KR100204260B1

KR100204260B1 - 방사선-경화성 매트릭스 물질, 이를 함유하는 광학 섬유 리본 및 상기 광학 섬유 리본의 제조 방법

Info

Publication number: KR100204260B1
Application number: KR1019900009481A
Authority: KR
Inventors: 클라크 두엑커 데이빗
Original assignee: 로우렌스 엘. 다이커; 보오덴 케미칼 인코포레이팃드
Priority date: 1989-06-27
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1999-06-15
Also published as: AU622752B2; JPH0339314A; JP3441725B2; DE69028051D1; JP3444855B2; GR3020823T3; DE69028051T2; JP2003185895A; EP0407004A3; JP2001215373A; AU4853290A; US6449413B1; EP0407004A2; US6122428A; DK0407004T3; ATE141301T1; EP0407004B1; CA1341128C; US5881194A; ES2090096T3

Abstract

코우팅 및 잉크처리된 광학 섬유 결합용 방사선-경화 매트릭스 물질이 개시된다. 그 물질은 지방쪽 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트; 다수의 아클릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체; 알킬 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트; 및 광 개시제를 포함한다. 또한, 그로부터 제조된 광학 섬유리본; 상기 리본을 제조하는 방법; 및 기질을 코우팅하는데 일반적으로 적용될 수 있는 방사선-경화 코우팅 조성물 역시 개시된다.

Description

방사선-경화성 매트릭스 물질, 이를 함유하는 광학 섬유 리본 및 상기 광학 섬유 리본의 제조 방법

본 발명은 광학 섬유 리본을 위한 매트릭스 물질로서 유용한 방사선-경화성 조성물; 상기 매트릭스 물질을 함유하는 광학 섬유 리본; 및 상기 매트릭스-함유 리본의 제조방법에 관한 것이다.

광학 유리 섬유는 전기통신 산업에 대변혁을 일으켰다. 그 결과 유리섬유의 많은 고유 결점이 없는 광학 섬유에 대한 요구가 굉장히 성장하였다.

유리 섬유는 연신되자마자 강해지고, 고유결점이 거의 없다. 그러나, 상기 원래의 섬유는 먼지 및 습기를 포함하는 환경조건으로의 노출로 매우 쉽게 흠이 생긴다. 그래서, 당분야에서는, 외부의 해로운 힘으로부터 아래놓인 유리섬유를 최소로 보호할 수 있고, 광학 섬유 성능에 해로운 효과를 미치는 하나 이상의 다양한 잠재적인 문제를 그들이 제거할 수 있도록하는 성질을 최적으로 소유한 수많은 코우팅이 개발되어져 왔다. 상기 성질은 특히, 섬유가 큰 온위(potential temperature) 사용 범위에서 유용해지도록 하는 유리 전이온도; 섬유로부터 멀리 벗어난 임의의 광신호를 반사시키는 섬유의 굴절율 보다 더 큰 굴절율; 예컨대, 자외선 조사하의 빠른 경화; 및 코우팅 또는 섬유 자체에 손상을 일으키고 두 개 모두를 이층(delamination)시킬 수 있는 습기에 대한 고 불투과성을 포함한다. 이외에, 코우팅을 사용하는 동안은 섬유에 부착되어 있도록 하지만 본래의 섬유 및 코우팅에 최소의 손상을 남기면서 그것으로부터 쉽게 벗겨지도록 하기 위해 섬유와 코우팅 사이의 접착력 수준은 최적화되어야만 하고, 그 결과 섬유는 현장에서 쉽게 접속(splicing)될 수 있을 것이다. 무엇보다도 먼저, 섬유 코우팅은 오랜기간 예컨대 25년 이상에 걸쳐 아래놓인 섬유를 보호하기 위해 우수한 열, 산화, 및 가수분해 안정성을 보여야만 한다.

가까운 거리, 섬유-가정(fiber-to-the-home)용도와 같은 특정 적용에서, 단일 코우팅처리된 광학 섬유는 한곳에서 다음으로 신호를 적절하게 전송시킬수 있다. 그러나, 대부분의 실시양태에서는 많은 수의 섬유가 큰 부피의 신호를 전송하는데 필요하다. 예컨대, 전기통신 산업에서, 해양 또는 대륙에 뻗치고 12개의 개별 섬유를 함유하는 섬유 다발(aggregate)이 요구될 것이다. 섬유는 편리하게 케이블로 모아지고, 여기서, 많은 수의 코우팅처리된 광학 섬유는 평행하게 놓이며, 섬유 유리, 스틸 테이프 및 강화된 고무 케이블링 물질을 포함할 수 있는 충진(layered) 배열같은 통상적인 시이딩(sheathing)물질에 의해 보호된다.

많은 개별 코우팅처리된 광학 섬유가 케이블로 모아졌을 때, 각 개별 섬유가 확인될 수 있도록 해야 한다. 예컨대, 두 개의 케이블 세그먼트가 함께 접속될 때, 신호가 적절하게 전달되도록 광학 섬유 각각의 말단이 함께 접속될 필요가 있다. 단지 몇 개의 섬유만이 케이블에 포함될때는, 각 개별 섬유의 코우팅이 특징적인 색을 가짐으로써 적절하게 확인될 것이다; 그래서, 접속기(splicer)는 초록색 섬유는 초록색 섬유, 빨강색 섬유는 빨강색 섬유등을 간단히 매치시킬 것이다.

그러나, 케이블이 100개 이상의 섬유를 포함할때는, 각 섬유가 구별될 수 있도록 색에 대해 충분한 수의 구별이 분명한 잉크를 사용한다는 것은 불가능할 수 있다. 그래서, 각 섬유를 구별하는 기하학적 수단이 사용된다. 예컨대, 각 층이 서로 다른 12가지 색의 잉크-코우팅된 섬유를 함유하도록 섬유를 다수의 층으로 배열하면 접속시 섬유를 매치시키는 작업이 훨씬 수월해질 것이다.

많은 섬유의 상기 공간적 규칙배열(ordering)이 수행될 수 있는 한가지 시행법은 이차원 섬유 배열을 하는 것인데, 여기서 섬유는, 배열내 섬유가 서로 평행하게 배치되도록 주어진 배열내에서 대개 평면 배열로 위치한다. 이들 배열은 삼차원 구조에서 하나위에 다른 하나가 쌓아올려진다.

상기 배열은 당분야에서 리본으로서 공지된다. 예컨대, 접착-코우팅 처리된 마일러(Mylar) 테이프의 두 개 시이트 사이에 코우팅처리된 평행한 광학 섬유로 샌드위치를 형성시켜 상기 형상으로 섬유를 고정시켜 이차원 리본을 제조함이 공지되어 있다. 상기 샌드위치는 구조적 통합성(integrity) 및 택(tack) 없는 외부 표면을 제공한다.

그러나, 테이프가 샌드위치 총 부피의 실질적인 비율로 채워지기 때문에 상기 배열은 최적 이하가 되어서, 여러 샌드위치가 케이블을 형성하도록 쌓아올려질 때, 바람직하지 못하게 총 케이블 부피의 고 비율이 (광학 섬유이기보다는 오히려)테이프로 취해진다.

이리하여, 바람직하게 대개 평면의 평행인 배열내에 광학 섬유가 끼워진, 매트릭스 물질을 갖는 광학 섬유 리본을 제조하는 것이 계획되어왔다. 상기 매트릭스 물질은 특히, 적절한 유리 전이 온도를 갖고; 빠르게 경화되어야 하고; 황변하지 않아야 하고; 높은 열, 산화 및 가수분해(습기)안정성을 가져야 한다.

이외에, 매트릭스 물질은, 케이블로 처리되는 동안 섬유 분리를 방지하기에 충분할 정도로 코우팅처리된 착색 광학 섬유에 부착되어야만 하지만, 접속되도록 매트릭스 물질이 섬유로부터 벗겨질 때 개별 잉크-착색 섬유로부터 잉크착색이 제거되도록 부착되지는 말아야 한다. 코우팅처리된 착색 광학 섬유로부터 잉크의 제거는 공장에서 브레이크아웃 파손(breakout failure)으로 일컬어진다; 이는 개별 섬유의 확인을 불가능하게 한다.

이외에, 현장에서 접속기는 트리클로로에탄 또는 에탄올같은 용매의 사용으로 벗겨진 섬유로부터 잔류 매트릭스 및 코우팅물질을 통상적으로 제거하므로, 매트릭스 물질은 내용매성(solvent resistance)을 가져야만 한다. 벗겨지지않은 섬유상 매트릭스 물질은 용매를 흡수하지 않고, 팽창되지 않음으로써 리본의 통합성을 해결한다.

