KR20030022790A

KR20030022790A - 광섬유 코팅

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Publication number: KR20030022790A
Application number: KR1020027014626A
Authority: KR
Inventors: 에드워드 제이. 퓨케스; 그레고리 에프. 야콥; 미쉘 제이. 위닝햄
Original assignee: 코닝 인코포레이티드
Priority date: 2000-05-01
Filing date: 2001-03-07
Publication date: 2003-03-17
Also published as: US20030045600A1; EP1282650A2; WO2001083624A2; US6559197B2; WO2001083624A3; AU2001271237A1; JP2003531799A

Abstract

본 발명은 규산질 표면용 코팅 조성물에 관한 것이다. 상기 코팅물은 폴리(알콕시)실란, 폴리(할로)실란, 알콕시실란, 할로실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분 및 복사선에 노출되었을 때 상기 성분을 가수분해시키기 위해 양성자를 생성하는 촉매 화합물을 포함한다. 바람직하게, 상기 촉매는 광-산이다. 또한 본 발명은 광섬유를 코팅하는 방법을 포함한다. 전술한 코팅물은 섬유의 외표면에 적용된다. 양성자가 상기 성분의 가수분해를 촉진하기 위해 생성된다. 본 발명은 유리제품의 외표면과 코팅물 사이의 접착력을 증대시키는 방법을 더욱 포함한다. 본 발명에 따른 코팅물은 섬유의 표면에 적용되고 상기 코팅물은 복사원에 노출된다.

Description

광섬유 코팅 {Optical fiber coating}

빈번히 내장된 구리와이어(copper wire)를 교체하는 통신분야에 있어서 광섬유는 점차적으로 중요한 역할을 맡게 되었다. 이러한 경향은 로컬 지역 네트워크(즉, 섬유-대-가정 사용용)에 광섬유의 사용의 큰 증가로 보여지는, 상당한 영향을 가져왔다. 가정 및 상업적 사용자에게 데이터, 오디오 및 비디오 신호의 형태로 거대한 양의 정보를 전달하기 위해 로컬 섬유 네크워크가 설치될 때, 더욱 로컬 루프 전화 및 유선 TV 서비스에서 광섬유의 사용증가도 기대된다. 또한, 가정 및 사업장에서 내부 데이터, 음성 및 영상 통신을 위한 광섬유의 사용은 시작되었고 증가될 것이 기대된다.

로컬 네트워트에 사용되는 섬유들은 극한 온도 및 극도의 습도를 포함하는 혹독한 조건하에 직접 노출된다. 광섬유를 위한 사전의 코팅이 상기 역조건하에서 잘 수행되지 않았기 때문에, 섬유가 사용되는 넓고 다양한 온도 및 습도 조건에 역점을 두어 더 좋은 성능의 코팅물의 개발의 필요성이 존재하였다. 특히, 이러한 코팅물은 긴 수명-기간(즉, 약 25년 또는 그이상)에 걸쳐서 포장된 섬유를 충분히 보호하기 위해 열적, 산화적, 및 가수분해적 안정성을 가졌다.

통상적으로 광섬유는 유리 코어, 크래딩, 및 적어도 2개의 코팅, 즉 1차(또는 내부) 코팅 및 2차(또는 외부) 코팅을 함유한다. 상기 1차 코팅물은 상기 클래딩에 직접 적용되고, 경화될 때 유리 섬유를 감싸는 부드럽고, 탄성적이며 유연한 물질을 형성한다. 상기 1차 코팅은 섬유가 휘거나 묶거나 감길 때 유리 섬유를 완화하고 보호하기 위해 버퍼(buffer)로서 제공된다. 조작동안 광섬유상에 놓이는 응력들은 섬유의 마이크로벤딩(microbending)을 유발하고 섬유를 통해 지나가려던 빛의 감쇠를 일으킨다. 상기 2차 코팅은 상기 1차 코팅에 적용되고 공정 및 사용동안 유리 섬유에의 손상을 막기 위해 강한 보호 외층으로서 작용한다.

특정 특성들은 상기 1차 코팅에 바람직하고 다른 것들은 2차 코팅에 바람직하다. 상기 1차 코팅의 모듈러스는 섬유상에서 용이하게 응력을 경감하여 섬유를 완화하고 보호하기 위해 충분히 낮아야 하며, 상기 응력은 마이크로벤딩을 유도하여 결과적으로 비효율적인 신호전송을 초래할 수 있다. 이러한 완화효과는 섬유의 수명내내 유지되어야 한다.

상기 1차 및 2차 코팅 사이의 다른 열팽창 특성으로 인해, 상기 1차 코팅은 예견할 수 있는 가장 낮은 사용온도보다 낮은 유리전이온도(Tg)를 가져야 한다. 이것이 사용시의 온도범위 내내 1차 코팅이 부드럽게 유지되게 하며, 유리 섬유와 2차 코팅 사이의 열팽창계수의 차이를 촉진시킨다.

1차 코팅에 있어서 클래딩의 굴절률과 다른(즉, 클래딩 굴절률보다 높은) 굴절률을 갖는 것은 중요하다. 상기 클래딩과 1차 코팅사이의 이러한 굴절률의 차이는 잘못된 빛의 신호가 유리 코어로부터 멀리 굴절되게 한다.

결국, 1차 코팅은 열적 및 가수분해적 숙성동안, 분리의 목적으로 그들로부터 벗겨내기 전까지 유리섬유에 충분한 접착력을 유지해야 한다. 또한 수분은 유리에 1차 코팅의 접착에 영향을 미치기 때문에 수분에 대한 내성도 필수적이다. 열악한 접착력은 마이크로벤딩을 일으킬 수 있는 다양한 크기의 박리를 초래할 수 있고 광섬유의 상당한 감쇠원인이 될 수 있다.

