JPH11189437A - ラダー・シロキサンポリマによる製品の被覆方法及び被覆された製品 - Google Patents
ラダー・シロキサンポリマによる製品の被覆方法及び被覆された製品Info
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Abstract
方法及び被覆された製品。 【解決手段】 高い機械的熱安定性を有する被膜を生じ
るシロキサンを基本とする被膜組成物で、製品を被覆す
る方法を提供する。この方法により、焼きなまし前に、
被膜の熔球生成を防止しながら、商業的に許容できる速
度の使用が可能になる。一例を示すと製品は約2000
cp又はそれ以下の初期粘性を有する第1のメチルシル
セキオキサン・オリゴマー、約40,000ないし約9
0,000cpの初期粘性を有する第2のメチルシルセ
キオキサン・オリゴマー、低級脂肪族ケトンの粘性低下
添加物及び触媒を含む組成物で、被覆される。
Description
キサンを含む被膜に係る。
ガラス融体から引かれたガラス光ファイバは、引かれた
ファイバの表面に欠陥が無い限り、良好な強度を示す。
従って、典型的な場合、熱可塑性又は液体供給焼きなま
し可能ポリマを基本とする樹脂で形成される保護被膜
は,通常ファイバが引かれた直後、ファイバと他の表面
が接触する前に、ファイバに供給される。典型的な場
合、ファイバは流体ポリマを通過させる。流体ポリマは
被膜するために、モノマー中又は溶媒中に希釈されてお
り、通過させるのは、たとえば米国特許第4,264,
649号に述べられているような延伸カップを用いるこ
とによる。長時間、温度がたとえば175℃を越える用
途で用いる光ファイバは、そのような温度で機械的に安
定な被膜、すなわち高い機械的熱安定性を有する被膜を
必要とする。従来の紫外線焼きなましアクリル酸樹脂
は、約100℃以下の温度でのみ、安全に使用できる。
それより高い温度に対しては、溶媒を基本とするポリイ
ミド被膜がしばしば用いられる。しかし、ポリマの溶解
度が低いため、たとえば10μmよりはるかに薄い、薄
い被膜のみが、被膜組成中にファイバを通す毎に形成さ
れる。一般に、約10ないし約50μm厚が望ましいた
め、適当な厚さのポリイミドを得るためには、たとえば
順次延伸カップを通すといった繰り返し通過が必要であ
る。更に、溶融を基本としたポリイミド被膜の引張り速
度は、被覆されたファイバがスプール上に巻けるように
なる前に、溶媒を除去し、イミド化反応を完了させるた
め、約0.1m/秒に制限される。そのような制約は商
業生産の条件と両立しない。なぜなら、引張り速度が遅
く、引張りカップを何度も通過させる必要性のため、プ
ロセスは複雑になり、生産性が下り、価格が上昇するか
らである。
(ジメチルシリコーン)といったシロキサンバックボー
ンをもつ材料が、高温用の被覆光ファイバに用いられて
きた。しかし、シリコーン被膜は固く、ガラスファイバ
への固着性が悪く、機械的強度が低い。シロキサン・ラ
ダーポリマ(はしご段に似た交差結合をもつ二重シロキ
サン鎖のプリカーサである有機シルセキオキサン)も、
高温用被膜に用いられてきた。たとえば、ホンジョー
(Honjo)らの米国特許第5,052,779号及
びバグレー(Bagley)らの米国特許第4,83
5,057号を参照のこと。有機シルセキオキサンは典
型的な場合、トリエトキシシランである有機トリアルコ
キシランの加水分解及び凝縮を注意深く制御することに
より作られる。得られるシラノール群は他のシラノール
群又は残ったシリルエトキシ群と凝縮し、シロキサン結
合を形成し、水又はアルコールが除かれる。凝縮は典型
的な場合、たとえば約100ないし約150℃の温度に
加熱すること及び酸又は塩基を添加することにより加速
される。
られているように、シロキサンラダー材料は、通常溶液
中に約5,000ないし約10,000の分子量をもつ
固体シルセキオキサン・ポリマの溶液として、ファイバ
に供給され、溶媒を蒸発させた後、熱的に焼きなまされ
る。シルセキオキサンとともに溶媒を用いることについ
ても、バグレー(Bagley)らの特許に述べられて
いる。メトキシ又はエトキシ置換シランが通常シルセキ
オキサンのプリカーサとして用いられるが、前者の方が
反応性に富む。シロキサンバックボーン上の付属群は、
しばしばメチル又はフェニルである。シルセキオキサン
はシリコーンより強く、より固着性の被膜を形成し、一
般に望ましい機械的熱安定性をもつ。しかし、上で述べ
たシルセキオキサン被膜は、たとえば許容できる気泡の
ない良質の被膜を得るために、0.5m/秒以下のゆっ
くりした引張り速度を必要とする。たとえば、バグレー
(Bagley)らの特許において、引張り速度は比較
的薄い12μmの被膜を得るのに20m/分(約0.3
m/秒)であった。上述のように、そのような引張り速
度は商業用には遅すぎる。典型的な場合、特に高温用光
ファイバの場合、約1m/秒又はそれ以上の引張り速度
が、許容できると考えられる。
で機械的安定性をもち、許容しうる引張り速度で供給で
きるシロキサンを基本とする被膜が望ましい。
る被膜組成物で、製品を被覆する方法が明らかになり、
得られる被膜は、望ましい熱機械安定性を示す。(機械
的熱安定性というのは、たとえば1月以上といった長期
間露出した後、材料がその機械的強度を保ち、約150
倍ないし約400倍の倍率の範囲で光学顕微鏡を通して