따라서, 한 가지 양태로서 본 발명은 리본 형상으로 코우팅 처리되고 잉크-착색된 광학 섬유를 결합시키기 위한 방사선-경화성 매트릭스 물질을 제공한다. 매트릭스 물질은 일반적으로, (a) 지방족 폴리에테르-기재된 우레탄 아크릴레이트 약 35 중량% 내지 약 98 중량%; (b) 단량체 분자당 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체 약 0.5 중량% 내지 약 35 중량%; (c) 7 내지 18개 탄소원자로 이루어진 알킬 부분을 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%; 및 (d) 광개시제 약 0 중량% 내지 약 10 중량% (여기서, 모든 중량%는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 한다)로 구성된다.

바람직한 실시양태에서, 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트는 개질된 실리콘이고; 이외에 안정화제를 함유하는 매트릭스 물질은 자외선 경화성이고, 광개시제를 적어도 약 1 중량% 함유한다.

대안적인 실시양태에서, 물질은 알킬-함유 아크릴레이트-관능성 단량체(c) 이외에 폴리에스테르-기재 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머같은 부착력을 증가시키는 화합물을 약 1% 내지 약 30% 포함한다.

다른 실시양태에서, 본 발명은, 경화된 매트릭스 물질의 접착층을, 경화된 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트-함유 코우팅 조성물로 코우팅되고 섬유 확인용 서로 다른 개별 착색 잉크를 적용시켜 착색된 유리 광학 섬유에 붙이는 방법을 제공하는데 상기한 바와 같이 접착층을 증가시킬 수 있는 성분을 상기한 바와 같은 비경화된 매트릭스 물질내로 혼입시킴으로써 이루어진다.

다른 실시양태에서, 본 발명은 예컨대, 대개 평면이고, 대개 평행인 배열과 같은 고정 관계(fixed relationship) 내 다수의 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유 및, 매트릭스 물질내 상기 위치에 상기 섬유를 결합시키는 방사선-경화 매트릭스 물질로 구성되는 광학 섬유 리본 어셈블리를 제공한다. 매트릭스 물질은 사용하는 동안 섬유에 접착되어 있지만 그들로부터 쉽게 벗겨질 수 있을 정도의, 섬유에 대한 충분한 접착력을 가진다. 특히, 본 발명에서 매트릭스 물질은 상기한 바와 같은 광학 섬유 리본일 수 있다.

또 다른 실시양태에서, 본 발명은 광학 섬유 리본의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은 바람직한(예컨대, 대개 평행) 배열로 광학 섬유를 기계적으로 정렬시키고; 상기 매트릭스 물질을 섬유 근처에 적용하고; 예컨대, 바람직하게 자외선 또는 전자비임으로 매트릭스 물질을 경화시켜 바람직한 배열로 섬유를 고정(secure)시키는 것으로 구성된다.

또 다른 실시양태에서, 본 발명은 지지체를 코우팅시키기 위한 상기한 바와 같은 코우팅 조성물을 제공한다.

[방사선 경화성 매트릭스 물질]

본 발명은 부분적으로, 예컨대, 리본 또는 다른 바람직한 형상으로 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유를 결합(affix)시키기 위한 방사선-경화성 매트릭스 물질에 관한 것이다. 경화 매트릭스 물질은 특히 하기 성질을 가져야만 한다: 내습성; 내용매성; 벗김의 용이성; 브레이크 아웃 파손(breakout failure)에 대한 내성; 낮은 휘발성 물질 함량; 조사되었을때의 빠른 경화; 및 장기간의 열, 산화 및 가수분해안정성. 이는 또한 황변되지 말아야 한다. 또한, 케이블링되는 동안 파손에 대한 내성이 있어야만 한다. 케이블링은 케이블을 형성시키기 위해 다수의 리본을 함께 모으는 방법을 기술하는데 사용된 용어이다.

매트릭스 물질은 적어도 세 개, 만일 자외선 경화가 고려된다면 적어도 네 개의 기본성분을 포함한다 : (a) 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트; (b) 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트기를 갖는 단량체; (c) 알킬 아크릴레이트 또는 알킬 메타크릴레이트 단량체; 및 (d) 임의로, U.V.-경화성 조성물을 위한 광개시재.

(A) 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트

첫 번째 성분은 특이 우레탄 아크릴레이트이다. 특히, 이는 지방족 폴리에테르 폴리올을 기재로 하고, 이는 지방족 폴리이소시아네이트와 반응하고 아크릴화된다.

바람직한 실시양태에서, 상기 성분은 실리콘-개질된 예컨대, 폴리에테르 백본(backbone)부분으로 공반응된 실리콘을 갖는 올리고머이다. 실리콘-개질 대안물은 잉크(즉, 비-실리콘-함유 우레탄 아크릴레이트보다 더 적은 접착력을 보이는)와 비교할 때 가장 바람직한 박리(release) 특성을 제공할 수 있다.

상기 성분은 우수한 열 및 가수분해 성질 및 낮은 유리전이도를 갖고, 어느 정도 황변되지 않도록 선택된다.

폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트는 (a)-(b) 성분의 총 중량 기준으로 매트릭스 물질 조성물의 약 35 중량% 내지 약 98 중량%를 차지한다. 바람직하게, (a) 성분은 (a)-(b) 성분의 총 중량 기준으로 약 53 중량% 내지 약 87.5 중량% 및 더욱 바람직하게 약 64 중량% 내지 약 80 중량%를 차지한다. 만일 상기 성분이 약 35 중량% 이하로 사용된다면, 매트릭스의 박리 성질은 손상될 것이다. 만일 약 98 중량% 이상이 사용된다면, 조성물이 점도는 바람직하지 않게 높고, 또한, 에탄올, 트리클로로에탄 또는 이소프로필 알콜 같은 매트릭스에 의해 흡수될 수 있고 현장에서 사용될 수 있는 특정 용매에 매트릭스가 노출될 때 팽창이 일어난다.

적절한 우레탄 아크릴레이트(a)의 예는 이들예에 국한되지는 않지만, 실리콘-개질 화합물인 Ebedry1 4842 (Chempol 19-4842에 상응함) 및 실리콘-개질 화합물이 아닌 Ebecryl 19-6264를 포함하고, 이는 반응성 용매로서 1,6-핵산디올 디아크릴레이트 약 15 중량%를 포함하고, 이들 둘다는 Radcure Specialities Inc. (Louisville, Kentucky)로부터 구입가능하다.

(B) 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트기를 갖는 단량체

매트릭스 물질의 두 번째 성분은 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체이다.

2 이상의 관능성을 가지지만 바람직하게는 3 관능성인 상기 성분은 경화 코우팅의 가교 밀도를 증가시켜서, 내용매성(매트릭스로의 용매 흡수를 막는)을 개선시키고, 모듈러스를 증가시킨다. 적절한 성분(b)의 예는 이들예에 국한되는 것은 아니지만, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트; 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트; 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트; 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트; 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트; 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트; 트리메틸올프로판 프로폭시실레이트 트리아크릴레이트; 트리메탄올프로판 프로폭실레이트 트리메타크릴레이트; 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트; 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리메타크릴레이트; 글리세롤 프로폭시트리아크릴레이트; 글리세롤 프로폭시트리메타크릴레이트; 디펜타에리트리톨 모노히드록시 펜타아크릴레이트; 디펜타에리트리톨 모노히드록시 펜타메타크릴레이트; C₆-C₁₂탄화수소 디올 디아크릴레이트; C₆-C₁₂탄화수소 디올 디메타크릴레이트; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직한 성분(b)는 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트이다.

다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 관능성을 갖는 단량체는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로, 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 35 중량%를 차지한다. 바람직하게, 마찬가지로 (a)-(d)의 총 중량을 기준으로, 조성물의 약 10 중량% 내지 약 25 중량%를 차지하고, 더욱 바람직하게는 약 15 중량% 내지 약 21 중량%를 차지한다. 성분(b)가 약 0.5 중량% 이하로 사용된다면, 불충분한 가교밀도, 낮은 모듈러스 및 열등한 내용매성이 결과될 것이다; 만일 약 35 중량% 이상이 사용된다면, 경화 조성물은 접착력이 손상을 입을 정도로 수축될 것이다.(즉, 매트릭스 물질은 코우팅처리되고 착색된 광학섬유에서 멀리 수축될 것이다).

(C) 알킬 아크릴레이트 또는 알킬 메타크릴레이트 단량체

매트릭스 물질의 세 번째 성분은 7 내지 18 개의 탄소원자로 이루어진 알킬 부분을 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트이다.