유리 기판 및 이 기판에 인접하는 1차 코팅 또는 코팅 사이에서 결합을 형성하기 위해 공지의 접착 촉진제(adhesion promoter)가 반응한다. 이러한 촉진제를 포함하는 코팅물은 수분에 민감하고, 코팅이 액상내에 있을 때 코팅물내에 물이 없는 것이 요구된다. 따라서 물이 없는 액상 코팅물을 유지하기 위해 엄격한 노력이 필요로 된다.

또한, 이러한 코팅물의 저장수명(shelf life)은 공표되어 있다. 상기 액체 코팅물의 저장수명을 증가시키기 위한 이전의 시도는 코팅물에서 좀처럼 폴리(알콕시)실란을 가수분해하기 어려운 단계를 포함한다. 그러나, 경화된 코팅물과 섬유 사이에서 접착력이 증대되도록, 이러한 코팅물은 용인하기 어려운 숙성기간을 요구한다.

발명의 요약

본 발명의 하나의 목적은 규산질 표면(siliceous surface)용 코팅 조성물이다. 상기 코팅물은 폴리(알콕시)실란, 폴리(할로)실란, 알콕시실란, 할로실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분, 및 복사선에노출되었을 때 상기 성분을 가수분해하기 위해 양성자를 생성하는 촉매 화합물을 포함한다. 바람직하게, 상기 촉매는 광-산(photo-acid)이다.

또 다른 목적에서, 본 발명은 광섬유를 코팅하는 방법을 포함한다. 전술한 코팅은 섬유의 외표면에 적용된다. 양성자가 생성되어 상기 성분의 가수분해를 촉진한다.

본 발명의 바람직한 구체예는 제품의 외표면 및 코팅물 사이에서 접착력을 증대시키는 방법을 포함한다. 본 발명에 따른 코팅물은 섬유의 표면에 적용되고 상기 코팅물이 복사원(radiation source)에 노출된다.

섬유에의 코팅물의 적용전에 본 발명의 코팅물은 조제된 액상 코팅물의 향상된 저장수명과 함께 우수한 접착특성을 나타낸다. 또한 본 발명은 접착 촉진제로서 반응성 실란을 덜 사용할 수 있다는 잇점을 갖는다. 또한, 본 발명의 접착 촉진제는 가수분해적으로 더욱 안정하고, 습윤 환경에서 우수한 접착특성을 나타낸다.

본 발명의 추가적인 특징 및 잇점은 후술하는 상세한 설명에서 진술될 것이며, 특히 후술하는 상세한 설명, 첨부된 도면 뿐만 아니라 청구범위를 포함하는, 본원에서 설명된 바와 같이 당업자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있음이 명백하다.

전술한 일반적인 설명 및 후술하는 상세한 설명은 본 발명의 단지 모범예이며, 청구하고자 하는 본 발명의 특성 및 특징을 이해하기 위해 개요 또는 골격으로서 제공됨이 이해될 것이다. 첨부되는 도면은 본 발명의 그 이상의 이해를 돕기 위해 포함되며, 본 명세서내의 일부를 구성하며 포함된다. 도면은 본 발명의 다양한구체예를 나타내고, 본 발명의 원리 및 작용을 설명하기 위해 상세한 설명과 함께 제공된다.

본 발명은 일반적으로 광섬유에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 광섬유의 외표면(exterior surface)에의 코팅물의 적용에 관한 것이다.

도 1은 코팅된 광섬유의 단면도이다.

참조번호는 본 발명의 바람직한 구체예를 상세히 설명하기 위해 언급될 것이며, 이들의 예는 첨부된 도면에 도시된 예이다. 가능한 한, 도면에 있어서 동일하거나 유사부분에 동일한 참조번호가 사용될 것이다. 본 발명의 바람직한 구체예는 도 1에 도시된 바와 같고, 참조번호(10)에 의해 일반적으로 지정된다.

도 1을 참조하면, 상기 광섬유(10)은 유리 코어(12), 상기 유리 코어(12)에 인접하면서 감싸고 있는 클래딩층(14), 상기 클래딩층(14)에 부착되는 1차 코팅물질(16), 및 상기 1차 코팅물질(16)에 인접하면서 감싸고 있는 하나 또는 그 이상의 2차(또는 외부) 코팅물질(18)을 포함한다. 본원의 참고문헌으로서 포함된 벌키(Berkey)의 미국특허 제4,486,212호에서 설명한 바와 같이, 모든 통상적인 물질은 유리 코어(12)를 형성하는데 사용될 수 있다. 상기 코어는 통상적으로 실린더형 단면을 갖는 실리카 유리이고, 단일-모드 섬유에 있어서 약 5 내지 10㎛의 직경 및 다중-모드 섬유에 있어서 약 20 내지 약 100㎛의 직경을 갖는다. 상기 코어는 선택적으로 코어의 굴절률을 변화시키는 예를 들어, 티타늄, 탄탈륨, 게르마늄, 및 붕소의 산화물과 같은 다른 물질의 변화량을 함유할 수 있다. 당업자에게 공지인 다른 도펀트(dopant)는 이들의 특성을 변화시키기 위해 유리 코어에 첨가될 수 있다. 선택적으로, 섬유(10)는 코어(12) 및 클래딩(14) 사이에 내부 클래딩(도시되지 않음)을 포함한다.

