KR102355581B1 - 광섬유 심선 - Google Patents

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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

광섬유 심선은, 유리섬유와, 유리섬유를 덮는 피복 수지층을 구비하고, 피복 수지층이, 1차 수지층과 2차 수지층을 갖고, 1차 수지층이, 올리고머, 모노머 및 광중합 개시제를 함유하는 수지 조성물의 경화물을 포함하고, 올리고머가, 폴리올 화합물과, 폴리이소시아네이트 화합물과, 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 반응 생성물이고, 폴리올 화합물이 갖는 수산기 중 1급 수산기의 비율이 3.5% 이하이고, 2차 수지층의 -40℃에서의 영률이 1780㎫ 이상이다.

Description

광섬유 심선{OPTICAL FIBER}
본 발명은, 광섬유 심선에 관한 것이다.
본 출원은, 2016년 11월 7일 출원된 일본 출원 제 2016-217190호에 근거하는 우선권을 주장하고, 상기 일본 출원에 기재된 모든 기재 내용을 원용하는 것이다.
일반적으로, 광섬유 심선은, 유리섬유를 보호하기 위한 피복 수지층을 갖고 있다. 예컨대, 국제 공개 제 2014/168201호에는, 1차 피복층과 2차 피복층을 갖는 피복 광섬유가 개시되어 있다.
광섬유 케이블의 지름이 작아지고 케이블이 갖는 광섬유가 보다 많아짐에 따라, 광섬유 심선의 저온 특성을 향상시킬 것이 요구되고 있다. 여기서, 저온 특성이란, 광섬유 심선에 저온에서 측압(側壓)이 부여되었을 때에 전송 손실이 증가하는 것이다. 이 전송 손실의 증가가 작은 것을 저온 특성이 우수하다고 간주한다.
본 발명은, 저온 특성이 우수한 광섬유 심선을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 태양과 관련되는 광섬유 심선은, 유리섬유와, 유리섬유를 덮는 피복 수지층을 구비하고, 피복 수지층이, 1차 수지층과 2차 수지층을 갖고, 1차 수지층이, 올리고머, 모노머 및 광중합 개시제를 함유하는 수지 조성물의 경화물을 포함하고, 올리고머가, 폴리올 화합물과, 폴리이소시아네이트 화합물과, 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 반응 생성물이고, 폴리올 화합물이 갖는 수산기 중 1급 수산기의 비율이 3.5% 이하이고, 2차 수지층의 -40℃에서의 영률이 1780㎫ 이상이다.
본 발명에 의하면, 저온 특성이 우수한 광섬유 심선을 제공하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 본 실시 형태와 관련되는 광섬유 심선의 일례를 나타내는 개략 단면도이다.
[본 발명의 실시 형태의 설명]
먼저, 본 발명의 실시 형태의 내용을 열기하여 설명한다. 본 발명의 일 태양과 관련되는 광섬유 심선은, 유리섬유와, 유리섬유를 덮는 피복 수지층을 구비하고, 피복 수지층이, 1차 수지층과 2차 수지층을 갖고, 1차 수지층이, 올리고머, 모노머 및 광중합 개시제를 함유하는 수지 조성물의 경화물을 포함하고, 올리고머가, 폴리올 화합물과, 폴리이소시아네이트 화합물과, 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 반응 생성물이고, 폴리올 화합물이 갖는 수산기 중 1급 수산기의 비율이 3.5% 이하이고, 2차 수지층의 -40℃에서의 영률이 1780㎫ 이상이다.
여기서, 폴리올 화합물은, 2개 이상의 수산기를 갖는 화합물이고, 해당 수산기에는 1급 수산기와 2급 수산기가 있다. 본 발명자들은, 1차 수지층을 형성하기 위해 이용되는 올리고머를 구성하는 폴리올 화합물로서, 1급 수산기의 비율이 낮은 폴리올 화합물을 이용하고, 또한, 2차 수지층의 저온에 있어서의 영률을 크게 함으로써, 저온에서의 전송 손실의 증가를 작게 할 수 있고, 저온 특성이 우수한 것을 찾아내서 본 발명에 이르고 있다.
상기 폴리올 화합물이 갖는 말단 수산기 중 1급 수산기의 비율은 2.5% 이하이더라도 좋고, 상기 2차 수지층의 -40℃에서의 영률은 1970㎫ 이상이더라도 좋다. 이것에 의해, 저온에서의 전송 손실의 증가가 보다 작아지고, 저온 특성을 더 향상시킬 수 있다.
