KR20040087643A - Method of Fabricating a Preform for Plastic Optical Fiber - Google Patents

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KR20040087643A
KR20040087643A KR1020030021667A KR20030021667A KR20040087643A KR 20040087643 A KR20040087643 A KR 20040087643A KR 1020030021667 A KR1020030021667 A KR 1020030021667A KR 20030021667 A KR20030021667 A KR 20030021667A KR 20040087643 A KR20040087643 A KR 20040087643A
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황진택
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Abstract

PURPOSE: A method for fabricating a preform of a plastic optical fiber is provided to diffuse easily a monomer of a high refractive index by using supercritical fluid or high-pressure fluid as a diffusion medium. CONSTITUTION: A cylinder(1) is used for supplying a reacting medium. A control unit(4) is used for monitoring a pressure controller(2) and a temperature controller(3). An input unit(5) mixes a monomer with the reacting medium and inputs a mixture of the monomer and the reacting medium. A cylindrical rotating reactor(6) is used for polymerizing the mixture and forming a polymer. A driving shaft(7) is used for rotating the cylindrical rotating reactor. A heating source and a light source(8) are used for performing a monomer polymerization process.

Description

플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법 {Method of Fabricating a Preform for Plastic Optical Fiber}Method for manufacturing base material for plastic optical fiber {Method of Fabricating a Preform for Plastic Optical Fiber}

본 발명은 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초임계 또는 고압 유체를 확산매질로 사용하여 고분자로의 모노머의 확산을 용이하게 하는 것에 의해 플라스틱 광섬유용 모재를 보다 효율적으로 제조할 수 있는 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for producing a base material for plastic optical fibers, and more particularly, to prepare a base material for plastic optical fibers more efficiently by using a supercritical or high pressure fluid as a diffusion medium to facilitate the diffusion of the monomer into the polymer. Provide a way to do it.

통신용 광섬유는 광 시그날의 전달 양식에 따라 단일모드(single-mode) 섬유및 다중모드(multi-mode) 섬유로 구분된다. 현재 사용되는 장거리 고속 통신용 광섬유의 대부분은 석영유리를 기본 물질로 한 스텝인덱스 단일모드(step-index single-mode) 광섬유이며, 상기 유리 광섬유는 그 직경이 5∼10㎛에 불과한 미세 굵기를 갖는다. 따라서, 이러한 유리 광섬유는 정렬(alignment) 및 연결(connection)이 매우 곤란하여 이로 인한 비용 손실이 크다. 반면, 단일모드 광섬유보다 직경이 큰 다중모드 유리 광섬유의 경우, LAN(local area network)과 같은 단거리 통신용으로 사용될 수 있으나, 연결 등에 소요되는 비용이 높고 깨지기 쉬운 단점 등으로 인하여 널리 사용되기에는 어려움이 많았다. 따라서, 트위스티드 패어(twisted pair) 또는 동축 케이블(coaxial cable)과 같은 금속선(cable)이 LAN과 같이 200m 내의 단거리 통신에 주로 사용되었다. 그러나, 금속선은 정보 전달속도(또는 전송대역폭(bandwidth))가 최대 약 150Mbps 정도에 그치므로 2000년대의 ATM(Asynchronous Transfer Mode) 기준인 625Mbps에 도달할 수 없기 때문에 미래의 전달속도 기준을 만족시킬 수 없었다. 상기 이유로 일본과 미국 등에서 지난 10여년에 걸쳐 LAN과 같은 단거리 통신에 사용할 수 있는 고분자 소재의 광섬유 개발에 많은 노력 및 투자가 있어 왔다. 플라스틱 광섬유(이하 'POF'라 함)는 고분자 물질의 유연성 때문에 그 직경이 유리 광섬유보다 100배 이상 큰 0.5∼1.0㎜ 정도에 이를 수 있기 때문에 정렬 또는 연결이 용이하고, 압출성형으로 제조되는 고분자 소재 연결부품(connectors)을 사용할 수 있어서 커다란 비용절감을 예상할 수 있다.Communication optical fibers are classified into single-mode fiber and multi-mode fiber according to the transmission mode of the optical signal. Most of the optical fiber for long distance high speed communication currently used is a step-index single-mode optical fiber based on quartz glass, and the glass optical fiber has a fine thickness of only 5 to 10 탆 in diameter. Therefore, such glass optical fibers are very difficult to align and connect, resulting in high cost loss. On the other hand, multimode glass fiber having a larger diameter than single mode fiber can be used for short-distance communication such as LAN (local area network), but it is difficult to be widely used due to the high cost and fragile disadvantage of connection. Many. Thus, metal cables, such as twisted pairs or coaxial cables, have been used primarily for short-range communications within 200m, such as LANs. However, since the metal wire has a maximum information transfer rate (or bandwidth) of about 150 Mbps, it cannot meet the future transfer rate standard because it cannot reach 625 Mbps, which is the Asynchronous Transfer Mode (ATM) standard of the 2000s. There was no. For this reason, there have been many efforts and investments in the development of polymer optical fibers that can be used for short-range communication such as LAN over the last decade in Japan and the United States. Plastic optical fiber (hereinafter referred to as 'POF') is a polymer material manufactured by extrusion molding because it is easy to align or connect because its diameter can reach about 0.5 to 1.0 mm, which is 100 times larger than glass fiber due to its flexibility. The use of connectors allows for significant cost savings.

한편, POF는 반경방향의 굴절률 변화가 계단형인 스텝 인덱스(step-index,이하 'SI'라 함) 구조, 또는 굴절률이 반경방향으로 점차적으로 변하는 그레디드 인덱스(graded-index, 이하 'GI'라 함) 구조를 가질 수 있으나, SI POF는 모달 분산(modal dispersion)이 크기 때문에 시그날의 전달속도(또는 전송대역폭)가 금속선(cable)보다 빠를 수 없는 반면, GI POF는 모달 분산(modal dispersion)이 작기 때문에 높은 대역폭을 가질 수 있다. 따라서, GI POF는 굵은 직경에서 비롯되는 비용절감의 효과와 작은 모달 분산으로 인한 높은 정보전달속도로 인해 단거리 고속 통신용 매체로서 적합하다고 알려져 있다.On the other hand, POF is a step-index structure in which the refractive index change in the radial direction is stepped (hereinafter, referred to as 'SI'), or a graded index (hereinafter, referred to as 'GI') in which the refractive index gradually changes in the radial direction. Although the SI POF has a large modal dispersion, the signal transmission speed (or transmission bandwidth) cannot be faster than the metal cable, whereas the GI POF has a modal dispersion. Because it is small, it can have a high bandwidth. Therefore, GI POF is known to be suitable as a medium for short distance high speed communication due to the cost saving effect resulting from the thick diameter and the high information transmission speed due to small modal dispersion.

종래 GI POF의 제조공정으로는 일본 게이오 대학교의 고이께 교수의 계면 겔 중합(interfacial gel polymerization) 방법이 1988년 처음으로 발표되었고(Koike, Y. et al., Applied Optics, vol. 27, 486(1988)), 그 후에 도판트를 사용한 많은 공정들이 발표되었으나, 대부분의 공정은 크게 다음과 같은 두 종류의 공정으로 대별될 수 있다.As a conventional method of manufacturing GI POF, the method of interfacial gel polymerization by Professor Koei Kei of Japan Keio University was first published in 1988 (Koike, Y. et al., Applied Optics, vol. 27, 486). 1988), and then many processes using dopants have been published, but most of these processes can be roughly divided into two types of processes.

