KR20010088850A - 열 스트립성 광섬유 리본 - Google Patents

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Abstract

최소한 두 가지의 광섬유와 광섬유를 감싸고 있는 매트릭스 재료로 구성된 광섬유 리본에 관한 것이다. 이 매트릭스 재료는 최대 인장강도가 100 ℃에서 최소한 약 1000 psi이며 신장률이 100 ℃에서 최소한 약 15 %로 나타내며 그리고 광섬유 리본은 섬유와 접속하도록 원래의 유니트에서 쉽고 확실하게 열에 의해 스트립핑 될 수 있도록 한다.

Description

열 스트립성 광섬유 리본{HEAT STRIPPABLE OPTICAL FIBER RIBBONS}
[본 발명의 분야]
본 발명은 방사에 의해 경화된 매트릭스 재료를 함유한 광섬유 리본 및 이의 용도, 특히 광섬유 리본을 위한 매트릭스 재료에 관한 것이다. 방사에 의해 경화되는 본 발명의 매트릭스 재료는 고온에서 우수한 인장강도와 우수한 신장률을 포함한 물리적 특성 등이 서로 잘 결합된 장점을 가지고 있으며 그리고 광섬유에 깨끗하고 신뢰성의 접속이 되게 향상된 열 스트립성 광섬유 리본을 제공한다.
[본 발명과 관련된 종래기술]
새로운 광섬유 기술은 밴드 폭과 다른 통신의 특성들에 대한 수요 증가로 인해 끊임없이 개발되고 있다. 광섬유 리본은 증가된 포장 밀도, 향상된 이용성 등을 제공하기 위하여 개발되고 있다. 일반적으로, 미국의 통신산업에서는 12가지 섬유 리본을 표준형으로 사용하고 있으나 일본에서는 8가지 섬유 리본을 채택하고 있다. 광섬유 리본과 관련된 자료들을 소개하자면 예컨대, 미국 특허 제 5,881,194 호 (Duecker), 미국 특허 제 5,561,730 호 (Lochkovic et al), 미국 특허 제 5,524,164 호 (Hattori et al), 기타 [McCreary et al,International Wire and Cable Symposium Proceedings(1998): 432-439] 등이다.
일반적으로, 광섬유 리본은 매트릭스 재료 내에 두 가지 이상의 광섬유가 내장되고 보호되게끔 구성하고 있다. 광섬유는 가끔 하나의 1차 코팅, 선택적으로 2차 코팅 또는 그 외에 추가된 코팅물을 포함하며 그리고 전형적으로 리본으로 형성되게 하기 위하여 단면에 실제 평행으로 되게 배열된다. 리본 섬유는 많은 섬유들이 동시에 접속할 수 있는 것처럼 섬유를 접속시키기 위한 편리한 방법으로 제공된다. 일반적으로, 섬유를 접속시키기 위하여 매트릭스 재료와 섬유 코팅물은 섬유에 손상을 끼치지 않고 접속되게 섬유로부터 벗겨져야 한다. 열 스트립핑 기구는 통상적으로 매트릭스 재료를, 예컨대 약 90 ∼ 110 ℃의 온도에서 가열하기 위하여 이용되며 유리 섬유 부분으로부터 벗긴다. 광섬유의 손상을 방지하기 위하여 및/또는 섬유에 코팅물 조각의 침착을 방지하기 위해서는 일정한 관에서 코팅물을 벗겨야 한다.
광섬유 리본 접속은 통상 이 분야에서 수행되며 그리고 불행히도 스트립핑 조작의 성능은 광섬유 리본이 스트립핑 기구에서 가열되는 시간 그리고 작업자가 스트립핑 기구로부터 가하는 압력의 량 등에 따라 변화하기 때문에 작업자에 따라 좌우된다. 따라서, 코팅물 및/또는 매트릭스 재료를 분해 없이 깨끗한 스트립의 리본으로 얻기가 곤란하며 그리고 코팅물에 침착된 코팅량은 전형적으로 광섬유에 잔존하게 된다. 섬유에 침착된 침착물은 깨끗한 접속을 방해하고 방지시킬 수 있으며, 침착물과 같은 것을 제거하기 위한 시도에서는 섬유가 파손된다. 과거, 광섬유 리본을 벗기게 하는 스트립성 향상을 위한 시도는 관련 자료[Murata, et al,International Wire and Cable Symposium Proceedings(1997): 281 - 288, Botelho,International Wire and Cable Symposium Proceedings(1997): 281 - 288, International Wire and Cable Symposium Proceedings (1993): 566 - 569,and Mills,International Wire and Cable Symposium Proceedings(1992): 472 - 475]에서와 같이, 스트립 시험의 한계뿐만 아니라 광섬유에 채택된 1차 및/또는 2차 코팅물에 초점을 맞추었다. 이 산업분야의 다른 연구에서도 일반적으로 열적 스트립핑에 따른 청결성 개선 향상에 귀착하였다. 그러나, 광섬유 케이블 산업에서는 아직도 리본에 대한 그러한 요인들에 스트립성의 의존을 감소시키려는 필요성이 상존하고 있다.
따라서, 실제적으로 작업자의 다양성을 벗어난 광섬유로부터 재료를 깨끗이 벗기기 위하여, 열에 의해 벗기는 스트립성 매트릭스 재료를 포함한 향상된 광섬유 리본을 제공하기 위한 필요성이 대두되고 있다.
