説明

光硬化型コーティング組成物

本発明は、光繊維用光硬化型コーティング樹脂組成物に関するものであり、より詳しくは、光繊維製造工程でノンスピニング工程により光繊維を製造しても低いPMD(Polarization Mode Dispersion,つまり偏光分散モード)値を有する光繊維製造が可能な光硬化型コーティング組成物及びこれを利用した光繊維に関するものである。
本発明にかかる光硬化型コーティング組成物は、光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー、反応性モノマー、光開始剤及びアミン添加剤を含み、ノンスピニング(Non−spinning)工程での光繊維製造時に、PMD(Polarization Mode Dispersion)値が0.1ps/√km以下であることを特徴とする。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、光繊維用光硬化型コーティング組成物に関するものであり、より詳しくは、光繊維製造工程でノンスピニング工程により光繊維を製造しても低いPMD(Polarization Mode Dispersion,つまり偏光分散モード)値を有する光繊維の製造が可能な光硬化型コーティング組成物及びこれを利用した光繊維に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に、光繊維一本の直径は0.1〜1mmであり、一本ずつ引出すため製造時に発生する微細な位相差や引張力の差等によってその品質が非常に敏感に変化する。また光繊維は、引出す時から1次、2次材料及びインク材料、リボン材料等の高分子コーティング材料が使用されるが、これによるコーティング材料の特性と硬化技術が開発されている。しかし、光繊維コーティング用高分子材料は、近年、作業速度の向上が要求されていることから硬化速度を向上させる方向だけに技術開発が集中しており、品質改善と工程改善のために光繊維コーティング材料がノンスピニング(Non−Spinning)工程に利用されるためのコーティング材料機能に対する技術研究は活発に行われていない。
【0003】
近年、社会の急速な発展に伴い、光繊維も次第に大容量、高速伝送が可能でなければならない。これを克服するために、何よりも解決すべき問題点の1つがPMDである。PMD(Polarization Mode Dispersion,つまり偏光分散モード)とは、与えられた距離でパルスを分散させることにより、システムの性能に影響を及ぼす分散現象である。このパルスの分散は、システムの伝送能力の限界に直接的な影響を及ぼす。これは言い換えると、全体的な光伝達信号の損失とも同じである。
【0004】
つまり、低いPMD値は、長距離マルチチャンネルdataのような伝送システムにおいて重要な要素である。
【0005】
一般的に光繊維のPMD発生原因は、光繊維自体によって発生されるものと、ケーブル(Cabling)工程中の外部の衝撃による影響の大きく二つに分けることができる。光繊維自体の原因としては、光繊維の石英系ガラスで構成されたコア(core)部と被覆(cladding)部の非円率とコア(core)部の気泡及び被覆(cladding)部の残留応力、コーティングの楕円形等に分けることができ、ケーブル(Cable)工程中にはベンディング(Bending)ストレス等の外部環境によって発生し得る。
【0006】
従来は、光繊維自体の特性によるPMD発生を抑制するために光繊維引出し工程でスピニング(Spinning)工程を利用して上のPMD問題を解決できると広く報告されている。しかし、スピニング工程を利用した光繊維は、そうでない光繊維よりも後工程で別の問題点を発生させ得る。例えば、スピニング工程を利用した光繊維をリボンマトリックス光繊維にすると、ねじれ(Twist)等の問題が発生する可能性が高い。このようなねじれは、コーティング状態と光繊維の幾何構造の不均一を招き得、光繊維の特性を低下させる原因になりもする。
【0007】
PMD値が低い光学繊維を作るための材料及び方法を提供するための従来技術の努力にもかかわらず、利用された多様なコーティング材料と目的とする物理的特性を獲得すると同時に、適用の多様性及び改善された硬化、並びに強化された硬化速度のような目的とする様々な要求を満たすと同時に、ノンスピニング工程で低いPMD値を維持するコーティング材料の要求が依然と残っている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