見た時、亀裂の拡大が見られない温度をさす。)この方
法ではまた、商業的により許容できる被覆速度が使用で
き、一方焼きなまし前に、被膜に熔球が生じる。
又はそれ以下の初期粘性をもつ第1のメチルシルセキオ
キサン(methylsilsequioxane)・オリゴマー、約4
0,000ないし約90,000cpの初期粘性をもつ
第2のメチルシルセキオキサン、低級脂肪族ケトンの粘
性低下添加物及び触媒を含む組成で被覆される。驚いた
ことに、シロキサン・オリゴマーの全重量に基づいて、
たとえば約1ないし約6重量パーセントといった低級脂
肪族ケトンが少量存在することにより、シルセキオキサ
ン組成物に独特の粘性低下効果を生じさせることが実現
できた。たとえば、シルセキオキサン組成は本質的な量
の(たとえばシロキサン・オリゴマーの全重量に基づい
て、50重量パーセント以上)高い粘性の液体メチルシ
ルセキオキサンを含んだ。(本発明の目的のためには、
オリゴマーは液体のように流れる部分的に反応した材料
を示す。初期粘性というのは、混合物中に含まれる前、
何らかの溶媒又は分散剤が存在しない時のオリゴマーの
粘性を意味する。ここで用いる粘性値は、約25℃の温
度における粘性を意味する。低級脂肪族ケトンは、5を
越えない炭素原子を含むケトンと定義され、本発明の目
的のためには、シクロペンタンも含む。)
セキオキサン・オリゴマーを用いることによって、表面
張力により加わる熔球に対する組成の抵抗が増し、低粘
性メチルシルセキオキサン・オリゴマーと粘性低下添加
物の存在により、良好な被覆速度が得られるという望ま
しい結果が得られる。この方法は特に光ファイバの被覆
に有用である。光ファイバは3m/秒の速度で1回引い
た後、20−30μm厚のメチルシルセキオキサン被覆
で、被覆された。厚さ及び速度は、高温耐性ファイバの
商業用に許容できる。
ルシルセキオキサンのみ(ここでは全メチルと呼ぶ)で
形成された被膜より、高温用に適した修正されたメチル
シルセキオキサン組成で、製品を被覆する方法が明らか
になる。(修正という用語は、ジメチル又はフェニル付
属群の存在を示す。)この第2の実施例に従うと、製品
は修正されたメチルシルセキオキサン・オリゴマー、低
級脂肪族ケトン粘性低下添加物及び適度に強いプロト酸
(非過フッ素添加カルボン酸より強いが、スルホン酸よ
り弱い)触媒を含む組成で被覆される。修正されたオリ
ゴマーは付属群比A:B:Cで特徴づけられ、Aはメチ
ル付属群の割合を表わし、約13ないし約67で、Bは
ジメチル付属群の割合を表わし、約0ないし約33で、
Cはフェニル付属群の割合を表わし、約10ないし約8
0(A+B+C=100)である。(付属群は1ないし
2つの炭素を基本とした群、たとえばメチル、ジメチ
ル、フェニルが付属したシリコン原子を含む部分であ
る。)焼きなまし速度は、修正メチルシルセキオキサン
の具体的な付属群比及び具体的な被膜組成物に強く依存
する。
により、全メチルシルセキオキサンより良好な亀裂耐性
が得られ、粘性低下添加物及び適度に強いプロト酸触媒
により、有用な被膜速度が得られる。この実施例を用い
ると、約2m/秒にも及ぶ速度の1回の引張りで、約1
75℃まで熱機械安定性を示す約20−30μm厚の光
ファイバ被膜を得ることが可能である。この引張り速度
は典型的な場合、得られる高温ファイバに許容できる。
得ることが可能である。この方法は加水分解及び凝縮の
前に、メチルトリエトキシシラン・モノマーを、先に部
分的に加水分解し、凝縮させたジメチルジエトキシシラ
ンと混合することにより作られた修正されたメチルシル
セキオキサン・オリゴマーを含む被膜を供給する工程を
含む。必要に応じて、フェニルトリエトキシシラン・モ
ノマーを部分的に加水分解させたジメチルジエトキシシ
ランに添加し、フェニルトリエトキシシランを部分的に
加水分解させることが可能である。
メチルシロキシ群の大きな塊ができる可能性が減少でき
る。そのように減少することは望ましい。なぜなら、メ
チルシロキシ群が過度に交差結合すると、比較的悪い機
械的熱安定性をもつ固い分子構造ができやすく、そのこ
とは被膜が亀裂を生じやすいことから、明らかである。
この実施例のプロセスから形成された分子構造におい
て、メチルシロキシ群の交差結合は減少し、ジメチルシ
ロキシ群は交差結合間の可塑剤部分として働く。フェニ
ル付属群は交差結合網密度を減らすことにより、衝撃耐
性、熱安定性を増し、構造の全体的な柔軟性に寄与す
る。この柔軟な分子構造は、比較的高い温度に耐えるこ
とができる。たとえば、20:60:20の付属群比を
もつオリゴマーから形成された被膜は、200℃を越え
る温度に、亀裂を生ずることなく、約1月耐えることが
できた。加えて、約1m/秒もの引張り速度により、光
ファイバ上に約20μm厚の被膜が生成できる。やは
り、この引張り速度は、典型的な場合、得られる高温用
ファイバに対し、商業的に許容できる。
り、メチルシルセキオキサン・オリゴマーで製品を被覆
する方法が実現される。この方法は被膜組成を製品に配
置し、被膜を焼きなます工程を含む。被膜組成物は約2
000又はそれより小さい初期粘性をもつ第1のメチル
シルセキオキサン・オリゴマー、約40,000ないし
約90,000cpの初期粘性をもつ第2のメチルシル
セキオキサン・オリゴマー、低級脂肪族ケトンの粘性低
下添加剤及び触媒の混合物を含む。被膜組成物全体の粘