[본 발명의 요약]
본 발명의 목적은 광섬유 리본, 특히 열에 의해 스트립핑할 수 있는 광섬유 리본을 제공하는 데에 있다. 본 발명의 추가적 목적은 종래 기술의 단점을 해소하는 광섬유 리본을 제공하고자 한다. 본 발명의 보다 구체적인 목적은 벗겨진 섬유의 신뢰적 접속과 광섬유로부터 재료의 깨끗한 열에 의한 스트립핑을 위한 광섬유 리본을 제공하고자 한다. 본 발명의 또 다른 구체적 목적은 방사에 의해 경화되는 매트릭스 재료의 용도, 특히 광섬유 리본을 제공하고자 한다.
이러한 목적과 추가적 목적에서는 본 발명의 광섬유 리본과 매트릭스 재료에 의해 제공된다. 더욱 상세히 설명하면, 본 발명은 고온에서 우수한 인장강도와 우수한 신장률을 포함한 물리적 특성 등이 서로 잘 결합된 장점을 가지며, 방사로 경화되는 매트릭스 재료 속에 감 쌓인 최소한 두 가지 광섬유로 구성된 광섬유 리본에 관한 것이다. 본 발명의 상세한 범위에서 본 발명의 매트릭스 재료는 100 ℃에서의 최대 인장강도가 최소한 약 1000 psi이며 그리고 100 ℃에서의 신장률이 최소한 약 15 %으로 나타나고 있다. 또한, 본 발명은 방사에 의해 경화되는 매트릭스 재료에 관한 것으로 이 방사에 의해 경화되는 매트릭스 재료는 100 ℃에서의 최대 인장강도가 최소한 약 1000 psi이며 그리고 100 ℃에서의 신장률이 최소한 약 15 %으로 나타나고 있다.
본 발명의 광섬유 리본은 이의 매트릭스 재료에서 많은 장점을 가지고 있으며 그리고 어느 내재된 코팅물을 원래의 유니트에서 광섬유로부터 용이하고 깨끗하게 열에 의해 벗길 수 있으며 그리고 따라서 여러 작업자에 구애를 받지 않고 이 분야에서 벗겨진 섬유들을 신뢰성 있게 접속할 수 있다. 또한 본 발명의 매트릭스 재료는 기계적 특성과 화학적 특성을 잘 조화하여 결합하고 있는 바, 그렇지 않으면 리본 구조 내에서 광섬유를 감싸주어야 하고 보호하기 위한 장치가 필요로 한다.
본 발명의 광섬유 리본과 매트릭스 재료에 의한 본 발명의 목적과 추가적인 목적 그리고 장점들은 아래의 상세한 설명에서 더욱 명백하게 밝혀 줄 것이다.
다음의 상세한 설명은 방사로 경화되는 매트릭스 재료 속에 감 쌓인 4가지의 광섬유로 구성된 본 발명의 광섬유 리본의 일부로 나타낸 도면에서 더욱 확실하게 이해할 수 있을 것이다.
[본 발명의 상세한 설명]
본 발명은 방사에 의해 경화되는 매트릭스 재료를 함유한 광섬유 리본 및 이의 용도, 특히 광섬유 리본을 위한 매트릭스 재료에 관한 것이다. 본 발명의 광섬유 리본은 방사에 의해 경화되는 매트릭스 재료 속에 최소한 2가지의 광섬유가 감 쌓여 있는 것을 포함한다. 본 발명의 광섬유 리본은 일정한 용도에 따라 2가지, 4가지 또는 그 이상의 광섬유로 구성된다. 리본이 각각 4가지, 8가지 그리고 12가지의 광섬유가 일반적으로 채택되면, 일정한 리본에서 광섬유의 수는 원하는 만큼 변화될 수 있다.
본 발명의 전형적 광섬유 리본은 그림에서와 같이 광섬유 리본 (10)으로 나타내고 있다. 이 광섬유 리본 (10)은 매트릭스 재료 (18) 속에 4가지 광섬유 (16)가 내장된다. 이 분야에 잘 알려진 바와 같이, 본 발명의 광섬유 리본은 보조 유니트로 구성되는데 각 보조 유니트는 목적에 따라 2가지 이상의 광섬유로 구성된다. 본 발명의 광섬유 리본에서 광섬유는 전형적으로 그림에서와 같이 단면 내에 실제 평행한 모양으로 배열된다. 그러나, 원하는 목적에 따라 다른 배열로 이루어진 광섬유는 본 발명의 범위와 동일한 것이다.
각각의 광섬유 (16)의 구조와 조성 그리고 제조는 이 분야에서 잘 알려지고 있다. 예컨대, 광섬유는 유리제 코어와 유리제로 입힌 층으로 구성된다. 유리제 코어는 예컨대, 게르마늄 산화물 또는 인 산화물로 도우프된 실리카 그리고 유리제로 입힌 층은 플루오로실리케이트 등의 실리케이트로 도우프된 실리카 또는 순수 실리카가 구성하고 있다. 이의 대안 책으로, 광섬유는 중합체로 입힌 실리카 유리 코어가 구성될 수 있다. 도포용 중합체의 예로서는 폴리디메틸실록산 또는 불소화 아크릴 중합체 등의 유기 실록산을 포함한다. 본 발명의 광섬유는 외부로부터 손상될 힘으로부터 내재된 유리 섬유를 보호하기 위하여 및/또는 광섬유의 성능을 향상시키기 위하여 이 분야에 잘 알려진 기술에 의해 한 가지 이상의 1차 코팅물 및/또는 2차 코팅물로 제공된다. 추가로, 본 발명의 광섬유는 요구에 따라 잉크 색상을 포함할 수 있다. 바람직한 배열에 있어서, 각 리본의 섬유 또는 보조 유니트 리본은 색상이 다르고 구별될 수 있는 색상으로 제공될 수 있다.