상기 클래딩층(14)은 바람직하게 코어의 굴절률보다 작은 굴절률을 갖는다. 플라스틱 및 유리(예를 들어, 실리케이트 및 보로실리케이트 유리) 모두의 다양한 클래딩 물질은 통상적인 유리 섬유를 제조하는데 사용된다. 당업자에게 공지인 모든 통상적인 클래딩 물질은 본 발명의 광섬유에서 클래딩층(14)을 형성하는데 사용될 수 있다.

유리 섬유를 함께 형성하는, 상기 유리 코어(12) 및 클래딩층(14)은 당업계에 공지인 다수의 공정들에 따라 형성될 수 있다. 많은 분야에서, 상기 유리 코어(12) 및 클래딩층(14)은 인식할 수 있는 코어-클래딩 경계를 갖는다. 상기 유리 섬유의 하나는 스텝-인덱스(step-index, 계단형 굴절률) 섬유이며, 이것은 굴절률이 변화되는 유리 또는 플라스틱 층의 일련으로서 기본적으로 클래딩층(14)을 적용하여 형성된다. 바람직한 스텝-인덱스 섬유는 본원의 참고로 포함된 챙(Chang)에 의한 미국특허 제4,300,930호 및 제4,402,570호에 설명된다. 또 다른 상기 섬유는 섬유의 거리에 따라 굴절률이 변하는 코어를 갖는 글래디드-인덱스(graded index) 섬유이다. 상기 글래디드 인덱스 섬유는 기본적으로 유리 코어(12) 및 클래딩층(14)이 또 다른 것으로 확산하여 형성된다. 바람직한 글래디드-인덱스 섬유는 본원의 참고문헌으로 포함된, 가리토 등(Garito et al.)에 의한 미국특허 제5,729,645호 및 조르만 등(Joormann et al.)의 미국특허 제4,439,008호, 마르카틸리 등(Marcatili et al.)의 미국특허 제4,176,911호, 및 디마르셀로등(DiMarcello et al.)의 미국특허 제4,076,380호에 설명되어 있다. 또한, 상기 코어 및 클래딩층은 명백한 경계가 부족할 수 있다. 본 발명의 광섬유는 지금까지 알려져 있거나 또는 이후로 개발된 이러한 또는 어떠한 다른 코어-클래딩층 구조를 포함할 수 있다.

바람직하게, 모든 코팅(16 및 18)들은 광중합가능한 코팅물이고 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 아니다.

통상적으로, 본 발명의 코팅조성물의 주요 성분은 올리고머(oligomer)이다. 바람직하게, 상기 올리고머는 에틸렌으로 불포화된 우레탄 또는 우레아 올리고머이고, 더욱 바람직하게는 상기 코팅물의 올리고머 성분은 지방족 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트이다. 또한 상기 올리고머는 중합에 참여할 수 있는 것이 바람직하다.

우레탄 올리고머는 통상적으로 지방족 또는 방향족 디이소시아네이트와 디하이드릭 폴리에테르 또는 폴리에스테르, 가장 통상적으로 폴리에틸렌 글리콜과 같은 폴리옥시알킬렌 글리콜과 반응하여 제공될 수 있다. 상기 올리고머는 통상적으로 4-10 우레탄기를 가지며, 예를 들어 2000-8000의 고분자량을 갖는다. 그러나, 500-2000 범위의 분자량을 갖는 저분자량의 올리고머도 또한 사용될 수 있다. 본원의 참고문헌으로 포함된, 쿼디 등(Coady et al.)의 미국특허 제4,608,409호 및 비샵 등(Bishop et al.)등의 미국특허 제4,609,718호에 상기 합성이 상세히 언급되어 있다.

수분-내성을 갖는 올리고머를 사용하는 것이 요구될 때, 주로 포화되고(predominantly saturated) 주로 비극성(predominantly nonpolar) 지방족디올을 위해 극성 폴리에테르 또는 폴리에스테르 글리콜들을 피하는 것을 제외하고 유사한 방법으로 합성될 것이다. 예를 들어, 이러한 디올은 2-250 탄소원자의 알칸 또는 알킬렌 디올을 포함하고, 바람직하게 실질적으로 에테르 또는 에스테르기를 포함하지 않는다. 이러한 시스템에서 얻을 수 있는 올리고머 점도 및 분자량의 범위는 불포화되고 극성 올리고머 시스템에서 얻을 수 있는 것과 유사하며, 이것은 이들의 점도 및 코팅 특성이 실질적으로 변하지 않게 유지할 수 있도록 하기 위함이다. 이러한 코팅물의 감소된 산소의 함량은 코팅되어야 하는 유리 섬유의 표면에 코팅물의 접착특성을 수용불가능하게 격감시키지 않음을 발견할 수 있다.

폴리우레아 성분은 간단히 합성과정에서 디올 또는 폴리올 대신에 디아민 또는 폴리아민을 치환하는 방법에 의해 제조된 올리고머에 포함될 것이다. 시스템의 수분에 대한 내성을 손상시키는 것을 피하기 위해서 합성에 사용된 디아민 또는 폴리아민은 충분히 비극성 및 포화된다면, 본 발명의 코팅 시스템내에 폴리우레아 성분의 최소 비율의 존재는 코팅성능에 유해할 것으로 고려되지 않는다.

따라서, 하나 이상의 올리고머 성분이 조성물에 첨가될 수 있을지라도, 본 발명의 코팅 조성물에 있어서 적어도 하나의 에틸렌으로 불포화된 올리고머를 함유하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 올리고머는 약 10 내지 약 90중량%, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 약 90중량%, 및 가장 바람직하게는 약 35 내지 약 60중량%의 양으로 코팅 조성물이 존재한다.

