KR101051518B1 - 고경화성 1차 코팅층을 갖는 광섬유 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 코어를 포함하는 섬유; 상기 섬유를 실질적으로 캡슐화한 1차 코팅층; 및 상기 섬유상의 1차 코팅층을 실질적으로 캡슐화한 2차 코팅층을 포함하며, 여기서 상기 1차 코팅층은 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제1광개시제를 포함하는 제1중합 조성물의 경화된 산물이고, 상기 2차 코팅층은 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제2광개시제를 포함하는 제2중합 조성물의 경화된 산물이며, 상기 제2광개시제의 평균 적분강도는 UV 스펙트럼 범위내의 적어도 일부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 광섬유를 포함하는 섬유 광 리본, 상기 광섬유의 제조방법, 및 광섬유상의 1차 코팅층의 경화 정도를 증가시키는 방법에 관한 것이다.

광섬유, 1차 코팅층, 고경화성, 코어, 광 리본, 경화

Description

고경화성 1차 코팅층을 갖는 광섬유 및 그 제조방법 {Optical fibers possessing a primary coating with a higher degree of cure and methods of making}

본 발명은 섬유 코어 상에 적용된 1차 코팅층의 경화 정도를 향상시키는 방법 및 상기 방법에 따라 제조된 광섬유에 관한 것이다.

광섬유의 통상적인 기하학은 섬유 중심에 위치한 실린더형 코어, 상기 코어를 감싸는 실린더형 클래드(함께 유리 섬유를 형성하는 코어 및 클래드를 가짐), 상기 클래드를 감싸는 1차 또는 내부 코팅층, 및 상기 1차 코팅층을 감싸는 2차 또는 외부 코팅층으로 특성화된다. 상기 1차 코팅층은 상기 유리 섬유에 직접적으로 적용되며, 경화시 상기 유리 섬유를 캡슐화하는 연성의 탄성을 갖는 부드러운(compliant) 물질을 형성한다. 상기 1차 코팅층은 상기 섬유가 구브러지거나 케이블되거나 또는 감기는 경우 상기 유리 섬유를 보호하고 쿠션 역할을 하는 완충제로서 작용한다. 상기 2차 코팅층은 상기 1차 코팅층상에 적용되어 조작 및 사용시 상기 유리 섬유의 손상을 방지하는 거친, 보호 외층으로서의 기능을 한다.

광섬유를 제조하기 위한 하나의 접근방법은 1차 코팅 물질이 유리 섬유에 적용되고, 상기 1차 코팅층이 경화된 후, 2차 코팅층이 상기 1차 코팅된 섬유에 적용 되고, 상기 2차 코팅층이 경화되는 2중-코팅 시스템을 이용한다. 이러한 공정은 웨트-온-드라이 코팅 과정으로 공지되어 있다. 광섬유를 제조하기 위한 선택적인 접근방법은 또한 2중-코팅 시스템을 이용하지만, 대신 상기 1차 코팅 물질이 유리 섬유에 적용된 다음 2차 코팅 물질이 적용되며, 상기 1차 및 2차 코팅층이 동시에 경화된다. 이러한 공정은 웨트-온-웨트 코팅 과정으로 공지되어 있다. 웨트-온-드라이 및 웨트-온-웨트 코팅 과정은 상기 1차 코팅층의 경화 정도에 따라 속도가 제한을 받는다. 웨트-온-드라이 공정에 있어서, 상기 1차-코팅 섬유는 상기 1차 코팅층이 충분히 경화된 후에 작업이 이루어지거나 또는 더욱 코팅될 수 있다. 이러한 경우에 있어서도, 상기 1차 코팅층의 낮은 경화율에 기인하여, 낮은 유효 모듈러스를 갖고 결함이 발생되기 쉽다. 이와 유사하게, 웨트-온-웨트 공정에 있어서도, 상기 코팅된 광섬유의 후 작업 및 공정은 상기 1차 코팅층이 충분히 경화되어야 수행될 수 있다. 이들 또한 결함이 발생하기 쉽다.

따라서, 더욱 신속하게 더욱 높은 경화도를 달성할 수 있는 1차 코팅층 조성물을 이용하여 광섬유의 작업 및 공정시 발생되는 섬유 결함의 수 및/또는 결함정도를 감소시키면서 섬유 제조의 공정 속도를 향상시키는 것이 바람직하다(즉, 비용대비 효율적인 공정).

본 발명은 전술한 당해 분야의 문제점들을 극복하고자 한다.

본 발명의 요약

본 발명의 제1측면은 적어도 코어를 포함하는 섬유; 상기 섬유를 실질적으로 캡슐화하며, UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제1광개시제를 포함하는 제1중합 조성물의 경화된 산물인 1차 코팅층; 및 상기 섬유상의 1차 코팅층을 실질적으로 캡슐화하며, UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제2광개시제를 포함하는 제2중합 조성물의 경화된 산물인 2차 코팅층을 포함하며, 여기서 상기 제2광개시제의 평균 적분강도가 UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유에 관한 것이다.

본 발명의 제2측면은 섬유를 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제1광개시제를 포함하는 제1중합 조성물로 제1코팅시키는 단계; 상기 코팅된 섬유를 UV 스펙트럼 범위내의 광을 또한 흡수하는 제2광개시제를 포함하는 제2중합 조성물로 제2코팅시키는 단계, 여기서 상기 제2광개시제의 평균 적분강도가 상기 UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하이며; 그리고 상기 2회 코팅된 섬유를 상기 제1 및 제2중합 조성물의 경화를 촉진시키기에 효과적인 조건하에서 UV 광원에 노출시켜 광섬유를 형성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명의 제3측면은 본 발명의 광섬유 제조방법에 따라 제조된 광섬유에 관한 것이다.

본 발명의 제4측면은 광섬유의 1차 코팅층의 경화 정도를 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 광섬유를 제1및 제2중합 조성물로 코팅시키는 단계; 및 상기 2회 코팅된 광섬유를 상기 제1 및 제2중합 조성물의 경화를 촉진시키기에 효과적인 조건하에서 UV 광원에 노출시키는 단계를 포함하며, 여기서, 상기 제1중합 조성물은 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제1광개시제를 포함하고, 상기 제2 중합 조성물은 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제2광개시제를 포함하며, 상기 제2광개시제의 평균 적분강도가 UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 85% 이하이고, 상기 제1 및 제2광개시제의 적분강도 차는 상기 제2중합 조성물의 UV 광에의 노출을 증가시켜 상기 1차 코팅층에 대한 경화 정도를 증가시키는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제5측면은 본 발명의 실질적으로 정렬된 다수의 광섬유 및 다수의 광섬유를 캡슐화한 매트릭스를 포함하는 광섬유 리본 또는 다발(bundle)에 관한 것이다.