본 발명의 중요한 특징중 하나는 그의 최적화 접착 수준이다. 즉, 접속을 위해 쉽게 벗겨질 수 있을 정도로 낮지만, 실질적으로 모든 사용조건하에서 접착되어 있도록 하기에 충분히 높은 접착 수준을 가진다. 이외에 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유에 대한 매트릭스의 접착 수준은 이후에 더 자세히 기술된 바와 같이, 서로다른 사용조건에 맞도록 변화된다.

상기 세 번째 성분(c)은 코우팅처리되고, 착색된 광학 섬유에 비해 매트릭스 물질에 박리 성질을 부여하는데 도움이 된다. 상기한 바와 같이, 섬유를 정확하게 함께 접속시키기 위해서는, 현장 근로자가 안에 놓인 코우팅처리된 광학 섬유를 확인케 하는 잉크를 제거시키지 않으면서 매트릭스 물질을 벗겨낼수 있도록 하는 것이 필요하다. 이외에, 상기 세 번째 성분의 포함은 그것을 포함하지 않는 조성물에 비해 매트릭스 물질의 가수분해 안정성을 증가 시킨다. 즉, 증가된 (감소되기보다는 오히려) 접착력이 요구되는, 이후에 논의 된 실시양태에서 조차도, 상기 접착력 감소 성질을 없앨 수 있는 추가 성분이외에도 상기 접착력 감소 성분이 사용되어야만 하고, 접착력-증가 성분은 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트 성분(a)의 일부분으로 대치된다.

다른 실시양태에서, 10 mm/분 크로스헤드 속도로 23℃에서 인스트론(Instron) 모델 1122를 사용하여 T-박리시험(peel test)으로 2.54 cm (1) 너비의 샘플상에 측정한 바와 같이 잉크에 대한 매트릭스 물질의 접착력 수준은 선인치당 약 0.02 Ib. (Ib./in) 내지 약 0.20 Ib./in; 바람직하게 약 0.04 Ib./in. 내지 약 0.15 Ib./in.; 및 더욱 바람직하게 약 0.06 Ib./in. 내지 약 0.10 Ib./in.내에 놓인다.

상기 단량체는 이들예에 국한되는 것은 아니지만, 스테아릴 아크릴레이트; 스테아릴 메타크릴레이트; 이소옥틸 아크릴레이트; 이소옥틸 메타크릴레이트; 라우릴 아크릴레이트; 라우릴 메타크리레이트; C₁₄-C₁₅탄화수소 디올 디아크릴레이트; C₁₄-C₁₅탄화수소 디올 디메타크릴레이트; 카프로락톤 아크릴레이트; 데실 아크릴레이트; 데실 메타크릴레이트; 이소데실 아크릴레이트; 이소데실 메타크릴레이트; 이소보르닐 아크릴레이트; 이소보르닐 메타크릴레이트; 및 이들의 혼합물을 포함한다. 이중에서, 12 내지 18개 탄소원자의 직쇄 알킬기를 갖는 것들이 바람직하다. 특히 바람직한 것은 사르토머 컴퍼니 (Sartomer Company of West Chester, PA)로부터의 Sartomer SR-257 스테아릴 아크릴레이트 같은 스테아릴 아크릴레이트이다.

알킬-관능성 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체(c)는 (a)-(d) 성분의 총 중량 기준으로, 매트릭스 물질 조성물의 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%를 차지한다. 바람직하게, (a)-(d) 총 중량 기준으로, 조성물 약 1 중량% 내지 약 14 중량%, 더욱 바람직하게 약 3 내지 약 8 중량%를 차지한다. 앞서 언급한 바와 같이, 상기 성분이 약 0.5 중량% 이하가 사용된다면, 가수분해 안정성은 손상을 입을 것이다. 20 중량% 이상이 사용된다면, 현장에서 용매에 노출될 때 용매 흡수로 인한 매트릭스 물질의 팽창을 야기시키면서 가교 밀도는 바람직하지 않게 낮아질 것이다.

(D) 광개시제

매트릭스 물질의 네 번째 성분은 광개시제이다. 상기 성분에 대한 필요성은 매트릭스 물질 경화의 계획된 형식에 의존한다: 만약 자외선 경화된다면, 광개시제가 요구된다; 전자 비임에 의해 경화된다면, 물질은 실질적으로 광개시제를 함유하지 않을 것이다.

자외선 경화 실시양태에서, 방사선 경화를 증진시키기 위해 작지만 유효량으로 광개시제가 사용될 때, 매트릭스 조성물의 조기 겔화를 야기시키지 않으면서 알맞은 경화속도가 제공되어야 한다. 이외에, 경화 매트릭스 물질의 광학 투명성을 방해하지 말아야 한다. 또한, 광개시제는 그 자체로서 열적으로 안정하고, 황변되지 안하야하고, 효과적이어야 한다.

적절한 광개시제는 이들예에 국한되는 것은 아니지만, 히드록시시클로헥실페닐케톤; 히드록시메틸페닐프로판온; 디메톡시페닐아세토페논; 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판온-1; 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온; 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온; 4-(2-히드록시에톡시)페닐-(2-히드록시-2-프로필)케톤; 디에톡시아세토페논; 2,2-디-sec-부톡시아세토페논; 디에톡시-페닐아세토페논; 및 이들의 혼합물을 포함한다.

광개시제는 (a)-(b) 성분의 조성물 중량을 기준으로, 조성물의 약 0 중량% (9%는 전자 비임-경화성 양태를 나타낸다)내지 약 10 중량%를 차지한다. 자외선 경화성 양태에서, 광개시제는 (a)-(d)를 기준으로, 조성물의 약 1 중량% 내지 약 10 중량%를 차지한다. 바람직하게, 사용된 광개시제의 양은 (a)-(d) 성분의 총 중량을 기준으로, 약 1.5 중량% 내지 약 8.0 중량%, 더욱 바람직하게 약 2.0 중량% 내지 약 7.0 중량%이다. 특히 바람직한 광개시제는 시바-게이기 코오퍼레이션(Ciba-Geigy Corp., Ardsley, New York)에 의해 Irgacure 184로 공급되는 것과 같은 히드록시시클로헥실페닐 케톤이다.

광개시제가 계획된 양으로 사용될 때, 광개시제는 용량 대 탄성율 커브에서 측정된 경화속도가 1.0 J/cm²이하, 바람직하게는 0.5 J/cm²이하가 요구되도록 선택되어야만 한다.

[임의 성분]

이후에 논의될 바와 같이, 매트릭스 물질은 하나이상의 임의 성분을 또한 함유할 수 있다.

(E) 접착력을 증가시킬 수 있는 성분

상기한 바와 같이, 조절된 접착력 수준이 본 발명의 중요한 변수이다. 앞서 논의한 바와 같이, T-박리 시험으로 측정한 접착력 수준은 약 0.02 Ib./in. 내지 약 0.15 Ib./in. 더욱 바람직하게는 약 0.06 Ib./in. 내지 약 0.10 Ib./in. 의 범위내에 다시 놓여져야 한다. 기능적으로, 이는, 매트릭스 물질이 통상적인 사용조건하에 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유로부터 분리되지 않도록 할 정도로 충분히 접착력이 있어야 하지만, 예컨대 접속 공정동안 코우팅처리되고 착색된 섬유로부터 실질량의 잉크가 제거되지 않으면서 그들로부터 쉽고 확실히 분리되기에 충분할 정도로 박리가능하여야 함을 의미한다.

상기 바람직한 정도의 접착력을 얻기 위해, 매트릭스의 접착 수준을 증가시킬 수 있는 약제를 그것이 혼입되지 않은 조성물에 비해 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유에 혼입하는 것이 필요할 수 있다. 더 높은 접착 수준은 예컨대, 매트릭스 물질에 대해 상당히 열등한 접착력을 가진 잉크가 사용될 때 필요할 것이다. 상기 접착력-증가 첨가제는 폴리에테르-기재된 우레탄 아크릴레이트 성분(a)의 일부분 대신 또는 이외에 사용될 수 있다.

그러므로, 본 발명은 상기 접착력-증가 성분을 비경화 매트릭스 물질에 혼입시켜 경화 매트릭스 물질의 접착층을 코우팅처리되고 착색된 유리 광학섬유에 적응시키는 방법을 포함한다.

접착력-증가 성분이 사용될 때, 이는 바람직하게 성분 (a), (b), (c) 및 (d) 만의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 약 30 중량%로 함유된다.

적절한 접착력-증가 성분은 이들예에 국한되는 것은 아니지만, Cargill, Inc.(Minneapolis, Minnesota)로부터의 Cargill 512 올리고머 및 Radcure Specialties, Inc.로부터의 Ebecryl 284를 포함하는 통상적으로 구입가능한, 폴리에스테르-기재 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 포함한다.

