KR101105018B1 - 광섬유용 ｄ1381 수퍼코팅 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수퍼코팅으로 코팅된 광섬유에 관한 것으로서,
이때 수퍼코팅은 2개 이상의 층을 포함하되, 제 1 층은, 상기 광섬유의 외부 표면과 접촉하는 1차 코팅이고, 제 2 층은, 상기 1차 코팅의 외부 표면과 접촉하는 2차 코팅이고,
상기 광섬유 상의 경화된 1차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖고:
(A) 약 84% 내지 약 99%의 % RAU,
(B) 약 0.15 MPa 내지 약 0.60 MPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 -25℃ 내지 약 -55℃의 튜브 Tg,
상기 광섬유 상의 경화된 2차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖는다:
(A) 약 80% 내지 약 98%의 % RAU,
(B) 약 0.60 GPa 내지 약 1.90 GPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 50℃ 내지 약 80℃의 튜브 Tg.

Description

광섬유용 Ｄ1381 수퍼코팅{D1381 SUPERCOATINGS FOR OPTICAL FIBER}
관련 출원의 상호참조
본 출원은, 동시 계류중인 2006년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/874,731 호("광섬유용 BJ 방사선 경화성 1차 코팅"); 동시 계류중인 2006년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/874,719 호("광섬유용 CR 방사선 경화성 1차 코팅"); 동시 계류중인 2006년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/874,722 호("광성유 상의 P 방사선 경화성 1차 코팅"); 동시 계류중인 2006년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/874,721 호("광섬유용 CA 방사선 경화성 1차 코팅"); 동시 계류중인 2006년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/874,723 호("광섬유용 D 방사선 경화성 2차 코팅"); 동시 계류중인 2006년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/874,720 호("광섬유용 R 방사선 경화성 2차 코팅"); 동시 계류중인 2006년 12월 14일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/874,730 호("광섬유용 수퍼코팅"); 동시 계류중인 2007년 9월 24일자로 출원된 미국 특허 가출원 제 60/974,631 호("광섬유 상의 P 방사선 경화성 1차 코팅")를 우선권으로 주장하며, 상기 특허들을 모두 본원에 참고로 인용한다.
본 발명은 광섬유용 방사선 경화성 코팅, 상기 코팅으로 코팅된 광섬유 및 상기 코팅된 광섬유의 제조 방법에 관한 것이다.
전형적으로, 광섬유는 2종 이상의 방사선 경화성 코팅으로 코팅된다. 이러한 코팅은 전형적으로 액체 형태로 광섬유에 적용되며, 이어서 방사선에 노출되어 경화된다. 상기 코팅을 경화시키는 데 사용될 수 있는 방사선의 유형은, 상기 코팅의 방사선 경화성 성분들 중 하나 이상의 중합을 개시할 수 있는 것이어야 한다. 상기 코팅을 경화시키기에 적합한 방사선은 주지되어 있으며, 자외선 광(이후로 "UV") 및 전자 빔("EB")을 포함한다. 코팅된 광섬유의 제조에 사용되는 코팅을 경화시키기에 바람직한 유형의 방사선은 UV이다.
광섬유와 직접 접촉하는 코팅은 1차 코팅으로 불리며, 상기 1차 코팅을 피복하는 코팅은 2차 코팅으로 불린다. 1차 코팅이 2차 코팅보다 유리하게 더 연질인 것은 광섬유용 방사선 경화성 코팅 분야에 공지되어 있다. 이러한 배열로부터 도출된 하나의 이점은 마이크로벤드(microbend)에 대한 개선된 저항성이다.
마이크로벤드는, 수 마이크로미터의 국부적인 축방향 변위 및 수 밀리미터의 공간상 파장을 포함하는 광섬유에서의 날카롭지만 미시적인 굴곡부이다. 마이크로벤드는 열 응력 및/또는 기계적 측방향 힘에 의해 유도될 수 있다. 존재하는 경우, 마이크로벤드는 광섬유의 신호 전송능을 감쇠시킨다. "감쇠"는, 광섬유에 의해 수반되는 신호가 바람직하지 않게 감소되는 것이다. 상대적으로 연질인 1차 코 팅은 광섬유의 마이크로벤딩에 대한 저항성을 제공하고, 이에 따라 신호 감쇠를 최소화한다. 상대적으로 경질인 2차 코팅은, 코팅된 섬유를 리본 및/또는 케이블로 만들 때 접하게 되는 것과 같은 취급시의 힘에 대한 저항력을 제공한다.
포드코시엘니(W. Podkoscielny) 및 타라시우크(B. Tarasiuk)가 저술한 논문["UV-CURED POLYURETHANE-ACRYLIC COMPOSITIONS AS HARD EXTERNAL LAYERS OF TWO-LAYER PROTECTIVE COATINGS FOR OPTICAL FIBRES", Polim. Tworz. Wielk, Vol. 41, Nos. 7/8, p. 448-55, 1996, NDN-131-0123-9398-2]에서는 UV-경화된 우레탄-아크릴 올리고머의 합성의 최적화 및 광섬유용 경질 보호 코팅으로서의 이들의 용도에 대한 연구를 기재하고 있다. 하이드록시에틸 및 하이드록시프로필 메타크릴레이트 이외에, 폴란드제(Polish-made) 올리고에터올, 다이에틸렌 글라이콜, 톨루엔 다이아이소시아네이트[이조사인(Izocyn) T-80] 및 아이소포론 다이아이소시아네이트를 합성에 사용한다. 활성 희석제(부틸 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트 및 1,4-부탄다이올 아크릴레이트 또는 이들의 혼합물) 및 광 개시제로서의 2,2-다이메톡시-2-페닐아세토페논을, 중합-활성 이중 결합을 갖는 상기 우레탄-아크릴계 올리고머들에 첨가한다. 산소-비함유 분위기에서 조성물에 UV를 조사한다. 조성물의 IR 스펙트럼을 기록하고, 경화 전후에 일부 물리적, 화학적 및 기계적 특성(밀도, 분자량, 온도의 함수로서의 점도, 굴절률, 겔 함량, 유리 전이 온도, 쇼어(Shore) 경도, 영 모듈러스(Young's modulus), 인장 강도, 파단 신율, 내열성 및 수증기 확산 계수)을 결정한다.
코시바(M. Koshiba), 황(K.K.S. Hwang), 폴리(S.K. Foley), 야루쏘(D.J. Yarusso) 및 쿠퍼(S.L. Cooper)가 저술한 논문["PROPERIES OF ULTRAVIOLET CURABLE POLYURETHANE-ACRYLATES", J. Mat. Sci., 17, No. 5, 1982년 5월, p. 1447-58, NDN-131-0063-1179-2]에는 아이소포론 다이아이소시아네이트와 TDI를 기제로 하는 UV 경화된 폴리우레탄-아크릴레이트의 화학적 구조와 물리적 특성 사이의 관계에 대한 연구가 기재되어 있다. 연질 구획 분자량 및 가교결합제 함량을 변화시켜 2개의 시스템을 제조한다. 동적 기계적 시험 결과는 연질 구획 분자량에 따라 1상 또는 2상 물질이 수득됨을 보여주었다. 연질 구획 분자량이 증가함에 따라 폴리올 Tg가 더욱 저온으로 이동한다. 더 많은 양의 N-비닐 피롤리돈(NVP) 또는 폴리에틸렌 글라이콜 다이아크릴레이트(PEGDA)를 사용하면 영 모듈러스 및 극한 인장 강도가 증가하였다. NVP 가교결합은 2상 물질에서 인성을 증가시켰고, 고온 Tg 피크를 더욱 고온으로 이동시켰으나, PEGDA는 이들 효과를 갖지 않았다. 두 시스템의 인장 특성은 일반적으로 유사하다.
전형적으로, 광섬유 상에 사용하기 위한 방사선 경화성 코팅의 제조에 있어서는, 아이소시아네이트를 사용하여 우레탄 올리고머를 제조한다. 디에스엠 아이피 애셋츠 비.브이.(DSM IP Assets B.V.)에 양도된 미국 특허 제 7,135,229 호("선-경화성 코팅 조성물", 2006년 11월 14일자로 허여됨, 칼럼 7, 10 내지 32행)를 비롯한 다수의 참조문헌에는 당해 분야의 숙련자에게 우레탄 올리고머를 합성하는 방법을 지도하기 위하여 하기 교시내용이 제공되어 있다: 본 발명의 조성물을 제조하는데 사용하기 적합한 폴리아이소시아네이트는 지방족, 지환족 또는 방향족일 수 있으며, 2,4-톨루엔 다이아이소시아네이트, 2,6-톨루엔 다이아이소시아네이트, 1,3-자일릴렌 다이아이소시아네이트, 1,4-자일릴렌 다이아이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 다이아이소시아네이트, m-페닐렌 다이아이소시아네이트, p-페닐렌 다이아이소시아네이트, 3,3'-다이메틸-4,4'-다이페닐메테인 다이아이소시아네이트, 4,4'-다이페닐메테인 다이아이소시아네이트, 3,3'-다이메틸페닐렌 다이아이소시아네이트, 4,4'-바이페닐렌 다이아이소시아네이트, 1,6-헥세인 다이아이소시아네이트, 아이소포론 다이아이소시아네이트, 메틸렌비스(4-사이클로헥실)아이소시아네이트, 2,2,4-트라이메틸헥사메틸렌 다이아이소시아네이트, 비스(2-아이소시아네이트-에틸)퓨마레이트, 6-아이소프로필-1,3-페닐 다이아이소시아네이트, 4-다이페닐프로페인 다이아이소시아네이트, 리신 다이아이소시아네이트, 수소화된 다이페닐메테인 다이아이소시아네이트, 수소화된 자일릴렌 다이아이소시아네이트, 테트라메틸자일릴렌 다이아이소시아네이트 및 2,5(또는 6)-비스(아이소사이아네이토메틸)-바이사이클로[2.2.1]헵테인 같은 다이아이소시아네이트를 포함한다. 이들 다이아이소시아네이트 중에서, 2,4-톨루엔 다이아이소시아네이트, 아이소포론 다이아이소시아네이트, 자일릴렌 다이아이소시아네이트, 및 메틸렌비스(4-사이클로헥실아이소시아네이트)가 특히 바람직하다. 이들 다이아이소시아네이트 화합물은 개별적으로 또는 둘 이상 조합되어 사용된다.
마이크로벤드는, 수 마이크로미터의 국부적인 축방향 변위 및 수 밀리미터의 공간상 파장을 포함하는 광섬유에서의 날카롭지만 미시적인 굴곡부이다. 마이크로벤드는 열적 응력 및/또는 기계적 측방향 힘에 의해 유도될 수 있다. 존재하는 경 우, 마이크로벤드는 광섬유의 신호 전송능을 감쇠시킨다. "감쇠"는, 광섬유에 의해 수반되는 신호가 바람직하지 않게 감소되는 것이다.
상대적으로 연질인 내부 1차 코팅은 마이크로벤딩에 대한 저항성을 제공하고, 이는 코팅된 광섬유의 신호 전송능을 감쇠시키며, 따라서 바람직하지 않다. 코팅은 마이크로벤딩으로부터 광섬유를 보호하는 측방향 보호력를 제공할 수 있지만, 코팅 직경이 감소되기 때문에, 제공되는 보호력의 양은 감소된다. 마이크로벤딩을 유발하는 측방향 응력으로부터의 보호력과 코팅 사이의 관계는 예를 들어 글로지(D. Gloge)의 문헌["Optical-fiber packaging and its influence on fiber straightness and loss", Bell System Technical Journal, Vol. 54, 2, 245 (1975)]; 가드너(W. B. Gardner)의 문헌["Microbending Loss in Optical Fibers", Bell System Technical Journal, Vol. 54, No. 2, p. 457 (1975)]; 야부타(T. Yabuta)의 문헌["Structural Analysis of Jacketed Optical Fibers Under Lateral Pressure", J. Lightwave Tech., Vol. LT-1, No. 4, p. 529 (1983)]; 블라일러(L. L. Blyler)의 문헌["Polymer Coatings for Optical Fibers", Chemtech, p. 682 (1987)]; 발도프(J. Baldauf)의 문헌["Relationship of Mechanical Characteristics of Dual Coated Single Mode Optical Fibers and Microbending Loss", IEICE Trans . Commun., Vol. E76-B, No. 4, 352 (1993)]; 및 고바야시(K. Kobayashi)의 문헌["Study of Microbending Loss in Thin Coated Fibers and Fiber Ribbons", IWCS, 386 (1993)]에 논의되어 있다. 보다 경질인 외부 1차 코팅, 즉 2차 코팅은 코팅된 섬유를 리본 및/또는 케이블로 만들 때 접하게 되는 것과 같은 취급시의 힘에 대한 저항력을 제공한다.
광섬유 2차 코팅 조성물은 일반적으로, 경화 전에, 종종 액체 에틸렌성-불포화 희석제 및 광 개시제에 용해되거나 분산된 하나 이상의 올리고머로 이루어진 에틸렌성-불포화 화합물의 혼합물을 포함한다. 전형적으로는, 코팅 조성물을 액체 형태로 광섬유에 도포한 후 화학선에 노출시켜 경화시킨다.
