当
量のスチレン誘導体を加えることにより、収縮開始温度
を約100℃以上に上げることによって、従来技術を改善
している。しかし、この米国特許第4,505,543号の熱可
塑性プラスチック光伝送体は、そのもととなった従来技
術と同様に、実質的に100%の重合度まで塊状重合によ
って重合体を生成してから、この重合体を再溶融し、次
に、ラム押出機によって光伝送体に紡糸している。 熱可塑性プラスチック光伝送体の別の例が米国特許第
3,993,834号に記載されている。この特許には、アルキ
ルアクリレートを用いてメタクリレートと共重合させ、
この連続塊状重合の後揮発分を除去してメチルメタクリ
レート重合体コアを製造することが開示されている。ブ
チルペルオキシドのようなフリーラジカル開始剤を、た
とえば、85重量%のメチルメタクリレートと20重量%以
下の少なくとも1種のアルキルアクリレートおよび/ま
たはメチルメタクリレート以外のアルキルメタクリレー
トから誘導された単位とからなる共重合体に加えて重合
体を製造し、この重合体を通常の手段で揮発分をストリ
ップし、次に、溶融しながら適当なダイで押し出し、ペ
レットのような所望の形状に形成する。次に、この方法
で得られる生成物を溶融し、紡糸口金を通して光伝送体
を製造する。得られた生成物の重合度は約65%である。
生成物は、明らかに熱可塑性のはずであり、したがっ
て、通常の熱可塑性光伝送体が出会う困難を有する。 米国特許第3,930,103号には、別の熱可塑性光伝送体
が開示されている。この光伝送体は、ポリ(メチルメタ
クリレート)樹脂のコア材料およびフッ化ビニリデン重
合体のシースを用いる。この型式の他の光伝送体と同じ
く、曲げ強さを付与するには延伸しなくてはならない。
この特定の事例では、光伝送体を140度でそのもとの長
さの15倍に延伸しており、それにより光伝送体が細くな
り、光伝送体を通って伝送される光の割合が著しく低下
する。このような光伝送体も熱可塑性であり、押出し法
によって形成される。 熱可塑性有機重合体光伝送体の他の例に米国特許第3,
900,453号および第3,252,950号がある。このような光伝
送体は通常の方法で押出され、そのためこれらは、熱可
塑性光伝送体でなくてはならない。これらは、すべて、
ビニル系単量体および重合を促進し制御するための他の
特定の成分から製造した線状有機重合体である。 従来の光を伝送することのできる熱可塑性重合体はす
べて、最良のものでも約120℃以上の熱に暴露すると収
縮しその後急速に溶融する。そのため、これらの光伝送
体は、このような温度への暴露をともなうどの用途にも
全く不適当である。光伝送体の望ましい用途の大半では
おそらく光伝送体が120℃以下の温度で働けばよく、多
くの用途で必要とされる量の光を伝送するには光を光伝
送体に効率的に伝送させなくてはならず、光伝送体を12
0℃をはるかに超える温度に暴露することなしに光伝送
体に大量の光を伝送することは一般に不可能である。し
たがって、熱可塑性光伝送体を使用すると光伝送体に導
入することのできる光の量が甚だしく限定され、その有
用性が小さくなる。 そして、従来のプラスチック光伝送管は、ボイド、気
泡および捕捉された不純物を含むという欠点を有するこ
とが多かった。このような欠点は、光を散乱、吸収し、
伝送した光の色温度を変化させることもあるので、光伝
送管の光伝送能力が著しく低下する。 光伝送管内のボイドは2つの媒体の界面、すなわち伝
送管−空気、空気−伝送管の界面を形成する。これらの
各界面で極めて多量の光が失われる。 光の一部は反射して光源にはね返され、一部は光伝送
管の側壁から外部に散乱する。気泡も同じ効果を生じ
る。単一の気泡の効果は小さくても、従来の光伝送管は
多量の光が失われるほど気泡がつまっていることが極め
て多かった。 これらの従来技術では、すべて、線状鎖結合重合体で
ある熱可塑性重合体を用いる。一般的に、重合体は、単
量体として知られる小さくて簡単な化学的単位の反復に
よって構成された大きな分子である。単量体の反復は線
状である。その多くの鎖は、線状であるが、線状重合体
と同じ形態で枝分れしているものもある(どちらの場合
も熱可塑性材料が生成する)。また、単量体は、互いに
連結、すなわち、架橋して反復単位の三次元網状構造を
形成するものもある(熱硬化性材料が生成する)。 これらの熱可塑性重合体および熱硬化性重合体として
も認められている2種の異なった群の重合体は、それぞ
れ、極めて異なった物理的特性を示す。たとえば、生ゴ
ムは、通常20,000単位以下の長くて線状のイソプレン分
子の鎖から構成され、極めて伸縮性がよく熱に極めて敏
感である。通常硫黄の助剤を用いて行う加硫により、線
状重合体鎖が三次元の網状構造の重合体に転化し、硬さ
と弾性が大きく向上する。同様にして、架橋、すなわち
熱硬化有機重合体の光伝送体は、線状、すなわち熱可塑
性重合体の光伝送体よりはるかに優れた物理的特性を有
するはずである。 熱可塑性重合体は加熱すると柔らかくなり、冷却する
と硬くなる。これらの熱可塑性樹脂は、大抵約80℃−約
200℃以上の温度で溶融する。また、多数の熱可塑性樹
脂は、酸化して結果的に分解するか、オリゴマーおよび
/または単量体に解重合および/または分解する。反対
に、熱硬化重合体は、暴露温度の上昇につれて硬くな
り、150℃程度の温度に暴露しても溶融しない。これら
の樹脂は酸素の不在下では熱による分解に強く抵抗す
る。 したがって、軽量、可撓性であり、光に暴露される先
端部では約120℃−約350℃以上、長さ全体では約250℃
以上の熱に暴露しても、長期間にわたり分解せず、周囲
の環境に対して良好な抵抗性を有し、光伝送性が良く、
実質的に収縮せず、高温に暴露しても溶融、酸化あるい
はその逆に分解せず、そして、製造が比較的容易で安価
である、光伝送体が大いに必要とされている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の光を伝送することのできる熱可塑性重合体は、
すべて、次のような問題がある。すなわち、従来の光を
伝送することのできる熱可塑性重合体は、最良のもので
も約120℃以上の熱に暴露すると収縮しその後急速に溶
融する。そのため、これらの光伝送体は、このような温
度への暴露をともなうどの用途にも全く不適当である。
また、光伝送体の望ましい用途の大半ではおそらく光伝
送体が120℃以下の温度で働けばよく、多くの用途で必
要とされる量の光を伝送するには光を光伝送体に効率的
に伝送させなくてはならず、光伝送体を120℃をはるか
に超える温度に暴露することになしに光伝送体に大量の
光を伝送することは一般に不可能である。そのため、熱
可塑性光伝送体を使用すると光伝送体に導入することの
できる光の量が甚だしく限定され、その有用性が小さく
なる。 したがって、軽量、可撓性であり、光に暴露される先
端部では約120℃−約350℃以上、長さ全体では約250℃
以上の熱に暴露しても、長期間にわたり分解せず、周囲
の環境に対して良好な抵抗性を有し、光伝送性が良く、
実質的に収縮せず、高温に暴露しても溶融、あるいはそ
の逆に分解せず、そして、製造が比較的容易で安価であ
る、耐熱性の光伝送体が大いに必要とされている。 したがって、本発明は、これらの要求を満たす耐熱性
の光伝送体を提供をすることを目的とする。 本発明の別の目的は、架橋、すなわち、熱硬化有機重
合体からなる耐熱性の光伝送体を提供することにある。 本発明のさらなる目的は、保護シースに収納され、酸
素から隔離された耐熱性光伝送体を提供することにあ
る。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明の目的はさやに含まれた透明な、可撓性の、固
体の、熱硬化された、細長い重合体製コアを有する光伝
送体であって、上記コアは均一な組成物からなり、且
つ、漸進的な(即ち、下記のような順送りの)フリーラ
ジカル重合反応の生成物であり、そして、上記コアは本
質的に重合開始剤の残留物を含んでおらず、上記さやに
含まれたプラスチック光伝送体がその色を真に伝える性
能を有することを特徴とするプラスチック光伝送体を提
供することによって達成され、この光伝送体はたとえ
ば、(容量部)で約50−80部のメチルメタクリレート、
20−80部のn−ブチルメタクリレート、0.10−0.50部の
イソプロピルペルカーボネート、1−80部の架橋剤(ま
たは約1−5部のジアリルフタレート架橋剤)、および
0.5−5部のn−ブチルメルカプタンのような連鎖移動
剤からなる。これらの成分をよく混合して、生成物のシ
ースとなる長いチューブに吸い込み、反応器に入れ、反
応器では約35℃−80℃の温度で約20時間、約15−61cm
(6−24インチ)/時の速度でチューブを順送りに加熱
することにより、混合物をチューブの一端から他端まで
長さ方向に順送りに重合させる。 得られた生成物は、良好な光伝送性が約148以上の高
い光学的屈折率、熱硬化有機重合体の柔軟性と可撓性を
有する熱硬化重合体光伝送体であり、直径約0.16−2.54
cm(1/16−約1インチ)のモノフィラメントでも良好な
可撓性を示す。 本発明の新規な特徴および他の目的は、以下の詳細な
説明、議論および特許請求の範囲を図面とともに読むと
明らかになるはずである。 [好適な実施形態の説明] ここでは、本発明を特定の実施の形態に関して説明す
るが、これらの実施の形態は単に例として説明するもの
で、本発明の主旨の応用として可能な多くの特定の実施
の態様のいくつかを例示するにすぎない。当業者に明ら
かな種々の変更および改変は、特許請求の範囲で定義す
る本発明の範囲内に入るとみなされる。 本発明は優れた光伝送特性を有する架橋、すなわち熱
硬化有機重合体の光伝送体を提供する。完成製品は実質
的に透明で色を正しく伝送することが大切で、それには
極めて高純度でボイドまたは気泡がないことが必要であ
る。さらに、光伝送体は可撓性で、長期間にわたる高温
への暴露に容易に耐えることが望ましい。 本発明によれば、重合すると高い屈折率と良好な光伝