(F) 안정화제

다른 임의 성분의 종류는 다양한 안정화제를 포함한다. 경화 코우팅의 열 및 산화 안정성을 증가시킬 뿐 아니라 비경화 코우팅의 보전 수명 (저장 안정성)을 개선시키기 위해, 하나 이상의 안정화제를 조성물에 포함시킬 수 있다. 적절한 안정화제의 예는 디에틸에탄올아민 및 트리헥실아민 같은 3차아민; 힌더드 아민; 유기 아황산염; 힌더드 페놀; 항산화제; 이들의 혼합물등을 포함한다. 사용될 수 있는 항산화제의 몇가지 특별한 예는 옥타 데실-3-(3'5'-디-t-부틸-4'-히드록시페닐)프로피오네이트; 티오디에틸렌 비스(3,5-디-t-부틸-4-히드록시) 히드로신나메이트 및 테트라키스 [메틸렌 (3,5-디-t-부틸-4-히드록시히드로신나메이트)] 메탄을 포함한다.

안정화제가 사용될 때, 이는 (a)-(d) 성분의 중량 기준으로, 약 0.1 중량% 내지 약 3.0 중량%의 양으로 혼입될 것이다. 바람직하게, (a)-(d) 성분의 총중량 기준으로, 약 0.25 중량% 내지 약 2.0 중량%, 더욱 바람직하게 약 0.5 중량% 내지 약 1.5 중량%로 포함될 것이다. 안정화제의 바람직한 성질은 무이행성(non-migration) (아마도 낮은 극성에 의해 향상된다)을 포함한다. 바람직한 안정화제는 시바-게이기 코오퍼레이션으로부터의 Irganox 1035와 같은 티오디에틸렌 비스(3,5-디-t-부틸-4'-히드록시) 히드로신나메이트이다.

본 발명에 따라 제조된 결과 매트리스 물질은 약 1,000 psi 이상의 모듈러스, 23℃에서 약 5,000 내지 약 9,000 cps의 점도, -40℃ 이하의 유리전이 온도(개시), 낮은 표면 택, 빠른 경화 및 높은 열 및 가수분해 안정성을 가져야 한다.

[광학 섬유 리본 어셈블리]

본 발명은 광학 섬유 리본 어셈블리와 또한 관련된다. 리본 어셈블리는 대개, 고정 관계 예컨대, 평행하고 평면이거나 다른 규정된 배열내에 유지된 다수의 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유 및 방사선 경화성 매트릭스 물질로 구성되고, 여기서 섬유는 끼워지고, 매트릭스는 바람직한 배열로 섬유를 결합시킨다. 매트릭스 물질은 사용하는 동안 섬유에 접착되어 있기에 충분한 접착력을 가지지만, 코우팅처리된 광학 섬유상 잉크층의 결합성을 실질적으로 손상시키지 않으면서 섬유로부터 쉽게 벗길 수 있어야 한다.

리본의 일부분인 광학 섬유는 매트릭스 물질내에 결합되기 전에 단독으로 또는 이중으로 코우팅처리되고, 리본 내 다른 섬유로부터 각각 구별할 수 있도록 그들의 표면상에 잉크층을 포함하는 것들이 당분야에 공지된다.

코우팅처리된 광학 섬유는 예컨대, 유리 코어 및 유리 피복층을 포함할 것이다. 예컨대, 코어는 게르마늄 또는 인 산화물로 처리된 실리카 및 플루오로실리케이트같은 순수하거나 처리된 실리케이트인 피복으로 구성될 것이다. 대안적으로, 섬유는 중합체 피복 실리카 유리 코어로 구성될 수 있다. 상기 중합체 피복물의 예는 폴리디메틸실록산 같은 오르가노실록산 또는 불소화 아크릴 중합체를 포함한다.

섬유 코우팅물은 당분야에 공지된 형태이고, 바람직하게 방사선 예컨대, 자외선 경화된다. 코우팅 조성물은 단일 또는 이중층으로 구성되고, 종종 우레탄 디아크릴에이트 같은 경화 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 성분을 포함한다. 적절한 이차 코우팅은 예컨대, 방향족 폴리에스테르 우레탄 아크릴레이트; 비닐 피롤리돈; 에톡시에톡시에틸아크릴레이트; 광개시제; 및 안정화제로 구성된다.

앞서 논의한 바와 같이, 광학 섬유 리본을 비교적 쉬운 방법으로 접속 시키기 위해, 그들을 부호화하는 색으로 개별섬유를 확인하는 것이 바람직하다. 가장 바깥쪽의 섬유코우팅층에 착색제를 첨가할 수 있다; 그러나, 코우팅은 사용된 잉크의 각 색을 공급하는 드로잉 및 코우팅 기구의 많은 세트를 요구하면서 그것을 적용하기위해 사용된 기구에 색을 입히기 때문에, 실시가 불가능하다.

그러므로, 당분야에 공지된 임의 수단에 의한, 개별 섬유 확인을 위해 서로다른 색의 공학 섬유 코우팅 또는 코우팅들 잉크-함유 층으로 잉크칠하는 것이 더 효과적이다. 적용된 잉크 조성물은 사실상 다양할 수 있지만, 대개 비닐성이고, 예컨대, 하나 이상의 유기 또는 무기 안료; 비닐 공중합체; 합성실리카; 및 유기 용매로 구성될 것이다. 앞서 언급했듯이, 잉크 조성물의 정밀한 성질은 매트릭스내 접착력에 영향을 미치는 성분의 양과 성질을 지시할 것이다.

섬유를 결합시키는 매트릭스 물질은 본 발명을 구성하는 형태 즉, 하기 (a)-(d)로 구성된다. 여기서 모든 %는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 한다 : (a) 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 부분을 갖는 단량체 약 0.5 중량% 내지 약 34 중량%; (b) 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체 약 0.5 중량% 내지 약 35 중량%; (c) 7 내지 18개 탄소 원자로 구성되는 알킬 부분을 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%; 및 (d) 광개시제 약 0 중량% 내지 약 10 중량% 한가지 종류의 리본 구조 및 상기 리본으로부터 만든 케이블은 Genahr 일행의 미합중국 특허 3,411,010 호에 기술되어 있으며, 본원에서 참고로 병합된다.

[광학 섬유 리본의 제조 방법]

다른 양상에서, 본 발명은 광학 섬유 리본 제조 방법을 포함한다. 대체로, 상기 방법은 바람직한(즉, 대개 평면이고 대개 평행인) 형상으로 코우팅처리되고 착색된 섬유를 기계적으로 배열하고; 매트릭스 물질 조성물을 섬유에 적용하고; 경화시키는 것으로 구성된다.

매트릭스 물질을 섬유에 적용시키기 위한 적절하지만 비-제한적인 수단은 하기와 같다. 앞서 기술한 방법 또는 당분야에 공지된 임의 방법에 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유가 사용될 수 있다. 광학 섬유는 바람직한 형상 (예컨대, 서로에 대해 대개 평행이고, 대개 평면인 배치로)으로 기계적으로 배열될수 있다. 예컨대, 말단을 함께 테이프로 붙이거나 그렇지않으면 끌어당겨 섬유를 바람직한 형상으로 유지시킬수 있다. 매트릭스 물질은, 물질이 있는 큰 통으로 섬유를 담그거나, 그 위에 물질을 붓는, 것과 같은 임의 통상적인 수단을 섬유에 적용될 수 있다. 일단 매트릭스가 섬유에 실질적으로 균일하게 적용되면, 이는 방사선 바람직하게 자외선 조사 또는 전자비임을 거쳐 경화될 수 있다. 임의로 복합재료는 움직이는, 더 많은 매트릭스 물질이 거기에 적용되고, 매트릭스는 다시 상기한 바와 같이 경화된다. 결과 리본은 바람직한 배치 (즉, 대개 평행이고 대개 평면인)로 결합되고 고정된 섬유를 포함한다. 코우팅 처리되고 착색된 섬유에 대한 경화 매트릭스 물질의 접착층은 앞서 논의된 형태의 접착층을 증가시킬 수 있는 성분 예컨대, 폴리에스테르-기재 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머의 비경화 조성물로의 혼입으로 조절될 수 있다.