본 발명의 광섬유 및 그 제조방법과 관련하여 여러가지 이점을 발견할 수 있다. 첫째, 1차 코팅 조성물의 1차 경화 정도를 증가시킴으로써, 1차 코팅층의 경화 속도가 이에 상당하는 양으로 또한 증가된다. 본원에서 기술하는 바와 같이, 1차 경화 정도에서 약 10%의 증가가 결과적으로 상기 1차 코팅층의 경화 속도에서 약 10%의 증가로 귀결되었다. 경화 속도에 있어서의 이러한 증가는 보다 높은 공정 속도로 효율적으로 이행될 수 있어, 광섬유를 대량 생산할 수 있는 장점이 있다. 둘째, 이로부터 얻어지는 광섬유는 그 증가된 경화 정도에 따라 품질면에서도 향상된다. 따라서 이로부터 특히 괌섬유의 노화 전에 섬유의 결함을 초래할 수 있는 위험을 감소시킬 수 있는 보다 나은 작업성(즉, 감기 및 풀기)을 갖는 광섬유를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 광섬유를 나타낸 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 광섬유의 제조방법을 나타낸 공정 개요도이다.

도 3은 본 발명에 따른 섬유 광 리본을 나타낸 단면도이다.

도 4는 수은형 D 벌브(Fusion UV systems, Inc.)에서 방출 파장에 대한 비스아실포스핀 옥사이드("BAPO") 및 모노아실 포스핀 옥사이드("MAPO")의 흡광(적분강도) 스펙트럼을 대조적으로 나타낸 그래프이다. 상기 BAPO 흡광 스펙트럼은 파선으로 나타내었고, MAPO 흡광 스펙트럼은 점-파선으로 나타내었다.

도 5는 수은 D-형 벌브에서 BAPO의 흡광도로부터 MAPO의 흡광도를 차감한 스펙트럼을 방출 파장에 대해서 나타낸 그래프이다.

도 6은 동일한 1차 코팅과, 테스트 또는 대조구 2차 코팅 중 어느 하나를 이용하여 제조된 광섬유에 대해서 유효 사용량에 대한 1차 경화 정도를 나타낸 그래프이다.

도 7은 상기 1차 경화 사이클동안 차가운 질소를 도입하거나 또는 도입하지 않고 제조된 광섬유에 대해서 유효 사용량에 대한 1차 경화 정도를 나타낸 그래프이다.

본 발명의 일측면은 도 1에 도시된 광섬유에 관한 것이다. 상기 광섬유(10)는 코어(12) 및 선택적으로 하나 이상의 클래딩 층(14), 상기 섬유를 실질적으로 캡슐화한 1차 코팅층(16), 및 상기 섬유상의 상기 1차 코팅층을 실질적으로 캡슐화한 2차 코팅층(18)을 갖는 섬유를 포함한다.

상기 1차 코팅층은 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제1광개시제를 포함 하는 제1중합 조성물의 경화된 산물이다. 본원에서 기술되는 "UV 스펙트럼"은 약 150㎚ 내지 약 420㎚의 파장을 갖는 광을 의미한다. 상기 제1광개시제가 UV 광을 흡수하는 UV 스펙트럼의 범위는 바람직하게는 적어도 약 190㎚ 내지 약 420㎚, 좀 더 바람직하게는 적어도 약 250㎚ 내지 약 420㎚, 가장 바람직하게는 적어도 약 300㎚ 내지 약 420㎚ 사이이다.

상기 2차 코팅층은 제2광개시제를 포함하는 제2중합 조성물의 경화된 산물이다. 상기 제2광개시제는 상기 제1광개시제가 광을 흡수하는 UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부분에서 상기 제2광개시제의 평균 적분강도가 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하가 되도록 선택된다. 바람직하게는, 상기 제2광개시제의 평균 적분강도는 상기 제1광개시제가 광을 흡수하는 UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 90% 이하, 좀 더 바람직하게는 85% 이하, 가장 바람직하게는 80%이다.

광개시제의 적분강도는 UV 스펙트럼 내, 특히 상기 제1광개시제가 광을 흡수하는 UV 스펙트럼 범위 내의 흡광 성질을 측정한 것이다. 상기 적분강도는 상기 흡광도 스펙트럼 아래의 면적을 측정한 것이다. 본원에서 기술되는 "평균 적분강도"는 코팅층(즉, 1차 또는 2차)의 두께에 의해 표준화된 광개시제의 적분강도를 의미한다.

상기 제1광개시제가 광을 흡수하는 UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부분내에서 상기 2차 광개시제의 평균 적분강도가 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하(바람직하게는 90% 이하, 좀 더 바람직하게는 85% 이하, 가장 바람직하게는 80% 이하)인 경우 상기 1차 코팅층의 경화 정도가 향상될 수 있다. 이는 2가지의 개별적인 접근법을 이용하거나 또는 이들을 조합함으로써 달성될 수 있다.

제1접근법에 있어서, 상기 제1 및 제2광개시제 모두는 UV 광의 동일한 범위내에서 광을 흡수하지만, 상기 제2광개시제는 이러한 적어도 일부의 범위에서 상기 제1광개시제보다 적게 광을 흡수하여, UV 스펙트럼 범위의 적어도 일부분내에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하(바람직하게는 90% 이하, 좀 더 바람직하게는 85% 이하, 가장 바람직하게는 80% 이하)의 평균 적분강도를 갖는다.

제2접근법에 있어서, 상기 제1 및 제2광개시제가 UV 광을 흡수하는 범위는 서로 상이하여 윈도우는 상기 제1광개시제가 상기 제2광개시제가 실질적으로 어떠한 광도 흡수하지 않는(즉, ㎛ 당 약 0.0005 미만의 흡광도) 광을 흡수하는 범위의 일부분내에 존재하게 된다.

제3접근법에 있어서, 상기 첫번재 2가지 접근법에서 기술된 2가지 상황이 모두 존재하는 경우이다. 따라서, 상기 제1광개시제가 UV 광을 흡수하는 범위의 제1부분에서, 상기 제1 및 제2광개시제는 UV 광을 흡수하지만, 상기 제2광개시제의 평균 적분강도는 상기 UV 범위의 제1부분내에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하(바람직하게는 90% 이하, 좀 더 바람직하게는 85% 이하, 가장 바람직하게는 80% 이하)이고; 상기 제1광개시제가 UV 광을 흡수하는 범위의 제2부분에서, 상기 제2광개시제는 실질적으로 어떠한 광도 흡수하지 않는다(즉, 약 0.0005/㎛ 미만의 흡광도).