적당한 에틸렌으로 불포화된 올리고머의 예는 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트 올리고머(예를 들어, 사토머사(Sartomer Company, Inc.(웨스트 체스터, PA)의CN986, 보머 스페셜티스사(Bomar Specialties Co.(웬스테드, CT))의 BR3731 및 STC3-149, 및 폴리머 시스템 코포레이션(Polymer Systems Corporation(올란도, FL))의 퓨어라스트(Purelast)566A), 폴리에스테르 우레탄 아크릴레이트 올리고머(예를 들어, 사토머사의 CN966 및 CN973 및 보머 스페셜티사의 BR7432), 폴리우레아 우레탄 아크릴레이트 올리고머(예를 들어, 본원의 참고문헌으로 포함된, 짐머만 등(Zimmerman et al.)의 미국특허 제4,690,502호 및 제4,798,852호, 비샵(Bishop)의 미국특허 제4,609,718호, 및 비샵 등의 미국특허 제4,629,287호에 기재된 올리고머), 폴리에테르 아크릴레이트 올리고머(예를 들어, 란 아게(Rahn AG(스위스, 쮜리히))사의 제노머(Genomer)3456), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머(예를 들어, UCB 라드큐어(아틀란타, GA)사의 에베크릴(Ebecryl)80, 584 및 657), 폴리우레아 아크릴레이트 올리고머(예를 들어, 본원의 참고문헌으로 포함된, 짐머만 등(Zimmerman et al.)의 미국특허 제4,690,502호 및 제4,798,852호, 비샵(Bishop)의 미국특허 제4,609,718호, 및 비샵 등의 미국특허 제4,629,287호에 기재된 올리고머), 에폭시 아크릴레이트 올리고머(예를 들어, 사토머사의 CN120 및 UCB 라드큐어사의 에베크릴3201 및 3204), 수소화된 폴리부타디엔 올리고머(예를 들어, 에코 레진 및 래버러터리(버살레스, MO)사의 에코 레진 MBNX) 및 이들의 조합이다.

또한 본 발명의 1차 코팅 조성물은 올리고머 성분 뿐만 아니라, 모노머 성분도 포함한다. 바람직하게 상기 모노머는 에틸렌으로 불포화된 모노머, 더욱 바람직하게는 (메타)아크릴레이트 모노머이다. 일반적으로 바람직한 모노머는 최종 호모폴리머 또는 모노머의 혼합물에 있어서 대부분 약 20℃, 바람직하게는 대부분 약10℃의 유리전이온도(Tg)를 갖는 것들이다. 일반적으로, 저분자량(즉, 약 120 내지 600)의 액체 (메타)아크릴레이트-작용성 모노머가 코팅 조성물을 통상의 액상 코팅물 장치로 적용하는데 필요한 액체를 적용하기 위해 조제물에 첨가된다. 이러한 시스템내에서 통상적인 아크릴레이트-작용성 액체는 단작용성 및 다작용성 아크릴레이트(즉, 둘 이상의 아크릴레이트 작용기를 갖는 모노머)를 포함한다. 이러한 다작용성 아크릴레이트의 예는 2개의 작용기를 갖는 이작용기 아크릴레이트(difunctional acrylate); 3개의 작용기를 갖는 삼작용기 아크릴레이트(trifunctional acrylate); 4개의 작용기를 갖는 사작용기 아크릴레이트(tetrafunctional acrylate)이다. 또한 단작용기 및 다작용기 (메타)아크릴레이트도 사용될 수 있다.

수분에 내성을 갖는 성분을 활용하는 것이 요구될 때, 모노머 성분은 선택된 수분-내성의 올리고머와 상용성을 기초로 하여 선택될 것이다. 상기 올리고머들이 극히 비극성이기 때문에, 모든 상기 액상 모노머가 상기 수분-내성 올리고머와 성공적으로 혼합되고 공중합되는 것은 아니다. 코팅물의 상용성 및 수분 내성을 만족시키기 위해, 주로 포화되고 지방족 모노 또는 디-아크릴레이트 모노머 또는 알콕실레이트 모노머를 포함하는 액체 아크릴레이트 모노머 성분을 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기 조성물에 있어서, 하나 이상의 모노머가 조성물에 첨가될 수 있을지라도, 적어도 하나의 에틸렌으로 불포화된 모노머를 함유하는 것이 바람직하다. 바람직하게, 상기 모노머 성분은 약 5 내지 약 95중량%, 더욱 바람직하게는 약5 내지 약 60중량%, 가장 바람직하게는 약 20 내지 약 50중량%의 양으로 조성물내에 존재한다.

바람직한 에틸렌으로 불포화된 모노머는 라우릴 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR335, CPS 케미칼사(올드브릿지, NJ)의 아게플렉스(Agefles)FA12, 및 헨켈(앰블러, PA)사의 포토머4812), 엑톡실레이티드노닐페놀 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR504 및 헨켈사의 포토머4003), 페녹시에틸 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR339, CPS 케미칼사의 아게플렉스 PEA, 및 헨켈사의 포토머4035), 이소옥틸 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR440 및 CPS 케미칼사의 아게플렉스FA8), 트리데실 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR489), 이소보닐 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR506, 및 CPS 케미칼사의 아게플렉스 IBOA), 테트라하이드로퍼푸릴 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR285), 스테아릴 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR257), 이소데실 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR395, 및 CPS 케미칼사의 아게플렉스FA10), 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트(예를 들어, 사토머사의 SR256) 및 이들의 조합을 포함한다.