본 발명의 광섬유 리본의 중요한 특징에 의해, 본 발명의 매트릭스 재료 (18)는 실제적으로 작업자의 변화와 무관하게 재래의 스트립핑 기구를 이용하여 광섬유를 쉽고도 깨끗하게 열로 벗길 수 있는 고유한 장점의 결합으로 이루어진다. 보다 구체적으로, 본 발명의 매트릭스 재료는 ASTM D-882-95a에 따라 100 ℃에서의 최대 인장강도가 최소한 약 1000 psi이며 그리고 100 ℃에서의 신장률이 최소한 약 15 %으로 나타나고 있다. 이러한 특성들은 약 70 ℃에서 한번 더 재료들을 경화시켜 측정하였다. 일반적으로, 최대 인장강도는 응력 곡선의 피크로 나타내며 그리고 어떤 온도범위에서 몇몇 재료에 대하여 최대 인장강도에서 절단이 일어나지 않아 이에 따른 인장강도가 낮아지지만 가끔 고온에서 절단되었을 때에는 인장강도가 동일하다.
100 ℃에서 인용된 최대 인장강도와 신장률의 결합은 넓은 온도범위에서 단일 유니트에서 광섬유로부터 깨끗하게 제거되는 어떠한 내재된 코팅물 그리고 특히 약 90 ∼ 110 ℃의 온도에서 일반적으로 채택되는 열에 의한 스트립핑 온도에서 매트릭스 재료에 충분한 강인성과 신장률로서 강한 매트릭스 재료를 제공한다. 전형적으로 높은 유리 전이 온도의 결과로서, 인용된 신장이 부족하지만 인용된 최대 인장강도를 가진 매트릭스 재료들은 일반적으로 부서지기 쉬우므로 본 발명에는 부적합하다. 오히려, 100 ℃에서의 최대 인장강도가 최소한 약 1000 psi이며 그리고 100 ℃에서의 신장률이 최소한 약 15 %으로 나타내는 결합물이 본 발명 향상에 기여한다. 바람직한 상세 설명에서, 100 ℃에서의 최대 인장강도가 최소한 약 2000 psi이며, 더욱 바람직한 것은 최소한 약 3000 psi이며 그리고 100 ℃에서의 신장률이 최소한 약 30 %이며, 더욱 바람직한 것은 최소한 약 40 %이다. 추가로, 바람직한 상세 설명에서, 100 ℃에서의 최대 인장강도가 최소한 약 2000 psi이며 그리고 100 ℃에서의 신장률이 최소한 약 30 %이다. 더욱 바람직한 것은 100 ℃에서의 최대 인장강도가 최소한 약 3000 psi이며 그리고 100 ℃에서의 신장률이 최소한 약 40 %이다.
본 발명의 매트릭스 재료는 방사에 의해 경화되는 조성물로 구성된다. 바람직하게는 본 발명의 매트릭스 재료는 (a) 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 가진 지방족 우레탄 올리고머, (b) 반응성 불포화 단위체 그리고 선택적으로 (c) 광 개시제로 구성된 방사에 의해 경화되는 조성물의 경화에 의해 형성된다.
첫 번째 조성물인 (a) 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 가진 지방족 우레탄 올리고머는 전체적으로 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머가 바람직하다. 본 발명의 올리고머는 지방족 폴리이소시아네이트와 반응을 한 다음 반응성 말단 그룹을 제공하는 아크릴레이트화 또는 메타크릴레이트화하는 지방족 폴리에테르 폴리올을 기본으로 하는 것이 바람직하다. 폴리에테르 폴리올을 함유하는 실리콘 골격이 적합하다. 대안 책으로서, 본 발명의 올리고머는 경화되는 코팅에 나쁜 영향을 끼치지 않은 폴리올 골격의 어떠한 결합도 기본으로 할 수 있다. 다른 적합한 골격을 예로 들자면, 탄화수소 폴리올, 폴리카르보네이트 폴리올, 폴리이소시아네이트 폴리올, 그리고 이들의 혼합물을 포함한다. 그러나, 폴리에테르 폴리올 골격이 바람직한데 그 이유는 일반적으로 우수한 친수성의 안전성을 가지며 그리고 상대적으로 저렴하기 때문이다. 보다 부적절한 폴리올은 폴리에스테르 또는 에폭시 골격으로 이루어진 것인데 이는 황 변성 및/또는 불충분한 친수성의 안정성 때문이다. 본 발명의 올리고머 성분은 폴리에스테르를 기본으로 하는 극소량의 우레탄 아크릴레이트를 포함할 수 있다. 그러나 최상의 장기간 안정을 위해서는 상기의 올리고머만을 포함하는 것이 바람직하다.
