Оптическое волокно Российский патент 2021 года по МПК G02B6/44 G02B1/111 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТНИЕ

[0001] Настоящее изобретение касается оптических волокон. Эта заявка заявляет приоритет на основании Японской патентной заявки №2016-218039 от 8 ноября 2016, все содержание, описанное в Японской патентной заявке, включено.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Оптические волокна обычно включают покрывающие слои смолы для защиты стекловолокон, которые являются оптической передающей средой. Например, в JP 2014-132075 A, JP 2014-95923 A и WO 2014/168201 A1 описаны композиции смол для покрытия оптических волокон, содержащие уретан(мет)акрилатные олигомеры.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] Для минимизации увеличения оптических потерь, вызванных микроизгибами, генерируемыми, когда к оптическим волокнам приложено боковое давление, оптическим волокнам необходима устойчивость к боковому давлению. Кроме того, в случае, когда покрывающий слой смолы имеет первичный слой смолы, покрывающий светопроводящую среду, и вторичный слой смолы, покрывающий первичный слой смолы, для улучшения устойчивости к боковому давлению требуется снижение модуля Юнга первичного слоя смолы.

[0004] Можно смешать оловоорганическое соединение, которое является катализатором синтеза уретан(мет)акрилатного олигомера, с композицией смолы, используемой для формирования покрывающего слоя смолы. Поэтому в покрывающем слое смолы, сформированном посредством отверждения композиции смолы, содержится небольшое количество олова из оловоорганического соединения. В случае, когда в покрывающем слое смолы содержится оловоорганическое соединение, оно также действует как катализатор гидролиза уретановой связи и сложноэфирной связи в гидротермальной среде, и это способствует ходу деградации покрывающего слоя смолы. Так как плотность сшивки отвержденной композиции смолы в первичном слое смолы, имеющем низкий модуль Юнга, что требовалось в последнее время с точки зрения устойчивости к боковому давлению, низка, отвержденная композиция смолы чувствительна к поражающим воздействиям содержащейся влаги. Воздействие влаги может вызвать гидролиз и неравномерное разрушение сшивки первичного слоя смолы, генерируя тем самым точки концентрации напряжений. Если в этих частях образуются дефекты (поры) в смоле, то поры будут увеличиваться в размере при низких температурах, вызывая возникновение микроизгибов в светопроводящей среде. Таким образом, оптические потери в оптическом волокне имеют тенденцию к увеличению.

[0005] Следовательно, целью настоящего изобретения является получение оптического волокна, имеющего низкий модуль Юнга, обеспечивающий высокую устойчивость к боковому давлению, дающего возможность предотвращения образования пор, даже если оптическое волокно остается в гидротермальной среде в течение длительного времени, и минимизирующего увеличение оптических потерь при низких температурах.

[0006] Оптическое волокно, соответствующее одному аспекту настоящего изобретения, включает светопроводящую среду, имеющую сердцевину и оболочку, первичный слой смолы, находящийся в контакте с светопроводящей средой и покрывающий светопроводящую среду, и вторичный слой смолы, покрывающий первичный слой смолы, где первичный слой смолы содержит отвержденный продукт композиции смолы, отверждаемой в ультрафиолетовом свете и содержащей уретан(мет)акрилатный олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и соединение, включающее в качестве компонентов атомы фосфора и олова; и модуль Юнга первичного слоя смолы при 23°C составляет 0,5 МПа или менее.

[0007] Согласно настоящему изобретению можно получить оптическое волокно, имеющее модуль Юнга, обеспечивающий высокую устойчивость к боковому давлению, дающее возможность предотвращения образования пор, даже если оптическое волокно остается в гидротермальной среде в течение длительного времени, и минимизирующее увеличение оптических потерь при низких температурах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] На ФИГ. 1 схематически представлено сечение, иллюстрирующее один пример оптического волокна по варианту осуществления настоящего изобретения. На ФИГ. 2 представлена диаграмма, иллюстрирующая конфигурацию металлического сетчатого материала, применяемого в тесте на устойчивость к боковому давлению с использованием сетки. На ФИГ. 2B представлено немного увеличенное изображение части, указанной на ФИГ. 2A.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0009] [Описание варианта осуществления настоящего изобретения]

Во-первых, будет детализировано и описано содержание варианта осуществления настоящего изобретения. Оптическое волокно, соответствующее одному аспекту настоящего изобретения, включает светопроводящую среду, имеющую сердцевину и оболочку, первичный слой смолы, находящийся в контакте с светопроводящей средой и покрывающий светопроводящую среду, и вторичный слой смолы, покрывающий первичный слой смолы, где первичный слой смолы содержит отвержденный продукт композиции смолы, отверждаемой в ультрафиолетовом свете (здесь далее также обозначаемой просто как «композиция смолы») и содержащей уретан(мет)акрилатный олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и соединение, включающее в качестве компонентов атомы фосфора и олова; и модуль Юнга первичного слоя смолы при 23°C составляет 0,5 МПа или менее.

[0010] Олово (Sn) в соединении, содержащем в качестве компонентов атомы фосфора и олова, получается из оловоорганического соединения, используемого в качестве катализатора, когда синтезируют уретан(мет)акрилатный олигомер. Оловоорганическое соединение содержится в композиции смолы.

[0011] Притом что оловоорганическое соединение пригодно в качестве катализатора при синтезе уретан(мет)акрилатного олигомера, оно также оказывает промотирующее действие на гидролиз уретановой связи и сложноэфирной связи в гидротермальной среде. В отличие от этого, заявители настоящего изобретения обнаружили, что при преобразовании оловоорганического соединения в первичном слое смолы в соединение, содержащее атом фосфора и атом олова в одной молекуле, активность оловоорганического соединения может снижаться, предотвращая гидролиз, даже после того, как оптическое волокно хранили в гидротермальной среде в течение длительного времени, и что в слое смолы не образуются поры. Таким образом, заявители настоящего изобретения осуществили настоящее изобретение.

