KR100849975B1 - 감소된 감쇠 손실을 갖는 광섬유 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 내부 유리 부분, 상기 유리 부분 주위에 배치된 제 1 코팅층 및 제 1 코팅층 주위에 배치된 제 2 코팅층을 포함하는 광섬유에 관한 것으로, 상기 제 1 코팅층은 폴리프로필렌 글리콜 및 다이머 산계 폴리에스터 폴리올로부터 유도된 주쇄를 포함하는 복사 경화가능 올리고머를 포함하는 복사 경화가능 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화 폴리머 물질로부터 형성되고, 상기 경화 폴리머 물질은:
a) -10℃ 내지 약 -20℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 5.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
b) -20℃ 내지 약 -30℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 20.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
c) 약 -30℃ 보다 더 낮은 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 70.0Mpa 보다 낮은 모듈러스를 가진다.
광섬유, 감쇠 손실

Description

감소된 감쇠 손실을 갖는 광섬유{OPTICAL FIBER WITH REDUCED ATTENUATION LOSS}
본 발명은 감소된 감쇠 손실을 갖는 광섬유에 관한 것이다.
통상적으로 광섬유는 내부에 전송된 광신호가 들어있는 유리 부분(통상적으로 약 120-130㎛)으로 이루어지고, 통상적으로 유리 부분은 폴리머 물질인 외부 코팅에 의해 보호된다. 통상적으로 이 보호 코팅은 "일차 코팅"으로 공지된 유리 표면 바로 위에 위치한 제 1 코팅층 및 "이차 코팅"으로 공지된 제 1 코팅 주위에 배치된 제 2 코팅층을 적어도 포함한다. 종래 기술분야에서, 일차 코팅과 이차 코팅의 조합은 때때로 "일차 코팅 시스템"으로 알려졌고, 연속적으로 도포될 수 있는 "이차 코팅층"과 반대로, 이 두 층은 일반적으로 섬유의 드로잉 제조 공정 동안 도포된다. 이 경우에, 섬유의 유리 부분과 접촉하는 코팅은 "내부 일차 코팅"이라 부르는 반면, 섬유의 외부 표면 상의 코팅은 "외부 일차 코팅"이라 부른다. 본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에서, 두 코팅층은 각각 일차 및 이차 코팅 및 "코팅 시스템"의 두 개의 조합으로 알려질 것이다.
통상적으로 일차 코팅의 두께는 약 25㎛ 내지 약 35㎛인 반면, 이차 코팅의 두께는 약 10㎛ 내지 약 30㎛이다.
이 폴리머 코팅은 적절한 광개시제의 존재하에서 UV조사에 의해 일반적으로 가교되는 올리고머 및 모노머를 포함하는 조성물로부터 얻을 수 있다. 상기한 두 코팅은 특히 개별 물질들의 기계적 특성이 다르다. 사실상, 일차 코팅을 형성하는 물질은 실온에서 비교적 낮은 탄성 모듈러스를 가진 비교적 부드러운 물질인 반면, 이차 코팅을 형성하는 물질은 실온에서 더 높은 탄성 모듈러스를 가진 비교적 더 단단한 물질이다. 코팅 시스템은 유리 섬유에 대한 외부 보호 및 특히, 섬유의 신호 전송력의 감쇠를 유도할 수 있어서 바람직하지 않은 주지된 마이크로벤딩 현상에 대한 저항을 제공한다. 또한, 코팅 시스템은 섬유가 케이블 작업에 제공될 때 만나게 되는 물리적 처리력에 대한 바람직한 저항을 제공하도록 설계된다.
이렇게 구성된 광섬유는 주로 약 250㎛의 총 지름을 가진다. 그러나, 특정한 사용에서, 총 지름은 더 작을 수 있다; 이런 경우, 감소된 두께의 코팅이 일반적으로 도포된다.
또한, 여러 섬유가 동일한 하우징 내에 포함될 때 반드시 다른 섬유들을 확인할 수 있어야 하기 때문에, 다양한 섬유를 다른 식별 색으로 채색하는 것이 편리하다. 통상적으로, 광섬유는 이차 코팅을 통상 "잉크"로 알려진 약 2㎛ 및 약 10㎛의 두께를 갖는 3가지 착색된 폴리머층으로 둘러싸거나 또는 선택적으로 착색된 염료를 직접 이차 코팅의 조성물에 주입함으로써 색으로 확인된다.
일차 및 이차 코팅 성능을 특징화하는 변수들 중에서, 가교 물질의 탄성 모듈러스 및 유리 전이 온도는 코팅의 기계적 특성을 정의하는데 일반적으로 사용되는 것들이다. 탄성 모듈러스를 고려할 때, 특허 문헌에서는 때때로 "전단" 모듈러스(또는 전단력으로 측정된 모듈러스)로 언급되는 반면, 다른 경우에는 "인장" 모듈러스(장력으로 측정된 모듈러스)로 언급되는 것을 이해해야 한다. 상기 탄성 모듈러스의 결정은 정기적 응력하에서 변형됨에 따라 물질의 특성을 측정하는 열분석 기술인 DMA(동역학적 기계 분석)에 의해 이루어진다. 폴리머 물질의 경우, 두 모듈러스 사이의 비는 일반적으로 1:3, 즉, 폴리머 물질의 인장 모듈러스는 통상적으로 전단 모듈러스의 약 3배이다(Mechanical Properties and Testing of Polymers, pp. 183-186; Ed. G. M. Swallowe 참조).
코팅 시스템의 예들은, 예를 들어, 미국 특허 제 4,962,992호에 기술되어 있다. 상기 특허에서, 부드러운 일차 코팅이 측면 부하와 마이크로벤딩에 더 잘 견딜 수 있을 것으로 기술된다. 또한 약 70-200psi(0.48-1.38Mpa)의 평균 전단 모듈러스가 허용가능하고, 이런 모듈러스가 70-150psi(0.48-1.03Mpa)가 되는 것이 바람직하다. 이 값들은 각각, 1.4-4.13Mpa 및 1.4-3.1Mpa의 인장 모듈러스 E′에 상응한다. 상기 특허에서 기술한대로, 너무 낮은 평형 모듈러스는 일차 코팅 내에 섬유의 좌굴(fiber buckling)과 코팅 시스템의 벗겨짐을 일으킬 수 있다. 또한, 상기 특허는 일차 코팅의 유리 전이 온도(Tg)가 -40℃를 초과해서는 안 되고, 상기 Tg는 응력/변형 측정에 의해 결정된 온도로 정의되고, 물질의 모듈러스는 더 낮은 온도에서 발생하는 비교적 높은 값, 물질의 유리 상태로부터 더 높은 온도의 전이 지역에서 발생하는 더 낮은 값, 물질의 탄성(또는 고무) 상태로 변한다.
코팅 조성물의 다른 예들은 예를 들어, 폴리프로필렌 글리콜로부터 유도된 (메타)아크릴레이트 우레탄 화합물을 포함하거나 폴리프로필렌 글리콜 및 폴리에스터 폴리올을 포함하는 다른 폴리올로부터 유도된 (메타)아크릴레이트 우레탄 화합 물을 포함하는 복사 경화가능 섬유 광 코팅 물질을 개시하는 WO 01/05724에 개시된다. 이들 조성물은 일차 코팅, 이차 코팅, 채색 이차 코팅, 잉크, 매트릭스 물질 및 번들링(bundling) 물질을 포함하는 광섬유 및 광섬유 리본에 대한 코팅 물질로서 한 번 경화하여 사용될 수 있다. 도입 부분에서, 상기 문헌은 일차 코팅은 특히 매우 낮은 Tg를 가져야 한다고 언급한다.
그러나, 출원인이 인식한대로, 비록 일차 코팅이 비교적 낮은 값의 Tg(일반적으로 당업기술에 의해 요구되는)를 갖지만, 그럼에도 불구하고 코팅 물질의 모듈러스 값은 Tg보다 훨씬 더 높은 온도, 통상적으로 0℃ 이상에서 증가하기 시작할 수 있다. 따라서, 낮은 값의 Tg는 단순히 고무 상태에서 유리 상태로의 상기 코팅의 전이가 비교적 저온에서 발생한다는 것을 의미하고, 온도 감소에 따른 모듈러스의 변화에 대한 정보를 유도할 수 없다. 사실상, 온도 감소에 따른 일차 코팅의 모듈러스의 과도한 증가는 광섬유의 광성능을 특히 낮은 온도에서 나쁜 영향을 미칠 수 있어서, 마이크로벤딩에 의한 전송된 신호의 바람직하지 않은 감쇠를 일으킨다.
