ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА Российский патент 2021 года по МПК C03C25/50 C03C25/24 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[01] Настоящее изобретение относится к оптическому волокну и способу изготовления оптического волокна.

По этой заявке испрашивается приоритет заявки № 2017-147979 на патент Японии, поданной 31 июля 2017 года, все содержание которой включено в эту заявку.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[02] Оптическое волокно обычно имеет покровный смоляной слой для защиты стекловолокна, которое является оптической средой для передачи информации. Покровный смоляной слой состоит, например, из двух слоев, первичного смоляного слоя и вторичного смоляного слоя. Первичный смоляной слой необходим для того, чтобы имелась хорошая сцепляемость со стекловолокном. Например, в патентной литературе 1 исследованы силановое соединение и образующий фотокислоту агент для ускорения гидролиза силанового соединения, содержащегося в смоляной композиции, образующей первичный смоляной слой.

Перечень источников

Патентная литература

[03] Патентная литература 1: JP 2003-531799 A.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[04] Оптическое волокно согласно одному аспекту настоящего изобретения содержит стекловолокно; первичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию стекловолокна; и вторичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию первичного смоляного слоя, а pH первичного смоляного слоя больше, чем pH вторичного смоляного слоя.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[05] На фиг. 1 представлено схематичное поперечное сечение, показывающее оптическое волокно настоящего изобретения согласно одному примеру.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[06] [Проблема, решаемая настоящим раскрытием]

Для оптического волокна необходимо снижение потерь на прохождение, вызываемых кратковременным изгибом, который происходит, когда боковое давление прикладывается при низкой температуре, то есть улучшение низкотемпературных характеристик оптического волокна. Однако когда несшитый компонент, такой как образующий фотокислоту агент, включают в первичный смоляной слой, имеющий низкий модуль Юнга, потери на прохождение могут возрастать.

[07] В соответствии с этим задача настоящего раскрытия заключается в создании оптического волокна, обладающего хорошими низкотемпературными характеристиками и в то же время имеющего хороший коэффициент динамической усталости, и способа изготовления оптического волокна.

[08] [Положительный эффект настоящего раскрытия]

Согласно настоящему раскрытию предложены оптическое волокно с хорошими динамическими характеристиками и в то же время имеющее приемлемый коэффициент динамической усталости, и способ изготовления оптического волокна.

[09] [Описание вариантов осуществления настоящего изобретения]

Сначала будет описана сущность вариантов осуществления настоящего изобретения. Оптическое волокно согласно одному аспекту настоящего изобретения содержит стекловолокно; первичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию стекловолокна; и вторичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию первичного смоляного слоя, а pH первичного смоляного слоя больше, чем pH вторичного смоляного слоя.

[10] При задании pH первичного смоляного слоя превышающим pH вторичного смоляного слоя может быть изготовлено оптическое волокно с хорошими низкотемпературными характеристиками и в то же время имеющее приемлемый коэффициент динамической усталости.

[11] С точки зрения нахождения коэффициента динамической усталости оптического волокна в приемлемом диапазоне разность между pH первичного смоляного слоя и pH вторичного смоляного слоя может быть от 1 до 3. С точки зрения того же самого pH упомянутого вторичного смоляного слоя может быть от 3 до 5.

[12] С точки зрения повышения коэффициента динамической усталости оптического волокна вторичный смоляной слой может содержать отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и кислотное вещество.

[13] Смоляная композиция может содержать от 0,10 до 10 мас.% кислотного вещества. Поэтому низкотемпературные характеристики оптического волокна могут быть еще больше улучшены.

[14] С точки зрения повышения сцепляемости со стекловолокном первичный смоляной слой может содержать отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и связующий силан агент.

[15] Мономер, включенный в смоляную композицию, образующую первичный смоляной слой, может содержать гетероциклический мономер. Поэтому может быть повышена отверждаемость смоляной композиции.

[16] Способ изготовления оптического волокна согласно одному аспекту настоящего изобретения представляет собой способ изготовления оптического волокна, содержащего стекловолокно, первичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию стекловолокна, и вторичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию первичного смоляного слоя, содержащий этап отверждения смоляной композиции первичного смоляного слоя путем облучения ультрафиолетовыми лучами для образования первичного смоляного слоя; и этап отверждения смоляной композиции вторичного смоляного слоя путем облучения ультрафиолетовыми лучами для образования вторичного смоляного слоя, в котором, когда смоляную композицию первичного смоляного слоя и смоляную композицию вторичного смоляного слоя отверждают, pH первичного смоляного слоя больше, чем pH вторичного смоляного слоя.

[17] [Подробное изложение вариантов осуществления настоящего изобретения]

Конкретные примеры оптического волокна согласно вариантам осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже с обращением к чертежам. Предполагается, что настоящее изобретение не ограничено этим иллюстративным материалом и включает в себя все изменения, находящиеся в пределах смысла и объема, эквивалентных формуле изобретения. В нижеследующем описании одинаковые позиции относятся к подобных элементам при описании чертежей, а повторное описание опускается.

[18] (Оптическое волокно)

На фиг. 1 представлено схематичное поперечное сечение, иллюстрирующее один пример оптического волокна, которое относится к одному варианту осуществления настоящего изобретения. Оптическое волокно 10 содержит стекловолокно 13 и покровный смоляной слой 16, образованный на внешней периферии стекловолокна 13. Покровный смоляной слой 16 содержит первичный смоляной слой 14, образованный в контакте с внешней периферией стекловолокна 13, и вторичный смоляной слой 15, покрывающий первичный смоляной слой 14.