[0012] Инициатор фотополимеризации может включать 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид. 2,4,6-Триметилбензоилдифенилфосфиноксид придает смолам превосходную способность быстрого отверждения, и после УФ-облучения дает в качестве побочного продукта дифенилфосфиновую кислоту, которая может взаимодействовать с оловоорганическим соединением, снижая тем самым активность оловоорганического соединения.

[0013] Соединение, содержащее атомы фосфора и олова, может быть продуктом взаимодействия, по меньшей мере, одного фосфорного соединения, выбранного из группы, включающей соединение, представленное формулой (1a), соединение, представленное формулой (1b), соединение, представленное формулой (1c), и оловоорганического соединения. Представленные ниже фосфорные соединения могут быстро взаимодействовать с оловоорганическим соединением, снижая активность оловоорганического соединения:

где R¹, R², R³ и R⁴ каждый независимо обозначает алкильную группу, алкенильную группу или арильную группу.

[0014] Фосфорное соединение может включать, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, включающей дифенилфосфиновую кислоту, фенилфосфиновую кислоту и фенилфосфоновую кислоту, так как активность оловоорганического соединения легко снижается стерическим препятствием, создаваемым фенильной группой.

[0015] Оловоорганическое соединение может включать, по меньшей мере, одно соединение, выбранное из группы, включающей дилаурат дибутилолова и диацетат дибутилолова, принимая во внимание доступность и свойства катализатора при синтезе уретан(мет)акрилатного олигомера.

[0016] Разница между температурой стеклования первичного слоя смолы и температурой стеклования вторичного слоя смолы может составлять 150°C или менее. Таким образом можно улучшить свойства оптического волокна при низкой температуре после циклов нагревания.

[0017] Модуль Юнга первичного слоя смолы может составлять 0,25 МПа или менее при 23°C. Таким образом можно обеспечить более высокую устойчивость к боковому давлению оптического волокна.

[0018] Композиция смолы, отверждаемая в ультрафиолетовом свете, может дополнительно содержать аминосоединение. Таким образом можно промотировать взаимодействие фосфорного соединения с оловоорганическим соединением.

[0019] [Подробное описание варианта осуществления настоящего изобретения]

Здесь далее будут описаны конкретные примеры оптического волокна, соответствующие варианту осуществления настоящего изобретения, со ссылкой на рисунки. Настоящее изобретение не ограничено этими примерами, но определено формулой изобретения и включает, как предполагается, все модификации в рамках значения и области эквивалентности формулы изобретения. В следующем описании будут даны такие же номера ссылок, как у идентичных компонентов в описании рисунков, и дублирование описания будет опущено.

[0020] (Оптическое волокно)

На ФИГ. 1 схематически представлено сечение, иллюстрирующее один пример оптического волокна по одному варианту осуществления настоящего изобретения. Оптическое волокно 10 включает светопроводящую среду 13, имеющую сердцевину 11 и оболочку 12, и покрывающий слой смолы 16, имеющий первичный слой смолы 14 и вторичный слой смолы 15, расположенные на внешней границе светопроводящей среды 13.

[0021] Оболочка 12 окружает сердцевину 11. Сердцевина 11 и оболочка 12 в основном содержат стекло, такое как кварцевое стекло; например, можно использовать в качестве сердцевины 11 диоксид кремния, к которому добавлен германий, и в качестве оболочки 12 можно использовать чистый диоксид кремния или диоксид кремния, к которому добавлен фтор.

[0022] Например, на ФИГ. 1 внешний диаметр (D2) светопроводящей среды 13 составляет примерно 125 мкм. Диаметр (D1) сердцевины 11, образующей светопроводящую среду 13, составляет примерно от 7 до 15 мкм. Покрывающий слой смолы 16 имеет, по меньшей мере, двухслойную структуру, включающую первичный слой смолы 14 и вторичный слой смолы 15. Общая толщина покрывающего слоя смолы 16 обычно составляет примерно 60 мкм; толщина первичного слоя смолы 14 и толщина вторичного слоя смолы 15 по существу одинаковы, и толщина каждого слоя равна от 20 до 40 мкм. Например, толщина первичного слоя смолы 14 может составлять 35 мкм, и толщина вторичного слоя смолы 15 может составлять 25 мкм. В случае, когда большое количество оптических волокон связывают с формированием кабеля, толщина покрытия оптического волокна предпочтительно является малой. В этом случае общая толщина покрывающего слоя смолы 16 составляет предпочтительно от 30 до 40 мкм. Толщина первичного слоя смолы и толщина вторичного слоя смолы каждая может составлять от 10 до 30 мкм. Обе величины почти одинаковы.

[0023] Модуль Юнга первичного слоя смолы равен 0,5 МПа или менее при 23°C, предпочтительно 0,3 МПа или менее, предпочтительнее 0,25 МПа или менее. Значение нижнего предела модуля Юнга первичного слоя смолы не имеет особых ограничений и составляет примерно 0,05 МПа. Модуль Юнга первичного слоя смолы можно определить в тесте на определение модуля отрыва при 23°C.

[0024] Между прочим, для повышения пропускной способности канала через сердцевину стекловолокна цифровыми когерентными коммуникационными методами, в том числе методом мультимодуляции, требуется большее отношение оптический сигнал/шум (OSNR) в оптическом волокне. Примеры способа повышения OSNR включают уменьшение нелинейности. Для уменьшения нелинейности необходимо увеличить насколько возможно эффективную площадь поперечного сечения сердцевины стекловолокна и снизить оптические потери. Однако первое, т.е. увеличение эффективной площади поперечного сечения сердцевины подразумевает, что оптоволокно становится слабым относительно бокового давления. В частности, в случае, когда эффективная площадь поперечного сечения сердцевины превышает 150 мкм², предпочтительно, чтобы первичный слой смолы имел низкий модуль Юнга 0,25 МПа или менее.

