JPS612103A - プラスチツク光フアイバ−の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ＾、　本発明の技術分野 本発明は光伝送性に優れたプラスチック光ファイバーの
製造方法に関する。

Ｂ、従来技術とその問題点 芯成分物質とこれより屈折率の小さい鞘成分物質との芯
鞘二重構造よりなる光ファイバーは情報の伝送機能を有
する素材として古くから知られており、特に主成分が石
英よりなる石英系光ファイバーは伝送損失が慎めて小さ
く、光通信用として実用化されつつある。しかしながら
石英系光ファイバーは可とう性に乏しいこと、重いこと
、ファイバー同士の接続が困難であることなどの欠点を
有している。これに対して芯鞘成分物質とも有機高分子
からなるプラスチック光ファイバーは可とう性に冨み軽
量で、安価に製造できる長所を有しており、最近コンピ
ュータ周辺の短距離通信用光伝送媒体として注目されつ
つある。しかしながらプラスチック光ファイバーの最大
の欠点は伝送損失が大きい点にあり、伝送損失の軽減に
関して種々の改善が提案されている。

一般にプラスチック光ファイバーの透光性は芯成分物質
の透明性、鞘成分物質の透明性および芯鞘界面の構造に
よって決定され、特に芯成分物質の透明性に最も大きく
影響されることが知られている。更に芯成分物質の透明
性は、芯成分物質を構成する単量体組成、および該単量
体を用いて芯成分物質を製造する際の塵埃、異物、微小
ボイドおよび熱劣化物等の不純物の存在に依存すること
が判明している。

かかる点より、透明性に優れる芯成分物質としてメタク
リル酸メチル単位を主成分とする重合体が好適であるこ
とが知られている。また不純物の少ない芯成分物質の製
造法としては連続重合−分離方法（特公昭５３−４２２
６１号）や回分式完全重合法（特開昭５４−６５５５５
号）などが提案されている。しかしながら、これらの方
法はある程度の改善は期待できるが未だ完全ではない。

つまり特公昭５３−４２２６１号に示された方法では重
合後連続紡糸することにより、重合体をチップ化して一
旦系外に出す方法に比べ不純物の混入は軽減されるもの
の、重合行程、揮発物の分離行程では塵埃の発生・持ち
込みが懸念される摺動部を有する攪拌機の設置が必要で
あり、更に、原料および反応混合物の計量移送のため塵
埃の発生が懸念されるポンプ類の設置も必要である。

従って連続重合−分離方法のために避けられない塵埃の
混入がある。また計量移送のため設置される装置が複雑
な流路を形成するため、装置局所への重合体の滞留がお
こりやすく、その結果熱劣化物を生成させることとなる
。また特開昭５４−６５５５５号で提案されている製造
法では芯成分物質となる単量体を高圧力下で、高転化率
まで重合させ、その後引き続き単量体を主成分とする揮
発物を分離することなしに紡糸工程に供する方法を採用
し、不純物の軽減をはかっている。しかし、この方法で
は芯成分物質を重合容器から紡糸炉に移し替えて紡糸す
るために空気中の塵埃の取り込みを完全に防ぐことは困
難であり、更には芯成分物質には１重量％程度の単量体
を主成分とする揮発物が残存することになる。該揮発物
は紡糸工程で微細なボイドを形成し、散乱の原因となり
繊維の透明性を悪化させるため好ましくない。

Ｃ９本発明の目的 そこで本発明者らは芯成分物質としてメタクリル酸メチ
ル単位を主成分とする重合体よりなるプラスチック光フ
ァイバーを製造するに際して、芯成分物質の透明性の改
善をはかるため、塵埃、異物ボイド、熱劣化物などの不
純物を軽減させる方法について、鋭意検討した。その結
果、特に塵埃混入防止、残存単量体の軽減、熱劣化の防
止をはかって、芯成分物質を製造することにより、芯成
分物質中の不純物がきわめて少なく、光伝送性に優れた
プラスチ・ンク光ファイバーの製造を可能にすることを
見い出した。

Ｄ０本発明の構成 すなわち本発明は、芯鞘二重構造を有し、芯成分物質が
ポリメタクリル酸メチルまたは８０重量％以上がメタク
リル酸メチル単量体をなす重合体であるプラスチック光
ファイバーの製造に際して芯成分形成用単量体混合液を
攪拌翼を有しない装置に供給して重合反応を実施した後
、該装置内で重合体中の未反応単量体を主成分とする揮
発物を分離して芯成分物質となすことを特徴とするプラ
スチック光ファイバーの製造方法である。