첫째, 고분자와 분자량이 비교적 작고 굴절률이 높은 첨가제, 즉 도판트를 사용하여 반경방향으로 굴절률이 변하는 예비 성형품 즉, 모재(preform)를 만든 후 상기 모재를 가열, 연신하여 GI POF를 제조하는 배치공정(batch process)이 있다.First, a batch process of preparing a GI POF by heating and stretching the base material after forming a preform, that is, a preform having a refractive index that changes in the radial direction using a polymer and a relatively small molecular weight and a high refractive index, that is, a dopant. There is a batch process.

둘째, 압출공정으로 고분자 섬유를 제조한 후에 그 섬유에 첨가되어 있던 저 분자량의 도판트를 반경방향으로 추출하거나, 역으로 저분자량의 물질을 반경방향으로 투입시켜 GI POF를 제조하는 공정을 들 수 있다.Second, after the polymer fiber is produced by the extrusion process, a low molecular weight dopant added to the fiber is extracted in the radial direction, or conversely, a low molecular weight material is added in the radial direction to prepare GI POF. have.

첫째 공정은 고이케 교수에 의하여 개발된 방법으로 2.5 Gbps의 전달속도를 갖는 GI POF를 제조하는데 성공하였으며, 둘째 공정도 비교적 높은 전송대역폭을갖는 POF 제조에 성공한 것으로 알려져 있다. 전술된 방법들은 대부분 중력에 의해 굴절률 구배가 무너지지 않도록 눕히거나 세운 상태로 회전을 시키면서 공정을 진행한다는 점은 잘 알려진 주지의 사실을 이용한 것이다.The first process was developed by Professor Koike and succeeded in producing GI POFs with a transfer rate of 2.5 Gbps, and the second process is known to succeed in manufacturing POFs with relatively high transmission bandwidths. Most of the above-described methods use well-known facts that the process proceeds while rotating in a state of laying down or standing so that the refractive index gradient does not collapse by gravity.

네덜란드의 Van Duijnhoven과 Bastiaansen에 의하여 개발되어 WO 97/29903에 개시되고 미국특허 제6,166,107호에 등록된 방법은 회전을 이용하되 20,000rpm정도의 아주 강력한 회전을 이용한 것이다. 이 방법은 여타의 종래기술들과 차별화하여 아주 강력한 원심력장하에서 서로 다른 밀도가 높고 굴절률이 낮은 모노머와 밀도가 낮고 굴절률이 높은 모노머의 혼합액이나 모노머에 굴절률이 낮은 고분자를 용해시킨 혼합물을 중합하면, 밀도 구배에 따라서 농도 구배가 생기게 되고 이에 따라서 굴절률 구배가 생기게 되는 초고속 윈심분리의 원리를 이용하였다. 그러나 상기의 방법은 밀도가 큰 모노머가 밀도가 작은 모노머보다 굴절률이 작아야 하므로 사용 모노머의 선택에 제약이 있게 된다. 또한 상기 발명은 고분자 반응에서 항상 발생하는 부피수축의 문제에 대하여는 전혀 언급하지 않았다. 즉, 모노머가 중합되어 고분자가 될 때 부피 수축(volume shrinkage)이 일어나게 되어 원심력에 의하여 만들어지는 플라스틱 광섬유용 모재는 가운데 부분에 빈 관 모양의 중공이 형성되게 된다. 이러한 중공을 채워주기 위해서는 추가의 모노머 투입과정이 필요하기 때문에 실질적으로는 여타의 다른 회전을 이용한 모재 제조 방법들에 비해 제조시간에 있어서 진보가 있다 말하기 어렵다. 또한, 부피 수축이 발생한 모재의 중공을 채우면서 모재를 만들고 이를 이용하여 섬유를 제조하는 경우, 굴절률 분포에 있어서 불연속면이 나타나게 되고, 이는 급격한 전송량 및 광량의 감소를 초래하므로 실제 이용하기에는 제약이 있다.The method, developed by Van Duijnhoven and Bastiaansen of the Netherlands and disclosed in WO 97/29903 and registered in US Pat. No. 6,166,107, uses a very powerful rotation of about 20,000 rpm using rotation. This method differs from other prior arts by polymerizing a mixture of different high density and low refractive index monomers and low density and high refractive index monomers or a mixture of polymers having low refractive index under very strong centrifugal force. According to the density gradient, a gradient of concentration and thus a refractive index gradient are used. However, in the above method, since the monomer having a higher density must have a smaller refractive index than the monomer having a lower density, the selection of the monomer to be used is limited. In addition, the present invention does not mention any problem of volume shrinkage that always occurs in the polymer reaction. That is, when the monomer is polymerized to become a polymer, volume shrinkage occurs, and the hollow fiber-like hollow material is formed at the center of the base material for plastic optical fiber produced by centrifugal force. It is difficult to say that there is an improvement in manufacturing time compared to other methods of manufacturing the base material using other rotations because additional monomer injection process is required to fill this hollow. In addition, when the base material is made while filling the hollow of the base material in which the volume shrinkage occurs, and the fiber is manufactured using the base material, discontinuous surfaces appear in the refractive index distribution, which causes a rapid decrease in the amount of light and the amount of light.

한편, 본 발명자는 상기와 같은 부피수축의 문제점을 해결할 수 있는 GI 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법으로 중공방지형 반응기를 이용한 모재 제조방법을 고안, 출원한 바 있다.(한국특허출원 제2001-78965호 및 미국 특허출원 10/197,215호). 이 방법은 반응기 전체로 반응물을 유입시키기 위한 반응물 유입구를 구비한 투입부와 상기 투입부와 차단벽을 사이에 두고 위치하며, 투입부와 통하는 유로를 차단벽 중앙에 구비한 반응부 및 반응기의 회전시 투입부의 반응물 유입구 공간으로부터 발생하는 중공이 반응부까지 연속되지 못하도록 반응부의 유로와 투입부의 반응물 유입구 사이에 설치되며, 투입부의 반응물이 반응부로 흘러들어갈 수 있도록 하는 하나 또는 둘 이상의 유로를 구비한, 하나 또는 둘 이상의 중공 차단구조를 포함하는 중공 방지형 반응기를 이용하여 굴절률이 상이한 모노머 혼합액을 적절히 투입하여 회전하에서 중합시킴으로서 플라스틱 광섬유용 모재를 제조하는 방법이다.On the other hand, the inventors have devised and applied a method for manufacturing a base material using a hollow-proof reactor as a method of manufacturing a base material for GI plastic optical fiber that can solve the problems of the volume shrinkage as described above. (Korean Patent Application No. 2001-78965 And US patent application Ser. No. 10 / 197,215). In this method, an input unit having a reactant inlet for introducing a reactant into the entire reactor and the input unit and a barrier wall are positioned between the reactor and the reactor and a reactor having a flow path communicating with the input unit in the center of the barrier wall. Installed between the flow path of the reaction portion and the reactant inlet of the input portion so that the hollows generated from the reactant inlet space of the input portion do not continue to the reaction portion, and having one or more flow paths allowing the reactant of the input portion to flow into the reaction portion, It is a method of manufacturing a base material for plastic optical fibers by polymerizing under rotation by appropriately adding a monomer mixture having different refractive indices using a hollow prevention reactor including one or more hollow blocking structures.