대표적인 폴리에테르 폴리올은 탄소 원자 1에서 약 12의 곧은 사슬 또는 가지 달린 사슬의 알킬렌 옥사이드를 기본으로 한다. 본 발명의 폴리에테르 폴리올은 이 분야에서 잘 알려진 어떠한 방법으로도 제조할 수 있다. ASTM D-3592에서와 같이 증기 삼투압법으로 측정되는 이의 수 평균 분자량 (Mn)이 약 6000 달톤 이하, 바람직하게는 약 5000 달톤 이하, 더욱 바람직하기로는 약 4000 이하의 분자량을 가진 올리고머가 바람직하다. 이러한 폴리에테르 폴리올은 제한할 필요가 없으나 폴리메틸렌 옥사이드, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리프로필렌 옥사이드, 폴리부틸렌 옥사이드 그리고 이들의 혼합물을 포함한다.
대표적인 탄화수소 폴리올은 제한할 필요가 없으나, 완전히 또는 부분적으로 수소화한 1,2-폴리부타디엔, 9 ∼ 21의 요오드 넘버로 수소화한 1,2-폴리부타디엔 그리고 완전히 또는 부분적으로 수소화한 폴리이소부틸렌과 같은 분자량 600 ∼ 4000인 선상 또는 가지 달린 탄화수소 중합체를 기본으로 한 것을 사용할 수 있다. 불포화 탄화수소 폴리올들은 바람직하지 않은 바, 그 이유는 경화 할 때에 이들로부터 제조된 올리고머들은 산화될 염려가 있기 때문이다. 대표적인 폴리카르보네이트 폴리올은 제한할 필요가 없으나, 디알킬 카르보네이트와 알킬렌 디올과의 반응 생성물, 선택적으로 알킬렌 에테르 디올과 공중합한 것이다.
본 발명의 폴리이소시아네이트 성분은 가끔 경화되는 코팅물에 황 변성에 영향을 주는 방향족 폴리이소시아네이트를 기본으로 한 올리고머로서 비방향족이 바람직하다. 탄소 원자 4 ∼ 20으로부터의 비방향족 폴리이소시아네이트가 바람직하게 이용된다.
적합한 불포화 지방족 폴리이소시아네이트류는 제한할 필요가 없으나 이소포론 디이소시아네이트, 디사이클로헥실메탄-4,4'-디이소시아네이트, 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,7-헵타메틸렌 디이소시아네이트, 1,8-옥타메틸렌 디이소시아네이트, 1,9-노나메틸렌 디이소시아네이트, 1,10-데카메틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트, 2,2'-디메틸-1,5-펜타메틸렌 디이소시아네이트, 3-메톡시-1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 3-부톡시-1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 오메가, 오메가'-디프로필에테르 디이소시아네이트, 1,4-사이클로헥실 디이소시아네이트, 1,3-사이클로헥실 디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트 그리고 이들의 혼합물을 포함한다. 극소량의 방향족 폴리이소시아네이트류를 이용할 수 있으나 노화에 따라 장기간의 안정성에 어느 정도 영향을 받는다.
최종 캡핑 단위체는 전형적으로 올리고머에 최소한 한 개의 반응성 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트가 제공된다. 최종 캡핑 단위체로 이용되는 적합한 하이드록실 말단의 화합물은 제한할 필요가 없으나 하이드록시에틸 아크릴레이트, 하이드록시에틸 메타크릴레이트, 하이드록시프로필 아크릴레이트, 하이드록시프로필 메티크릴레이트, 하이드록시부틸 아크릴레이트, 하이드록시부틸 메타크릴레이트 등이다. 특히 바람직한 최종 캡핑 단위체는 하이드록시에틸 아크릴레이트 또는 하이드록시에틸 메타크릴레이트이다.
본 발명 이용에 적합한 시판품의 지방족 우레탄 아크릴레이트와 메타크릴레이트 올리고머는 제한할 필요가 없으나 다음과 같은 것을 포함한다.
1. 폴리에테르 폴리올, 디사이클로헥실 메탄 디이소시아네이트와 하이드록시에틸 아크릴레이트로부터 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 구성된 PHOTOMER 6008 (제조사 명: Henkel Corporation, Ambler, PA, U.S.A). 이 올리고머는 약 1500 달톤의 수 평균 분자량을 가지고 있으며 그리고 희석제인 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트에서 용액으로 용해되는 고체이다.
2. 상기와 완전히 같은 계열이지만 디사이클로헥실 메탄 디이소시아네이트 보다는 이소페론 디이소시아네이트를 기본으로 한 PHOTOMER 6019 (제조사 명:Henkel Corporation, Ambler, PA, U.S.A).
3. 지방족 우레탄 디아크릴레이트가 폴리에테르 폴리올에 기본으로 하여 구성된 EBERCRYL 270 (제조사 명: UCB Chemicals, Smyrna, Georgia, U.S.A).