送性を有する生成物を生じる成分を選択することが必要
である。 このような生成物を得るには、材料の精製を1供給原
料中に重合反応を遅らせる不純物がなく、2反応完了後
の重合体中に光伝送体の光伝送能力を損う不純物、ボイ
ドまたは気泡がないように確実に行う必要がある。 化学的供給原料の大半は、製造業者からの受領時には
100%純粋ではない。たとえば高度に反応性の単量体で
あるメチルメタクリレートは、高熱または光への暴露
時、または不純物の存在下で自己(塊状)重合する。し
たがって製造業者は小量の抑制剤を加えて保存寿命を延
ばし取り扱いを容易にする。これらの抑制剤は重合を遅
らせ、最終的に光伝送体に黄色味を付与する。したがっ
て反応物質を反応の前に精製する必要がある。このよう
な反応物質の通常の精製方法はすでに開発されている。
このような方法にはたとえば、減圧下での蒸留、アルカ
リ洗浄または再結晶がある。粒状の不純物、たとえば固
体、ゲルまたは塵は濾過によって除去する。 従来、光伝送体の製造には、ポリ(アルキルアクリレ
ート)およびポリ(アルキルメタクリレート)が用いら
れてきた。これはこれらの樹脂が固有の高い屈折率、無
色明澄度および高い光の透過率を有するからである。 ポリ(アルキルアクリレート)とポリ(アルキルメタ
クリレート)は重合体の大きなグループである。次の第
1表にはこれらのホモポリマーの多数をそれぞれの屈折
率およびガラス転移温度とともに掲げてある。対応する
ホモポリマーの屈折率だけがわかっているときは、ラン
ダムコポリマーの屈折率の概算推定値は構成単量体の重
量組成に関して内挿すれば得ることができる。本発明の
目的には、従来技術で報告されているホモポリマーの屈
折率に応じて、所望の屈折率の共重合体を構成すること
ができる。 この群の重合体で最もよく使用されている重合体はポ
リ(メチルメタクリレート)である。ポリ(メチルメタ
クリレート)は屈折率が高く、透明性が高く、無色明澄
で、光伝送体に強く望まれるすべての特性を有するが、
ホモポリマーとしてはガラス転移温度が高く(100
℃)、このことが直径約0.3cm(1/8インチ)以上の光伝
送体の製造に際してのこの樹脂の有用性を限定してい
る。しかしメチルメタクリレートは、他のアクリレート
またはメタクリレート単量体、たとえばホモポリマーと
してはそれぞれガラス転移温度が−29℃および15℃であ
ることが報告されているエチルアクリレートおよびn−
ブチルメタクリレートと共重合させて、もっと可撓性の
光伝送体を製造することができる。 したがって、第1表に示されるアクリルおよびメタク
リルエステル群からその屈折率およびガラス転移温度の
それぞれに応じて特定の単量体を洗濯することによっ
て、所望の屈折率、光の透過率、柔らかさおよび可撓性
を有する共重合体を得ることができる。 本発明はポリ(アクリル)樹脂、ポリ(メタクリル)
樹脂、またはαおよびβ置換ポリ(アクリル)樹脂およ
びポリ(メタクリル)樹脂またはそれらの組み合わせに
制限されるものではない。ポリ(スチレン)樹脂および
/またはポリ(スチレン)樹脂の誘導体、ポリ(ビニル
エステル)樹脂、ポリ(カーボネート)樹脂、ポリ(エ
ステル)樹脂よびそれらの組み合わせに基づいて、組成
物を構成することができる。制限要因は、単量体に固有
の低い屈折率、低い光の透過率および低い可撓性であ
る。 予め選択した単量体の混合物からなる単量体基材を次
に、多官能性単量体、たとえばジアリルフタレート、ト
リアリルシアヌレート、ジメタリルマレエート、エチレ
ンジメタクリレートを加えることにより変化させて架橋
熱硬化重合体を製造する。 本発明のための耐官能性単量体は、2個以上の二重結
合、たとえばアリル側基、ジアクリレートまたはジメタ
クリレート基を含む分子として定義され、各二重結合は
それぞれ独立に活性部位となり、引き続き重合体鎖の生
長に寄与することができ、一方もう片方の活性部位は枝
分れ重合体の形成に役立ち、この枝分れ重合体は生長
し、ついには生長中の鎖に連結して架橋重合体を形成す
る。3個以上の二重結合を有する多官能性単量体、たと
えばトリアリルシアヌレート、ペンタエリスリトールテ
トラアクリレート、またはトリメチルプロパントリメタ
クリレートは、高度に架橋した構造を生成することがで
きる。 十分な量の架橋によって重合体には以下のような特性
が付与される。架橋により軟化点が上昇し、不融性と溶
解性が向上し、クリープが低減し、靭性が増大する。次
の第2表に本発明で使用することのできる多数の架橋剤
を列挙する。 第2表 アリルジグリコールカーボネート ビス(2−メタクリロキシエチル)イソフタレートビ
ス(アリリル)カーボネート ビス(2−メタクリロキシエチル)フタレート ビス(2−メタクリロキシエチル)テレフタレート1,
4−ブタンジオールジアクリレート 1,4−ブタンジオールジメタクリレート 2−ブテン−1−ジアクリレート 2−ブテン−1−ジメタクリレート 1,3−ブチレングリコールジアクリレート 1,4−ブチレングリコールジアクリレート 1,3−ブチレングリコールジメタクリレート 1,4−ブチレングリコールジメタクリレート ジアリルアジペート ジアリルカーボネート ジアリルフマレート ジアリルイソシアネート ジアリルイソフタレート ジアリルマレエート ジアリルマロネート ジアリルフタレート ジアリルテレフタレート ジエチレングリコールジアクリレート ジメタリルマレエート ジビニルベンゼン エチレンジアクリレート エチレンジメタクリレート 1,6−ヘキサメチレンジアクリレート 1,6−ヘキサメチレンジメタクリレート メタリルアクリレート メタリルメタクリレート ネオペンチルグリコールジアクリレート 1,9−ノナンジオールジアクリレート 1,9−ノナンジオールジメタクリレート ペンタエリスリトールテトラアクリレート ペンタエリスリトールテトラメタクリレート 1−フェニルエチレン−1ジメタクリレート p−フェニレンジメタクリレート 2,3−プロピレングリコールジメタクリレート スチレングリコールジメタクリレート テトラエチレングリコールジアクリレート テトラエチレングリコールジメタクリレート テトラメチレンジアクリレート テトラメチレンジメタクリレート トリアリルシアヌレート トリアリルトリメセート トリエチレングリコールジアクリレート トリエチレングリコールジメタクリレート トリメチロールエタントリメタクリレート トリメチルプロパントリメタクリレート 本発明の多官能性架橋剤として好適なのは、エフエム
シー・コーポレイション・オーガニック・ケミカルス・
ディヴイジョン(FMC Corporation Organic Chemicals
Division)の現行の製品でDAPとして販売されているジ
アリルフタレート、および現在ローム・アンド・ハース
・カンパニー・インダストリアル・ケミカルス・ディヴ
ィジョン(Robm and Haas Company Industrial Chemica
ls Division)で製造されている1,3−ブチレンジメタク
リレート(単量体X−970)およびトリメチルプロパン
トリメタクリレート(単量体X−980)がある。多官能
性単量体は、熱硬化重合体塊のかなりの部分を実際に構
成する程度まで使用することができる。 たとえば、CR−39としてピーピージー・インダストリ
ーズ・インコーポレイテッド、オーガニック・ケミカル
ス・ディヴィジョン(PPG Industries Inc.Organic Ch
emicals Division)から現在販売されているジエチレン
グリコールビス(アリルカーボネート)は組成に30容量
%程度導入してもうまくゆき、したがって架橋剤は不要
となる。ジエチレングリコールビス(アリルカーボネー
ト)は、重合体塊に有効な架橋を導入することができる
2個のアリル基を含んでいる。ジエチレングリコールビ
ス(アリルカーボネート)の割合は80容量%まで上げる
ことができるが、この極端な値では得られる光伝送体が
硬くない。 1,3−ブチレンジメタクリレートを15容量%以下含有
する組成では、かなり良好な品質の光伝送体が生成し
た。適当な架橋剤および多官能性単量体は本明細書で特
に言及したものに限定されない。 本発明で用いる不飽和単量体はすべてフリーラジカル
開始によって重合することができる。この種の開始剤は
加熱または紫外線への暴露によって遊離基(不対電子を
含む有機分子)に分解する。本発明の目的には、有効な
開始剤を低温で完全に分解し、誘導期が短いか無くてす
み、熱の発生速度が一定、転化率が一定で、開始剤の残
留物が残らず、光伝送体を着色しないように選んだ。次
の第3表に、適当な開始剤、半減期の測定のために用い
る溶剤、温度(T)、および半減期(t1/2) と次式の関係を有する分解速度定数kdを列挙する。 t1/2=0.693/kd ペルオキシジカーボネート、たとえばジイソプロピ
ル、ジ−s−ブチルおよびジ−n−プロピルペルオキシ
ジカーボネート(IPP、SBPおよびNPP)は、他の大半の
種類のフリーラジカル開始剤と比べて、かなり低い反応
温度で遊離基を提供するという利点がある。IPP、SBPお
よびNPPはすべて、ピーピージー・インダストリーズ・
インコーポレイテッド、オーガニック・ケミカルス・デ
ィヴィジョンから現在販売されている。本発明の開始剤
としてはIPPが好ましい。また、重合の過程で単量体混
合物からIPP、SBPまたはNPP相を分離する際には、2,2′
−アゾ−ビス−イソブチロニトリルおよび過酸化ベンゾ
イルも極めて有用であった。過剰な量の開始剤は、重合
体光伝送体に黄色味を付与した。 最後に、連鎖移動剤、たとえばn−ブチルメルカプタ
ンまたはラウリルメルカプタンを少しの割合添加して重
合の生長反応を制御した。メルカプタンのような連鎖移
動剤の利用は線状重合体の製造ではよくわかっている
が、架橋重合体ではよくわかっていない。しかし、本発
明では、連鎖移動剤が架橋重合体または共重合体の製造
過程に著しく有効であることを見出した。本発明の重合
反応は相当な時間を要し、また単量体の反応性比が著し