또한, 반경방향으로 굴절률이 변하는 모재의 제조방법으로 미국의 Triphathy 등에 의해 개발된 방법이 있다 (미국특허 제5,935,491호). 이 방법은 고분자 재질 및 이와는 굴절률이 다른 첨가제가 들어있는 원통형 모재를 만들고, 고분자 재질에는 비용매(non-solvent)이면서 첨가제에는 상용성이 있는 매질에 담구어 용해성이 있는 첨가제만 추출 확산(out-diffuse)시킴으로서 반경방향으로 굴절률이 변하는 모재를 제조하는데, 특히 초임계 유체(Supercritical Fluid, 이하 SCF)를 반응 매질로 사용하여 제조 시간을 단축하였다. 하지만 이 방법은 반응 매질로 고분자 재질에 용매인 물질은 사용할 수가 없고, 비용매를 사용하게 되더라도 모재를 팽윤(swelling) 시켰기 때문에 모재 제조 후 모재의 모양이 변하게 되며, 모재 최외각부 (edge)의 굴절률이 가파르게 낮아지게 되므로 (미국특허 제5,935,491의 도 3B 참조) 광섬유로 제작하기 위해서는 모재를 제조한 후 클래드를 제조하는 추가의 과정을 거쳐야만 하는 단점이 있다.In addition, there is a method developed by Triphathy et al in the United States as a method of manufacturing a base material that the refractive index changes in the radial direction (US Patent No. 5,935,491). This method creates a cylindrical base material containing a polymer material and additives with different refractive indices, and immerses it in a medium that is non-solvent for the polymer material and compatible with the additive. In order to prepare a base material having a refractive index change in the radial direction, a supercritical fluid (SCF) was used as the reaction medium, thereby shortening the manufacturing time. However, this method can not use a solvent as a reaction medium in the polymer material, even if a non-solvent is used to swell the base material to change the shape of the base material after the base material manufacturing, the outer edge of the base material (edge) Since the refractive index is steeply lowered (see FIG. 3B of U.S. Patent No. 5,935,491), there is a disadvantage in that an optical fiber has to undergo an additional process of manufacturing a clad after manufacturing a base material.

또한 반경방향으로 굴절률이 변하는 플라스틱 광섬유용 모재를 제조하기 위한 방법으로 중심부분에 굴절률이 높은 모노머를 투입하고 확산과 중합을 반복하는 과정을 거치는 방법이 있다(김장주, 신부건, 한국특허 공개번호 2001-067464). 이를 보다 구체적으로 설명하면, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같다. 도 1a에서 21은 클래드로서 중합이 완료된 상태이고 22는 굴절률이 더 높은 모노머 혼합액을 투입하여 첫 번째 층(layer)를 만든 상태이다. 여기서 모노머 혼합액(23)을 투입하고 확산 과정을 거친 후 중합을 하게 되면 도 1b와 같이 되며 오른쪽의 굴절률 분포에서 보는 바와 같이 모노머 혼합액이 확산 되어 서서히 굴절률이 변하는 층이 형성되게 된다. 하지만 이러한 방법으로는 모노머가 고분자에 확산되는데 시간이 많이 걸리기 때문에 직경이 큰 모재를 제조하는 경우 1주일 이상의 시간이 걸릴 수 있는 단점이 있다.In addition, there is a method of manufacturing a base material for plastic optical fibers whose refractive index changes in the radial direction, and a method of adding a monomer having a high refractive index to the center portion and repeating diffusion and polymerization (Kim Jang-Joo, Shin-Geun, Korea Patent Publication No. 2001 -067464). More specifically, this is as shown in FIGS. 1A and 1B. In FIG. 1A, 21 is a clad and polymerization is completed, and 22 is a state in which a first layer is prepared by adding a monomer mixture having a higher refractive index. In this case, when the monomer mixed solution 23 is added and subjected to a diffusion process and then polymerized, as shown in FIG. 1B, as shown in the refractive index distribution on the right, the monomer mixed solution is diffused to form a layer in which the refractive index gradually changes. However, this method takes a long time for the monomer to diffuse into the polymer, there is a disadvantage that may take a week or more when manufacturing a large diameter base material.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 굴절율 구배를 유도하기 위하여 모노머를 고분자로 확산시켜 중합함에 있어, 확산매질을사용하여 확산이 보다 용이하게 이루어지도록 하여 효율적으로 광섬유를 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention is to solve the problems of the prior art as described above, in the polymerizing by diffusing the monomer into the polymer in order to induce the refractive index gradient, using a diffusion medium to make the diffusion more easily to manufacture the optical fiber efficiently The purpose is to provide a way to.

즉, 본 발명은 (a) 원통형 회전반응기에 1종 이상의 모노머를 투입한 후 회전하에서 중합하여 고분자층을 회전반응기 외각에 형성하는 단계; (b) 확산매질, 2종 이상의 모노머 및 첨가제로 이루어진 반응 혼합물을 원통형 회전반응기 내부로 주입하는 단계; (c) 원통형 회전반응기의 회전하에 상기 고분자층을 확산매질에 용해 또는 팽윤시켜 상기 모노머를 고분자로 확산시키면서 중합하는 단계; (d) 확산매질의 압력을 낮추는 단계; (e) 중합반응을 완료하는 단계; 및 (f) 중공의 직경이 모재 직경의 20% 이하가 되거나, 중공이 없어질 때까지 상기 (b)∼(e)단계를 반복하는 단계를 포함하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법에 관한 것이다.That is, the present invention comprises the steps of: (a) injecting one or more monomers into a cylindrical rotary reactor and polymerization under rotation to form a polymer layer on the outer shell of the rotary reactor; (b) injecting a reaction mixture consisting of a diffusion medium, two or more monomers and additives into the cylindrical rotary reactor; (c) polymerizing while dissolving or swelling the polymer layer in a diffusion medium under the rotation of a cylindrical rotary reactor to diffuse the monomer into the polymer; (d) lowering the pressure of the diffusion medium; (e) completing the polymerization reaction; And (f) repeating the steps (b) to (e) until the diameter of the hollow becomes less than or equal to 20% of the diameter of the base material or the hollow disappears. It relates to a method for producing a base material for plastic optical fibers.

본 발명의 다른 측면은 상기 방법에 의해 제조된 플라스틱 광섬유용 모재를 열연신하여 제조된 플라스틱 광섬유에 대한 것이다.Another aspect of the present invention relates to a plastic optical fiber produced by hot stretching a base material for plastic optical fiber produced by the above method.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 의해 광섬유의 제조방법을 설명하는 도면,1A and 1B illustrate a method for manufacturing an optical fiber according to the prior art;

도 2는 본 발명에서 사용되는 회전반응기의 일예를 나타내는 도면,2 is a view showing an example of a rotary reactor used in the present invention,

도 3은 이산화탄소의 상평형도, 및3 is a phase diagram of carbon dioxide, and

도 4는 본 발명의 제조방법에 의해 광섬유를 제조하기 위한 장치의 일예를 나타내는 도면이다.4 is a view showing an example of an apparatus for manufacturing an optical fiber by the manufacturing method of the present invention.

이하에서 하기에 첨부되는 도면 및 실시예를 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings and examples.

본 발명에서는 고분자 내로 굴절율이 높은 모노머를 확산시켜 중합하는 방법에 의해 굴절율 구배를 형성하여 플라스틱 광섬유용 모재를 제조함에 있어, 고분자를 용해 또는 팽윤시켜 모노머의 확산을 도울 수 있는 확산매질을 사용함을 특징으로 한다.In the present invention, by forming a refractive index gradient by a method of diffusing a polymer having a high refractive index into the polymer to produce a base material for plastic optical fiber, by using a diffusion medium that can help dispersing the monomer by dissolving or swelling the polymer. It is done.