[지지체에 대한 코우팅]

비록 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유를 위한 매트릭스 물질로서 사용하기 위해 코우팅 조성물이 앞서 예시되었다 할지라도, 바람직한 임의의 양태에서 지지체(예컨대, 유연한 지지체)를 코우팅 처리하거나 결합시키는 것이 유용한 것으로 이해되어져야 하고 여기서, 코우팅은 지지체 특히, 잉크-입혀진 지지체애 대한 최적 수준을 가진다. 상기 지지체의 예는 여기에만 제한되는 것은 아니지만, 금속 또는 프라스틱을 포함한다. 예컨대, 조성물은 공급자를 확인하기 위해 전자공학 또는 다른 산업에서 또는 일시적으로 인쇄된 표면을 보호하도록, 요구되는 임의 실시양태에서 사용되듯이, 그 위에 인쇄된 로고를 갖는 유리 또는 프라스틱 지지체에 대한 박리 코우팅으로서 사용될 수 있다. 예컨대, 로고는 상기 박리 코우팅으로 입혀지는 동안 보호될 것이고, 여기스, 코우팅은 소비자에 의해 제거될 수 있다. 그러므로, 더 광범위하게 논의되어, 본 발명은 지체를 코우팅하기 위한 방사선 경화성 코우팅 조성물을 제공하고, 상기 코우팅 조성물은 하기(a)-(d)로 구성되고, 여기서, 모든% 하기 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 한다 : (a) 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 약 35 중량% 내지 약 98 중량%; (b) 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단랑체 약 0.5 중량% 내지 약 35 중량%; (c) 7 내지 18개 탄소원자로 구성되는 알킬 부분을 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체 약 0.5 중량% 내지 약 20 중량%; 및 (d) 광개시제 약 0 중량% 내지 약 10 중량%.

[실시예]

하기 실시예는 본 발명을 더 예증한다. 이들 실시예 및 본 출원의 나머지 부분에서, 모든 부 및 백분율은 건조 고형물 기준으로한 중량부이고, 이외에 언급되지 않는다면 모든 온도는 섭씨(℃)이다. 모든 실시예에서, 경화 속도는 모델 A309 라이트 버그(Light Bug)를 가진 인터내쇼날 라이트 IL 745-A 복사계(radiometer)로 측정했다. 실시예 및 본 출원의 나머지에서, 용어 탄성율 및 인스트론 탄성율은 인장 탄성율을 일컫는다.

중량%가 (a)-(d) 성분의 총중량을 일컫는 본 출원의 나머지에서와는 달리, 실시예에서 중량부는 모든 성분을 포함하여 상기 실시예에 기술된 총 조성물을 일컫는다. 임의 성분은 실시예에 별표(*)로 확인된다. 만일 예시된 코우팅이 광학 유리섬유 리본에 대한 통상적으로 허용가능한 매트릭스를 위한 정밀한 요구와 만나게 된다면, 임의 성분을 사용할 필요가 있다.

[실시예 1]

유연한 지지체애 대한 코우팅 조성물

방사선-경화성 조성물은 다음과 같이 배합되었다 :

결과 (비경화) 배합물의 점도는 6520 cps (브록필드 점도계, 모델 LVT, 6 rpm #34 스핀들을 사용하여 25℃에서) 였다.

액체 50g 샘플을 뚜껑 달린 113.4g (4 oz.) 유리단지로 무게를 재고, 16 시간동안 93.3℃ (200℉) 오븐에서 가열하여 비경화 배합물의 시간 대 점도내 변화의 함수로서 보존수명을 측정했다. 측정된 점도내 변화는 +8.3%였다.

비경화 물질을 지지체에 적용했다. 지지체는 잉크층으로 오버프린트된 대략 7-내지 9-mil 두께의 방사선-경화 코우팅이 그 표면에 테이프 붙여진 평평한 유리 시트로 구성되었다. 방사선-경화 코우팅은 다음과 같이 구성되었다:

오렌지색 잉크는 안료; 비닐 공중합체; 합성 실리카 및 유리 용매로 구성되었다. 이는 코우팅처리된, 착색된 지지체에 오렌지색을 부여한다.

버드 도포제를 사용하여 약 6-mil 코우팅으로서 상기한 코우팅 처리되고 착색된 지지체에 상기 조성물을 적용했다. 200 watts/in의 중압 수은 중기 램프를 사용하여 0.7 J/cm²에서 공기내에 자외선 경화시켰다.

경화 매트릭스 물질의 접착력을 하기와 같이 측정했다. 코우팅처리된 지지체를 3.81 × 2.54 cm (3½×1) 스트립으로 잘랐다. 23℃에서 크로스헤드속도 10 mm/분인 인스트론 모델 1122를 사용하여 100g으로 맞추어, T-박리시험을 행했다. 측정된 접착력 값은 0.075(±0.011) Ib./in. 였다.

ASTM D-3418에 따라 측정한 경화 매트릭스의 유리 전이 온도는 약 -40℃ (개시) 이하였고 우수한 표면택을 가졌다.

샘플의 물 흡수를 하기와 같이 측정했다. 경화 매트릭스 물질을 48 시간동안 23℃ (±2℃)에서 50% (±5%) 상대 습도에서 균형맞췄다. 샘플의 중량을 재고, 중량 A를 기록했다. 그리고나서, 샘플을 25℃에서 증류수에 24시간동안 담그고, 가볍게 쳐서 건조시키고 중량을 쟀다. 상기 중량을 B로서 기록했다. 그 후, 샘플을 24 시간 동안 25℃에서 10 mmHg 압력하에 진공 오븐내에 놓고, 옮기고, 다시 48 시간 동안 23℃ (±2℃), 상대습도 50% (±5%)로 균형맞추고 중량을 재었다. 상기 세 번째 중량을 C로서 기록했다. 하기와 같이 측정한 물 흡수%는 약 2.6% 였다.

샘플의 용매 흡수를 하기와 같이 측정했다. 경화 매트릭스 물질 (6-mil두께)을 약 5.08 × 5.08 cm(2 × 2 inch) 단편으로 자르고, 무게 잰용기로 중량을 측정했다. 필름을 5분간 에탄올에 담그고나서 가볍게 두드려 건조시켰다. 이것을 다시 무게 잰 용기를 옮기고, 5 분 후 다시 중량을 측정했다. 중량에 있어서의 증가분을 초기중량으로 나눈 값에 100을 곱한 것을 % 용매 흡수로 취하였다. 값은 14.2% 였다.

질소 대기하게 40분 동안 200℃에서 열 중량 분석(TGA)으로 상기한 경화되고 평행된 샘플을 분석하여 경화 코우팅내 휘발%를 측정했다. 휘발중량 손실은 5.12%로 측정되었다.

순수한 산소 대기압에서 시차 주사 열량계로 상기한 경화 코우팅의 시료 10 mg을 분석하여 산화 유도 온도를 측정했다. 100℃에서 시험을 시작했고, 온도 발열량의 시작으로 입증되듯이, 산화가 시작될때까지 10℃/분으로 증가했다. 이때, 산화 유도 온도는 약 190℃-약 210℃로 측정되었다.

[실시예 2]

우수한 접착력 및 점도를 가지나 약간 팽창되는 조성물

하기 성분을 갖는 배합물을 제조했다;

브룩필드 점도계, 모델 LVT, 6 rpm에서 #34 스핀들 및 터어모셀 (Thermosel)을 갖춘 브룩필드 74R 온도 조절기를 사용하여 측정한 비경화 배합물의 점도는 25℃에서 5750 cps였다.

배합물을 앞서 실시예의 방법으로 코우팅처리하고 경화시켰다. 5 mm/분의 크로스헤드 속도 및 200 mm/분의 차트 속도를 사용하는 50 kg부하 셀이 장치된 Instron Model 122를 사용하여 측정한 경화 코우팅의 탄성율은 23±5℃에서 1.770 psi였다.

하기 방법으로 접착력을 측정했다. 조성물-코우팅처리되고 경화된 시트 지지체를 너비 3.175 cm 길이 7.62 cm(0.8-by-3) 스트립으로 잘랐다.

지지체에 대한 코우팅의 접착력을 실시예 1에서와 같이 측정했고, 이는 0.079Ib/in 였다. 실시예 1의 방법으로 측정한 용매 흡수(에탄올)는 28.8% 였다.

[실시예 3]

낮은 접착성을 가진 배합물

하기 배합물을 제조했다:

지지체상에 코우팅처리되고, 경화되고, 앞선 실시예의 탄성율 및 접착력 시험에 놓였을 때, 1,320 psi의 탄성율 및 0.03 Ib/in의 접착 수준을 기록했다.

[실시예 4]

약간 높은 접착력을 가진 배합물

하기 조성물을 배합했다 :

비경화 조성물의 점도는 25℃에서 8,550 cps이고, 경화 조성물의 탄성율은 50,800 psi이고, 이들 성질은 앞선 실시예에서 측정했다.