く異なるので、連鎖移動剤は、ブロック共重合体の形成
による活性の高い単量体の急速な生長反応(これは望ま
しくない)を遅らせることによって、反応を制御するの
に役立つ。ブロック共重合体は光伝送体に微細構造を導
入することがある。このような微細構造により、後で光
の伝送に著しい非効率と減衰が生じる。さらに重合反応
がランダムに伝搬するので、順送りの重合工程ですぐ隣
りの単量体層の単量体組成が変化して、光伝送体の種々
の部分で組成にばらつきが生じる。このようなばらつき
により、それぞれ屈折率が少し異なる分裂した層からな
る光伝送体が生じる。その結果、ドリップキャスティン
グ法で生じる問題と極めて似通った問題が生じる。この
ような界面では多くの光が失われ、その結果、効率の極
めて悪い光伝送体が得られる。 反応性混合物を充填した長尺のチューブ14を高温環境
に完全に浸し、全長さの反応性混合物を同時に重合させ
た場合には、高品質の光伝送体は得られない。この場合
には、混合および充填中に入り込んだ気泡や不純物が重
合体マトリックスに捕捉されることがある。また、反応
条件が制御されていないので局所的な重合が起こること
がある。 さらに、この塊状重合過程の発熱反応の熱が効果的に
除去されず、その結果、気化による局所的な気泡の形
成、収縮(塊状重合では収縮は、製品が反応部位で約10
%−約25容量%収縮するので避けがたい)によって形成
されたボイドなどが生じる。 したがって、本発明では、任意の一時点にはチューブ
14の極めて短い長さのみを反応条件下に置き、チューブ
14の残りの部分は約−10℃−20℃、好ましくは約−10℃
−約0℃の範囲に保って有意な度合いの反応を防止す
る。約−10℃以下の温度では、普通に使用される単量体
の間に相分離が生じることがある。 第1図には、本発明または従来技術による組成物を製
造するための、本発明の方法を実施する装置が示してあ
る。第1図に示す反応基10は、反応を実施し制御するた
めのタンク12を備える。 本発明の反応性混合物または他の単量体の反応性混合
物を、まず当業界で周知の方法でチューブ14のようなチ
ューブに真空ポンプで吸い込む。次にチューブ14をU字
型に2つ折りにし、その開放端16および18を反応性混合
物がチューブから流出しないように上向きにし、反応器
10のタンク12に挿入する。 反応性混合物の材料の混合およびチューブへの充填
は、理想的には約−10℃−0℃の温度で行うべきであ
る。しかし、反応物質を混合前に低い貯蔵温度に保って
おけば、室温に約1時間おいてから反応器の低温のオイ
ルに浸しても、混合物からなお高品質の重合体光伝送体
を形成できることを確かめた。1時間あれば、反応物質
を混合しクラッドチューブに充填するのに十分である。 タンク12に、11枚の孔あきチューブ支持板20,21,22,2
3,24,25,26,27,28,29,30を、互に平行に、タンク12の長
さ方向の軸線と垂直に等間隔に固定して、反応中にチュ
ーブ14が他の同様に配置したチューブと接触するのを防
ぎ、チューブ14を実質的にまっすぐに保つ。チューブ支
持板20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30にはチューブ14
および他のチューブを通す複数の孔があいており、この
ことによりチューブの位置関係が互いに間隔をおいて維
持され、実質的にまっすぐに保たれる。このことが大切
なのは、チューブが反応の間中接触していると、反応で
発熱した熱が周囲の液体媒体に適切に運ばれず、その結
果完成した光伝送体に欠陥が生じるからである。 本発明では、反応をチューブの一端から他端に順送り
に行い、反応中に反応材料の体積が収縮するのにつれ
て、チューブ中の反応材料を下降させることによりボイ
ドを防ぐと、一層優れた製品が得られることを見出し
た。したがって本発明の方法は、従来技術で熱可塑性光
伝送体、ロッド、パイプまたはチューブの製造に普通用
いる押出または紡糸技術よりは注入成形の方に近く、本
発明は前者のものとは全く異なっている。従来技術で
は、順送りに形成した光伝送体は、反応性溶液を、熱浴
に浸した収納チューブ内に滴下することにより製造し
た。しかし本発明では、すべての反応性混合物をチュー
ブに同時に入れ、その後順次反応させていくと著しく選
れた製品が得られることがわかった。 本発明で用いるすべての成分が、重合体塊の一体品と
なるのが望ましい。反応の性格および重合に要する時間
のため、たとえば不純物のような重合可能でなかったり
活性が不十分な材料はすべて、先行する重合層の粘度が
上昇することによって押し上げられる。 すべての成分が互に溶解可能で、それらが混合したま
までいることも重要である。本発明の光伝送体の製造方
法では(現在行っている方法、次の段落参照)、長さ約
610cm(20フィート)のチューブを反応させるのに20−3
0時間かかる。すなわち反応は直線長さで1時間当たり
約25.4−61cm(10インチ−約2フィート)の速度で進行
し、好ましい速度は約30.5cm(1フィート)/時であ
る。成分は製造中十分混合したままでなくてはならな
い。成分が不混和であると、相分離による曇り、ブロッ
ク共重合、または粘度が高いために反応することができ
ない未反応成分を含有する局所的重合が生じる。 光伝送体を商業的な量製造できる反応器10には、直径
約15−25.4cm(6インチ−10インチ)、長さ約915cm(3
0フィート)、流体容量約182−546リットル(40−120米
ガロン)のタンクを設けるのがよい。1バッチあたり、
反応性混合物を充填した長さ1220cm(40フィート)のチ
ューブを中央で二つ折りにしたもの1ダースから、それ
ぞれ直径約0.95−1.27cm(3/8インチ−約1/2インチ)、
長さ約160cm(20フィート)の約2ダースの光伝送体を
製造することができる。 バッチ製造サイクルのはじめに、タンク12にオイルを
充填する。オイルは熱をよく伝え、低温でもよく流れ、
そして水より密度が小さいので水に浮くものであれば鉱
油でも他の任意のオイルでもよい。オイルはオイルポン
プ33によって、オイル溜め31からオイル移送ライン35お
よびタンク12頂部のオイル入口36を介してタンク12に、
オイルがオイル溢流出口38およびオイル溢流ライン40に
達するまで供給され、オイルはこのオイル溢流ライン40
を通ってオイル溜め31に戻る。オイルがオイル溢流ライ
ン40を通ってあふれ出、タンク12が満杯であることが示
されたらオイルポンプ33を止める。この充填工程および
その停止は、自動的に制御しても手動で制御してもよ
い。オイル入口36はオイル溢流出口38より約8インチ下
方にある。オイルポンプ33は約22.7−45.5リットル(5
−10ガロン)/分のオイルを供給する。タンク12へのオ
イルの充填は、光伝送体の1バッチを加工する準備とし
て行う。 次に、タンク12からのオイルをオイル溜め兼冷却器50
で冷却し、オイル循環ポンプ52によってオイル循環ライ
ン54を通してタンク12へ上向きに送給し、その後オイル
分配ライン60,62,64,66,68,70,72,74,76およびそれぞれ
に付随する各オイルバルブ80,82,84,86,88,90,92,94,96
を介してタンク12から抜き出し、その後オイルはタンク
12に戻る。オイルは、オイルが所望の温度である−10℃
−0℃に達するまで、オイル循環ライン54をオイル冷却
器50、オイル循環ポンプ52、およびオイル分配ラインお
よびそれぞれに付随したオイルバルブを通して、タンク
12内に連続的に循環させる。あるいは、オイルを任意の
通常の方法でタンク12に供給する前に冷却してもよい。 オイル循環ポンプ52によって、タンク12のオイルの全
量が2−3分毎に入れかわり、タンク12全体が均一な温
度に保たれる。タンク12の外部は断熱して、タンク12へ
の熱の流入およびそれによって生じる熱勾配を低減す
る。 反応器10の状態は現在以下のようになっている。タン
ク12は低温のオイルで一杯で、このオイルはオイルポン
プ52によって分配ライン60,62,64,66,68,70,72,74,76お
よび付随したオイルバルブ80,82,84,86,88,90,92,94,96
に排出され、オイル溜め兼冷却器50に戻される。タンク
12に水は入っていない。上記のオイルの流れにより、タ
ンク12の全容積が約−10℃−0℃の均一な温度に保たれ
る。 上述のようにして所望の数のチューブ14を所望の反応
性混合物で充填し、次に反応器10のタンク12の内側に配
置する。チューブ14によって排除されたオイルは、オイ
ル溢流ライン40を通って重力によってオイル溜め31に戻
る(溢流バルブ204は反応サイクルの間は開いてい
る)。 チューブ入りの反応性混合物を挿入した後タンク12が
再度平衡温度に達したら、タンク12にタンク12の底部か
ら頂部へ加熱水を順送りに導入し、反応を順送りに開始
させる。水循環系は、水加熱器100、水ポンプ102、水入
口マニホールド104、水分配ライン110,112,114,116,11
8,120,122,124,126およびそれぞれに付随した150,152,1
54,156,158,160,162,164,166、給水タンク130、未加熱
水供給ライン132、および水循環戻りライン137を備えて
いる。水圧均等化ライン134および油圧均等化ライン135
をヘッド空間142からの窒素ガスで加圧し、反応の全期
間にわたって反応器10のすべての流体連通部分を等しい
圧力に保つ。水はこれらのすべてのラインを矢印で示す
方向に流れる。タンク12に流入する水量は計量調節器13
6で制御する。 操作時には、タンク12を装填した後タンク12を閉鎖ハ
ッチ140でシールし、完成製品に望まれる特性に応じた
約2.8−14kg/cm2(40psi−約200psi)の圧力に加圧す
る。この圧力はヘッド空間142の加圧ガスによって維持
される。 反応性混合物は反応中酸素に触れないことが大切であ
るので、ヘッド空間142、加圧タンク12、オイル溜め3