본 발명의 일 구체예에 따르면, 상기 제1광개시제는 약 370 내지 약 420㎚ 범위내에서 약 0.001/㎛를 초과하는 평균 적분강도로 특성화되며, 상기 제2광개시제는 약 370 내지 약 410㎚ 범위내에서 약 0.001/㎛를 초과하는 평균 적분강도로 특성화된다. 상기 제2광개시제는 370 내지 약 410㎚ 범위의 대부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 약 80%의 평균 적분강도에 의해 특성화된다. 그러나, 상기 제2광개시제는 약 410㎚ 내지 약 420㎚의 윈도우내에서 어떠한 UV 광도 실질적으로 흡수하지 않으며; 이러한 윈도우내에서의 비례 평균 적분강도는 80%보다 훨씬 적다. 결과적으로, 이러한 윈도우내의 UV 광의 대부분은 상기 1차 코팅층에 이르게 되어 이의 경화도를 향상시킨다.

상기 광개시제는 본 발명의 조성물에서 사용되는 경우, 신속한 자외선 경화를 제공하기에 충분한 양으로 존재한다. 일반적으로, 상기 광개시제는 약 0.5 내지 약 10.0중량%, 좀 더 바람직하게는 약 1.5 내지 약 7.5중량%의 양으로 포함된다. 상기 광개시제는 소량이지만 복사선 경화를 촉진시키기에 효과적인 양으로 사용되는 경우 상기 코팅 조성물의 때이른 겔화를 일으키지 않고 적합한 경화 속도를 제공할 수 있다. 바람직한 경화 속도는 상기 코팅 조성물의 실질적인 경화를 일으키기에 충분한 모든 속도이다. 사용량에 대한 모듈러스 곡선으로 측정된 바에 따라, 약 25-35㎛의 코팅 두께에 대해서 적합한 UV 사용량은 예를 들어 1.0J/㎠ 미만, 바람직하게는 0.5J/㎠ 미만이다.

바람직한 제1광개시제는 비스아실포스핀 옥사이드(BAPO), α-히드록시 케톤, 및 이들의 혼합물을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. BAPO를 함유하는 광개시제는 Igacure 819 및 Igacure 1850을 포함하며, 이들 모두는 Ciba Specialty Chemical(Tarrytown, NY)에서 구입 가능하다. α-히드록시 케톤을 함유하는 광개시제는 Igacure 184를 포함하며, 이는 Ciba Specialty Chemical에서 구입 가능하다.

바람직한 제2광개시제는 BASF 사(Mount Olive, NJ)에서 구입 가능한 Lucirin TPO와 같은 모노아실포스핀 옥사이드(MAPO)를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1 및 제2코팅 조성물내의 제1 및 제2광개시제의 바람직한 조합은 각각 BAPO-함유 광개시제 및 MAPO-함유 광개시제이다.

상기 제1 및 제2중합 조성물은 코팅 조성물을 제조하기 위한 표준 기술 및 재료를 사용하여 형성된다. 이러한 코팅 조성물은 통상적으로 하나 이상의 단량체 성분 및 선택적으로 하나 이상의 올리고머 성분을 포함한다.

사용시, 상기 중합 조성물의 올리고머 성분은 단일형의 올리고머를 포함하거나 2개 이상의 올리고머의 조합일 수 있다. 사용되는 경우, 상기 올리고머는 바람직하게는 부가 중합(예를 들어, 에틸렌 불포화 올리고머)을 수행할 수 있다. 바람직한 올리고머로는 단관능성 또는 다관능성 올리고머 중 어느 하나를 사용할 수 있지만, 다관능성 올리고머가 좀 더 바람직하다. 상기 올리고머 성분은 단관능성 올리고머 및 다관능성 올리고머의 조합일 수 있다. 본 발명의 조성물에서 사용되는 올리고머는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, N-비닐 아미드, 스티렌, 비닐 에테르, 비닐 에스테르, 또는 폴리에테르-, 폴리카보네이트-, 폴리아미드-, 폴리우레탄-, 또는 폴리우레아-디이소시아네이트 주쇄 상에 다른 공지된 관능기를 가진 화합물을 함유할 수 있다. 이러한 형태의 올리고머의 일례로는 2000. 11. 7.자로 Sheng 등에 의해 출원된 미국 특허출원 제09/722,895호, 및 1999. 4. 29.자로 Fewkes 등에 의해 출원된 미국 특허출원 제09/301,814호에 기술되어 있으며, 이들 문헌은 모두 본 발명의 참고문헌으로 포함된다.

우레탄 아크릴레이트 올리고머는 통상적으로 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트와 디하이드릭 폴리에테르 또는 폴리에스테르, 가장 통상적으로는 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리옥시알킬렌 글리콜을 반응시켜 제조된다. 이러한 올리고머는 통상적으로 4-10개의 우레탄기를 가지며, 예를 들어 2000-8000의 고분자량을 갖는다. 그러나, 500-2000 범위의 분자량을 갖는 저분자량의 올리고머가 또한 사용될 수 있다. Coady 등에 의한 미국 특허 제4,608,409호, 및 Bishop 등에 의한 미국 특허 제4,609,718호에 이러한 제조방법에 대해 상세하게 개시되어 있으며, 이들은 모두 본원의 참고문헌으로 포함된다.

내습성 올리고머를 이용하는 것이 바람직한 경우, 극성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 글리콜이 기피되고 지배적으로 포화되고 지배적으로 비극성의 지방족 디올에 친화성을 갖는 것을 제외하고는 유사한 방법으로 제조될 수 있다. 이러한 디올은 예를 들어, 2-250의 카본 원자를 갖는 알칸 또는 알킬렌 디올을 포함하고, 바람직하게는 실질적으로 에테르 또는 에스테르기를 갖지 않는다. 이러한 시스템에서 얻을 수 있는 올리고머의 점도 및 분자량 범위는 포화되지 않은, 극성 올리고머 시스템에서 얻어지는 것과 유사하여 이들의 점도 및 코팅 특성은 실질적으로 변화되지 않고 유지될 수 있다. 이러한 코팅층들의 감소된 산소 함량은 코팅되는 유리 섬유의 표면에 대한 코팅의 접착 특성을 허용가능한 정도로만 저하시킴을 알 수 있었다.

공지된 바에 따라, 폴리우레아 성분은 합성 과정에서 디올 또는 폴리올 대신 디아민 또는 폴리아민을 치환하는 간단한 방법과 같은 방법에 따라 제조된 올리고머에 포함된다. 본 발명의 코팅 시스템에서 소량으로 존재하는 폴리우레아 성분은 코팅 성능에 악영향을 미치는 것으로 생각되지 않으며, 단지 상기 합성에 사용되는 디아민 또는 폴리아민은 상기 시스템의 수분에 대한 내성을 저하시키지 않도록 충분히 비-극성 및 포화된다. 폴리카보네이트 성분은 또한 이러한 방법에 따라 제조된 올리고머에 포함될 수 있다.