[19] Стекловолокно 13 состоит из сердцевины 11 и оболочки 12, а оболочка окружает сердцевину 11. Сердцевина 11 и оболочка 12 содержат в основном стекло, такое как кварцевое стекло, и, например, для сердцевины 11 можно использовать кварц, к которому добавлен германий, а для оболочки 12 можно использовать чистый кварц или кварц, к которому добавлен фтор.

[20] Например, на фиг. 1 внешний диаметр (D2) стекловолокна 13 составляет около 125 мкм, а диаметр (D1) сердцевины 11, являющейся составной частью стекловолокна 13, составляет от около 7 до около 15 мкм.

[21] Толщина покровного смоляного слоя 16 составляет обычно от около 60 до около 70 мкм. Толщина каждого из первичного смоляного слоя 14 и вторичного смоляного слоя 15 может быть от около 10 до около 50 мкм и, например, толщина первичного смоляного слоя 14 может быть 35 мкм, а толщина вторичного смоляного слоя 15 может быть 25 мкм. Внешний диаметр оптического волокна 10 может быть от около 245 до около 265 мкм.

[22] Первичный смоляной слой 14 может быть образован путем отверждения смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и связующий силан агент. Иначе говоря, первичный смоляной слой 14 может содержать отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и связующий силан агент.

[23] Уретановый олигомер может быть получен реагированием полиола, полиизоцианата, содержащего гидроксильную группу (мет)акрилата и одноатомного спирта.

[24] В данном случае (мет)акрилат означает акрилат или метакрилат, соответствующий акрилату. То же самое применимо к (мет)акрилоилу.

[25] Примеры полиола включают в себя политетраметиленгликоль, полипропиленгликоль и диол бисфенола А с добавлением оксида этилена.

[26] Примеры полиизоцианата включают в себя 2,4-толилендиизоцианат, 2,6-толилендиизоцианат, изофорондиизоцианат и 4,4'-дизиизоцианат дициклогексилметана.

[27] Примеры содержащего гидроксильную группу (мет)акрилата включают в себя 2-гидроксиэтил(мет)акрилат, 2-гидроксибутил(мет)акрилат, 1,6- гександиолмоно(мет)акрилат, пентаэритритолтри(мет)акрилат, 2-гидроксипропил(мет)акрилат и трипропиленгликольди(мет)акрилат.

[28] Примеры одноатомного спирта включают в себя 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-буранол, 2,2-диметил-1-пропанол, каприловый спирт, лауриловый спирт, миристиловый спирт, цетиловый спирт, стеариловый спирт и олеиловый спирт.

[29] При получении уретанового олигомера можно использовать катализатор, ингибитор полимеризации и т.п. Примеры катализатора включают в себя дилаурат дибутилолова, диацетат дибутилолова, малеат дибутилолова, бис(2-этилгексилмеркаптоацетат) дибутилолова, бис(изоокрилмеркаптоацетат) дибутилолова и оксид дибутилолова. Примеры ингибитора полимеризации включают в себя метохинон и гидрохинон.

[30] Уретановый олигомер может содержать следующие продукты (А) и (В) реакции:

(A):H-PI-(PO-PI)n-R,

(B):H-PI-(PO-PI)n-H,

где Н обозначает остаток содержащего гидроксильную группу (мет)акрилата, PI обозначает остаток полизоцианата, PO обозначает остаток полиола и R обозначает остаток спирта. В случае спирта являются предпочтительными низшие спирты, имеющие до 5 атомов углерода. С помощью n обозначено целое число 1 или большее и предпочтительно, чтобы оно было от 1 до 4.

[31] Получение уретанового олигомера будет описано путем приведения конкретного примера. Например, при использовании полипропиленгликоля, толилендиизоцианата, 2-гидроксиэтилакрилата и метанола в качестве полиола, полиизоцианата, содержащего гидроксильную группу (мет)акрилата и одноатомного спирта, соответственно, уретановый олигомер может содержать следующие продукты (А1) и (В1) реакции:

(A1):H1-TDI-(PPG-TDI)n-R1,

(B1):H1-TDI-(PPG-TDI)n-H1,

где Н1 обозначает остаток 2-гидроксиэтилацетата, TDI обозначает остаток толилендиизоцианата, PPG обозначает остаток полипропиленгликоля и R1 обозначает остаток метанола.

[32] Продукты (А) и (А1) реакции представляют собой нереакционноспособные олигомеры с неповторяющимися концами и поэтому обладают эффектом снижения плотности поперечных связей отвержденного продукта и могут снижать модуль Юнга. Продукты (В) и (В1) реакции представляют собой реакционноспособные олигомеры с одинаковыми концами и поэтому могут повышать плотность поперечных связей отвержденного продукта.

[33] Предпочтительно, чтобы уретановый олигомер согласно этому варианту осуществления содержал нереакционноспособный олигомер с неповторяющимися концами, имеющий (мет)акрилоилную группу на одном конце и имеющий алкоксильную группу на другом конце. Нереакционноспособный олигомер с неповторяющимися концами является продуктом реакции полиола, полиизоцианата, содержащего гидроксильную группу (мет)акрилата и одноатомного спирта.

[34] С точки зрения снижения модуля Юнга первичного смоляного слоя предпочтительно, чтобы уретановый олигомер содержал 20 мас.% или больше, более предпочтительно от 40 до 100 мас.%, нереакционноспособного олигомера с неповторяющимися концами, исходя из общего количества уретанового олигомера.