[0025] Первичный слой смолы 14 может быть сформирован посредством отверждения композиции смолы, отверждаемой в ультрафиолетовом свете и содержащей уретан(мет)акрилатный олигомер, мономер и инициатор фотополимеризации.

[0026] Здесь термин (мет)акрилат обозначает акрилат или соответствующий метакрилат. То же верно для термина (мет)акриловая кислота.

[0027] Примеры уретан(мет)акрилатного олигомера включают олигомеры, получаемые взаимодействием полиольного соединения, полиизоцианатного соединения и (мет)акрилатного соединения, содержащего гидроксильную группу.

[0028] Примеры полиольного соединения включают политетраметиленгликоль, полипропиленгликоль и этиленоксидный аддитивный диол бисфенола A. Примеры полиизоцианатного соединения включают 2,4-толилендиизоцианат, 2,6-толилендиизоцианат, изофорондиизоцианат и дициклогексилметан 4,4'-диизоцианат. Примеры (мет)акрилатного соединения, содержащего гидроксильную группу, включают 2-оксиэтилакрилат, 2-оксибутилакрилат, 1,6-гександиолмоноакрилат, пентаэритриттриакрилат, 2-оксипропилакрилат и трипропиленгликольдиакрилат.

[0029] В качестве катализатора синтеза уретан(мет)акрилатного олигомера применяют оловоорганическое соединение. Примеры оловоорганического соединения включают дилаурат дибутилолова, диацетат дибутилолова, малеат дибутилолова, бис(2-этилгексилмеркаптоацетат) дибутилолова, бис(изооктилмеркаптоацетат) дибутилолова и оксид дибутилолова. С точки зрения доступности и производительности катализатора предпочтительно можно использовать в качестве катализатора дилаурат дибутилолова или диацетат дибутилолова.

[0030] В синтезе уретан(мет)акрилатного олигомера можно использовать низший спирт, имеющий 5 или менее атомов углерода. Примеры низшего спирта, имеющего 5 или менее атомов углерода и используемого в синтезе уретан(мет)акрилатного олигомера, включают метанол, этанол, 1-пропанол, 2-пропанол, 1-бутанол, 2-бутанол, 2-метил-2-пропанол, 1-пентанол, 2-пентанол, 3-пентанол, 2-метил-1-бутанол, 3-метил-1-бутанол, 2-метил-2-бутанол, 3-метил-2-бутанол и 2,2-диметил-1-пропанол.

[0031] Здесь далее будет описано получение уретан(мет)акрилатного олигомера со ссылкой на конкретный пример. Например, если используют полипропиленгликоль в качестве полиола, изофорондиизоцианат в качестве полиизоцианата, 2-оксиэтилакрилат в качестве (мет)акрилата, содержащего гидроксильную группу, и метанол в качестве спирта, то можно получить уретан(мет)акрилатный олигомер, содержащий три продукта взаимодействия, показанных ниже:

(1) H-I-(PPG-I)n-H

(2) H-I-(PPG-I)n-Me

(3) Me-I-(PPG-I)n-Me

где H представляет остаток 2-оксиэтилакрилата, I представляет остаток изофорондиизоцианата, PPG представляет остаток полипропиленгликоля, Me представляет остаток метанола, и n равно целому числу 1 или более.

[0032] Продукт взаимодействия (1) представляет собой олигомер, химически активный по обоим концам, и, следовательно, плотность сшивки отвержденной композиции смолы повышается; однако продукт взаимодействия (2) представляет собой олигомер, химически активный по одному концу; следовательно, продукт взаимодействия (2) обладает эффектом снижения плотности сшивки отвержденной композиции смолы и может уменьшать модуль Юнга. Продукт взаимодействия (3) представляет собой олигомер, неактивный химически по обоим концам, что является причиной отсутствия отверждения под действием ультрафиолетового света; следовательно, предпочтительно осуществлять получение так, чтобы минимизировать образование продукта взаимодействия (3). Для получения олигомера, неактивного химически по одному концу или неактивного химически по обоим концам, можно использовать спирт, отличный от метанола.

[0033] Когда синтезируют уретан(мет)акрилатный олигомер, можно использовать силановый связующий агент, имеющий функциональную группу, химически активную относительно изоцианатной группы. Примеры силанового связующего агента, имеющего функциональную группу, химически активную относительно изоцианатной группы, включают N-2-(аминоэтил)-3-аминопропилметилдиметоксисилан, N-2-(аминоэтил)-3-аминопропилтриметоксисилан, 3-аминопропилтриметоксисилан, 3-аминопропилтриэтоксисилан, 3-меркаптопропилметилдиметоксисилан, и 3-меркаптопропилтриметоксисилан. Если проводят взаимодействие полиольного соединения с изоцианатным соединением, то (мет)акрилатное соединение, содержащее гидроксильную группу, и силановый связующий агент используются в комбинации в состоянии, где изоцианатная группа присутствует на обоих концах, и взаимодействуют с изоцианатной группой, и можно синтезировать олигомер, химически активный по обоим концам, и, кроме того, аддитивный олигомер с силановым связующим агентом на одном конце. В результате, так как олигомер может взаимодействовать со стеклом, адгезию между светопроводящей средой 13 и первичным слоем смолы 14 можно усилить.

[0034] В качестве мономера можно использовать монофункциональный мономер, имеющий одну полимеризуемую группу, или полифункциональный мономер, имеющий две или более полимеризуемых групп. Эти мономеры можно использовать в виде их смеси.