경화 매트릭스상 지지체로부터 제거된 잉크량을 측정하여 가시적으로 브레이크아웃을 측정했고, O은 지지체로부터 제거된 잉크가 없음을 의미하고, 5는 모든 잉크가 제거되었음을 의미하는 0-5의 스케일에서, 상기 브레이크 아웃의 값은 약 1이었다.

[실시예 5]

약간 높은 접착력 및 높은 점도를 갖는 배합물

하기 조성물을 제조했다 :

실시예 1에서 측정한 비경화 조성물의 점도는 11,920 cps이고, 앞선 실시예의 방법으로 경화시켰을 때, 경화 조성물의 탄성율은 55,600 psi이고, 브레이크 아웃값은 1이다. 이들 모두는 앞선 실시예에서와 같이 측정했다.

[실시예 6]

증가된 접착력을 갖는 배합물

하기 배합물을 제조했다 :

결과된 배합물은 이전 실시예에 기술된 바와 같은 방법으로 착색된 (오렌지) 지지체상에 코우팅 처리되고, 경화되었다. 배합물의 접착수준은 얼룩 접착 시험(착색된 지지체상에 물질의 얇은 코우팅을 경화시키고, 손으로 경화 물질을 벗겨내 수행함)에 의해 보여지고, 대부분의 잉크가 지지체로부터 벗겨지기에 충분할 정도로 높다.

[실시예 7]

증가된 접착력을 가진 다른 배합물

하기 배합물을 발명했다 :

상기한 바와 같이 배합물을 흰색이 착색된 지지체상에 코우팅 처리했다;

실시예 1의 방법으로 측정한 접착력은 0.023 Ib/in였다.

[실시예 9]

낮은 접착력 및 낮은 탄성율을 가진 다른 조성물

하기 배합물을 제조했다 :

앞선 실시예의 방법으로 경화시켰을 때, 앞선 실시예에서 측정한 바와 같은 경화 조성물의 탄성율은 880 psi이고, 접착력 값은 0.023Ib/in였다.

[실시예 10]

낮은 접착력을 가진 다른 조성물

하기로 배합물을 제조했다:

경화시키고, 앞선 실시예의 탄성율 및 접착시험을 행했을 때, 탄성율은 738 psi이고, 접착 수준은 0.031 Ib/in였다.

[실시예 11]

허용가능한 접착력을 가지나 탄성율은 낮은 조성물

하기 조성물을 제조했다 :

실시예 1에서 측정한 바와 같은 비경화 조성물의 점도는 8,260 cps였다. 상기한 바와 같이 경화시켰을 때, 물질의 탄성율은 900 psi 였고, 브레이크아웃 값은 실시예 4에 기술된 바와 같이 0이었다.

[실시예 12]

허용가능한 접착력 및 우수한 탄성율을 가지는 조성물

하기 조성물을 배합했다 :

실시예 1에서와 같이 측정한 결과 비경화 조성물의 점도는 9,670 cps 였다. 앞선 실시예에서와 같이 경화시켰을 때, 탄성율은 5,200 psi이고, 브레이크 아웃값은 0이었다.

[실시예 13]

적당히 높은 접착력을 가진 배합물

하기 조성물을 제조했다:

실시예 1에서와 같이 측정한 비경화 조성물이 점도는 5,180 cps였다.

경화시켰을 때, 3,672 psi의 탄성율이 측정되었다. 앞선 실시예에 따라 흰색착색된 지지체상에 코우팅시키고, 배합물을 경화시킨 후, 실시예 1에 기술된 방법에 따라 0.153 Ib/in의 접착력이 측정되었다.

[비교 실시예 1]

열등한 브레이크아웃 성질을 갖는 조성물

하기 배합물을 발명했다 :

터어모셀을 가진 브룩필드 74R 온도 조절기 및 25℃에서 브룩필드 점도개, 모델 LVT (#34 스핀들, 12 rpm 에서)를 사용하여 측정한 바와 같은 상기 조성물의 비경화 점도는 2,6000cps 였다. 비경화된, 조성물은 약간 노란색을 가졌다.

매트릭스를 실시예 1의 형태인 오렌지색 지지체에 적용시키고, 200 watts/in. 중압 스은 중기 램프를 사용하여 0.7 J/cm²에서 공기중에 자외선 경화시켰다. 실시예 4의 방법에 따라 측정한 경화 코우팅의 탄성율은 42,4000 psi 였고, 브레이크아웃값은 4 였다.

[비교 실시예 2]

상당히 높은 접착 수준을 가진 조성물

하기 조성물을 배합했다 :

실시예 1에서와 같이 측정한 비경화 코우팅이 점도는 25℃에서 2,010 cps였다.

23℃에서 측정한 탄성율은 80,000 psi 였다. 앞선 실시예에서와 같이 오렌지색 지지체에 적용하고 경화시켰을 때, 물질의 브레이크아웃 값은 4.5를 나타내었다.

[비교 실시예 3]

열등한 브레이크아웃을 가진 코우팅

실시예 4와 비교실시예2의 배합물 동일 중량부의 혼합물을 상기한 바와 같이 경화시켰다. 코우팅에 대한 브레이크 아웃값은 2를 나타내었다.

[실시예 14-19]

결합된 리본의 내용매성:

우수한 브레이크아웃 및 최저 내용매성을 갖는 배합물

실시예 2 및 13의 각 배합물로부터 광학 섬유리본을 제조했다.

이들 결과는 시험된 샘플의 용매-감도를 보여준다.

이는 열등한 가교 밀도와 관련된다고 여겨 진다.

[실시예 20-24]

트리클로로에탄에 대한 용매 감도

하기 실시예에서 사용한 코우팅을 사용하여 코우팅 처리된 오렌지 지지체를 제조했다. 앞선 실시예에서 기술한 바와 같이 코우팅 및 경화를 수행했다 :

실시예 14 (실시예 20에 대한);

실시예 2 (실시예 21에 대한);

실시예 9 (실시예 22에 대한);

실시예 3 (실시예 23에 대한); 및

실시예 10 (실시예 24에 대한).

각 코우팅 처리된 지지체의 2.54cm (1) 너비의 스트립을 5분 동안 트리클로로에탄올에 담갔다. 실시예 20을 제외하고, 각각의 코우팅 처리된 지지체는 용매 노출의 결과로서 적어도 부분적으로 박층되었다.

[실시예 25]

코우팅 처리되고 착색된 지지체의 제조

통상적으로 구입가능한, 안정화된, UV-경화성 우레탄 아크릴레이트 올리고머-기재된 조성물이 6 mil 코우팅으로 버드 도포자를 사용하여 평평한 유리 시이트를 코우팅 처리했다.

중압 200 watts/in. 수온 증기 램프를 사용하여 0.7 J/cm²에서 공기중에 코우팅을 UV-경화했다. 그리고나스, 이를, 마이에르 로드(Meyer rod)를 사용하여 보르덴 팩키징 및 인더스트리알 프로덕트(Cincinnati, Ohio)로부터의 전매 파란색 잉크로 인쇄했다. 실시예 1에 기술된 방법으로 실시예 1의 물질을 착색된 지지체위에 코우팅 처리했다. 실시예 1의 방법에 따라 23℃에서 측정한 접착력은 0.15 Ibs/in. 였다. 매트릭스 물질을 지지체로부터 제거했을 때 지지체로부터 들어올려진 약간의 잉크가 관찰되었다.

[결과]

방사선-경화성 매트릭스 물질이 다양한 적용, 예컨대, 리본 형상으로 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유를 고정시키기 위한 적용에 유용하도록 하는 많은 중요한 성질을 가지도록 발명했다. 매트릭스 물질은 이를 상기 목적은 위한 사용한 특히 적합하도록 하는, 내습성, 내용매성; 열, 산화 및 가수분해 안정성등을 포함하는 많은 성질을 갖는다.

그러나, 중요한 성질인, 본 발명 매트릭스 조성물의 한가지 성질은 그의 조절되고 최적화된 접착 수준이고, 이는 요구될 때, 사용하는 동안은(섬유) 지지체에 접착되어 있으나, 지지체에 대한 실질적인 손상없이 벗겨질수 있어야 한다. 상기 성질은 접착력-감소 성분(즉, 알킬 아크릴 레이트 또는 메타크릴레이트) 또는 접착력-증가 성분(즉, 폴리에스테르-기재 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머)의 사용을 조절하거나 조정하여 또는 0.02Ib/in. 내지 0.20 Ib/in.의 바람직한 접착 수준을 얻기에 적절한 수준에서 두가지의 겸비로 조절된다.

본 특허 출원에서 본 발명이 발명의 바람직한 실시양태에 대한 상세한 설명으로 기술되는 동안, 상기 기술은 본 발명의 정신과 첨부된 청구범위내에서, 당분야의 기술자들에게 쉽게 일어날 수 있는 변경이 고려되면서 제한되기 보다는 예증된다고 이해될 것이다.