중합 조성물의 단관능성 성분은 단일 단량체를 포함하거나, 또는 2 이상의 단량체의 조합일 수 있다. 필요하지 않은 경우에도, 상기 성분에 올리고머 성분이 실질적으로 기피되는 경우 단량체 성분은 2 이상의 단량체의 조합인 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 단량체는 에틸렌 불포화 단량체이다. 에틸렌 불포화 단량체는 가교 결합을 형성할 수 있는 다양한 관능기를 함유할 수 있다. 상기 에틸렌 불포화 단량체는 바람직하게는 다관능기(즉, 각각 2개 이상의 관능기를 함유함)이지만, 단관능성 단량체 또한 상기 조성물에 도입될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 에틸렌 불포화 단량체의 바람직한 관능기는 아크릴레이트, 메타크릴레이트, 아크릴아미드, N-비닐 아미드, 스티렌, 비닐 에테르, 비닐 에스테르, 에시드 에스테르, 및 이들의 조합(즉, 다관능성 단량체)을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 이러한 형태의 단량체의 일례가 2000. 11. 27.에 Sheng 등에 의해 출원된 미국 특허출원 제09/722,895호, 및 1999. 4. 29.에 Fewkes 등에 의해 출원된 미국 특허출원 제09/301,814호에 기술되어 있으며, 이들은 본원의 참고문헌으로 포함된다.

일반적으로, 약 80% 이상의 전환(즉, 경화시)이 가능한 개별적인 단량체는 보다 낮은 전환율을 갖는 것보다 더욱 바람직하다. 보다 낮은 전환율을 갖는 단량체가 상기 조성물에 도입될 수 있는 정도는 수득되는 경화 산물의 특정 요구량(즉, 강도)에 의존한다. 통상적으로, 보다 높은 전환율로부터 보다 강한 경화 산물을 얻을 수 있다.

대부분의 바람직한 단량체는 상업적으로 구입 가능하거나 또는 당해분야에 공지된 반응 개요를 이용하여 용이하게 합성된다. 예를 들어, 대부분의 단관능기 단량체는 당해분야에 공지된 합성 개요에 따라 적당한 알코올 또는 아미드와 아크릴 에시드 또는 아크릴로일 클로라이드를 반응시켜 합성될 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시에 사용되는 코팅 조성물은 상술한 형태의 광개시제를 포함한다. 덧붙여, 상기 조성물은 또한 열개시제, 화학개시제, 전자빔 개시제, 마이크로웨이브 개시제, 및 화학-방사선 개시제를 포함하는, 다른 중합 개시제를 함유할 수 있다.

이러한 다양한 코팅 조성물은 또한 첨가제 또는 첨가제의 조합을 함유할 수 있다. 바람직한 첨가제는 항산화제, 촉매, 윤활제, 저분자량의 비-가교형 수지, 접착촉진제(본원의 참고문헌으로 포함된, Shustack에 의한 미국 특허 제5,146,531호 및 1999. 4. 29.에 Fewkes 등에 의해 출원된 미국 특허출원 제09/301,814호), 접착제(본원의 참고문헌으로 포함된, 1999. 12. 30.에 Fewkes 등에 의해 출원된 미국 특허출원 제09/471,151호), 및 안정제를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 첨가제들은 얻어지는 코팅의 물리적 성질(예를 들어, 모듈러스, 유리전이온 도)에 영향을 주어 상기 경화 공정을 조절하기 위해 사용될 수 있다. 다른 첨가제들은 예를 들어 해-중합 또는 산분해 등을 방지함으로써 수득되는 코팅의 무결성이 영향을 미칠 수 있다.

여러가지 바람직한 1차 및 2차 코팅 조성물이 DSM Desotech(Elgin, Illinois)와 같은 여러가지 회사에서 구입 가능하다. 광개시제에 기초하여 이러한 코팅 조성물을 적절히 선택함으로써 이러한 코팅 조성물의 상이한 조합이 상술한 방법에 따라 광섬유를 제조하는데 사용될 수 있고, 상기 1차 코팅의 경화 정도를 높일 수 있다.

본 발명의 다른 측면은 본 발명의 광섬유의 제조방법에 관한 것이다.

코어 및 클래딩 층을 갖는 섬유는 통상적으로 인발 탑(draw tower)과 같은 공지된 기기를 이용하여 당해분야에 알려진 방법에 따라 단일 조작을 통해서 제조된다. 섬유는 이에 한정되는 것은 아니지만 바람직하게는, 유리 또는 유리 세라믹 물질로 형성된다. 상기 섬유의 바람직한 제조방법은 다음을 포함한다: 예를 들어, 본원의 참고문헌으로 포함된, Midwinter, Optical Fibers for Transmission, New York, John Wiley, pp. 166-178 (1979)에 기술된 이중 도가니 과정; 로드-인-튜브 과정; 및 통상적으로 화학증착("CVD") 또는 증기 상 산화로 기술되는 도핑 증착 실리카 공정으로 기술되는 바와 같은 이중 도가니 과정.

상기 2중-도가니 방법에 있어서, 단일 섬유는 각각 코어 유리 물질 및 클래드 층 유리 물질을 함유하는 한쌍의 도가니로부터 인발된다. 상기 도가니는 내부의 구멍 또는 오리피스가 서로에 대해서 동심을 갖게 배열되도록 제조된다. 예를 들 어, 코어 유리 물질의 용융물이 하나의 도가니 오리피스로부터 흐를 때, 상기 클래드 유리 물질의 용융물에 감싸여 접촉되어 혼합된 용융물이 상기 제2도가니의 오리피스로부터 흐른다. 그 다음, 상기 유리 섬유는 상기 제2도가니의 오리피스로부터 흐르는 혼합된 용융물로부터 인발된다. 상기 2중-도가니 방법은 예형을 형성할 필요가 없어 바람직하다.

코어 및 클래딩 층 물질을 함유하는 예형을 형성하는데 바람직한 여러가지 CVD 공정들이 공지되어 있다. 이러한 CVD 공정에는 외부 CVD 공정(Blakenship 등, "The Outside Vapor Deposition Method of Fabricating Optical Waveguide Fibers," IEEE J. Quantum Electron., 18:1418-1423 (2982), 본원의 참고문헌에 포함됨), 축방향 증착공정(Inada, "Recent Progress in Fiber Fabrication Techniques by Vapor-phase Axial Deposition," IEEE J. Quantum Electron. 18:1424-1431 (1982), 본원의 참고문헌에 포함됨), 및 변형 CVD 또는 내부 증착(Nagel 등, "An Overview of the Modified Chemical Vapor Deposition(MCVD) Process and Performance," IEEE J. Quantum Electron. 18:459-176 (1982), 본원의 참고문헌에 포함됨)이 포함된다.

실린더형 예형이 제작되면, 예를 들어 약 2000℃의 온도에서 국부적으로 대칭적으로 가열된다. 상기 예형을 로를 통해서 로 내로 공급하는 것과 같은 방법으로 가열함에 따라, 상기 용융 물질로부터 유리 섬유가 인발된다.