1、給水タンク130および反応器10の他のすべての流体連
通部分に充填する気体としては窒素が好適である。タン
ク12、オイル溜め31および給水タンク130の間では、窒
素圧力が水圧均等化ライン134および油圧均等化ライン1
35を介して常に等しくなっている。 系内の圧力は、当業者に公知の原理により化学反応を
制御するのに役立つ。圧力によってタンク内の化学物質
の沸点が上昇し、開始剤および単量体が沸騰して気泡や
ボイドの入った化学的に不良な製品が生ずるのが防止さ
れる。 最終製品に所望の特性と反応させる反応性物質の特定
の混合物とに応じて、約35℃−約120℃の温度を有する
加熱水を、水循環ライン110および111を通してタンク12
に導入し、チューブ14端部の小部分を加熱して重合また
は共重合反応を開始させる。水バルブ150,152,154,156,
158,160,162,164,166はすべて閉鎖している。 水入口マニホールド104から入った水はタンク12内を
下向きに循環し、水循環戻りライン137を通って流出
し、水ポンプ102でポンプ輸送され、加熱器100で所望の
温度まで加熱され、そしてタンク12に再度導入される。
水はこのようにして約182リットル(40ガロン)/分の
速度で循環し、タンク12の水が充填された部分の反応温
度が完全に均一に保たれる。 タンクに水を導入すると、オイルは自然と水の上に浮
く。水をタンク12に順次上側の水分配ラインを通して加
えると、オイルはタンクからオイル溢流出口38そしてオ
イル戻りライン40を通ってあふれ出、タンク12内のオイ
ルと水の合計容積は一定のままである。 これらのバルブの開閉順序はサーモスイッチで作動す
る電気リレーで制御される。サーモスイッチ180,182,18
4,186,188,190,192,194,196はタンク12の内側でとなり
あった水分配ラインの中間付近に、各チューブ支持板2
1,22,23,24,25,26,27,28,29,30に隣接してそれぞれ1個
が配置されている。 タンク12をオイルで充填し、混合物を充填したチュー
ブを装填し、そしてタンクが低温平衡温度に戻った後、
高温の水をタンク12に以下のようにして導入することに
より反応を開始する。オイルバルブ80,82,84,86,88,90,
92,94,96は開いている。温度を均一にし乱流を低減する
には、各バルブを実質的に同量のオイルが通過すること
が重要である。水バルブはすべて閉じている。 加熱していない供給水を調節器136を通してタンク12
に約5400cm3/時の流量でゆっくり導入し、水ポンプ102
で水循環戻りライン137を通して抜き出してから水加熱
器100で加熱し、そして水入口マニホールド104およびバ
ルブがなく常時開放している水分配ライン111を通して
タンク12に導入する。この供給水はタンク12を充填する
ための唯一の水源である。 本実施の形態では、各バッチ後タンクの底には約61cm
(2フィート)の水が残り、水循環系の呼び水となる。 タンク12に調節器136を通って流入する水が加熱され
ていなくても、タンク12内の水温制御に悪影響が及ぶこ
とはない。これは(1)供給水の導入速度がタンク12の
全容積と比べて極めて小さい、(2)タンク12の底部の
61cm(2フィート)には反応性混合物を充填したチュー
ブが入っていない、そして(3)調節器136を通して入
った水は、未加熱水がタンク12中の加熱水と混ざる前
に、水ポンプ102によって形成された低圧力によって水
戻りライン137に吸い込まれるからである。調節器136は
本質的に水加熱器100の前に位置し、系の別の地点に配
置することはできない。 加熱水がタンク12のサーモスイッチ180のレベル(物
理的には水分配ライン110の下)までたまると、サーモ
スイッチ180により電気信号がリレー(図示せず)に送
られ、オイルバルブ80が閉鎖される。加熱水は上昇しつ
づける。加熱水がサーモスイッチ182(水分配ライン112
の直下)に達すると、対応するリレーが作動して水バル
ブ150が開いて、オイルバルブ82が閉じる。次に、加熱
水が水分配ライン114の下のサーモスイッチ184に達する
と、対応するリレーによって水バルブ152が開き、オイ
ルバルブ84が閉じる。乱流を低減し、タンク12の高温領
域と低温領域の間のはっきりした区分を保つには、どの
特定の水分配ラインもタンク12内の水のレベルがその特
定の水分配ラインを超えるまでは開栓しないことが大切
である。水の上に浮いている、水で排除されたオイルは
同時にオイル出口38から流れ出し、ライン40を通って重
力によりオイル溜めタンク31に戻る。 このようにして水を順次上側の水分配ラインを通して
タンク12の下部に導入し、排除された低温のオイルを同
じ容積だけ抜き出し、タンク12内を高温の水が上昇する
につれてオイル分配ラインを1回に1本ずつ順送りに閉
鎖してゆく。 水は常に、すべての開放した水分配ラインを流れる。
すなわち、たとえば水分配ライン118(バルブ158)が開
いていれば、それより下の水分配ライン、すなわち水分
配ライン116,114,112および110もすべて開いたままであ
る。開放した各水分配ラインには、実質的に等しい量の
水が流れることが大切である。このことにより確実に、
反応器の水充填部分全体が、温度勾配がなく乱流の少な
い均一な温度となる。同様に、オイルも開いたままのす
べてのオイル分配ラインに連続的に導入する。したがっ
て、水分配ライン118が開のとき、オイル分配ライン70,
68,66,64,62および60は閉じているが、残りの(上側
の)オイル分配ライン72,74,76は開いたままで、これら
の各ラインはタンク12に新たに冷却したオイルを導入し
つづけ、タンク12のオイル充填領域を一定で均一な予め
選択した約−10℃−20℃の範囲に保ち、オイル充填領
域、すなわち低温領域の反応性混合物が反応するのが防
止され、乱流が低減する。 オイルと水の界面を第1図に170で示す。ここでは水
分配ライン114が、開いている水分配ラインでは最も上
で、オイル分配ライン68が開いている最も下のオイル分
配ラインであり、まさに化学反応の始まる位置に乱流の
極めて少ないデッド領域が確保され、したがって高温領
域と低温領域の間がはっきり区分され、反応が確実に所
定の速度で進行する。本方法で使用する流量では乱流は
極めて少ししか発生しない。実際には、オイル分配ライ
ンと水分配ラインは、タンク12の長さ方向に沿って61cm
(2フィート)離して配置する。当然、隣接した分配ラ
インが近接しているほど温度は均一となる。 また、オイルと水の混合は極めて少ししか生じず、オ
イルと水の界面の厚さはおそらく2.54cm(1インチ)以
下で、反応性混合物の反応成分と未反応成分が極めては
っきり区分される。 実際、水の上側に低温のオイルを供給しない領域を確
保することにより、他の方法では生じるかもしれないオ
イルと水の混合が低減し、したがって、高温領域と低温
領域の分離が一層はっきりすることを見出した。この低
温のオイルが供給されない領域は反応器の他の部分より
乱流が少ないので、デッド領域と呼ぶ。第1図で例示し
た、タンク12のオイルと水の界面170については、デッ
ド領域は水分配ライン114(開いている水分配ラインで
最も上のライン)とオイル分配ライン68との間に、オイ
ル分配ライン64および66を閉鎖することにより形成さ
れ、その結果デッド領域は1ケ所となり、すなわちオイ
ルライン66も水ライン116も開栓しない。このデッド領
域は反応過程を通じて順送りに上向きに移動し、このデ
ッド領域を用いることによって優れた品質管理が可能と
なる。 したがって、水を水分配ライン114およびそれより下
のラインを通して導入している際には、低温のオイルは
オイル分布ライン76,74,72,70および68から供給する
が、(水分配ライン114の真正面の)オイル分配ライン6
6および64を通しては供給しない。反応器内の水のレベ
ルが上昇するにつれて、最も上側の水分配ラインより1
レベル高いオイルラインを閉鎖し、デッド領域を形成す
る。 実際には、タンク12内の水のレベルは調節器136を通
して計量した供給水によって約15−61cm(6インチ−約
24インチ)/時の速度で上昇させるのが好ましく、チュ
ーブが反応器10の全長915cm(30フィート)にわたって
反応するには約30時間かかる。この時間は反応性混合物
に促進剤を加えることによって多少短縮することができ
る。 高温の水は反応を開始させ、次に余分の反応熱を運び
去って、反応性混合物が常に確実に特定の反応に最適な
温度となるようにしている。反応が実質的に完了するま
で進行した後は、重合体または共重合体を反応温度に保
たなくてもかまわない。 タンク12の内側でタンク12の頂部付近に位置する光ス
イッチ202は、ヘッド空間142付近に配置されている。水
が光スイッチ202のレベルまで上昇すると、光スイッチ
からの電気信号がリレーをトリガーし、バルブ200を閉
じる(オイル溢流ライン40を遮断する)とともに、オイ
ル循環バルブ204および吸水制御バルブ206を閉じて、タ
ンク12と水循環系を単一の閉鎖単位とする。光スイッチ
202からの信号は同時にオイルポンプ33を止め、水加熱
器100で加熱する水の温度を制御するサーモスタットの
設定を変更し、新たなサーモスタットの設定を所定の時
間保つタイマーを設定する。 次に、反応温度より通常10℃−20℃高い新たな温度の
水をタンク12に循環させて、重合体または共重合体を硬
化させ、すなわち反応を完了に向けてさらに進行させる
追加の時間を確保する。タンク12が水で満杯となりオイ
ル循環系が完全に止まった時点では、既に光伝送体であ
る反応生成物は極めて粘性で、未反応分子を反応させる
のに十分な易動度を付与するにはさらに高温が必要であ
る。代表的な硬化時間および温度は後述の実施例に示し
てある。 しかし、第1図に説明した装置は多くの製品に適当で
あるものの、この装置では特定の用途に用いる製品で確
実に高品質を得るのに十分な温度制御を行えないことが