따라서, 출원인이 관찰한대로, 특히, 케이블 구조 내에 삽입되어 있을 때, 광섬유의 마이크로벤딩을 제어하는데 중요한 것은 코팅 물질이 고무 상태(연한 상태)에서 유리 상태(단단한 상태)로의 전이가 시작되는 온도이고, 이 온도는 다음의 상세한 설명 및 청구항에서 물질의 "경화 온도" 또는 Th로 언급될 것이다. 또한, 출원인은 광섬유의 마이크로벤딩은 비교적 낮은 평형 모듈러스를 가진 일차 코팅을 사용함으로써 더 제어될 수 있다는 것을 알아내었다. 특히, 바람직한 결과는 상기 Th에서 비교적 낮은 모듈러스를 나타내는 경화 조성물을 선택함으로써 얻어지고, 추가 온도 감소에 따른 과도한 증가를 피할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구항에서, "모듈러스(modulus)"란 용어는 본 명세서의 실험 부분의 검사 섹션에서 상세하게 설명된 인장력의 DMA 검사에 의해 결정된 폴리머 물질의 모듈러스를 의미한다.
본 발명의 상세한 설명 및 청구항에서, "경화 온도"라는 용어는 물질이 이의 모듈러스의 상당한 증가(온도 감소에 따라)를 나타내는 전이 온도를 의미하고, 비교적 부드럽고 유연한 물질(고무 같은 물질)로부터 비교적 단단하고 부서지기 쉬운 물질(유리 같은 물질)로의 상당한 변화의 시작을 나타낸다. Th이 수학적 결정은 다음의 설명에서 상세하게 설명될 것이다.
본 발명에 따라, 출원인은 코팅된 광섬유에 대한 마이크로벤딩에 의해 발생된 감쇠 손실은, 특히 낮은 실험 온도에서, 저온에서의 모듈러스의 증가를 적절하게 제어함으로써 감소될 수 있다는 것을 알아내었다. 특히, 출원인은 상기 마이크로벤딩 손실은 낮은 경화 온도를 가진 일차 코팅을 위해 폴리머 물질을 사용함으로써 감소될 수 있다는 것을 알아내었다. 또한, 출원인은 비교적 낮은 평형 모듈러스를 가진 코팅 조성물을 선택함으로써, 상기 감쇠 손실은 전체 작동 온도 범위에 걸쳐 더욱 제어될 수 있다.
첫 번째 양태에 따라, 내부 유리 부분, 상기 유리 부분 주위에 배치된 제 1 코팅 및 제 1 코팅층 주위에 배치된 제 2 코팅을 포함하는 광섬유에 관한 것으로, 상기 제 1 코팅층은 폴리프로필렌 글리콜 및 다이머 산계 폴리에스터 폴리올로부터 유도된 주쇄를 포함하는 복사 경화가능 올리고머를 포함하는 복사 경화가능 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화 폴리머 물질로부터 형성되고, 상기 경화 폴리머 물질은:
a) -10℃ 내지 약 -20℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 5.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
b) -20℃ 내지 약 -30℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 20.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
c) 약 -30℃ 보다 더 낮은 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 70.0Mpa 보다 낮은 모듈러스를 가진다.
상기 코팅층을 형성하는 바람직한 상기 물질은:
a) -10℃ 내지 약 -20℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 4.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
b) -20℃ 내지 약 -30℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 15.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
c) 약 -30℃ 보다 더 낮은 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 50.0Mpa 보다 낮은 모듈러스를 가진다.
바람직하게는, 상기 폴리머 물질의 평형 모듈러스는 약 1.5MPa보다 낮고, 보다 바람직하게는 약 1.4MPa보다 낮으며 보다 더 바람직하게는 약 1.3MPa보다 낮다.
더욱 바람직한 실시예에 따라, 물질의 유리 전이 온도는 -30℃보다 높지 않고, 보다 바람직하게는 -40℃ 및 보다 바람직하게는 -50℃보다 높지 않다.
본 발명에 따른 표준 싱글 광섬유는 연장가능한 드럼 마이크로벤딩 검사를 할 때, -30℃의 온도에서 1550nm에서, 1.5(dB/km)(g/mm)이하, 보다 바람직하게는 1.2(dB/km)(g/mm)이하, 보다 더 바람직하게는 1.0(dB/km)(g/mm)이하 및 가장 바람직하게는 0.8(dB/km)(g/mm)이하의 마이크로벤딩 민감성을 나타낸다.
본 명세서에서 표준 싱글 모드 섬유라는 용어는 단계-인덱스(step-index) 타입의 굴절률 프로파일, 즉, 0.2%-0.4%의 굴절률, 약 4.0-4.5㎛ 및 약 7.8-8.6의 MAC 값의 단일 변이를 가진 단일 선분 프로파일을 가진 광섬유를 의미한다.
도 1에 나타낸대로, 본 발명에 따른 광섬유는 내부 유리 부분(101), 일차 코팅으로 알려지고 상기 유리 부분 주위에 배치된 제 1 폴리머 코팅층(102) 및 이차 코팅으로 알려지고 상기 제 1 폴리머층 주위에 배치된 제 2 폴리머 코팅층(103)을 포함한다.
상기한대로, 본 발명에 따른 방법은 광섬유의 유리 부분을 비교적 낮은 경화 온도 및 낮은 평형 모듈러스를 갖는 폴리머 물질로부터 형성된 일차 코팅층에 제공하는 단계를 포함한다.
경화 온도의 의미를 더 잘 설명하기 위해서, 도 2에 나타난 곡선을 참조한다. 통상적으로, DMA(동역학적 분석)에 의해 얻은 이 곡선은 폴리머 물질 대 온도의 모듈러스의 변이를 나타낸다. 이 곡선에 의해 나타난대로, 폴리머 물질은 저온(유리 상태, 곡선의 "a" 부분)에서 비교적 높은 값의 모듈러스를 나타내는 반면, 상기 값은 폴리머가 더 높은 온도(곡선의 "b" 부분, 평형 모듈러스)에서 고무 상태에 있을 때 훨씬 더 낮다. 곡선의 기울어진 부분 "d" 는 유리 상태로부터 고무 상태로의 물질의 전이를 나타낸다. 유리 상태 및 고무 상태 사이의 전이는 당업계에서 물질의 "유리 전이"로 공지되어 있고 일반적으로 특정한 온도(Tg, 유리 전이 온도)와 관련이 있다. 곡선으로부터 명백히 알 수 있듯이, 유리 및 고무 상태 사이의 전이는 비교적 넓은 범위의 온도에 걸쳐 일어난다. 분명한 실용적 이유 때문에, 각 폴리머에 대한 특정한 Tg 값을 결정하기 위한 방법들이 개발되었다. 본 발명의 상세한 설명 및 청구항에서 나타낸 Tg 값을 결정하는데 사용되는 것인 이런 방법들의 하나(피. 하인스, "Themal Methods of Analysis", 페이지. 133. Blackie Academic and Professionals ed.)는 두 라인의 교차점을 결정하는 단계를 포함한다. 첫 번째 라인(도 2에서 "A"로 확인됨)은 유리 상태(곡선의 "a" 부분)의 대지 영역에서의 DMA 곡선의 점들을 내삽함으로써 결정된다. 실제로, 일차 코팅 조성물의 경우, 내삽은 -60℃ 내지 -80℃ 범위 내의 점들에 대해 계산된다. 두 번째 라인(도 2에서 "D"로 확인됨)은 상기 곡선의 기울어진 부분 "d"에서 DMA 곡선의 변곡점에 대한 접선으로 결정된다. 변곡점 및 접선의 기울기는 통상 도 3에 나타낸 DMA 곡선의 일차 도함수에 의해 결정될 수 있다. 도 3에 나타낸 곡선에 따라, 곡선의 최소점의 가로 좌표는 도 2의 DMA 곡선 상에 변곡점의 개별 가로 좌표를 나타내는 반면, 세로 좌표는 상기 변곡점에서의 접선의 기울기(각 계수)를 나타낸다.
실제로, 각 실험 점의 도함수가 처음 계산되고 도함수 점들을 내삽하는 곡선은 당업계에 공지된대로 결정된다. 불필요한 계산을 피하기 위해, 최소점 주위의 비교적 좁은 온도 범위 내에 해당하는 점들을 회귀를 위해 고려한다. 실험점들의 분포에 따라, 이 범위는 40℃(최소점 근처의 약 ±20℃) 및 60℃(최소점 근처의 약 ±20℃) 사이에서 변할 수 있다. 일반적으로 6차 다항식 곡선은 실험점들의 도함수와 일치하는 곡선을 얻기에 충분한 것으로 생각된다.