상기 유리 섬유를 제조하는 접근방법에 상관없이, 상기 1차, 2차 또는 다른 코팅 조성물이 상기 유리 섬유에 적용되며, 바람직하게는 냉각 직후 바로 적용된 다. 간략하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 제조공정은 섬유를 인발하는 단계, 상기 섬유를 예를 들어, 다이 및 포인트를 포함하는 코팅 디바이스(22)를 통해서 중합 코팅으로 코팅하는 단계, 상기 코팅을 경화 디바이스(24)내에서 경화시켜 단일 코팅 층 또는 다수의 코팅 층을 제작한 후, 상기 광섬유를 권취기(26)로 감는 단계를 포함한다.

본 발명의 코팅 과정은 웨트-온-드라이 공정 또는 웨트-온-웨트 공정 중 어느 하나일 수 있다.

상기 웨트-온-드라이 공정에 있어서, 상기 코팅 과정은 섬유를 상술한 바에 따른 제1중합 조성물로 코팅하는 단계, 상기 코팅된 섬유를 상기 제1중합 조성물의 경화를 촉진시키기에 효과적인 조건하에서 UV 광원에 노출시켜 상기 섬유를 실질적으로 캡슐화한 부분적으로 경화된 1차 코팅층을 포함하는 1차 코팅된 섬유를 형성시키는 단계, 상기 1차 코팅된 섬유를 상술한 바에 따른 제2중합 조성물로 제2코팅시키는 단계, 및 상기 코팅된 섬유를 상기 제2중합 조성물의 경화를 촉진시키기에 효과적인 조건하에서 UV 광원에 노출시키는 단계, 상기 부분적으로 경화된 1차 코팅층을 더욱 경화시켜 광섬유를 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 웨트-온-웨트 공정에 있어서, 상기 코팅 과정은 섬유를 상술한 바에 따른 제1중합 조성물로 코팅시키는 단계, 상기 1차 코팅된 섬유를 상술한 바에 따른 제2중합 조성물로 제2코팅시키는 단계, 상기 코팅된 섬유를 상기 제1 및 제2중합 조성물의 경화를 촉진시키기에 효과적인 조건하에서 UV 광원에 노출시켜 광섬유를 형성시키는 단계를 포함한다. 이동성 유리 섬유에 2중층의 코팅 조성물을 적용하는 한가지 방법이 본원의 참고문헌으로 포함된, Taylor에 의한 미국 특허 제4,474,830호에 개시되어 있다. 유리 섬유상에 2중 층의 코팅 조성물을 적용하기 위한 다른 방법이 본원의 참고문헌으로 포함된, Rannell 등에 의한 미국 특허 제4,581,165호에 개시되어 있다.

상기 코팅 공정은 통상적으로 적용되는 특정 코팅 조성물을 포함하는 컨테이너를 통해서 상기 유리 섬유(또는 미리 코팅된 섬유)를 통과시킴으로써 영향을 받는다. 따라서, 상기 코팅 조성물의 두께는 상술한 바에 따라 경화단계 이전에 다이를 통해서 코팅된 섬유를 통과시킴으로써 조절된다(즉, 약 25 내지 35㎚).

상기 코팅층의 경화는 상기 광개시제 뿐만 아니라 다른 모든 적합한 매체(즉, 만약 다른 중합 개시제가 상기 조성물에 포함되는 경우)를 활성화시키기 위해 UV 광원을 이용하여 달성된다. 바람직한 UV 광원은 Fusion UV Systems(Gaithersburg, Maryland) 에서 구입가능한 D-벌브이다. 상기 UV 광원은 웨트-온-드라이 공정(즉, 상기 1차 및 2차 코팅층의 경화를 위한 제1 및 제2노출단계시))에서의 2가지 경화 조작과 동일할 수 있다.

상기 제1 및 제2코팅 조성물에서 광개시제의 조합을 이용하는 것에 덧붙여, 다른 단계가 또한 상기 1차 코팅층의 경화 정도를 더욱 촉진시키기 위해서 수행될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이러한 단계들은 독자적으로 적용되거나 또는 서로 조합되어 적용될 수 있다.

하나의 접근방법에 따르면, 상기 제1중합 조성물은 상기 유리 섬유에 적용된 후(즉, 상기 제1코팅 조작 후), 또는 UV 광원에의 노출시 중 어느 한 단계, 또는 이 2단계 모두에서 냉각된다. 상기 제1중합 조성물(뿐만 아니라 상기 1차 코팅층)을 냉각시키는 단계는 상기 제1중합 조성물의 온도를 냉각시키기에 효과적인 조건하에서 상기 코팅된 섬유상에 가스를 통과시킴으로써 수행될 수 있다. 상기 가스는 상기 제1중합 조성물 성분에 대해서 실질적으로 불활성(즉, 비-산화)인 모든 가스일 수 있다. 바람직한 가스는 질소, 아르곤, 헬륨, 이산화탄소, 또는 이들의 조합이 포함되지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 제1중합 조성물을 냉각시키는데 사용될 수 있는 형태의 UV 경화 튜브는 본원의 참고문헌에 포함된, Mensah 등에 의한 미국 특허 제4,636,405호에 기술되어 있다.

다른 접근방법에 따르면, 상기 제1중합 조성물의 적외선 에너지에의 노출은 상기 코팅된 섬유를 상기 UV 광원에 노출시키는 동안 억제된다. 적외선 에너지에의 노출을 감소시키는 것은 상기 UV 광원 및 상기 코팅된 섬유 사이에 위치된 적외선 필터를 적용함으로써 달성될 수 있다. 바람직한 적외선 필터는 초박형(즉, 500㎛ 미만) 금 층 뿐만 아니라, CuSO₄, CoCl₂, 또는 이의 동등물과 같은 적외선 흡광 물질을 갖거나 또는 갖지 않는 물을 포함한다. UV 경화 튜브내에 이러한 적외선 필터를 사용하는 방법에 관해서는 본원의 참고문헌으로 포함된, Mensah 등에 의한 미국 특허 제4,636,405호에 개시되어 있다.

또 다른 접근방법에 따르면, 상기 제1중합 조성물의 적외선 에너지에의 노출은 UV 경화 튜브내에 비-UV 광을 흡수하는 이색거울을 적용함으로써 억제된다. 상기 이색거울은 UV 광원의 반대방향에 위치한 섬유측상에 배치되어 상기 UV 광원에 서 방출되는 UV 광이 상기 섬유 및 그 코팅층으로 재-조사되어 비-UV 광이 흡수된다. 비-UV 흡광 이색거울은 Fusion UV Systems으로부터 구입 가능하다.