[35] Кроме того, уретановый олигомер может содержать реакционноспособный олигомер с одинаковыми концами, имеющий (мет)акрилоилные группы на обеих концах. Реакционноспособный олигомер с одинаковыми концами является продуктом реакции полиола, полиизоцианата и содержащего гидроксильную группу (мет)акрилата.

[36] Предпочтительно, чтобы содержание уретанового олигомера в смоляной композиции составляло от 35 до 90 мас.%, более предпочтительно от 50 до 85 мас.% и еще более предпочтительно от 60 до 80 мас.%, исходя из общего количества смоляной композиции.

[37] В качестве мономера можно использовать монофункциональный мономер, имеющий одну полимеризуемую группу, и полифункциональный мономер, имеющий две большее количество полимеризуемых групп. Можно смешивать и использовать два или большее количество мономеров.

[38] Примеры монофункционального мономера включают в себя мономеры на основе (мет)акрилата, такие как метил(мет)акрилат, этил(мет)акрилат, пропил(мет)акрилат, n-бутил(мет)акрилат, втор-бутил(мет)акрилат, трет-бутил(мет)акрилат, изобутил(мет)акрилат, n-пентил(мет)акрилат, изопентил(мет)акрилат, гексил(мет)акрилат, гептил(мет)акрилат, изоамил(мет)акрилат, 2-этилгексил(мет)акрилат, n-октил(мет)акрилат, изооктил(мет)акрилат, изодецил(мет)акрилат, лаурил(мет)акрилат, феноксиэтил(мет)акрилат, тетрагидрофурфурил(мет)акрилат, бензил(мет)акрилат, дициклопентенил(мет)акрилат, дициклопентенилоксиэтил(мет)акрилат, дициклопентанил(мет)акрилат, нонилфенолполиэтиленгликоль(мет)акрилат, нонилфеноксиполиэтиленгликоль(мет)акрилат и изоборнил(мет)акрилат; содержащие карбоксильную группу мономеры, такие как (мет)акриловая кислота, димер (мет)акриловой кислоты, карбоксиэтил(мет)акрилат, карбоксипентил(мет)акрилат и ω-карбокси-поликапролактон(мет)акрилат; гетероциклические мономеры, такие как N-акрилоилморфолин, N-винилпирролидон, N-винилкапролактам, N-акрилоилпиперидин, N- метакрилоилпиперидин, N-акрилоилпирролидин и 3-(3-пиридинил)пропил(мет)акрилат; мономеры на основе малеимида, такие как малеимид, N-циклогексилмалеимид и N-фенилмалеимид; N-замещенные мономеры на основе амида, 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-метилол(мет)акриламид и N-метилолпропан(мет)акриламид; и мономеры на основе аминоалкил(мет)акрилата, такие как аминоэтил(мет)акрилат, аминопропил(мет)акрилат, N, N-диметиламиноэтил(мет)акрилат и трет-бутиламиноэтил(мет)акрилат. Из них является предпочтительным гетероциклический мономер по причине очень быстрого отверждения.

[39] Примеры полифункционального мономера включают в себя бифункциональные мономеры, такие как этиленгликольди(мет)акрилат, полиэтиленгликольди(мет)акрилат, полипропиленгликольди(мет)акрилат, неопентилгликольди(мет)акрилат, трипропиленгликольди(мет)акрилат, ди(мет)акрилат аддукта акриловой кислоты диглицидилового эфира бисфенола А, тетраэтиленгликольди(мет)акрилат, неопентилгликольди(мет)акрилат гидроксипиваликовой 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-гексадкандиолди(мет)акрилат, 1,20-эйкозандиолди(мет)акрилат, изопентилдиолди(мет)акрилат, 3-этил-1,8-октандиолди(мет)акрилат и ди(мет)акрилат аддукта оксида этилена бисфенола А; и трифункциональные или с более высокой функциональностью мономеры, такие как триметилолпропантри(мет)акрилат, триметилолоктантри(мет)акрилат, триметилолпропанполиетокситри(мет)акрилат, триметиллолпропанполипрокситри(мет)акрилат, триметилолпропанполиетоксиполиполипропокситри(мет)акрилат, трис[(мет)акрилоилоксиэтил]изоцианурат, пентаэритритолтри(мет)акрилат, пентаэритротолполиэтокситетра(мет)акрилат, пентаэритротолполипропкситетра(мет)акрилат, пентаэритротолтетра(мет)акрилат, дитриметилолпропантетра(мет)акрилат, дипентаэритролтетра(мет)акрилат, дипентаэритролпента(мет)акрилат, дипентаэритролгекса(мет)акрилат и модифицированный капролактоном трис[(мет)акрилоилоксиэтил]изоцианурат. С учетом повышения прочности первичного смоляного слоя из них является предпочтительным бифункциональный мономер.

[40] Предпочтительно, чтобы содержание мономера в смоляной композиции составляло от 5 до 45 мас.%, более предпочтительно от 10 до 40 мас.% и еще более предпочтительно от 15 до 30 мас.%, исходя из общего количества смоляной композиции.

[41] Инициатор фотополимеризации может быть надлежащим образом выбран из числа известных радикальных инициаторов фотополимеризации и использован, а примеры инициатора фотополимеризации включают в себя инициаторы на основе оксида ацилфосфина и инициаторы на основе ацетофенона. Можно смешивать и использовать два или большее количество инициаторов фотополимеризации.

