KR20210050383A

KR20210050383A - 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법 및 이를 이용한 광케이블의 제조방법

Info

Publication number: KR20210050383A
Application number: KR1020190134907A
Authority: KR
Inventors: 최연배; 남영식; 신우택; 박원호; 유룡; 남형찬; 권혁상
Original assignee: (주)구스텍; 디에스전선소재 주식회사
Priority date: 2019-10-28
Filing date: 2019-10-28
Publication date: 2021-05-07
Also published as: KR102329885B1

Abstract

본 발명은 (메타)아크릴산 중합단위를 30 중량% 이상 포함하는 아크릴계 유화 중합체로 된 흡수성 수지가 분산매에 분산된 pH가 6 내지 7인 코팅액을 준비하는 단계; 및 상기 코팅액에 유리섬유를 침지시키고 이를 건조시키는 단계를 포함하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따라 제조된 코팅층을 갖는 흡수성 유리섬유는 수분 흡수성이 증대되므로, 이러한 코팅층이 형성된 유리섬유를 보강재로서 이용하여 광섬유 코어부를 에워싸도록 배치한 광케이블은 외부로부터 유입되는 수분으로부터 광섬유 코어부가 보호된다.

Description

광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법 및 이를 이용한 광케이블의 제조방법 {MANUFACTURING METHOD OF GLASS FIBER HAVING WATER ABSORBABILITY FOR OPTICAL CABLE AND MANUFACTURING METHOD OF OPTICAL CABLE USING THE SAME}

본 발명은 광케이블의 광섬유를 보호하기 위해 광섬유를 에워싸도록 위치한 보강재로 사용되는 유리섬유에 흡수성을 부여하는 방법 및 이를 이용하여 광케이블을 제조하는 방법에 관한 것이다.

광섬유를 이용한 광케이블은 공간을 많이 차지하지 않으면서도 높은 전송속도와 에러율이 낮아서 고속 데이터 송수신과 같이 높은 신뢰도를 필요로 하는 데이터 전송분야에 특히 많이 사용되고 있다.

도 1은 통상적인 광케이블의 단면 개략도이다. 일반적으로 광케이블은 도 1에 도시된 바와 같이 광케이블의 중앙부에 위치하는 광섬유 코어부(1)에 상기 광섬유(1)를 보호하기 위해 광섬유를 에워싸도록 배치시킨 보강재(2)를 구비한다.

상기 보강재(2)에는 필요에 따라 립코드(3)를 섞고, 보강재(2)와 립코드(3) 외주에는 수지 코팅층(4)을 형성한다. 립코드(3)는 광케이블의 수리 등을 위해 광케이블의 수지 코팅층(4)을 쉽게 벗겨내는 역할을 하며, 수지 코팅층(4)에 의해 광케이블의 내부가 보호된다.

보강재(2)는 광섬유(1)를 보호하는 역할을 하는데, 보강재(2)로는 통상적으로 여러가닥의 전방향족 폴리아미드 필라멘트들이 무연(無撚) 상태로 합사되어 있는 케블라가 많이 사용된다. 그러나, 케블라는 가격이 매우 비싸므로 최근에는 고탄성률을 가지면서 상대적으로 저렴한 유리섬유로 대체하려는 노력이 계속되고 있다.

한편, 광케이블의 내부로 수분이 침투시 광섬유 코어부(1) 등에 악영향을 끼치는 것을 방지하기 위하여 다양한 기술들이 적용되고 있다. 예를 들어 케이블 내로 침투한 수분을 흡수하여 팽윤함으로서 내부로의 물의 이동을 저지하는 고흡수성 수지를 케이블 내에 충전하거나, 흡수성 테이프를 적용하기도 한다. 또한, 유리섬유와 같은 보강재(2)에 흡수성 수지를 코팅하여 수분 침투시 보강재(2)에 코팅된 흡수성 수지가 수분을 흡수 및 팽윤함으로서 광섬유 코어부(1) 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기도 한다.

따라서, 유리섬유 보강재의 표면에는 유리섬유에 대한 높은 밀착성과 수분 흡수성을 갖는 층을 형성하는 것이 요구된다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 광케이블의 유리섬유에 대한 높은 밀착성과 수분 흡수성을 갖는 층을 갖는 흡수성 유리섬유의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 전술한 제조방법을 이용한 광케이블의 제조방법을 제공하는데 있다.