性は、約2,000ないし約20,000cpが有利で
ある。この粘性は許容しうる速い速度で供給でき、しか
しなお熔球耐性をもつ被膜を得るのに有用である。製品
は、光ファイバであることが有利である。種々の形状の
金属製品もまた本発明に従い被覆されることが可能であ
る。
リゴマーは典型的な場合、溶媒のない液体である。被膜
組成物中の全シロキサン・オリゴマーの重量に基づい
て、約10ないし20重量パーセントの範囲の量で、被
膜組成物中に存在するのが有利である。第2の高粘性メ
チルシルセキオキサン・オリゴマーも典型的な場合、溶
媒のない液体である。第2のメチルシルセキオキサン・
オリゴマーは、被膜組成中のシロキサン・オリゴマーの
全重量に基づいて、約80ないし約90重量パーセント
の範囲で存在するのが有利である。
ゴマー、特に第2の高粘性オリゴマーの粘性を下げる揮
発性成分である。(揮発性というのは、熱焼きなましの
初期の段階で、薄いポリマ被膜から容易に除去できる材
料を示す。)添加物は典型的な場合、全シロキサン・オ
リゴマーの重量に基づいて、約1ないし約6重量パーセ
ントの範囲の量存在する。添加物がアセトンであると有
利である。
ーが凝縮して、ラダーシロキサン構造になるのを加速す
る。触媒は全シロキサン・オリゴマーの重量に基づい
て、約0.5ないし約6重量パーセントの範囲の量で存
在するのが有利である。触媒がオクタン酸亜鉛であると
有利である。凝縮反応を加速するために、金属ソープを
用いることが可能である。適当な金属の例には、銅、コ
バルト、ニッケル、モリブデン、クロム、亜鉛、マンガ
ン及びバナジウムが含まれる。有用な触媒というのは、
一般にシェルフライフと焼きなまし速度(それは通常反
比例する)間のバランスを表わす。たとえば、ルイス酸
−アミン複合体のようなエポキシの潜在的焼きなましに
用いられる触媒は、本発明において許容しうる特性を供
するとは考えられない。
より、局所的なオリゴマー凝縮が起りうる。そのような
局所的凝縮の可能性を下げるため、混合前にオリゴマー
と触媒を、希釈することが有利である。溶媒の除去後、
比較的低濃度で溶媒が残る時、溶媒が粘性低下添加物と
して機能できる低級脂肪族ケトンであると有利である。
作成の一方法は、(a)体積の約2倍に、溶媒中に第1
のオリゴマーを希釈し、(b)別に第2のオリゴマーを
溶媒中に希釈し、(c)触媒をその体積の約20倍にな
るよう溶媒中に希釈し、(d)第1のオリゴマー溶液、
第2のオリゴマー溶液及び触媒溶液を混合するものであ
る。次に、溶媒を除去す。もし、溶媒を粘性低下添加物
として用いるなら、所望の量を組成物中に残すのが有利
である。組成物を作成する他のプロセスも可能である。
物を供給する。製品が光ファイバの場合、組成は上述の
ように、従来の延伸カップを用いて供給するのが有利で
ある。被膜は一般的に加熱である任意の適当な方法で焼
きなまされ、焼きなましという用語は、機械的な堅固さ
をもち、不溶性の粘性のない材料の形成をさす。メチル
シルセキオキサン被膜組成物は、焼きなますと、澄んだ
固着性のラダーシロキサン被膜になる。
以上、3m/秒を越えると有利である速度で、引張りカ
ップを用いて、光ファイバ上にメチルシルセキオキサン
被膜組成物を凝縮させ、1回の引張りの後、少なくとも
約20μmの厚さの焼きなまし後の被膜厚を得ることが
できる。全てのメチルシルセクオキサン被覆の機械的熱
安定性限度は以下の実施例1のように150℃以下であ
る。約3m/秒の引張り速度は、ファイバの望ましい温
度耐性と、そのような引張り速度を含むプロセスの費用
が両立し、許容できる。
び付属フェニル群を含む被膜の供給を含む。具体的に
は、製品は修正されたメチルシルセキオキサン・オリゴ
マー、上述の低級脂肪族ケトン粘性低下添加物、適当に
強いプロト酸の触媒の混合物を含む組成で被覆される。
フェニル付属群を含むことにより、酸化安定性が増し、
交差結合網密度が減少し、柔軟性が増し、更に熱衝撃感
受性が減少する傾向がある。典型的な場合、これらのオ
リゴマーは所望の量のメチルトリエトキシシラン、ジメ
チルジエトキシシラン及びフェニルトリエトキシシラン
と必要な量の水を混合し、凝縮させることにより作成さ
れる。置換フェニルを用いることも可能である。
の構造例を以下に示す。(Φはフェニル群を表わす。)
他の付属群分布も可能である。
分布を含み、フェニル群を有することになり、更に過度
に軟らかくすることなく、網密度が減らせる。フェニル
又はジメチル付属群の存在により、以下の例で示される
ように、被膜の焼きなまし速度(すなわち凝縮速度)が
遅くなる傾向があり、従って触媒の選択に影響を与え
る。
特徴とするオリゴマーを用い、Aは単一メチルである付
属群の割合を表わし、典型的な場合、約13ないし約6
7で、Bはジメチルである付属群の割合を表わし、典型
的な場合約0ないし約67で、Cはフェニルである付属
群の割合を表わし、典型的な場合約10ないし約80で
ある。(A+B+C=100(あるいは付属群が等しく
分布するなら99))所望の比は適当な量のメチルトリ
エトキシシラン・モノマー、ジメチルジエトキシシラン
・モノマー及びフェニルトリエトキシシラン・モノマー
を含むことにより得られる。オリゴマーは約100ない
し約4000cpの粘性をもつ液体で、組成の重量に基
づいて、約88ないし約98重量パーセントの範囲の量
含むと有利である。粘性低下添加物は典型的な場合、シ