4. 폴리에테르 골격에 지방족 우레탄 아크릴레이트 올리고머인 PURELAST (제조사 명: Polymer Systems Corporation, Orlando, Florida, U.S.A). PURELAST 올리고머에는 534, 536 및 538 (3개 관능기의 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트) 그리고 544, 546 및 548 (4개 관능기의 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트)을 포함한다. 그 외의 올리고머는 566, 566A, 569, 569A, 586, 586A, 590,590A, 595, 595A, 597, 597A, 598 및 598A를 포함한다. 이러한 올리고머들은 이 계열에서 번호의 증가에 따라 모듈러스가 증가하며 그리고 두 개의 관능기 (접미사가 없음) 또는 모노 관능기 ("A" 접미사)들이다. 모든 이들 올리고머는 597A와 598A를 제외하고 각각 7 % 및 10 %의 이소보닐 아크릴레이트를 함유하는 순수한 고체이다. 이 그룹 중에서 특히 바람직한 것은 PURELAST 590과 595이다. 이들 올리고머의 메타크릴레이트 계열들이 또한 적합하다.
본 발명의 매트릭스 재료로부터 방사에 의해 경화되는 조성물인 두 번째 성분 (b)는 반응성 불포화 단위체로 구성되어 형성된다. 본 발명자들은 이론에 제한을 하지 않으나, 이 반응성 불포화 단위체들은 원하는 최대의 인장강도와 신장률 결합에 기여한다고 추정된다. 바람직한 상세 내용에서, 본 발명의 반응성 불포화 단위체는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트 단위체 또는 이들의 혼합물, 다른 불포화 단위체들과 결합되거나 단독으로 구성된다. 더욱 바람직한 상세 내용에서, 본발명의 반응성 불포화 단위체는 최소한 두 개의 반응성 단위체, 더욱 바람직하기로는 (i) 경화성 단위체, (ii) 수소 결합 단위체 그리고 (iii) 한 개의 관능기를 가진 입체장애의 단위체로 구성된 군 중에서 선택되는 최소한 두 개의 단위체로 구성된다. 이러한 종류의 단위체 결합들이 원하는 고온에서 최대의 인장강도와 신장률의 결합에 기여할 수 있으며, 차례로 향상된 열에 의해 벗겨질 수 있는 광섬유 리본을 제공할 수 있는 것을 발견하게 되었다. 추가적으로 본 발명의 구성에 있어서, 본 발명의 반응성 불포화 단위체 혼합물은 (i) 경화성 단위체 그리고 (ii) 수소 결합 단위체 중에서 최소한 한 개의 혼합물과 추가로 (iii) 한 개의 관능기를 가진 입체장애의 단위체로 구성된 혼합물로 구성된다. 경화성 단위체 및/또는 수소 결합 단위체와 한 개의 관능기를 가진 입체장애의 단위체로 구성된 결합은 특히 요구되는 고온에서 최대의 인장강도와 신장률을 함께 제공되는 장점을 가지고 있다.
불포화 경화성 단위체들은 이 분야에 잘 알려진 단위체로서 약 2 ∼ 5 또는 그 이상의 관능성 그룹으로 구성된다. 아크릴레이트와 메타크릴레이트 그리고 특히 3개의 관능기를 가진 아크릴레이트와 메타크릴레이트의 경화성 단위체가 바람직하다. 적합한 경화성 단위체를 예로 들자면, 제한할 필용가 없으나, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 이들의 알콕실화 유도체, 글리세롤 알콕시트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨아크릴레이트와 디펜타에리트리톨 모노하이드록시펜타아크릴레이트 등의 펜타에리트리톨 함유 아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 이소시아누레이트 디 및 트리아크릴레이트 성분, 비스페놀-A 디아크릴레이트와 디메틸아크릴레이트, 이들의 알콕실화 유도체, 멜라민 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 유도체, 폴리에테르 아크릴레이트와 메타크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 디아크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 디메타크릴레이트, 사이클로헥산 디메탄올 디아크릴레이트 등과 이들의 혼합물을 포함한다. 추가적으로 바람직한 본 발명의 구성에서, 경화성 단위체는 이소시아누레이트 단위체로 구성된다. 더욱 바람직한 경화성 단위체는 이소시아누레이트 화합물의 트리아크릴레이트 또는 트리메타크릴레이트로 구성된다. 3개의 단위체 그리고 특히 트리스하이드록시에틸 이소시아누레이트의 트리아크릴레이트가 경화성 단위체로서 바람직하다.
불포화 수소결합 단위체는 이 분야에 역시 잘 알려진 것으로 일반적으로 수소결합이 매우 큰 것을 포함한다. 수소결합 단위체는 제한할 필요가 없으나 예로서 하이드록시프로필 아크릴레이트와 페닐 이소시아네이트와의 반응 생성물, 하이드록시에틸 아크릴레이트와 부틸 이소시아네이트와의 반응 생성물 등 하이드록시 알킬 아크릴레이트와 이소시아네이트와의 반응으로부터 얻어지는 우레탄 모노아크릴레이트를 포함한다. 또한, N-비닐 포름아미드, N-비닐-2-카프로락탐 등의 친수성 단위체가 적합하다.
끝으로, 한개 관능기를 가진 불포화 입체장애 단위체는 이 분야에 역시 잘 알려진 것으로 방사에 의해 경화되는 조성물 이용에 적합한 단위체이다. 예를 들자면, 제한 할 필요가 없으나 이소보닐 아크릴레이트, 이소보닐 메타크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 아크릴레이트, 디사이클로펜틸옥시에틸 메타크릴레이트, 3급-부틸사이클로헥실 아크릴레이트 및 메타크릴레이트, 이들의 알콕실화 유도체 그리고 이들의 혼합물을 포함한다.