이들 조성물중 다수에서, 반응성 말단 및 중합체 주쇄를 갖는 우레탄 올리고머를 사용한다. 또한, 상기 조성물은 일반적으로 반응성 희석제, 조성물을 UV-경화성으로 만드는 광 개시제 및 다른 적합한 첨가제를 포함한다.
발명자가 스기모토(Sugimoto), 가모(Kamo), 시게모토(Shigemoto), 고미야(Komiya) 및 스티만(Steeman)으로 명기된, 2004년 9월 17일자로 공개된 PCT 특허원 WO 2205/026228 A1 호("경화성 액체 수지 조성물")에는, (A) 폴리올로부터 유래되는 구조 및 800 g/몰 이상 6000 g/몰 미만의 수평균 분자량을 갖는 우레탄 (메트)아크릴레이트 및 (B) 폴리올로부터 유래되는 구조 및 6000 g/몰 이상 20,000 g/몰 미만의 수평균 분자량을 갖는 우레탄 (메트)아크릴레이트를 포함하되, 성분 (A)와 성분 (B)의 총량이 경화성 액체 수지 조성물의 20 내지 95 중량%이고, 성분 (B)의 함량이 성분 (A)와 성분 (B)의 총량의 0.1 내지 30 중량%인, 경화성 액체 수지 조성물이 기재 및 청구되어 있다.
우레탄 올리고머의 중합체 주쇄로서 사용하기 위해 다수의 물질이 제안되었다. 예를 들어, 탄화수소 폴리올, 폴리에터 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올 및 폴리에스터 폴리올 같은 폴리올을 우레탄 올리고머에 사용하였다. 시중에서의 구입 가능성, 산화 안정성 및 주쇄 조정(tailoring)에 의한 코팅의 특징 조정에 대한 다양성 덕분에 폴리에스터 폴리올이 특히 매력적이다. 우레탄 아크릴레이트 올리고머에서의 주쇄 중합체로서의 폴리에스터 폴리올의 사용은 예컨대 미국 특허 제 5,146,531 호, 제 6,023,547 호, 제 6,584,263 호, 제 6,707,977 호, 제 6,775,451 호 및 제 6,862,392 호뿐만 아니라 유럽 특허 제 539 030 A 호에 기재되어 있다.
우레탄 전구체의 비용, 용도 및 취급에 대한 이해관계 때문에 우레탄-비함유 올리고머를 코팅 조성물에 사용하게 되었다. 예를 들면, 우레탄-비함유 폴리에스터 아크릴레이트 올리고머를 유리 광섬유용 방사선 경화성 코팅 조성물에 사용하였다. 일본 특허 제 57-092552 호[닛토 일렉트릭(Nitto Electric)]는 폴리에스터 주쇄가 300 이상의 평균 분자량을 갖는, 폴리에스터 다이(메트)아크릴레이트를 포함하는 유리 광섬유 코팅 물질을 개시한다. 독일 특허원 제 04 12 68 60 A1 호[바이엘(Bayer)]는 폴리에스터 아크릴레이트 올리고머, 반응성 희석제로서의 2-(N-부틸-카밤일)에틸아크릴레이트 및 광 개시제로서의 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온으로 이루어진 3섬유 리본용 매트릭스 물질을 개시한다. 일본 특허원 제 10-243227 호(공개 번호 제 2000-072821 호)는 2개의 이산 또는 무수물로 말단-캡핑되고 하이드록시 에틸 아크릴레이트로 종결된 폴리에터 다이올로 구성된 폴리에스터 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 액체 경화성 수지 조성물을 개시한다. 미국 특허 제 6,714,712 B2 호는 다산 잔기 또는 그의 무수물을 포함하는 폴리에스터 및/또는 알키드 (메트)아크릴레이트 올리고머, 임의로 반응성 희석제, 및 임의로 광 개시제를 포함하는 방사선 경화성 코팅 조성물을 개시한다. 또한, 소섹(Mark D. Soucek) 및 존슨(Aaron H. Johnson)은 문헌["New Intramolecular Effect Observed for Polyesters: An Anomeric Effect", JCT Research, Vol. 1, No. 2, p. 111 (2004년 4월)]에서 가수분해 저항성을 위해 헥사하이드로프탈산을 사용함을 개시한다.
수많은 광섬유 코팅이 현재 입수가능하지만, 기존의 코팅에 비해 개선된 제조 및/또는 성능 특성을 갖는 신규한 광섬유 코팅을 제공하는 것이 요구된다.
발명의 요약
청구되는 본 발명의 제 1 양태는, 광섬유를 코팅하기에 적합한 수퍼코팅이며,
이때 상기 수퍼코팅은 2개 이상의 층을 포함하되, 제 1 층은, 상기 광섬유의 외부 표면과 접촉하는 1차 코팅이고, 제 2 층은, 상기 1차 코팅의 외부 표면과 접촉하는 2차 코팅이고,
상기 광섬유 상의 경화된 1차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징(aging)한 후에 하기 특성을 갖고:
(A) 약 84% 내지 약 99%의 % RAU,
(B) 약 0.15 MPa 내지 약 0.60 MPa의 인-시튜(in-situ) 모듈러스, 및
(C) 약 -25℃ 내지 약 -55℃의 튜브 Tg,
상기 광섬유 상의 경화된 2차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습 도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖는다:
(A) 약 80% 내지 약 98%의 % RAU,
(B) 약 0.60 GPa 내지 약 1.90 GPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 50℃ 내지 약 80℃의 튜브 Tg.
청구되는 본 발명의 제 2 양태는, 본 발명에서 청구되는 상기 제 1 양태의 수퍼코팅으로 코팅된 광섬유이다.
청구되는 본 발명의 제 3 양태는, 와이어를 코팅하기에 적합한 수퍼코팅이며,
이때 상기 수퍼코팅은 2개 이상의 층을 포함하되, 제 1 층은, 상기 와이어의 외부 표면과 접촉하는 1차 코팅이고, 제 2 층은, 상기 1차 코팅의 외부 표면과 접촉하는 2차 코팅이고,
상기 와이어 상의 경화된 1차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖고:
(A) 약 84% 내지 약 99%의 % RAU,
(B) 약 0.15 MPa 내지 약 0.60 MPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 -25℃ 내지 약 -55℃의 튜브 Tg,
상기 와이어 상의 경화된 2차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖는다:
(A) 약 80% 내지 약 98%의 % RAU,
(B) 약 0.60 GPa 내지 약 1.90 GPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 50℃ 내지 약 80℃의 튜브 Tg.
청구되는 본 발명의 제 4 양태는, 본 발명에서 청구되는 상기 제 3 양태의 수퍼코팅으로 코팅된 와이어이다.
청구되는 본 발명의 제 5 양태는, 하기 단계를 포함하는 광섬유를 수퍼코팅으로 코팅하는 방법이며:
(i) 유리 인발 탑을 조작하여 유리 광섬유를 생산하는 단계,
(ii) 상기 유리 광섬유를 제 1 항에 따른 수퍼코팅으로 코팅하는 단계, 및
(iii) 상기 수퍼코팅을 방사선에 적용하여 상기 수퍼코팅을 경화시키는 단계
를 포함하고,
이때 상기 방사선은 웨트-온-드라이(wet-on-dry) 적용으로 공지된 바와 같이, 먼저 1차 코팅에 적용되고 이어서 2차 코팅에 순차적으로 적용될 수 있거나, 또는 상기 방사선은 웨트-온-웨트(wet-on-wet) 적용으로 공지된 바와 같이, 1차 코팅과 2차 코팅에 동시에 적용될 수 있다.
본원 명세서 전반에 걸쳐, 하기 약어는 하기 의미를 갖는다.
약어 의미
A-189 γ-머캅토프로필트라이메톡시실란, 제너럴 일렉트릭(General Electric)에서 입수가능함
어클레임(Acclaim) 4200 폴리프로필렌 글라이콜, MW=4200, 바이엘(Bayer)에서 입수가능함
BHT 2,6-다이-3급-부틸-4-메틸페놀, 피츠 케미칼(Fitz Chem.)에서 입수가능함
TPO 2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드
시바큐어(Chivacure) TPO 2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드, 카이테크(Chitec)에서 입수가능함
다로쿠르(Darocur) TPO 2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드, 시바 가이기(Ciba Geigy)에서 입수가능함
루시린(Lucirin) TPO 2,4,6-트라이메틸벤조일다이페닐포스핀 옥사이드, 바스프(BASF)에서 입수가능함
이르가큐어(Irgacure) 819 비스(2,4,6-트라이메틸벤조일)페닐포스핀 옥사이드, 시바 가이기에서 입수가능함
TPP 트라이페닐포스핀
CAS 화학 초록 등록(Chemical Abstract Registry) 번호를 의미함
CN-120Z 에폭시 다이아크릴레이트, 사르토머(Sartomer)에서 입수가능함
코스캣(Coscat) 83 독점적인 오가노비스무트 촉매, 카스캠(CasChem) 또는 지.알.오'셔 캄파니(G.R.O'Shea Company) 또는 보르텔러스 스페셜티스 인코포레이티드(Vortellus Specialties Inc.)에서 입수가능함
DABCO 1,4-다이아자바이사이클로[2.2.2]옥테인, 에어 프로덕츠(Air Products)에서 입수가능함
DBTDL 다이부틸 주석 다이라우레이트, 오엠지 어메리카즈(OMG Americas)
에서 입수가능함
HEA 하이드록시에틸 아크릴레이트, 바스프에서 입수가능함
HHPA 헥사하이드로프탈산 무수물, 밀리켄 케미칼(Milliken Chemical)에서 입수가능함
시바큐어 184 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 카이테크에서 입수가능함
이르가큐어 184 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤, 시바 가이기에서 입수가능함
이르가녹스(Irganox) 1035 티오다이에틸렌 비스(3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록시페닐)프로피오네이트), 시바 가이기에서 입수가능함
PPA6 폴리프로필렌 글라이콜 모노아크릴레이트
P1010 폴리프로필렌 글라이콜(MW=1000), 바스프에서 입수가능함
P2010 폴리프로필렌 글라이콜(MW=2000), 바스프에서 입수가능함
포토머(Photomer) 4066 에톡실화된 노닐페놀 아크릴레이트, 코그니스(Cognis)에서 입수가능함
SR-306 트라이프로필렌 글라이콜 다이아크릴레이트(TPGDA), 사르토머에서 입수가능함
SR-306HP 트라이프로필렌 글라이콜 다이아크릴레이트(TPGDA), 사르토머에서 입수가능함
SR-349 에톡실화된 (3) 비스페놀 A 다이아크릴레이트, 사르토머에서 입수가능함
SR-368 트리스(2-하이드록시에틸)아이소시아누레이트 트라이아크릴레이트, 사르토머에서 입수가능함
SR-395 아이소데실 아크릴레이트, 사르토머에서 입수가능함
SR-444 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 사르토머에서 입수가능함
SR-504D 에톡실화된 노닐 페놀 아크릴레이트, 사르토머에서 입수가능함
SR-506 아이소본일 아크릴레이트, 사르토머에서 입수가능함
IPDI 아이소포론 다이아이소시아네이트, 바이엘에서 입수가능함
TDI 톨루엔 다이아이소시아네이트의 2,4- 및 2,6-이성질체의 80/20
블렌드, 바스프에서 입수가능함
TPGMA 트라이프로필렌 글라이콜 모노아크릴레이트
TPGDA 트라이프로필렌 글라이콜 다이아크릴레이트
루프라네이트(Lupranate) T80 톨루엔 다이아이소시아네이트, 80% 2,4-이성질체와 20% 2,6-이성질체의 혼합물, 바스프에서 입수가능함
TDS 톨루엔 다이아이소시아네이트의 100% 2,4-이성질체, 바이엘에서 입수가능함
티누빈(Tinuvin) 123 비스(1-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리디닐)세바케이트, 시바 가이기에서 입수가능함
청구되는 본 발명은 광섬유를 코팅하기에 적합한 수퍼코팅이며, 이때 상기 수퍼코팅은 2개 이상의 층을 포함한다. 제 1 층은, 상기 광섬유의 외부 표면과 접촉하는 1차 코팅이고, 제 2 층은, 상기 1차 코팅의 외부 표면과 접촉하는 2차 코팅이다.
1차 코팅
본 발명의 수퍼코팅에 사용하기 적합한 1차 코팅은 전형적으로 1차 올리고머, 하나 이상의 희석제 단량체, 하나 이상의 광개시제, 산화방지제, 접착 촉진제 및 임의로, 하나 이상의 광 안정화제를 포함한다. 바람직하게는 상기 1차 코팅이, CR 1차 코팅, P 1차 코팅, CA 1차 코팅 및 BJ 1차 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 CR 1차 코팅은, (a) CR 1차 올리고머, (b) 희석제 단량체, (c) 광개시제, (d) 산화방지제, 및 (e) 접착 촉진제를 포함한다. 상기 P 1차 코팅은, (a) P 1차 올리고머, (b) 제 1 희석제 단량체, (c) 제 2 희석제 단량체, (d) 광개시제, (e) 산화방지제, 및 (f) 접착 촉진제를 포함한다. 상기 CA 1차 코팅은, (a) CA 1차 올리고머, (b) 희석제 단량체, (c) 광개시제, (d) 산화방지제, 및 (e) 접착 촉진제를 포함한다. 상기 BJ 1차 코팅은, (a) BJ 1차 올리고머, (b) 제 1 희석제 단량체, (c) 제 2 희석제 단량체, (d) 제 3 희석제 단량체, (e) 제 1 광 안정화제, (f) 제 1 광개시제, (g) 제 2 광개시제, (h) 산화방지제, (i) 제 2 광 안정화제, 및 (j) 접착 촉진제를 포함한다.