ロキサン・オリゴマーの重量に基づいて、約1ないし約
6重量パーセントの範囲の量存在する。添加物がアセト
ンであると有利である。
オリゴマーの重量に基づいて、約0.5ないし約6重量
パーセントの範囲の量存在するのが有利である。酸がP
PAであると有利である。適度に強いプロト酸はフェニ
ル付属群が存在する時、許容できる焼きなまし速度を得
るのに有用で、シェルフライフと焼きなまし速度間の許
容できるバランスを表わす。
中、局所的なオリゴマー凝縮の可能性を下げるために、
混合前にオリゴマーと触媒を溶媒で希釈するのが有用で
ある。オリゴマーとともに用いる溶媒が粘性低下添加物
で、所望の量の添加物が、混合後の組成中に残るのが有
利である。
し、焼きなます。この実施例を用いると、1m/秒を越
える速度、2m/秒を越えると有利である速度で引張り
カップを用いて、光ファイバ上に被膜組成物を分配さ
せ、焼きなまし、1回の引張り後、少なくとも約20μ
mの焼きなまし後被膜厚を得ることが可能である。3
3:33:33オリゴマーを用いた被膜の機械的熱安定
性は、約175℃である。
る比率の付属群を有し、200℃以上の温度で、亀裂を
生じることなく1月以上耐えることができる被膜を供給
することができる。メチル、ジメチル及びフェニル付属
群を含むシルセキオキサン・オリゴマーの周知の商業的
な形成方法は、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジ
エトキシシラン及びフェニルトリエトキシシラン・モノ
マー及び必要量の水を混合し、次に凝縮を進めるため、
反応物を加熱することである。この商業的な方法は、ほ
とんどの反応性モノマーであるメチルトリエトキシシラ
ンを部分的に加水分解させ、その後加水分解した物質
を、それ自身又はメチルトリエトキシシランと凝縮させ
るものであることは、従来知られていなかった。周知の
方法により、このようにメチルシロキシ群間の多量の交
差結合を有する材料の塊が得られ、良好な熱機械安定性
を示す比較的固い分子構造が生成する。メチルエトキシ
シラン・モノマーの添加前に、ジメチルエトキシシラン
を部分的に加水分解する時、メチルシロキシ群をジメチ
ルシロキシ群のシラノール群と組合わせることは、別の
メチルシロキシ群との組合せより好ましいことが認識さ
れた。従って、得られる構造において、メチルシロキシ
群の交差結合は減少し、ジメチルシロキサン群は交差結
合間の可塑化要素として働く。フェニル付属群が存在す
る時、過度に軟化させることなく、交差結合網密度を減
らすことにより、分子の全体的な柔軟性に寄与する。
は製品に供給され、組成物はメチルトリエトキシシラン
・モノマーと先に部分的に加水分解された(以後階段状
添加と呼ぶ)ジメチルジエトキシシラン・モノマーを混
合することにより製造されたシルセキオキサン・オリゴ
マーを含む。ジメチルジエトキシシランの事前加水分解
を行う代りに、あらかじめ形成されたジメチルシロキサ
ン短鎖を使うことができる。(短鎖というのは、たとえ
ば360−450という比較的低い分子量をもつ直線状
ポリジメチルシロキサン鎖をさす。)もし必要なら、部
分的に加水分解したフェニルトリエトキシシラン・モノ
マー又はジメチルシロキサン短鎖とフェニルトリエトキ
シシラン・モノマーを混合し、このフェニルトリエトキ
シシラン・モノマーも部分的に加水分解することが可能
である。被覆すべき製品が光ファイバなら有利である。
キサン鎖を形成するか含むことは、全体の交差結合密度
を減らすのに有用であるが、添加したトリエトキシシラ
ン・モノマーとの反応に使えるシラノール群の数が減る
ことが認識された。このように、メチルトリエトキシシ
ラン・モノマーと水を、部分的に加水分解したジメチル
ジエトキシシラン(又はジメチルシロキシ短鎖)に同時
に添加すると、メチルシロキシ群中に、豊富なオリゴマ
ーセグメントが形成される確率が実際に増加した。その
ようなセグメントは著しく交差結合した亀裂に強い領域
を形成するであろう。より高い数のジメチル群を含むこ
とにより、そのような著しい交差結合が形成される可能
性は、減少することがわかった。具体的には、約50な
いし約60のジメチル群の割合(すなわちB値)は、以
下の例2で示されるように、望ましい安定性を得る上
で、有用であることがわかった。約60以上のB値をも
つオリゴマーは典型的な場合、作るのが困難である。
フェニル)で記述されるように、シルセキオキサン・オ
リゴマーは約13ないし約67のA値、0以上約60ま
でのB値、0以上約33までのC値をもつと有利であ
る。Aが約10ないし約30、Bが約40ないし約6
0、Cが約10ないし約30であると、更に有利であ
る。
は、約1000ないし約4000cpである。作製条件
を選ぶことにより、有用な粘性をもつオリゴマーをこの
第3の実施例のプロセスで作ることは可能である。作製
条件はたとえば、モノマーの部分的な凝縮に用いられる
水の量、凝縮させる温度、オリゴマー溶液の温度で、粘
性低下添加物が常に必要というのではないように選択す
る。しかし、熔球耐性をもつ高粘性オリゴマーが使用で
きるよう、低脂肪族ケトン粘性低下添加物を含めること
は有利である。粘性低下添加物がアセトンで、シロキサ
ン・オリゴマーの重量に基づいて、約1ないし約6重量
パーセントの範囲の量であると有利である。凝縮反応を
促進するため、特に製品が光ファイバである場合、触媒