[42] Примеры инициаторов на основе ацетофенона включают в себя 1-гидроксициклогексилфенилкетон (производимый BASF SE, фирменное наименование Irgacure 184), 2-гидрокси-2-метил-1-фенил-пропан-1-он (производимый BASF SE, фирменное наименование Irgacure 1173), 2,2-диметокси-1,2- дифенилэтан-1-он (производимый BASF SE, фирменное наименование Irgacure 651), 2-метил-1-(4-метилтиофенил)-2-морфолинопропан-1-он (производимый BASF SE, фирменное наименование Irgacure 907), 2-бензил-2-диметиламино-1-(4-морфолинофенил)-бутанон-1 (производимый BASF SE, фирменное наименование Irgacure 369), 1-гидроксициклогексилфенилкетон, 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон и 1-(4-изопропилфенил)-2-гидрокси-2-метилпропан-1-он.

[43] Примеры инициаторов на основе оксида ацилфосфина включают в себя оксид 2,4,6-триметилбензойлдифенилфосфина (производимый BASF SE, фирменное наименование Irgacure TPO), оксид бис((2,4,6-триметилбензойл)фенилфосфина (производимый BASF SE, фирменное наименование Irgacure 819), оксид бис(2,6-диметоксибензойл)2,4,4-триметилпентилфосфина и оксид 2,4,6-триметилбензойлдифенилфосфина.

[44] Предпочтительно, чтобы содержание инициатора фотополимеризации в смоляной композиции составляло от 0,1 до 10 мас.%, более предпочтительно от 0,3 до 7 мас.% и еще более предпочтительно от 0,5 до 5 мас.%, исходя из общего количества смоляной композиции.

[45] Смоляная композиция, образующая первичный смоляной слой, содержит связующий силан агент и поэтому силу адгезии между стекловолокном и первичным смоляным слоем легко регулировать. Связующий силан агент особенно не ограничен при условии, что он не задерживает отверждение смоляной композиции. Можно смешивать и использовать два или большее количество связующих силан агентов.

[46] Примеры связующего силан агента включают в себя тетраметилсиликат, тетраэтилсиликат, меркаптопропилтриметоксисилан, меркаптопропилтриметоксисилан с добавкой олигомера (связующий силан агент, в котором реагируют часть группы SH меркаптопропилтриметоксисилана и группы NCO уретанового олигомера, например соединение силана, в котором R продукта (А) реакции является остатком меркаптопропилтриметоксисилана), винилтрихлорсилан, винилтриэтоксисилан, винилтрис(β-метокси-этокси)силан, β-(3,4-эпоксициклогексил)-этилтриметоксисилан, γ-глицидоксипропилтриметоксисилан, γ-глицидоксипропилметилдиэтоксисилан, γ-метакрилоксипропилтриметоксисилан, N-(β-аминоэтил)-γ-аминопропилтриметоксисилан, N-(β-аминоэтил)-γ-аминопропилтриметилдиметоксисилан, N-фенил-γ-аминопропилтриметоксисилан, γ-хлорпропилтриметоксисилан, γ-меркаптопропилметоксисилан, γ-аминопропилтриметоксисилан, бис-[3-(триэтоксисилил)пропил]тетрасульфид, бис-[3-триэтоксилил)пропил]дисульфид, тетрасульфид γ-триметоксисилилпропилдиметилтиокарбамила и тетрасульфид γ-триметоксисилилпропилбензотиазила.

[47] В качестве связующего силан агента можно использовать связующий силан агент, представленный формулой (1) или 2.

[48] [Химическая формула 1]

[49] В формуле (1) R₁ обозначает группу, обладающую реакционной способностью к облучению ультрафиолетовым светом. Примеры группы, обладающей реакционной способностью к облучению ультрафиолетовым светом, включают в себя группы, имеющие функциональные группы, такие как меркаптогруппа, меркаптоалкильная группа, виниловая группа, аллильная группа и (мет)акрилоильная группа.

[50] В формулах (1) и (2) каждое с R₂ по R₈ независимо обозначает алкильную группу, имеющую от 1 до 4 атомов углерода. Примеры R₂-R₈ включают в себя метильные группы, этильные группы, пропильные группы и бутильные группы. В формуле (1) R₂-R₄ могут быть одинаковыми или различными и в формуле (2) R₅-R₈ могут быть одинаковыми и различными.

[51] Примеры связующего силан агента, представленного формулой (1), включают в себя 3-меркаптопропилтриметоксисилан, 3-меркаптопропилтриэтоксисилан, 3-меркаптопропилтрипропоксисилан, аллилтриметоксисилан, аллилтриэтоксисилан, аллилтрипропоксисилан, винилтриметоксисилан, винилтриэтоксисилан, винилтрипропоксисилан, 3-(мет)акрилоксипропилтриметоксисилан и 3-(мет)акрилоксипропилтриэтоксисилан.

[52] Примеры связующего силан агента, представленного формулой (2), включают в себя тетраметоксисилан, тетраэтоксисилан и тетрапропоксисилан.

[53] Предпочтительно, чтобы содержание связующего силан агента в смоляной композиции составляло от 0,2 до 5 мас.%, более предпочтительно от 0,3 до 3 мас.% и еще более предпочтительно от 0,5 до 2 мас.%, исходя из общего количества смоляной композиции.

[54] С точки зрения дальнейшего улучшения низкотемпературных характеристик оптического волокна предпочтительно, чтобы модуль Юнга первичного смоляного слоя 14 составлял от 0,03 до 0,5 МПа при 23 °С. Модуль Юнга первичного смоляного слоя 14 может быть измерен путем испытания на растяжение оптического волокна 10 при 23 °С. Модуль Юнга первичного смоляного слоя 14 можно регулировать содержанием нереакционноспособного олигомера с неповторяющимися концами, изменением условий отверждения смоляной композиции и т.п.