도 2에 나타낸대로, 이렇게 결정된 유리 전이 온도는 약 -62℃이다.
Tg와 유사하게, 폴리머 물질의 경화 온도(Th)가 상기한 방법에 의해 결정될 수 있다. 따라서 Th는 도 2에 나타낸 라인 "B" 및 위에서 정의한 라인 "D" 사이의 교차점으로 결정된다. 라인 "B"는 고무 상태(곡선의 "b" 부분)의 대지 영역, 즉, 물질의 평형 모듈러스에서의 DMA 곡선의 점들을 내삽함으로써 결정된다. 실제로, 일차 코팅 조성물의 경우, 내삽은 20℃ 및 40℃ 범위 내의 점들에 대해 계산된다.
도 2에 나타낸대로, 상기한 방법에 따라 계산된 Th는 약 -13℃가 될 것이다.
출원인이 확인한대로, 광섬유의 일차 코팅을 형성하는 경화 물질은 약 -10℃ 이하의 Th 및 상기 온도에서 5.0MPa 이하, 바람직하게는 4.0MPa 이하의 모듈러스를 갖고, 광섬유의 광성능은 특히 작동 온도 범위 내 및 낮은 실험 온도, 예를 들어 0℃ 이하에서 이의 마이크로벤딩 민감성을 감소시킴으로써 더 향상될 수 있다. 사실상, 본 발명에 따른 광섬유 상의 일차 코팅으로 도포되는 경화 폴리머 물질에서 이들 두 변수의 조합은 온도 감소에 따라 모듈러스의 비교적 부드러운 증가를 초래하여, 마이크로벤딩 현상을 더 낮은 작동 온도 한계, 통상적으로 -30℃로 낮추게 한다. 출원인이 확인한대로, 마이크로벤딩 현상의 유사하게 향상된 제어는 경화 폴리머 물질이 -20℃ 이하의 Th 및 상기 온도에서 20MPa 이하, 바람직하게는 15MPa 이하를 가질 때 또는 경화 폴리머 물질이 -30℃ 이하의 Th 및 상기 온도에서 70MPa 이하, 바람직하게는 50MPa 이하를 가질 때 이루어질 수 있다.
출원인은 만일 상기 코팅의 평형 모듈러스가 약 1.5MPa 이하, 바람직하게는 약 1.4MPa 이하, 보다 바람직하게는 약 1.3MPa 이하라면, 더 낮은 작동 온도뿐만 아니라 실온과 같은 더 높은 온도에서도 섬유의 마이크로벤딩 민감성은 더 감소될 수 있다. 그러나 섬유의 다른 특성에 악영향을 미치지 않기 위해 상기 모듈러스는 바람직하게는 0.5MPa 이하, 보다 바람직하게는 0.8MPa 이하가 아니어야 한다.
또한, 본 발명에 따른 광섬유 상에 일차 코팅으로 도포되는 경화 폴리머 물질의 유리 전이 온도는 바람직하게는 약 -30℃, 보다 바람직하게는 -40℃ 및 보다 더 바람직하게는 -50℃ 이하이다.
상기한 모든 변수들, 즉, 모듈러스, Th 및 Tg는 장력하에서 폴리머 물질을 본 명세서의 실험 부분에 설명된 방법론에 따라 수행된 DMA를 실시하고, 상기 정의한 방법에 따라 물질의 개별 DMA 플롯을 평가함으로써 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 광섬유에서 일차 코팅으로 사용되는 조성물을 형성하는데 적절한 복사-경화가능 담체 시스템은 화학선 복사에 노출될 때 중합가능한 적어도 하나의 작용기를 가진 하나 이상의 복사-경화가능 올리고머 또는 모노머(반응성 희석제)를 포함한다. 적절한 복사-경화가능 올리고머 또는 모노머는 주지되어 있고 당업계에 기술에 속한다. 통상적으로, 사용되는 복사-경화가능 작용기는 바람직하게는 라디칼 중합을 통해 중합될 수 있는 에틸렌 불포화이다. 바람직하게는, 적어도 80몰%, 보다 바람직하게는 적어도 약 90몰%, 및 가장 바람직하게는 올리고머 내에 존재하는 복사-경화가능 작용기의 전부가 아크릴화 또는 메타아크릴화된다. 간단하게 하기 위해서, 본 출원을 통해 사용된 "아크릴레이트"란 용어는 아크릴레이트 및 메타아크릴레이트 작용기를 모두 포함한다.
본 발명에 따른 방법에 적절한 일차 코팅은 폴리프로필렌 글리콜 및 다이머 산계 폴리에스터 폴리올로부터 유도된 주쇄를 포함하는 복사 경화가능 올리고머를 포함하는 복사 경화가능 코팅 조성물로 제조될 수 있다. 바람직하게는, 올리고머는 상기 주쇄를 포함하는 우레탄 아크릴레이트 올리고머이고, 보다 바람직하게는 완전한 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이다.
올리고머는 당업계에 주지된 방법들에 따라 제조될 수 있다. 바람직하게는, 우레탄 아크릴레이트 올리고머는
(A1) 폴리프로필렌 글리콜, 및
(A2) 다이머 산계 폴리에스터 폴리올,
(B) 폴리아이소시아네이트, 및
(C) 하이드록실 그룹을 함유하는 (메타)아크릴레이트를 반응시킴으로써 제조될 수 있다.
이 화합물들을 반응시킴으로써 우레탄 아크릴레이트를 제조하기 위한 방법의 예들은
(i) 상기 글리콜(A1 및 A2), 폴리아이소시아네이트와 하이드록실 그룹-함유(메타)아크릴레이트 모두를 반응시키는 단계; 또는
(ii) 상기 글리콜과 폴리아이소시아네이트를 반응시키는 단계, 및 얻어진 생성물과 하이드록실 그룹-함유(메타)아크릴레이트를 반응시키는 단계; 또는
(iii) 폴리아이소시아네이트와 하이드록실 그룹-함유(메타)아크릴레이트를 반응시키는 단계, 및 얻어진 생성물과 상기 글리콜을 반응시키는 단계; 또는
(iv) 폴리아이소시아네이트와 하이드록실 그룹-함유(메타)아크릴레이트를 반응시키는 단계, 및 얻어진 생성물과 상기 글리콜을 한 번 더 반응시키는 단계에 의해 제조될 수 있다.
본 명세서에 사용된 폴리프로필렌 글리콜(A1)은 다수의 폴리프로필렌 글리콜 모이어티를 갖는 폴리프로필렌 글리콜을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 상기 폴리프로필렌 글리콜은 평균적으로 1,000 내지 13,000, 보다 바람직하게는 1,500 내지 8,000, 보다 바람직하게는 2,000 내지 6,000 및 가장 바람직하게는 2,500 내지 4,500의 수평균 분자량을 가진다. 바람직한 실시예에 따르면, 상기 폴리프로필렌 글리콜의 불포화의 양(전체 조성물에 대한 meq/g 불포화로 언급됨)은 0.01meq/g이하, 보다 바람직하게는 0.0001 내지 0.009 meq/g이다.
폴리프로필렌 글리콜은 1,2-폴리프로필렌 글리콜, 1,3-폴리프로필렌 글리콜 및 이들의 혼합물과 바람직한 1,2-폴리프로필렌 글리콜을 포함한다. 적절한 폴리프로필렌 글리콜은 예를 들어, Voranol P1010, P2001 및 P3000(다우가 공급), Lupranol 1000 및 1100(엘라스토그란이 공급), ACCLAIM 2200, 3201, 4200, 6300, 8200 및 Desmophen 1111 BD, 1112BD, 2061BD, 2062BD(바이어가 제조) 등의 거래명으로 상업적으로 사용된다. 이런 우레탄 화합물들은 이런 목적에 적절한 임의의 반응 기술에 의해 형성될 수 있다.
본 명세서에 사용된대로 다이머 산계 폴리에스터 폴리올(A2)은 산-구성성분 및 하이드록실 구성성분을 중합함으로써 제조되고 그 구조 내에 다이머 산 잔기를 갖는 하이드록실-종결 폴리에스터를 의미하고, 상기 다이머 산 잔기들이 적어도 산-구성성분의 적어도 일부로서 다이머 산 및/또는 하이드록실-구성성분의 적어도 일부로서 다이머 산의 다이올 유도체의 사용에 의한 잔기이다.