위에서 밝힌 바와 같이, 본 발명의 반응성 불포화 단위체 혼합물은 (i) 경화성 단위체, (ii) 수소 결합 단위체 중에서, 최소한 한 개와 추가로 (iii) 한 개의 관능기를 가진 입체장애의 단위체로 구성된 혼합물로 구성된 것이 바람직하다. 이러한 발명의 구성에 있어서, 추가로 한 개의 관능기를 가진 입체장애의 단위체는 경화되는 조성물에 필요한 신장률을 부여하기 위하여 최소한 약 20 무게%의 반응성 단위체 혼합물, 더욱 바람직하기로는 약 30 무게 %의 반응성 단위체 혼합물로 구성된다.
광개시제는 매트릭스 조성물의 임의적으로 선택되는 성분이다. 이 성분에 대한 필요성은 매트릭스 조성물의 경화 하고자 하는 방법에 따라 좌우되는데 자외선 경화에서는 광개시제가 필요로 하며, 전자빔으로 경화할 때에는 이 매트릭스 조성물에 광개시제가 필요하지 않거나 실제 필요치 않는다. 자외선 경화에서는 소량 그러나 방사에 의한 경화를 진행시키기 위한 효과량의 광개시제를 매트릭스 조성물에 너무 빠른 겔화가 일어나지 않으면서 이상적인 경화속도를 나타내도록 제공되어야 한다. 그 외에, 경화되는 매트릭스 재료의 광학적 투명성에 방해를 일으키지 않아야 한다. 더욱이, 광개시제는 그 자신이 열적으로 안정하고 황 변성을 일으키지 않으며 효과적이어야 한다. 적절한 광개시제는 제한할 필요가 없으나 하이드록시사이클로헥실페닐 케톤, 하이드록시메틸페닐프로파논, 디메톡시페닐아세토페논, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르포리노프로파논-1, 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 1-(4-도데실페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온, 4-(2-1-(4-하이드록시에톡시)페닐-(2-하이드록시-2-프로필)케톤, 디에톡시아세토페논, 2,2-디-2급-부톡시아세토페논, 디에톡시-페닐 아세토페논, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸포스핀 옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일디페닐포스핀 옥사이드, 2,4,6-트리메틸벤조일에톡시페닐포스핀 옥사이드 그리고 이들의 혼합물을 포함한다. 특히 바람직한 광개시제는 상품명으로 IRGACURE 184 (제조사 명 : Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NY, U.S.A)와 같은 하이드록시사이클로헥실페닐 케톤이다.
방사에 의해 경화되는 조성물에 있어서, 각 성분의 양은 매트릭스 재료에 대해 요구되는 다른 물리적 및 화학적 특성과 조화를 이루면서 인용된 최대 인장강도와 신장률을 얻기 위하여 적절히 변화시킬 수 있다. 방사에 의해 경화되는 조성물은 약 30 ∼ 80 무게%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 10 ∼ 60 무게%의 반응성 불포화 단위체 그리고 약 0.1 ∼ 10 %의 광개시제로 구성되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는 방사에 의해 경화되는 조성물은 약 40 ∼ 80 무게%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 10 ∼ 50 무게%의 반응성 불포화 단위체 그리고 약 1 ∼ 10 무게%의 광개시제로 구성되는 것이 바람직하다. 가장 바람직하기로는 방사에 의해 경화되는 조성물은 약 40 ∼ 70 무게%의 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 약 30 ∼ 60 무게%의 반응성 불포화 단위체 그리고 약 1 ∼ 6 무게%의 광개시제로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 매트릭스 재료는 또한 선택적으로 한개 이상의 성분을 구성할 수 있다. 성분들 중의 한가지 선택적 성분으로는 각종 안정제 또는 산화방지제를 포함한다. 경화되는 코팅물의 열적 및 산화 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 경화하지않은 미경화 코팅물의 저장수명 (저장 안정성)을 향상시키기 위하여, 한개 이상의 안정제 또는 산화방지제를 본 발명의 조성물에 포함시킬 수 있다. 적절한 안정제를 예로 들면 유기 포스파이트류, 힌더드 페놀류, 이들의 혼합물 등이다. 산화방지제로 이용할 수 있는 특별한 예로서는 옥타데실-3-(3',5'-디-3급-부틸-4'-하이드록시페닐)프로피오네이트와 같은 프로피오네이트, 티오디에틸렌 비스(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시)하이드로시나메이트 그리고 테트라키스[메틸렌(3,5-디-3급-부틸-4-하이드록시하이드로시나메이트)]메탄과 같은 하이드로시나메이트를 포함한다. 안정제 또는 산화방지제를 이용할 때에는 예컨대, 조성물에 대하여 약 0.1 ∼ 2.0 무게%의 양으로 혼입할 수 있다. 바람직하기로는 조성물에 대하여 약 0.5 ∼ 1.5 무게% 범위이다. 안정제 또는 산화방지제로서 요구되는 특성은 비이행성이어야 한다. 바람직한 산화방지제는 상품명으로 IRGANOX 1035 (제조사 명 : Ciba Specialty Chemicals, Tarrytown, NY, U.S.A)와 같은 티오디에틸렌 비스(3,5-디-3급-부틸-4'-하이드록시) 하이드로시나메이트이다.