1차 올리고머
본 발명의 1차 코팅을 형성하기 위해 사용되는 1차 올리고머는, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트, 하나 이상의 아이소시아네이트 및 폴리에터 폴리올을 촉매 및 중합 저해제의 존재 하에 반응시켜 제조된다. 상기 CR 1차 올리고머는, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트, 제 1 아이소시아네이트, 제 2 아이소시아네이트, 폴리에터 폴리올, 촉매 및 중합 저해제를 반응시켜 제조된다. 상기 P 1차 올리머는, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트, 제 1 이소시아네이트, 제 2 이소시아네이트, 폴리에터 폴리올, 촉매 및 중합 저해제를 반응시켜 제조된다. 상기 CA 1차 올리고머는, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트, 제 1 아이소시아네이트, 제 2 아이소시아네이트, 폴리에터 폴리올, 촉매 및 중합 저해제를 반응시켜 제조된다. BJ 1차 올리고머는, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트, 아이소시아네이트, 폴리에터 폴리올, 중합 저해제 및 촉매를 반응시켜 제조된다.
상기 1 차 올리고머를 제조하기 위해 사용되는 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트는 바람직하게는 하이드록시 에틸 아크릴레이트(HEA)와 같은 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트; 또는 폴리프로필렌 글라이콜 모노아크릴레이트(PPA6), 트라이프로필렌 글라이콜 모노아크릴레이트(TPGMA), 카프로락톤 아크릴레이트 및 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트(예컨대, SR-444)로 이루어진 군으로부터 선택되는 아크릴레이트이다. 상기 1차 코팅이 CR, P, CA 또는 BJ 1차 코팅인 경우, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트는 바람직하게는 HEA이다.
상기 아이소시아네이트는 임의의 적합한 유형, 예컨대 방향족 또는 지방족일 수 있지만, 바람직하게는 다이아이소시아네이트이다. 적합한 다이아이소시아네이트는 당분야에 공지되어 있으며, 예를 들어 아이소포론 다이아이소시아네이트(IPDI) 및 톨루엔 다이아이소시아네이트(TDI, 80% 2,4-이성질체와 20% 2,6-이성질체의 혼합물, 바스프에서 입수가능함; TDS, 톨루엔 다이아이소시아네이트의 100% 2,4-이성질체)를 포함한다. 상기 1차 코팅이 CR, P 또는 CA 1차 코팅인 경우, 상기 제 1 아이소시아네이트는 바람직하게는 TDI이고, 상기 제 2 아이소시아네이트는 바람직하게는 IPDI이다. 상기 제 1 코팅이 BJ 1차 코팅인 경우, 상기 아이소시아네이트는 바람직하게는 IPDI이다.
상기 폴리에터 폴리올은, 폴리에틸렌 글라이콜 및 폴리프로필렌 글라이콜로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게, 상기 폴리에터 폴리올은, 약 300 g/몰 내지 약 5,000 g/몰의 수 평균 분자량을 갖는 폴리프로필렌 글라이콜이다. 상기 1차 코팅이 CR, P 또는 CA 1차 코팅인 경우, 상기 폴리에터 폴리올은 바람직하게는, 바스프에서 입수가능한 플루라콜(Pluracol) P2010이다. 상기 1차 코팅이 BJ 1차 코팅인 경우, 상기 폴리에터 폴리올은 바람직하게는, 바이엘에서 입수가능한 어클레임 4200 폴리프로필렌 글라이콜이다.
광섬유용 방사성 경화성 코팅에 사용하기 위한 우레탄계 올리고머의 합성 분야의 촉매는 당분야에 주지되어 있다. 상기 촉매는, 구리 나프텐에이트, 코발트 나프텐에이트, 아연 나프텐에이트, 트라이에틸아민, 트라이에틸렌다이아민, 2-메틸트라이에틸렌아민, 다이부틸 주석 다이라우레이트; 비스무트 네오데카노에이트(CAS 34364-26-6)와 같은 유기 비스무트 촉매, 아연 네오데카노에이트(CAS 27253-29-8), 지르코늄 네오데카노에이트(CAS 39049-04-2) 및 아연 2-에틸헥사노에이트(CAS 136-53-8)를 비롯한(이에 한정되지 않음) 금속 카복실레이트; 도데실벤젠 설폰산(CAS 27176-87-0) 및 메탄 설폰산(CAS 75-75-2)을 비롯한(이에 한정되지 않음) 설폰산; 1,2-다이메틸이미다졸(CAS 1739-84-0) 및 다이아자바이사이클로[2.2.2]옥탄(DABCO)(CAS 280-57-9)(강염기)을 비롯한(이에 한정되지 않음) 아미노 또는 유기 염기 촉매; 트라이페닐 포스핀; 지르코늄 부톡사이드(테트라부틸 지르코네이트)(CAS 1071-76-7) 및 티타늄 부톡사이드(테트라부틸 티타네이트)(CAS 5593-70-4)를 비롯한(이에 한정되지 않음) 지르코늄 및 티타늄의 알콕사이드; 트라이헥실(테트라데실)포스포늄 헥사플루오로포스페이트(CAS 374683-44-0), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트(CAS 284049-75-8) 및 N-부틸-4-메틸피리디늄 클로라이드(CAS 125652-55-3)을 비롯한(이에 한정되지 않음) 이온성 액체 포스포늄, 이미다졸륨 및 피리디늄 염; 및 테트라데실(트라이헥실) 포스포늄으로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
상기 촉매들은 모두 시판된다.
상기 올리고머의 합성에 사용되는 촉매의 양은 전체 코팅 조성물의 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 약 3 중량%이다. 상기 1차 코팅이 CR, P 또는 BJ 1차 코팅인 경우, 상기 촉매는 바람직하는 DBTDL이다. 상기 1차 코팅이 CA 1차 코팅인 경우, 상기 촉매는 바람직하게는, 코스캠에서 입수가능한 독점적 오가노비스무트 촉매인 "코스캣 83"과 같은 오가노비스무트 촉매이다.
상기 1차 올리고머의 제조는, 반응 동안 아크릴레이트의 중합을 저해하는 데 사용되는 중합 저해제의 존재 하에 수행된다. 상기 중합 저해제는 부틸화된 하이드록시톨루엔(BHT), 하이드로퀸온 및 이의 유도체, 예컨대 메틸에터 하이드로퀸온 및 2,5-다이부틸 하이드로퀸온; 3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록시톨루엔; 메틸-다이-3급-부틸페놀; 2,6-다이-3급-부틸-p-크레졸 등으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 상기 1차 올리고머가 CR, P, CA 또는 BJ 1차 올리고머인 경우, 상기 중합 저해제는 바람직하게는 BHT이다.
희석제 단량체
희석제 단량체는, 화학선에 노출될 경우 중합가능한 작용기를 하나 이상 갖는 저점도의 단량체이다. 예를 들어, 상기 희석제 단량체는 아크릴레이트 또는 비닐 에터 작용기 및 C4-C20 알킬 또는 폴리에터 잔기를 갖는 단량체 또는 단량체들의 혼합물일 수 있다. 이러한 희석제 단량체의 특정 예는 헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 아이소본일아크릴레이트, 데실아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 스테아릴아크릴레이트, 2-에톡시에톡시-에틸아크릴레이트, 라우릴비닐에터, 2-에틸헥실비닐 에터, 아이소데실 아크릴레이트(예컨대, 사르토머로부터 입수가능한 SR 395), 아이소옥틸 아크릴레이트, N-비닐-카프로락탐, N-비닐피롤리돈, 트라이프로필렌 글라이콜 모노아크릴레이트(TPGMA), 아크릴아마이드) 및 알콕시화된 유도체(예컨대, 에톡시화된 라우릴 아크릴레이트, 에톡시화된 아이소데실 아크릴레이트) 등을 포함한다.
사용될 수 있는 다른 유형의 희석제 단량체는 방향족 기를 갖는 화합물이다. 방향족 기를 갖는 희석제 단량체의 특정 예는 에틸렌 글라이콜 페닐 에터 아크릴레이트, 폴리에틸렌 글라이콜 페닐 에터 아크릴레이트, 폴리프로필렌 글라이콜 페닐 에터 아크릴레이트, 및 상기 단량체들의 알킬-치환된 페닐 유도체, 예컨대, 폴리에틸렌 글라이콜 노닐페닐 에터 아크릴레이트를 포함한다. 바람직한 희석제 단량체는 에톡시화된 노닐페놀 아크릴레이트(예컨대, 코그니스로부터 입수가능한 포토머 4066; 사르토머로부터 입수가능한 SR504D)이다.
또한, 상기 희석제 단량체는 중합가능한 작용기를 2개 이상 갖는 희석제를 포함한다. 상기 희석제의 특정 예는 C2-C18 탄화수소 다이올 다이아크릴레이트, C4-C18 탄화수소 다이비닐에터, C3-C18 탄화수소 트라이아크릴레이트, 및 이들의 폴리에터 유사체 등이며, 예컨대 1,6-헥산다이올다이아크릴레이트, 트라이메틸올프로판트라이아크릴레이트, 헥산다이올다이비닐에터, 트라이에틸렌 글라이콜 다이아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트라이아크릴레이트, 에톡시화된 비스페놀 A 다이아크릴레이트, 트라이프로필렌글라이콜 다이아크릴레이트(TPGDA, 예컨대, 사르토머로부터 입수가능한 SR306, SR 306HP) 및 트리스 2-하이드록시에틸 아이소시아누레이트 트라이아크릴레이트(예컨대, 사르토머로부터 입수가능한 SR-368)을 포함한다.
상기 1차 코팅이 CR 또는 CA 1차 코팅인 경우, 희석제 단량체는 바람직하게는 에톡실화된 노닐 페놀 아크릴레이트(예컨대, 포토머 4066)이다. 상기 1차 코팅이 P 1차 코팅인 경우, 상기 제 1 희석제 단량체는 바람직하게는 에톡실화된 노닐 페놀 아크릴레이트(포토머 4066)이고, 상기 제 2 희석제 단량체는 바람직하게는 트라이프로필렌 글라이콜 다이아크릴레이트(SR-306)이다. 상기 1차 코팅이 BJ 1차 코팅인 경우, 상기 1차 희석제 단량체는 바람직하게는 에톡실화된 노닐 페놀 아크릴레이트(예컨대, SR 504D)이고, 상기 제 2 희석제 단량체는 에톡실화된 비스페놀 A 다이아크릴레이트(예컨대, SR-349)이고, 상기 제 3 희석제 단량체는 아이소데실 아크릴레이트(예컨대, SR 395)이다.
광개시제
상기 1차 코팅은 단일 광개시제 또는 광개시제들의 조합을 함유할 수 있다. 적합한 광개시제는 α-하이드록시케토-유형 광개시제 및 포스핀 옥사이드-유형 광개시제를 포함한다.
α-하이드록시케토-유형 광개시제는, 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(예컨대, 시바 가이기(Ciba Geigy)로부터 입수가능한 이르가큐어 184; 카이테크 케미칼스(Chitec Chemicals)로부터 입수가능한 시바큐어(Chivacure) 184), 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(예컨대, 시바 가이기로부터 입수가능한 다로쿠르(Darocur) 1173), 2-벤질-2-다이메틸아미노-1-(4-모폴리노페닐)-부탄-1-온, 2,2-다이메톡시-2-페닐-아세토펜온, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모폴린일)-1-프로판온, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모폴리노프로판-1-온(예컨대, 시바 가이기로부터 입수가능한 이르가큐어 907), 4-(2-하이드록시에톡시)페닐-2-하이드록시-2-프로필 케톤 다이메톡시-페닐아세토펜온, 1-(4-아이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸-프로판-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온 및 4-(2-하이드록시에톡시)페닐-2-(2-하이드록시-2-프로필)케톤을 포함한다.
포스핀 옥사이드-유형 광개시제는, 2,4,6-트라이메틸벤조일-다이페닐포스핀 옥사이드 유형(TPO; 예컨대, 바스프로부터 입수가능한 루시린(Lucirin) TPO, 시바 가이기로부터 입수가능한 다로쿠르 TPO), 비스-(2,4,6-트라이메틸벤조일)페닐-포스핀 옥사이드(예컨대, 시바 가이기로부터 입수가능한 이르가큐어 819), 또는 비스아실 포스핀 옥사이드 유형(BAPO) 광개시제를 포함한다. 바람직한 광개시제들의 조합은 이르가큐어 184와 TPO이다.