본 발명의 또 다른 측면은 광섬유상의 1차 코팅층의 경화 정도를 증가시키는 방법에 관한 것이다. 상기 방법은 상술한 바에 따라 광섬유를 제조하여 수행된다. 상술한 웨트-온-드라이 공정에 따라 수행되는 경우, 상기 제1중합 조성물로 코팅한 후 즉시 상기 UV 광원에 노출시키는 것은 상기 1차 코팅층을 적어도 부분적으로 경화시키고, 상기 제2중합 조성물로 코팅한 후 즉시 상기 UV 광원에 노출시키는 것은 상기 1차 코팅층의 경화 정도를 증가시킨다. 상술한 웨트-온-웨트 공정에 따라 수행되는 경우, 상기 UV 광원에의 노출은 상기 1차 및 2차 코팅층을 동시에 경화시키기에 충분하지만, 이들의 평균 적분강도 차(즉, 95% 이하)에 기인하여 상기 1차 코팅층의 경화 정도가 증가된다.

상기 1차 코팅층의 경화 정도를 더욱 촉진시키기 위한 다양한 접근법(즉, 조성물을 냉각시키거나 또는 적외선 노출을 감소시킴)이 또한 개별적으로 또는 조합되어 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면은 실질적으로 정렬된 다수의 본 발명의 광섬유 및 다수의 광섬유를 캡슐화한 매트릭스를 포함하는 섬유 광 리본 또는 다발에 관한 것이다.

이러한 구체예의 하나를 도 3에 나타내었다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 섬유 광 리본(30)은 실질적으로 서로 평면 관계로 실질적으로 정렬되며 매트릭스(32)에 의해 캡슐화되는 다수의 단일 또는 다중층의 광섬유(10)를 포함한 다. 실질적으로 평면상으로 배열됨으로써, 광섬유(10)들은 통상의 평면으로부터 직경의 약 절반의 거리 이상 이탈되지 않는다. 실질적으로 정렬됨으로써, 광섬유(10)는 상기 섬유 광 리본(30)의 길이를 따라 다른 광섬유와 일반적으로 평행하다. 도 3에서, 상기 섬유 광 리본(30)은 16개의 광섬유(10)를 함유하지만; 당해분야의 당업자에게 여러 다양한 수의 광섬유(10)(예를 들어, 2 이상)가 특정 사용을 위하여 정렬된 섬유 광 리본(30)을 형성하기 위해 사용될 수 있음은 분명하다.

본 발명의 섬유 광 리본은 섬유 광 리본을 제조하는 통상적인 방법에 따라 공지된 모든 구조(예를 들어, 에지-결합 리본, 얇게 캡슐화된 리본, 두껍게 캡슐화된 리본, 또는 다중층 리본)로 매트릭스(32)에 의해 캡슐화될 수 있다.

기본적으로, 상기 섬유 광 리본은 표준적인 방법에 따라 제조된다. 예를 들어, 실질적으로 편평한 다수의 광섬유의 정렬시 매트릭스 조성물(상술한 제2코팅층과 유사함)이 적용되어 본원의 참고문헌으로 포함된, Mayr에 의한 미국 특허 제4,752,112호 및 Oestreich 등에 의한 미국 특허 제5,486,378호에 기술된 광섬유 리본의 제조방법에 따라 경화될 수 있다. 선택적으로, 상기 2차 코팅층은 용매에 녹일 수 있고, 여전히 젖어 있는 복수의 광섬유가 젖은 코팅층이 재중합되기 전에 함께 실질적으로 평면으로 실질적으로 정렬관계로 함께 복수의 섬유가 묶여질 수 있다.

도시되지는 않았지만, 당해분야의 당업자라면 본 발명의 섬유가 실질적으로 정렬된 다수의 광섬유 및 상기 다수의 광섬유를 캡슐화한 매트릭스를 함유하는 블로운 섬유 소단위와 같은 섬유 다발에서 사용될 수 있음을 용이하게 인식할 것이 다. 섬유 다발은 복수의 광섬유가 실질적으로 평면배열로 정렬되지 않는 리본과는 다르다. 이러한 소단위 구조의 일례가 본원의 참고문헌으로 포함된, Cain 등에 의한 미국 특허 제5,046,815호에 개시되어 있다. 상기 섬유 다발은 상기 섬유 광 리본과 동일한 방법으로 제조될 수 있다.

이하, 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만, 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 - 1차 및 2차 코팅 조성물의 제조

1차 및 2차 코팅 조성물을 시판되는 블렌딩 기구를 이용하여 하기 표 1에 나타낸 성분으로 제조하였다. 올리고머 및 단량체 성분을 측량하여 가열된 통에 도입하고 50 내지 65℃의 온도에서 함께 블랜딩하였다. 균일한 혼합물이 얻어질 때까지 블랜딩을 계속하였다. 다음으로, 광개시제를 개별적으로 측량하여 블랜딩하면서 상기 균일한 용액으로 따로따로 도입하였다. 모든 첨가제를 측량하여 블랜딩하면서 상기 용액에 도입하였다. 균일한 용액이 다시 얻어질 때까지 블랜딩을 계속하였다.

개별적인 성분의 중량%는 기본 조성물을 형성하는, 상기 단량체, 올리고머 및 개시제의 총중량에 기초한다. 전술한 바와 같이, 모든 첨가제는 상기 pph로 측정된 바에 따라 상기 기본 조성물내로 연속적으로 도입하였다.

- 1차 및 2차 코팅 조성물 성분

성분	1차 코팅층	테스트 2차 코팅층	대조구 2차 코팅층
올리고머	지방족 우레탄 아크릴레이트, BR 37321 (52%)	우레탄 아크릴레이트 올리고머, KWS4131 (10%)	우레탄 아크릴레이트 올리고머, KWS4131 (10%)
단량체	에톡실레이티드 노닐페놀 모노아크릴레이트, Photomer 4003 (45%)	비스페놀 A 에폭시 디아크릴레이트, Photomer 3016 (5%) 에톡실레이티드 비스페놀 A 디아크릴레이트, Photomer 4028 (82%)	비스페놀 A 에폭시 디아크릴레이트, Photomer 3016 (5%) 에톡실레이티드 비스페놀 A 디아크릴레이트, Photomer 4028 (82%)
광개시제	Igacure 819 (1.5%) Igacure 184 (1.5%)	Lucerin TPO (1.5%) Igacure 184 (1.5%)	Igacure 819 (1.5%) Igacure 184 (1.5%)
첨가제	Irgonox 1035(1pph) 1,4-비스(트리메톡시실릴 에틸)벤젠 (2pph) 3-머캡토프로필 트리메톡시실란 (0.3pph)	Irgonox 1035(0.5pph)	Irgonox 1035(0.5pph)