Claims

(a) 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 35 중량% - 98 중량%; (b) 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체 0.5 중량% - 35 중량%; (c) C₇-C₁₈로 구성되는 알킬 부분을 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체 0.5 중량% - 20 중량%; 및 (D) 광개시제 0 중량% - 10 중량% (상기 모든 백분율은 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 한 중량 %이다)로 구성되는 리본형상으로 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유를 결합시키는 액상의 방사선-경화성 매트릭스 물질.
제1항에 있어서, (a), (b), (c) 및 (d) 만으로 구성되는 조성물에 비해 코우팅 처리되고 착색된 코우팅 광학 섬유에 대한 상기 매트릭스 물질의 접착력을 증가시킬 수 있는 성분 (e), 폴리에스테르 기재 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 1 중량% - 30 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선-경화성 매트릭스 물질.
제1항에 있어서, 삼차 아민; 힌더드 아민; 유기 아황산염; 힌더드 페놀; 항산화제 및 이들의 혼합물로 구성되는 군중에서 선택된 안정화제 (f)를, (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% - 3 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 방사선-경화성 매트릭스 물질.
(a) 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 35 중량% - 98 중량%; (b) 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 ; 트리메틸을 프로판 트리메타크릴레이트; 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트; 펜타에리트리톨 프리메타크릴레이트; 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트; 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트; 트리메틸올 프로판 프로폭실레이트 트리아크릴레이트; 트리메틸올프로판 프로폭실레이트 트리메타크릴레이트; 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트; 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리메타크릴레이트, 글리세롤 프로폭시트리아크릴레이트; 글리세롤 프로폭시트리메타크릴레이트; 디펜타에리트리톨 모노히드록시 펜타아크릴레이트; 디펜타에리트리톨 모노히드록시 펜타메타크릴레이트; C₆-C₁₂탄화수소 디올 디아크릴레이트; C₆-C₁₂탄화수소디올 디메타크릴레이트; 및 이들의 혼합물로 구성되는 군중에서 선택되고, 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체 0.5 중량% - 35 중량%; (c) 스테아릴 아크릴레이트; 스테아릴 메타크릴레이트; 이소옥틸 아크릴레이트; 이소옥틸 메타크릴레이트; 라우릴 아크릴레이트; 라우릴 메타크릴레이트; C₁₄-C₁₅탄화수소 디올 디아크릴레이트; C₁₄-C₁₅탄화수소 디올 디메타크릴레이트; 혹, 카프로락톤 아크릴레이트; 카프로락톤 메타크릴레이트; 데실 아크릴레이트; 데실 메타크릴레이트; 이소데실 아크릴레이트; 이소데실 메타크릴레이트; 이소보르닐 아크릴레이트; 이소보르닐 메타크릴레이트; 및 이들의 혼합물로 구성되는 군중에서 선택되고, C₇-C₁₈탄소 원자로 구성되는 알킬 부분을 갖는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단량체 0.5 중량% - 20 중량%; 및 (d) 히드록시시클로헥실페닐 케톤; 히드록시메틸 페닐 프로판은; 디메톡시페닐아세토페논; 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노-프로판온-1; 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온; 4-(2-히드록시에톡시)페닐-(2-히드록시-2-프로필)케톤; 1-(4-도데실페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온; 디에톡시아세토페논; 2,2-디-2차-부톡시아세토페논; 디에톡시-페닐아세토페논; 및 이들의 혼합물로 구성되는 군중에서 선택된 광개시제 0 중량% - 10 중량%; (상기 모든 백분율은 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로한 중량%이다)로 구성되는, 리본형상으로 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유를 결합시키는 방사선-경화성 매트릭스 물질.
(a) 실리콘-개질 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 64 중량% - 80 중량%; (b) 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 15 중량% - 21 중량%; (c) 스테아릴 아크릴레이트 3 중량% - 8 중량%; (d) 히드록시시클로헥실페닐 케톤 광기시제 2 중량% - 7 중량%; 및 (f) 티오디에틸렌 비스(3,5-디-삼차-부틸-4-히드록시)히드로 신나메이트 0.5 중량% - 1.5 중량%; (상기 모든 중량 백분율은 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 한 것임)로 구성되는, 리본형상으로 코우팅처리되고 착색 된 광학 섬유를 결합시키는 자외선-경화성 매트릭스 물질.
대개 평행인 배열로 광학 섬유를 기계적으로 배열하고; 제1항의 매트릭스 물질을 상기 섬유 주위에 적용시키고; 상기 매트릭스 물질을 경화시켜서 상기 배열로 상기 섬유를 고정시키는 것으로 구성되는 광학 섬유 리본의 제조 방법.
경화 아크릴레이트-함유 또는 경화 메타크릴레이트-함유 코우팅 조성물로 코우팅처리되고 그 코우팅상이 각기 다른 색의 개별 섬유 확인용 잉크로 착색된 유리 광학 섬유에, 제1항의 방사선-경화성 매트릭스 물질로 구성된, 경화된 방사선-경화가능한 매트릭스 물질의 접착층을 붙여서 경화된 매트릭스 물질을 상기 광학 섬유에 결합시키는 방법으로서, 접착층을 증가시킬 수 있는 성분을 비경화된 매트릭스 물질내로 혼입시키는 것으로 이루어지는 방법.
(1) 코우팅처리된 광학 섬유 및 (2) (a) 전적으로 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 35 중량% - 98 중량%; (b) 경화될 때 매트릭스 조성물을 가교결합시키고, 내용매성을 부여하고, 그리고 인장 탄성율을 증가시키기 위해, 단량체 분자당 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체 충분한 양인 0.5 중량% - 35 중량%; (c) 매트릭스 조성물을 실질적으로 팽윤시키지 않고, 상기 매트릭스 조성물이 쉽게 벗겨질수 있도록 충분히 낮은 접착력을 갖는 사용 조건하에서 착색된 표면에 경화된 매트릭스 조성물이 접착되어 있도록 하기 위하여 C₇-C₁₈로 구성되는 알킬 부분을 갖는 모노아크릴레이트 또는 모노메타크릴레이트 단량체 충분한 양인 0.5 중량% - 20 중량%; 및 (d) 광개시제 0 중량% - 10 중량% (상기 모든 중량%는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총중량을 기준으로 한 것임)로 구성되는, 조성물의 경화시 원하는 형상으로 다수의 코우팅처리된 광학 섬유를 끼워넣고 고정시키는 액상의 방사선-경화성 박리(release) 매트릭스 조성물로서, 상기 코우팅처리된 광학 섬유가 서로 원하는 관계로 배치되고, 상기 구조가 상기 코우팅처리된 광학 섬유를 상기 원하는 관계로 배열하고, 상기 액상의 매트릭스 조성물을 상기 코우팅처리된 광학 섬유에 적용하여 섬유내에 조성물을 끼워 넣은 다음, 경화시키도록 방사선을 노출시켜 상기 액상의 조성물을 경화시키으로써 생성되는, 상기 액상의 방사선-경화성 박리 매트릭스 조성물로 구성되며, 이때 상기 조성물이, 경화될 때, 상기 섬유로부터 상기 코우팅을 실질적으로 제거하지 않고 상기 코우팅 처리된 섬유상의 코우팅으로부터 벗겨질수 있고, 23±0.5℃에서 1000 psi 이상의 탄성율을 갖는, 광학 섬유 배열.
제8항에 있어서 (a), (b), (c) 및 (d) 만으로 구성되는 조성물에 비해 코우팅 처리되고 착색된 광학 섬유에 대한 상기 매트릭스 물질의 접착력을 향상시킬 수 있는 성분 (e), 폴리에스테르 기재 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머를 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 1 중량% - 30 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 섬유 배열.