[55] Вторичный смоляной слой 15 может быть образован, например, отверждением смоляной композиции, отверждаемой ультрафиолетовым светом, содержащей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и кислотное вещество. Иначе говоря, вторичный смоляной слой 15 может содержать отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и кислотное вещество. Уретановый олигомер, мономер и инициатор фотополимеризации не связаны особенно ограничениями и могут быть надлежащим образом выбраны из числа показанных для смоляной композиции, образующей первичный смоляной слой.

[56] Кислотное вещество включается во вторичный смоляной слой и поэтому коэффициент динамической усталости оптического волокна может быть повышен, а низкотемпературные характеристики оптического волокна без труда улучшены. В качестве кислотного вещества согласно этому варианту осуществления можно использовать образующий фотокислоту агент, соединение, имеющее кислотную функциональную группу, и т.п.

[57] Примеры образующего фотокислоту агента включают в себя образующие кислоту агенты на основе соли диазония, образующие кислоту агенты на основе соли сульфония, образующие кислоту агенты на основе соли фосфония и образующие фотокислоту агенты на основе соли иодония.

[58] Образующие кислоту агенты на основе соли сульфония не связаны особенно ограничениями и примеры образующих кислоту агенты на основе соли сульфония включают в себя соли триарилсульфония, представленные нижеследующими формулами (S-1), (S-2), (S-3) и (S-4).

[59] [Химическая формула 2]

[60] Образующие кислоту агенты на основе соли иодония не связаны особенно ограничениями и примеры образующих кислоту агентов на основе соли иодония включают в себя соли диарилиодония, представленные нижеследующими формулами (I-1), (I-2) и (I-3).

[61] [Химическая формула 3]

[62] Соединение, имеющее карбоксильную группу, сульфогруппу или меркаптогруппу, можно использовать в качестве соединения имеющего кислотную функциональную группу. Конкретные примеры соединения, имеющего кислотную функциональную группу, включают в себя пентаэритритолтетракис(3-меркаптопропионат).

[63] Предпочтительно, чтобы содержание кислотного вещества составляло от 0,10 до 10 мас.%, более предпочтительно от 0,15 до 8 мас.%, еще более предпочтительно от 0,20 до 6 мас.% и особенно предпочтительно от 0,25 до 5,5 мас.%, исходя из общего количества смоляной композиции. Когда содержание кислотного вещества находится в приведенных выше пределах, менее вероятно снижение механической прочности (прочности на растяжение).

[64] С точки зрения повышения коэффициента динамической усталости предпочтительно, чтобы pH вторичного смоляного слоя было от 3 до 5, более предпочтительно от 3 до 4,5. Задавая pH первичного смоляного слоя больше pH вторичного смоляного слоя, можно изготавливать оптическое волокно, имеющее высокий коэффициент динамической усталости. Предпочтительно, чтобы разность между pH первичного смоляного слоя и pH вторичного смоляного слоя была от 1 до 3, более предпочтительно от 1,5 до 3. Для первичного смоляного слоя pH может быть от 6 до 8.

[65] Смоляная композиция согласно этому варианту осуществления может также содержать выравнивающий агент, противовспенивающий агент, антиоксидант, фотосенсибилизатор и т.п.

[66] (Способ изготовления оптического волокна)

В качестве способа формирования покровного смоляного слоя 16 на стекловолокне 13 могут быть применены способы, обычно используемые при изготовлении оптических волокон.

[67] Оптическое волокно 10 согласно этому варианту осуществления может быть изготовлено путем нанесения смоляной композиции на внешнюю периферию стекловолокна 13 и затем облучения нанесенной смоляной композиции ультрафиолетовыми лучами, чтобы смоляная композиция затвердела для образования покровного смоляного слоя 16.

[68] На этом этапе можно использовать способ (способ «мокрым по сухому»), в соответствии с которым смоляную композицию для первичного смоляного слоя наносят на внешнюю периферию стекловолокна 13 и отверждают путем облучения ультрафиолетовыми лучами для образования первичного смоляного слоя 14 и затем смоляную композицию для вторичного смоляного слоя наносят на периферию первичного смоляного слоя 14 и отверждают путем облучения ультрафиолетовыми лучами для образования вторичного смоляного слоя 15. В этом случае, когда смоляная композиция вторичного смоляного слоя затвердевает, pH первичного смоляного слоя больше, чем pH вторичного смоляного слоя. Можно использовать способ (способ «мокрым по мокрому»), в соответствии с которым смоляную композицию для первичного смоляного слоя наносят на внешнюю периферию стекловолокна 13, затем смоляную композицию для вторичного смоляного слоя наносят на периферию его и одновременно отверждают путем облучения ультрафиолетовыми лучами для образования первичного смоляного слоя 14 и вторичного смоляного слоя 15. В этом случае после затвердевания смоляной композиции первичного смоляного слоя и смоляной композиции вторичного смоляного слоя pH первичного смоляного слоя больше, чем pH вторичного смоляного слоя. В частности, в любом случае кислотное вещество не добавляют к смоляной композиции для первичного смоляного слоя, но оно может быть добавлено к смоляной композиции для вторичного смоляного слоя. Иначе говоря, pH смоляной композиции для первичного смоляного слоя больше, чем pH смоляной композиции для вторичного смоляного слоя. Кислотное вещество не добавляют к смоляной композиции для первичного смоляного слоя и поэтому могут быть предотвращены потери на прохождение оптического волокна при низкой температуре, обусловленные кислотным веществом. В таком случае ионы водорода, извлеченные из кислотного вещества, включенные во вторичный смоляной слой, диффундируют и мигрируют в первичный смоляной слой и pH первичного смоляного слоя снижается. Поэтому адгезия между первичным смоляным слоем и стекловолокном становится сильной, а коэффициент динамической усталости оптического волокна повышается.