본 발명에서 플라스틱 광섬유용 모재를 제조하기 위해 사용되는 모노머로서 종래에 광학 재료로 사용할 수 있는 것으로 알려진 것은 어느 것이나 사용할 수 있으나, 구체적으로 부틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 1-메틸시클로헥실메타크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 클로로벤질메타크릴레이트, 1-페닐에틸메타크릴레이트, 1,2-디페닐에틸메타크릴레이트, 디페닐메틸메타크릴레이트, 퍼퓨릴메타크릴레이트, 1-페닐시클로헥실메타크릴레이트, 펜타클로로페닐메타크릴레이트, 펜타브로모페닐메타크릴레이트, 스티렌, TFEMA(2,2,2-트리플루오로에틸메타크릴레이트), TFPMA(2,2,3,3-테트라플루오로프로필메타크릴레이트), PFPMA(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필메타크릴레이트), HFIPMA(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소프로필메타크릴레이트), HFBM(2,2,3,4,4,4-헥사플루오로부틸메타크릴레이트), HFBMA(2,2,3,3,4,4,4-헵타플루오로부틸메타크릴레이트), PFOMA(1H,1H-퍼플루오로-n-옥틸메타크릴레이트), 및 DHFOA(1,1-dihydroperfluorooctyl acrylate)으로 이루어진 군으로부터 선택된 일종의 모노머 또는 이종 이상의 모노머를 혼합하여 사용할 수 있다.As the monomer used to manufacture the base material for plastic optical fibers in the present invention, any one known to be conventionally used as an optical material may be used. Specifically, butyl acrylate, methyl methacrylate, benzyl methacrylate, and phenyl methacrylate. Acrylate, 1-methylcyclohexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, chlorobenzyl methacrylate, 1-phenylethyl methacrylate, 1,2-diphenylethyl methacrylate, diphenylmethyl methacrylate, Perfuryl methacrylate, 1-phenylcyclohexyl methacrylate, pentachlorophenyl methacrylate, pentabromophenyl methacrylate, styrene, TFEMA (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate), TFPMA (2,2,3,3-tetrafluoropropylmethacrylate), PFPMA (2,2,3,3,3-pentafluoropropylmethacrylate), HFIPMA (1,1,1,3,3 , 3-hexafluoroy Propyl methacrylate), HFBM (2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl methacrylate), HFBMA (2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutylmetha A kind of monomer selected from the group consisting of acrylate), PFOMA (1H, 1H-perfluoro-n-octyl methacrylate), and DHFOA (1,1-dihydroperfluorooctyl acrylate) or a mixture of two or more monomers may be used.

상기 모노머는 UV 중합 또는 열중합에 의해 중합되어 모재를 형성한다. 따라서 모노머 중합시에 첨가제로서 광중합 개시제 및/또는 열중합 개시제가 첨가된다.The monomer is polymerized by UV polymerization or thermal polymerization to form a base material. Therefore, a photoinitiator and / or a thermal polymerization initiator are added as an additive at the time of monomer polymerization.

본 발명에서 사용될 수 있는 광중합 개시제로는, 구체적으로 4-(파라-토릴사이오)벤조페논, 4,4'-비스(디메틸아미노)벤조페논, 2-메틸-4'-(메틸사이오)-2-몰포리노-프로피오페논, 1-하이드록시-사이클로헥실-페닐-케톤, 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온, 벤조페논, 1-[4-(2-하이드록시에톡시)-페닐]-2-하이드록시-2-메틸-1-프로판-1-온, 2-벤질-2-메틸아미노-1-(4-몰포리노페닐)-부타논-1, 2,2-디메톡시-1,2-디페닐메탄-1-온, 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드, 2-메틸-1[4-(메틸씨오)페닐]-2-몰포리노프로판-1-온, 비스(.에타.5-2,4-싸이클로펜타디엔-1-일)-비스(2,6-디플루오로-3-(1H-파이로-1-일)-페닐)티타늄 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.As a photoinitiator which can be used by this invention, specifically, 4- (para- tolyl thio) benzophenone, 4,4'-bis (dimethylamino) benzophenone, 2-methyl-4'- (methyl cyio) -2-morpholino-propiophenone, 1-hydroxycyclohexyl-phenyl-ketone, 2-hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one, benzophenone, 1- [4- ( 2-hydroxyethoxy) -phenyl] -2-hydroxy-2-methyl-1-propan-1-one, 2-benzyl-2-methylamino-1- (4-morpholinophenyl) -butanone- 1, 2,2-dimethoxy-1,2-diphenylmethane-1-one, bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) -phenylphosphineoxide, 2-methyl-1 [4- (methylthio ) Phenyl] -2-morpholinopropan-1-one, bis (.eta.5-2,4-cyclopentadien-1-yl) -bis (2,6-difluoro-3- (1H-py) Ro-1-yl) -phenyl) titanium, and the like, but is not limited thereto.

본 발명에서 사용될 수 있는 열중합 개시제로는, 구체적으로 2,2'-아조비스(이소부티로니트릴), 1,1'-아조-비스(사이크로헥산카르보니트릴), 2,2'-아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴), 2,2'-아조비스(메틸부티로니트릴), 디-tert-부틸 페록사이드, 라우로일페록사이드, 벤조일 페록사이드, tert-부틸 페록사이드, 아조-tert-부탄, 아조-비스-이소프로필, 아조-노르말-부탄, 디-tert-부틸 페록사이드 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.As the thermal polymerization initiator that can be used in the present invention, specifically, 2,2'-azobis (isobutyronitrile), 1,1'-azo-bis (cyclohexanecarbonitrile), 2,2'-azo Bis (2,4-dimethylvaleronitrile), 2,2'-azobis (methylbutyronitrile), di-tert-butyl peroxide, lauroyl peroxide, benzoyl peroxide, tert-butyl peroxide, Azo-tert-butane, azo-bis-isopropyl, azo-normal-butane, di-tert-butyl peroxide and the like can be exemplified, but is not limited thereto.

한편 모재로 제조된 고분자의 분자량을 조절하기 위해서 분자량조절제(chain transfer agent)가 첨가될 수 있는데, 그 구체적인 예로서 노르말-부틸-멀캡탄, 라울리캡탄, 옥틸 멀캡탄, 도데실 멀캡탄, 1-부탄사이올 등을 들 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 모재의 분자량은 광섬유로 연신된 후에도 일정한 기계적 물성을 유지할 수 있으며, 또한 연신이 가능한 범위가 되어야 하는데, 이를 만족시키는 분자량 범위는 일반적으로 대략 중량 평균 분자량 기준으로 10,000 ~ 200,000이다.On the other hand there is a molecular weight modifier (chain transfer agent) may be added to control the molecular weight of the polymer made of a base material, and as a specific example of n-butyl-far kaeptan, La sound far kaeptan, octyl far kaeptan, dodecyl far kaeptan, 1-butanesium and the like, but is not limited thereto. The molecular weight of the base material can maintain a certain mechanical properties even after being drawn into the optical fiber, and should be a range that can be stretched, the molecular weight range that satisfies this is generally 10,000 ~ 200,000 based on the weight average molecular weight.