わかった。そこで第2図に例示する実施の形態を開発し
た。第1図の装置と第2図の装置の主要な相違は、後者
ではタンクに水を供給するのと同じパイプでオイルをタ
ンクから除去することである。ある時期には水がパイプ
を通ってタンクに流れ、別の時期にはオイルが同じパイ
プを通ってタンクから流出する。 第2図には、上述の実施例と同一寸法とすることので
きるタンク302を有する反応器300を示す。 温度計304,306,308,310,312,314,316,318,320は隔離
管(たとえば隔離管305および307、他の隔離管には図を
わかりやすくするために番号をふっていない)を介し
て、タンク302内の流体と連動するようつながってお
り、付属したシール手段で隔離管内にシールされ、タン
ク302内の温度を定期的に測定する。覗きガラス管322は
タンク302の長さ方向の軸線と平行にその全長にわたっ
て配置され、タンク302内の水およびオイルのレベルを
直接観察できる。覗きガラス管と連通して平行に覗きガ
ラス管均等化ライン323が配置され、この覗きガラス管
均等化ライン323は覗きガラス管322の全長にわたって等
しい圧力を確保し、気泡を上昇させてさらに良好な観察
を可能とする。 オイルタンク324からの低温のオイルは、オイルポン
プ328によりオイルライン325および326を通して矢印の
方向(上向き)に送給され、タンク302にその頂部付近
で入る。低温のオイルは、オイル分配バルブ332,334,33
6,338,340,342,344,346,348,350を備えたオイル出口マ
ニホールド330を通して吸い出され、これらの各バルブ
は、タンク302内部と常時開放的に連通している流体分
配ライン360,362,364,366,368,370,372,374,376,378と
連動するよう連結されている。オイルは流体分配ライ
ン、オイル分配バルブを通して吸い出され、次にタンク
302の再循環に備えてオイルポンプ328を通過した直後に
オイル冷却器380内で冷却される。オイル冷却器380は通
常の水と組み合わせた冷却器で、これは通常の冷凍機
(図示せず)で冷却される冷水タンク381に水ライン38
5、ポンプ387および水ライン389を通して連結された熱
交換機として図示してある。冷水タンク381内の水温は
当業界で公知の方法によって制御する。 オイルをオイル出口マニホールド330を通して排出す
る方が、オイルをこのようなマニホールドを通してタン
ク302に供給するよりオイルの循環がうまくゆき、その
結果温度制御が良好となり、またオイルポンプ328がタ
ンク302より低い位置にあるので、オイルポンプが空に
なる可能性もなくなることを見出した。 水分配マニホールド382は流体分配ライン360,362,36
4,366,368,370,372,374,376,378にバルブ384,386,388,3
90,392,394,396,398,400,402を介して連結しており、水
分配マニホールドは水ポンプ404に作動連結され、これ
は水加熱器406と連結している。水ポンプ404は高温の水
を、水分配マニホールド382および開放しているすべて
のバルブを通してタンク302に供給する。タンク302内の
水はタンク302底部の水戻りライン426(および常開の保
全バルブ335)を通ってタンク302から出て、水分配マニ
ホールド382とタンク302を再循環するために水ポンプ40
4と水加熱器406に戻る。 オイルをオイルライン327、オイルポンプ328、オイル
冷却器380を通して、そしてオイル冷却器ライン325を通
ってタンク324へと循環させることにより(すなわちオ
イルバルブ329は開放、オイルバルブ331は閉鎖、そして
オイルバルブ333は開放している)オイルをタンク302に
供給する前に、オイルタンク324内にあるうちに作動温
度まで冷却することもできる。(光ファイバーおよび他
の製品の1バッチの処理中は、オイルバルブ329は閉じ
ており、オイルバルブ331は開いている。) 次にオイルをオイルポンプ328によってタンク302に供
給する。あるいは、バルブを適切な順序で開閉すること
により、低温のオイルをオイル溢流ライン424を通し
て、窒素タンク430からの窒素圧力によって押し上げる
こともできるが、この方法の方が費用がかかる。 あるいは、タンク302をオイルで充填し、このオイル
を所望の作動温度に達するまでタンク302を循環させな
がら冷却する。次にタンク302に反応物質のチューブを
上述のようにして装填する。水溜め408からの加熱して
いない水は計量調節器410を通してタンク302に計量しな
がら入れる。遮断バルブ412および414は単に計量調節器
410とバイパスバルブ416を水圧から遮断して、これらの
2つのバルブの保守または交換を可能にしている。反応
器300で製品の1バッチを製造した後、タンク302は水で
充填されているが、次のバッチサイクルを開始する前に
空にしなくてはならない。第2図に例示する実施の形態
では、この過程は窒素圧力ヘッドガスを用いて行われ、
窒素圧力解放バルブ418を開けて、ヘッド空間420内の窒
素がタンク302内の水を水計量ライン422を通して水溜め
408に次回のバッチの製造での使用に備えて押し上げ
る。しかし水は計量調節器410を逆向きに流れることが
できないので、バイパスバルブ416をこの製造サイクル
の最終部分の間開放して、供給水が水計量ライン422を
通って水溜め408に戻れるようにする。タンク302内の余
分のオイルはオイル溢流ライン424を流れてオイルタン
ク324に戻る。 第2図に例示した実施の形態の操作は第1図に例示し
た実施の形態の操作と対応する。タンク302に所望の安
定した温度の低温のオイルを充填し、反応物質を装填し
た後、ハッチ428をシールしてタンク302を窒素タンク43
0からの窒素で圧力均等化ライン432を通して所望の圧力
に加圧する。バルブ436を介して作動する圧力均等化ラ
イン434によって水溜め408に等しい圧力がかかる。もち
ろんこの際圧力解除ライン438のバルブ418は閉じてい
る。バルブ440も開放して、窒素タンク430から窒素ガス
がラインに出てゆき、系全体が加圧されるようにしてあ
る。オイルタンク324を加圧できるよう、バルブ442は当
然開いている。全流体分散系内の圧力はゲージ444から
読みとることができる。 次に加熱していない水を計量ライン422と計量調節器4
10を通してタンク302の底部に計量して入れる。水循環
系を始動させて、計量した水をタンク302底部の水出口
ライン426を通して水ポンプ404と水加熱器406に下向き
に引っ張り、水分配マニホールド382と開いているすべ
ての水バルブを通してタンク302に戻す。第2図の装置
の操作は第1図について上述したのと同じである。 しかし、前述したように、第2図の実施の形態ではオ
イルと水の両方が同じ流体分配ラインを流れるので乱流
が低減する。本実施の形態では、各領域で流体分配ライ
ンを1本だけ使用してオイルと水の両方を分配すること
により、タンク302内の乱流がさらに低減する。デッド
領域は、工程のサイクルの適当な時点で1本の流体分配
ラインを完全に止めることによって維持される。すなわ
ち、開いている最も上側の水バルブと開いている最も下
側のオイルバルブの間に、閉じた流体分配ラインが常に
1本あり、すなわち工程の各段階では常時1つの流体領
域が閉鎖している。たとえば、オイル分配バルブ342が
最も下側の開いているオイル分配バルブであるならば、
流体分配ライン372は閉じていてもオイルも水も通って
おらず、水バルブ398が最も上側の開いた水バルブとな
る。流体分配ラインをオイルの送り出しから水の送り込
みに切り換える際に流体分配ライン中に残っているオイ
ルは、タンク302に流入する水によってタンク302にすぐ
洗い流され、水の上に浮かぶ。の装置によって、本発明
者らが知るうちで最も良好な温度制御、したがって最も
良好な品質管理が可能であることを見出した。この装置
では乱流が低減し水とオイルの相互作用が低減している
ので、極めて良好な品質管理を維持することができる。
さらに、熱的カップリングの効率がよいので、タンクの
許容長さは事実上限定されない。 本発明を実施するには任意の流体を使用することがで
きる。たとえば空気を使用することもできる。単一の流
体、たとえば水を、反応器のタンク内と、タンクの加熱
部分以外を低温に保ちながらタンクの外部を順次加熱す
るのとに使用することもできる。しかし、このような装
置では、熱的カップリング効率が悪く、流体内の熱渦流
によって効率が悪化し、高温領域と低温領域の区分も不
鮮明になる。これらの欠点によって品質管理が困難にな
る。このような反応器装置については後出の比較例でさ
らに詳しく説明する。 これらの知見から図面に関連して説明した2種の流体
を用いる装置を採用した。2種の異った流体が、1互い
に溶解せず、2片方が他方より密度が小さいならば、任
意の2種の流体を用いることができる。本明細書に開示
した好適実施の形態である水と軽いオイルは、これらの
2つの要求を極めて良く満たすので好適な流体である。 このバルブの開閉順序等は上述の装置と同じである。
サーモスイッチ450,452,454,456,458,460,462,464,466,
468は、約−10℃−約0℃の低温のオイルから、35℃−
約65℃とすることのできる高温への温度変化を検出し、
上述のようにリレーを介して水およびオイルバルブを順
番に開閉する特定のプロセス制御機構を始動させる。 光センサ470は水がそのセンサに達すると作動する。
光センサが作動すると計量バルブ410が閉じて、それ以
上タンク302に水が入るのが防止され、いまや、タンク3
02と、すべての流体分配ラインを通して高温の水をタン
クに供給する水分配マニホールド382とよりなる閉ルー
プ内に閉じこめられた水の温度を制御するタイマー制御
装置が始動し、硬化期間を調整するためのタイマーが設
定される。 この方法の利点の1つは、反応性混合物は順送りに上
に向って反応するとともに収縮するが、未反応混合物が