よって本発明の目的は、光繊維の引出し過程でノンスピニング工程でも低いPMD値を有する光繊維を得ることができ、後工程(Ribbon Matrix)でも光繊維のねじれがない光硬化型コーティング樹脂組成物及び前記光硬化型コーティング樹脂組成物によってコーティングされた光繊維を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的を達成するための本発明にかかる光硬化型コーティング組成物は、光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー、反応性モノマー、光開始剤及びアミン添加剤を含み、ノンスピニング(Non−spinning)工程での光繊維製造時に、PMD(Polarization Mode Dispersion)値が0.1ps/√km以下であることを特徴とする。
【0010】
また、本発明の光硬化型コーティング組成物は、前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマーは30〜90重量%、前記反応性モノマーは5〜60重量%、前記光開始剤は1〜15重量%、前記アミン添加剤は0.01〜0.5重量%の比率を有することを特徴とする。
【0011】
また、本発明の光硬化型コーティング組成物には、シラン系モノマー及び安定剤、又はこれらの混合物が0.5〜5重量%の比率で含まれることが好ましい。
【発明の効果】
【0012】
本発明にかかる光硬化型コーティング樹脂組成物でコーティングされた光繊維は、低い収縮率特性を表して光繊維製造時に発生し得る衝撃(stress)を最小化でき、特にノンスピニング工程によって光繊維を製造しても、製造された光繊維が低いPMD値を有するという画期的な効果を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明の一実施例にかかる光硬化型コーティング樹脂組成物は、ポリオール共重合体、ポリイソシアネート、アクリレートアルコール、ウレタン反応触媒及び重合禁止剤を含む組成物から合成されることにより、ポリエステルとポリエーテルポリオール単量体が適切に共重合された、数平均分子量(Mw.)が15,000〜25,000のウレタン系アクリレートオリゴマー(A)を含むことを特徴とする。より詳しくは、前記オリゴマーと反応性モノマー(B)、光開始剤(C)、アミン添加剤(D)、その他添加剤(E)が適切に組み合わされた光硬化型コーティング樹脂組成物の硬化後の収縮率(%)が0.5〜1であることを特徴とする。
【0014】
以下、本発明の光硬化型コーティング組成物を成す細部構成成分を詳しく説明する。
【0015】
(A)光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(polymerizable urethane acrylate oligomer)
本発明に使用される光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)は、(i)ポリオール共重合体(polyol copolymer)、(ii)ポリイソシアネート(polyisocyanate)、(iii)アクリレートアルコール、(iv)ウレタン反応触媒、及び(V)重合禁止剤を含む組成物から合成され、好ましくは10:30〜70:90重量比のポリエーテルポリオールとポリエステルポリオールからなり、15,000〜25,000範囲の数平均分子量(Mw.)を有することが好ましい。
【0016】
前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)は、光硬化型コーティング樹脂組成物の30〜90重量%の量で使用されることが好ましい。30重量%未満の場合は樹脂組成物の硬化収縮率が増加してマイクロベンディングによる損失と工程中の紫外線エネルギー熱による蒸気発生の問題点があり、90重量%を超える場合は工程上の作業粘度が高くなるため作業性に問題点が発生し得る。
【0017】
前記オリゴマー(A)を合成する組成物を構成する成分は次の通りである。
【0018】
(i)ポリオール共重合体
本発明に使用されるポリオール共重合体(i)は、分子量が100〜10,000で、−CHCHO−又は−CHCH(CHCH)O−の繰り返し単位を含むことが好ましい。
【0019】
前記ポリオール共重合体(i)の好ましい例としては、ポリエステルポリオール(polyester polyol)、ポリエーテルポリオール(polyether polyol)、ポリカーボネートポリオール(polycarbonate polyol)、ポリカプロラクトンポリオール(polycaprolactone polyol)、開環テトラヒドロフランプロピレンオキシド共重合体(tetrahydrofuran propyleneoxide ring opening copolymer)、エチレングリコール(ethylene glycol)、プロピレングリコール(propylene glycol)、1,4−ブタンジオール(1,4−butanediol)、1,5−ペンタンジオール(1,5−pentanediol)、1,6−ヘキサンジオール(1,6−hexandiol)、ネオペンチルグリコール(neopentyl glycol)、1,4−シクロヘキサンジメタノール(1,4−cyclohexane dimethanol)、ビスフェノール−エー(bisphenol−A)タイプのジオールからなる群から1種以上使用することが好ましい。