[0035] Примеры монофункционального мономера включают (мет)акрилатные мономеры, такие как метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, пропил(мет)акрилат, н-бутил(мет)акрилат, втор-бутил(мет)акрилат, трет-бутил(мет)акрилат, изобутил(мет)акрилат, н-пентил(мет)акрилат, изопентил(мет)акрилат, гексил(мет)акрилат, гептил(мет)акрилат, изоамил(мет)акрилат, 2-этилгексил(мет)акрилат, н-октил(мет)акрилат, изооктил(мет)акрилат, изодецил(мет)акрилат, лаурил(мет)акрилат, феноксиэтил(мет)акрилат, тетрагидрофурил(мет)акрилат, бензил(мет)акрилат, дициклопентил(мет)акрилат, дициклопентилоксиэтил(мет)акрилат, дициклопентил(мет)акрилат, нонилфенолполиэтиленгликоль(мет)акрилат, нонилфеноксиполиэтиленгликоль(мет)акрилат и изоборнил(мет)акрилат; мономеры, содержащие карбоксильные группы, такие как (мет)акриловая кислота, димеры (мет)акриловой кислоты, карбоксиэтил(мет)акрилат, карбоксипентил(мет)акрилат и ω-карбокси-поликапролактон(мет)акрилат; гетероцикл-содержащие (мет)акрилаты, такие как 3-(3-пиридил)пропил(мет)акрилат, N-акрилоилморфолин, N-винилпирролидон, N-винилкапролактам, N-акрилоилпиперидин, N-метакрилоилпиперидин и N-акрилоилпирролидин; малеимидные мономеры, такие как малеимид, N-циклогексилмалеимид и N-фенилмалеимид; N-замещенные амидные мономеры, такие как (мет)акриламид, N,N-диметил(мет)акриламид, N,N-диэтил(мет)акриламид, N-гексил(мет)акриламид, N-метил(мет)акриламид, N-бутил(мет)акриламид, N-бутил(мет)акриламид, N-метилол(мет)акриламид и N-метилолпропан(мет)акриламид; аминоалкил(мет)акрилатные мономеры, такие как аминоэтил(мет)акрилат, аминопропил(мет)акрилат, N,N-диметиламиноэтил(мет)акрилат и трет-бутиламиноэтил(мет)акрилат; и сукцинимидные мономеры, такие как N-(мет)акрилоилоксиметиленсукцинимид, N-(мет)акрилоил-6-оксигексаметиленсукцинимид и N-(мет)акрилоил-8-оксиоктаметиленсукцинимид.

[0036] Примеры полифункционального мономера включают этиленгликольди(мет)акрилат, полиэтиленгликольди(мет)акрилат, полипропиленгликольди(мет)акрилат, неопентилгликольди(мет)акрилат, трипропиленгликольди(мет)акрилат, ди(мет)акрилаталкиленоксидный аддукт бисфенола A, тетраэтиленгликольди(мет)акрилат, неопентилгликольди(мет)акрилат оксипивалиновой кислоты, 1,4-бутандиолди(мет)акрилат, 1,6-гександиолди(мет)акрилат, 1,9-нонандиолди(мет)акрилат, 1,12-додекандиолди(мет)акрилат, 1,14-тетрадекандиолди(мет)акрилат, 1,16-гексадекандиолди(мет)акрилат, 1,20-эйкозандиолди(мет)акрилат, изопентилдиолди(мет)акрилат, 3-этил-1,8-октандиолди(мет)акрилат, ди(мет)акрилат EO-аддукты бисфенола A, триметилолпропантри(мет)акрилат, триметилолоктантри(мет)акрилат, триметилолпропанполиэтокситри(мет)акрилат, триметилолпропанполипропокситри(мет)акрилат, триметилолпропанполиэтоксиполипропокситри(мет)акрилат, трис[(мет)акрилоилоксиэтил]изоцианурат, пентаэритриттри(мет)акрилат, пентаэритритполиэтокситетра(мет)акрилат, пентаэритритполипропокситетра(мет)акрилат, пентаэритриттетра(мет)акрилат, дитриметилолпропантетра(мет)акрилат, дипентаэритриттетра(мет)акрилат, дипентаэритритпента(мет)акрилат, дипентаэритритгекса(мет)акрилат и капролактон-модифицированный трис[(мет)акрилоилоксиэтил]изоцианурат.

[0037] Инициатор фотополимеризации можно выбрать соответствующим образом из известных радикальных инициаторов фотополимеризации. Примеры инициатора фотополимеризации включают 1-оксициклогексилфенилкетон, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон, 1-(4-изопропилфенил)-2-окси-2-метилпропан-1-он, 2,4,4-триметилпентилфосфиноксид, 2,4,4-триметилбензоилдифенилфосфиноксид, 2-метил-1-[4-(метилтио)фенил]-2-морфолино-пропан-1-он (Irgacure 907, производства BASF SE), 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид (Irgacure TPO, производства BASF SE) и бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфиноксид (Irgacure 819, производства BASF SE).

[0038] Эти инициаторы фотополимеризации можно использовать в виде их смеси, и инициатор фотополимеризации предпочтительно содержит, по меньшей мере, 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид. 2,4,6-Триметилбензоилдифенилфосфиноксид обеспечивает превосходные свойства быстрого отверждения смол и после УФ-облучения дает в качестве побочного продукта дифенилфосфиновую кислоту, которая может взаимодействовать с оловоорганическим соединением, снижая тем самым активность оловоорганического соединения.

[0039] Соединение, содержащее фосфор и олово, предпочтительно представляет собой продукт взаимодействия, по меньшей мере, одного фосфорного соединения, выбранного из группы, включающей упоминаемое выше соединение, представленное формулой (1a), соединение, представленное формулой (1b), и соединение, представленное формулой (1c); и оловоорганического соединения.