상기 1차 코팅이 CR 또는 CA 1차 코팅인 경우, 광개시제는 바람직하게는 2,4,6-트라이메틸벤조일-다이페닐포스핀 옥사이드(TPO)(예컨대, 카이테크에서 입수가능한 시바큐어 TPO)이다. 상기 1차 코팅이 P 1차 코팅인 경우, 상기 광개시제는 바람직하게는 비스-(2,4,6-트라이메틸벤조일)페닐-포스핀 옥사이드(예컨대, 이르가큐어 819)이다. 상기 1차 코팅이 BJ 1차 코팅인 경우, 상기 제 1 광개시제는 바람직하게는 TPO(예컨대, 카이테크에서 입수가능한 시바큐어 TPO)이고, 상기 제 2 광개시제는 바람직하게는 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(예컨대, 시바큐어 184)이다.
산화방지제
산화방지제는 입체 장애 페놀계 화합물, 예를 들어 2,6-다이-3급-부틸-4-메틸페놀, 2,6-다이-3급-부틸-4-에틸 페놀, 2,6-다이-3급-부틸-4-n-부틸 페놀, 4-하이드록시메틸-2,6-다이-3급-부틸 페놀, 및 시판되는 화합물인 티오다이에틸렌 비스(3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록실)하이드로신나메이트, 옥타데실-3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트, 1,6-헥사메틸렌 비스(3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트) 및 테트라키스(메틸렌(3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록시하이드로신나메이트)메테인이며, 이들은 모두 시바 가이기에서 각각 이르가녹스 1035, 1076, 259 및 1010으로 입수가능하다. 본원에 유용한 입체 장애 페놀의 다른 예는 1,3,5-트라이메틸-2,4,6-트리스(3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록시벤질)벤젠 및 4,4'-메틸렌-비스(2,6-다이-3급-부틸페놀)을 포함하며, 이들은 에틸 코포레이션(Ethyl Corporation)에서 각각 에틸(Ethyl) 330 및 702로 입수가능하다. 상기 1차 코팅이 CR, P, CA 또는 BJ 1차 코팅인 경우, 바람직한 산화방지제는 티오다이에틸렌 비스(3,5-다이-3급-부틸-4-하이드록실)하이드로신나메이트(예컨대, 이르가녹스 1035)이다.
접착 촉진제
적합한 접착 촉진제는 비스-트라이에톡시실릴프로필)다이설파이드, 비스-(트라이에톡시실릴프로필)테트라설파이드, γ-아미노프로필트라이에톡시실란, γ-글리시드옥시-프로필트라이메톡시실란, γ-머캅토프로필트라이에톡시실란, γ-머캅토프로필트라이메톡시실란(예컨대, 제너럴 일렉트릭에서 입수가능한 실퀘스트(Silquest) A-189), γ-머캅토아크릴옥시프로필트라이에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실란, γ-우레이도프로필트라이메톡시실란, 메틸트리스(아이소프로펜옥시)실란, N-베타-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트라이메톡시실란, (N,N-다이메틸-3-아미노프로필)실란, 폴리다이메틸실록산, 비닐트라이에톡시실란, 트리스-(3-(트라이메톡시실릴)프로필)아이소시아누레이트, 또는 이들의 조합을 포함한다. 상기 1차 코팅이 CR, P, CA 또는 BJ 1차 코팅인 경우, 상기 접착 촉진제는 바람직하게는 γ-머캅토프로필트라이메톡시실란(예컨대, 제너럴 일렉트릭에서 입수가능한 실퀘스트 A-189)이다.
광 안정화제
적합한 광 안정화제는 방사선 경화성 코팅의 분야에 공지되어 있으며, 시판되고, 2-하이드록시-4-메톡시벤조펜온(예컨대, 그레이트 레이크스 케미칼(Great Lakes Chemical)에서 입수가능한 로윌라이트(Lowilite) 20)를 비롯한 UVA의 벤조펜온 부류, 및 비스(1-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트(예컨대, 시바 가이기에서 입수가능한 티누빈(Tinuvin) 123)에 속하는 입체 장애 아민 광 안정화제(HALS)에 속하는 자외선 광 흡수제를 포함한다. 상기 1차 코팅이 BJ 1차 코팅인 경우, 상기 제 1 광 안정화제는 바람직하게는 비스(1-옥틸옥시-2,2,6,6-테트라메틸-4-피페리딜)세바케이트(예컨대, 시바 가이기에서 입수가능한 티누빈 123)이고, 상기 제 2 광 안정화제는 바람직하게는 2-하이드록시-4-메톡시벤조펜온(예컨대, 로윌라이트 20)이다.
상기 CR 1차 올리고머의 바람직한 실시양태는 하기와 같으며, 이때 중량%는 올리고머를 제조하는 데 사용되는 성분들의 중량%를 기준으로 제시된다:
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트(예컨대, HEA): 약 1 내지 약 3 중량%,
방향족 아이소시아네이트(예컨대, TDI): 약 1 내지 약 2 중량%,
지방족 아이소시아네이트(예컨대, IPDI): 약 4 내지 약 6 중량%,
폴리에터 폴리올(예컨대, P2010): 약 40 내지 약 60 중량%,
촉매(예컨대, DBTDL): 약 0.01 내지 약 0.05 중량%,
중합 저해제(예컨대, BHT): 약 0.05 내지 약 0.10 중량%.
상기 CR 1차 코팅의 바람직한 실시양태에서, 약 20 중량% 내지 약 80 중량%의 CR 1차 올리고머 이외에, 하기 경화성 조성의 성분들을 포함할 수 있다(경화성 조성물의 중량% 기준):
희석제 단량체(예컨대, 포토머 4066): 약 35 내지 약 45 중량%,
광개시제(예컨대, 시바큐어 TPO): 약 1.00 내지 약 2.00 중량%,
산화방지제(예컨대, 이르가녹스 1035): 약 0.25 내지 약 0.75 중량%,
접착 촉진제(예컨대, A-189): 약 0.8 내지 약 1.0 중량%*.
(* 상기 접착 촉진제는 100 중량%를 달성하도록 조정될 수 있음)
상기 CR 1차 코팅의 더욱 바람직한 실시양태는 하기와 같다.
CR 1차 올리고머 중량%
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트(HEA) 2.11
방향족 아이소시아네이트(TDI) 1.59
지방족 아이소시아네이트(IPDI) 5.31
폴리에터 폴리올(P2010) 46.9
저해제(BHT) 0.08
촉매(DBTDL) 0.03
CR 1차 코팅 중량%
CR 1차 올리고머 56.0
희석제 단량체(포토머 4066) 40.9
광개시제(시바큐어 TPO) 1.70
산화방지제(이르가녹스 1035) 0.50
접착 촉진제(A-189) 0.90
상기 CA 1차 올리고머의 바람직한 실시양태는 하기와 같다(이때, 중량%는 올리고머를 제조하는 데 사용되는 성분들의 중량%에 기초하여 제시됨):
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트(예컨대, HEA): 약 1 내지 약 3 중량%,
방향족 아이소시아네이트(예컨대, TDA): 약 1 내지 약 2 중량%,
지방족 아이소시아네이트(예컨대, IPDI): 약 4 내지 약 6 중량%,
폴리에터 폴리올(예컨대, P2010): 약 40 내지 약 60 중량%,
촉매(예컨대, 코스캣 83): 약 0.01 내지 약 0.05 중량%,
중합 저해제(예컨대, BHT): 약 0.05 내지 약 0.10 중량%.
상기 CA 1차 코팅의 바람직한 실시양태는 하기와 같다:
약 40 중량% 내지 약 70 중량%의 CA 1차 올리고 이외에, 하기 경화성 조성의 성분들을 포함할 수 있다(경화성 조성물의 중량% 기준):
희석제 단량체(예컨대, 포토머 4066): 약 35 내지 약 45 중량%,
광개시제(예컨대, 시바큐어 TPO): 약 1.00 내지 약 2.00 중량%,
산화방지제(예컨대, 이르가녹스 1035): 약 0.25 내지 약 0.75 중량%,
접착 촉진제(예컨대, A-189): 약 0.8 내지 약 1.0 중량%*.
(* 상기 접착 촉진제는 100 중량%를 달성하도록 조정될 수 있음)
상기 CA 1차 코팅의 더욱 바람직한 실시양태는 하기와 같다.
1차 올리고머 중량%
하이드록실 에틸 아크릴레이트(HEA) 1.84
방향족 아이소시아네이트(TDI) 1.38
지방족 아이소시아네이트(IPDI) 5.28
폴리에터 폴리올(P2010) 47.40
중합 저해제(BHT) 0.08
촉매(코스캣 83) 0.03
CA 1차 코팅 중량%
CA 1차 올리고머 56.0
희석제 단량체(포토머 4066) 40.9
광개시제(시바큐어 TPO) 1.70
산화방지제(이르가녹스 1035) 0.50
접착 촉진제(A-189) 0.90
하기 실시예는 P 1차 올리고머 및 P 1차 코팅의 예로서 제공된다.
P 1차 올리고머 실시예 1 실시예 2 실시예 3
하이드록실 에틸 아크릴레이트(HEA) 1.41 1.61 1.54
방향족 아이소시아네이트(TDI) 1.05 1.20 1.15
지방족 아이소시아네이트(IPDI) 4.71 4.68 5.13
폴리에터 폴리올(P2010) 42.24 42.40 46.07
촉매(코스캣 83) 0.03 0.03 0.03
중합 저해제(BHT) 0.08 0.08 0.08
합계 49.50 50.00 54.00
P 1차 코팅
제 1 희석제(포토머 4066) 47.00 46.40 41.90
제 2 희석제(SR306) 1.00 0.80 1.00
광개시제(시바큐어 TPO) 1.10 1.40 1.70
산화방지제(이르가큐어 1035) 0.50 0.50 0.50
접착 촉진제(A-189) 0.90 0.90 0.90
총합계 100.00 100.00 100.00
1차 코팅 올리고머 실시예 4 실시예 5 실시예 6
아크릴레이트(HEA) 1.84 1.48 1.54
방향족 아이소시아네이트(TDI) 1.38 1.11 1.15
지방족 아이소시아네이트(IPDI) 5.28 4.94 5.13
폴리올(P2010) 47.40 44.38 46.07
촉매(DBTDL) 0.03 0.03 0.03
저해제(BHT) 0.08 0.08 0.08
합계 56.00 52.00 54.00
방사성 경화성 코팅 조성물
제 1 희석제(포토머 4066) 40.90 44.50 41.90
제 2 희석제(SR306) 0.95 1.00 1.00
광개시제(시바큐어 TPO) 1.70 1.40 1.70
광개시제(이르가큐어 819) - 1.10 -
산화방지제(이르가큐어 1035) 0.50 0.50 0.50
접착 촉진제(A-189) 0.90 0.90 0.90
총합계 100.00 100.00 100.00
BJ 1차 올리고머의 바람직한 실시양태는 하기와 같다.
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트(예컨대, HEA) 약 1 내지 약 5 중량%
아이소시아네이트(예컨대, IPDI) 약 2 내지 약 8 중량%
폴리에터 폴리올(예컨대, 어클레임 4200) 약 55 내지 약 75 중량%
중합 저해제(예컨대, BHT) 약 0.05 내지 약 0.20 중량%
촉매(예컨대, DBTDL) 약 0.030 내지 약 0.060 중량%
희석제 단량체(예컨대, SR-395) 약 5 내지 약 7 중량%
BJ 1차 코팅의 바람직한 실시양태는 하기와 같다.
1차 코팅 올리고머 중량%
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트(HEA) 1.84
아이소시아네이트(IPDI) 4.14
폴리에터 폴리올(어클레임 4200) 62.11
중합 저해제(BHT) 0.061
촉매(DBTDL) 0.034
희석제 단량체(SR 395) 5.81
방사선 경화성 코팅 조성 중량%
1차 코팅 올리고머 74.0
희석제 단량체(SR 504 D) 10.4
희석제 단량체(SR 349) 5.0
희석제 단량체(SR 395) 6.0
제 1 광개시제(시바큐어 TPO) 0.30
제 2 광개시제(시바큐어 184) 1.00
산화방지제(이르가녹스 1035) 0.75
제 1 광 안정화제(티누빈 123) 0.4
제 2 광 안정화제(로윌라이트 20) 0.15
접착 촉진제(A-189) 나머지 량
2차 코팅
본 발명의 수퍼코팅에 사용하기 적합한 2차 코팅은 전형적으로, 하나 이상의 희석제 단량체, 하나 이상의 광개시제, 산화방지제, 및 임의로 하나 이상의 슬립 첨가제의 2차 코팅 올리고머 블렌드를 포함한다. 바람직하게는 2차 코팅은 D 2차 코팅 및 R 2차 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된다.
상기 D 2차 코팅은, (a) D 2차 코팅 올리고머 블렌드를, (b) 제 1 희석제 단량체, (c) 제 2 희석제 단량체, (d) 제 3 희석제 단량체, (e) 산화방지제, (f) 제 1 광개시제, (g) 제 2 광개시제, 및 (h) 임의로, 슬립 첨가제 또는 슬립 첨가제들의 블렌드와 혼합하여 포함한다.
D 2차 코팅 올리고머 블렌드
D 2차 코팅 올리고머 블렌드는 오메가 올리고머 및 입실론 올리고머를 포함한다.