より好ましくは、ポリエーテルポリオール又は開環テトラヒドロフランプロピレンオキシド共重合体10〜30重量%とポリエステルポリオール70〜90重量%を混合して使用することができる。
【0020】
また、前記ポリオールポリマーは、前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー組成物の30〜75重量%を使用することが好ましい。
【0021】
(ii) ポリイソシアネート
本発明に使用されるポリイソシアネート(ii)の好ましい例としては、2,4−トリエンジイソシアネート(2,4−tolyenediisocyanate)、2,6−トリエンジイソシアネート、1,3−キシレンジイソシアネート(1,3−xylene diisocyanate)、1,4−キシレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンイソシアネート(1,5−naphthalene diisocyanate)、1,6−ヘキサンジイソシアネート(1,6−hexanediisocyanate)、イソホロンジイソシアネート(isophoronediiso−cyanate;IPDI)及びこれらの混合物からなる群から選ばれる。前記ポリイソシアネート(ii)は、前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)の10〜40重量%の含量で使用することが好ましい。
【0022】
(iii) アクリレートアルコール
本発明に使用されるアクリレートアルコール(iii)は、1つ以上の(メタ)アクリレート及びヒドロキシ基を含み、この好ましい例としては、2−ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート(2−hydroxyethyl(meth)acrylate)、2−ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシブチル(メタ)アクリレート、2−ヒドロキシエチルアクリレート、2−ヒドロキシプロピルアクリレート、2−ヒドロキシ−3−フェニルオキシプロピル(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシブチルアクリレート、ネオペンチルグリコモノ(メタ)アクリレート、4−ヒドロキシシクロヘキシル(メタ)アクリレート、1,6−ヘキサンジオールモノ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート及びこれらの混合物を挙げることができる。
【0023】
前記アクリレートアルコール(iii)は、前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)の10〜35重量%の含量で使用することが好ましい。
【0024】
(iv)ウレタン反応触媒
本発明に使用されるウレタン反応触媒(iv)は、ウレタン反応中に少量添加される触媒であり、この好ましい例としては、ナフテン酸銅(copper naphthenate)、ナフテン酸コバルト、ナフテン酸亜鉛、n−ブチルスズラウレート(butyltinlaurate)、トリスチルアミン(tristhylamine)、2−メチルトリエチレンジアミド及びこれらの混合物を挙げることができる。
【0025】
前記反応触媒(iv)は、前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)の0.01〜1重量%の含量で使用することが好ましい。
【0026】
(V) 重合禁止剤
本発明に使用される重合禁止剤(V)の好ましい例としては、ヒドロキノン(hydroquinone)、ヒドロキノンモノメチルAテル、パラ−ベンゾキノン、フェノチアジン及びこれらの混合物を挙げることができ、前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)の0.01〜1重量%の含量で使用することが好ましい。
【0027】