다이머 산(및 이의 에스터)는 다이카복실산(또는 에스터)의 주지된 상업적으로 이용가능한 집단이다. 이들은 통상적으로 주로 13 내지 22 탄소 원자의 불포화 긴 사슬 지방족 모노카복실산 또는 이들의 에스터(예를 들어, 알킬 에스터)를 이합화함으로써 제조된다. 이합화는 당업계에서 디엘스-알더(Diels-Alder), 자유-라디칼 및 카보늄 이온 메카니즘을 포함하는 사용가능한 메카니즘에 의해 진행되는 것으로 생각된다. 다이머 산 물질은 주로 26 내지 44개 탄소 원자를 포함할 것이다. 특히, 예들은 각각 C-36 및 C-44 다이머 산(또는 에스터)를 생산할 C-18 및 C-22 불포화 모노카복실산(또는 에스터)로부터 유도된 다이머 산(또는 에스터)을 포함한다. 리놀산 및 리놀렌산과 같은 산을 포함하는 C-18 불포화산으로부터 유도된 다이머 산이 특히 주지되어 있다(C-36 다이머 산 생산).
다이머 산 생성물은 삼합체 산(예를 들어, C-18 시작 산을 사용할 때 C-54)의 부분, 가능하면 더 높은 올리고머 및 소량의 단량체 산을 통상적으로 포함할 것이다. 다이머 산의 여러 다른 등급이 상업적 소스로부터 이용가능하고 이들은 단량체 염기의 양 및 트라이머 산 부분 및 불포화도에서 주로 차이가 난다.
주로 최초로 형성된 다이머 산(또는 에스터) 생성물은 가교 또는 분해를 위한 부위를 제공함으로써 이들의 산화 안정성에 해를 끼칠 수 있게 불포화되고, 그 결과 시간이 지남에 따라 코팅 필름의 물리적 특성에 변화를 초래한다. 따라서, 비 반응 이중 결합의 상당한 부분을 제거하기 위해 수소화된 다이머 산 생성물을 사용하는 것이 바람직하다(비록 필수적이진 않음).
"다이머 산"이란 용어는 2가 산 물질 자체 또는 폴리에스터 합성에서 산 구성성분으로 작용할 수 있고 (만일 존재하면) 임의의 트라이머 또는 모노머를 포함하는 이의 에스터-형성 유도체(더 낮은 알킬 에스터)를 집단적으로 운반하는데 사용된다.
다이머 산계 폴리에스터 폴리올은 바람직하게는 평균 1,000 내지 13,000, 보다 바람직하게는 1,500 내지 8,000, 보다 더 바람직하게는 2,000 내지 6,000 및 가장 바람직하게는 2,500 내지 4,000의 수평균 분자량을 가진다.
이들 다이머 산계 폴리에스터 폴리올의 예들은 폴리올이 참조로 본 명세서에 포함된 EP 0 539 030 B1에 주어진다. 상업적으로 이용가능한 제품으로서, 프리플라스트 3190, 3191, 3192, 3195, 3196, 3197, 3198, 1838, 2033(유니퀴마에 의해 제조) 등이 주어진다.
올리고머에서 폴리프로필렌 글리콜 대 다이머 산계 폴리에스터 폴리올의 비는 1:5 내지 5:1, 바람직하게는 1:4 내지 4:1, 및 더 바람직하게는 1:2 내지 2:1, 보다 더 바람직하게는, 폴리프로필렌 글리콜 및 다이머 산계 폴리에스터 폴리올이 동일한 몰 비율로 존재한다.
폴리아이소시아네이트(B)의 예로 2,4-톨릴렌 다이아이소시아네이트, 2,6-톨릴렌 다이아이소시아네이트, 1,3-크실렌 다이아이소시아네이트, 1,4-크실렌 다이아이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 다이아이소시아네이트, m-페닐렌 다이아이소시아네이트, p-페닐렌 다이아이소시아네이트, 3,3'-다이메틸-4,4'-다이페닐렌 다이아이소시아네이트, 4,4'-다이페닐메테인 다이아이소시아네이트, 3,3'-다이메틸페닐렌 다이아이소시아네이트, 4,4'-바이페닐렌 다이아이소시아네이트, 1,6-헥세인 다이아이소시아로트, 아이소포론 다이아이소시아네이트, 메틸렌비스(4-사이클로헥실아이소시아네이트), 2,2,4-트라이메틸헥사메틸렌 다이아이소시아네이트, 비스(2-아이소시아네이틸)퓨마레이트, 6-아이소프로필-1,3-페닐-다이아이소시아네이트, 4-다이페닐프로페인 다이아이소시아네이트, 수소화 다이페닐메테인 다이아이소시아네이트, 수소화 크실렌 다이아이소시아네이트, 테트라메틸 크실렌 다이아이소시아네이트, 리신 아이소시아네이트 등이 주어진다. 이들 폴리아이소시아네이트 화합물은 개별적으로 또는 둘 이상의 조합으로 사용될 수 있다. 바람직한 아이소시아네이트는 톨릴렌 다이아이소시아네이트, 아이소포론 다이-아이소시아네이트 및 메틸렌-비스(4-사이클로헥실아이소시아네이트)이다. 가장 바람직하게는 아이소포론 다이-아이소시아네이트 및 메틸렌-비스(4-사이클로헥실아이소시아네이트)와 같은 전체 지방족계 폴리아이소시아네이트 화합물이다.
하이드록실 그룹-함유 아크릴레이트(C)의 예들은 (메타)아크릴산 및 에폭시로부터 유도된 (메타)아크릴레이트 및 알카일렌 옥사이드, 특히, 2-하이드록실에틸(메타)아크릴레이트, 2-하이드록실프로필아크릴레이트 및 2-하이드록실-3-옥시페닐(메타)아크릴레이트를 포함하는 (메타)아크릴레이트를 포함한다. 아크릴레이트 작용기는 메타아크릴레이트에 대해 바람직하다.
우레탄 아크릴레이트 제조에 사용되는 폴리올(A)[(A1) 및 (A2)를 포함하는 상기 폴리올(A)], 폴리아이소시아네이트(B), 및 하이드록실 그룹-함유 아크릴레이트(C)의 비율은 폴리아이소시아네이트에 포함된 아이소시아네이트 그룹의 1.1 내지 3 당량 및 하이드록실 그룹-함유 (메타)아크릴레이트에 포함된 하이드록실 그룹의 0.1 내지 1.5 당량이 폴리올에 포함된 하이드록실 그룹의 1 당량에 대해 사용되도록 정해진다.
본 발명의 조성물에 사용되는 우레탄(메타)아크릴레이트 올리고머의 수평균 분자량은 바람직하게는 1200 내지 20,000, 보다 바람직하게는 2,200 내지 10,000의 범위이다. 만일 우레탄(메타)아크릴레이트의 수평균 분자량이 100이하인 경우, 수지 조성물은 경화되는 반면에, 만일 수평균 분자량이 20,000이상인 경우, 조성물의 점도는 높고, 조성물의 처리를 어렵게 만든다.
우레탄(메타)아크릴레이트 올리고머는 수지 조성물의 총량의 바람직하게는 10 내지 90중량%, 보다 바람직하게는 20 내지 80중량%, 보다 더 바람직하게는 30 내지 70중량% 및 가장 바람직하게는 40 내지 70중량%로 사용된다. 조성물이 광섬유용 코팅 물질로 사용될 때, 20 내지 80중량%의 범위는 특히 우수한 코팅력뿐만 아니라 뛰어난 유연성 및 경화 코팅의 장기간 신뢰성을 바람직하게 유지한다.
본 발명의 방법에 사용되는 복사-경화가능 조성물은 점도를 조절하는데 사용되는 하나 이상의 반응성 희석제(B)를 포함할 수 있다. 반응성 희석제는 악틴 복사에 노출됐을 때 중합 가능한 적어도 하나의 작용기를 갖는 저 점도 모노머일 수 있다. 이 작용기는 복사-경화가능 올리고머에 사용되는 것과 동일한 특성일 수 있다. 바람직하게는, 각 반응성 희석제의 작용기는 다른 복사-경화가능 희석제 또는 올리 고머에 제공되는 복사-경화가능 작용기와 공중합될 수 있다. 사용된 반응성 희석제들은 모노- 및/또는 다기능기, 바람직하게는 (메타)아크릴레이트 작용기일 수 있다.
적절한 복사-경화가능 제 1 코팅 조성물은 적어도 하나의 복사-경화가능 희석제의 약 1 내지 약 80중량%를 포함한다. 복사-경화가능 희석제의 바람직한 양은 코팅 조성물의 총 중량을 기초로 약 10 내지 약 60중량%, 보다 바람직하게는 약 20 내지 약 55중량%, 보다 더 바람직하게는 25 내지 40중량%를 포함한다.