본 발명에서는 우선 원통형 회전반응기 내에 1종 이상의 모노머를 부분적으로 투입한 후 회전하에서 중합시켜 1차적으로 고분자층을 형성한 후, 고분자층보다 굴절율이 높은 2종 이상의 모노머의 혼합물을, 상기 고분자층을 용해 또는 팽윤시킬 수 있는 확산매질에 혼합하여 원통형 회전반응기로 투입하여 회전하에서 중합함으로서, 모노머의 고분자 층으로의 확산이 용이하게 이루어지도록 하였다. 이때 원통형 회전반응기 내에 고분자층을 형성하기에 앞서 별도의 클래드층을 형성하는 단계를 추가할 수 있다.In the present invention, first, at least one monomer is partially introduced into a cylindrical rotary reactor, and then polymerized under rotation to form a polymer layer primarily, and then a mixture of two or more monomers having a higher refractive index than the polymer layer is used. The mixture was mixed with a diffusion medium capable of dissolving or swelling, introduced into a cylindrical rotary reactor, and polymerized under rotation to facilitate diffusion of the monomer into the polymer layer. At this time, prior to forming the polymer layer in the cylindrical rotary reactor may be added to form a separate clad layer.

모재의 제조에 이용되는 원통형 회전반응기는 바람직하게는 도 2와 같은 구조를 가지는 것을 사용한다. 도 2에 도시된 원통형 반응기는 중심에 구멍(11)이 뚫려있는 상부 뚜껑(12), 원통(13), 및 하부마개(14)로 이루어져 조립 및 탈착이 가능하도록 형성되어 있어, 모재제조의 완료 후, 반응기의 수거 및 재사용이 가능하다는 측면에서 바람직하다. 그러나, 이에 한정되지 않고 본 발명을 적용하기에 적합한 다른 구조의 반응기도 사용가능하다. 상기 회전 반응기의 재질은 내용물을 오염시키지 않고 열과 압력에 안정적인 종래에 알려진 모든 재료가 사용이 가능하며, 일반적으로는 서스, 알루미늄과 같은 메탈 재질이나 이에 크롬, 니켈 등으로 도금한 재질을 사용할 수 있다. 광중합시키는 경우에는 유리, 석영과 같은 UV를 투과할 수 있는 투명한 재질을 사용한다.Cylindrical rotary reactor used in the production of the base material preferably uses a structure having a structure as shown in FIG. The cylindrical reactor shown in FIG. 2 is formed of an upper lid 12, a cylinder 13, and a lower stopper 14 having a hole 11 in the center thereof, and is formed to be assembled and detached, thereby completing the production of the base metal. It is then preferable in view of the possibility of collecting and reusing the reactor. However, not limited to this, other reactors suitable for applying the present invention can be used. As the material of the rotary reactor, all materials known in the art that are stable to heat and pressure without contaminating the contents may be used, and in general, a metal material such as sus and aluminum or a plated with chromium and nickel may be used. . In the case of photopolymerization, a transparent material capable of transmitting UV such as glass or quartz is used.

확산매질로는 모노머에 용매(solvent)인 물질을 사용하거나, 모노머에 용매인 물질과 비용매인 물질을 혼합하여 사용한다. 이러한 확산매질의 구체적인 예로서는 CO2, SF6, C2H6, CCl3F, CClF3, CHF3, 이소프로판올 등의 초임계 또는 고압 유체를 들 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 보다 바람직하게는 초임계 이산화탄소(supercritical CO2)를 사용한다. 초임계 이산화탄소는 환경 친화적이고,초임계 조건이 상대적으로 어렵지 않으며, 대부분의 유기물질을 잘 용해시키고, 대부분의 비정질 고분자를 팽윤시키므로 본원발명의 확산매질로 사용하기에 바람직하다.As the diffusion medium, a solvent may be used as the monomer, or a mixture of a solvent and a non-solvent may be used. Specific examples of such diffusion medium include, but are not limited to, supercritical or high pressure fluids such as CO 2 , SF 6 , C 2 H 6 , CCl 3 F, CClF 3 , CHF 3 , isopropanol, and the like. More preferably supercritical CO 2 is used. Supercritical carbon dioxide is environmentally friendly, is relatively difficult to supercritical conditions, it dissolves most organic materials and swells most amorphous polymers and is therefore preferred for use as the diffusion medium of the present invention.

이산화탄소의 임계 온도 및 압력은 도 3의 이산화탄소 상평형도에서 보는 바와 같이 각각 31.1℃ 및 72.0 atm인데, 본 발명에서 확산매질로 적용되기에 유용한 이산화탄소의 온도 및 압력 조건은 고분자의 중합조건에 따라 다르나 대략적으로 10∼200℃ 및 70∼2000 atm, 보다 바람직하게는 60∼100℃ 및 70∼200 atm이다.The critical temperature and pressure of carbon dioxide are 31.1 ° C. and 72.0 atm, respectively, as shown in the carbon dioxide phase equilibrium diagram of FIG. 3. The temperature and pressure conditions of carbon dioxide useful for the diffusion medium in the present invention vary depending on the polymerization conditions of the polymer. Approximately 10 to 200 ° C. and 70 to 2000 atm, more preferably 60 to 100 ° C. and 70 to 200 atm.

초임계 이산화탄소 내에서의 고분자 합성에 관해서는 DeSimone을 비롯한 연구자들이 많이 진행해 왔다.(J. M. DeSimone et al. Science 257, 956 (1992)) 그러나 PS(polystyrene)나 PMMA(polymethylmethacrylate)와 같은 고분자의 초임계 이산화탄소 내에서의 중합에 관해서는 모노머는 용해성이 좋은데 비해 고분자의 용해성이 떨어지기 때문에 불균일 중합에 대한 연구가 많았고 이에 대한 적당한 안정화제(stabilizer) 선택에 대한 연구가 많이 있어 왔다. (D. E. Betts, et al., in 'High Pressure Chemical Engineering', Ph. R. v. Rohr and Ch. Trepp, Eds. Elsevier, Amsterdam, 1996)DeSimone et al. (JM DeSimone et al. Science 257, 956 (1992)) have been involved in the synthesis of polymers in supercritical carbon dioxide. However, supercritical polymers such as polystyrene (PS) or polymethylmethacrylate (PMMA) have been developed. In terms of polymerization in carbon dioxide, monomers have good solubility but poor solubility of polymers, so many studies have been conducted on heterogeneous polymerization, and many studies on selecting a suitable stabilizer have been made. (D. E. Betts, et al., In 'High Pressure Chemical Engineering', Ph. R. v. Rohr and Ch. Trepp, Eds. Elsevier, Amsterdam, 1996)

본 발명에서는 상기와 같은 사실을 고려하여, 중합 반응이 일정정도 진행된 후에는 확산매질의 압력을 낮추도록 하고 있다. 압력을 낮추지 않고 중합을 계속하게 되면 고분자의 용해성이 떨어지기 때문에 침전이 발생하여 균일중합을 달성할 수 없다. 이때 압력을 낮추는 시점 및 속도에 대해서는 사용된 모노머 및 확산매질의 종류, 확산매질의 첨가량, 온도, 압력, 그리고 안정화제의 사용여부와 그 종류에 따라 달라진다.In the present invention, in consideration of the above fact, after the polymerization reaction is performed to a certain degree, the pressure of the diffusion medium is reduced. If the polymerization is continued without lowering the pressure, the solubility of the polymer is lowered, so that precipitation occurs and homogeneous polymerization cannot be achieved. In this case, the timing and speed of lowering the pressure depend on the type of monomer and diffusion medium used, the amount of diffusion medium added, the temperature, the pressure, and the use and stabilizer of the stabilizer.