또한, 광섬유 코팅 조성물은 유리 섬유에의 이것의 적용후에 상기 조성물의 중합(즉, 경화)을 일으키기에 적당한 중합 개시제를 함유한다. 본 발명의 1차 코팅 조성물에 사용하기 위해 적당한 중합 개시제는 열 개시제, 화학 개시제, 및 광개시제를 포함한다. 특히, 광개시제가 바람직하다. 대부분의 아크릴레이트-기초의 코팅 조제에 있어서, 공지의 케토닉 광개시제 및/또는 포스파인 옥사이드 첨가제와 같은 통상적인 광개시제들이 바람직하다. 본 발명의 조성물에 사용될 때, 광개시제는 빠른 자외 경화를 제공하기 위한 충분한 양으로 존재한다. 일반적으로, 이것은 약 0.5 내지 약 10중량%, 더욱 바람직하게는 약 1.5 내지 약 7.5중량%를 포함한다.

복사 경화를 촉진하기 위해 효과적인 양이지만, 적은 양으로 사용될 때, 광개시제는 코팅 조성물의 조기 겔화를 막기 위해 적절한 경화 속도를 제공해야 한다. 바람직한 경화 속도는 코팅 물질의 연속적인 경화를 일으키기에 충분한 모든 속도이다. 1회 분량 대 모듈러스 곡선으로 측정된 바와 같이, 약 25-35㎛의 코팅 두께에 있어서 경화속도는 예를 들어 1.0J/cm²미만, 바람직하게는 0.5J/cm²미만이다.

바람직한 광개시제는 혼합 또는 순수 형태의 비스 아실 포스핀 옥사이드(예를 들어, 뉴욕, 하우턴, 시바 스페셜티 케미살사의 이가큐어 1850 또는 이가큐어 819), 1-하이드록시시클로헥실페닐 케톤(예를 들어, (뉴욕, 하우턴) 시바 스페셜티 케미살사의 이가큐어 184), (2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸 포스핀 옥사이드(예를 들어, 시바 스페셜티 케미살사의 이가큐어 1800 및 1700의 시판 혼합물), 2,2-디메톡실-2-페닐 아세토페논(예를 들어, 시바 스페셜티 케미살사의 이가큐어 651) 및 이들의 조합을 포함한다.

본원에서 사용된 바와 같이, 특정 성분의 중량%는 접착 촉진제 및 다른 첨가제를 배제하고 벌크 조성물에 첨가되는 양을 나타낸다. 본 발명에 따른 조성물을 제조하기 위해 벌크 조성물에 첨가되는 접착 촉진제 및 다양한 첨가제의 양은 pph(part per hundred)로 기재된다. 예를 들어, 모노머, 올리고머, 및 광개시제는이들 성분들의 총중량%의 합이 100%가 되도록 벌크 조성물을 형성하기 위해 조합된다. 이러한 벌크 조성물에, 접착 촉진제의 양은 예를 들어 100중량%의 벌크 조성물을 초과하여 1.0pph로 첨가된다.

본 발명에 따라, 코팅물(16)은 접착 촉진제(adhesion promoter)를 포함한다. 상기 접착 촉진제는 폴리(알콕시)실란, 폴리(할로)실란, 알콕시실란, 할로실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분 및 복사선에 노출될 때 상기 성분을 가수분해하기 위한 양성자를 생성하는 촉매 화합물을 갖는다. 바람직하게 복사선에 노출될 때, 상기 촉매는 상기 성분을 가수분해하기 위해 양성자를 생성할 것이다. 바람직한 폴리(알콕시)실란 및 알콕시실란은 하나 이상의 탄소원자를 포함한다. 바람직한 할라이드는 염소, 불소, 브롬 및 요오드를 포함한다. 상기 코팅물은 1차 코팅(16)과 같은, 클래딩(14)의 외표면에 인접하는 것이 바람직하다. 그러나, 상기 코팅은 1차 코팅에 한정되지 않는다. 본 발명의 또 다른 구체예에서, 접착 촉진제는 2차 코팅(18)의 일부이다.

상기 코팅물의 성분은 폴리(부톡시)실란, 폴리(에톡시)실란, 폴리(메톡시)실란, 폴리(클로로)시란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 하나 이상의 바람직한 구체예에서, 폴리(알콕시)실란은 트리에톡시실란 또는 트리메톡시실란이다. 그러나 본 발명은 하나 또는 둘의 탄소원자를 갖는 폴리(알콕시)실란으로 실시되었다. 특히 바람직한 폴리(알콕시)실란은 3-메르캅토프로필트리에톡시실란(유나이티드 케미칼 테크날로지(United Chemical Technologies(브리스톨, PA))사의 3-MPTMS)이다. 또 다른 바람직한 폴리(알콕시)실란은 비스(트리메톡시 실릴에틸)벤젠(겔레스트(Gelest, 툴리타운, PA)사)이다.

바람직한 구체예에 있어서, 상기 성분의 중량%는 약 0.1 내지 약 10pph, 더욱 바람직하게는 약 0.25 내지 약 4pph, 가장 바람직하게는 약 0.5 내지 약 3pph이다.

바람직하게 상기 촉매 화합물은 광산이고, 복사선은 화학 복사선, UV 복사선 및 가시 복사선으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나이다. 광-산의 예는 산성종(acidic specie)을 형성하기 위해 빛(광 복사(photonic radiation))에의 노출시 반응하는 분자이다. 상기 산성종은 바람직하게 루이스산 또는 로우리·브뢴스테드의 산이다.