광케이블의 다심화의 관점으로부터, 광섬유 심선의 외경은 210㎛ 이하이더라도 좋다. 광섬유 심선의 외경은 약 250㎛가 일반적이고, 광섬유 심선이 가늘어질수록, 전송 손실이 나빠지기 쉽다. 이것에 대하여, 상기 실시 형태와 관련되는 2차 수지층을 구비함으로써, 가는(피복 수지층이 얇은) 광섬유 심선의 저온에서의 전송 손실의 증가를 저감할 수 있다.
영률의 관점으로부터, 폴리올 화합물은 평균 분자량 5000 이하의 지방족 폴리에테르 폴리올이더라도 좋다.
2차 수지층은 안료 또는 염료를 포함하더라도 좋다. 이 경우, 2차 수지층이 착색층이 되고, 광섬유 심선의 식별이 용이해진다.
[본 발명의 실시 형태의 상세]
본 발명의 실시 형태와 관련되는 광섬유 심선의 구체적인 예를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다. 또, 본 발명은 이러한 예시로 한정되는 것이 아니고, 특허 청구의 범위에 의해 나타내어지고, 특허 청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다. 이하의 설명에서는, 도면의 설명에 있어서 동일한 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 중복되는 설명을 생략한다.
(광섬유 심선)
도 1은 본 발명의 일 형태와 관련되는 광섬유 심선의 일례를 나타내는 개략 단면도이다. 광섬유 심선(1)은 광 전송체인 유리섬유(10) 및 피복 수지층(20)을 구비하고 있다.
유리섬유(10)는 코어(12) 및 클래드(14)를 갖고 있고, 유리제의 부재, 예컨대 SiO2 유리로 이루어진다. 유리섬유(10)는 광섬유 심선(1)에 도입된 광을 전송한다. 코어(12)는 예컨대 유리섬유(10)의 중심 축선을 포함하는 영역에 마련되어 있다. 코어(12)는 순수 SiO2 유리, 또는, 거기에 GeO2, 불소 원소 등을 포함하고 있더라도 좋다. 클래드(14)는 코어(12)를 둘러싸는 영역에 마련되어 있다. 클래드(14)는 코어(12)의 굴절률보다 낮은 굴절률을 갖는다. 클래드(14)는, 순수 SiO2 유리로 이루어지더라도 좋고, 불소 원소가 첨가된 SiO2 유리로 이루어지더라도 좋다.
유리섬유(10)의 외경은, 통상, 125㎛ 정도이다. 광섬유 심선(1)의 외경은, 260㎛ 이하인 것이 바람직하고, 210㎛ 이하이더라도 좋다. 또한, 광섬유 심선(1)의 외경의 하한치는 190㎛ 정도이다.
피복 수지층(20)은 유리섬유와 접하는 제 1 층인 1차 수지층(22)과, 그 제 1 층과 접하는 제 2 층인 2차 수지층(24)을 갖고 있다. 피복 수지층(20)의 총 두께는, 32.5~67.5㎛인 것이 바람직하고, 32.5~42.5㎛이더라도 좋다.
광섬유 심선의 저온 특성은, -40℃에서 1차 수지층은 부드러울수록, 2차 수지층은 딱딱할수록 우수한 경향이 있다. 여기서, 피복 수지층은 일반적으로 우레탄 올리고머를 포함하는 수지 조성물로 형성되고, 우레탄 올리고머는 폴리올 화합물과 폴리이소시아네이트 화합물의 반응 생성물인 것이 알려져 있다. 폴리올 화합물은 수산기를 갖고 있다. 1급 수산기는 2급 수산기에 비하여 입체 장해가 작기 때문에, 수산기 중의 2급 수산기의 비율이 많으면, 우레탄 올리고머는 부피가 커지고 저온에서 응집하기 어려워지기 때문에, 저온에서의 피복 수지층의 영률이 내려갈 것이 예상된다. 또한, 1차 수지층 형성용의 수지 조성물은 2차 수지층 형성용의 수지 조성물에 비하여 올리고머의 함유량이 많기 때문에, 2차 수지층보다 1차 수지층이 2급 수산기에 유래하는 입체 장해의 영향을 받기 쉬워진다.
1차 수지층(22)의 영률은, -40℃에서 1~40㎫인 것이 바람직하고, 1~20㎫ 이하인 것이 보다 바람직하다.