모노머와 확산매질의 혼합비율은 사용되는 확산매질 및 모노머의 종류, 첨가제에 따라서 달라지나, 9:1∼4:6 중량비, 보다 바람직하게는 8:2∼6:4 중량비의 범위로 하는 것이 좋다. 상기 범위를 벗어나는 경우 침전이 생기는 문제점이 발생할 수 있다.The mixing ratio of the monomer and the diffusion medium varies depending on the diffusion medium, the type of monomer used, and the additive, but is preferably in the range of 9: 1 to 4: 6 weight ratio, more preferably 8: 2 to 6: 4 weight ratio. . If it is out of the range may cause a problem that precipitation occurs.

본 발명에서 원통형 회전반응기의 속도는 10∼10000rpm 범위로 조절하는 것이 바람직하다. 뿐만 아니라, 굴절률 분포를 조절하기 위하여 원통형 회전반응기의 회전속도에 다양한 변화를 줄 수 있는데, 단순한 회전 및 정지의 반복뿐만 아니라 진폭과 주기를 달리하는 삼각함수와 같이 변화하는 속도함수를 가지도록 할 수 있다.In the present invention, the speed of the cylindrical rotary reactor is preferably adjusted in the range of 10 to 10000 rpm. In addition, various adjustments can be made to the rotational speed of the cylindrical reactor to adjust the refractive index distribution. In addition to the simple repetition of rotation and stoppage, it is possible to have a variable speed function such as trigonometric functions with different amplitudes and periods. have.

또한 원하는 굴절률 분포를 가지는 모재를 제조하기 위하여 확산매질의 온도와 압력을 일정하게 유지하는 것 뿐만 아니라 모재 제조과정 중에 압력과 온도를 주기함수 또는 비 주기함수의 모양으로 조절하는 것도 가능하며, 나아가 액상과 기상의 어떠한 상에서의 한 곳(point)이나 두 곳 사이의 이동 과정중에 모재를 제조할 수도 있다. 특히 반응 매질을 액상에서 기상으로 바꾸고자 할 때, 초임계상을 거치게 되면 급격한 상의 변화가 없으므로 모재의 상세구조(morphology)의 안정성을 유지하는데 유리한 점이 있다.In addition, in order to prepare a base material having a desired refractive index distribution, not only the temperature and pressure of the diffusion medium may be kept constant, but also the pressure and temperature may be adjusted in the form of a periodic function or an aperiodic function during the process of manufacturing the base material. The base material may be manufactured during the course of movement between a point or two in any phase of weather and weather. In particular, when changing the reaction medium from the liquid phase to the gaseous phase, there is an advantage in maintaining the stability of the morphology of the base material because there is no abrupt phase change when going through the supercritical phase.

한편 UV 중합시에는 균일 중합을 위해 UV 광원을 펄스형태로 조사하면서 중합반응을 진행할 수 있다.On the other hand, during the UV polymerization, the polymerization reaction may proceed while irradiating a UV light source in the form of a pulse for uniform polymerization.

상기와 같은 단계, 즉 모노머를 확산매질에 혼합하여 중합을 진행시키는 과정을 반복하여 모재를 제조하게 되는데, 이때 모재의 내부로 갈수록 굴절율이 높은 모노머를 사용하는 것에 의해 GI형 플라스틱 광섬유의 모재를 제조할 수 있다. 이때 모재는 중심이 완전히 채워진 형태로 제조될 수도 있고, 모재 중심의 중공의 직경이 모재전체 직경의 20% 이하가 되는 범위에서 중공이 형성된 상태로 제조될 수도 있다.The base material is manufactured by repeating the above steps, that is, mixing the monomers in the diffusion medium and proceeding the polymerization, wherein the base material of the GI-type plastic optical fiber is manufactured by using a monomer having a higher refractive index toward the inside of the base material. can do. At this time, the base material may be manufactured in a form in which the center is completely filled, or may be manufactured in a state in which the hollow is formed in a range where the diameter of the hollow of the center of the base material is 20% or less of the total diameter of the base material.

도 4는 본 발명에 의해 플라스틱 광섬유용 모재를 제조하기 위한 장치의 일례를 나타낸다. 상기 모재 제조장치는 반응 매질을 공급하는 실린더(1); 압력조절 장치(2) 및 온도조절 장치(3)를 모니터링 할 수 있는 컨트롤 장치(4); 모노머와 반응 매질을 혼합하여 투입할 수 있는 투입장치(5); 원통형 회전반응기(6); 이를 회전시킬 수 있는 구동축(7); 및 모노머의 중합반응을 진행시킬 수 있는 열원이나 광원(8)으로 이루어 진다.4 shows an example of an apparatus for producing a base material for plastic optical fibers according to the present invention. The base material manufacturing apparatus includes a cylinder (1) for supplying a reaction medium; A control device 4 capable of monitoring the pressure regulating device 2 and the temperature regulating device 3; A dosing device (5) capable of mixing the monomers with the reaction medium; Cylindrical rotary reactor 6; A drive shaft 7 capable of rotating it; And a heat source or a light source 8 capable of advancing the polymerization of the monomers.

상기와 같은 구조와 더불어 이산화탄소 압력을 줄이는 과정에서 모노머가 빠져나오므로 이 모노머를 리사이클 시키면서 반응할 수 있는 장치를 추가적으로 구비하는 것도 가능하다.In addition to the structure described above, since the monomer is released in the process of reducing the carbon dioxide pressure, it is possible to further include a device that can react while recycling the monomer.

원통형 회전반응기로부터 모재를 습득하는 단계에서는 온도조절이 가능하고 초음파나 그외의 진동 발생이 가능한 장치를 가지는 욕조(bath)내에서 천천히 온도를 낮추게 되면 열팽창 계수의 차이에 의해 모재와 회전반응기 사이의 표면이 떨어지게 되어 제조된 모재를 얻을 수 있다.In the step of acquiring the base material from the cylindrical rotary reactor, if the temperature is slowly lowered in a bath having a device capable of temperature control and ultrasonic or other vibration, the surface between the base material and the rotary reactor may be affected by the difference in the coefficient of thermal expansion. This fall can be obtained to obtain the prepared base material.

상기 제조방법에 따라 제조되는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조에서는 일반적으로 중합반응을 위한 열전달을 원활하게 하기 위해 모재의 반지름을 1∼10 cm로 하는 것이 적당하다. 또한 모재의 길이는 통상적인 열 연신(thermal drawing)공정에 적합하도록 약 100 cm 이내로 하는 것이 적당하다.In the production of the base material for plastic optical fibers manufactured according to the above-mentioned manufacturing method, in order to facilitate heat transfer for the polymerization reaction, it is generally appropriate to set the radius of the base material to 1 to 10 cm. In addition, the length of the base material is suitably within about 100 cm to be suitable for a conventional thermal drawing process.

본 발명에 의해 제조되는 플라스틱 광섬유용 모재는 열 연신(thermal drawing)의 과정을 거쳐 원하는 직경의 굴절률 분포형 플라스틱 광섬유로 변환시켜 사용한다. 모재의 내부에 중공이 형성된 경우에는 열 연신중 모재의 중공이 메워지게 하기 위하여 모재를 잡는 상부는 모재의 중공에 1 atm 이하의 저압을 걸어줄 수 있다.The base material for plastic optical fibers manufactured by the present invention is used by converting into a refractive index distributed plastic optical fiber having a desired diameter through a process of thermal drawing. When the hollow is formed inside the base material, the upper part of the base material may be applied with a low pressure of 1 atm or less to the hollow of the base material in order to fill the hollow of the base material during thermal stretching.