を添加することも有用である。触媒がオクタン酸亜鉛
(フェニルは存在しない)又はPPA(フェニルを含む
オリゴマーに対し望ましい焼きなまし速度を得るのに有
用)であると有利で、シロキサン・オリゴマーの重量に
基づいて、約1ないし約6重量パーセントの範囲の量存
在するのが有利である。
ら、被膜組成物は任意の適当な方法で作成される。その
ような方法の1つは、溶媒で触媒を希釈し、触媒とオリ
ゴマーを混合し、溶媒を取り除くことである。もし溶媒
が粘性低下添加物として働ける材料なら、所望の量の添
加物が組成中に残る。
ように、任意の適当な方法で製品に供給され、焼きなま
された。
いると、約1m/秒の速度で延伸カップを用いて、光フ
ァイバ上に被覆組成物を分配し、1回の引張りで少なく
とも約20μmの焼きなまし後の厚さを得ることが可能
である。以下の実施例2に示されるように、オリゴマー
の付属群比が約20:60:20である被膜は、亀裂を
生じることなく、約1月間、200℃以上の温度に耐え
ることができる。
触媒を含まないオリゴマーの場合の焼きなましの定性的
速度が含まれる。すべてのオリゴマーはOI−NEG、
テルード、オハイオ(OH)から入手した。
ライド上の薄膜の硬さ又は粘性に注意して、定性的に評
価した。最初の試験中、オリゴマーの層(それのみ及び
触媒を含むもの)を6ミル・ドクターブレードで、ガラ
ススライド上に拡散させた。スライドは140又は16
0℃に保たれた通常のオーブン中に置いた。活性な触媒
が少ない場合には、約180℃に置いた。焼きなましの
程度は、鉛筆で被膜がはがせる容易さで評価した。結果
は表Iに示されている。
まし速度に対するそれらの効果として評価した。触媒添
加中の局在したオリゴマーの凝縮の確率を減らすため、
混合前にオリゴマー及び触媒を溶媒中に希釈した。典型
的な場合、全メチルシルセキオキサンでは液体の量を測
り、溶媒のないオリゴマー(約2000cpの粘性をも
つ)をアセトンでその体積の2倍まで希釈した。オリゴ
マーの重量に基づいて、約3−6%の触媒をその体積の
約20倍のアセトン中に溶解し、樹脂溶液に加えた。次
に、溶媒及び粘性低下添加物の両方として用いたアセト
ンを、45℃に保たれた水槽を備えた回転蒸発機を用い
て、所望の両まで除去した。第2のより粘性の高いオリ
ゴマーも、組成に添加する前に、アセトンで希釈した。
修正されたメチルシルセキオキサン・オリゴマーで用い
たのと同じプロセスを用いた。(第2のより粘性の高い
オリゴマーを添加したことは除く。)
供給した。ベンチスケール・タワー上の基板として、従
来のように被覆したファイバを最初に評価した。この装
置上で最初に選択した後、より速い焼きなまし方式を、
被覆カップの直下に置いた3つの3フィート・ワイヤ巻
きシリカ管からなるヒータを付け加えることで修正した
空冷で50グラムの張力を加えた全寸29フィート引張
りタワー上で試験した。
ール濃度を増した効果は、(約3ないし約5のpHをも
つ)酸性化した水を加えることにより評価した。全メチ
ルオリゴマーに水を加えることによって、ある種のオリ
ゴマーの粘性のある被膜が生じ、一方他の上には硬い泡
のある被膜が生じ、従って停止した。
ュールを備えたデュポン9900熱分析器でモニターし
た。焼きなましたオリゴマーの5−10mgの試料を1
0゜/分で、60から550℃まで加熱し、一方容器に
は50cc/分の流速で、酸素を流した。
000の粘性、4−5%残留エポキシ群及び12−14
%OH群をもつメチルシルセキオキサン・オリゴマーの
エタノール溶液で行った。エタノールは除去し、オリゴ
マーでファイバ上を被覆し、焼きなました。0.4m/
秒のタワー引張り速度で、亀裂のない被膜が得られた。
TGA実験により、全メチルオリゴマーは369℃で急
速に重量を失い始めることが示された。
時間をとり、オクタン酸亜鉛は全メチルオリゴマーの許
容しうる触媒であることがわかった。
及び粘性低下添加物は、ライン速度を増す重要な要因で
あることがわかった。具体的には、組成物は64,00
0cp及び2,000cpの粘性を有し、それぞれ6
9:11の重量比で存在し、被膜組成中のシロキサン・
オリゴマーの重量に基づいて、3重量パーセントのオク
タン酸亜鉛及び3重量パーセントアセトンを含む2つの
メチルシルセキオキサン・オリゴマーから作った。組成
物は焼きなまし、亀裂のない20−30μm被膜を、
3.3m/秒のライン速度で形成した。150℃で1月
間経年変化させた後、被膜中に亀裂が観察された。
0%メチルシルセキオキサンを、ある程度の付属メチル
群を、フェニルで置き換え、あるいはジメチルシロキサ
ン群を表Iに示された付属群比に従い、メチルシルセキ
オキサン・バックボーン中に組込むことにより修正し
た。修正したメチルシルセキオキサンは適当な量のメチ
ルトリエトキシシラン・モノマーを、ジメチルジエトキ
シシラン又はフェニルトリエトキシシラン・モノマーと
ともに水と混合し、凝縮を進めるため反応物を加熱し、
エタノールを蒸留することにより作成した。修正したオ
リゴマーは、反応物の無秩序共重合体であることがわか
った。
13:13:75オリゴマーは、それぞれ428℃及び
490℃で重量損失を開始したことを示した。
ゴマーは、全メチル・オリゴマーより焼きなまししにく
かった。シロキサン・オリゴマーの重量に基づいて、2
5メチル:75フェニル・オリゴマーを8重量パーセン
トPPA触媒とともに焼きなました時、もろい被膜が生