[0040] R¹, R², R³ и R⁴ каждый независимо обозначает алкильную группу, алкенильную группу или арильную группу. Алкильная группа может быть линейной, разветвленной или циклической алкильной группой, имеющей от 1 до 30 атомов углерода. Примеры алкильной группы включают метильную группу, этильную группу, пропильную группу, н-бутильную группу, трет-бутильную группу, 2-этилгексильную группу, 1,1,3,3-тетраметилбутильную группу и циклогексильную группу. Примеры алкенильной группы включают винильную группу. Примеры арильной группы включают фенильную группу.

[0041] По меньшей мере, один атом водорода, составляющий алкильную группу, алкенильную группу или арильную группу, может быть замещен атомом галогена, алкоксигруппой или карбоксильной группой.

[0042] Примеры соединения, представленного формулой (1a), включают диметилфосфиновую кислоту, дифенилфосфиновую кислоту, бис(1,1,3,3-тетраметилбутил)фосфиновую кислоту и 2-фенилфосфинопропановую кислоту. Дифенилфосфиновая кислота предпочтительна в качестве соединения, представленного формулой (1a), так как активность оловоорганического соединения может снижаться из-за стерического препятствия, обусловленного наличием фенильных групп.

[0043] Примеры соединения, представленного формулой (1b), включают этилфосфоновую кислоту, винилфосфоновую кислоту, н-бутилфосфоновую кислоту, 2-этилгексилфосфоновую кислоту, 3-бромпропилфосфоновую кислоту, 3-метоксибутилфосфоновую кислоту, фенилфосфоновую кислоту и 4-метоксифенилфосфоновую кислоту. Фенилфосфоновая кислота предпочтительна в качестве соединения, представленного формулой (1b), так как активность оловоорганического соединения может снижаться из-за стерического препятствия, обусловленного наличием фенильной группы.

[0044] Примеры соединения, представленного формулой (1c), включают метилфосфиновую кислоту и фенилфосфиновую кислоту. Фенилфосфиновая кислота предпочтительна в качестве соединения, представленного формулой (1c), так как активность оловоорганического соединения может снижаться из-за стерического препятствия, обусловленного наличием фенильной группы.

[0045] Фосфорное соединение можно добавлять к композиции смолы для формирования первичного слоя смолы, или оно может образовываться при облучении композиции смолы ультрафиолетовым светом. Например, в последнем случае может образоваться дифенилфосфиновая кислота при использовании композиции смолы, включающей 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид в качестве инициатора фотополимеризации, и облучении композиции смолы ультрафиолетовым светом.

[0046] Примеры соединения, содержащего фосфор и олово, включают, но специально не ограничены этим, соединения, представленные формулой (2). Соединение, представленное формулой (2), является примером продукта взаимодействия соединения, представленного формулой (1a), и оловоорганического соединения:

где R¹ и R² каждый независимо обозначает алкильную группу, алкенильную группу или арильную группу, и R⁵ и R⁶ каждый независимо обозначает алкильную группу.

[0047] Композиция смолы для формирования первичного слоя смолы может дополнительно содержать аминосоединение. Если содержится аминосоединение, то взаимодействие фосфорного соединения с оловоорганическим соединением можно промотировать. Примеры аминосоединения включают триэтиламин, трифениламин, триэтиламин, диэтиламин, N-метилдиэтаноламин, этаноламин, 4-диметиламинобензойную кислоту, метил 4-диметиламинобензоат, этил 4-диметиламинобензоат и изоамл 4-диметиламинобензоат.

[0048] Композиция смолы может дополнительно содержать силановый связующий агент, фотогенератор кислоты, выравнивающий агент, противопенный агент или антиоксидант.

[0049] Силановый связующий агент не имеет особых ограничений, пока это не мешает отверждению композиции смолы, отверждаемой в ультрафиолетовом свете, и можно использовать разнообразные силановые связующие агенты, в том числе общеизвестные и применяемые силановые связующие агенты. Примеры силанового связующего агента включают тетраметилсиликат, тетраэтилсиликат, меркаптопропилтриметоксисилан, винилтрихлорсилан, винилтриэтоксисилан, винилтрис(β-метокси-этокси)силан, β-(3,4-эпоксициклогексил)этилтриметоксисилан, диметоксидиметилсилан, диэтоксидиметилсилан, 3-акрилоксипропилтриметоксисилан, γ-глицидоксипропилтриметоксисилан, γ-глицидоксипропилметилдиэтоксисилан, γ-метакрилоксипропилтриметоксисилан, N-(β-аминоэтил)-γ-аминопропилтриметоксисилан, N-(β-аминоэтил)-γ-аминопропилтриметилдиметоксисилан, N-фенил-γ-аминопропилтриметоксисилан, γ-хлорпропилтриметоксисилан, γ-меркаптопропилтриметоксисилан, γ-аминопропилтриметоксисилан, бис-[3-(триэтоксисилил)пропил]тетрасульфид, бис-[3-(триэтоксисилил)пропил]дисульфид, γ-триметоксисилилпропилдиметилтиокарбамилтетрасульфид и γ-триметоксисилилпропилбензотиазилтетрасульфид. Посредством использования силанового связующего агента можно регулировать адгезию светопроводящей среды 13 с первичным слоем смолы 14 или можно улучшить свойства динамической усталости.

[0050] В качестве фотогенератора кислоты можно использовать ониевую соль, имеющую структуру, представленную как A⁺B^-. Примеры фотогенератора кислоты включают сульфониевые соли, такие как UVACURE 1590 (производства DAICEL-CYTEC Company, Ltd.) и CPI-100P и 110P (производства San-Apro Ltd.); и соли иодония, такие как IRGACURE 250 (производства BASF SE), WPI-113 (производства Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) и Rp-2074 (производства Rhodia Japan, Ltd.).