하기에서 본 발명을 실시예에 의하여 보다 구체적으로 설명하고자 하나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the following Examples are intended to illustrate the present invention and are not intended to limit the present invention.

실시예에서는 도 2 및 도 4에 도시된 구조의 회전반응기 및 제조장치를 사용하였다. 이때 회전반응기의 직경은 55mm, 길이는 300mm였으며, 원통형 회전반응기 내에 15mm두께의 클래드 층을 형성하여 사용하였다. 한편 모노머로서는 테트라플루오로프로필메타크릴레이트(TFPMA)와 트리플루오로에틸메타크릴레이트(TFEMA)를 사용하여 그 조성을 달리하여 광중합을 통해 반경방향으로 굴절률이 변하는 모재를 제조하였으며, 광중합 개시제로서 4-(파라-토릴사이오)벤조페논(0.02mol%)을 사용하였고, 분자량 조절제로 노르말-부틸-멀캡탄(1-BuSH)을 사용하였다. 분자량 조절제의 투입량은 투입단계마다 약간씩 다를 수 있으나 일반적으로 0.13 중량%에서0.21 중량%였다. 모노머는 광개시제와 분자량 조절제과 혼합된 상태로 저장되었다. 사용된 이산화탄소는 99.995%의 순도이며 습기와 먼지를 제거하는 필터를 거쳐서 모재 제조장치내로 투입되도록 하였다. 습득된 모재는 중공이 있으므로 열연신 중 중공내부의 압력을 0.2 atm으로 하여 직경 0.75 mm의 광섬유로 연신한 후, 650 nm 펄스 레이져를 광원으로 사용하여 펄스 브로더닝(pulse broadening)법으로 50 m 지점에서의 대역폭을 측정하였다. 이때 입력펄스의 NA는 0.2로 하였다. 상기 펄스 브로더닝(Pulse broadening)법에 의한 대역폭 측정에 관한 자세한 내용은 R. Olshansky and D. R. Keck, Appl. Optics, vol. 15, pp. 483-491, 1976을 참조할 수 있다.In the embodiment, a rotary reactor and a manufacturing apparatus of the structure shown in FIGS. 2 and 4 were used. At this time, the diameter of the rotary reactor was 55mm, the length was 300mm, was used to form a cladding layer of 15mm thickness in the cylindrical rotary reactor. Meanwhile, tetrafluoropropyl methacrylate (TFPMA) and trifluoroethyl methacrylate (TFEMA) were used as monomers to prepare a base material having a refractive index change in the radial direction through photopolymerization. (Para-torylcyio) benzophenone (0.02 mol%) was used, and normal-butyl-mercaptan (1-BuSH) was used as a molecular weight regulator. The dosage of the molecular weight modifier may vary slightly between dosing steps, but was generally 0.13% to 0.21% by weight. The monomer was stored in a mixed state with a photoinitiator and a molecular weight regulator. The carbon dioxide used was 99.995% pure and passed through a filter to remove moisture and dust into the base material manufacturing equipment. Since the obtained base material is hollow, it is stretched with an optical fiber of 0.75 mm in diameter with a pressure inside the hollow at 0.2 atm during hot stretching, and then 50 m point by pulse broadening method using a 650 nm pulse laser as a light source. The bandwidth at is measured. At this time, NA of the input pulse was 0.2. For details on bandwidth measurement by the pulse broadening method, see R. Olshansky and D. R. Keck, Appl. Optics, vol. 15, pp. 483-491, 1976.

실시예 1 :Example 1:

단계별로 모노머의 투입조성은 표 1과 같다. 1 단계는 UV를 일정하게 조사하면서 모재 제조장치 내부의 온도를 65℃ 로 고정하고 아르곤 분위기(1 atm) 에서 24시간동안 300 rpm으로 회전하면서 반응하여 고분자층을 제조하였다. 2단계부터는 초임계 이산화탄소하에서 중합하였는데 단계 2와 같이 모노머를 투입하되 모노머와 이산화탄소의 혼합 비율을 7:3 중량비로 하고, 압력을 35MPa로 하였다. 4시간동안 300 rpm으로 원통형 회전반응기를 회전하면서 UV 펄스를 조사하여 중합을 실시하였고, 이후에 이산화탄소의 압력을 대기압으로 낮추어 12시간동안 중합을 더 실시하였다. 침전은 생기지 않았으며 같은 조건으로 계속해서 각 단계를 반복하여 진행하여 최종적으로 10mm 직경의 중공이 형성된 모재를 얻었고 이를 열연신하여 제조된 광섬유의 대역폭은 50m 당 2.1 Gbps였다.The composition of the monomer input step by step is shown in Table 1. In the first step, the inside of the base material manufacturing apparatus was fixed at 65 ° C. while irradiating UV constantly, and reacted while rotating at 300 rpm for 24 hours in an argon atmosphere (1 atm) to prepare a polymer layer. From step 2, the polymerization was carried out under supercritical carbon dioxide. The monomer was added as in step 2, but the mixing ratio of monomer and carbon dioxide was 7: 3 by weight, and the pressure was 35 MPa. The polymerization was carried out by irradiating UV pulses while rotating a cylindrical rotary reactor at 300 rpm for 4 hours, and then the polymerization was further performed for 12 hours by lowering the pressure of carbon dioxide to atmospheric pressure. Precipitation did not occur, and each step was repeated under the same conditions to obtain a matrix having a final diameter of 10 mm in diameter, which was thermally stretched to have a bandwidth of 2.1 Gbps for 50 m.

단계step TFPMA(ml)TFPMA (ml) TFEMA(ml)TFEMA (ml) 1-BuSH(ml)1-BuSH (ml) 1One 390390 00 1.221.22 22 130130 3838 0.490.49 33 110110 3636 0.410.41 44 9090 3131 0.320.32 55 8181 2929 0.270.27 66 6868 2525 0.220.22 77 5959 2323 0.190.19 88 5151 2020 0.150.15 99 4040 1616 0.120.12 1010 2121 99 0.060.06

실시예 2 :Example 2:

실시예 1과 같은 조건으로 모재를 제조하되, 이산화탄소의 압력을 100 atm로 하여 모재를 제조하였으며, 약 10mm의 직경이 형성된 모재를 얻었다. 이를 이용하여 제조된 광섬유의 대역폭은 50m당 1.0 Gbps였다.A base material was prepared under the same conditions as in Example 1, but the base material was prepared at a pressure of carbon dioxide of 100 atm, and a base material having a diameter of about 10 mm was obtained. The bandwidth of the optical fiber manufactured using this was 1.0 Gbps per 50m.

본 발명에 의해 초임계 또는 고압유체를 확산매질로 사용하여 굴절율이 높은 모노머의 확산이 용이하게 이루어지도록 함으로서 새롭고도 개선된 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, by using a supercritical or high pressure fluid as a diffusion medium, it is possible to easily diffuse the monomer having a high refractive index, thereby providing a new and improved method for producing a base material for plastic optical fibers.