바람직한 광-산은 트리아릴설포늄염, 디아릴요오드늄염, 디아릴디아조늄염, 포스포늄염, 안티모늄염, 아비산염, 니트로벤질에스테르 및 이들의 조합을 포함한다. 특히 바람직한 광-산은 트리아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트이다. 바람직한 안티노뮴염의 예는 안티모니-헥사플루오라이드(SbF₆)이다. 바람직한 아비산염의 예는 아세닉-헥사플루오라이드(AsF₆)이다. 코팅물의 바람직한 구체예에서, 광-산의 중량%는 약 0.001 내지 약 5.0이다. 또한 상기 촉매는 접착 촉진제로서 동일한 코팅물내에 있는 것이 바람직하다.

바람직한 에톡시실란의 가수분해에 있어서의 두 개의 샘플 메카니즘은 하기 A에 도시된 바와 같다.

(A) 에톡시실란의 산-촉매에 의한 가수분해

트리아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트와 같은, 트리아릴설포늄염으로부터 강산의 광-생성을 위한 수용가능한 메카니즘은 하기 B에 나타내었다. 이 경우, 산 HPF₆는 UV 복사선에 노출되었을 때 생성된다.

(B) 산의 광-생성(photo-generation)

선택적으로, 담체 첨가제 또한 접착 촉진제와 함께 사용될 수 있다. 상기 담체는 바람직하게 담체 계면활성제, 양쪽성 반응 또는 비-반응성 계면활성제로서 작용하는 담체이다. 상기 조성물내에 부분적으로 용해 또는 비용해되는 반응성 계면활성제는 특히 바람직하다. 특정 이론의 뒷받침은 없지만, 반응성 계면활성제로서 작용하는 담체가 반응이 가능한 곳은 어디에서나 유리 섬유상에 상기 화합물들을 증착시켜 반응성 실란을 함유하는 화합물과 반응한다고 믿어진다. 상기 담체가 약 0.01 내지 약 5pph(parts per hundred)의 양으로 존재하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 약 0.25 내지 약 3pph의 양이다.

적절한 담체, 반응성 계면활성제로서 작용하는 더욱 특별한 담체는 폴리알콕시폴리실록산을 포함한다. 바람직한 담체는 골드슈밋 케미칼사(Goldschmidt Chemical Co.(호프웰, VA))의 상표명 테고라드(Tegorad) 2200 또는 테고라드 2700(아크릴레이티드 실록산)이다.

바람직한 담체의 다른 분류는 폴리올 및 비-반응성 계면활성제이다. 바람직한 폴리올 및 비-반응성 계면활성제의 예는 펜실베이니아, 뉴타운 스퀘어의 라이온델(Lyondell(이전에는 아르코 케미칼(Arco Chemicals)로 알려짐))의 폴리올 어클래임(Aclaim) 3201(폴리(에틸렌옥사이드-코-프로필렌옥사이드)) 및 골드슈밋 케미칼사의 테고글라이드(Tegoglide) 435(폴리알콕시-폴리실록산)인 비-반응성 계면활성제를 포함한다. 상기 폴리올 또는 비-반응성 계면활성제는 약 0.01pph 내지 약 10pph의 바람직한 양으로 존재할 것이다.

또한, 바람직한 담체는 양쪽성 분자일 것이다. 양쪽성 분자는 친수성 및 소수성 세그먼트를 모두 갖는 분자이다. 다르게는 소수성 세그먼트는 리포필릭(lipophilic)(지방(fat/oil) 친유) 세그먼트로서 설명될 것이다. 양쪽성 분자의 대표적인 예는 비누이다. 점성제(tackifier)는 중합체 산물의 시간-민감성유동특성을 변형시킨다. 일반적으로 점성제는 중합체 산물이 더 높은 스트레인 속도(strain rate) 또는 쉐어속도(shear rate)로 스티퍼(stiffer)로서 작용할 것이며, 낮은 스트레인 속도 또는 쉐어속도로 중합체 산물을 소프터(softer)로서 작용하게 할 것이다. 통상적으로 점성제는 접착 산업에서 사용되며 코팅물이 적용되는 대상물과 결합을 생성하기 위한 코팅물의 능력을 향상시킨다. 점성제 관련 기타 배경기술에 대해서, 압력 민감 접착기술의 핸드북(Handbook of Pressure Sensitive Adhesive Technology), 3판은 본원의 참고문헌으로서 포함된다, 페이지 36, 37, 57-61, 169, 173 및 174 참조.

하나의 특히 적당한 점착제는 NY, 퍼체이스, 인터네셔널 페이퍼사의 유니택(Uni-tac)^ＲR-40(이후로, "R-40"이라 함)이다. R-40은 톨 오일 로진(tall oil rosin)이며, 아비에틱 에스테르(abietic esters)의 화학족으로부터 얻는다. R-40은 폴리에테르 세그먼트를 함유한다. 바람직하게, 점성제는 약 0.01 내지 약 10pph의 양으로 조성물에 존재하며, 더욱 바람직하게는 약 0.05 내지 약 10pph로 존재한다.

전술한 성분들 뿐만 아니라, 본 발명의 1차 코팅 조성물은 선택적으로 반응희석제, 항산화제, 촉매 및 다른 안정제 및 특성-증진 첨가제와 같은 다수의 첨가제를 포함할 수 있다. 일부 첨가제는 1차 코팅 조성물로부터 형성되는 중합산물의 물리적 특성(예를 들어, 모듈러스, 유리전이온도)에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 중합공정을 조절하는데 사용될 수 있다. 다른 것은 1차 코팅 조성물의 중합산물의성질(예를 들어, 중합-방지 또는 산화 격감에 대한 보호)에 영향을 줄 수 있다.