상기 표 1의 성분중, BR3731은 Bomar Specialty Chemical(Winsted, CT)에서 구입가능한 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머이고, KWS 또한 Bomar Specialty Chemical에서 구입가능한 우레탄 아크릴레이트 올리고머이며, Photomer 4003은 Henkel(Gulph Mills, PA)에서 구입가능한 에톡실레이티드 노닐페놀 모노아크릴레이트이고, Photomer 4028은 Henkel에서 구입가능한 에톡실레이티드 비스페놀 A 디아크릴레이트이며, Photomer 3016은 Henkel에서 구입가능한 비스페놀 A 에폭시 디아크릴레이트이고, Igacure 184는 Ciba Specialty Chemical에서 구입가능한 α히드록시 케토닉 광개시제이며, Igacure 819 및 Igacure 1850은 Ciba Specialty Chemical에서 구입가능한 BAPO-함유 광개시제이고, Lucerin TPO는 BASP 사(Mount Olive, NJ)에서 구입가능한 MAPO-함유 광개시제이며, Irgonox 1035는 Ciba Specialty Chemical에서 구입가능한 산화방지제이고, 1,4-비스(트리메톡시실릴에틸)벤젠은 Gelest(Tullytown, PA)에서 구입가능한 접착촉진제이며, 3-머캡토프로필트리메톡시실란은 Aldrich Chemical Co.(Milwaukee, WI)에서 구입가능한 접착촉진제이다.

실시예 2 - 광개시제 분석 및 수은 D-벌브 스펙트럼 비교

실시예 1에 나타낸 코팅 조성의 점도를 감소시키기 위하여 4:1 비율로 아세토니트릴을 이용하여 희석하였다. 희석된 샘플을 여러가지 속도에서 스핀 코팅하여 재생가능한 두께의 균일한 코팅층으로 제조하였다. 상기 필름을 UV로 측정한 결과, 아세토니트릴 용매가 완전히 증발하였음을 알 수 있었다. 분석을 위하여, 희석된 샘플을 각각의 속도에서 용융 실리카 4" 직경, 0.0396" 두께의 연마된 라운드 및 3" 직경의 실리콘 웨이퍼 상에 제조하였다. 샘플들이 실내의 빛으로부터 감쇄되는 것을 방지하기 위해 조사할 때까지 어둡게 유지시켰다. 다음의 기기 조건을 이용하여 Agilent 8453 UV-가시광 분광기를 사용하여 상기 용융 실리카 샘플상에 3개의 다른 위치로부터 UV 측정을 하였다:

노출 시간: 0.1초

간격: 1㎚

범위: 250 내지 500㎚

용융 실리카 라운드의 위치를 레벨에 따라 표시하여 기판의 기울기에 기인하여 샘플 경로길이에 어떠한 뒤틀어짐도 없도록 확인하였다. 샘플 분석 전에, 각각의 용융 실리카 라운드 스펙트럼을 얻고 저장하였다. 상기 유리로부터의 흡광도를 차감하기 위하여 후에 상기 코팅된 스펙트럼에서 블랭크 스펙트럼을 감하였다. 상기 유리 스펙트럼을 차감한 후 3개의 UV 측정의 평균값을 기록하였다.

필름 두께 측정은 Filmetrics F20(San Diego, CA) 박막 측정 시스템을 이용하여 Si 웨이퍼 샘플 상에서 얻었다. 각각의 웨이퍼상의 3개의 다른 위치로부터 측정하였다. 하기 표 2에 3가지 측정에 대한 평균값을 나타내었다.

- 코팅층의 두께에 대해 표준화한 흡광 적분강도

샘플	평균 필름 두께(㎛)	평균 적분강도(㎛-1)
1차 코팅층 1차 코팅층 1차 코팅층 테스트 2차 코팅층 테스트 2차 코팅층 테스트 2차 코팅층	24.91 14.80 11.66 16.03 31.1 21.14	0.155 0.156 0.155 0.129 0.119 0.126

상기 흡광 데이타는 상기 1차 및 2차 코팅층에 대한 두께로 나누어 표준화하였다. 상기 곡선 아래의 면적(적분강도)은 Galactic Grams32(Thermo Galactic, Salem, NH)를 이용하여 3개의 개별적인 두께를 갖는 필름에 대한 3가지 곡선의 평균에 대해서 계산하였다. 상기 적분 한계는 360㎚ 내지 420㎚ 사이였다.

상기 1차 코팅층의 평균 적분강도는 0.155±0.001이었다. 상기 테스트 2차 코팅층의 평균 적분강도는 0.124±0.005이었다. 상기 테스트 2차 코팅층의 평균 적분강도는 상기 1차 코팅층의 약 80%±3%이었다.

상기 광섬유 코팅 제형에서 1.5% BAPO(파선, 좌축) 및 MAPO(점-파선, 우축)에 대한 흡광도 스펙트럼을 Fusion UV Systems로부터 수은 D-벌브(실선, 우축)의 스펙트럼 결과와 함께 나타내었다. BAPO는 MAPO와 대조시 전체 스펙트럼에 걸쳐 좀 더 높은 적분강도를 나타내었다. BAPO 및 MAPO 사이의 흡광도 차이는 도 5에 나타내는 차감 스펙트럼에 더욱 잘 도시되었다. 그러나, 또 하나의 주요 특징은 MAPO는 410㎚ 내지 420㎚의 범위에서 어떠한 흡광도도 나타내지 않는다는 점이다. 따라서, BAPO는 1차 코팅 조성물로 사용될 수 있고, MAPO는 2차 코팅 조성물로 사용될 수 있다.

실시예 3 - 1차 및 2차 코팅층의 상대 경화 속도 분석

결합된 1차 및 2차 코팅층의 상대 경화 속도를 측정하였고, 상대 경화 속도는 하기 수학식 1에 따라 측정되었다:

여기서,

그리고,

상기 1차 코팅 필름은 내부 반사 부재상에 적용하고 연속적으로 경화되지 않 은 2차 코팅층을 적용하는 유리 슬라이드로 덮는다. 상기 1차 코팅층을 조사하기 전에 상기 경화되지 않은 2차 필름을 통해서 UV 조사선이 통과한다. 1차 곡선이 UV 노출 전 및 노출시에 6ms 시간 분해능으로 측정되었다. 상대 경화 속도 테스트의 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

- 다양한 2차 코팅층을 갖는 1차 코팅층의 상대 경화 속도

코팅층	온도	경화 속도
1차/대조 2차 1차/테스트 2차	28℃ 50℃ 28℃ 50℃	251 179 280 196

상대 경화 속도 측정에 있어서, 제형에 적용되는 UV 노출 시간에 따른 경화율의 변화를 측정하였다. 보다 빠른 경화 속도(보다 높은 숫자)는 제형이 보다 낮은 경화 속도를 갖는 제형보다 더욱 낮은 사용량으로 최대치에 도달할 수 있음을 나타낸다. 코팅 작업은 최대치에서 수행되어야 하기 때문에 보다 높은 공정 속도(즉, 보다 낮은 사용량)로 동일한 정도의 경화를 수행할 수 있다. 상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 테스트구 조합(1차/테스트 2차)의 상대 경화 속도는 약 10% 더욱 빠른 경화 속도를 나타냄을 나타낸다. 상기 경화 속도 테스트는 또한 코팅의 온도가 경화 속도에 영향을 미침을 나타낸다.