방사에 의해 경화되는 조성물에 있어서, 이용되는 추가적 광학 성분은 실온에서 광섬유로부터 경화되는 조성물의 배출 향상을 위하여 즉, 가황된 조성물의 벗기는 특성을 향상하기 위하여 및/또는 가황된 조성물의 마찰계수를 감소시키기 위하여 첨가제를 포함시킨다. 이러한 첨가제들은 이 분야에 잘 알려진 것으로 제한 할 필요가 없으나, 실리콘 아크릴레이트와 실리콘 메타크릴레이트, 풀로로카본 등을 포함하는 실리콘 재료들이다.
본 발명의 광섬유 리본은 공지의 제조기술에 의해 제조할 수 있다. 다양한잉크로 인쇄되고 코팅된 광섬유는 전형적으로 액체 방사에 의해 경화되는 매트릭스 조성물에서 예컨대, 평행하게 그리고 평면으로 또는 다른 규정된 배열로, 원하는 배열로 내장되고 보호된다. 잉크로 인쇄되고 코팅되는 광섬유들은 액상 매트릭 조성물을 섬유에 내장하여 바르고 그 후 경화 방사의 노출에 의해 액상 조성물을 경화 시켜 원하는 사이에 섬유를 배열시켜 제조되는 하나의 구조로 형성되기 위하여 서로가 원하는 사이에 배치된다. 경화에는 다른 공지의 기구와 제조방법을 이용할 수 있으나 전형적으로 고 초점의 램프를 이용한다. 경화를 할 때에, 본 발명의 매트릭스 조성물은 이용하는 동안, 섬유의 외부 코팅층 또는 잉크에 접착되며 그리고 이들로부터 용이하고 깨끗하게 열에 의해 벗길 수 있는 바람직하게는 실제 광섬유 보전에 손상을 주지 않고 변하지 않는 유니트의 코팅 구조물로 제공된다.
방사에 의해 경화되는 매트릭스 재료는 광섬유 리본 이용에 논란이 되어 왔으나, 이 분야에 능숙한 자는 이러한 조성물이 코팅을 원하거나 또는 유연한 기재를 결합시키는 어떠한 범위에 유용할 것으로 인정할 것이다. 이러한 기재의 예로는 제한 할 필요가 없으나 유리, 금속 또는 플라스틱들이다.
다음의 예는 본 발명의 매트릭스 재료와 광섬유 리본의 구체적 내용을 예시한 것이다. 실시 예와 본 발명의 명세서에는 별도로 규정하지 않는 한 무게를 기준으로 부 그리고 퍼센트이다.
실시 예
실시 예에서, 방사에 의해 경화되는 조성물 A 및 B는 상품명으로 Purelast 595로 공급되는 폴리에테르 지방족 우레탄 디아크릴레이트 약 45 무게 부와 상품명으로 Irgacure 184로 공급되는 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤으로 구성된 광개시제 약 4 무게 부, Irganox 1035로 구성된 산화방지제 약 1 무게 부 그리고 반응성 불포화 단위체 혼합물로 구성된 것으로부터 제조된다. 조성물 A에 있어서, 반응성 단위체 혼합물은 상품명으로 Sartomer SR-368로 공급되는 트리아크릴레이트 트리스하이드록시에틸 이소시아누레이트 25 무게 부와 이소보닐 아크릴레이트 (IBOA) 25 무게 부로 구성된다. 조성물 B에 있어서, 반응성 단위체 혼합물은 상품명으로 Sartomer SR-368로 공급되는 트리아크릴레이트 트리스하이드록시에틸 이소시아누레이트 20 무게 부와 이소보닐 아크릴레이트 (IBOA) 20 무게 부 그리고 N-비닐 포름아미드 (NVF) 10 무게 부로 구성된다.
본 발명의 조성물들은 중압 수은 증기 램프를 이용하여 약 70 ℃의 온도에서 자외선 방사 (0.7 joules/㎠)에 노출시켜 경화되며 그리고 ASTM D-882-95a에 따라 100 ℃의 온도에서 최대 인장강도와 신장률을 측정한다. 본 발명의 조성물과 이의 특성 (3번 측정 평균값)을 표에 정리하였다.
비교를 목적으로, 비교 조성물 C를 또한 유사한 방법으로 측정하였다. 이 비교 조성물 C는 상품명으로 Photomer 6008로 공급되는 폴리에테르 지방족 우레탄 아크릴레이트 65 무게 부, 광개시제 Irgacure 184 4 무게 부, 산화방지제인 Irganox 1035 1 무게 부 그리고 반응성 단위체 혼합물로 구성된다. 조성물 C에 있어서, 반응성 단위체 혼합물은 2-페녹시에틸 아크릴레이트 (PEA) 25 무게 부와 헥산디올 디아크릴레이트 (HDODA) 5 무게 부로 구성된다. 또한, 이들의 조성물과 특성 (3회 측정한 평균값)을 표에 정리하였다.
[표]
성분 (무게 부) A B C
우레탄 아크릴레이트 올리고머
PE 595 45 45 --
Ph 6008 -- -- 65
반응성 단위체
SR-368 25 20 00
IBOA 25 20 --
NVF -- 10 --
PEA -- -- 25
HDODA -- -- 5
광개시제 (Irgacure 184) 4 4 4
산화방지제 (Irganox 1035) 1 1 1
특성
최대 인장강도, 100℃, psi 1208 3113 410
신장률, 100℃, % 31.6 53.0 13
경화된 조성물 A 및 B는 원하는 최대의 인장강도와 신장률의 결합으로 나타나는 반면, 비교 조성물 C는 이들 두 가지 성분들이 불충분하게 나타났다.