流動性のままなので、不均一な収縮によってボイドが形
成される可能性が除外されることにある。したがって混
合物の一部が収縮すると、未反応材料は単にチューブを
下降し、反応中の界面との接触が保たれる。全収縮が反
応混合物の体積の約8−18%、あるいは25%以下であっ
ても、この収縮によって本発明の方法によって製造した
光伝送体にボイドが生じることはない。(この収縮は、
光スイッチ202が反応性混合物の入ったチューブの頂部
より下側にあっても、光伝送体全体が高温の水に漬かっ
ていることも意味する。)反応器は、未反応混合物が下
向きに流れ、オイルが水の上に浮くような向きならばど
の向きに置いてもよい。しかし注意深く制御しても、反
応器内でしばしば気泡が発生することがわかっている。
しかし反応器を水平方向から約30−45%の角度で傾ける
と、気泡が反応中および未反応の混合物を通って上昇し
ないので、気泡によって最終製品に生じるおそれのある
欠陥部が局在化する。反応器が完全に鉛直であれば、発
生した気泡はさらに上昇して、欠陥のある、そしておそ
らくは使用できない光伝送体の部分が長くなる。 反応器の主要な目的は、形成中の光伝送体の長さ方向
に沿って最適反応温度を順送りに創出し維持しつつ、未
反応混合物をそれより低い非反応性の温度に保って、ボ
イドの形成を防止することにある。 本明細書で説明する反応器、特に第2図に例示した好
適実施の形態は、反応物質の混合物の優れた熱的カップ
リング、したがって温度制御を可能とするので、本発明
者が考えたうちで本発明の方法を実施するのに最良の態
様である。 装置の別の実施の形態では、複数の別個の円周方向の
流体案内コイルを反応管の外面にその長さ方向に間隔を
あけて配置する。反応器を低温の熱伝導性液体、たとえ
ば水またはオイルで充填する。あるいは、停滞または循
環する空気を使用して反応器内の低温を制御し維持する
こともできるが、空気はオイルまたは水より熱的カップ
リングの効率が明らかに劣る。水またはオイルのような
低温の液体を、反応器外部に反応器と近接して設けるの
が有利なコイルを通して循環させて、反応器内部の温度
を維持する。反応を誘発し制御するには、高温の液体、
たとえば水を順次上側のコイルを通して反応器に沿って
循環させて、チューブ状の反応混合物の一部の温度を上
げ、重合を起こさせる。高温領域が反応器に沿って上向
きに移動するとともに、冷却流体を通すコイルを減らし
て低温領域を少なくする。この装置の熱的カップリング
は上述の装置ほど良好ではないが、この装置も高品質の
光伝送体を製造できる。 本明細書で説明した方法および装置は、熱可塑性また
は熱硬化性のロッド、パイプ、チューブおよび断面半径
が長さより相当小さい他の物質の製造に用いるのに好都
合である。本発明は、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネ
ート樹脂などのバー、ロッドなどの製造に現在用いられ
ている注入成型技術のかわりに用いることもできる。 得られた光伝送体をさらに改良するには、内部が極め
て高度に磨かれ、清浄で無傷のシースまたはクラッド材
料を使用するのが望ましい。クラッド内壁の平滑面のす
べての傷は光伝送体の外面に再生され、反応性混合物は
重合時に収縮するにつれてこの傷の上を引きずられるの
で、光伝送体外面に再生する傷は一層大きくなることが
ある。この効果によって光伝送体に縦じわが生じること
がある。クラッドとして適当なのは、通常の押出し装置
で高度に磨いたマンドレルを使用して押出したFEPテフ
ロンチューブである。他にもクラッドとして、たとえば
テフロンより可撓性の塩化ポリビニルを用いることがで
きるが、この樹脂を使用すると光の漏出がひどく、この
光学的特性のため、光伝送体のクラッドにこの樹脂を用
いるのは現在のところあまり望ましくない。 さきにも述べたように、熱硬化プラスチックの光伝送
体を高温と酸素に同時に暴露すると光伝送体の分解が生
じる。しかし有意な酸化は150℃以上の温度でしか生じ
ないので、光を導入する光伝送体の端部(すなわち受光
端)以外ではさして問題にならない。光伝送体の受光端
をガラスエンベロープに収容して空気からシールすれ
ば、有意な酸化を防止できることを見出した。これはチ
ューブ内の限定された量の酸素を使い切ってしまえば、
それ以上光伝送体と反応する酸素は存在しないからであ
る。本発明の光伝送体は例外的な耐熱性を有するので、
ガラスエンベロープを通しての赤外線の透過により光伝
送体に余分な熱が伝えられても、光伝送体は損傷しな
い。 しかし、ガラスエンクロージャに収納した熱可塑性光
伝送体はランプの熱にさらされると収縮して溶融する。
溶融重合体は重合体本体とは異なった屈折率を有し、こ
のため望ましくない光の散乱が生じる。さらに、重合体
が溶融するとコアとシースの位置関係が変化し、光伝送
体の光伝送能力も低減する。 以下の実施例によって、上述の本発明に用いる出発混
合物、方法および反応パラメータ、および得られる光伝
送体の特性を説明する。以下の実施例は、種々の特性を
有する光伝送体の製造に用いることのできる化学物質お
よび操作パラメータの多くの可能な組合せのうち数例を
例示するものに過ぎない。 実施例1 以下の混合物を用いて、光伝送体を下記のようにして
製造した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 を混合、濾過、脱気し、内径0.64cm(025インチ)、長
さ1525cm(50フィート)のFEP(Fluorinated Ethylene
−Propylene、フッ素化エチレン−プロピレン共重合
体、E.I.デュポン(DuPont)社製、屈折率1.34)のチュ
ーブに吸い込んだ。 チューブをU字型に曲げ、温度が約0℃のオイルを充
填した763cm(25フィート)の反応器に入れた。反応器
をシールし、窒素で5.6kg/cm2(80psi)に加圧した。80
℃の水を、反応器に反応器内の水のレベルが30.5cm(1
フィート)/時で上昇する速度で計量しながら供給し
た。このようにして、チューブ内の混合物を、5.6kg/cm
2(80psi)の窒素圧力下で20時間にわたって、長さ方向
に順送りに加熱し反応させた。 次に温度を90℃に上げ、90℃で2時間保った、次に温
度を100℃に上げ2時間保った。 本実施例では使用可能な光伝送体が2本生成し、各光
伝送体は重合時の収縮の後、長さが約610cm(20フィー
ト)であった。(反応器にうまくはまるようチューブを
2つ折りにした際に形成された、チューブの底部のU字
型の部分は使用できず、上記チューブの一部もこの折曲
げにより失われる。)反応後ほとんど空である余分のチ
ューブは切除した。チューブの両方の部分で、固形物質
の上側に不純物と未反応化学物質が観察され、このこと
から精製後も残った数少ない不純物の少なくとも一部
が、前進する網状重合体によって上方に押し上げられ、
完成した光伝送体の均質性と品質が向上することがわか
る。 得られた光伝送体は光をかなり良く伝送した。おそら
く過酸化ベンゾイル残留物のために生じたきわめてかす
かな黄色味が観察された。この材料は150℃以上の温度
に暴露しても流れなかった。 コア材料の長さ2.54cm(1インチ)のサンプル断片を
別個に以下の各溶剤に24時間浸し、架橋の程度を測定し
た。室温のアセトン、50℃のアセトン、室温のテトラヒ
ドロフラン、室温のメチルエチルケトン、50℃のメチル
エチルケトンおよび室温のメチルメタクリレート。サン
プルはすべての溶剤で膨潤したが、溶解はしなかった。
(もちろん加熱した溶剤での膨潤度の方が同じ溶剤の室
温での膨潤度より高かった。)膨潤度はメチルメタクリ
レートで最も高かったが、これはおそらく主成分である
メチルメタクリレート単量体(組成参照、成分1105部あ
たりメチルメタクリレート単量体は70部)のその前駆物
質に対する相溶性のためである。これらの試験から、あ
る程度の架橋が達成されていることがわかる。 実施例2 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 25部 1,3−ブチレンジメタクリレート 10部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 この光伝送体は、実施例1の光伝送体と本質的に同一
の特性を有していた。 実施例3 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 エチルアクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は、実施例1の光伝送体と本質的に
同じ特性を有していた。エチルアクリレートホモポリマ
ーの方がn−ブチルメタクリレートのホモポリマーより
ガラス転移温度が−29゜対15℃で低いので、コアはわず
かにやわらかかった。 実施例4 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 50部 イソプロピルメタクリレート 30部 n−ブチルメタクリレート 20部 1,3−ブチレンジメタクリレート 10部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.7部 得られた光伝送対は実施例1と実質的に同じ特性を有
していた。メチルメタクリレートより反応性の低いイソ
プロピルメタクリレートおよびn−ブチルメタクリレー
トの使用した分を補償するために開始剤の量を多くし
た。開始剤の量を多くした結果、黄色味がより顕著にな
った。 実施例5 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 スチレン 70部 酢酸ビニル 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は実施例1の光伝送体ほど効率的で
はなかったが、これはおそらく酢酸ビニルがホモポリマ
ーとしては屈折率および光の透過性がアクリルまたはメ