상기 오메가 올리고머는, 하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트, 아이소시아네이트, 폴리에터 폴리올 및 트라이프로필렌 글라이콜을, 중합을 위한 산화방지제 및 촉매의 존재 하에 반응시켜 제조된다.
상기 입실론 올리고머는 에폭시 다이아크릴레이트이다. 바람직하게는 상기 입실론 올리고머가 비스페놀 A계 에폭시 다이아크릴레이트 올리고머, 예를 들면, 사르토머에서 시판되는 CN120 또는 CN120Z 올리고머이다. 더욱 바람직하게는, 상기 입실론 올리고머가 CN120Z이다.
청구되는 본 발명의 D 방사선 경화성 2차 코팅 조성물의 각각의 성분들의 바람직한 중량%는 하기와 같다.
오메가 올리고머
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트 약 5 내지 약 7 중량%
아이소시아네이트 약 7 내지 약 9 중량%
폴리에터 폴리올 약 15 내지 약 18 중량%
트라이프로필렌 글라이콜 약 0.3 내지 약 0.6 중량%
중합 저해제 약 0.01 내지 약 0.03 중량%
촉매 약 0.06 내지 약 0.1 중량%
입실론 올리고머
에폭시 다이아크릴레이트 약 20 내지 약 25 중량%
희석제 단량체
제 1 희석제 단량체 약 4 내지 약 7 중량%
제 2 희석제 단량체 약 15 내지 약 25 중량%
제 3 희석제 단량체 약 13 내지 약 19 중량%
기타 첨가제
산화방지제 약 0.3 내지 약 0.7 중량%
제 1 광개시제 약 1.75 내지 약 3.75 중량%
제 2 광개시제 약 0.5 중량% 내지 약 1 중량%
슬립 첨가제(임의적) 약 0.35 내지 약 0.75 중량%
상기 R 2차 코팅은, (a) R 2차 코팅 올리고머 블렌드를, (b) 제 1 희석제 단량체, (c) 제 2 희석제 단량체, (d) 산화방지제, (e) 제 1 광개시제, (f) 제 2 광개시제, (g) 임의로, 슬립 첨가제 또는 슬립 첨가제들의 블렌드와 혼합하여 포함한다. 상기 R 2차 코팅 올리고머 블렌드는 반드시, 비-우레탄계-함유 올리고머인 알파 올리고머를 하나 이상 함유해야 한다. 상기 R 2차 코팅 올리고머 블렌드 중의, 베타 올리고머로 공지되어 있는 상기 제 2 올리고머는 우레탄계를 함유하거나 비-우레탄계를 함유할 수 있지만, 이들 중 어느 것이라도 알파 올리고머로서 동일해야 한다. 상기 블렌드 중에 제 3 올리고머 또는 감마 올리고머가 존재할 수 있다. 감마 올리고머가 존재하는 경우, 이는 전형적으로 에폭시이다.
R 방사선 경화성 2차 코팅의 바람직한 실시양태에서는, 알파, 베타 및 감마 올리고머가 모두 상기 올리고머 블렌드에 존재한다. 상기 방사선 경화성 2차 코팅 조성물 중의 각각의 성분들의 바람직한 중량%는 하기와 같다.
알파 올리고머
무수물 약 5 내지 7 중량%
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트 약 3 내지 약 5 중량%
에폭시 약 5 내지 약 9 중량%
제 1 촉매 약 0.005 내지 약 0.25 중량%
제 2 촉매 약 0.01 내지 약 0.05 중량%
중합 저해제 약 0.01 내지 약 0.05 중량%
베타 올리고머
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트 약 3 내지 약 5 중량%
아이소시아네이트 약 4 내지 약 6 중량%
폴리에터 폴리올 약 13 내지 약 17 중량%
중합 저해제 약 0.01 내지 약 0.05 중량%
촉매 약 0.005 내지 약 0.025 중량%
감마 올리고머
에폭시 다이아크릴레이트 약 20 내지 약 30 중량%
기타 첨가제
제 1 희석제 단량체 약 5 내지 약 7 중량%
제 2 희석제 단량체 약 20 내지 약 25 중량%
산화방지제 약 0.25 내지 약 1.25 중량%
제 1 광개시제 약 1 내지 약 4 중량%
제 2 광개시제 약 0.25 내지 약 0.95 중량%
슬립 첨가제(임의적) 약 0.35 내지 약 0.75 중량%
상기 R 코팅 중의 상기 올리고머 블렌드의 다른 실시양태에서, 상기 베타 올리고머는, 존재하는 경우, 무수물과 하이드록실-함유 아크릴레이트를 반응시켜 수득된, 우레탄-비함유 올리고머이다.
물질 당량 # 당량 중량 중량%
무수물(HHPA) 154 1.3333 205.33 27.49
하이드록실-함유 (메트)아크릴레이트(HEA) 116.12 0.6667 77.417 10.36
에폭시(EPOTEC YD-126) 183 1.3334 244.01 32.67
폴리올(폴리(테트라하이드로퓨란)다이올, PTHF 650) 327.54 0.6666 218.34 29.23
촉매(트라이페닐포스핀) 0.93 0.12
촉매(DABCO) 0.28 0.04
중합 저해제(BHT) 0.67 0.09
총합계 746.9771 100.00
첨가 순서는 다음과 같다: (1) BHT, (2) HHPA, 및 이어서 (3) PTHF650. 반응 중간점이 달성된 후, (4) TPP, (5) DABCO, 및 (6) EPOTEC YD-126을 첨가한다.
수퍼코팅
상기 1차 코팅 및 상기 2차 코팅을 합성한 후, 이들을 광섬유에 적용한다. 당업자는 광섬유의 제조 방법을 알고 있다. 코팅을 광섬유에 적용하는 것은 전형적으로, 광섬유 자체를 제조하는 장소에서 수행된다.
먼저, 1차 코팅을 도포하고, 웨트-온-드라이 공정을 사용하여, 상기 1차 코팅을 경화시키기 위한 방사선의 공급원을 상기 1차 코팅에 적용시키는 다음 단계를 수행한다. 웨트-온-웨트 공정을 사용하여, 2차 코팅을 도포하는 다음 단계를 수행한다.
다른 방법은, 1차 코팅을 도포하고, 이어서 2차 코팅을 상기 1차 코팅의 상부에 도포하고, 방사선을 적용하고, 상기 2차 코팅을 경화시킨다.
상기 코팅을 경화시키기 위해 사용되는 방사선은 중합 반응을 개시할 수 있는 임의의 방사선이다. 상기 코팅을 경화시키기에 적합한 방사선은 공지되어 있으며, 자외선(UV) 및 전자 빔(EB) 방사선을 포함한다. 광섬유 상에 사용되는, 본 발명의 1차 및 2차 코팅을 경화시키기에 바람직한 유형의 방사선은 UV 방사선이다. 1차 코팅과 2차 코팅의 이러한 조합을 수퍼코팅으로서 지칭한다.
수퍼코팅은 약 750 m/분 내지 약 2,100 m/분의 선속도로, 성공적으로 광섬유 상에 도포될 수 있다.
2차 코팅을 경화시킨 후, "잉크 코팅" 층을 임의로 도포한 다음, 코팅되고 잉크 층을 갖는 광섬유를, 다른 코팅되고 잉크 층을 갖는 광섬유와 "리본 어셈블리"에서 나란히 위치시키고, 방사선 경화성 매트릭스 코팅을 사용하여 상기 광섬유들을 리본 어셈블리에서 목적하는 위치에 유지시킨다.
바람직하게는, 수퍼코팅이, CR 1차 코팅, P 1차 코팅, CA 1차 코팅 및 BJ 1차 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 1차 코팅; 및 본원에서 정의된 바와 같은 D 2차 코팅 및 R 2차 코팅으로 이루어진 군으로부터 선택된 2차 코팅을 포함한다.
인발 탑 시뮬레이터에 사용되는 광섬유 또는 와이어 상 1차 코팅 및 2차 코팅 모두의 물리적 특성의 수퍼코팅 조합은 최적인 것으로 밝혀졌다.
인발 탑 시뮬레이터 예
광섬유 코팅 개발의 초기에는, 모든 신규하게 개발된 1차 및 2차 코팅을 먼저 이들의 경화된 필름 특성에 대해 시험하고, 이어서 섬유 인발 탑 상에서 평가하도록 보내졌다. 고비용 및 계획 곤란성으로 인해, 인발하는 것이 필요한 모든 코팅들 중 최대 30%만이 인발 탑 상에서 시험된 것으로 추정되었다. 상기 코팅을 처음 배합한 시간으로부터 유리 섬유에 적용되기까지의 시간은 전형적으로 약 6개월이며, 이는 상품 개발 주기를 상당히 늦춘다.
광섬유용 방사선 경화된 코팅의 분야에서는, 1차 코팅 또는 2차 코팅이 유리 섬유에 도포되는 경우, 상기 코팅들의 특징은, 동일한 코팅이 경화된 편평한 필름의 특성과 종종 상이하다는 것이 공지되어 있다. 이는, 섬유 상의 코팅과 편평한 필름의 코팅이 시료 크기, 형상, UV 노출 강도, 획득된 UV 총 노출량, 공정 속도, 기판의 온도, 경화 온도 및 어쩌면 비활성 질소 조건에 있어서 차이가 있기 때문인 것으로 생각된다.
더욱 신뢰할만한 코팅 개발 경로 및 더 빠른 소요시간이 가능하도록, 섬유 제조에서 존재하는 것과 유사한 경화 조건을 제공할 수 있는 장비가 개발되었다. 사용이 용이하고, 보수관리를 줄이고, 재현가능한 성능을 제공하기 위해서는, 이러한 유형의 대안 제품 및 경화 장비가 필요하다. 상기 장비의 명칭은 "인발 탑 시뮬레이터"이며, 이후로 "DTS"로 약기된다. 인발 탑 시뮬레이터는 주문설계되며, 실제 유리 섬유 인발 탑 부품의 상세한 조사에 기초하여 구성된다. 모든 측정(램프 위치, 코팅 스테이지들 간의 거리, 코팅 스테이지와 UV 램프간의 간격, 등)은 유리 섬유 인발 탑으로부터 2회 수행된다. 이것은 섬유 인발 산업에서 사용되는 공정 조건을 모방하는 데 도움이 된다.
하나의 공지된 DTS는 5개의 퓨전 F6000 램프를 구비한 것이다(이 중 2개는 상부 코팅 스테이지를 위한 것이고, 3개는 하부 코팅 스테이지를 위한 것임). 각각의 스테이지에서 제 2 램프는 15 내지 135°의 다양한 각도로 회전이 가능하여, 경화 프로파일의 더 상세한 연구를 가능하게 한다.
공지된 DTS에 사용되는 "코어"는 130.0±1.0 ㎛의 스테인레스 강 와이어이다. 상이한 공급처로부터의 상이한 설계의 섬유 인발 제품이 평가를 위해 입수가능하다. 이러한 구성은, 실제로 산업 생산 현장에 존재하는 조건과 유사한 조건에서 광섬유 코팅을 적용하는 것을 가능하게 한다.
인발 탑 시뮬레이터는 이미, 광섬유 상의 방사선 경화성 코팅의 분석을 확장하는 데 사용되고 있다. 코팅의 강도, 경화도, 및 상이한 환경 하의 섬유의 성능을 나타내는 데 사용될 수 있는, 1차 코팅의 인-시튜 모듈러스를 측정하는 방법이 2003년에 문헌[P. A. M. Steeman, J.J. M. Slot, H. G. H. van Melick, A. A. F. v.d. Ven, H. Cao, and R. Johnson, in the Proceedings of the 52nd IWCS, p.246 (2003)]에 보고되었다. 2004년에는, 광섬유 코팅의 유변학적 고전단 프로파일이, 더 빠른 인발 속도에서 코팅의 가공성을 예측하는 데 사용될 수 있음을 스티만(Steeman) 등이 보고하였다(문헌[P. A. M. Steeman, W. Zoetelief, H. Cao, and M. Bulters, Proceedings of the 53rd IWCS, p. 532 (2004)] 참조). 인발 탑 시뮬레이터는, 광섬유 상의 1차 및 2차 코팅의 추가적인 특성을 조사하는 데 사용될 수 있다.
시험 방법
% RAU 1차로서 약기된, 1차 코팅에 대한 % 반응된 아크릴레이트 불포화 시험 방법:
다이아몬드 ATR 부속품을 사용하는 FTIR에 의해, 광섬유 상의 외부 코팅 상의 경화도를 결정하였다. FTIR 장치 변수는 다음을 포함한다: 100 포인트 동시-부가 스캔, 4 cm-1 해상도, DTGS 검출기, 4000 내지 650 cm-1의 스펙트럼 범위 및 신호-대-노이즈를 개선하기 위한 디폴트(default) 거울 속도에서의 약 25% 감소. 하기 2개의 스펙트럼이 필요하다: 섬유 또는 와이어 상의 코팅에 대응하는 경화되지 않은 액체 코팅의 스펙트럼 하나, 및 섬유 또는 와이어 상의 내부 1차 코팅의 스펙트럼 하나. 접촉 시멘트의 얇은 필름을 3밀 마일라 필름의 1인치 정사각형 조각의 중심부에 바른다. 접촉 시멘트가 점착성이 된 후, 광섬유 또는 와이어 조각을 그에 위치시킨다. 낮은 동력의 광학 현미경 하에 샘플을 위치시킨다. 섬유 또는 와이어 상의 코팅을 날카로운 외과용 메스를 사용하여 유리 사이로 슬라이스해 넣는다. 이어서, 섬유 또는 와이어의 상부 아래 길이 방향으로 코팅을 약 1cm로 절단하여, 절단부가 깨끗하고 외부 코팅이 1차 코팅 내로 절첩되지 않도록 한다. 이어서, 유리 또는 와이어 다음의 1차 코팅이 편평한 필름으로서 노출되도록 코팅을 접촉 시멘트 상으로 넓게 펴바른다. 1차 코팅이 노출되는 구역에서는 유리 섬유 또는 와이어를 깨어내버린다.