일반적으로, 각 반응성 희석제는 약 550이하의 분자량 및 약 500 mPa.s이하의 점도를 가진다.
예를 들어, 반응성 희석제는 모노머 아크릴레이트 또는 바이닐 이써 작용기 및 C4-C20 알킬 또는 폴리이써 모이어티를 갖는 모노머들의 혼합물일 수 있다. 아크릴레이트 작용성 단일 작용성 희석제의 예는 아이소보닐 아크릴레이트, 보닐 아크릴레이트, 다이사이클로펜타닐 아크릴레이트, 사이클로헥실 아크릴레이트 등, 2-하이드록실에틸 아크릴레이트, 2-하이드록실프로필 아크릴레이트, 2-하이드록실부틸 아크릴레이트, 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, 프로필 아크릴레이트, 아이소프로필 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트, 아밀 아크릴레이트, 아이소부틸 아크릴레이트, t-부틸 아크릴레이트, 펜틸 아크릴레이트, 아이소아밀 아크릴레이트, 헥실 아크릴레이트, 헵틸 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 아이소옥틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 노닐 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 아이소데실 아크릴레이트, 운데실 아크릴레이트, 도데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 아이소스테아릴 아크릴레이트, 테트라하이드로푸르푸릴 아크릴레이트, 부톡시에틸 아크릴레이트, 에톡시다이에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 벤질 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 모노아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노아크릴레이트, 메톡시에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 에톡시에틸 아크릴레이트, 메톡시폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시프로필렌 글리콜 아크릴레이트, 다이메틸아미노에틸 아크릴레이트, 다이에틸아미노에틸 아크릴레이트, 7-아미노-3,7-다이메틸옥틸 아크릴레이트, 다음 화학식 1로 나타나는 아크릴레이트 모노머와 같은 알리사이클릭 구조를 함유하는 아크릴레이트이다.
Figure 112004048763736-pct00001
여기서 R7은 수소 원자 또는 메틸기, R8은 2-6 및 바람직하게는 2-4 탄소 원자를 갖는 알킬렌 그룹, R9는 수소 원자 또는 1-12 탄소 원자를 함유하는 유기그룹 또는 방향족 고리, 및 r은 0 내지 12, 바람직하게는 1 내지 8의 정수이다.
적절히 낮은 경화 온도 및 이 온도에서 적절하게 낮은 모듈러스를 가진 경화 폴리머 물질을 얻기 위하여, 데실 아크릴레이트, 아이소데실 아크릴레이트, 트라이데실 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트 등과 같은 긴 지방족 사슬-치환 모노아크릴레이트가 바람직하고 에톡실화되고 프로폭실화된 노닐 페놀 아크릴레이트와 같은 알킬 페놀 아크릴레이트가 더욱 바람직하다.
비-아크릴레이트 작용성 모노머 희석제의 예들은 N-바이닐피롤리돈, N-바이닐 카프로락탐, 바이닐이미다졸, 바이닐피리딘 등이다.
이들 N-바이닐 모노머는 바람직하게는 약 1 내지 약 20중량%, 보다 바람직하게는 약 10중량%이하, 보다 바람직하게는 2 내지 7중량%의 양으로 존재한다.
바람직한 실시예에 따라, 본 발명에 따른 방법에서 제 1 코팅으로 도포된 폴리머 물질은 적어도 하나의 단작용성 반응성 희석제(아크릴레이트 또는 바이닐 이써 작용성)를 포함하는 복사 경화가능 조성물로부터 제조되고, 상기 단작용성 희석제(s)는 10 내지 50중량%, 바람직하게는 20 내지 40중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 38중량%로 존재한다. 모노-아크릴레이트 작용성 반응성 희석제의 양은 바람직하게는 10 내지 40중량%, 보다 바람직하게는 15 내지 35중량% 및 가장 바람직하게는 20 내지 30중량%이다.
반응성 희석제는 중합가능한 둘 이상의 작용기를 갖는 희석제를 포함할 수 있다. 이런 모노머들의 예는 C2-C18 탄화수소다이올 다이아크릴레이트, C4-C18 탄화수소 다이바이닐이써,
C3-C18 탄화수소 트라이아크릴레이트 및 1,6-헥세인다이올다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인 트라이아크릴레이트, 헥세인다이올 다이바이닐이써, 트라이에틸렌글리콜 다이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 에톡실화된 비스페놀-A 다이아크릴레이트 및 트라이프로필렌글리콜 다이아크릴레이트와 같은 이의 폴리이써 유사체 등을 포함할 수 있다.
이런 다작용성 반응성 희석제는 바람직하게는 (메타)아크릴레이트 작용성, 바람직하게는 이작용성(구성성분(B1) 및 삼작용성(성분(B2))이다.
바람직하게는, 에톡실화된 헥세인다이올다이아크릴레이트, 프로폭실화된 글리셀릴 트라이아크릴레이트 또는 프로폭실화된 트라이메틸올 프로페인 트라이아크릴레이트가 사용된다.
다이아크릴레이트의 바람직한 예들은 알콕실화된 지방족 글리콜 다이아크릴레이트, 보다 바람직하게는 프로폭실화된 지방족 글리콜 다이아크릴레이트이다. 트라이아크릴레이트의 바람직한 실시예는 트라이메틸올 프로페인 트라이아크릴레이트이다.
바람직한 실시예에 따라, 0.5-10중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 5중량% 및 가장 바람직하게는 1.5 내지 3중량%의 다작용성 반응성 희석제를 포함하는 본 발명에 따른 방법에서 광섬유에 일차 코팅으로 사용되는 폴리머 물질은 복사 경화로부터 제조된다.
특정한 이론에 구속되지 않고, 본 발명자들은 약 75중량% 이하(바람직하게는 70중량% 이하)의 본 발명에 따른 올리고머와 적어도 약 15중량%(보다 바람직하게는 적어도 약 20중량%, 보다 더 바람직하게는 적어도 약 25% 및 가장 바람직하게는 적어도 약 30중량%)의 단작용성 반응성 희석제의 총량의 조합은 경화 후에, 허용가능하게 낮은 경화 온도 및 이 온도에서 낮은 모듈러스를 가진 일차 코팅 조성물을 얻는 것을 돕는다.
조성물은 적어도 두 개의 단작용성 반응성 희석제의 혼합물, 가장 바람직하게는 긴 지방족 사슬과 치환되는 상기 반응성 희석제의 하나를 포함하고, 보다 더 바람직하게는, 조성물은 두 개의 긴 지방족 사슬-치환 모노아크릴레이트를 포함한다. 바람직하게는, 적어도 약 10중량%, 더 바람직하게는 적어도 약 12중량%가 상기 적어도 하나의 긴 지방족 사슬-치환 모노아크릴레이트에 존재한다.
본 발명에 따른 방법에서 광섬유 상의 제 1 코팅층으로서 사용되기에 적절한 조성물은 복사에 의해 경화될 수 있다. 여기서, 복사는 적외선 복사, 가시광선 복사, 자외선 복사, X-선, 전자빔, α-선, β-선, γ-선 등이다. 가시광선 및 UV 복사가 바람직하다.
본 발명에 따른 광섬유 상에 일차 코팅층으로 사용되기에 적절한 액체 경화가능 수지 조성물은 광-중합 개시제를 포함한다. 또한, 광감작제가 필요에 따라 첨가될 수 있다. 광-중합 개시제의 예들은 1-하이드록실사이클로헥실페닐 케톤, 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논, 크산톤(xanthone), 플루오레논, 벤즈알데하이드, 플루오렌, 안트라퀴논, 트라이페닐아민, 카바졸, 3-메틸아세토페논, 4-클로로벤조페논, 4,4'-다이메톡시벤조페논, 4,4'-다이아미노벤조페논, 미켈러스 케톤(Michler's ketone), 벤조인 프로필 이써, 벤조인 에틸 이써, 벤질 메틸 케탈, 1-(4-아이소프로필페닐)-2-하이드록실-2-메틸프로판-1-온, 2-하이드록실-2-메틸-1-페닐프로판-1-온, 티오크산톤, 다이에틸티오크산톤, 2-아이소프로필티오크산톤, 2-클로로티오크산톤, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노-프로판-1-온, 2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드, 비스-(2,6-다이메톡시벤조일)-2,4,4-트라이메틸페닐포스핀 옥사이드, 비스-(2,4,6-트라이메틸벤조일)-페닐포스핀 옥사이드 등이다.