前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)は、それぞれの成分で次のように合成できる。ポリオール共重合体(i)、選択的にポリエステル化合物、及び重合禁止剤(V)を反応器に入れた後、30分〜1時間真空減圧し、水分とイソシアネートとの副反応を防止するために水分を除去する。水分が除去された前記混合物を40〜65℃の温度で30分〜1時間維持させた後、ポリイソシアネート(ii)を分割形式で加え、200〜300rpmで撹拌しながらウレタン反応触媒(iv)の総重量中の約1/3を添加する。このとき、発熱が深刻なため注意を要する。発熱終了後、温度を50〜75℃に維持しながらFT−IR上に−OHピークが消滅するまで反応させる。反応時間は2〜3時間程度である。前記反応終了後、アクリレートアルコール(ii)を加える。この際もやはり、発熱が深刻なため注意を要する。前記発熱終了後、60〜80℃に昇温し、ウレタン反応触媒(iv)の残量を加えてFT−IR上に−NCOピークが消滅するまで反応させて光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)を収得する。
【0028】
(B)反応性モノマー
本発明に使用される反応性モノマー(B)は、高分子構造を有する前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)との作業粘度を合わせるための希釈剤として使用されるため、低分子量のモノマーが好ましい。1つ以上のアクリレート基、メタクリレート基またはビニル基を含む反応性モノマーは、コーティング樹脂組成物総重量の5〜60重量%の量で使用される。5重量%未満の場合は高粘度のオリゴマー合成物(A)を作業粘度である3,000〜10,000cps(25℃)まで希釈させることが難しく、60重量%を超える場合はフィルムの硬化収縮率と高温作業時の熱安定性が劣るゲルが形成され、粘度が上昇し、粒子が大きくなってコーティング時に不均衡な表面を誘導し、光損失の問題点がある。
【0029】
前記反応性モノマーは、分子構造内に1つ以上のアクリレート基、メタアクリレート基またはビニル基を有し、1〜3個またはそれ以上の多様な官能基を有するモノマーを使用することができる。特にフィルム状態で高い引張強度を有すると共に、低い硬化収縮率を有することが好ましい。この好ましい例としては、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシエチレングリコールアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコールアクリレート、イソボニルアクリレート(IBOA)、イソボニルメタアクリレート、N−ビニルピロリドン(N−VP)、N−ビニルカプロラクタム(N−VC)、アクリロイルモルホリン(Acryloyl Morpholine:ACMO)、ビスフェノールエトキシレートジアクリレート、エトキシレートフェノールモノアクリレート、ポリエチレングリコール400ジアクリレート(polyethyleneglycol 400 diacrylate)、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート(TMPTA)、ポリエチレングリコールジアクリレート、エチレンオキシド付加型トリエチルオールプロパントリアクリレート(ethyleneoxide−addition triethylolpropantri acrylate;EO−TMPTA)、ペンタエリスリトールテトラアクリレート(PETA)、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシレーテッドペンタエリスリトールテトラアクリレート(ethoxylated pentaerythritol tetraacrylate)、エトキシレートノニルフェノールアクリレート、2−フェノキシエチルアクリレート、エトキシレーテッドビスフェノールAジアクリレート、アルコキシレーテッドノニルフェノールアクリレート(alkoxylated nonylphenol acrylate)、アルコキシレーテッド3官能基アクリレートエステル(alkoxylated trifuntional acrylate ester)、メタリックジアクリレート(metallic diacrylate)、3官能基アクリルエステル(trifuctional acrylate ester)、3官能基メタクリレートエステル(trifuntional methacrylate ester)及びこれらの混合物を挙げることができる。
【0030】
必要に応じて、被塗面との接着力向上のために接着力増加効果を表すモノマーを更に使用できる。
【0031】
(C)光開始剤