바람직한 촉매는 주석-촉매이며, 이것은 일부 올리고머 성분에서 우레탄 결합을 형성하는데 촉매로 사용된다. 상기 촉매가 올리고머 성분의 첨가제로서 남거나, 또는 촉매의 추가량이 본 발명의 조성물에 첨가하는 것과 같이, 촉매가 존재하는 것으로 조성물내의 올리고머 성분을 안정화시킬 수 있다.

바람직한 항산화제는 비스 힌더드 페놀릭 설파이드 또는 티오디에틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸)-4-하이드록시하이드로시나메이트(예를 들어, 시바 스페셜티 케미칼의 이가녹스(Irganox) 1035)이다.

본 발명을 실시하는데 사용된 바람직한 1차 코팅의 예는, 1999년 12월 30일자에 출원된 미국특허출원 제60/173,828호 및 1999년 12월 30일자에 출원된 미국특허출원 제60/174,008호에 기재되어 있다. 그러나, 본 발명은 상기 출원들에서 언급한 1차 코팅에 한정되지 않는다. 전술한 미국특허출원은 본원발명의 참고문헌으로서 포함된다.

2차 코팅물(18)은 통상적으로 중합시에 분자들이 가교되는 우레탄 아크릴레이트 액체를 함유하는 코팅 조성물의 중합(즉, 경화) 산물이다. 이러한 물질들의 선택에 관련된 개념 뿐만 아니라, 2차 코팅물에 사용된 다른 적당한 물질들도 본원의 참고문헌으로 포함된, 채핀(Chapin)의 미국특허 제4,962,992호 및 제5,104,433호, 및 스줌 등(Szum et al.)의 미국특허 제5,837,750호 및 1999년 12월 30일자 출원된 미국특허출원 제60/173,874호에 설명되어 있다. 또한 상기 코팅물의 하나 또는 그 이상의 특성들을 증가시키는 다양한 첨가제들이 존재할 수 있으며, 본 발명의 조성물에 포함된 전술한 첨가제들을 포함한다.

상기 2차 코팅물(18)은 타이트한 버퍼 코팅(tight buffer coating)일 수 있거나, 또는 느슨한 튜브 코팅(loose tube coating)일 수 있다. 사용된 2차 코팅물의 형태에 상관없이, 2차 코팅물(18)의 외표면은 광섬유의 인접 회선(즉, 권취 공정상)이 풀릴 수 있도록 점성을 갖지 않는 것이 바람직하다.

본 발명의 광섬유의 성분은 선택적으로 안료 또는 염료와 같은 착색물질, 또는 추가 유색 잉크 코팅을 포함한다.

또한, 본 발명의 광섬유는 매트릭스 물질에 의해 둘러싸인, 복수의, 실질적으로 정렬되고 실질적으로 공평면의 광섬유를 함유하는 광섬유 리본으로 형성될 수 있다. 상기 매트릭스 물질은 단일층 또는 혼합구조로 제조될 수 있다. 적당한 매트릭스 물질은 2차 코팅물질로서 사용될 수 있는 공지의 물질 뿐만 아니라, 폴리비닐 클로라이드를 포함한다. 바람직하게 상기 매트릭스 물질은 2차 코팅물을 형성하는데 사용하는 조성물의 중합산물이다.

본 발명은 또한 광섬유를 코팅하는 방법을 포함한다. 전술한 성분 및 촉매를 갖는 코팅물은 섬유의 외표면, 바람직하게는 클래딩(14)의 외표면에 적용된다. 상기 촉매로부터의 양성자가 생성되어 상기 성분의 가수분해를 촉진한다. 상기 양성자는 코팅물이 복사선에 노출되었을 때 생성되는 것이 바람직하다. 복사선의 바람직한 타입은 전술한 목록이다.

상기 성분의 가수분해는 코팅물과 유리 제품의 섬유 외표면 사이에 화학적 결합 또는 강한 연계를 형성한다. 상기 화학적 결합은 후술하는 결합 기술, 자유라디칼 중합, 양이온 중합 및 이들의 혼합의 하나에 의해 형성될 것이다.

또한 본 발명은 유리 제품의 외표면과 코팅물 사이의 접착력을 증대시키는 방법을 포함한다. 본 발명의 관점은 코팅물과 유리 제품 사이의 커플링을 가속시키는 방법으로서 설명될 수 있다. 이 방법은 유리 제품의 외표면에 적어도 하나의 성분 및 촉매를 갖는 코팅물을 적용하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 이후 상기 코팅물은 UV 또는 가시복사선에 노출된다. 상기 코팅물이 복사선에 노출되는 것은 촉매 양성자가 생성되어 상기 성분을 가스분해하는 단계를 포함한다. 이 방법의 바람직한 예에서, 상기 유리 제품은 광섬유이고, 코팅물은 1차 코팅이다.

실시예

본 발명은 발명의 바람직한 예라고 생각되는 하기 실시예를 통해 더욱 상세히 설명될 것이다. 접착 촉진제 팩키지로서 광-산 트리아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트 및 3-메르캅토프로필트리에톡시실란을 함유한 1차 코팅물을 조제하였다. 상기 조제 조성물은 하기 표 1에 나타낸다. 상기 1차 코팅물은 섬유에 적용되고 2차 코팅으로 피복코팅되었다.