광-중합 개시제의 상업적으로 사용가능한 제품의 예는 IRGACURE 184, 369, 651, 500, 907, CGI1700, 1750, 1850, 819, Darocur 1116, 1173(시바 스페셜티 케미칼사에 의해 제조), Lucirin LR8728(BASF에 의해 제조), Ubecryl P36(UCB에 의해 제조) 등을 포함한다.
사용된 중합 개시제의 양은 수지 조성물에 대한 구성성분의 총량의 0.1 내지 10중량% 및 바람직하게는 0.5 내지 7중량%가 사용될 수 있다.
상기한 구성성분이외에, 항산화제, UV 흡수제, 광안정제, 실란 커플링제, 코팅 표면 향상제, 열 중합 개시제, 평탄제, 계면활성제, 착색제, 방부제, 가소제, 윤활제, 용매, 충진제, 노화 방지제, 흡습력 향상제와 같은 다양한 첨가제들이 필요에 따라 본 발명의 액체 경화가능 수지 조성물에서 사용될 수 있다. 항산화제의 예들은 Irganox1010, 1035, 1076, 1222(시바 스페셜티 케미칼사에 의해 제조), Antigene P, 3C, FR, Sumilizer GA-80(수미토모 케미컬 인더스트리사에 의해 제조) 등을 포함한다; UV 흡수제의 예들은 Tinuvin P, 234, 320, 326, 327, 328, 329, 213(시바 스페셜티 케미칼사에 의해 제조), Seesorb 102, 103, 110, 501, 202, 712, 704(사이프로 케미컬사에 의해 제조) 등을 포함한다; 광개시제의 예들은 Tinuvin 292, 144, 622LD(시바 스페셜티 케미칼사에 의해 제조), Sanol LS770(산쿄사에 의해 제조), Sumisorb TM-061(수미토모 케미컬 인더스트리사에 의해 제조) 등을 포함한다; 실란 커플링제의 예들은 아미노프로필트라이에톡시실란, 머캡토프로필트라이메톡시-실란 및 메타아크릴옥시프로필트라이메톡시실란 및 SH6062, SH6030(토레이-다우코닝 실리콘사에 의해 제조) 및 KBE903, KBE603, KBE403(Shin-Etsu 케미컬사에 의해 제조)과 같이 상업적으로 허용가능한 제품을 포함한다.
본 발명에 따른 광섬유 상에 일차 코팅층으로서 사용되는 액체 경화가능 수지 조성물의 점도는 주로 200 내지 20,000cP, 및 바람직하게는 2,000 내지 15,000cP이다.
본 발명에 따른 광섬유 상에 일차 코팅층으로서 사용되기에 적절한 일차 코팅 조성물은, 경화될 때, 통상적으로 80% 이상, 보다 바람직하게는 적어도 110%, 보다 바람직하게는 적어도 150%이나 통상적으로 400% 이하인 파괴점 신장율(elongation-at-break)을 가진다.
본 발명에 따른 광섬유 상에 일차 코팅층으로서 사용되기에 적절한 조성물은 바람직하게는 1.0J/cm2(최대 획득가능 모듈러스의 95%에서) 이하, 보다 바람직하게는 약 0.7 J/cm2 이하, 및 보다 바람직하게는 약 0.5 J/cm2 이하 및 가장 바람직하게는 약 0.4 J/cm2 이하의 경화 속도를 가질 것이다.
본 발명에 따른 광섬유는 상기 일차 코팅층 주위에 배치된 폴리머 물질(이차 코팅)의 제 2 층을 포함한다. 바람직하게는, 상기 이차 코팅의 폴리머 물질은 복사 경화가능 조성물을 기초로한다. 상기한 일차 코팅은 일차 코팅 제제와 혼용가능한 당업계에서 공지된 형태의 뒤이어 이차 코팅으로 코팅된다. 예를 들어, 만일 일차 코팅이 아크릴계를 가진다면, 이차 코팅 또한 아크릴계를 갖는 것이 바람직하다.
통상적으로, 아크릴계 이차 코팅은 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트 말단 그룹을 가진 적어도 하나의 올리고머, 적어도 하나의 아크릴 희석제 모노머 및 적어도 하나의 광시제를 포함한다.
일반적으로 올리고머는 제제의 40-80중량%를 나타낸다. 통상적으로 올리고머는 폴리우레탄아크릴레이트로 이루어진다.
폴리우레탄아크릴레이트는 폴리올 구조, 폴리아이소시아네이트 및 아크릴 작용기를 갖는 모노머 사이의 반응에 의해 제조된다.
폴리올 구조의 분자량은 500 내지 6000 u.a 사이이다; 이것은 완전히 탄화수소, 폴리이써, 폴리에스터, 폴리실록산 또는 플루오르화된 타입일 수 있고 또는 이들의 조합일 수 있다. 탄화수소, 폴리이써 구조 및 이들의 조합이 바람직하다. 예를 들어, 폴리이써 폴리올의 대표적인 구조는 폴리테트라메틸렌 옥사이드, 폴리메틸테트라메틸렌 옥사이드, 폴리메틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리부틸렌 옥사이드, 이들의 이성질체 및 이들의 혼합물일 수 있다. 탄화수소 폴리올의 대표적인 구조는 하이드록실 그룹으로 완전히 또는 부분적으로 수소화되고 작용화된 폴리부타다이엔 또는 폴리아이소부틸렌이다.
폴리아이소시아네이트는 예를 들어, 상기한 폴리아이소시아네이트(B)와 같은 방향족 또는 지방족 타입일 수 있다.
아릴 작용을 갖는 모노머는 아이소시아네이트 그룹과 반응할 수 있는 그룹을 포함한다. 상기 모노머는 예를 들어, 상기한대로 하이드록실 그룹-함유 아크릴레이트(C) 중에서 선택될 수 있다.
에폭시아크릴레이트는 아크릴산과 알콜의 글리시딜이써, 통상적으로 비스페놀 A 또는 비스페놀 F와 반응하여 제조된다.
희석제 모노머는 제제의 20-50중량%를 나타내고, 이것의 주 목적은 제제가 이차 코팅 사용 온도에서 약 5 Pas의 점도를 얻게 하는 것이다. 반응성 관능기를 가진 바람직하게는 아크릴 타입의 희석제 모노머는 올리고머의 구조와 혼용가능한 구조를 가진다. 아크릴성 관능기가 바람직하다. 희석제 모노머는 아이소보닐아크릴레이트, 헥세인다이아크릴레이트, 다이사이클로펜타다이엔-아크릴레이트, 트라이메틸올프로페인-트라이아크릴레이트와 같은 알킬 구조 또는 노닐페닐이써아크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜-페닐이써아크릴레이트 및 비스페놀 A의 유도체와 같은 방향족 구조를 가진다.
상기한 광개시제는 조성물에 첨가되는 것이 바람직하다. 온도의 효과에 의한 중합을 억제하는 억제제, 광안정제, 평탄제 및 분리 향상제와 같은 다른 첨가제 첨가될 수 있다.
이차 코팅에 대한 가교가능 시스템의 통상적인 제제는 약 40-70%의 폴리우레탄아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트 또는 이의 혼합물, 약 30-50%의 희석제 모노머, 약 1-5%의 광개시제 및 약 0.5-5%의 다른 첨가제를 포함한다.
본 발명의 이차 코팅으로 사용가능한 제제의 예는 DeSolite®3471-2-136(DSM)의 이름으로 판매된다. 이렇게 얻은 섬유들은 광케이블 내에서 사용될 수 있고 또는 광케이블을 형성하는데 사용되는 당업계에서 공지된 타입(Cablelite®3287-9-53, DSM)의 통상적인 폴리머 코팅 속에 포함됨으로써 예를 들어, 리본 형태로 결합될 수 있다.
통상적으로, 이차 코팅을 형성하는 폴리머 물질은 25℃에서 약 1000MPa 내지 약 2000MPa의 모듈러스 E′및 약 30℃, 바람직하게는 40℃ 이상 및 가장 바람직하게는 약 50℃ 이상의 유리 전이 온도(상기한대로 측정됨)를 가진다.
본 발명에 따른 방법에 적절한 광섬유는 예를 들어, 도 6에 구체적으로 나타낸 것과 같은 시스템을 사용하는 통상적인 드로잉 기술(drawing techinque)에 따라 생산될 수 있다.