以下本発明の特徴をさらに詳細に説明する。

まず、メタクリル酸メチルまたはメタクリル酸メチル８
０重量％以上からなる単量体を必要に応じてラジカル重
合開始剤、連鎖移動剤とともに重合装置内に供給する。

２０％未満の共重合可能なモノマの具体例としては、メ
チルアクリレート、エチルアクリレートなどのアルキル
アクリレート、エチルメタクリレート、プロピルメタク
リレート等のアルキルメタクリレートが挙げられるが、
これらに限定されるものではない。

ラジカル重合開始剤、連鎖移動剤の種類および濃度につ
いては、特に限定はないが、ラジカル重合開始剤につい
ては、開始剤の誘導分解が少なく、かつポリマラジカル
の開始剤への連鎖移動か小さい方が好ましいため、アゾ
プロパン。

アゾタージャルビクン、２フェニルアゾ２．４ジメチル
４メトキシバレロニトリルなどのアゾ系化合物が良い。

また濃度については重合温度と使用するラジカル重合開
始剤の分解速度定数に依存するが、大凡Ｉ　Ｘ　１０−
５〜１ｍｏｌ！／　Ｉｔが好ましい。更に連鎖移動剤に
ついては重合体の耐熱性の点からノルマルブチルメルカ
プクン。

ノルマルヘキシルメルカプタン、ノルマルドデシルメル
カプタンなどのメルカプタン類が好ましく、その濃度は
大凡０．００１〜１　ｍａｉｌ　／　（ｌが好ましい。

単量体を主体とする単量体混合液の重合装置内への供給
方法は、重合の前工程である単量体およびラジカル重合
開始剤、連鎖移動剤の絹製法によるが、できるだけ異常
滞留部の少ない簡便な計量槽を用いた不活性気体による
圧力輸送もしくは気相輸送が好ましい。何故ならば、一
般に単量体を主成分とする単量体混合液の重合装置への
計量輸送としては、例えばダイヤフラムポンプなどのポ
ンプ類を使用した機械的液相、輸送が知られているが、
このようなポンプ類には摺動部分を有するため、摺動部
における摩擦による異物の発生を完全に防ぐことは困難
であり、更に摺動部からの系外塵埃の洩れ込みや、異常
滞留部での重合進行が懸念されるからである。なお計量
輸送方式を簡便にすると゛、単量体混合液の計量性に誤
差が生じるおそれがあるが、本発明の方法においては単
量体混合液の組成比さえ一定にしておけば、重合装置へ
の計量輸送に多少の誤差が生じてもかまわない。かかる
点が単量体混合液、もしくは反応混合物質の収支を厳密
に管理するために精密かつ複雑で異常滞留部の比較的多
い計量輸送機を多数使用しなければならない連続重合法
と大いに異なる特徴である。

重合反応温度は１２０℃以上１８０　’Ｃ以下が好まし
い。１２０℃未満の場合、反応制御が困難なゲル効果を
生ずる懸念がある。１８０℃を上用、る場合は、熱劣化
物の生成が著しい。なお場合によってはこの温度範囲で
逐次温度を変更しても良い。重合反応終了時の重合率（
反応混合物中の重合体含有率）は８０％〜９８％が好ま
しく、更に好ましくは８５％〜９８％である。

重合率が８０％未満の場合、揮発物分離工程でより多く
の揮発物を除去しなければならず、分ｌ１ｌｌｔ操作時
発泡が激しく好ましくない。９８％を越える場合は、重
合率を高めるため長時間重合反応を行なう必要があり、
熱劣化物の副生が著しい。

重合反応終了後は、重合装置内で未反応単量体を主成分
とする揮発物の分離を行なう。揮発物の分離装置を重合
装置と別に設けた場合には、重合反応生成物を揮発物分
離装置に移し替える必要があり、移し替え操作時の熱貯
留による熱劣化物の生成および装置がより複雑になるた
め塵埃の混入個所、異常滞留個所が多くなるので好まし
くない。揮発物の分離は熱劣化物の副生を抑制できる点
から短時間で効率よく行なうことが好ましく、分離温度
は１８０℃〜２６０℃、分離圧力は−５（ｌｎＨｇ以下
が好ましい。分離温度が１８０℃未満では重合体の粘度
が高過ぎて、揮発物の分離を速かに行なうことができな
いので好ましくない。また２６０℃を越える場合は重合
体の熱分解が激しく、それに基づく発泡および熱劣化物
の生成があり好ましくない。分離圧力は一５０１■ｇ未
満では揮発物の分離が速かに進行せず、また最終的に重
合体に残存する単量体の量を低くできず好ましくない。