タクリルエステルより低いからである。 しかし、可撓性は、実施例1の光伝送体よりわずかに
良好で、実施例2の光伝送体に匹敵した。この実施例5
の光伝送体は実施例1の光伝送体より黄色味が少なく、
これはおそらく酢酸ビニルの反応性がn−ブチルメタク
リレートより高いためである。 実施例6 以下の異なった組成を用いた以外は実施例5を繰り返
した。 スチレン 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は実施例5の光伝送体と同様であっ
たが、n−ブチルメタクリレートの光の透過性および屈
折率が酢酸ビニルより高いので光特性がまさっていた。 実施例7 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 トリアリルシアヌレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 過酸化ベンゾイル 0.5部 得られた光伝送体は実施例1の光伝送体と同様であっ
たが、トリアリルシアヌレートにより生じる架橋度がジ
アリルフタレートと比べて高いのでわずかに硬かった。
所定量の実施例7の光伝送体のコアは、実施例1の光伝
送体の同量のコアより、実施例1で挙げた溶剤での膨潤
が相当少なく、架橋度が高いことが確かめられた。 実施例1と実施例7のサンプルをメチルメタクリレー
トに室温で2日間浸漬した。トリアリルシアヌレートの
量を10部および15部に増やしたサンプルは膨潤の程度が
徐々に少なくなり、トリアリルシアヌレートが15部では
ほとんど膨潤しなかったが、トリアリルシアヌレートが
15重量部の光伝送体は極めて硬く、トリアリルシアヌレ
ートの量が少ない光伝送体ほどは光を透過せず、これは
おそらくトリアリルシアヌレートの光透過性が低いため
である。 実施例8 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 イソプロピルペルオキシド 0.5部 80℃では反応が極めて緩慢であったので、反応温度を
100℃、圧力を7.03kg/cm2(100psi)に上げ、引き続き1
10℃と120℃で各2時間ずつの後硬化した。得られた光
伝送体は実施例1の光伝送体と極めて似ていた。気泡が
観察されたが、これはおそらく重合温度が高い結果であ
る。イソプロピルペルオキシドの使用量を0.3部まで下
げても、本質的に同じ結果が得られた。 実施例9 以下の異なった組成を用いた以外は実施例1を繰り返
した。 メチルメタクリレート 70部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 フェニルアセチルペルオキシド 0.5部 フェニルアセチルペルオキシドの開始剤は、ベンゼン
中、20℃での半減期が0.000476秒であることにも見られ
るように、過酸化ベンゾイルの開始剤と比べて極めて不
安定であった。 この実施例9で製造した光伝送体は多くの欠点、たと
えば気泡、ボイドを示し、これは早期重合、速い重合速
度およびそれに引き続く熱除去の問題、またはメチルメ
タクリレートのような反応性の相対的に高い成分が他の
単量体と実質的に共重合することなしに重合してしまう
ためである。 実施例9の組成を用い、激しい反応を制止するのに有
効な量のn−ブチルメルカプタンを加えて引き続き実験
を行ったが、光伝送体のコアは極めて柔らかく黄色のま
まであった。 実施例10 過酸化ベンゾイルのかわりに、ピーピージー・インダ
ストリーズ・インク、オーガニック・ケミカル・ディヴ
ィジョン(PPG Industries Inc.,Organic Chemical Di
vision)からIPPとして販売されているジイソプロピル
ペルオキシ−ジカーボネートを用いた以外は実施例1を
繰り返した、IPPは凍結ブロックで受領するのだが、室
温では極めて急速に分解して遊離基となって爆発性にな
るので、常時−40℃で貯蔵しなくてはならない。しかし
IPPは凍結時の取扱いが非常にむずかしい。 そこで、IPPの凍結ブロックを相対的に反応性の低い
単量体に、IPP1重量部に対し単量体約10重量部の割合で
溶解することにより、もっと制御しやすいバッチを調製
した。この作業に適した単量体はジエチレングリコール
ビス(アリルカーボネート)で、これはPPGインダスト
リーズ・インク、オーガニック・ケミカル・ディビジョ
ンで製造され、CR−39として販売されている。イソプロ
ピルペルカーボネートは、相対的に活性の低い単量体で
あるCR−39に溶解すると取扱いがより安全になるが、安
全のためには−40℃で貯蔵しなくてはならない。 したがって、0.5部の過酸化ベンゾイルのかわりに、
0.5部のIPPと5部のCR−39を用いた。この組成を用いる
と優れた光伝送体が得られた。さらに重合反応は過酸化
ベンゾイルの場合の80℃と比べて著しく低い45℃の温度
で行った。後重合温度は50℃で2時間、そして60℃でさ
らに2時間とする。過酸化ベンゾイルを使用して製造し
た光伝送体で認められた黄色味は、IPPを用いて製造し
た光伝送体では認められなかった。 実施例11 以下のようにして光伝送体を製造した。 メチルメタクリレート 40部 n−ブチルメタクリレート 30部 ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート) 30部 ジアリルフタレート 5部 n−ブチルメルカプタン 0.5部 10重量%のイソプロピルカーボネートをジエチレン
グリコールビス(アリルカーボネート)に溶解したもの 5部 反応条件は実施例10と同様とした。選れた光伝送体が
製造された。光伝送体のコアは実施例10より良好なテキ
スチャーを呈した。またコアはこれまでの実施例のもの
より高い温度に耐えた。これはジエチレングリコールビ
ス(アリルカーボネート)の架橋効果によって重合塊の
架橋度が上がったためである。 実施例12 5部のジアリルフタレートのかわりに10部のトリアリ
ルシアヌレートを用いた以外は実施例11を繰り返した。
得られた光伝送体は実施例11ほど可撓性ではなかった
が、はるかに高温に耐えた。 実施例13 30部のメチルメタクリレートと40部のジエチレングリ
コールビス(アリルカーボネート)を用いた以外は実施
例12を繰り返した。得られた光伝送体は実施例12よりさ
らに可撓性が低かったが、200℃以上のはるかに高温に
耐えることができた。 実施例14 n−ブチルメルカプタンのかわりに0.5部のラウリル
メルカプタンを用いた以外は実施例11を繰り返した。得
られた光伝送体は実施例11の光伝送体と同じ特性を示し
た。実際、他のメルカプタン、たとえばs−ブチルメル
カプタン、t−ブチルメルカプタン、またはドデシルメ
ルカプタンをほぼ同じ比率で含有させても有意な差は認
められなかった。 実施例15 メチルメタクリレートのかわりにスチレンを用いた以
外は実施例11を繰り返した。同じ結果が得られた。スチ
レンが他の成分との反応性が低いのを補償するために反
応時間を長くした(水を30.5cm(1フィート)/75分で
上昇させた)。スチレン誘導体、たとえばα−メチルス
チレン、p−フェニルスチレン、4−t−ブチルスチレ
ンも、75部のスチレンに対して25部以下のスチレン誘導
体の比で含有させても良い結果が得られた。 実施例16 以下のようにして光伝送体を製造した。 ジエチレングリコールビス(アリルカーボネート) 80部 酢酸ビニル 10部 トリアリルシアヌレート 10部 10重量%のイソプロピルペルカーボネートをジエチ
レングリコールビス(アリルカーボネート)に溶解した
もの 10部 重合反応は極めて低速で(反応器内の水は30.5cm(1
フィート)/2時間で上昇させた)、反応温度は55℃に上
げ、圧力は6.2kg/cm2(88psi)に保った。 得られた光伝送体は、実施例11の光伝送体ほどではな
いが光をかなり良く伝送した。コア材料は柔らかかっ
た。コアの後硬化を70℃で2時間、90℃で2時間行った
ところ、もっとばらつきのない材料が得られた。しかし
ながら光伝送体は可撓性ではなくなった。しかしこの光
伝送体は240℃もの高温に耐えることができた。 比較例1 架橋剤(ジアリルフタレート)を組成に含めなかった
以外は実施例1を繰り返した。得られた光伝送体の先端
をフォーカシング・リフレクタを有する石英ハロゲンラ
ンプの焦点に配置した。これは実施例1の光伝送体で使
用したのと同じ方法である。 光伝送体は2方法で検査した。すなわちまず光伝送体
の先端をむき出しで(「ガラスキャップ」なし)、そし
て第2に「ガラスキャップ」付きで検査を行った。最初
の試験では光伝送体のコアが収縮、溶融し、分離したよ
うであった。ランプを点灯して数秒内にメチルメタクリ
レートおよびn−ブチルメタクリレートの匂いがし、材
料の分解を示唆した。実際、発火を防ぐために石英ハロ
ゲンランプを消さなくてはならなかった。その間に、光
伝送体は光を伝送するすべての能力を失った。 第2の試験(「ガラスキャップ」付き)でも、光伝送
体のコアは収縮し、溶融した。今回は溶融物は「ガラス
キャップ」内に収容された。溶融重合体と固体重合体の
屈折率が異なるので、光伝送体の光伝送能力は極めて急
速に失なわれ、その結果光が界面で実質的に散乱した。
コアが溶融するとともに光伝送体がランプから引き離さ
れ、重合体コアとコアを被覆するFEPとの位置関係が変
化した。20分後には、メチルメタクリレートの匂いが広
がって、重合体コアがそのオリゴマーに分解し、さらに
は単量体に分解していることが示唆された。実際、ガラ
スキャップ内での単量体の沸騰によって溶融塊中に気泡
ができているのがよくわかった。光伝送体の品質は試験
開始時にはかなり良好であったが、20分以内に次第に分
解しはじめた。実際、最初の10分間で光の90%までが失
われた。 同じ2つの試験を、実施例1にしたがって製造したサ
ンプルを用いて行ったところ、以下の結果が得られた。
むき出しの光伝送体は最初の1時間は何ら分解の徴候を
示さなかった。1時間を過ぎるとコアの最初の2.54−5.