실시예 4 - 광섬유의 제조

실시예 1에서 제조된 조성물을 인발된 유리 섬유에 적용되는 1차 및 2차 코팅층 물질로서 사용한 후 연속적으로 냉각시켰다. 약 125㎛의 직경을 갖는 유리 섬유가 표 1에 나타낸 1차 코팅 조성물 컨테이너내로 도입되었다. 상기 코팅된 섬유 가 상기 컨테이너로부터 제거될 때, 상기 1차 코팅층 조성물의 두께는 다이를 통해서 코팅된 섬유를 통과함으로써 약 32.5㎛로 조절되었다. 상기 코팅된 섬유는 D 벌브(Fusion UV Systems, Inc.)를 이용한 여러가지 사용량 및 일정한 인발 조건하에서 자외선 조사로 경화되었다. 경화 후, 각각의 코팅 섬유는 2차 코팅 조성물을 함유한 2차 코팅 컨테이너를 통해서 인발되었다. 상기 코팅된 섬유가 상기 2차 코팅 챔버로부터 제거됨에 따라, 상기 2차 코팅 조성물의 두께는 다이를 통해서 상기 코팅된 섬유를 통과시킴으로써 약 27.5㎛로 조절되었다. 그 다음, 상기 코팅된 섬유는 여러가지 사용량 및 일정 인발 조건에서 자외선 조사선으로 경화되어 약 245±10㎛의 직경을 갖는 광섬유로 제작되었다.

도 6은 각각의 섬유(1차/대조구 2차 및 1차/테스트구 2차)에 대해서 유효 사용량에 대해서 상기 1차 경화 정도를 도시한 데이타이다. 상기 1차 코팅층에 대한 유효 사용량은 하기 수학식 4에 따라 계산된다:

여기서, α는 상기 2차 램프에 의한 1차 경화 정도에 대한 효과를 고려한 0 내지 1의 상수이다. 상기 상대 1차 경화 정도는 코팅 산업에서 통상적으로 사용되는 표준 감쇠 총 내부 반사 방법을 사용하여 푸리에 전환 적외선 분광학(Fourier Transform InfreRed Spectroscopy)을 통해서 결정되는 바에 따른 아크릴레이트기의 감소에 따라 결정되었다. 상기 코팅층의 상대 경화 정도를 측정하기 위한 다른 방법은 또한 경화의 향상을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

상기 1차 경화 정도에서 얻어지는 결과와 대조시 상기 대조구 2차 조성물은 10% 더욱 낮은 1차 경화 정도를 나타낸다. 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 상기 대조구 2차 조성물은 상기 1차 조성물과 동일한 광개시제 성분을 함유한다. 따라서, 상기 2차 조성물의 광개시제가 연속적인 UV 노출시 상기 1차 코팅층의 경화를 증가시키는 부분에서, 상기 1차 경화 정도가 급격하게 증가할 것으로 기대할 수 있다.

실시예 5 - 냉각 질소 가스를 사용한 광섬유의 제조

실온 질소를 냉각된 질소로 교환하고 인발 속도를 감소시킨 것을 제외하고는 상기 실시예 4에서 기술한 바에 따른 공정으로 광섬유를 제조하였다. 냉각된 질소는 상기 1차 조사 튜브와 연결된 액체 질소원(듀와(dewar)내의)을 제공함으로써 도입되었다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 냉각된 질소는 테스트 섬유에 대한 1차 경화 정도를 향상시켰다.

본 발명은 설명을 목적으로 상세하게 기술되었지만, 이러한 상세한 기술은 단지 설명을 목적으로 한 것으로, 하기 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 보호범위를 벗어나지 않고 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음이 주지되어야 한다.

Claims (17)

1. 적어도 코어를 포함하는 섬유;

   상기 섬유를 캡슐화하며, UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제1광개시제를 포함하는 제1중합 조성물의 경화된 산물인 1차 코팅층; 및

   상기 섬유상의 1차 코팅층을 캡슐화하며, UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제2광개시제를 포함하는 제2중합 조성물의 경화된 산물인 2차 코팅층;

   을 포함하며, 여기서 상기 제2광개시제의 평균 적분강도가 370 내지 420㎚ 사이의 UV 스펙트럼 범위의 제1부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하이고, 410 nm 내지 420 nm 사이의 UV 스펙트럼 범위의 제2부분에서 제2광개시제의 흡광도가 0.0005/㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 광섬유.
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3. 제1항에 있어서, 상기 제2광개시제의 평균 적분강도는 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 85% 이하인 것을 특징으로 하는 광섬유.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1광개시제는 비스아실포스핀 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
5. 제3항에 있어서, 상기 제2광개시제는 370 내지 410㎚ 사이에서 0.001/㎛를 초과하는 평균 적분강도를 갖는 것을 특징으로 하는 광섬유.
6. 제5항에 있어서, 상기 제2광개시제는 모노아실포스핀 옥사이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유.
7. 섬유를 370 nm 내지 420 nm 사이의 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제1광개시제를 포함하는 제1중합 조성물로 제1코팅시키는 단계;

   상기 코팅된 섬유를 UV 스펙트럼 범위내의 광을 흡수하는 제2광개시제를 포함하는 제2중합 조성물로 제2코팅시키는 단계, 여기서 상기 제2광개시제의 평균 적분강도가 370 내지 420㎚ 사이의 UV 스펙트럼 범위의 제1부분에서 상기 제1광개시제의 평균 적분강도의 95% 이하이고, 상기 제2광개시제의 흡광도가 410 nm 내지 420 nm 사이의 UV 스펙트럼 범위의 제2부분에서 0.0005/㎛ 미만이며; 그리고

   상기 2회 코팅된 섬유를 상기 제1 및 제2중합 조성물의 경화를 촉진시키기에 효과적인 조건하에서 UV 광원에 노출시켜 광섬유를 형성시키는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 2회 코팅된 섬유를 노출시키는 단계는 상기 제2코팅단계 후에 수행되며, 상기 방법은 상기 제2코팅단계 전에 상기 1회 코팅된 섬유를 상기 제1중합 조성물의 경화를 촉진시키기에 효과적인 조건하에서 UV 광원에 노출시 키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 방법은 상기 제1중합 조성물을 냉각시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 냉각단계는 상기 제1중합 조성물의 온도를 냉각시키기에 효과적인 조건하에서 상기 코팅된 섬유상에 가스를 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제7항에 있어서, 상기 방법은 상기 2회 코팅된 섬유의 노출시 상기 제1중합 조성물 또는 상기 제1코팅이 적외선 에너지에 노출되는 것을 억제시키는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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