揮発物分離後の重合体中の残存未反応単量体は１重量％
以下が好ましい。未反応単量体が１％を越えて残存する
重合体を使用して芯鞘構造を有するプラスチック光ファ
イバーを製造すると、紡糸時に微小ボイドを形成し、繊
維の透明性を悪化させるばかりでなく、これが糸切れの
原因となり好ましくない。また残存する単量体は密度ゆ
らぎの原因となり、透明性を悪化させるので、１％未満
が好ましく、更に０．５％以下が良い。

揮発物を分離した重合体は、不活性気体加圧により重合
−分離装置の重合体吐出口を経由して紡糸部へ導かれ、
該紡糸部で心鞘二重構造を形成し、プラスチック光ファ
イバーとして繊維化される。

次に本発明を好適に実施し得る装置について図を参照し
て説明するが、これに限定されるものではない。まず、
芯成分物質の製造に際してラジカル重合開始剤、連鎖移
動剤を含む単量体混合液は単量体混合液供給口１を経て
重合・揮発物分離装置２に供給される。この重合揮発物
分離装置２はジャケット３．４を有し、ジャケット内に
は熱媒または冷媒が流入口５または７から入り、排出口
６または８から排出される。

重合反応はジャケット３．４の加熱もしくは冷却によっ
て所定の温度に維持されて進行する。

重合反応終了後は揮発物を取出口９を経て減圧脱揮する
。揮発物分離後は取出口９より不活性気体を重合・揮発
物分離装置２内に封入し、該装置２の下部に設置された
重合体吐出バルブ１０を開とし、重合体を紡糸部へ導く
。その際、芯成分物質はギアポンプ１１を経て口金１２
より定量的に吐出され、繊維化される。

一方、鞘成分物質は、鞘成分物質計量用ギアポンプ１３
を経て口金１２より吐出され、芯鞘複合繊維が得られる
。

なお芯鞘二重構造を有するプラスチック光ファイバーの
製造方法としては、芯成分物質のみを口金部１２より吐
出繊、維化した後、芯成分物質に鞘塗布ダイ１４を通し
て鞘成分物質を塗布する方法を採用しても良い。

Ｅ、　本発明の効果 以下実施例をもって更に本発明の詳細な説明する。

実施例１ メチルメタクリレート１００部からなる単量体に対して
、０．１５部のアゾターシャルブタン、０．１６部のノ
ルマルブチルメルカプタンを溶解した。この単量体混合
液（重合調整液）を予め洗浄された内容積１．５ｅの重
合・揮発物分離装置へ約１！真空蒸留により仕込んだ。

その後、重合・揮発物分離装置内を完全密閉系に保った
まま、内温が１５０℃になるようジャケットに熱媒を循
環させた。１５０℃、５時間で重合反応を終了させ、次
いで３０℃／ｈｒの昇温速度で２１０℃ます重合体温度
を上昇さゼるとともに、重合・揮発物分離装置内の圧力
を當温に戻した後、更に３７５　ｍｍＨｇ／ｈｒの減圧
速度で一７５０＋ｎＨｇまで減圧にさせた。次いで２１
０℃、−７５Ｑ＋ｎＨＨの温度・圧力のまま重合装置内
を２時間保ち、その後不活性気体として乾燥窒素を重合
・揮発物分離装置内に封入し、重合・揮発物分離装置内
の圧力を９　ｋｇ　／　ｃｄｌとなるようにした。

続いて重合・揮発物分離装置と紡糸の連結弁を開き、重
合体を紡糸部へ導き、紡糸のギアポンプにて重合体を計
量輸送して温度２００　’Ｃの口金部より繊維化した。

この際口金部より吐出された芯成分物質となるポリメタ
クリル酸メチルの分子量、重合率を測定したところ、重
量平均分子量８００００．重合率９９．３％であり、微
細発泡ボイドも認められず、良好なファイバーであった
。なお、重合反応終了時に一部ポリメタクリル酸メチル
をサンプリングして、その重合率を調べたところ９５．
３％であった。更にプラスチック光ファイバーとしての
芯成分物質の透明性を調べるため、トリフルオロエチル
メタアクリレート４６部、オクタフルオロペンチルアク
リレート５４部よりなるフッ素化アルキルアクリレート
共重合体を別途合成し、ポリメタクリル酸メチルからな
る芯成分物質に１３０℃で溶融塗布した。この時の繊維
引取り速度は１０　ｍ　／　言−であり、引き取られた
芯鞘二重構造のプラスチック光ファイバーの伝送損失を
測定したところ、波長５７０ｎｍで８３ｄＢ／ｋｍと従
来になく極めて光伝送性のすくれたものであった。