2차 수지층(24)의 영률은 1차 수지층(22)의 영률보다 크다. 저온 특성을 향상시키는 관점으로부터, 2차 수지층(24)의 영률은, -40℃에서 1780㎫ 이상이고, 1900㎫ 이상인 것이 바람직하고, 1970㎫ 이상인 것이 보다 바람직하다. 2차 수지층(24)의 -40℃에서의 영률의 상한치는, 특별히 한정되지 않지만, 2500㎫ 이하이다.
1차 수지층(22)은, 특정한 올리고머, 모노머 및 광중합 개시제를 함유하는 자외선 경화성의 수지 조성물을 경화시켜 형성할 수 있다.
상기 올리고머는, 폴리올 화합물과, 폴리이소시아네이트 화합물과, 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물을 반응시켜 얻어지는 (메타)아크릴로일기 함유 우레탄 올리고머이다. 올리고머는 2종 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다. 올리고머는, 1차 수지층 형성용의 수지 조성물 중에, 40~80질량% 함유되는 것이 바람직하다.
저온 특성을 향상시키는 관점으로부터, 폴리올 화합물이 갖는 수산기 중 1급 수산기의 비율은 3.5% 이하이고, 3.0% 이하인 것이 바람직하고, 2.5% 이하인 것이 보다 바람직하다. 폴리올 화합물이 갖는 1급 수산기의 비율의 하한치는, 특별히 한정되지 않지만, 1.5% 이상이다. 폴리올 화합물이 갖는 1급 수산기의 비율은, 올리고머의 NMR 측정에 의해 산출할 수 있다.
폴리올 화합물로서는, 예컨대, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜 등의 지방족 폴리에테르 폴리올을 들 수 있다. 영률의 관점으로부터, 폴리올 화합물로서는, 평균 분자량이 5000 이하의 지방족 폴리에테르 폴리올이 바람직하고, 평균 분자량이 1000~4500의 폴리프로필렌 글리콜이 보다 바람직하다. 폴리올 화합물의 분자량은, 예컨대, 질량 분석에 의해 측정할 수 있다.
폴리이소시아네이트 화합물로서는, 예컨대, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 4,4'-디이소시아네이트 등을 들 수 있다.
수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물로서는, 예컨대, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 4-히드록시부틸(메타)아크릴레이트, 2-히드록시프로필(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올모노(메타)아크릴레이트, 펜타에리스리톨트리(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
여기서, (메타)아크릴레이트란 아크릴레이트 또는 그에 대응하는 메타크릴레이트를 의미한다. (메타)아크릴산에 대해서도 마찬가지이다.
모노머는, 올리고머의 분자쇄에 포함되어, 반응성 희석제로서 기능한다. 모노머로서는 중합성기를 1개 갖는 단관능 모노머, 중합성기를 2개 이상 갖는 다관능 모노머를 이용할 수 있다. 모노머는 2종 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다.
단관능 모노머로서는, 예컨대, N-비닐피롤리돈, N-비닐카프로락탐, (메타)아크릴로일모르폴린 등의 환상 구조를 갖는 N-비닐 모노머; 이소보닐(메타)아크릴레이트, 트리시클로데카닐(메타)아크릴레이트, 벤질(메타)아크릴레이트, 디시클로펜타닐(메타)아크릴레이트, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 에톡시화 노닐페닐(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 모노(메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트, 이소데실(메타)아크릴레이트 등의 (메타)아크릴레이트 화합물을 들 수 있다. 그 중에서도, 환상 구조를 갖는 N-비닐 모노머가, 경화 속도를 향상시키는 점에서 바람직하다.
다관능 모노머로서는, 예컨대, 폴리에틸렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리시클로데칸디일디메틸렌디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올(메타)아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디(메타)아크릴레이트, 트리메틸롤프로판트리(메타)아크릴레이트, 비스페놀 화합물의 에틸렌옥사이드 또는 프로필렌옥사이드 부가체 디올의 디(메타)아크릴레이트, 비스페놀 화합물의 글리시딜에테르에 디(메타)아크릴레이트를 부가시킨 에폭시(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
광섬유 심선의 사용 온도가 저온이 된 경우에 피복 수지층의 물성(연장 등)이 갑자기 변화하지 않도록 하기 위해서, 1차 수지층의 유리 전이 온도(Tg)는, 사용 온도의 하한보다 낮게 하는 것이 바람직하다. -40℃에서의 전송 손실이 증가하지 않도록 하기 위해서, 모노머로서는, 해당 모노머의 단독 중합에 의해 형성되는 호모폴리머의 Tg가 5℃ 이하인 모노머가 바람직하고, 0℃ 이하인 모노머가 보다 바람직하다. 상술한 모노머 중에서도, 예컨대, 2-히드록시에틸(메타)아크릴레이트, 에톡시화 노닐페닐(메타)아크릴레이트, 페녹시에틸(메타)아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, 이소옥틸(메타)아크릴레이트 및 이소데실(메타)아크릴레이트가 바람직하다.