전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은,

(메타)아크릴산 중합단위를 30 중량% 이상 포함하는 아크릴계 유화 중합체로 된 흡수성 수지가 분산매에 분산된 pH가 6 내지 7인 코팅액을 준비하는 단계; 및

상기 코팅액에 유리섬유를 침지시키고 이를 건조시키는 단계를 포함하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법에 있어서, 상기 (메타)아크릴산 중합단위는 아크릴산 또는 메타크릴산 중 적어도 하나로부터 유래된 것일 수 있다.

또한, 상기 아크릴계 유화 중합체는 탄소수가 1 내지 12인 알킬 (메타)아크릴레이트로부터 유래된 중합단위를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법에 있어서, 상기 아크릴계 유화 중합체는 아크릴산 3 내지 7 중량%, 메타크릴산 25 내지 40 중량% 및 나머지 량의 에틸 아크릴레이트로부터 유래된 중합단위들로 이루어진 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법에 있어서, 아크릴계 유화 중합체로 된 흡수성 수지가 분산되는 분산매는 물과 에탄올의 혼합물일 수 있다.

본 발명의 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법에 있어서, 상기 아크릴계 유화 중합체의 함량은 흡수성 코팅액 총 중량을 기준으로 4 내지 12 중량%일 수 있다. 전술한 본 발명의 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법에 따라 제조된 흡수성 유리섬유를 광섬유 코어부를 에워싸도록 배치함으로서 광케이블을 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조한 광케이블용 흡수성 유리섬유는 소정의 아크릴계 유화 중합체를 이용함으로서 유리섬유에 대한 코팅층의 밀착성이 양호하다.

또한, 소정 함량의 (메타)아크릴산 중합단위를 포함하는 아크릴계 유화 중합체의 코팅액을 소정 pH 범위로 조절함으로서 흡수성이 증대된 코팅층으로 형성될 수 있다.

따라서, 이러한 코팅층이 형성된 유리섬유를 보강재로서 이용하여 광섬유 코어부를 에워싸도록 배치하면 외부로부터 유입되는 수분으로부터 광섬유 코어부를 보호할 수 있는 광케이블을 제조할 수 있다.

도 1은 통상적인 광케이블의 단면 개략도이다.
도 2는 얻어진 아크릴계 유화 중합체를 적외선 분광장치 (Alpha-P, Bruker)를 사용하여 얻은 IR 차트이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 코팅액의 점도를 측정하여 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 코팅액으로 코팅층을 형성한 유리섬유의 수분 흡수도를 도시한 그래프이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명은 (메타)아크릴산 중합단위를 30 중량% 이상 포함하는 아크릴계 유화 중합체로 된 흡수성 수지가 분산매에 분산된 pH가 6 내지 7인 코팅액을 준비하는 단계; 및

먼저, 본 발명의 제조방법에 따라, (메타)아크릴산 중합단위를 30 중량% 이상 포함하는 아크릴계 유화 중합체로 된 흡수성 수지가 분산매에 분산된 pH가 6 내지 7인 코팅액을 준비한다.

앞서 설명한 바와 같이, 유리섬유 보강재의 표면에 형성된 흡수성 코팅층은 유리섬유에 대한 높은 밀착성이 요구된다. 본 발명에 따른 코팅액은 흡수성 수지 성분으로서 (메타)아크릴산 중합단위를 30 중량% 이상 포함하는 아크릴계 유화 중합체를 사용함으로서 유리섬유에 대한 밀착성이 양호하다. 여기서, (메타)아크릴산이라는 용어는 아크릴산 또는 메타크릴산을 모두 포함하는 의미로 해석되어야 한다.

코팅액에 있어서, 상기 (메타)아크릴산 중합단위는 아크릴산 또는 메타크릴산 중 적어도 하나로부터 유래된 것일 수 있다.

또한, 상기 아크릴계 유화 중합체는 탄소수가 1 내지 12인 알킬 (메타)아크릴레이트로부터 유래된 중합단위를 더 포함할 수 있다. 여기서, (메타)아크릴레이트라는 용어는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트를 모두 포함하는 의미로 해석되어야 한다.