実施例２ 実施例１と同一の装置を用いて、操作条件を変更させた
。つまり、メチルメタクリレート９８部、エチルメタク
リレート２部を単量体とし、単量体に対し０．２６部の
２フェニルアゾ２．４ジメチル４メトキシ−バレロニト
リル、０．２８部のノルマルブチルメルカプタンを予め
各々蒸留により精製した後、単量体混合物として調整し
、内容量１．５ｐの重合・揮発物分離装置へ約１１液相
で差圧により移送し仕込んだ。後重合装置内の温度を１
３０℃に保持し５時間重合を進行させてから、３０℃／
ｈｒの昇温速度で重合体温度を２０℃まで上昇させなが
ら、重合・揮発物分離装置内の圧力を常圧に戻し、更に
徐々に一７５０ｆｉ■ｇまで減圧吸引させた。更に２０
０℃、−７５０＋＋ａｕｇの状態に１時間保持した後、
揮発物の分離を終了させ、実施例１と同様の繊維化を試
みた。その結果、実施率９９．５％、波長５７０ｒ＋ｍ
における伝送損失、９２ｄＢ／ｋｍと極めて伝送性に優
れたプラスチック光ファイバーを製造することができた
。

比較例１ 重合装置と揮発物分離装置を各々別個に設けて行なった
。つまり実施例１と同様の装置・条件で重合反応を終了
させた後、予め洗浄乾燥された揮発物分離装置を重合装
置下部の連結弁に結合させ、重合装置側の温度２００℃
、圧力２ｋｇ　／　ｃｔａ、揮発物分離装置側の温度２
００℃、圧力−２５０ｍｍ１（Ｈに各々保ったまま、重
合装置と揮発物分離装置との連結弁を開にし、重合体を
重合装置内より揮発物分離装置内へと移送した。

移送終了後、実施例１と同様に９　ｋｇ　／　ｃｎｔの
乾燥窒素を揮発物分離装置内に封入しながら、揮発物分
離装置と紡糸部との連結弁を開き、重合体を紡糸部に導
きながら、口金部を経由して繊維化させた。この繊維の
分子量・重合率は実施例１とほぼ同等であった。しかし
ながら、実施例１と同様の芯鞘二重構造形成法により光
ファイバーとしての伝送損失を測定したところ、波長５
７０ｎｍにおいて、１８０　ｄＢ／　ｋｍと好ましくな
かった。

比較例２ 残存単量体量を１重量％以上にした。つまり、実施例１
と同様の方法により重合反応を終了させた後、揮発物分
離条件として、３０’Ｃ／ｈｒの昇温速度で２００℃ま
で重合体の温度を上昇させると共に、重合・揮発物分離
装置内の圧力を常圧に戻した後、１２０　ｍ＊Ｈｇ／ｈ
ｒの減圧速度で２００ｍＨｇまで減圧にさせた。更に２
００℃、２００ｍ１ｇの温度・圧力のまま、重合・揮発
物分離装置内を２時間保った。その後、実施例１と同様
の方法により繊維化、および芯鞘二重構造の形成を行な
った。その結果、繊維化された重合体の重合率は９７．
５％であり、繊維内に微小ボイドが観測された。更に光
ファイバーとしての伝送損失は波長５７０ｎｍにおいて
４３０ｄＢ／ｋｍと好ましくなかった。

【図面の簡単な説明】

図は本発明を実施するのに好適な装置の一例を示す概略
図である。 １・・・単量体混合液供給口、２・・・重合・揮発物分
離装置、９・・・揮発物吸引口、不活性気体封入口、１
０・・・重合部・紡糸部連結弁、１１・・・芯成分物質
計量用ギアポンプ、１２・・・紡糸用口金部、１３・・
・鞘成分物質計量用ギアポンプ、１４・・・鞘成分物質
塗布グイ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）芯鞘二重構造を有し、芯成分物質がポリメタクリ
   ル酸メチルまたは８０重量％以上がメタクリル酸メチル
   単位をなす重合体であるプラスチック光ファイバーの製
   造に際して、芯成分形成用単量体混合液を撹拌混合翼を
   有しない装置に供給して重合反応を実施した後、該装置
   内で該重合体中の未反応単量体を主成分とする揮発物を
   分離して芯成分物質を製造することを特徴とするプラス
   チック光ファイバーの製造方法。
2. （２）芯成分物質の残存未反応単量体が、１重量％以下
   になるよう揮発物を分離することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載のプラスチック光ファイバーの製造方
   法。