1cm(1−2インチ)が硬くなり、ランプのエネルギー
によって重合体コアがさらに架橋したこと、および/ま
たは重合が絶対的に終了したことが示された。その後石
英ハロゲンランプに暴露した結果、材料が減量した。6
時間でコア材料の0.6cm(1/4インチ)以下が失われ、ラ
ンプの高熱によって材料が分解していることがわかっ
た。架橋コアの分解速度は線状重合体のコアよりはるか
に低いことが明らかである。 第2の試験では、光伝送体をガラスキャップで被覆し
てランプの焦点に位置させた。1時間後、第1の試験と
同様にコアの最初の5.1cm(2インチ)が硬くなった。
引き続きランプにさらした結果材料が失なわれたが、そ
の速度ははるかにおそく、材料が0.63cm(1/4インチ)
失われるには恒常的な暴露を10日間要した。 上記試験のすべてにおいて、ランプの光伝送体の先端
の間には、回転ファンブレードを配置した。 比較例2 実施例11で設定した条件にしたがって製造した光伝送
体に、比較例1で説明したのと同様の試験を行った。光
伝送体を同じく第1の伝送管の先端がむき出し(「ガラ
スキャップ」なし)、第2に「ガラスキャップ」付きの
2方法について検査した。むき出しの光伝送体は収縮し
たが、その程度は比較例1で説明したのと同一条件で
は、架橋光伝送体と比べて極めて小さかった。さらに、
比較例1の光伝送体が分解の徴候を最初の1時間で示し
たのに対し、この光伝送体は分解の徴候を最初の120時
間示さなかった。しかし120時間後、材料の損失と光伝
送体表面のわずかな黄化が認められた、高強度石英ハロ
ゲンランプへの暴露時の重合体塊の酸化によって材料が
分解し、その後酸化した重合体が失われるようである。
この効果は、黄色表面がランプから遠くへ移動すること
によってさらに確かめられた。それでもなお比較例1で
説明した光伝送体より分解は著しく遅かった。 第2の試験では、光伝送体をガラスキャップでおお
い、ランプの焦点に配置した。120時間という比較的長
い暴露時間の後も材料の減量は認められなかったが、コ
アはきわめてわずかな量収縮した。しかし最も驚くべき
観察結果は、重合体コア表面に黄色味が認められず、酸
化が生じていないことが示されたことである。実際100
日以上にわたる定常的な暴露の後も、重合体コアには材
料の減量が認められなかった。このことは、第1に高濃
度のジエチレングリコールビス(アリルカーボネート)
およびジアリルフタレートによって生じる高い架橋度、
そして第2にホモポリマーとしてのジエチレングリコー
ルビス(アリルカーボネート)がホモポリマーとしての
メチルメタクリレートおよび/またはn−ブチルメタク
リレートに比べてはるかに高い温度に耐えられるという
2つの要因のためである。 比較例3 実施例11の組成を用い、3つの異なった反応器を使用
して光伝送体を製造した。反応器1の構成は、オイルを
用いず、反応器内の2種の媒体が水とその上部の空気か
らなるようにした。水は静止しており、外部手段によっ
て加熱した。水のレベルを30.5cm(1フィート)上昇さ
せ、次に所望の温度に加熱して1時間保ち、次に再び水
を上昇させ、加熱し保温した。空気部分を外部手段で冷
却した(反応器を取りまく銅製コイル内に約5℃の冷水
を定常的に循環させた)。水を押し上げるにつれて空気
の容積が小さくなり、それに応じて外部冷却コイルを止
めていった。610cm(20フィート)の光伝送体を製造し
た。 第2の反応器の構成は、高温の水は反応器内を循環す
が、水の上のオイルは静止しており外部から冷却される
ようにした(反応器をとりまく銅製コイル内に約5℃の
冷水を定常的に循環させた)。水を30.5cm(1フィー
ト)/時で徐々に上昇させると、オイルの量は同じ量だ
け収縮し、タンクのオイルが水で置きかわった部分の冷
却コイルを止めた。 第3の反応器は本発明の好適な実施の形態にしたがっ
て構成した。オイルは氷結することがないので水よりさ
らに低温(−5℃から−10℃)で循環させることができ
た。 第1の反応器で製造したサンプルは多数のボイドと気
泡を示し、これらはおそらく2つのソース、すなわちま
ず光伝送体内の反応の発熱による熱(この熱は上向きに
移動する)、そして第2に水面から空気に伝わる伝導熱
からの熱の除去効率が悪いために生じる。これらの熱を
効率よく除去できないのは、空気の熱伝導率が低く、反
応器が熱除去効率が悪い構成であるためである。 第2の反応器で製造したサンプルは少量の気泡を示し
たが、第1の反応器で製造したサンプルより著しく良好
であった。気泡が生じたのはおそらく反応熱が光伝送体
内を上方に移動してしまい、静止した低温のオイルで除
去されないからである。反応熱の除去が容易でないの
は、反応器内のオイル部分のような静止した媒体中では
局所的な熱の発生が相当量あり、この熱の外への伝導が
部分的にはオイルの粘度のせいで対流が劣勢となること
により容易でないためである。 しかし、本発明にしたがって製造したサンプルは、気
泡や他のボイドが全くない優れた光伝送体となった。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明を実施するためのプラスチック光伝送
体の製造装置の線図的側面図である。 第2図は、本発明を実施するための他のプラスチック光
伝送体の製造装置の線図的側面図である。 符号の説明: 第1図 10……反応器、12……タンク、14……チューブ、16,18
……チューブ14の端部、21,22,23,24,25,26,27,28,29,3
0……チューブ支持板、31……オイル溜め、33……オイ
ルポンプ、35……オイル移送ライン、36……オイル入
口、38……オイル出口、40……オイル溢流ライン、50…
…冷却器、52……オイル循環ポンプ、54……オイル循環
ライン、60,62,64,66,68,70,72,74,76……オイル分配ラ
イン、80,82,84,86,88,90,92,94,96……オイルバルブ、
100……水加熱器、102……水ポンプ、104……水入口マ
ニホールド、110,112,114,116,118,120,122,124,126…
…水分配ライン、111……水温安定化ライン、130……給
水タンク、132……冷水供給ライン、134……水圧均等化
ライン、135……油圧均等化ライン、136……計量調節
器、140……ハッチ、142……ヘッド空間、137……水循
環戻りライン、150,152,154,156,158,160,162,164,166
……水バルブ、180,182,184,186,188,190,192,194,196
……サーモスイッチ、170……タンク12内のオイルと水
の界面、200……オイル溢流ライン40のバルブ、202……
光スイッチ、204……オイル循環バルブ、206……給水制
御バルブ 第2図 300……反応器、302……タンク、303,304,306,308,310,
312,314,316,318,320……温度計、305,307……隔離管、
322……覗きガラス管、323……覗きガラス管均等化ライ
ン、324……オイルタンク、325,326,327……オイルライ
ン、328……オイルポンプ、329,331,333……オイルライ
ンバルブ、330……オイル出口マニホールド、332,334,3
36,338,340,342,344,346,348,350……オイル分配バル
ブ、360,362,364,366,368,370,372,374,376,378……流
体分配ライン、380……オイル冷却器、381……冷却水タ
ンク、382……水分配マニホールド、383……熱交換器、
384,386,388,390,392,394,396,398,400,402……水バル
ブ、385……水ライン、404……水ポンプ、406……水加
熱器、408……水溜め、410……計量調節器、412,414…
…遮断バルブ、416……バイパスバルブ、418……窒素圧
力解放バルブ、420……ヘッド空間、422……水計量ライ
ン、424……オイル溢流ライン、426……水戻りライン、
428……ハッチ、430……窒素タンク、432……窒素圧力
均等化ライン、434……圧力均等化ライン、436……ライ
ン434のバルブ、438……圧力解除ライン、440……窒素
タンクライン、442……バルブ、444……圧力ゲージ、45
0,452,454,456,458,460,462,464,466,468……サーモス
イッチ、470……光センサ。
体の製造装置の線図的側面図である。 第2図は、本発明を実施するための他のプラスチック光
伝送体の製造装置の線図的側面図である。 符号の説明: 第1図 10……反応器、12……タンク、14……チューブ、16,18
……チューブ14の端部、21,22,23,24,25,26,27,28,29,3
0……チューブ支持板、31……オイル溜め、33……オイ
ルポンプ、35……オイル移送ライン、36……オイル入
口、38……オイル出口、40……オイル溢流ライン、50…
…冷却器、52……オイル循環ポンプ、54……オイル循環
ライン、60,62,64,66,68,70,72,74,76……オイル分配ラ
イン、80,82,84,86,88,90,92,94,96……オイルバルブ、
100……水加熱器、102……水ポンプ、104……水入口マ
ニホールド、110,112,114,116,118,120,122,124,126…
…水分配ライン、111……水温安定化ライン、130……給
水タンク、132……冷水供給ライン、134……水圧均等化
ライン、135……油圧均等化ライン、136……計量調節
器、140……ハッチ、142……ヘッド空間、137……水循
環戻りライン、150,152,154,156,158,160,162,164,166
……水バルブ、180,182,184,186,188,190,192,194,196
……サーモスイッチ、170……タンク12内のオイルと水
の界面、200……オイル溢流ライン40のバルブ、202……
光スイッチ、204……オイル循環バルブ、206……給水制
御バルブ 第2図 300……反応器、302……タンク、303,304,306,308,310,
312,314,316,318,320……温度計、305,307……隔離管、
322……覗きガラス管、323……覗きガラス管均等化ライ
ン、324……オイルタンク、325,326,327……オイルライ
ン、328……オイルポンプ、329,331,333……オイルライ
ンバルブ、330……オイル出口マニホールド、332,334,3
36,338,340,342,344,346,348,350……オイル分配バル
ブ、360,362,364,366,368,370,372,374,376,378……流
体分配ライン、380……オイル冷却器、381……冷却水タ
ンク、382……水分配マニホールド、383……熱交換器、
384,386,388,390,392,394,396,398,400,402……水バル
ブ、385……水ライン、404……水ポンプ、406……水加
熱器、408……水溜め、410……計量調節器、412,414…
…遮断バルブ、416……バイパスバルブ、418……窒素圧
力解放バルブ、420……ヘッド空間、422……水計量ライ
ン、424……オイル溢流ライン、426……水戻りライン、
428……ハッチ、430……窒素タンク、432……窒素圧力
均等化ライン、434……圧力均等化ライン、436……ライ
ン434のバルブ、438……圧力解除ライン、440……窒素
タンクライン、442……バルブ、444……圧力ゲージ、45
0,452,454,456,458,460,462,464,466,468……サーモス
イッチ、470……光センサ。
フロントページの続き
(72)発明者 ジヤムシド ジエー・ザリアン
米国 カリフオルニア 91367、ウッド
ランド ヒルズ、カリフア ストリート
22440
(56)参考文献 特開 昭60−42712(JP,A)
特開 昭57−45502(JP,A)
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 1.さやに含まれた透明な、可撓性の、固体の、熱硬化
された、細長い重合体製コアを有する光伝送体であっ
て、 上記コアは均一な組成物からなり、且つ、漸進的なフリ
ーラジカル重合反応の生成物であり、 そして、上記コアは本質的に重合開始剤の残留物を含ん
でおらず、上記さやに含まれたプラスチック光伝送体が
その色を真に伝える性能を有することを特徴とするプラ
スチック光伝送体。 2.該重合体は、実質的に透明な、固体の、可撓性の、
本質的に不純物を含まない熱硬化重合体であって、 該重合体は、架橋性多官能性単量体を使用した、エステ
ル、ビニル化合物およびスチレンからなる群から選択さ
れた少なくとも1つの単量体の重合反応生成物であり、
そして、 該重合体は、上記光伝送体が色を真に伝える程度に不純
物を含まない 特許請求の範囲1記載のプラスチック光伝送体。 3.該重合体は、単量体100部当たり0.5部を越えない量
の重合開始剤を使用して単量体を重合させた生成物であ
る特許請求の範囲1または2に記載のプラスチック伝送
体。 4.該さやはフッ素重合体のさやである特許請求の範囲
1乃至3のいずれかに記載のプラスチック光伝送体。 5.該さやが、清潔で、本質的に傷のない特許請求の範
囲4に記載のプラスチック光伝送体。 6.該さやがチューブである特許請求の範囲4または5
に記載のプラスチック光伝送体。 7.該重量体がアクリレート、アセテート、メタクリレ
ートおよびカーボネートからなる群から選択されたエス
テルである特許請求の範囲2に記載のプラスチック光伝
送体。 8.上記コアが本質的に不純物のない、本質的に重合禁
止剤を含まないものであって、その全体にわたって均一
な屈折率を有する特許請求の範囲1に記載のプラスチッ
ク光伝送体。 9.プラスチック伝送体が少なくとも6.1m(20フィー
ト)の長さのほぼ円筒形である特許請求の範囲1乃至8
のいずれかに記載のプラスチック伝送体。
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