제8항에 있어서, 삼차 아민; 힌더드 아민; 유기아황산염; 힌더드 페놀; 항산화제 및 이들의 혼합물로 구성되는 군중에서 선택된 안정화제 (f)를 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 0.1 중량% - 3 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 섬유 배열.
(1) 코우팅처리된 광학 섬유, 및 (2) (a) 전적으로 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 53 중량% - 87.5 중량%; (b) 경화될 때 매트릭스 조성물을 가교결합시키고, 내용매성을 부여하고, 그리고 인장 탄성율을 증가시키기 위해, 단량체 분자당 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 가지며, 상기 부분이 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트; 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트; 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트; 펜타에리트리톨 트리메타크릴레이트; 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트; 펜타에리트리톨 테트라메타크릴레이트; 트리메틸올프로판 프로폭실레이트 트리아크릴레이트; 트리메틸올프로판 프로폭실레이트 트리메타크릴레이트; 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리아크릴레이트; 트리메틸올프로판 에톡실레이트 트리메타크릴레이트, 글리세롤 프로폭시트리아크릴레이트; 글리세롤 프로폭시트리메타크릴레이트, 디펜타에리트리톨 노닐히드록시 펜타아크릴레이트; 티펜타에리트리톨 모노히드록시 펜타메타크릴레이트; C₆-C₁₂탄화수소디올 디아크릴레이트; C₆-C₁₂탄화수소 디올 디메타크릴레이트; 및 이들의 혼합물로 구성되는 군중에서 선택되는, 단량체의 충분한 양인 10 중량% - 25 중량%; (c) 매트릭스 조성물을 실질적으로 팽윤시키지 않고, 상기 매트릭스 조성물이 쉽게 벗겨질 수 있도록 하는 충분히 낮은 접착력을 갖는 사용 조건 하에서 착색된 표면에 경화된 매트릭스 조성물이 접착되어 있도록 하기 위하여 C₇-C₁₈로 구성되는 알킬 부분을 갖는 모노아크릴레이트 또는 모노메타크릴레이트 단량체 충분한 양인 1.0 중량% - 14 중량%; (d) 광개시제 1.5 중량% - 8 중량%; (e) (a), (b), (c) 및 (d) 만으로 구성되는 조성물에 비해 코우팅처리되고 착색된 광학 섬유에 대한 상기 매트릭스 물질의 접착력을 증가시킬 수 있는 성분 10 중량% - 30 중량% ; 및 (f) 안정화제 0.25 중량% - 2 중량% (상기 모든 중량%는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총중량을 기준으로 한 것임)로 구성되는, 조성물의 경화시 원하는 형상으로 다수의 코우팅처리된 광학 섬유를 끼워넣고 고정시키는 액상의 방사선-경화성 박리 매트릭스 조성물로서, 상기 코우팅처리된 광학 섬유가 서로 원하는 관계로 배치된 다음, 상기 액상의 매트릭스 조성물을 상기 코우팅처리된 광학 섬유에 적용하여 섬유내에 조성물을 끼워 넣은 다음, 경화시키도록 방사선을 노출시켜 상기 액상의 조성믈울 경화시키는, 상기 액상의 자외성-경화성 매트릭스 조성물로 구성되며, 이때 상기 조성물이, 경화될 때, 상기 섬유로부터 상기 코우팅을 실질적으로 제거하지 않고 상기 코우팅 처리된 섬유상의 코우팅으로부터 벗겨질수 있고, 23±0.5℃에서 1000 psi 이상의 탄성율을 갖는, 광학 섬유배열.
(1) 코우팅 처리된 광학 섬유, 및 (2) (a) 실리콘-개질된 전적으로 지방족인 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 64 중량% - 80 중량% ; (b) 경화될 때 매트릭스 조성물을 가교결합시키고, 내용매성을 부여 하고, 그리고 인장탄성율을 증가시키기 위한, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 충분한 양인 15 중량% - 21 중량%; (c) 매트릭스 조성물을 실질적으로 팽윤시키지 않고, 상기 매트릭스 조성물이 쉽게 벗겨질 수 있도록 하는 충분히 낮은 접착력을 갖는 사용 조건하에서 착색된 표면에 경화된 매트릭스 조성물이 접착되어 있도록 하기 위한 스테아릴 아크릴레이트 충분한 양인 3 중량% - 8 중량%; (d) 히드록시시클로헥실페닐 케톤 광개시제 2 중량% - 7 중량% ; 및 (f) 티오디에틸렌 비스(3,5-디-삼차-부틸-4-히드록시)히드로신나메이트 0.5 중량% - 1.5 중량%; (상기 모든 중량%는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 한것임)로 구성되는, 조성물의 경화시 원하는 형상으로 다수의 코우팅처리된 광학 섬유를 끼워넣고 고정시키는 액상의 자외선-경화성 매트릭스 조성물로 구성되며, 이때, 상기 조성물이 경화될 때, 상기 섬유로부터 상기 코우팅을 실질적으로 제거하지 않고 상기 코우팅 처리된 섬유상의 코우팅으로부터 벗겨질 수 있고 23±0.5℃에서 1000 psi 이상의 탄성율을 갖는, 광학 섬유 배열.
섬유가 고정관계로 고착되는 배열로 배치되는 다수의 공학 섬유; 및 상기 배열로 상기 섬유들을 결합하는 방사선 경화성 매트릭스 물질로 구성되며, 이때 상기 매트릭스 물질이 사용 중에 상기 섬유를 물질에 부착시키도록 하지만 물질로부터 쉽게 벗겨질 수 있는 충분한 접착력을 갖는, 광학섬유 배열.
일반적으로 평행한 배열로 배치된 다수의 유리 광학 섬유; 및 상기 배열로 상기 섬유들을 결합하고, 하기 (a)-(e)로 구성되는 자외선-경화성 매트릭스 물질로 구성되는 광학 섬유 리본 조립체: (a) 실리콘-개질 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 64 중량% - 80 중량% ; (b) 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 15 중량% - 21 중량%; (c) 히드록시시클로헥실페닐 케톤 광개시제 2 중량% - 7 중량%; 및 (f) 티오디에틸렌 비스(3,5-디-삼차-부틸-4-히드록시) 히드로신나메이트 0.5 중량% - 1.5 중량%; (상기 모든 중량%는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총 중량을 기준으로 한것임).
(1) 코우팅 처리된 광학 지지체, 및 (2) (a) 전적으로 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 35 중량% - 98 중량%; (b) 경화될 때 매트릭스 조성물을 가교결합시키고, 내용매성을 부여하고, 그리고 인장 탄성율을 증가시키기 위해, 단량체 분자당 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체 0.5 중량% - 35 중량% ; (c) 매트릭스 조성물을 실질적으로 팽윤시키지 않고, 상기 매트릭스 조성물이 쉽게 벗겨질수 있도록 하는 충분히 낮은 접착력을 갖는 사용 조건하에서 상기 표면에 경화된 매트릭스 조성물이 접착되어 있도록 하기 위해 C₇-C₁₈로 구성되는 알킬 부분을 갖는 모노아크릴레이트 또는 모노메타크릴레이트 단량체 충분한 양인 0.5 중량% - 20 중량%; 및 (d) 광개시제 0 중량% - 10 중량% (상기 모든 중량%는 (a), (b), (c) 및 (d)의 총중량을 기준으로 한 것임)로 구성되며, 박리 코우팅이 상기 표면상의 코우팅을 실질적으로 손상시키지 않고 상기 표면으로부터 벗겨질 수 있는, 지지체의 코우팅 처리된 표면에 대한 접착과 그 위의 적용을 위한 액상의 방사선-경화성 박리 매트릭스 코우팅 조성물로 구성되는 광학 섬유 배열.
(1) 코우팅 처리된 광학 섬유, 및 (2) (A) 전적으로 지방족 폴리에테르-기재 우레탄 아크릴레이트 28 중량% - 98 중량%; (B) 경화될 때 매트릭스 조성물을 가교결합시키고, 내용매성을 부여하고, 그리고 인장 탄성율을 증가시키기 위해, 단량체 분자당 다수의 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 부분을 갖는 단량체 충분한 양인 0.4 중량% - 35 중량% ; (C) 광개시제 0 중량% - 10 중량% (상기 모든 중량%는 (A), (B) 및 (C)의 총중량을 기준으로 한 것임)로 구성되는, 조성물의 경화시 원하는 형상 으로 다수의 코우팅처리된 광학 섬유를 끼워넣고 고정시키는 액상의 방사선-경화성 박리 매트릭스 조성물로서, 상기 코우팅처리된 광학 섬유가 서로 원하는 관계로 배치되어 단일 구조를 형성하고, 상기 구조가 상기 코우팅 처리된 광학 섬유를 상기 원하는 관계로 배열하고, 상기 액상의 매트릭스 조성물을 상기 코우팅처리된 광학 섬유에 적용하여 섬유내에 조성물을 끼워 넣은 다음, 경화시키도록 방사선을 노출시켜 상기 액상의 조성물을 경화시킴으로써 생성되는, 상기 액상의 방사선-경화성 박리 매트릭스 조성물로 구성되며, 이때 상기 조성물이, 경화될 때, 상기 섬유로부터 상기 코우팅을 실질적으로 제거하지 않고 상기 코우팅 처리된 섬유상의 코우팅으로부터 벗겨질수 있고, 23±0.5℃에서 1000 psi 이상의 탄성율을 갖는, 광학 섬유 배열.