알킬 (메타)아크릴레이트로는 메틸 (메타)아크릴레이트, 에틸 (메타)아크릴레이트, n-프로필 (메타)아크릴레이트, 이소프로필 (메타)아크릴레이트, n-부틸 (메타)아크릴레이트, t-부틸 (메타)아크릴레이트, sec-부틸 (메타)아크릴레이트, 펜틸 (메타)아크릴레이트, 2-에틸헥실 (메타)아크릴레이트, 2-에틸부틸 (메타)아크릴레이트, n-옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소옥틸 (메타)아크릴레이트, 이소노닐 (메타)아크릴레이트, 라우릴(메타)아크릴레이트, 테트라데실 (메타)아크릴레이트 등을 1종 이상 사용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 아크릴계 유화 중합체는 아크릴산 3 내지 7 중량%, 메타크릴산 25 내지 40 중량% 및 나머지 량의 에틸 아크릴레이트로부터 유래된 중합단위들로 이루어진 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 코팅액에는 상기 흡수성 수지가 분산되는 분산매를 포함한다. 분산매는 물과 에탄올의 혼합물일 수 있다. 합성된 아크릴계 유화 중합체는 물에 분산된 형태로 얻어지게 되고, 여기에 에탄올을 더 첨가하여 코팅 및 건조공정이 원활하게 진행되도록 할 수 있다.

한편, 본 발명의 코팅액은 pH를 6 내지 7로 조절된다.

아크릴계 유화 중합체에 포함된 (메타)아크릴산 중합단위는 함유된 카르복실기로 인해 흡수성을 발현한다. 이러한 아크릴계 유화 중합체는 pH가 증가할수록 카르복실기의 수소 이온이 해리되면서 사슬간의 정전기적 반발력에 의해 사슬이 펼쳐져서 흡수성이 더욱 양호해진다. 따라서, 본 발명에서는 코팅액의 pH를 6 내지 7로 조절함으로서 아크릴계 유화 중합체로 된 흡수성 수지를 포함하는 코팅액의 코팅 및 건조시 흡수성이 개선된 코팅층을 형성하였다.

코팅액에 있어서, 상기 아크릴계 유화 중합체의 함량은 흡수성 코팅액 총 중량을 기준으로 4 내지 12 중량%인 것이 코팅 용이성과 형성되는 코팅층의 흡수성을 고려할 때 바람직하다.

이어서, 준비한 코팅액에 유리섬유를 침지시키고 이를 건조시켜 유리섬유 표면에 흡수성 코팅층을 형성한다.

이렇게 제조된 코팅층을 갖는 흡수성 유리섬유는 유리섬유와 코팅층의 밀착성이 양호하며, 수분 흡수성이 우수하다.

이렇게 제조한 흡수성 유리섬유를 광섬유 코어부를 에워싸도록 배치시킴으로서 외부로부터 유입되는 수분으로부터 광섬유 코어부를 보호할 수 있는 광케이블을 제조할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어져서는 안된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다.

실시예 1~5

<아크릴계 유화 중합체의 제조>

유화중합을 하기 위한 재료로서 음이온계 계면활성제인 TLA-40S와 TCOPS-1 및 비이온계 계면활성제인 TFN-10은 TSC사에서, 아크릴산(AA), 메타크릴산(MAA), 에틸 아크릴레이트(EA)와 개시제인 암모늄퍼설페이트는 삼전순약에서 공급받아 사용하였고, pH 조절을 위한 시트르산 은 시그마 알드리치에서 제공받아 사용하였으며, 코팅액을 제조하기 위해 삼전순약의 에탄올, 50% 수산 화나트륨 수용액을 사용하였다.

비이커에 탈이온수 225 g, 계면활성제인 TLA-40S 3.12 g, TFN-10 1.56 g, TCOPS-1 0.92 g과 단량 체인 에틸 아크릴레이트 89 g, 메타크릴산 44 g 아크릴산 7 g을 각각 순서대로 투입하여 200 rpm의 속도로 30분 간 교반시켜 pre-emulsion을 제조하였다.

제조된 pre-emulsion과 개시제인 암모늄퍼설페이트를 탈이온수 97.5 g, TLA-40S 1.56 g, TFN-10 0.78 g, TCOPS-1 0.46 g, citric acid 1.25 g이 들어있는 주 반응 기에 70 ℃, 질소 분위기 하에서 2시간 동안 일정한 속도로 투입하였다.

이 후 75 ℃에서 300 rpm의 속도로 교반하여 숙성시키고 20 ℃로 냉각하여 체로 고형분은 걸러내어 액상 중합체를 얻었다.