성분	상표명/화학명	중량% 또는 pph
올리고머	BR3731	52%
모노머	포토머 4003	45%
광개시제	이가큐어(Irgacure) 1850	3%
항산화제	이가녹스(Irgamox) 1035	1pph
광산	CD1101	1pph
접착 촉진제	3-메르캅토프로필트리에톡시실란	1pph

BR3731=지방족 폴리에테르 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 보머 스페셜티스사; 포토머4003=에톡실레이티드노닐페놀 아크릴레이트, 헨켈; 이가큐어1850=BAPO,광개시제 혼합, 시바 스페셜티 케미칼스; 이가녹스1035=티오디에틸렌 비스(3,5-디-tert-부틸-하이드록시하이드로시나메이트), 시바 스페셜티 케미칼스; CD1101=50% 트리아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트 in 프로필렌 카보네이트, 사토머사.

상기 섬유는 100kpsi에서 입증 실험되었고(a.k.a. 인장 실험됨), 결함을 체크하였다. 섬유의 입증실험의 진행은 1% 인장으로 섬유의 전체 길이를 연속적으로 늘리는 단계를 포함한다. 이러한 섬유의 늘림은 증가되고 뚜렷해지는 모든 결함을 일으킨다. 적당한 결함의 모든 예들은 섬유 코팅의 크랙(crack)이다.

섬유 샘플은 7 및 14일 숙성기간후 실온 및 65℃ 물에 두었다. 상기 섬유는 2주동안 물에 담지되도록 하였다. 상기 섬유는 미세구조 관찰에 의해 분석하였다. 상기 섬유는 물에 의한 박리 및 미세구조 계면 분리(MIS, microscopic interfacial separations)를 평가하였다. 2주 동안 물에 담지시킨 후, 박리 또는 MIS는 관찰되지 않았다. 상기 시험결과는 하기 표 2에 요약하였다.

섬유숙성/담지일/온도	박리수 또는 MIS 수
7일/14일/실온	0
7일/14일/65℃	0
14일/14일/실온	0
14일/14일/65℃	0

광산 및 폴리(알콕시)실란을 함유하는 상기 접착 촉진제 팩키지는 습윤 환경하에서 1차 코팅물과 유리 표면 사이의 우수한 접착력을 유지하는데 효과적이다.

본 발명은 그 발명의 요지 및 범주를 벗어나지 않는 범위내에서 당업자들이 다양하게 변형 및 변경할 수 있음이 명확할 것이다. 따라서, 하기 청구범위의 요지 및 균등물내에서 당업자들에게 실시되면 본 발명의 변형 및 변경으로서 본 발명이커버할 수 있음을 예상할 것이다.

Claims

폴리(알콕시)실란, 알콕시실란, 할로실란, 폴리(할로)실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분; 및 복사선에 노출되었을 때 상기 성분을 가수분해하기 위해 양성자를 생성하는 촉매 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 규산질 표면용 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 상기 촉매 화합물은 광-산(photo-acid)을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서, 상기 성분은 폴리(에톡시)실란, 폴리(메톡시)실란, 폴리(클로로)실란, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리(알콕시)실란은 트리에톡시실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서, 상기 폴리(알콕시)실란은 3-메르캅토프로필트리에톡시실란을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제2항에 있어서, 상기 광-산은 트리아릴설포늄염, 디아릴요오드늄염, 디아릴디아조늄염, 포스포늄염, 안티모늄염, 아비산염, 니트로벤질에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나임을 특징으로 하는 조성물.
제2항에 있어서, 상기 광-산은 트리아릴설포늄 헥사플루오로포스페이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제2항에 있어서, 상기 광-산의 중량%는 약 0.001 내지 약 5.0을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 있어서, 상기 성분의 중량%는 약 0.1 내지 약 10을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제1항에 따른 1차 코팅물을 포함하는 광섬유.
폴리(알콕시)실란, 알콕시실란, 할로실란, 폴리(할로)실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분, 및 복사선에 노출되었을 때 상기 성분을 가수분해하기 위해 양성자를 생성하는 촉매 화합물을 포함하는 코팅물을 섬유의 외표면에 적용하는 단계; 및

상기 성분의 가수분해를 촉진하기 위한 양성자를 촉매로부터 생성하는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 광섬유의 코팅방법.
제11항에 있어서, 상기 생성단계는 상기 코팅물을 복사선에 노출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
제11항에 있어서, 상기 코팅물과 유리제품의 외부 섬유의 표면 사이에 화학적 결합 또는 강한 연계를 형성하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
폴리(알콕시)실란, 폴리(할로)실란, 알콕시실란, 할로실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분 및 촉매를 갖는 코팅물을 외표면에 적용하는 단계; 및

상기 코팅물을 UV 또는 가시 복사선에 노출시키는 단계;

를 포함하는 것을 특징으로 하는 유리제품의 외표면과 코팅물 사이의 접착력을 증대시키는 방법.
제14항에 있어서, 상기 복사선에 대한 코팅물의 노출단계는 상기 성분을 가수분해하기 위해 촉매 양성자를 생성시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
폴리(알콕시)실란, 폴리(할로)실란, 알콕시실란, 할로실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분, 및 복사선에 노출되었을 때 상기 성분을 가수분해하기 위해 양성자를 생성하는 촉매 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 양이온성 복사선 경화 코팅 조성물.
제16항에 있어서, 상기 촉매 화합물이 광-산을 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
제16항에 있어서, 상기 성분이 폴리(에톡시)실란, 폴리(메톡시)실란, 폴리(클로로)실란 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 조성물.
폴리(알콕시)실란, 폴리(할로)실란, 알콕시실란, 할로실란, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 성분을 갖는 코팅물에 광-산을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 규산질 표면용 복사선 경화 코팅물의 저장수명을 향상시키는 방법.
제19항에 있어서, 상기 광-산은 트리아릴설포늄염, 디아릴요오드늄염, 디아릴디아조늄염, 포스포늄염, 안티모늄염, 아비산염, 니트로벤질에스테르 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.