본 발명의 명세서에서 나타낸 예제들과 상세한 기술범위는 본 발명의 여러 가지 기술구성을 제공하고 있으나 본 발명의 범위가 이들에 국한된다는 것은 아니다. 본 발명에 나타난 청구에서 추가적인 기술구성은 이 분야에 능숙한 자라면 명백히 이해할 것이다.

Claims (19)

  1. 최소한 두 가지 광섬유와 100 ℃에서 최소한 약 1000 psi의 최대 인장강도를 나타내고, 100 ℃에서 최소한 약 15 % 신장률을 갖는 매트릭스 재료가 광섬유를 감싼 매트릭스 재료로 구성된 광섬유 리본.
  2. 제 1 항에 있어서, 최대 인장강도가 100 ℃에서 최소한 약 2000 psi로 나타내는 매트릭스 재료인 것이 특징인 광섬유 리본.
  3. 제 1 항에 있어서, 최대 인장강도가 100 ℃에서 최소한 약 3000 psi로 나타내는 매트릭스 재료인 것이 특징인 광섬유 리본.
  4. 제 1 항에 있어서, 신장률이 100 ℃에서 최소한 약 30 %로 나타내는 매트릭스 재료인 것이 특징인 광섬유 리본.
  5. 제 2 항에 있어서, 신장률이 100 ℃에서 최소한 약 30 %로 나타내는 매트릭스 재료인 것이 특징인 광섬유 리본.
  6. 제 1 항에 있어서, 신장률이 100 ℃에서 최소한 약 40 %로 나타내는 매트릭스 재료인 것이 특징인 광섬유 리본.
  7. 제 3 항에 있어서, 신장률이 100 ℃에서 최소한 약 40 %로 나타내는 매트릭스 재료인 것이 특징인 광섬유 리본.
  8. 제 1 항에 있어서, 광섬유 리본을 약 90 ∼ 110 ℃의 온도로 가열하였을 때에 매트릭스 재료와 어느 내재된 코팅물이 원래의 유니트에서 광섬유로부터 스트립핑 할 수 있는 것이 특징인 광섬유 리본.
  9. 제 1 항에 있어서, 최소한 4가지 광섬유가 매트릭스 재료에 내재된 것이 특징인 광섬유 리본.
  10. 제 1 항에 있어서, 매트릭스 재료가 (a) 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 가진 지방족 우레탄 올리고머, (b) 반응성 불포화 단위체 그리고 선택적으로 (c) 광개시제로 구성된 방사에 의해 경화되는 조성물을 경화시킴으로써 형성되는 것이 특징인 광섬유 리본.
  11. 제 10 항에 있어서, 반응성 불포화 단위체 (b)가 최소한 두 가지 반응성 불포화 단위체의 혼합물로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  12. 제 11 항에 있어서, 반응성 불포화 단위체 혼합물이 최소한 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  13. 제 12 항에 있어서, 반응성 불포화 단위체 혼합물이 (i) 경화성 단위체, (ii) 수소 결합 단위체 그리고 (iii) 한 개의 관능기를 가진 입체장애 단위체로 구성된 군 중에서 선택되는 최소한 두 가지 단위체로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  14. 제 13 항에 있어서, 가교결합성 단위체가 트리아크릴레이트 또는 트리메타크릴레이트로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  15. 제 10 항에 있어서, 방사에 의해 경화되는 조성물이 우레탄 아크릴레이트 올리고머 약 30 ∼ 80 무게%, 반응성 불포화 단위체 약 10 ∼60 무게% 그리고 광개시제 약 0.1 ∼ 10 무게%로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  16. 제 10 항에 있어서, 방사에 의해 경화되는 조성물이 우레탄 아크릴레이트 올리고머 약 40 ∼ 80 무게%, 반응성 불포화 단위체 약 10 ∼50 무게% 그리고 광개시제 약 1 ∼ 10 무게%로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  17. 제 10 항에 있어서, 방사에 의해 경화되는 조성물이 우레탄 아크릴레이트 올리고머 약 40 ∼ 70 무게%, 반응성 불포화 단위체 약 30 ∼60 무게% 그리고 광개시제 약 1 ∼ 6 무게%로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  18. 제 13 항에 있어서, 반응성 불포화 단위체 혼합물이 (i) 가교결합성 단위체, (ii) 수소 결합 단위체 그리고 (iii) 한 개의 관능기를 가진 입체장애 단위체로 구성된 최소한 한 가지 이상의 혼합물로 구성된 것이 특징인 광섬유 리본.
  19. (a) 관능기로서 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 가진 지방족 우레탄 올리고머, (b) 반응성 불포화 단위체 그리고 선택적으로 (c) 광개시제로 구성된 방사에 의해 경화되는 조성물로부터 형성되고 최대 인장강도가 100 ℃에서 최소한 약 1000 psi이고, 신장률이 100 ℃에서 최소한 약 15 %인 것이 특징인 방사에 의해 경화되는 재료.
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