じた。シロキサン・オリゴマーの重量に基づいて、8重
量パーセントのPPA触媒を含む(25:31:44の
比で組合せた付属群を有する)33:33:33オリゴ
マー及び20:0:80オリゴマーの3:1混合物は、
0.25m/秒より低い比較的遅い速度で焼きなました
ところ熔球を生じた。溶媒を含まないあらかじめ加水分
解したそれぞれ0:0:100液体オリゴマー及び1
3:13:75オリゴマー、4重量パーセントのPPA
を含む組成を分離するため、5重量パーセントのフェニ
ルシルセキオキサン固体片樹脂を加えたところ、熔球を
含む被膜が生じ、それは0.2m/秒以下の比較的遅い
速度でのみ焼きなましできた。(重量パーセントはオリ
ゴマーの重量パーセントに基づく。)
を決める試みとして、多くの触媒を13:13:75オ
リゴマーと混合した。評価した全金属ソープは3つに分
類された。(1)あらかじめ加水分解したオリゴマーと
あまりにも速く反応し、室温でゲルを形成したもの;
(2)140℃、30秒後に硬い薄膜が形成されるよう
に、凝縮を加速したもの;(3)熱処理後、部分的に焼
きなまされた薄膜のみを生成したもの。グループ(1)
はSn、Sb及びBiソープから成る。グループ(2)
はオクタン酸亜鉛及びカルボン酸鉄のみを含んだ。これ
ら2つのソープは室温に保ち、たとえば140℃といっ
た高温で、硬い薄膜にオリゴマーを焼きなました。残り
の触媒はグループ(3)で、以下の順に活性度が減少し
た:Cu>Co>Ni>Mo>Cr>Zr>Mn=V。
13:13:75オリゴマーとともに用いたオクタン酸
亜鉛の量は、オリゴマーの重量に基づいて、約3重量パ
ーセント又はそれ以下に制限すべきことがわかった。量
をより多くすると、凝縮が好ましくないほど遅くなり、
ベンチスケール引張りタワー上で、焼きなまされない被
膜が生じた。
引張りタワー上で焼きなまされた被膜が得られるライン
速度を決めることにより評価した。67:33:0オリ
ゴマー及びオリゴマーの重量に基づいて、3重量パーセ
ントのオクタン酸亜鉛を含む組成で、約1.25−1.
5m/秒のライン速度が得られた。67:0:33オリ
ゴマーの場合、オリゴマーの重量に基づいて3重量パー
セントPPAでは、約2m/秒のライン速度で熔球生成
被膜が生じた。全メチル又は67:33:0オリゴマー
に、オリゴマーの重量に基づいて、3重量パーセントP
PAを加えたところ、室温でただちに凝縮した。
ーの重量に基づいて)3%PPAを含む組成で、引張り
タワー上で約2m/秒のライン速度が得られた。40:
20:40オリゴマーで同じライン速度を得るために
は、オリゴマーの重量に基づいて、6重量パーセントP
PAが必要であった。全フェニル・オリゴマーは33:
33:33オリゴマー3部及びオリゴマーの重量に基づ
いて、8重量パーセントPPAと混合した時、引張りタ
ワー上で焼きなまされた被膜を得るために、約0.2m
/秒の引張り速度を必要とした。33:33:33オリ
ゴマーとともに、オリゴマーの重量に基づいて6重量パ
ーセントPPAを用いたところ、得られるライン速度は
約1m/秒に減少した。この速度では、20μm被膜が
供給できた。しかし、焼きなましを完了するために、オ
フライン加熱が必要であった。33:33:33オリゴ
マーから生じた被膜は、約175℃の熱的安定性を有し
た。
を、それらを被膜中で使用する場合について評価した。
OI−NEG,トレド、オハイオからオリゴマーを入手
し、約1000ないし約2000cpの範囲のオリゴマ
ーを形成するのに十分な条件下で、OI−NEGにより
作成した。PPA触媒を用いた。表IIはオリゴマーを
作成した方法、被膜に対して行った経時試験及び経時試
験の結果を示す。付属群比に第4の値がある場合(表I
I中及び以下の説明)、第4の値はオリゴマーを形成す
る時含まれたジメチルシロキシ短鎖のモル比を示す。
5オリゴマーは、メチルトリエトキシシラン及び上で短
鎖と呼んだ低分子量(360−450)直線状ポリジメ
チルシロキサン鎖を同時に加水分解することにより作っ
た。25:50:25:0オリゴマーは、メチルトリエ
トキシシラン・モノマー及びフェニルトリエトキシシラ
ン・モノマーを、部分的に加水分解し、オリゴマー化し
たジメチルジエトキシシラン・モノマーに添加すること
により作った。20:60:20:0オリゴマーは、メ
チルトリエトキシシラン・モノマーを、部分的に加水分
解し、オリゴマー化したジメチルジエトキシシラン・モ
ノマー及び部分的に加水分解し、オリゴマー化したフェ
ニルトリエトキシシラン・モノマーに添加することによ
り作った。メチルトリエトキシシラン及びフェニルトリ
エトキシシランを部分的に加水分解したジメチルジエト
キシシランに同時に添加することにより作った33:3
3:33:0オリゴマーは、メチルトリエトキシシラン
を部分的に加水分解したフェニルトリエトキシシラン及
び部分的に加水分解したジメチルジエトキシシランに添
加することにより作った33:33:33:0オリゴマ
ーより、速い凝縮速度(80℃において、オリゴマーの
重量に基づいて、4.5重量パーセントPPA)を示し
た。焼きなましのより速い33:33:33:0オリゴ
マーのみで、光ファイバ上を被覆した。
00mlの丸底フラスコに移し、10mlのアセトン中
に溶解した2.25gのPPA(オリゴマーの重量に基
づいて4.5パーセント)を、フラスコに添加した。一