마지막으로 중합체 1 g을 열풍건조 하여 수분을 완전 제거한 후 무게를 측정하여 중합 체의 무게분율을 측정하였다.

도 2는 얻어진 아크릴계 유화 중합체를 적외선 분광장치 (Alpha-P, Bruker)를 사용하여 얻은 IR 차트이다.

<코팅액의 제조>

제조된 아크릴 유화 중합체의 수 분산액에 에탄올을 하기 표 1의 함량으로 투입하여 아크릴 유화 중합체의 함량이 코팅액 총 중량을 기준으로 각각 대략 4 중량%, 6 중량%, 8 중량%, 10 중량% 및 12 중량%가 되도록 한 후, 이를 교반하면서 50% 수산화나트륨 수용액으로 적정하여 pH를 6.76으로 조절하여 코팅액을 제조하였다.

	아크릴 유화 중합체의 함량 (중량%)	아크릴 유화 중합체의 수분산액 (g)	에탄올 (g)
실시예 1	4	95	250
실시예 2	6	140	200
실시예 3	8	185	150
실시예 4	10	220	100
실시예 5	12	260	55

<흡수성 유리섬유의 제조>

유리섬유를 전술한 방법으로 제조한 코팅액에 침지시키고 140 ℃에서 충분히 건조시켜 흡수성 유리섬유를 제조하였다.

<코팅액의 점도 측정>

실시예들에 사용된 코팅액에 대하여, 레오미터 (MARS 40, Haake)를 이용하여 점도를 측정하였다. 각각의 실시예의 코팅액에서 1 ml를 샘플링한 후 10 mm 직경의 측정치구로 10s^-1의 전단속도를 가하여 코팅액의 점도를 측정하였다. 그 결과를 도 3에 나타냈다. pH가 조절된 코팅액 내의 아크릴계 유화 중합체의 카르복실기 수소 이온이 해리됨에 따라 점도가 상당히 증가되었다.

<흡수성 유리섬유의 흡수성 평가>

길이 5 cm의 유리섬유들을 준비하여 무게(W0)를 측정하고, 이를 실시예들의 코팅액에 충분히 침지시킨 다음 140 ℃에서 3분간 건조시켜 코팅층이 형성된 유리섬유를 제조하였다. 코팅층이 형성된 유리섬유의 무게(Wc)를 측정하고, 이를 3분간 증류수에 침지시킨 다음 2분 동안 수분 잔기를 제거한 후의 물을 흡수한 코팅층 형성 유리섬유의 무게(Wa)를 측정하였다. 하기 식 (1)에 따라 코팅층의 수분 흡수도를 계산하였고, 그 결과를 도 4에 그래프로 도시하였다.

식 (1): 수분 흡수도 = (Wa-Wc)/(Wc-W0)*100(%)

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따라 제조한 흡수성 유리섬유는 수분 흡수력이 뛰어남을 확인할 수 있다.

Claims

(메타)아크릴산 중합단위를 30 중량% 이상 포함하는 아크릴계 유화 중합체로 된 흡수성 수지가 분산매에 분산된 pH가 6 내지 7인 코팅액을 준비하는 단계; 및
상기 코팅액에 유리섬유를 침지시키고 이를 건조시키는 단계를 포함하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 (메타)아크릴산 중합단위는 아크릴산 또는 메타크릴산 중 적어도 하나로부터 유래된 것을 특징으로 하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 아크릴계 유화 중합체는 탄소수가 1 내지 12인 알킬 (메타)아크릴레이트로부터 유래된 중합단위를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 아크릴계 유화 중합체는 아크릴산 3 내지 7 중량%, 메타크릴산 25 내지 40 중량% 및 나머지 량의 에틸 아크릴레이트로부터 유래된 중합단위들로 이루어진 것을 특징으로 하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 분산매는 물과 에탄올의 혼합물인 것을 특징으로 하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 아크릴계 유화 중합체의 함량은 코팅액 총 중량을 기준으로 4 내지 12 중량%인 것을 특징으로 하는 광케이블용 흡수성 유리섬유의 제조방법.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 따라 흡수성 유리섬유를 제조하는 단계;
상기 흡수성 유리섬유를 광섬유 코어부를 에워싸도록 배치하는 단계를 포함하는 광케이블의 제조방법.