코팅으로 다이아몬드 표면을 완전히 덮은 후 액체 코팅의 스펙트럼을 수득한다. 액체는 가능한 경우 섬유 또는 와이어를 코팅하는데 사용되는 것과 동일한 배치이어야 하지만, 최소한의 요구는 동일한 조성이어야 한다는 것이다. 스펙트럼의 최종 포맷은 흡광도이어야 한다. 마일라 필름 상의 노출된 1차 코팅을, 섬유 또는 와이어 축이 적외선 빔의 방향에 평행하도록 다이아몬드의 중심에 장착한다. 확실하게 결정과 우수하게 접촉시키기 위하여 샘플의 뒤편에서 압력을 가해야 한다. 생성된 스펙트럼은 접촉 시멘트로부터의 임의의 흡광도를 함유하지 않아야 한다. 접촉 시멘트 피크가 관찰되면, 새로운 샘플을 준비해야 한다. 임의의 복수개의 샘플을 제조하고 모든 샘플 제조가 종결된 후에 스펙트럼을 작동시키기보다는 샘플 제조 직후에 스펙트럼을 작동시키는 것이 중요하다. 스펙트럼의 최종 포맷은 흡광도이어야 한다.
액체 코팅 및 경화된 코팅 둘 다에 대해, 810 cm-1에서의 아크릴레이트 이중 결합 피크 및 750 내지 780 cm-1 영역에서의 기준 피크 둘 다의 피크 면적을 측정한다. 피크 면적은, 피크의 어느 한쪽에서 최저 흡광도에 접선인 기준선을 선택하는 기준선 기법을 이용하여 측정한다. 이어서, 피크 아래이면서 기준선보다 높은 면적을 결정한다. 액체 및 경화된 샘플의 적분 한계는 동일하지 않지만 특별히 기준 피크에 있어서는 유사하다.
액체 및 경화된 샘플 둘 다에 대해, 아크릴레이트 피크 면적 대 기준 피크 면적의 비를 결정한다. % 반응된 아크릴레이트 불포화(% RAU)로 표시되는 경화도는 하기 수학식으로부터 계산한다:
Figure 112009027289641-pct00001
상기 식에서, RL은 액체 샘플의 면적 비이고, RF는 경화된 1차 코팅의 면적 비이다.
% RAU 2차 시험 방법
다이아몬드 ATR 부속품을 사용하는 FTIR에 의해, 광섬유 상의 외부 코팅 상의 경화도를 결정하였다. FTIR 장치 변수는 다음을 포함한다: 100 포인트 동시-부가 스캔, 4 cm-1 해상도, DTGS 검출기, 4000 내지 650 cm-1의 스펙트럼 범위 및 신호-대-노이즈를 개선하기 위한 디폴트(default) 거울 속도에서의 약 25% 감소. 하기 2개의 스펙트럼이 필요하다: 섬유 상의 코팅에 대응하는 경화되지 않은 액체 코팅의 스펙트럼 하나, 및 섬유 상의 외부 코팅의 스펙트럼 하나. 코팅으로 다이아몬드 표면을 완전히 덮은 후 액체 코팅의 스펙트럼을 수득한다. 액체는, 섬유를 코팅하는데 사용되는 것과 가능한 동일한 배치이어야 하지만, 최소한의 필요조건은 동일한 조성이어야 한다는 것이다. 스펙트럼의 최종 포맷은 흡광도이어야 한다.
섬유를 다이아몬드 상에 장착하고 정량 분석에 적합한 스펙트럼을 수득하는데 충분한 압력을 섬유에 가한다. 최대 스펙트럼 강도를 위해, 섬유를 적외선 빔의 방향에 평행하게 다이아몬드의 중심에 위치시킬 수 있다. 단일 섬유를 사용하여 불충분한 강도가 수득되면, 2 내지 3개의 섬유를 다이아몬드 상에서 서로 평행하게 가능한 한 가까이 위치시켜야 한다. 스펙트럼의 최종 포맷은 흡광도이어야 한다.
액체 코팅 및 경화된 코팅 둘 다에 있어서, 810 cm-1에서의 아크릴레이트 이중 결합 피크 및 750 내지 780 cm-1 영역에서의 기준 피크 둘 다의 피크 면적을 측정한다. 피크의 어느 한쪽에서의 최저 흡광도에 접선인 기준선을 선택하는 기준선 기법을 이용하여 피크 면적을 측정한다. 이어서, 피크 아래이면서 기준선보다 높은 면적을 측정한다. 액체 및 경화된 시료의 적분 한계는 동일하지 않지만 특히 기준 피크에 있어서는 유사하다.
액체 및 경화된 시료 둘 다에 있어서 아크릴레이트 피크 면적 대 기준 피크 면적의 비를 결정한다. % 반응된 아크릴레이트 불포화(% RAU)로 표시되는 경화도는 하기 수학식으로부터 계산한다:
Figure 112009027289641-pct00002
상기 식에서, RL은 액체 시료의 면적 비이고, RF는 경화된 외부 코팅의 면적 비이다.
1차 코팅의 인- 시튜 모듈러스
이중 코팅된(연질 1차 코팅 및 경질 2차 코팅) 유리 섬유 또는 금속 와이어 섬유 상의 1차 코팅의 인-시튜 모듈러스를 본 시험 방법에 의해 측정한다. 이 시험에 관한 상세한 논의는 스티만, 슬롯, 멜릭, 벤, 카오 및 존슨의 문헌(2003)에서 찾아볼 수 있다. 문헌[Proceedings 52nd International Wire and Cable Symposium (IWCS, 미국 필라델피아, 2003년 11월 10일 내지 13일), 페이퍼 4]에 기재된 절차에 따라 광섬유용 인-시튜 1차 코팅 모듈러스 시험의 기계적 분석을 결정할 수 있다. 샘플을 준비하기 위하여, 섬유 말단으로부터 약 2 cm의 거리에서 스트립핑 도구를 사용하여 짧은 길이(약 2 mm)의 코팅 층을 벗겨낸다. 섬유를 절단하여, 벗겨진 코팅 가장자리로부터 섬유 말단까지 측정할 때 정확히 8 mm로 다른 말단을 생성시킨다. 이어서, 8 mm 코팅된 섬유 부분을 논문[1]의 도 6에 개략적으로 도시된 바와 같이 금속 샘플 고정기구 내로 삽입한다. 코팅된 섬유를 고정기구의 마이크로 관에 매립하며, 이때 마이크로 관은 2개의 반원통형 홈으로 이루어져 있으며, 그의 직경은 표준 섬유의 외경(약 245 ㎛)과 대략 동일하도록 되어 있다. 나사를 조인 후에는 섬유가 단단하게 잡히는데, 이때 2차 코팅 표면 상의 잡는 힘은 균일하고, 코팅 층에 상당한 변형이 일어나지 않는다. 이어서, 섬유와 함께 고정기구를 DMA(동적 기계적 분석) 기기: 레오메트릭스 솔리즈 애널라이저(RSA-II)에 장착한다. 금속 고정기구를 하부 그립에 의해 고정시킨다. 상부 그립을 조여서, 코팅된 섬유의 상부에 코팅 층을 뭉개는 한도까지 압력을 가한다. 고정기구 및 섬유는 수직으로 반듯해야 한다. 각 샘플에 있어서 섬유의 매립되지 않은 부분을 동일한 길이(본 시험에서는 6 mm)로 조절해야 한다. 축방향 프리텐션이 거의 0(-1g 내지 1g)이도록 변형률-옵셋을 조정한다.
1차 코팅의 전단 모듈러스 G를 측정하도록 전단 샌드위치 기하학적 구성 세팅을 선택한다. 전단 샌드위치 시험의 샘플 폭(W)은 하기 수학식에 따라 계산할 때 0.24 mm인 것으로 입력한다:
Figure 112009027289641-pct00003
상기 식에서, Rf 및 Rp는 각각 맨 섬유 및 1차 코팅 외부 반경이다.
표준 섬유의 기하학적 형태, 즉 Rf=62.5 ㎛ 및 Rp=92.5 ㎛를 계산에 사용한다. 전단 샌드위치 기하학적 구성에 8 mm의 샘플 길이(매립된 길이) 및 0.03 mm의 두께(1차 코팅 두께)를 입력한다. 실온(약 23℃)에서 시험을 수행한다. 사용되는 시험 진동수는 1.0 라디안/초이다. 전단 변형률 ε은 0.05로 설정한다. 동적 시간 스윕을 작동시켜 전단 저장 모듈러스 G를 측정하기 위한 4개의 데이터 지점을 수득한다. 보고된 G는 모든 데이터 지점의 평균이다.
이어서, 이 측정된 전단 모듈러스 G를 논문[1]에 기재된 보정 방법에 따라 보정한다. 보정은 매립된 부분 및 매립되지 않은 부분에 유리 신장을 고려함을 포함한다. 이 보정 절차에서는, 맨 섬유의 인장 모듈러스(Ef)를 입력할 필요가 있다. 유리 섬유의 경우, Ef=70 GPa이다. 스테인레스 강 S314 와이어가 사용되는 와이어 섬유의 경우, Ef=120 GPa이다. 실제 Rf 및 Rp 값을 사용함으로써 보정된 G 값을 추가로 조정한다. 유리 섬유의 경우, Rf 및 Rp 값을 포함하는 섬유 기하학적 형태를 PK2400 화이버 지오메트리 시스템(Fiber Geometry System)에 의해 측정한다. 와이어 섬유의 경우, 사용되는 130 ㎛ 직경의 스테인레스 강 S314 와이어의 Rf는 65 ㎛이고; Rp는 현미경 하에서 측정한다. 마지막으로, E=3G에 따라 섬유상의 1차 코팅에 대한 인-시튜 모듈러스 E(인장 전단 저장 모듈러스)를 계산한다. 보고된 E는 3개의 시험 샘플의 평균이다.
2차 코팅의 인- 시튜 모듈러스 시험 방법
이중 코팅된(연질 1차 코팅 및 경질 2차 코팅) 유리 섬유 또는 금속 와이어 섬유 상의 2차 코팅의 인-시튜 모듈러스를 본 시험 방법에 의해 측정한다. 시료를 준비하기 위하여, 먼저, 코팅된 섬유 말단을 10초 이상 액체 N2에 스트립핑 도구와 함께 침지시킨 다음, 코팅 층이 여전히 단단한 동안 코팅 관을 재빠른 움직임으로 벗겨냄으로써, 코팅된 섬유의 한쪽 말단으로부터, 완전한 코팅 관으로서 약 2 cm의 길이의 코팅 층을 벗겨낸다.
DMA(동역학적 분석) 장치: 레오메트릭스 솔리즈 애널라이저(Rheometrics Solids Analyzer)(RSA-II)를 이용하여 2차 코팅의 모듈러스를 측정한다. 이중-코팅된 섬유의 경우에는, 2차 코팅이 1차 코팅보다 훨씬 더 높은 모듈러스를 가지며, 이에 따라 코팅 관 상에서 수행된 동적 인장 시험 결과에 대한 1차 코팅에서의 기여분은 무시할 수 있다. 2개의 그립들 사이의 거리 조정이 제한되는 RSA-II의 경우, 코팅 관 시료는 2개의 그립들 사이의 거리보다 더 짧을 수 있다. 개방 말단에서 절첩되어 나사로 조여진 금속판에 의해 제조된 간단한 시료 홀더를 사용하여, 코팅 관 시료을 하부 말단으로부터 단단히 유지시킨다. 고정 기구(fixture)를 하부 그립의 중심으로 밀어 넣고 그립을 조인다. 족집게를 사용하여 코팅 관을 상부 그립을 통해 직립 위치로 편다. 상부 그립을 닫고 조인다. 프리텐션(pretension)이 약 10 g으로 될 때까지 변형 옵셋(offset)을 조정한다.
실온(약 23℃)에서 시험을 수행한다. DMA의 동적 인장 시험 방식 하에서, 시험 주파수를 1.0 라디안/초로 설정하고 변형은 5E-4이다. 기하학적 유형은 원통형으로 선택한다. 시료 길이는 금속 고정 기구의 상부 가장자리와 하부 그립 사이의 코팅 관의 길이이며, 본 실험에서는 11 mm이다. 직경(D)은 하기 수학식에 따라 0.16 mm로 입력한다:
Figure 112009027289641-pct00004
상기 식에서, Rs와 Rp는 각각 2차 코팅 및 1차 코팅의 외부 반경이다.