광중합 개시제로서는 공지의 라디칼 광중합 개시제 중에서 적당히 선택하여 사용할 수 있고, 예컨대, 아실포스핀옥사이드계 개시제 및 아세트페논계 개시제를 들 수 있다. 광중합 개시제는, 2종 이상을 혼합하여 이용하더라도 좋다. 광중합 개시제는, 수지층 형성용의 수지 조성물 중에, 0.1~5질량% 함유되는 것이 바람직하다.
아실포스핀옥사이드계 개시제로서는, 예컨대, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드(BASF사 제품, 상품명 「루시린 TPO」), 2,4,4-트리메틸펜틸포스핀옥사이드, 2,4,4-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드 등을 들 수 있다.
아세트페논계 개시제로서는, 예컨대, 1-히드록시시클로헥산-1-일페닐케톤(BASF사 제품, 상품명 「이르가큐어 184」), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(BASF사 제품, 상품명 「다로큐어 1173」), 2,2-디메톡시-1,2-디페닐에탄-1-온(BASF사 제품, 상품명 「이르가큐어 651」), 2-메틸-1-(4-메틸티오페닐)-2-모르폴리노프로판-1-온(BASF사 제품, 상품명 「이르가큐어 907」), 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-부탄온-1(BASF사 제품, 상품명 「이르가큐어 369」), 1-히드록시시클로헥실페닐케톤, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 1-(4-이소프로필페닐)-2-히드록시-2-메틸프로판-1-온 등을 들 수 있다.
1차 수지층의 경화성을 향상시키는 관점으로부터, 광중합 개시제로서, 인을 포함하는 아실포스핀옥사이드계 개시제를 이용하는 것이 바람직하다.
2차 수지층(24)은, 예컨대, 올리고머, 모노머 및 광중합 개시제를 함유하는 자외선 경화성의 수지 조성물(단, 1차 수지층(22)을 형성하는 수지 조성물과는 상이하다.)을 경화시켜 형성할 수 있다. 2차 수지층(24)에 첨가되는 광중합 개시제로서는, 상술한 1차 수지층(22)에 있어서 예시된 것 중에서, 적당히 선택하여 이용할 수 있다. 올리고머는, 2차 수지층 형성용의 수지 조성물 중에, 20~60질량% 함유되는 것이 바람직하다.
또, 피복 수지층(20)을 구성하는 2차 수지층(24)의 외주면에는, 광섬유 심선을 식별하기 위해 잉크층이 되는 착색층을 형성하더라도 좋다. 또한, 2차 수지층(24)을 착색층으로 하더라도 좋다.
착색층은, 광섬유 심선의 식별성을 향상시키는 관점으로부터, 안료 또는 염료를 함유하는 것이 바람직하다. 안료로서는, 예컨대, 카본 블랙, 산화티타늄, 산화아연 등의 착색 안료, γ-Fe2O3, γ-Fe2O3와 γ-Fe3O4의 혼정, CrO2, 코발트 페라이트, 코발트 피착 산화철, 바륨 페라이트, Fe-Co, Fe-Co-Ni 등의 자성분, MIO, 징크 크로메이트, 스트론튬 크로메이트, 트리폴리인산알루미늄, 아연, 알루미나, 유리, 마이카 등의 무기 안료를 들 수 있다. 또한, 아조계 안료, 프탈로시아닌계 안료, 염부(染付) 레이크 안료 등의 유기 안료를 이용할 수도 있다. 안료에는, 각종 표면 개질, 복합 안료화 등의 처리가 실시되어 있더라도 좋다.
[실시예]
이하에 실시예를 들어, 본 발명을 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[1차 수지층 형성용의 수지 조성물의 조제]
폴리프로필렌 글리콜에 디이소시아네이트 및 히드록시에틸아크릴레이트를 반응시키는 것에 의해 얻어지는 우레탄 아크릴레이트와, 에톡시화 노닐페닐아크릴레이트와, N-비닐카프로락탐과, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀옥사이드(BASF사 제품, 상품명 「루시린 TPO」)를, 1차 수지층의 영률이 -40℃에서 12㎫가 되도록 혼합하여, 1차 수지층 형성용의 수지 조성물을 조제했다. 또한, 폴리프로필렌 글리콜로서, 표 1 또는 표 2에 나타내는 1급 수산기의 비율이 되는 폴리프로필렌 글리콜을 각각 이용했다.