[0051] Вторичный слой смолы 15 может сформировать, например, посредством отверждения композиции смолы, отверждаемой в ультрафиолетовом свете, содержащей уретан(мет)акрилатный олигомер, мономер и инициатор фотополимеризации. Уретан(мет)акрилатный олигомер, мономер и инициатор фотополимеризации можно выбрать соответствующим образом из соединений, перечисленных в композиции смолы, формирующей первичный слой смолы. Композиция смолы, формирующая вторичный слой смолы, имеет состав, отличный от состава композиции смолы, формирующей первичный слой смолы.

[0052] Модуль Юнга вторичного слоя смолы предпочтительно составляет от 500 до 1400 МПа при 23°C, более предпочтительно от 800 до 1200 МПа. Если модуль Юнга вторичного слоя смолы составляет 500 МПа или более, устойчивость к боковому давлению легко улучшить; если модуль Юнга вторичного слоя смолы составляет 1400 МПа или менее, то вторичный слой смолы имеет подходящее удлинение при разрыве; следовательно, вторичный слой смолы трудно рвется при удалении покрытия и проявляет хорошие свойства при удалении покрытия.

[0053] Разница между температурой стеклования первичного слоя смолы и температурой стеклования вторичного слоя смолы предпочтительно составляет 150°C или меньше и более предпочтительно от 120°C до 150°C. Если разница температур стеклования равна 150°C или менее, низкотемпературные свойства после теплового шока (тепловые циклы) улучшаются.

[0054] На внешней поверхности вторичного слоя смолы 15, составляющего покрывающий слой смолы 16, можно создать окрашенный слой, который служит в качестве цветного слоя, чтобы различать оптические волокна. По-другому, можно сформировать вторичный слой смолы 15 таким образом, чтобы он также служил окрашенным слоем.

[0055] Оптическое волокно по настоящему варианту осуществления изобретения можно подвергнуть тепловой обработке при температуре от 40°C до 85°C в течение примерно 12-72 час. Тепловая обработка может промотировать взаимодействие фосфорного соединения с оловоорганическим соединением. Для устранения дефектов в светопроводящей среде можно обработать оптическое волокно по настоящему варианту осуществления в атмосфере, содержащей D₂ (дейтерий), и одновременно с этим можно проводить тепловую обработку.

ПРИМЕРЫ

[0056] Здесь далее будут показаны результаты оценочных тестов с использованием примеров и сравнительных примеров по настоящему изобретению, и настоящее изобретение будет описано более подробно. Настоящее изобретение не ограничено этими примерами.

[0057] [Уретан(мет)акрилатный олигомер]

Уретанакрилатный олигомер получают синтезом с использованием полипропиленгликоля, имеющего молекулярную массу 4000, в качестве полиола, изофорондиизоцианата в качестве полиизоцианата, 2-оксиэтилакрилата в качестве (мет)акрилата, содержащего гидроксильную группу, и диацетата дибутилолова в качестве катализатора.

[0058] Уретанакрилатный олигомер B получают синтезом с использованием полипропиленгликоля, имеющего молекулярную массу 4000, в качестве полиола, изофорондиизоцианата в качестве полиизоцианата, 2-оксиэтилакрилата в качестве (мет)акрилата, содержащего гидроксильную группу, метанола в качестве спирта и дилаурата дибутилолова в качестве катализатора.

[0059] Уретанакрилатный олигомер C получают синтезом с использованием полипропиленгликоля, имеющего молекулярную массу 1000, в качестве полиола, изофорондиизоцианата в качестве полиизоцианата, 2-оксиэтилакрилата в качестве (мет)акрилата, содержащего гидроксильную группу, и дилаурата дибутилолова в качестве катализатора.

[0060] [Композиция смолы для первичного слоя смолы]

Готовят композиции смол для первичного слоя смолы, которые имеют составы (массовые доли), показанные в таблицах 1 и 2.

[0061] [Композиция смолы для вторичного слоя смолы]

Готовят композиции смол для вторичного слоя смолы, которые имеют составы (массовые доли), показанные в таблицах 1 и 2.

[0062] [Получение оптического волокна 10]

Формируют первичный слой смолы 14, имеющий толщину 35 мкм, используя композицию смолы для первичного слоя смолы, на внешней поверхности светопроводящей среды 13, включающей сердцевину и оболочку и имеющей внешний диаметр (D2) 125 мкм и эффективную площадь поперечного сечения сердцевины 150 мкм²; и затем формируют на внешней поверхности вторичный слой смолы 15, имеющий толщину 25 мкм, используя композицию смолы для вторичного слоя смолы, получая оптическое волокно 10. Далее оптическое волокно 10 подвергают тепловой обработке в условиях, указанных в таблице 1 или таблице 2.

[0063] [Оценка качества оптического волокна 10]

Результирующие оптические волокна подвергают следующим оценочным тестам. Результаты показаны в таблицах 1 и 2.

[0064] [Элементарный анализ]

Полученное оптическое волокно погружают в метилэтилкетон для обработки при 60°C в течение 14 час., экстрагируя тем самым несшитые компоненты. Затем метилэтилкетон удаляют на испарителе и остаток растворяют в метаноле. Полученный при этом нерастворимый материал отфильтровывают и подвергают эмиссионной спектрометрии с использованием ИСП для подтверждения, детектируются ли там атомы фосфора и атомы олова. Во всех примерах с 1 по 11 получен нерастворимый материал, в котором обнаружены атомы фосфора и атомы олова. В сравнительных примерах 1 и 2 не содержится соединений, включающих атом фосфора, и поэтому при первой оценке не получено нерастворимого материала. В сравнительном примере 3, как и в примерах с 1 по 11, получен нерастворимый материал, в котором обнаружены атомы фосфора и атомы олова.