표준 섬유의 기하학적 형태, 즉 Rs=122.5 ㎛ 및 Rp=92.5 ㎛를 계산에 사용한다. 동적 시간 스윕을 작동시키고, 인장 저장 모듈러스(E)의 5개 데이터 점들을 기록한다. 보고된 E는 모든 데이터 점들의 평균이다. 이어서, 실제 섬유 기하학적 형태를 사용하는 보정 인자를 곱함으로써 상기 측정된 모듈러스 E를 보정한다. 보정 인자는 (122.52 - 92.52)/(Rs 실제-Rp 실제)이다. 유리 섬유의 경우, Rs 및 Rp 값을 포함하는 실제 섬유 기하학적 형태를 PK2400 섬유 기하학적 시스템에 의해 측정한다. 와이어 섬유의 경우, 현미경하에서 Rs 및 Rp를 측정한다. 보고된 E는 시험 시료 3개의 평균이다.
1차 및 2차 코팅의 인- 시튜 T g 측정 시험 방법
이중-코팅된 유리 섬유 또는 금속 와이어 섬유 상의 1차 코팅 및 2차 코팅의 유리 전이 온도(Tg)를 본 방법에 의해 측정한다. 이들 유리 전이 온도는 "관 Tg"로 지칭한다.
시료을 준비하기 위하여, 먼저, 코팅된 섬유의 말단을 10초 이상동안 액체 N2에 스트립핑 도구와 함께 침지시킨 다음, 코팅 층이 여전히 단단한 동안 코팅 관을 재빠른 움직임으로 벗겨냄으로써, 코팅된 섬유의 한쪽 말단으로부터 섬유의 코팅 층을 완전한 코팅 관으로서 약 2 cm의 길이로 벗겨낸다.
DMA(동역학적 분석) 장치: 레오메트릭스 솔리즈 애널라이저(RSA-II)를 이용한다. RSA-II의 경우, RSAII의 두 그립들 사이의 간격을 1 mm까지 확장시킬 수 있다. 변형 옵셋을 조정함으로써 간격을 먼저 최소 수준까지 조정한다. 개방 말단에서 절첩되어 나사로 조여진 금속판에 의해 제조된 간단한 시료 홀더를 사용하여, 코팅 관 시료을 하부 말단으로부터 단단히 유지시킨다. 고정 기구를 하부 그립의 중심으로 밀어 넣고 그립을 조인다. 족집게를 사용하여 코팅 관을 상부 그립을 통해 직립 위치로 편다. 상부 그립을 닫고 조인다. 오븐을 닫고, 액체 질소를 온도 조절 매질로 사용하면서, 오븐 온도를 2차 코팅의 Tg보다 높은 값 또는 100℃로 설정한다. 오븐 온도가 그 온도에 도달하면, 프리텐션이 0 내지 0.3 g일 때까지 변형 옵셋을 조정한다.
DMA의 동적 온도 단계 시험 하에서는, 시험 주파수를 1.0 라디안/초로 설정하고, 변형은 5E-3이며, 온도 증가는 2℃이고, 소크 시간은 10초이다. 기하학적 유형은 원통형으로 선택한다. 기하학적 설정은 2차 인-시튜 모듈러스 시험에서 사용된 것과 동일하였다. 시료 길이는 금속 고정 기구의 상부 가장자리와 하부 그립 사이의 코팅 관의 길이이며, 본 시험에서는 11 mm이다. 직경(D)은 하기 수학식에 따라 0.16 mm로 넣는다:
Figure 112009027289641-pct00005
상기 식에서, Rs와 Rp는 각각 2차 코팅 및 1차 코팅의 외부 반경이다.
표준 섬유의 기하학적 형태, 즉 Rs=122.5 ㎛ 및 Rp=92.5 ㎛를 계산에 사용한다.
출발 온도(본 시험에서는 100℃)에서 1차 코팅 Tg 또는 -80℃ 미만의 온도까지 동적 온도 단계 시험을 작동시킨다. 작동 후, tanδ 곡선으로부터의 피크를 1차 코팅 Tg(더 낮은 온도에 상응함) 및 2차 코팅 Tg(더 높은 온도에 상응함)로 보고한다. 코팅 관의 복잡한 구조로 인한 tanδ의 변이 때문에, 측정된 유리 전이 온도, 특히 1차 유리 전이 온도는 섬유 상의 코팅 층의 유리 전이 온도의 상대적인 값으로 간주되어야 함에 주의한다.
실시예 1 내지 3
하기 조성에 따라, P 1차 코팅의 3가지 다른 실시예를 제조하였다.
P 1차 코팅 성분 실시예 1(중량%) 실시예 2(중량%) 실시예 3(중량%)
P 1차 올리고머 49.50 50.0 54.00
하이드록실-함유 아크릴레이트(HEA) 1.41 1.61 1.54
제 1 아이소시아네이트(TDI) 1.05 1.20 1.15
제 2 아이소시아네이트(IPDI) 4.71 4.68 5.13
폴리에터 폴리올(P2010) 42.24 42.40 46.07
촉매(DBTDL) 0.03 0.03 0.03
중합 저해제(BHT) 0.08 0.08 0.08
희석제 단량체 47.00 46.40 41.90
1차 코팅 단량체(SR 306) 1.00 0.80 1.00
광개시제 1.10 1.40 1.70
산화방지제 0.50 0.50 0.50
접착 촉진제 0.90 0.90 0.90
총합계 100.00 100.00 100.00
하기 조성에 따라, R 2차 코팅을 제조하였다.
R 2차 코팅 성분 중량%
알파 올리고머 49.94
아크릴레이트(HEA) 4.30
무수물(HHPA) 6.86
에폭시(EPOTEC YD-126 또는 EPOTEC YD-128) 7.91
제 1 촉매(DABCO) 0.01
제 2 촉매(TPP) 0.03
중합 저해제(BHT) 0.03
제 1 희석제(아이소본일 아크릴레이트, SR-506D) 6.00
제 2 희석제(트라이프로필렌 글라이콜 다이아크릴레이트, SR-306HP) 22.98
베타 올리고머 24.87
하이드록실-함유 아크릴레이트(HEA) 4.30
아이소시아네이트(TDI) 5.12
폴리프로필렌 글라이콜(P1010) 15.44
촉매(DBTDL) 0.01
감마 올리고머 23.00
에폭시 다이아크릴레이트(CN120Z) 23.00
기타 첨가제 4.52
산화방지제(이르가녹스 1035) 0.5
제 1 광개시제(이르가큐어 184) 2.76
제 2 광개시제(TPO) 0.76
슬립 첨가제(DC-57, DC-190) 0.5(0.17+0.33)
총합계 100.33 *
* 임의적인 슬립 첨가제의 블렌드가 존재하는 경우, 0.33의 기타 성분은 존재하지 않음.
인발 탑 시뮬레이터 실시예
전술된 바와 같은 P 1차 코팅 및 R 2차 코팅의 다양한 조성물을, 인발 탑 시뮬레이터를 이용하여 와이어에 도포한다. 와이어를 5가지의 상이한 라인 속도, 즉 750m/분, 1200m/분, 1500m/분, 1800m/분 및 2100m/분으로 작동시킨다. 웨트-온-드라이 방식(액체 1차 코팅을 습윤 상태로 도포함을 의미함)으로 인발을 수행하고, 액체 1차 코팅을 와이어 상의 고체 층으로 경화시킨다. 1차 코팅이 경화된 후, 2차 코팅을 도포한 다음 마찬가지로 경화시킨다.
1차 코팅 및 2차 코팅의 특성을 측정하고 하기 시험을 위해 보고한다: 최초 % RAU 및 비제어된 광 하에 85℃/85% RH에서 1개월간 에이징시킨 후의 % RAU. 1차 코팅을 경화시킨 후, 2차 코팅을 도포한다.
인발 탑 시뮬레이터 실시예 1
P 1차 코팅 및 R 2차 코팅을 사용하여 여러 번 실험을 수행하였다. 와이어 상에서 경화된 P 1차 코팅 및 경화된 R 2차 코팅을 초기 % RAU, 초기 인-시튜 모듈러스 및 초기 관 Tg에 대해 시험하였다. 이어서, 코팅된 와이어를 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달 동안 에이징하였다. 이어서, 와이어 상의 경화된 2차 코팅을 % RAU, 초기 인-시튜 모듈러스 및 초기 관 Tg에 대해 시험하였다.
인발 탑 시뮬레이터에 대한 설정 조건:
- 제이들(Zeidl) 다이를 사용한다. 1°의 경우 S99 및 2°의 경우 S105.
- 750, 1000, 1200, 1500, 1800 및 2100 m/분의 속도이다.
- 5개의 램프를 웨트-온-드라이 공정에 사용하고, 3개의 램프를 웨트-온-웨트 공정에 사용한다.
- (2) 600 W/in2 D 퓨전 UV 램프를 1° 코팅을 위해 100%로 사용한다.
- (3) 600 W/in2 D 퓨전 UV 램프를 2° 코팅을 위해 100%로 사용한다.
- 두 코팅의 온도는 30℃이다. 다이도 30℃로 설정된다.
- 이산화탄소 수준은 각 다이에서 7 리터/분이다.
- 질소 수준은 각 램프에서 20 리터/분이다.
- 1° 코팅을 위한 압력은 25 m/분에서 1바이고, 1000 m/분에서는 3바로 높아진다.
- 2° 코팅을 위한 압력은 25 m/분에서 1바이고, 1000 m/분에서는 4바로 높아진다.
와이어 상의 경화된 방사선 경화성 1차 코팅 및 경화된 2차 코팅은 하기 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
라인 속도[m/분] % RAU 1차(최초) % RAU 1차(1개월 후) % RAU 2차(최초) % RAU 2차(1개월 후)
750 96 내지 99 92 내지 96 90 내지 94 94 내지 98
1200 95 내지 99 92 내지 95 86 내지 90 91 내지 95
1500 88 내지 93 92 내지 96 82 내지 86 90 내지 94
1800 89 내지 93 89 내지 93 83 내지 87 89 내지 93
2100 84 내지 88 88 내지 92 80 내지 84 89 내지 93
라인 속도[m/분] 인-시튜 모듈러스 1차[GPa] 인-시튜 모듈러스 1차(1개월 후)[GPa] 인-시튜 모듈러스 2차[GPa] 인-시튜 모듈러스 2차(1개월 후)[GPa]
750 0.30 내지 0.60 0.29 내지 0.39 1.30 내지 1.70 1.40 내지 1.90
1200 0.25 내지 0.35 0.25 내지 0.35 1.00 내지 1.40 1.50 내지 1.70
1500 0.17 내지 0.28 0.25 내지 0.35 1.00 내지 1.40 1.30 내지 1.70
1800 0.15 내지 0.25 0.20 내지 0.30 1.00 내지 1.40 1.10 내지 1.50
2100 0.15 내지 0.17 0.14 내지 0.24 0.60 내지 1.00 1.00 내지 1.40
라인 속도[m/분] 1차 관 Tg 값(최초)[℃] 1차 관 Tg 값(1개월 후)[℃] 2차 관 Tg 값(최초)[℃] 2차 관 Tg 값(1개월 후)[℃]
750 -47 내지 -52 -48 내지 -52 68 내지 80 68 내지 80
1200 -25 내지 -51 -48 내지 -52 65 내지 69 67 내지 71
1500 -49 내지 -51 -46 내지 -50 60 내지 64 61 내지 65
1800 -47 내지 -51 -48 내지 -52 61 내지 65 61 내지 65
2100 -49 내지 -55 -48 내지 -52 50 내지 58 55 내지 59
상기 정보를 이용하여, 제 1 층 및 제 2 층으로 코팅된 와이어를 기술 및 청구할 수 있으며, 이때 제 1 층은 상기 와이어의 외측 표면과 접촉하는, 경화된 방사선 경화성 1차 코팅이고, 제 2 층은 1차 코팅의 외측 표면과 접촉하는, 경화된 본 발명의 방사선 경화성 2차 코팅이고,
상기 와이어 상의 경화된 1차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖고:
(A) 약 84% 내지 약 99%의 % RAU,
(B) 약 0.15 MPa 내지 약 0.60 MPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 -25℃ 내지 약 -55℃의 튜브 Tg,
상기 와이어 상의 경화된 2차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖는다:
(A) 약 80% 내지 약 98%의 % RAU,
(B) 약 0.60 GPa 내지 약 1.90 GPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 50℃ 내지 약 80℃의 튜브 Tg.
또한, 상기 정보를 이용하여, 제 1 층 및 제 2 층으로 코팅된 광섬유를 기술 및 청구할 수 있으며, 이때 제 1 층은 상기 광섬유의 외측 표면에 접촉하는, 경화된 방사선 경화성 1차 코팅이고, 제 2 층은 1차 코팅의 외측 표면과 접촉하는, 경화된 본 발명의 방사선 경화성 2차 코팅이고,
상기 광섬유 상의 경화된 1차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습 도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖고:
(A) 약 84% 내지 약 99%의 % RAU,
(B) 약 0.15 MPa 내지 약 0.60 MPa의 인-시튜 모듈러스, 및
(C) 약 -25℃ 내지 약 -55℃의 튜브 Tg,
상기 광섬유 상의 경화된 2차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖는다:
(A) 약 80% 내지 약 98%의 % RAU,
(B) 약 0.60 GPa 내지 약 1.90 GPa의 인-시튜(in-situ) 모듈러스, 및
(C) 약 50℃ 내지 약 80℃의 튜브 Tg.