Claims (13)

(a) 원통형 회전반응기에 1종 이상의 모노머를 투입한 후 회전하에서 중합하여 고분자층을 회전반응기 외각에 형성하는 단계;(a) adding at least one monomer to a cylindrical rotary reactor and polymerizing under rotation to form a polymer layer on the outer shell of the rotary reactor; (b) 확산매질, 2종 이상의 모노머 및 첨가제로 이루어진 반응 혼합물을 원통형 회전반응기 내부로 주입하는 단계;(b) injecting a reaction mixture consisting of a diffusion medium, two or more monomers and additives into the cylindrical rotary reactor; (c) 원통형 회전반응기의 회전하에 상기 고분자층을 확산매질에 용해 또는 팽윤시켜 상기 모노머를 고분자로 확산시키면서 중합하는 단계;(c) polymerizing while dissolving or swelling the polymer layer in a diffusion medium under the rotation of a cylindrical rotary reactor to diffuse the monomer into the polymer; (d) 확산매질의 압력을 낮추는 단계;(d) lowering the pressure of the diffusion medium; (e) 중합반응을 완료하는 단계; 및(e) completing the polymerization reaction; And (f) 중공의 직경이 모재 직경의 20% 이하가 되거나, 중공이 없어질 때까지 상기 (b)∼(e)단계를 반복하는 단계를 포함하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.(f) repeating the steps (b) to (e) until the diameter of the hollow is less than or equal to 20% of the diameter of the base material or the hollow is disappeared. Method for producing a base material for plastic optical fibers. 제 1항 있어서, 상기 모노머로서 메틸메타크릴레이트, 벤질메타크릴레이트, 페닐메타크릴레이트, 1-메틸시클로헥실메타크릴레이트, 시클로헥실메타크릴레이트, 클로로벤질메타크릴레이트, 1-페닐에틸메타크릴레이트, 1,2-디페닐에틸메타크릴레이트, 디페닐메틸메타크릴레이트, 퍼퓨릴메타크릴레이트, 1-페닐시클로헥실메타크릴레이트, 펜타클로로페닐메타크릴레이트, 펜타브로모페닐메타크릴레이트, 스티렌, TFEMA(2,2,2-트리플루오로에틸메타크릴레이트), TFPMA(2,2,3,3-테트라플루오로프로필메타크릴레이트), PFPMA(2,2,3,3,3-펜타플루오로프로필메타크릴레이트), HFIPMA(1,1,1,3,3,3-헥사플루오로이소메타크릴레이트), HFBM(2,2,3,4,4,4-헥사플루오로부틸메타크릴레이트), HFBMA(2,2,3,3,4,4,4-헵타플루오로부틸메타크릴레이트), PFOM(1H,1H-퍼플루오로-n-옥틸메타크릴레이트), 및 DHFOA(1,1-dihydroperfluorooctyl acrylate)로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of claim 1, wherein as the monomer, methyl methacrylate, benzyl methacrylate, phenyl methacrylate, 1-methylcyclohexyl methacrylate, cyclohexyl methacrylate, chlorobenzyl methacrylate, 1-phenylethyl methacrylate Late, 1,2-diphenylethyl methacrylate, diphenylmethyl methacrylate, perfuryl methacrylate, 1-phenylcyclohexyl methacrylate, pentachlorophenyl methacrylate, pentabromophenyl methacrylate, Styrene, TFEMA (2,2,2-trifluoroethylmethacrylate), TFPMA (2,2,3,3-tetrafluoropropylmethacrylate), PFPMA (2,2,3,3,3- Pentafluoropropylmethacrylate), HFIPMA (1,1,1,3,3,3-hexafluoroisomethacrylate), HFBM (2,2,3,4,4,4-hexafluorobutyl Methacrylate), HFBMA (2,2,3,3,4,4,4-heptafluorobutylmethacrylate), PFOM (1H, 1H-perfluoro-n-octylmethacrylate), And DHFOA (1,1-dihydroperfluorooctyl acrylate). A method of manufacturing a base material for plastic optical fibers, characterized in that using one selected from the group consisting of. 제 1항에 있어서, 상기 첨가제로서 광중합 개시제 또는 열중합 개시제와 분자량 조절제가 혼합되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of manufacturing a base material for plastic optical fiber according to claim 1, wherein a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator and a molecular weight regulator are mixed as the additive. 제 1항에 있어서, 상기 중합반응이 UV 중합 또는 열중합에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of manufacturing a base material for plastic optical fiber according to claim 1, wherein the polymerization reaction is performed by UV polymerization or thermal polymerization. 제 1항에 있어서, 상기 확산매질로서 모노머에 대해 용매인 물질 또는 용매와 비용매인 물질을 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조 방법.The method of manufacturing a base material for plastic optical fibers according to claim 1, wherein a material of a solvent or a solvent and a non-solvent is mixed with the monomer as the diffusion medium. 제 1항에 있어서, 상기 확산매질로서 이산화탄소, SF6, C2H6, CCl3F, CClF3, CHF3, 또는 이소프로판올의 초임계 또는 고압 유체를 사용하는 것을 특징으로 하는플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of claim 1, wherein a supercritical or high pressure fluid of carbon dioxide, SF 6 , C 2 H 6 , CCl 3 F, CClF 3 , CHF 3 , or isopropanol is used as the diffusion medium. Manufacturing method. 제 6항에 있어서, 상기 확산 매질로서 70∼2000 atm 및 10∼200℃ 범위의 초임계 또는 고압 이산화탄소를 사용하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.7. The method of claim 6, wherein supercritical or high pressure carbon dioxide in the range of 70 to 2000 atm and 10 to 200 DEG C is used as the diffusion medium. 제 1항에 있어서, 모노머와 확산매질의 혼합비율을 9:1∼4:6 중량비 범위로 조절하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of manufacturing a base material for plastic optical fiber according to claim 1, wherein the mixing ratio of the monomer and the diffusion medium is adjusted in a weight ratio of 9: 1 to 4: 6. 제 1항에 있어서, 상기 회전반응기를 정속회전 또는 변속회전시키는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of manufacturing a base material for plastic optical fiber according to claim 1, wherein the rotary reactor is rotated at a constant speed or at a constant speed. 제 1항에 있어서, 상기 반응매질의 압력과 온도를 주기, 위상 및 진폭이 변화하는 특정한 형태의 함수를 따르는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of manufacturing a base material for plastic optical fiber according to claim 1, wherein the pressure and temperature of the reaction medium follow a specific form of change in period, phase and amplitude. 제 1항에 있어서, 상기 확산매질의 온도 및 압력조건이 액상(liquid phase), 초임계상(supercritical phase), 기상(vapor phase) 중 한가지 상으로 유지되거나, 또는 한가지 이상의 상사이를 이동하도록 조절되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of claim 1, wherein the temperature and pressure conditions of the diffusion medium are controlled to be maintained in one of a liquid phase, a supercritical phase, a vapor phase, or to move between one or more phases. Method for producing a base material for plastic optical fiber, characterized in that. 제 1항에 있어서, 상기 (b)단계에서 사용되는 모노머 혼합물의 굴절율을 점차적으로 변화시킴에 의해 모재의 반경방향에 따른 굴절율 변화를 유도하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 광섬유용 모재의 제조방법.The method of manufacturing a base material for plastic optical fibers according to claim 1, wherein a change in refractive index in the radial direction of the base material is induced by gradually changing the refractive index of the monomer mixture used in step (b). 제 1항 또는 2항의 방법에 의해 제조된 플라스틱 광섬유용 모재를 열연신하여 제조된 플라스틱 광섬유.The plastic optical fiber manufactured by heat-extending the base material for plastic optical fibers manufactured by the method of Claim 1 or 2.
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