[0065] [Модуль Юнга первичного слоя смолы]

Модуль Юнга первичного слоя смолы определяют в тесте на модуль отрыва при 23°C. Конкретно, покрывающий слой смолы 16 оптического волокна 10 разрезают бритвой, отрезая покрывающий слой смолы 16, закрепляют покрывающий слой смолы 16 (первичный слой смолы 14 и вторичный слой смолы 15) и вытягивают светопроводящую среду 13. Определяют напряжение первичного слоя смолы 14, исходя из количественного значения упругой деформации первичного слоя смолы 14 до вытягивания светопроводящей среды 13 и силы вытяжения светопроводящей среды 13.

[0066] [Температура стеклования (Tg)]

Определение Tg проводят следующим образом. Сначала оптическое волокно 10 погружают в этанол и стягивают покрывающий слой смолы 16 (первичный слой смолы 14 и вторичный слой смолы 15) в виде трубки. Затем покрывающий слой смолы 16 высушивают в вакууме для удаления из него этанола и выполняют определение динамической вязкоупругости полученного материала при условии повышения температуры со скоростью 5°C/мин. и частоте 11 Гц. Определенные значения температуры двух максимумов пиков tg δ берут в качестве Tg первичного слоя смолы 14 и Tg вторичного слоя смолы 15, и разницу между значениями температуры максимумов пиков берут в качестве разницы Tg первичного слоя смолы 14 и Tg вторичного слоя смолы 15.

[0067] [Устойчивость к боковому давлению]

Устойчивость (сопротивление) оптического волокна к боковому давлению оценивают в тесте на устойчивость к боковому давлению. На ФИГ. 2A представлена диаграмма, иллюстрирующая конфигурацию металлического сетчатого материала 30, используемого в тесте на устойчивость к боковому давлению, и на ФИГ. 2B представлено немного увеличенное изображение части, указанной на ФИГ. 2A. Как показано на фигурах 2A и 2B, металлический сетчатый материал 30 имеет вид сетки, состоящей из нескольких металлических проволок, расположенных горизонтально и ортогонально. Диаметр φ1 ортогональной проволоки и диаметр φ2 горизонтальной проволоки равны 50 мкм, шаг P между осевыми линиями ортогональных проволок и шаг между осевыми линиями горизонтальных проволок составляет 150 мкм. Длина выступа L1 ортогональной проволоки равна 100 мкм, и длина выступа L2 горизонтальной проволоки равна 100 мкм.

[0068] Тест на устойчивость к боковому давлению проводят, определяя разницу между оптическими потерями светового сигнала при длине волны 1550 нм, когда оптическое волокно намотано на катушку (диаметр стержня: 280 мм), имеющую металлический сетчатый материал 30, показанный на фигурах 2A и 2B, намотанный вокруг стержня, и оптическими потерями, когда оптоволокно формирует свободную связку, а не намотано на катушку. Оптическое волокно оценивают как А, если разница в оптических потерях составляет менее 0,6 дБ/км, как B, если разница составляет 0,6 дБ/км или более и меньше 1,0 дБ/км, и как C, если разница составляет 1,0 дБ/км или более; приемлемой считают оценку, равную B или более высокую.

[0069] [Низкотемпературные свойства после гигротермической деградации]

В оптических волокнах, подвергаемых разрушению при 85°C и 85% RH в течение 180 дней, определяют свойства пропускания светового сигнала, имеющего длину волны 1550 нм, при двух температурах 23°C и -40°C для определения оптических потерь при 23°C и -40°C. Оптическое волокно оценивают как А, если разница оптических потерь, полученная вычитанием оптических потерь при 23°C из оптических потерь при -40°C, составляет менее 0 дБ/км (оптические потери при -40°C меньше), как B, если разница составляет 0 дБ/км или более и меньше 0,01 дБ/км, и как C, если разница составляет 0,01 дБ/км или более. Приемлемой считают оценку, равную B или более высокую.

[0070] [Циклический тепловой тест]

В оптических волокнах, которые подвергались 50 циклам нагревания от -40°C до 23°C (выдерживание при каждой температуре в течение 1 час.; время перехода 60 мин.), определяют свойства пропускания светового сигнала, имеющего длину волны 1550 нм, при двух температурах 23°C и -40°C для определения оптических потерь при 23°C и -40°C. Оптическое волокно оценивают как А, если разница в оптических потерях, получаемая вычитанием оптических потерь при 23°C из оптических потерь при -40°C, меньше 0 дБ/км (оптические потери при -40°C меньше), как B, если разница составляет 0 дБ/км или более и меньше 0,01 дБ/км, и как C, если разница составляет 0,01 дБ/км или более. Приемлемой считают оценку, равную B или более высокую.

[0071] [Таблица 1]

Примеры 1 2 3 4 5 6 7 Композиция смолы для первичного слоя смолы Уретанакрилатный олигомер A 70,5 - - - - - - Уретанакрилатный олигомер B - 68,5 69,5 70,5 71 70,5 71 Изоборнилакрилат 10 10 10 10 10 10 10 N-винилкапролактам 10 10 10 10 10 10 10 Нонилфеноксиполиэтиленгликольакрилат 6 6 6 6 6 6 6 1,6-Гександиолдиакрилат 1 3 2 1 0,5 1 1 Irgacure TPO 1 1 1 1 1 1 1 Диэтиламин 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 - Меркаптопропилтриметоксисилан 1 1 1 1 1 1 1 Композиция смолы для вторичного слоя смолы Уретанакрилатный олигомер C 60 60 60 60 60 60 60 Изоборнилакрилат 19 19 19 19 19 19 19 Триметилолпропантриакрилат 20 20 20 20 20 20 20 Irgacure TPO 1 1 1 1 1 1 1 Разница Tg (°C) 148 146 146 145 145 145 145 Тепловая обработка Температура (°C) 40 40 40 40 40 85 40 Время (час.) 2 2 2 2 2 2 2 Соединение, содержащее фосфор и олово да да да да да да да Модуль Юнга первичного слоя смолы (МПа) 0,50 0,28 0,23 0,11 0,07 0,11 0,11 Устойчивость к боковому давлению B B A A A A A Низкотемпературные свойства после гигротермической деградации A A A A A A B Тепловой циклический тест A A A A A A А