인발 탑 시뮬레이터 실시예 2
P 1차 코팅의 배치들 중 하나 및 R 2차 코팅의 배치들 중 하나를 인발 탑 시뮬레이터를 사용하여 와이어에 도포하였다. 웨트-온-드라이 또는 웨트-온-웨트 방식을 이용하여 인발을 수행한다. 웨트-온-드라이 방식은 액체 1차 코팅을 습윤 상태로 도포한 다음, 방사선을 적용하여 액체 1차 코팅을 와이어 상의 고체 층으로 경화시키는 것을 의미한다. 1차 코팅이 경화된 후, 2차 코팅을 도포한 다음, 마찬가지로 경화시킨다. 웨트-온-웨트 방식은 액체 1차 코팅을 습윤 상태로 도포한 다음, 2차 코팅을 습윤 상태로 도포하고, 이어서 1차 코팅 및 2차 코팅 둘 다를 경화시키는 것을 의미한다.
상기 와이어를 5가지 다른 선속도로 실험하고, 하기 시험에 대한 1차 코팅 및 2차 코팅의 특성을 측정하고 보고한다: % RAU 1차, % RAU 2차 인-시튜 모듈서스 1차, 인-시튜 모듈러스 2차 및 1차 튜브 Tg 및 2차 튜브 Tg. 이어서, 상기 와이어를 비제어된 광을 사용하여 1달간 에이징한다. 이렇게 한달간 에이징한 후, 전술된 시험을 수행한다.
인발 탑 시뮬레이터에 대한 설정 조건:
- 제이들 다이를 사용한다. 1°의 경우 S99 및 2°의 경우 S105.
- 750, 1000, 1200, 1500, 1800 및 2100 m/분의 속도이다.
- 5개의 램프를 웨트-온-드라이 공정에 사용하고, 3개의 램프를 웨트-온-웨트 공정에 사용한다.
- (2) 600 W/in2 D 퓨전 UV 램프를 1° 코팅을 위해 100%로 사용한다.
- (3) 600 W/in2 D 퓨전 UV 램프를 2° 코팅을 위해 100%로 사용한다.
- 두 코팅의 온도는 30℃이다. 다이도 30℃로 설정된다.
- 이산화탄소 수준은 각 다이에서 7 리터/분이다.
- 질소 수준은 각 램프에서 20 리터/분이다.
- 1° 코팅을 위한 압력은 25 m/분에서 1바이고, 1000 m/분에서는 3바로 높아진다.
- 2° 코팅을 위한 압력은 25 m/분에서 1바이고, 1000 m/분에서는 4바로 높아진다.
와이어 상의, 방사선 경화성 P 1차 코팅 및 방사선 경화성 R 2차 코팅을 포함하는 경화된 수퍼코팅은 하기 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
라인 속도[m/분] % RAU 1차(최초) % RAU 1차(1개월 후) % RAU 2차(최초) % RAU 2차(1개월 후)
12.5 98.4 94.3 92.7 95.9
20 97.5 93.8 88.4 93.5
25 90.7 94.7 84.7 92.5
30 91.2 91.6 85.9 91.6
35 86 90.1 82 91.7
라인 속도[m/분] 인-시튜 모듈러스 1차[GPa] 인-시튜 모듈러스 1차(1개월 후)[GPa] 인-시튜 모듈러스 2차[GPa] 인-시튜 모듈러스 2차(1개월 후)[GPa]
12.5 0.370 0.343 1.499 1.681
20 0.289 0.306 1.230 1.751
25 0.232 0.285 1.257 1.525
30 0.199 0.246 1.215 1.295
35 0.162 0.171 0.871 1.292
라인 속도[m/분] 1차 관 Tg 값(최초)[℃] 1차 관 Tg 값(1개월 후)[℃] 2차 관 Tg 값(최초)[℃] 2차 관 Tg 값(1개월 후)[℃]
12.5 -49.9 -50.5 70.7 70.8
20 -49.6 -50.6 67.5 69
25 -51.7 -48.5 62.6 63.3
30 -49.6 -50.4 63.4 63.1
35 -51.5 -50.5 56.1 57.2
본원에 인용된 간행물, 특허원 및 특허를 비롯한 모든 참조문헌은, 각 참조문헌이 본원에 참고로 인용되는 것으로 개별적이고도 구체적으로 표시되고 본원에 그 전체 내용이 기재된 것과 같은 정도로 본원에 참고로 인용된다.
본 발명(특히, 하기 청구의 범위와 관련하여)을 기재함에 있어서 단수를 나타내는 용어 및 유사한 인용어의 사용은 본원에서 달리 표시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한 단수 및 복수 둘 다를 포괄한다. 용어 "포함하는", "갖는", "포괄하는" 및 "함유하는"은 달리 표시되지 않는 한 개방-종지형(open-ended) 용어(즉, "포함하지만 한정되지는 않는"을 의미함)로 간주되어야 한다. 본원에서 값의 범위의 인용은 본원에서 달리 표시되지 않는 한 단순히 이 범위 내에 속하는 각 각의 개별 값을 개별적으로 인용하는 약기 방법으로서의 역할을 하고자 하며, 각각의 개별 값은 본원에 개별적으로 인용된 것과 마찬가지로 명세서에 포함된다. 본원에 기술된 모든 방법은 본원에서 달리 표시되거나 또는 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한 임의의 적합한 순서대로 수행될 수 있다. 본원에 제공되는 임의의 실시예, 모든 실시예 또는 예시적인 용어(예컨대, "...같은")의 사용은 단순히 본원을 더욱 잘 설명하고자 하는 것이며, 달리 청구되지 않는 한 본 발명의 범주를 한정하지 않는다. 명세서의 어떠한 용어도, 본 발명의 실시에 본질적인 것으로서 임의의 비-청구된 요소를 지시하는 것으로 간주되어서는 안된다.
본원에는 본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들이 알고 있는 최적 방식을 비롯하여 본 발명의 바람직한 실시양태가 기재되어 있다. 당해 분야의 숙련자들은 상기 상세한 설명을 읽고 나면 이들 바람직한 실시양태의 변형을 손쉽게 알게 될 것이다. 본 발명자들은 당해 분야의 숙련자가 이러한 변형을 적절하게 사용할 것이라 예측하며, 본원에 구체적으로 기재된 것 외의 다른 방식으로도 본 발명이 수행될 수 있을 것이라 생각한다. 따라서, 본 발명은 적용가능한 법에 의해 허용되는, 본원에 첨부된 청구의 범위에 인용된 주제의 모든 변형 및 등가물을 포함한다. 뿐만 아니라, 이들의 모든 가능한 변형에서의 전술된 요소의 임의의 조합은 본원에서 달리 표시되거나 문맥상 명백하게 모순되지 않는 한 본 발명에 의해 포괄된다.

Claims (12)

  1. 광섬유를 코팅하기에 적합한 다층 코팅으로서,
    제 1 층은 상기 광섬유의 외부 표면과 접촉하는 1차 코팅이고, 제 2 층은 상기 1차 코팅의 외부 표면과 접촉하는 2차 코팅이며,
    상기 광섬유 상의 경화된 1차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징(aging)한 후에 하기 특성을 갖고:
    (A) 84% 내지 99%의 % 반응된 아크릴레이트 불포화(% Reacted Acrylated Unsaturation; % RAU),
    (B) 0.15 MPa 내지 0.60 MPa의 인-시튜(in-situ) 모듈러스, 및
    (C) -25℃ 내지 -55℃의 튜브 Tg,
    상기 광섬유 상의 경화된 2차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖는:
    (A) 80% 내지 98%의 % 반응된 아크릴레이트 불포화(% RAU),
    (B) 0.60 GPa 내지 1.90 GPa의 인-시튜 모듈러스, 및
    (C) 50℃ 내지 80℃의 튜브 Tg,
    다층 코팅.
  2. 제 1 항에 따른 다층 코팅으로 코팅된 광섬유.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 광섬유가 단일 모드 광섬유인, 광섬유.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 광섬유가 다중 모드 광섬유인, 광섬유.
  5. 와이어를 코팅하기에 적합한 다층 코팅으로서,
    제 1 층은 상기 와이어의 외부 표면과 접촉하는 1차 코팅이고, 제 2 층은 상기 1차 코팅의 외부 표면과 접촉하는 2차 코팅이며,
    상기 와이어 상의 경화된 1차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖고:
    (A) 84% 내지 99%의 % 반응된 아크릴레이트 불포화(% RAU),
    (B) 0.15 MPa 내지 0.60 MPa의 인-시튜 모듈러스, 및
    (C) -25℃ 내지 -55℃의 튜브 Tg,
    상기 와이어 상의 경화된 2차 코팅은 초기 경화 후 및 85℃ 및 85% 상대 습도에서 1달간 에이징한 후에 하기 특성을 갖는:
    (A) 80% 내지 98%의 % 반응된 아크릴레이트 불포화(% RAU),
    (B) 0.60 GPa 내지 1.90 GPa의 인-시튜 모듈러스, 및
    (C) 50℃ 내지 80℃의 튜브 Tg,
    다층 코팅.
  6. 제 5 항에 따른 다층 코팅으로 코팅된 와이어.
  7. (i) 유리 인발 탑을 조작하여 유리 광섬유를 생산하는 단계,
    (ii) 상기 유리 광섬유를 제 1 항에 따른 다층 코팅으로 코팅하는 단계, 및
    (iii) 상기 다층 코팅에 방사선을 적용하여 상기 다층 코팅을 경화시키는 단계
    를 포함하고,
    이때 상기 방사선은, 웨트-온-드라이(wet-on-dry) 적용으로 공지된 공정에 따라, 먼저 1차 코팅에 적용되고 이어서 2차 코팅에 순차적으로 적용될 수 있거나, 또는 웨트-온-웨트(wet-on-wet) 적용으로 공지된 공정에 따라, 1차 코팅과 2차 코팅에 동시에 적용될 수 있는,
    광섬유를 다층 코팅으로 코팅하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유리 인발 탑이 750 m/분 내지 2100 m/분의 선속도로 조작되는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 1차 코팅이 촉매를 포함하고, 상기 촉매가 다이부틸 주석 다이라우레이트, 금속 카복실레이트, 설폰산, 아미노 또는 유기 염기 촉매, 지르코늄 및 티타늄의 알콕사이드, 이온성 액체 포스포늄, 이미다졸륨 및 피리디늄 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 다층 코팅.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 2차 코팅이 하나 이상의 우레탄 올리고머를 포함하고, 이때 상기 우레탄 올리고머는 촉매를 사용하여 합성되며, 상기 촉매는 구리 나프텐에이트, 코발트 나프텐에이트, 아연 나프텐에이트, 트라이에틸아민, 트라이에틸렌다이아민, 2-메틸트라이에틸렌아민, 다이부틸 주석 다이라우레이트, 금속 카복실레이트, 설폰산, 아미노 또는 유기 염기 촉매, 지르코늄 및 티타늄의 알콕사이드, 이온성 액체 포스포늄, 이미다졸륨 및 피리디늄 염으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 다층 코팅.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 금속 카복실레이트가 유기 비스무트 촉매, 아연 네오데카노에이트(CAS 27253-29-8), 지르코늄 네오데카노에이트(CAS 39049-04-2) 및 아연 2-에틸헥사노에이트(CAS 136-53-8)로 이루어진 군으로부터 선택되거나; 상기 설폰산이 도데실벤젠 설폰산(CAS 27176-87-0) 및 메탄 설폰산(CAS 75-75-2)으로 이루어진 군으로부터 선택되거나; 상기 아미노 또는 유기 염기 촉매가 1,2-다이메틸이미다졸(CAS 1739-84-0), 다이아자바이사이클로[2.2.2]옥탄(CAS 280-57-9)(강염기) 및 트라이페닐 포스핀으로 이루어진 군으로부터 선택되거나; 상기 지르코늄 및 티타늄의 알콕사이드가 지르코늄 부톡사이드 (테트라부틸 지르코네이트)(CAS 1071-76-7) 및 티타늄 부톡사이드 (테트라부틸 티타네이트)(CAS 5593-70-4)로 이루어진 군으로부터 선택되거나; 이온성 액체 포스포늄, 이미다졸륨 및 피리디늄 염이 트라이헥실(테트라데실)포스포늄 헥사플루오로포스페이트(CAS 374683-44-0), 1-부틸-3-메틸이미다졸륨 아세테이트(CAS 284049-75-8), N-부틸-4-메틸피리디늄 클로라이드(CAS 125652-55-3) 및 테트라데실(트라이헥실) 포스포늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는, 다층 코팅.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유기 비스무트 촉매가 비스무트 네오데카노에이트(CAS 34364-26-6)인, 다층 코팅.
KR1020097009386A 2006-12-14 2007-12-13 광섬유용 ｄ1381 수퍼코팅 KR101105018B1 (ko)

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