[69] Окрашенный слой, который представляет собой слой краски, может быть образован на внешней периферийной поверхности вторичного смоляного слоя 15, входящего в состав покровного смоляного слоя 16, чтобы он служил отличительным признаком оптического волокна. Вторичный смоляной слой 15 может быть окрашенным слоем. Предпочтительно, чтобы окрашенный слой содержал пигмент для улучшения отличительного признака оптического волокна. Примеры пигментов включают в себя красящие пигменты, такие как углеродная сажа, оксид титана и цинковые белила, магнитные порошки, такие как γ-Fe₂O₃, смешанные кристаллы γ-Fe₂O₃ и γ-Fe₃O₄, CrO₂, кобальтовый феррит, сцепленный с кобальтом оксид железа, бариевый феррит, Fe-Co, и Fe-Co-Ni, и неорганические пигменты, такие как слюдяной оксид железа, хромат цинка, хромат стронция, триполифосфат алюминия, цинк, алюминий, стекло и слюда. Органические пигменты, такие как азопигменты, пигменты на основе фталоцианина и красочные пигменты, также могут быть использованы. Пигмент можно подвергать обработке, такой как различные модификации поверхности и образование составного пигмента.

[70] (Лента оптических волокон)

Согласно этому варианту осуществления лента оптических волокон может быть изготовлена с использованием оптических волокон. В ленте оптических волокон множество оптических волокон располагают рядами и объединяют с помощью ленточного материала. Ленточным материалом являются, например, эпоксидная акрилатная смола, уретановая акрилатная смола и т.п.

Примеры

[71] Ниже настоящее изобретение будет описано более подробно, чтобы показать результаты оценочных испытаний при использовании примеров согласно настоящему изобретению и сравнительного примера. Настоящее изобретение не ограничено этими примерами.

[72] [Синтез уретановых олигомеров]

(Пример 1 синтеза)

Проводили реакцию, используя полипропиленгликоль (NOF Corporation, название продукта UNIOL D-2000, средняя молекулярная масса 2000) в качестве полиола, 2,4-толилендиизоцианат в качестве полиизоцианата, 2-гидроксиэтилакрилат в качестве содержащего гидроксильную группу (мет)акрилатного соединения, метанол в качестве одноатомного спирта, метохинон в качестве ингибитора полимеризации и дилаурат дибутилолова в качестве катализатора, чтобы синтезировать уретановый олигомер. Содержание нереакционноспособного олигомера с неповторяющимися концами (олигомера, имеющего один конец, блокированный метанолом) в уретановом олигомере составляло 20 мас.%.

[73] (Пример 2 синтеза)

Уретановый олигомер с содержанием нереакционноспособного олигомера с неповторяющимися концами в количестве 100 мас.% синтезировали таким же образом, как в примере 1 синтеза, за исключением того, что изменили количества смешанных 2-гидроксиэтилакрилата и метанола.

[74] (Пример 3 синтеза)

Уретановый олигомер с содержанием нереакционноспособного олигомера с неповторяющимися концами в количестве 40 мас.% синтезировали таким же образом, как в примере 1 синтеза, за исключением того, что изменили количества смешанных 2-гидроксиэтилакрилата и метанола.

[75] [Приготовление смоляных композиций для первичных смоляных слоев]

(Пример А1 приготовления)

75 частей по массе олигомера, полученного в примере 1 синтеза, в качестве уретанового олигомера, 12 частей по массе нонилфенилакрилата и 6 частей по массе N-винилкапролактама в качестве монофункциональных мономеров, 2 части по массе 1,6-гександиолдиакрилата в качестве полифункционального мономера, 1 часть по массе оксида 2,4,6-триметилбензойлдифенилфосфина (Irgacure TPO) в качестве инициатора фотополимеризации и 1 часть по массе 3-меркаптопропилтриметоксисилана (МПТС) в качестве связующего силан агента смешивали для получения смоляной композиции А1.

[76] (Пример А2 приготовления)

Смоляную композицию А2 получали таким же образом, как в примере А1 приготовления, за исключением того, что связующий силан агент заменяли на 3-меркаптопропилтриметоксисилан с добавлением олигомера (связующий силан агент, в котором реагируют часть группы SH меркаптопропилтриметоксисилана и часть группы NCO уретанового олигомера (силановое соединение, в котором R из продукта (А) реакции является остатком меркаптопропилтриметоксисилана)).

[77] (Пример 3А приготовления)

Смоляную композицию А3 получали таким же образом, как в примере А1 приготовления, за исключением того, что связующий силан агент заменяли на 3-меркаптопропилтриметоксисилан с добавлением олигомера и тетраэтоксисилан (ТЭОС).

[78] (Пример А4 приготовления)

Смоляную композицию А4 получали таким же образом, как в примере А1 приготовления, за исключением того, что уретановый олигомер заменяли на олигомер, полученный в примере 2 синтеза.

[79] (Пример А5 приготовления)

Смоляную композицию А5 получали таким же образом, как в примере А1 приготовления, за исключением того, что уретановый олигомер заменяли на олигомер, полученный в примере 3 синтеза.