[0072] [Таблица 2]

Примеры Сравнительные примеры 8 9 10 11 1 2 3 Композиция смолы для первичного слоя смолы Уретанакрилатный олигомер A - - - 70,5 - - 70 Уретанакрилатный олигомер B 69,5 69,5 69,5 - 70 70 - Изоборнил акрилат 10 10 10 10 10 10 10 N-винилкапролактам 10 10 10 10 10 10 10 Нонилфеноксиполиэтиленгликольакрилат 6 6 6 6 6 6 6 1,6-Гександиолдиакрилат 1 1 1 1 1 1 2 Irgacure TPO - - - 1 - - 1 Irgacure 907 2 2 - - 2 - - Irgacure 184 - - 2 - - 3 - Дифенилфосфиновая кислота 0,5 - - - - - - Фенилфосфиновая кислота - 0,5 - - - - - Фенилфосфоновая кислота - - 0,5 - - - - Диэтиламин - - - 0,5 - - - Меркаптопропилтриметоксисилан 1 1 1 1 1 1 1 Композиция смолы для вторичного слоя смолы Уретанакрилатный олигомер C 60 60 60 50 60 60 60 Изоборнилакрилат 19 19 19 19 19 19 19 Триметилолпропантриакрилат 20 20 20 30 20 20 20 Irgacure TPO 1 1 1 1 1 1 1 Разница Tg (°C) 145 145 145 155 145 145 148 Тепловая обработка Температура (°C) 40 40 40 40 40 40 40 Время (час.) 12 12 12 12 12 12 12 Соединение, содержащее фосфор и олово да да да да нет нет да Модуль Юнга первичного слоя смолы (МПа) 0,13 0,13 0,12 0,50 0,13 0,12 0,53 Устойчивость к боковому давлению A A A B A A C Низкотемпературные свойства после гигротермической деградации B B B A C C B Тепловой циклический тест A A A C A A A

[0073] Можно подтвердить, что оптические волокна, полученные в примерах, обладают превосходной устойчивостью к боковому давлению и низкотемпературными свойствами после гигротермической деградации. Можно подтвердить, что низкотемпературные свойства после циклов нагревания лучше, если разница между температурой стеклования первичного слоя смолы и температурой стеклования вторичного слоя смолы равна 150°C или менее.

Изобретение относится к оптическому волокну. Техническим результатом является снижение оптических потерь и устойчивость к затуханию. Технический результат достигается оптическим волокном, которое включает светопроводящую среду, имеющую сердцевину и оболочку, первичный слой смолы, находящийся в контакте со светопроводящей средой и покрывающий светопроводящую среду и вторичный слой смолы, покрывающий первичный слой смолы. Причем первичный слой смолы содержит отвержденный продукт композиции смолы, отверждаемой в ультрафиолетовом свете и содержащей в качестве компонентов уретан(мет)акрилатный олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и соединение, содержащее атомы фосфора и олова, а модуль Юнга первичного слоя смолы равен 0,5 МПа или менее при 23°C. При этом соединение, содержащее фосфор и олово, является продуктом взаимодействия по меньшей мере одного фосфорного соединения, выбранного из группы, включающей соединение, представленное формулой (1a), соединение, представленное формулой (1b), и соединение, представленное формулой (1c), и оловоорганического соединения

,

где R¹, R², R³ и R⁴ каждый независимо обозначает алкильную группу, алкенильную группу или арильную группу. 5 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл., 11 пр.

1. Оптическое волокно, включающее:

светопроводящую среду, имеющую сердцевину и оболочку;

первичный слой смолы, находящийся в контакте со светопроводящей средой и покрывающий светопроводящую среду; и

вторичный слой смолы, покрывающий первичный слой смолы,

где первичный слой смолы содержит отвержденный продукт композиции смолы, отверждаемой в ультрафиолетовом свете и содержащей в качестве компонентов уретан(мет)акрилатный олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и соединение, содержащее атомы фосфора и олова; и

модуль Юнга первичного слоя смолы равен 0,5 МПа или менее при 23°C,

где соединение, содержащее фосфор и олово, является продуктом взаимодействия по меньшей мере одного фосфорного соединения, выбранного из группы, включающей соединение, представленное формулой (1a), соединение, представленное формулой (1b), и соединение, представленное формулой (1c); и оловоорганического соединения

,

где R¹, R², R³ и R⁴ каждый независимо обозначает алкильную группу, алкенильную группу или арильную группу.

2. Оптическое волокно по п. 1, где фосфорное соединение содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, включающей дифенилфосфиновую кислоту, фенилфосфиновую кислоту и фенилфосфоновую кислоту.

3. Оптическое волокно по п. 1, где оловоорганическое соединение содержит по меньшей мере одно соединение, выбранное из группы, включающей дилаурат дибутилолова и диацетат дибутилолова.

4. Оптическое волокно по любому из пп. 1-3, где разница между температурой стеклования первичного слоя смолы и температурой стеклования вторичного слоя смолы составляет 150°C или менее.

5. Оптическое волокно по любому из пп. 1-4, где модуль Юнга первичного слоя смолы при 23°C составляет 0,25 МПа или менее.

6. Оптическое волокно по любому из пп. 1-5, где композиция смолы, отверждаемая в ультрафиолетовом свете, дополнительно содержит аминосоединение.