相のみが見えるまで、フラスコを振り、次にフラスコを
45℃に保たれた水槽を備えた回転蒸発器上に置いた。
オリゴマーの重量に基づいて、約3パーセントが組成物
中に残るまで、アセトンの除去を続けた。この量のアセ
トンを含むことにより、オリゴマーの粘度は約50%減
少した。約3000cp以上の粘度を有する被膜組成物
は、引張りタワー上の加圧した延伸カップで用いるには
粘度が高すぎる。
1と同じ引張りタワー上の裸のシリカファイバ上に供給
した。引張りタワーは被覆カップ直下の3つの3フィー
ト長、ワイヤ巻、シリカヒータ管を加えることにより修
正されていた。1m/秒のライン速度を用いた。直径約
8インチの被覆ファイバのゆるいコイルを、その後一
晩、140℃の空気を強制的に流したオーブル中につる
した。
分析(TGA)モジュールを備えたデュポン9900熱
分析器でモニターした。アルミニウムシート上で140
℃オーブン中で一晩焼きなましたオリゴマーの5−10
mgの試料を、50cc/分の流量で酸素を容器中に流
しながら、10゜/分で60から550℃に加熱した。
もつ光学顕微鏡で調べた。被覆したファイバの強度は、
2点曲げ試験を用いて決めた。曲げ試験は、約1mm長
のファイバを、1000μm/秒の速度の計算機制御さ
れたステップモーターにより共に保持された2つの平行
平板間に置くことにより行った。測定は室温(約25
℃)で行った。
のTGA走査により、酸素中で350℃まで加熱するこ
とにより、2重量パーセント以下の損失が示された。
(80℃における80:0:0:20オリゴマーの凝縮
速度は、遅いライン速度が必要なことを示したので、そ
れ以上検討しなかった。)200℃で51/2週経時試験
した後、86:0:0:14オリゴマーから形成した被
膜は、ファイバの長さだけ延びる長い螺旋状亀裂を有し
た。同じ経時試験後、75:0:0:25被膜は円周状
亀裂を有する領域、螺旋状亀裂を有する領域及び亀裂の
ない領域の不規則な亀裂パターンを有した。このこと
は、メチルシロキシ群の不均一な分布を示唆している。
3:17被膜組成物は両方とも、200℃、51/2週の
経時試験後亀裂を示したが、前者は後者より亀裂が少な
かった。210℃、50日の、より速く焼きなました3
3:33:33オリゴマー被膜ファイバの経時試験で、
多くの規則的な間隔をもつ円周状亀裂が生じた。
れた被膜は、改善された特性を示した。210℃、50
日の経時試験後、ファイバの3−4インチの部分は亀裂
がなく、わずかな不規則な間隔の円周状亀裂のみが、顕
微鏡を通して見えた。
好な特性をもつ被膜を生じた。210℃、28日で経時
試験した5本の10インチファイバの試験では、亀裂は
見られなかった。焼きなましたオリゴマーのTGA分析
により、350℃への加熱で、4.25パーセントの重
量損失を示した。強度試験は20:60:20:0オリ
ゴマーで被覆した経時試験したファイバ及び経時試験し
ないファイバについて行った。中間損傷歪は経時試験し
ないファイバでは7.77%、経時試験したファイバで
は7.92%であった。両方の試料で、与えられた歪に
おける単一モードの分布及び損傷の確率がほぼ全体にあ
ることが観察された。両方の試料で、強度分布は約2%
の実験誤差内で同じであり、このことは経時試験したフ
ァイバ中に亀裂がないことを示している。
考えると、当業者には他の実施例が明らかであろう。
Claims (45)
- 【請求項1】 製品上に被膜組成物を配置する工程を含
み、被膜組成は約2000cp又はそれ未満の初期粘性
を有する第1のメチルシルセキオキサン・オリゴマー及
び約40,000ないし約90,000cpの初期粘性
を有する第2のメチルシルセキオキサン・オリゴマー、
低級脂肪族ケトンの粘性低下添加物及び触媒を含み、被
膜を焼きなます工程を含む製品の被覆方法。 - 【請求項2】 粘性低下添加物はアセトンである請求項
1記載の方法。 - 【請求項3】 触媒はオクタン酸亜鉛である請求項1記
載の方法。 - 【請求項4】 被膜組成物中の全シロキサン・オリゴマ
ーの重量に基づいて、第1のオリゴマーは約10ないし
約20重量パーセントの範囲の量存在し、第2のオリゴ
マーは約80ないし約90重量パーセントの範囲の量存
在する請求項1記載の方法。 - 【請求項5】 粘性低下添加物は、被膜組成物中の全シ
ロキサン・オリゴマーの重量に基づいて、約1ないし約
6重量パーセントの量存在する請求項1記載の方法。 - 【請求項6】 触媒は被膜組成物中の全シロキサン・オ
リゴマーの重量に基づいて、約0.5ないし約6重量パ
ーセントの範囲の量存在する請求項1記載の方法。 - 【請求項7】 製品は光ファイバである請求項1記載の
方法。 - 【請求項8】 被膜組成物はそれを含む容器を通して、
ファイバを引くことにより、ファイバ上に配置される請
求項7記載の方法。 - 【請求項9】 容器を1回通した後の焼きなました被膜
の厚さは、少なくとも約20μmである請求項8記載の
方法。 - 【請求項10】 ファイバは少なくとも約1m/秒の速
度で、容器を通して引く請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 速度は少なくとも約3m/秒である請
求項10記載の方法。 - 【請求項12】 被膜組成物を製品上に配置する工程を
含み、被膜組成物はメチル、ジメチル及びフェニル付属
群を有するシルセキオキサン・オリゴマー、低級脂肪族