[80] (Пример А6 приготовления)

Смоляную композицию А6 получали таким же образом, как в примере А1 приготовления, за исключением того, что смешивали 5 частей по массе триарилсульфониевой соли, представленной приведенной выше формулой (S-2) (образующего кислоту агента).

[81] [Приготовление смоляной композиции для вторичного смоляного слоя]

(Пример В1 приготовления)

75 частей по массе уретанового олигомера, полученного реагированием полипропиленгликоля, имеющего среднюю молекулярную массу 1000, 2,4-толилендиизоцианата и 2-гидроксиэтилакрилата, 10 частей по массе диакрилата аддукта этиленового оксида бисфенола А, 3 части по массе 1-гидроксициклогексилфенилкетона (Irgacure 184) и 5 частей по массе упомянутого выше образующего кислоту агента смешивали для получения смоляной композиции В1.

[82] (Пример В2 приготовления)

Смоляную композицию В2 получали таким же образом, как в примере В1 приготовления, за исключением того, что 5 частей по массе образующего кислоту агента заменяли на 3 части по массе пентаэритритолтетракис(3-меркаптопропионата) (ПЭТМП).

[83] (Пример В3 приготовления)

Смоляную композицию В3 получали таким же образом, как в примере В1 приготовления, за исключением того, что количество образующего кислоту агента изменяли от 5 частей по массе до 2,5 частей по массе.

[84] (Пример В4 приготовления)

Смоляную композицию В4 получали таким же образом, как в примере В1 приготовления, за исключением того, что количество образующего кислоту агента изменяли от 5 частей по массе до 0,25 частей по массе.

[85] (Пример В5 приготовления)

Смоляную композицию В5 получали таким же образом, как в примере В1 приготовления, за исключением того, что образующий кислоту агент не примешивали.

[86] [Изготовление оптического волокна 10]

(Пример 1)

Подготавливали стекловолокно 13, состоявшее из сердцевины 11 и оболочки 12, имевшее внешний диаметр (D2) 125 мкм. Затем первичный смоляной слой 14 формировали на внешней периферийной поверхности стекловолокна 13, используя смоляной состав А1, и вторичный смоляной слой 15 формировали, используя смоляную композицию В1, чтобы изготовить оптическое волокно 10. Толщина первичного смоляного слоя 14 была 35 мкм, а толщина вторичного смоляного слоя 15 была 25 мкм.

[87] (Пример 2)

Оптическое волокно получали, выполняя те же самые действия, как в примере 1, за исключением того, что первичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию А2, а вторичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию В2.

[88] (Пример 3)

Оптическое волокно получали, выполняя те же самые действия, как в примере 1, за исключением того, что первичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию А2, а вторичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию В3.

[89] (Пример 4)

Оптическое волокно получали, выполняя те же самые действия, как в примере 1, за исключением того, что первичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию А3.

[90] (Пример 5)

Оптическое волокно получали, выполняя те же самые действия, как в примере 1, за исключением того, что первичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию А4, а вторичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию В4.

[91] (Пример 6)

Оптическое волокно получали, выполняя те же самые действия, как в примере 1, за исключением того, что первичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию А5.

[92] (Сравнительный пример 1)

Оптическое волокно получали, выполняя те же самые действия, как в примере 1, за исключением того, что первичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию А6, а вторичный смоляной слой формировали, используя смоляную композицию В5.

[93] [Оценивание]

Смоляные композиции и оптические волокна оценивали в условиях, приведенных ниже. Результаты показаны в таблице 1.

[94] (Измерение pH)

Каждую из смоляных композиций для первичных смоляных слоев и смоляных композиций для вторичных смоляных слоев облучали ультрафиолетовыми лучами при 100 мДж/см² в атмосфере азота и отверждали до образования пленки. Затем пленку в количестве 2 г погружали в 30 г водного раствора, в который к чистой воде добавляли водный раствор гидроксида натрия с нормальностью 0,01 или водный раствор HCl с нормальностью 0,01 для изменения pH до 7,0 и экстрагировали при 80 °С в течение 24 ч, а затем pH водного раствора измеряли прибором для измерения pH.

[95] (Модуль Юнга первичного смоляного слоя)

Модуль Юнга первичного смоляного слоя измеряли методом растяжения (МР) при 23 °С. Два конца оптического волокна 10 закрепляли в зажимных патронах, участок покровного смоляного слоя 16 (первичного смоляного слоя 14 и вторичного смоляного слоя 15) между двумя зажимными патронами удаляли, после чего один зажимной патрон закрепляли, а другой зажимной патрон медленно перемещали в направлении, противоположном неподвижному зажимному патрону. Модуль Юнга первичного смоляного слоя 14 получали по следующей формуле:

Модуль Юнга (МПа)=((1+n)W/πLZ)×ln(Dp/Df),

где L обозначает длину участка оптического волокна 10, зажатого для перемещения между зажимными патронами, Z обозначает величину перемещения зажимного патрона, Dp обозначает внешний диаметр первичного смоляного слоя 14, Df обозначает внешний диаметр стекловолокна 13, n обозначает коэффициент Пуассона первичного смоляного слоя 14 и W обозначает нагрузку в течение перемещения зажимного патрона.

[96] (Низкотемпературные характеристики)

Потери на прохождение оптического волокна 10, к которому прилагали тестирующую силу растяжения 2 кг, измеряли при 23 °С, затем оптическое волокно 10 выдерживали при -40 °С в течение 2 ч и измеряли потери на прохождение. Было получено повышение потерь на прохождение света, имеющего длину волны 1550 нм, в оптическом волокне 10 после выдерживания при -40 °С по сравнению с потерями на прохождение в оптическом волокне 10 до выдерживания при -40 °С. Повышение потерь на прохождение на 0,03 дБ/км или меньшее было признано приемлемым, а повышение потерь на прохождение больше чем на 0,03 дБ/км было признано неприемлемым.