보통 "드로잉 타워"로 알려진 이 시스템은 통상적으로 당겨지는 유리 광 프리폼이 위치한 화덕(302) 내부를 포함한다. 상기 프리폼의 바닥 부분은 연화점까지 가열되어 광섬유(301)를 뽑아낸다. 이 섬유를 바람직하게는 적어도 60℃의 온도로, 바람직하게는 예를 들어, 특허 출원 WO 99/26891에 기술된 타입의 적절한 냉각 튜브(303)에서 냉각하고 지름 측정 장치(304)를 통과시킨다. 이 장치는 마이크로프로세서(313)에 의해 회전 속도를 제어하는 풀리(pulley)(310)와 연결된다; 섬유 지름이 임의로 변화된 경우, 마이크로프로세서(313)는 풀리의 회전 속도를 제어하는 작용을 하여 광섬유의 지름을 일정하게 유지한다. 그런 후에, 섬유는 액체 형태로 코팅 조성물을 함유하는 일차 코팅 도포기(305)를 통과하고, 약 25㎛-35㎛의 두께로 이 조성물로 덮힌다. 코팅된 섬유는 일차 코팅이 경화되는 UV 오븐(또는 여러 오븐)(306)을통과한다. 경화된 일차 코팅으로 코팅된 섬유는 이차 코팅으로 코팅된 보조 도포기(307)를 통과하고 비교 UV 오븐(또는 여러 오븐)(308)에서 경화된다. 선택적으로, 이차 코팅의 도포는 젖은 도장 기술(wet-on-wet technique)에 따라, 일차 코팅이 경화되기 전에 일차 코팅에 직접 수행될 수 있다. 이런 경우, 예를 들어, 미국 특허 4 474 830호에 기술된 타입의 두 코팅층의 연속적 도포를 허용하는 단일 도포기가 사용된다. 따라서 코팅된 섬유는 개별 코팅을 경화하는데 사용되는 것들과 유사한 하나 이상의 UV 오븐을 사용하여 경화된다.
코팅 및 이 코팅의 경화 후에, 섬유는 선택적으로 이 섬유의 PMD("극성화 모드 분산")을 감소할 목적으로 이 섬유에 예정된 비틀림을 줄 수 있는 국제 특허 출원 WO 99/67180호에 기술된 타입의 장치를 통과하게 될 수 있다. 상기한 장치의 아래에 위치한 풀리(310)는 섬유의 회전 속도를 제어한다. 폴리를 당긴 후에, 섬유는 예를 들어, 특허 출원 EP 1 112 979호에 기술된 타입의 섬유의 장력을 제어할 수 있는 장치(311)를 통과하고 최종적으로 릴(312)에 수집된다.
이렇게 생성된 광섬유는 광케이블의 생산에 사용될 수 있다. 이 섬유는 이런 형태 또는 통상적인 코팅으로 함께 결합된 여러 섬유를 포함하는 리본의 형태로 사용될 수 있다.
도 1은 광섬유의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 방법에 적절한 폴리머 물질의 예시 DMA 플롯을 나타낸다.
도 3은 도 2의 DMA 플롯의 일차 도함수와 상응하는 곡선을 나타낸다.
도 4a 내지 4c는 본 발명에 따른 방법에 적절한 3개의 일차 코팅 물질의 실험 DMA 플롯을 나타낸다.
도 5는 종래의 일차 코팅 물질의 실험 DMA 플롯을 나타낸다.
도 6은 광섬유를 제조하기 위한 드로잉 타워(drawing tower)의 예시적 실시예를 나타낸다.
본 발명은 본 발명을 제한하려는 것이 아닌 실시예들에 의해 보다 상세하게 설명될 것이다.
코팅 조성물
코팅 조성물은 광섬유에 일차 코팅으로 도포되도록 제조하였다. 이 조성물은 아래 표 1의 실시예 1, 실시예 2 및 실시예 3에 나타낸 본 발명에 따른 광섬유 상에 일차 코팅으로 도포된다.
복사 경화가능한 일차 코팅 조성물
실시예 1 (중량%) 실시예 2 (중량%) 실시예 3 (중량%)
올리고머 I 68.30 60.30 67.30
에톡시화된 노닐 페닐 아크릴레이트 10.00 19.0 10.00
트라이데실 아크릴레이트 10.00 10.00 10.00
긴 지방족 사슬-치환 모노아크릴레이트 2.00 2.00 2.00
바이닐 카프로락탐 5.00 6.00 5.00
에톡시화된 비스페놀 A 다이아크릴레이트 1.00 - 3.00
트라이메틸올 프로페인 트라이아크릴레이트(TMPTA) 1.00 - -
2,4,6-트라이메틸벤조일 다이페닐 포스핀 옥사이드 1.40 1.40 1.40
티오다이에티렌 비스[3-(3,5-다이-t-부틸-4-하이드록실페닐)프로피오네이트])하이드로시나메이트 0.30 0.30 0.30
γ-머캡토 프로필 트라이메톡시실란 1.00 1.00 1.00
올리고머 I는 아이소포론 다이아이소시아네이트(IPDI), 2-하이드록실에틸아크릴레이트(HEA), 폴리프로필렌 글리콜(PPG) 및 다이머산계 폴리에스터 폴리올의 반응 생성물이다.
또한, 비교예 상업적 일차 코팅 DeSolite®3471-1-129(표 2의 비교예 A)을 검사하였다.
평형 모듈러스, Tg, Th 및 상기 경화된 일차 코팅 조성물의 각각에 대한 Th에서의 모듈러스는 표 2(DMA 검사 및 DMA 곡선 상에 개별 변수의 결정에 대한 방법 부분 참조)에 나타내었다. 상기 경화된 코팅 조성물의 상응하는 DMA 곡선은 도 4A, 4B, 4C(실시예 1, 2 및 3) 및 5(비교 실험예 A)에 각각 나타내었다.
경화된 일차 코팅 조성물의 변수
실시예 Tg Th E´ E´(Th)
1 -59.1 -12.2 1.1 3.5
2 -56.6 -10.8 0.7 2.0
3 -63.2 -13.3 1.1 2.7
비교예 A -55.1 -5.6 1.9 3.6
광섬유의 제조
코팅된 표준 싱글 모드 광섬유를 일차 코팅으로 실시예 1-3(표 3의 F1, F1a, F2 및 F3에 해당)의 일차 코팅 조성물 또는 비교예 A를 사용하여 검사 방법 부분에서 나타낸대로 제조하였다. 상업용 이차 코팅 DeSolite®3471-2-136은 모든 섬유들에 사용하였다.
다음 표준 싱글 모드 광섬유를 제조하였다:
섬유 일차 코팅 MAC
F1 실시예 1 8.0
F1a 실시예 1 7.9
F2 실시예 2 7.9
F3 실시예 3 8.35
Fc 비교예 A 8.23
각 섬유에 대한 MAC값은 검사 방법 부분에서 나타낸대로 결정하였다.
마이크로벤딩 검사
싱글 모드 광섬유에 대한 마이크로벤딩 검사(검사 방법 부분을 상세히 참조)는 각각 다음 표 4에 나타내었다.
SM 섬유에 대한 마이크로벤딩
마이크로벤딩 민감성 (dB/Km)(g/mm)
섬유 MAC값 -30℃ +22℃ +60℃
F1 8.00 0.75 0.4 1.6
F1a 7.91 0.45 0.31 1.5
F2 7.9 0.4 0.2 1.3
F3 8.35 0.5 0.3 1.6
Fc 8.23 1.6 1.4 2.6
상기 결과에 의해 나타낸대로, 본 발명에 따른 방법을 사용함으로써, 낮은 작동 온도뿐만 아니라 높은 작동 온도 모두에서, 광섬유에 대한 마이크로벤딩 현상에 의해 발생된 감쇠 손실을 감소시킬 수 있다.
검사 방법 및 제조 방법
기계적 검사를 위한 일차 코팅의 경화(샘플 제조)
검사될 물질의 드로우다운을 유리판 상에 제조하였고 안정한 분위기에서 UV 프로세서를 사용하여 경화하였다(1 J/cm2의 UV 양, EIT Uvicure 또는 인터내셔널 라이트 IL 390 B 라디오미터로 측정한 융합 D-램프). 경화 필름을 검사 전 최소 16시간 동안 23±2℃ 및 50±5% RH 상태로 만들었다.
12.7mm의 폭 및 12.5cm의 길이를 갖는 최소 6 개의 검사 시편을 경화 필름으로부터 절단하였다.
동역학 기계적 검사
다음 방법론에 따라 장력에 대한 DMA 검사를 수행하였다.
실시예 1-3 및 비교 실험 A의 경화된 코팅 조성물의 검사 샘플을 아래 장비를 갖춘 Rheometrics Solids Analyzer(RSA-11)를 사용하여 측정하였다:
1) 원도우 작동 시스템 및 RSI Orchestratro®소프트웨어(버젼 V.6.4.1)을 갖는 컴퓨터, 및
2) 저온 작동을 위한 액체 질소 제어 시스템.