ケトンの粘性低下添加物及び適度に強いプロト酸の触媒
を含み、 被膜組成物を焼きなます工程を含む製品の被覆方法。 - 【請求項13】 シルセキオキサン・オリゴマーはA:
B:Cの付属群比を有し、Aはメチル付属群を表わし、
約13ないし約67の範囲で、Bはジメチル付属群を表
わし、約0ないし約33の範囲で、Cはフェニル付属群
を表わし、約10ないし約80の範囲である請求項12
記載の方法。 - 【請求項14】 粘性低下添加物はアセトンである請求
項12記載の方法。 - 【請求項15】 触媒はフェニルホスホン酸である請求
項12記載の方法。 - 【請求項16】 オリゴマーは被膜組成物の重量に基づ
いて、約88ないし約98重量パーセントの範囲の量存
在する請求項12記載の方法。 - 【請求項17】 粘性低下添加物はシロキサン・オリゴ
マーの重量に基づいて、約1ないし約6重量パーセント
の量存在する請求項12記載の方法。 - 【請求項18】 触媒はシロキサン・オリゴマーの重量
に基づいて、約0.5ないし約6重量パーセントの範囲
の量存在する請求項12記載の方法。 - 【請求項19】 製品は光ファイバである請求項12記
載の方法。 - 【請求項20】 被膜組成物は被膜組成物を含む容器を
通して、ファイバを引くことにより、ファイバ上に配置
する請求項19記載の方法。 - 【請求項21】 容器を1回通した後の焼きなまされた
被膜の厚さは、少なくとも約20μmである請求項20
記載の方法。 - 【請求項22】 ファイバは少なくとも約1m/秒の速
度で容器を通して引かれる請求項21記載の方法。 - 【請求項23】 速度は少なくとも約2m/秒である請
求項22記載の方法。 - 【請求項24】 製品上に被膜組成物を配置する工程を
含み、被膜組成物はメチルトリエトキシシラン・モノマ
ー及び必要に応じてフェニルトリエトキシシラン・モノ
マーを、部分的に加水分解したジメチルジエトキシシラ
ン・モノマー又はジメチルシロキサン短鎖と混合する工
程を含むプロセスにより作製されるシルセキオキサンモ
ノマーよりなり、 被膜を焼きなます工程を含む製品の被覆方法。 - 【請求項25】 フェニルトリエトキシシラン・モノマ
ーは部分的に加水分解される請求項24記載の方法。 - 【請求項26】 シルセキオキサン・オリゴマーはA:
B:Cの比率の付属群を有し、Aはメチル付属群を表わ
し、約13ないし約67の範囲で、Bはジメチル付属群
を表わし、0以上約60までの範囲で、Cはフェニル付
属群を表わし、0以上約33までの範囲である請求項2
4記載の方法。 - 【請求項27】 Aは約10ないし約30、Bは約40
ないし約60、Cは約10ないし約30である請求項2
6記載の方法。 - 【請求項28】 被膜組成物は更に低級脂肪族ケトンの
粘性低下添加物を含む請求項24記載の方法。 - 【請求項29】 粘性低下添加物はアセトンである請求
項28記載の方法。 - 【請求項30】 被膜組成物は更に、触媒を含む請求項
24記載の方法。 - 【請求項31】 触媒はオクタン酸亜鉛及びフェニルホ
スホン酸から選択される請求項30記載の方法。 - 【請求項32】 粘性低下添加物は、シロキサン・オリ
ゴマーの重量に基づいて、約1ないし約6重量パーセン
トの量存在する請求項28記載の方法。 - 【請求項33】 触媒はシロキサン・オリゴマーの重量
に基づいて、約1ないし約6重量パーセントの量存在す
る請求項30記載の方法。 - 【請求項34】 製品は光ファイバである請求項24記
載の方法。 - 【請求項35】 被膜組成物はそれを含む容器を通して
ファイバを引くことにより、ファイバ上に配置される請
求項34記載の方法。 - 【請求項36】 容器を1回通した後の焼きなまされた
被膜の厚さは、少なくとも約20μmである請求項35
記載の方法。 - 【請求項37】 ファイバは少なくとも約1m/秒の速
度で、容器を通して引かれる請求項36記載の方法。 - 【請求項38】 焼きなまされた被膜は、約210℃の
機械的熱安定性を有する請求項37記載の方法。 - 【請求項39】 焼きなまされたシルセキオキサン・オ
リゴマーを含み、オリゴマーはメチルトリエトキシシラ
ン・モノマー及び必要に応じてフェニルトリエトキシシ
ラン・モノマーを部分的に加水分解されたジメチルジエ
トキシシラン・モノマー又はジメチルシロキシ短鎖と混
合する工程を含むプロセスにより作製される固着被膜を
含む製品。 - 【請求項40】 フェニルトリエトキシシラン・モノマ
ーは部分的に加水分解される請求項39記載の製品。 - 【請求項41】 シルセキオキサン・オリゴマーはA:
B:Cの比率の付属群を有し、Aはメチル付属群を表わ
し、約13ないし約67の範囲で、Bはジメチル付属群
を表わし、0以上約60の範囲で、Cはフェニル付属群
を表わし、0以上約33の範囲である請求項39記載の
製品。 - 【請求項42】 Aは約10ないし約30の範囲、Bは
約40ないし約60の範囲、Cは約10ないし約30の
範囲である請求項41記載の製品。 - 【請求項43】 被膜は、約210℃の機械的熱安定性
を有する請求項42記載の製品。 - 【請求項44】 製品は光ファイバである請求項39記
載の製品。 - 【請求項45】 被膜は少なくとも約20μmの厚さを
有する請求項44記載の方法。
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