[97] (Измерение коэффициента динамической усталости)

Значение n измеряли в соответствии с положениями спецификации на оптическое волокно Telcordia GR-20-CORE и оптическое волокно, для которого значение n было 20 или более, признавалось подходящим.

[98] [Таблица 1]

Пример 1 Пример 2 Пример 3 Пример 4 Пример 5 Пример 6 Сравнительный пример 1 Первичный смоляной слой Смоляная композиция А1 А2 А2 А3 А4 А5 А6 Кислотное вещество (части по массе) - - - - - - Образующий кислоту агент (5) pH 6 6 6 6 6 6 4 Модуль Юнга (МПа) 0,5 0,5 0,5 0,5 0,05 0,2 0,5 Вторичный смоляной слой Смоляная композиция В1 В2 В3 В1 В4 В1 В5 Кислотное вещество (части по массе) Образующий кислоту агент (5) ПЭТМП (3) Образующий кислоту агент (2,5) Образующий кислоту агент (5) Образующий кислоту агент (0,25) Образующий кислоту агент (5) - pH 4 3 4,5 4 5 4 6 Низкотемпературные характеристики Хорошие Хорошие Хорошие Хорошие Хорошие Хорошие Плохие Коэффициент динамической усталости 21 21 21 21 20 21 27

Перечень позиций

[99] 10: оптическое волокно, 11:сердцевина, 12: оболочка, 13: стекловолокно, 14: первичный смоляной слой, 15: вторичный смоляной слой, 16: покровный смоляной слой.

Изобретение относится к оптическому волокну с покрытием. Оптическое волокно образовано стекловолокном (13), первичным смоляным слоем (14) для покрытия периферии стекловолокна (13) и вторичным смоляным слоем (15) для покрытия периферии первичного смоляного слоя (14). Первичный смоляной слой (14) имеет pH, который больше, чем pH вторичного смоляного слоя (15). Разница составляет от 1 до 3. Первичный смоляной слой состоит из отверждённой композиции на основе уретанового олигомера, которая содержит силан. Вторичный смоляной слой содержит отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и кислотное вещество в количестве от 0,10 до 10 мас.%. Технический результат изобретения – снижение потерь на прохождение в оптическом волокне и снижение коэффициента динамической усталости. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 21 пр., 1 ил.

1. Оптическое волокно, содержащее:

стекловолокно;

первичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию стекловолокна; и

вторичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию первичного смоляного слоя, в котором

pH первичного смоляного слоя больше, чем pH вторичного смоляного слоя;

при этом вторичный смоляной слой содержит отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и кислотное вещество, и указанная смоляная композиция содержит от 0,10 до 10 мас.% кислотного вещества.

2. Оптическое волокно по п. 1, в котором разность между pH первичного смоляного слоя и pH вторичного смоляного слоя составляет от 1 до 3.

3. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором pH вторичного смоляного слоя составляет от 3 до 5.

4. Оптическое волокно по п. 1 или 2, в котором первичный смоляной слой содержит отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и связующий силан агент.

5. Оптическое волокно по п. 4, в котором мономер содержит гетероциклический мономер.

6. Оптическое волокно по п. 3, в котором вторичный смоляной слой содержит отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер инициатор фотополимеризации и кислотное вещество.

7. Оптическое волокно по п. 1, в котором первичный смоляной слой содержит отвержденный продукт смоляной композиции, включающей уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и связующий силан агент.

8. Способ изготовления оптического волокна, содержащего стекловолокно, первичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию стекловолокна, и вторичный смоляной слой, покрывающий внешнюю периферию первичного смоляного слоя, при этом способ содержит:

этап нанесения смоляной композиции первичного смоляного слоя на внешнюю периферию стекловолокна;

этап отверждения указанной смоляной композиции первичного смоляного слоя путем облучения ультрафиолетовыми лучами для образования первичного смоляного слоя; и

этап нанесения смоляной композиции вторичного смоляного слоя на периферию первичного смоляного слоя;

этап отверждения указанной смоляной композиции вторичного смоляного слоя путем облучения ультрафиолетовыми лучами для образования вторичного смоляного слоя, в котором

когда смоляную композицию первичного смоляного слоя и смоляную композицию вторичного смоляного слоя отверждают, pH первичного смоляного слоя больше, чем pH вторичного смоляного слоя;

при этом смоляная композиция вторичного смоляного слоя содержит уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и кислотное вещество, и указанная смоляная композиция содержит от 0,10 до 10 мас.% кислотного вещества.

9. Способ по п. 8, в котором разность между pH первичного смоляного слоя и pH вторичного смоляного слоя составляет от 1 до 3.

10. Способ по п. 8 или 9, в котором pH вторичного смоляного слоя составляет от 3 до 5.

11. Способ по п. 8 или 9, в котором смоляная композиция для первичного смоляного слоя содержит уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и связующий силан агент.

12. Способ по п. 11, в котором мономер содержит гетероциклический мономер.

13. Способ по п. 10, в котором смоляная композиция вторичного смоляного слоя содержит уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и кислотное вещество.

14. Способ по п. 8, в котором смоляная композиция первичного смоляного слоя содержит уретановый олигомер, мономер, инициатор фотополимеризации и связующий силан агент.