[2차 수지층 형성용의 수지 조성물의 조제]
폴리프로필렌 글리콜에 디이소시아네이트 및 히드록시에틸아크릴레이트를 반응시키는 것에 의해 얻어지는 우레탄아크릴레이트와, 비스페놀계 에폭시아크릴레이트와, 1,6-헥산디올디아크릴레이트와, 루시린 TPO, 이르가큐어 184를, 표 1 또는 2에 나타내는 2차 수지층의 영률이 되도록 혼합하여, 2차 수지층 형성용의 수지 조성물을 각각 조제했다.
[광섬유 심선의 제작]
실시예 1~5, 7 및 9, 및, 비교예 1~5에서는, 코어 및 클래드로 구성되는 외경 125㎛의 유리섬유의 외주에, 두께 35㎛의 1차 수지층을 형성하고, 또한 그 외주에 두께 25㎛의 2차 수지층을 형성하여, 외경 245㎛의 광섬유 심선을 제작했다.
실시예 6, 8 및 10에서는, 코어 및 클래드로 구성되는 외경 125㎛의 유리섬유의 외주에, 두께 17.5㎛의 1차 수지층을 형성하고, 또한 그 외주에 두께 20㎛의 2차 수지층을 형성하여, 외경 200㎛의 광섬유 심선을 제작했다.
실시예 11에서는, 코어 및 클래드로 구성되는 외경 125㎛의 유리섬유의 외주에, 두께 17.5㎛의 1차 수지층을 형성하고, 또한 그 외주에 두께 20㎛의 착색 2차 수지층을 형성하여, 외경 200㎛의 광섬유 심선을 제작했다. 또, 실시예 11에서는, 2차 수지층 형성용의 수지 조성물에, 유기 안료를 5질량부 혼합한 것을 사용했다.
[광섬유 심선의 평가]
제작한 광섬유 심선에 대해, 저온 특성의 평가 시험을 실시했다.
결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.
(2차 수지층의 영률)
2차 수지층의 영률은, 광섬유 심선을 용제(에탄올:아세톤=3:7)에 침지하여 피복 수지층을 유리섬유로부터 뽑은 샘플(50㎜ 이상)을 이용하여, -40℃에서 인장 시험(표선 25㎜)을 행하고, 2.5% 시컨트 계수로부터 구했다.
(저온 특성)
유리 보빈에 장력 50g로 1층으로 광섬유 심선을 감고, 23℃ 및 -40℃의 각각의 온도 조건 하에서, 파장 1550㎚의 신호광의 전송 특성을 측정하고, 23℃와 -40℃에서의 전송 손실을 구했다. -40℃에서의 전송 손실로부터 23℃에서의 전송 손실을 뺀 전송 손실 차이가 0㏈/㎞ 미만을 A, 0㏈/㎞ 이상 0.01㏈/㎞ 미만인 것을 B, 0.01㏈/㎞ 이상인 것을 C로 평가했다. 그리고, B 이상을 허용치로 했다.
Figure 112017109668530-pat00001
Figure 112017109668530-pat00002
실시예에서 제작한 광섬유 심선은, 저온에서의 전송 손실의 증가가 작고, 저온 특성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

Claims (5)

  1. 유리섬유와, 상기 유리섬유를 덮는 피복 수지층을 구비하는 광섬유 심선으로서,
    상기 피복 수지층이, 1차 수지층과 2차 수지층을 갖고,
    상기 1차 수지층이, 올리고머, 모노머 및 광중합 개시제를 함유하는 수지 조성물의 경화물을 포함하고,
    상기 올리고머가, 폴리올 화합물과, 폴리이소시아네이트 화합물과, 수산기 함유 (메타)아크릴레이트 화합물의 반응 생성물이고, 상기 폴리올 화합물이 갖는 수산기 중 1급 수산기의 비율이 3.5% 이하이고,
    상기 2차 수지층의 -40℃에서의 영률이 1780㎫ 이상인
    광섬유 심선.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 1급 수산기의 비율이 2.5% 이하이고, 상기 영률이 1970㎫ 이상인 광섬유 심선.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    외경이 210㎛ 이하인 광섬유 심선.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 폴리올 화합물이, 분자량 5000 이하의 지방족 폴리에테르 폴리올인 광섬유 심선.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 2차 수지층이, 안료 또는 염료를 포함하는 광섬유 심선.
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