0.02mm 내지 0.4mm 범위의 두께를 갖는 물질의 필름을 성형함으로써 유리판에 검사 샘플을 제조하였다. 샘플 필름을 UV 프로세서를 사용하여 경화하였다. 대략 35mm(1.4인치)길이 및 대략 12mm 폭의 시편을 경화 필름의 무결점 부위로부터 절단하였다. 끈적한 표면을 갖는 연한 필름의 경우, 활석 분말을 사용하여 절단 시편을 코팅하기 위해 코튼-팁트 도포기(cotton-tipped applicator)를 사용하였다.
시편의 필름 두께는 길이를 따라 다섯 이상의 위치에서 측정하였다. 평균 필름 두께는 ±0.001mm이었다. 이 길이에서 두께는 0.01mm이상 차이날 수 없다. 만일 조건이 맞지 않다면, 다른 시편은 사용하였다. 시편의 폭을 둘 이상의 위치에서 측정하였고 평균값은 ±0.1mm이었다.
샘플의 기하학을 장치에 입력하였다. 길이 필드를 23.2mm로 고정하였고 샘플의 시편의 폭 및 두께의 측정값을 적절한 필드에 입력하였다.
온도 스윕(sweep)을 수행하기 전에, 검사 샘플을 5시간 동안 질소 분위에서 80℃의 온도하에서 검사 샘플로부터 습기를 제거하였다. 사용된 온도 스윕은 검사 샘플을 약 -60℃ 또는 약 -90℃로 냉각하고 온도가 약 100℃ 내지 약 120℃에 도달할 때까지 약 2℃/분에서 온도를 증가시키는 것을 포함한다. 사용된 검사 주기는 1.0 라디안/초이었다. 동역학 측정인 DMTA 측정에서, 다음 모듈러스를 측정하였다: 저장 모듈러스 E′(탄성 모듈러스로도 불림) 및 손실 모듈러스 E″(점성 모듈러스로도 불림). 상기한 조건하에서 1.0 라디안/초의 주기에서 측정된 10 내지 100℃ 내의 온도 범위에서 DMTA 곡선에서 저장 모듈러스 E′의 최저값을 코팅의 평형 모듈러스으로 취하였다.
상응하는 DMA 곡선은 도 4a 내지 도 4c(실시예 1-3 각각) 및 도 5(비교예 A)에 나타내었다.
유리 전이 온도(Tg) 및 경화 온도(Th)의 결정
각 경화 일차 코팅 물질의 개별 DMA 플롯을 기초로하여, 물질의 Tg, Th 및 Th에서의 모듈러스를 설명부분에서 언급한대로 결정하였다.
따라서, 도 2를 참조하여, Tg는 라인 A과 라인 D의 교차점에 의해 결정되었다. 라인 A는 다음 방식으로 유리 상태의 대지 영역에서 DMA 곡선의 점을 내삽함으로써 결정하였다. 첫 번째로, -60℃ 내지 -80℃의 범위에서 log E′의 중간값을 계산하였다. log E′의 상기값을 통과하는 수평선(x축과 평행)으로 라인 A를 정했다. 라인 D는 상기 곡선의 비스듬한 부분 "d"에서 DMA 곡선의 변곡점에 대한 접선으로 정했다. 변곡점 및 그 점의 접선의 기울기는 DMA 곡선의 일차 도함수에 의해 결정하였다; 도함수 곡선의 최소점의 가로 좌표는 DMA 곡선의 변곡점의 개별 가로 좌표를 나타내는 반면, 세로 좌표는 상기 변곡점의 접선의 기울기(각계수)를 나타낸다. 도함수 곡선은 DMA 곡선의 각 실험점의 도함수를 계산하고 최소 계산 도함수 값 주위로 +20/-40℃의 범위로 6차 다항식 곡선에 의해 이들 점들을 조절함으로써 결정하였다.
유사하게, Th는 라인 B와 라인 D(도 2)의 교차점으로 결정하였다. 라인 D는 상기한대로 결정하는 반면, 라인 B은 다음 방식으로 고무 상태의 대지 영역에서 DMA 곡선의 점들을 내삽함으로써 결정하였다. 첫 번째로, 20℃ 내지 40℃의 범위에서 로그 E′의 중간값을 계산하였다. 로그 E′의 상기값을 통과하는 수평선(x축과 평행)으로 라인 B를 정했다.
광섬유의 제조
본 실험에서 사용된 모든 광섬유는 제 1(일차) 코팅 조성물을 당겨진 광섬유에 도포하고, 상기 코팅 조성물을 경화하고 뒤이어 이차 코팅층을 도포하고 경화함으로써 표준 드로잉 기술에 따라 제조하였다. 이 섬유는 약 20m/s의 속도로 당겨지고 코팅층의 경화등급은 적어도 약 90%이다. 경화 등급은 최초 광-경화가능 조성물에 대한 최종 가교된 수지에서 반응된 아크릴레이트 불포화의 백분율을 결정함으로써 마이크로-FTIR 기술(예를 들어, WO 98/50317에 기술됨)에 의해 결정된다.
마이크로벤딩 검사
광섬유에 대한 마이크로벤딩 효과는 지. 그라소 및 에프. 멜리 "Microbending losses of cabled single-mode fibers", ECOC '88, pp. 526-ff에서 기술한 또는 IEC 표준 62221(광섬유-측정 방법-마이크로벤딩 민감성-방법 A, 팽창가능한 드럼; 2001년 10월)에서 기술한 "팽창가능한 드럼 방법"에 의해 결정한다. 검사는 거친 물질(3M Imperial® PSA-grade 40㎛)로 코팅된 300mm 지름 팽창가능한 금속 통에 55g의 장력으로 100m 길이 섬유를 감음으로써 수행한다.
- 통의 팽창(섬유의 길이의 변이); 및
- 섬유 전송 손실을 제어하는 컴퓨터와 통이 연결된다.
섬유 전송 손실 대 섬유 응력을 관찰하는 동안 이 통은 점차적으로 팽창한다.
섬유에 가해진 압력은 다음 식에 의해 섬유 신장으로부터 계산한다:
Figure 112004048763736-pct00002
여기서 E는 유리의 탄성 모듈러스, A는 코팅된 섬유의 면적 및 R은 통 지름이다.
각 광섬유에 대한, MAC는 다음과 같이 결정된다:
Figure 112004048763736-pct00003
여기서 1550nm 및 λco(람다 섬유 컷오프 - 2m 길이)에서 MFD는 표준 ITUT G650에 따라 결정된다.
람다 케이블 컷오프(NZD 섬유에 대한)를 ITUT G650에 따라 결정하였다.
본 발명의 내용 중에 있음

Claims (8)

  1. 내부 유리 부분, 상기 유리 부분 주위에 배치된 제 1 코팅층 및 제 1 코팅층 주위에 배치된 제 2 코팅층을 포함하는 광섬유로서,
    상기 제 1 코팅층은 폴리프로필렌 글리콜 및 다이머 산계 폴리에스터 폴리올로부터 유도된 주쇄를 포함하는 복사 경화가능 올리고머를 포함하는 복사 경화가능 조성물을 경화시킴으로써 얻어지는 경화 폴리머 물질로부터 형성되고,
    상기 경화 폴리머 물질은:
    a) -10℃ 내지 -20℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 5.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
    b) -20℃ 내지 -30℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 20.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
    c) -30℃ 보다 더 낮은 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 70.0Mpa 보다 낮은 모듈러스를 갖는 광섬유.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 상기 물질이
    a) -10℃ 내지 -20℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 4.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
    b) -20℃ 내지 -30℃의 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 15.0Mpa 보다 낮은 모듈러스; 또는
    c) -30℃ 보다 더 낮은 경화 온도(Th) 및 상기 Th에서 측정된 50.0Mpa 보다 낮은 모듈러스를 갖는 광섬유
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 물질의 평형 모듈러스가 1.5Mpa 보다 낮은 광섬유.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 물질의 평형 모듈러스가 1.4Mpa 보다 낮은 광섬유.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 물질의 평형 모듈러스가 1.3Mpa 보다 낮은 광섬유.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 물질의 유리 전이 온도가 -30℃ 보다 높지 않은 광섬유.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 물질의 유리 전이 온도가 -40℃ 보다 높지 않은 광섬유.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머 물질의 유리 전이 온도가 -50℃ 보다 높지 않은 광섬유.
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