本発明で使用される光開始剤(C)は、光繊維コーティングが1,500m/分以上の速いライン速度を維持できるように行われるため、樹脂自体の速い硬化速度を維持するために添加される。前記光開始剤(C)は、紫外線エネルギーを受けてフリーラジカルを形成し、樹脂内の二重結合を攻撃して重合を誘導する。この好ましい例としては、商業的に収得可能なCiba Geigy社のIrgacure #184(ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン(hydroxycyclohexylphenylketone))、Irgacure #907(2−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルホリノ−プロパン−1−オン(2−methyl−1[4−(methylthio)phenyl]− 2−morpholino−propan−1−one))、Irgacure #500(ヒドロキシケトンとベンゾフェノン(hydroxyketones and benzophenone))、Irgacure #651(ベンジルジメチルケトン(benzildimethylketone))、Darocure #1173(2−ヒドロキシ−2−メチル−1−フェニル−プロパン−1−オン(2−hydroxy−2−methyl−1−phenyl−propan−1− one))、Darocure TPO(2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルフォスフィンオキシド(2,4,6−trimethylbenzoyl−diphenylphosphin oxide))、Darocure CGI#1800(ビスアシルフォスフィンオキシド(c phosphine oxide))、Darocure CGI#1700(ビスアシルホスフィンオキシドとヒドロケトン(bisacyl phosphine oxide and hydroxyketone))及びこれらの混合物を挙げることができる。前記光開始剤(C)は、コーティング樹脂組成物総重量の1〜15重量%の量で使用される。
【0032】
(D)アミン添加剤
本発明で使用されるアミン添加剤は、光硬化型コーティング樹脂の硬化前高温及び光による重合を防止し、硬化後の水素ガスの発生を防止し、光繊維の透過損失防止と高速引出し時に速い硬化速度特性を付与するために投入される。この好ましい例としては、ジアリルアミン(diallylamine)、ジイソプロピルアミン(diisopropylamine)、ジエチルアミン(diethylamine)、ジエチルヘキシルアミン(diethylhexylamine)、トリエチルアミン(triethlyamine)、N−メチルジエタノールアミン(N−methyldiethanolamine)、エタノールアミン(ethanol amine)、ジエタノールアミン(diethanol amine)からなる群から選ばれる。前記アミン添加剤(D)は、光繊維コーティング樹脂組成物の0.01〜0.5重量%の含量で使用される。
【0033】
(E)その他の添加剤−シラン系モノマー及び安定剤またはこれらの混合物
本発明の光硬化型コーティング樹脂組成物は、上述の成分以外にも、コーティング層とガラスの接着力が減少することを防止するために、シラン系モノマー、安定剤またはこれらの混合物を含む。シラン系モノマー、安定剤またはこれらの混合物(E)は、コーティング樹脂組成物総重量の1〜5重量%の量で使用される。これらの添加剤は、商業的に容易に購入でき、添加剤の含量が前記範囲から外れると硬化速度の低下を発生させ得る。
【0034】
シラン系モノマーは、コーティング層とガラスとの接着力を増加させるだけでなく、根本的に樹脂組成物の吸収率を低下させる。このようなシラン系モノマーとしては、日本Chisso社のビニルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリ(メトキシエトキシ)シラン, ガンマ−メタクリルオキシプロピルトリメトキシシラン、ガンマ−グリシドオキシプロピルメトキシシラン、ガンマ−アミノプロピルトリエトキシシラン、ガンマ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン及びこれらの混合物を使用できる。
【0035】
安定剤は、コーティング樹脂組成物の熱的及び酸化安定性、及び貯蔵安定性を向上させる役割をし、代表的な安定剤である酸化剤としてはCiba社のIrganox 1010、Irganox 1035、Irganox 1076及びこれらの混合物を挙げることができる。
【0036】
本発明の光硬化型コーティング樹脂組成物を1次コーティング材料として光繊維を製造する場合、硬化後の収縮率が0.05〜1%と低い収縮率特性を表し、光繊維内−外部による衝撃を最小化することによって、ノンスピニング工程でも低いPMD値を有する光繊維を製造することができる。
【0037】
以下、下記実施例によって本発明をより詳しく説明する。但し、下記実施例は本発明を例示するためのものであるだけで、本発明の範囲がこれらだけに限定されるのではない。
【実施例】
【0038】
光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー(A)の合成
合成実施例1.
撹拌器付き2リットル丸底フラスコに138.32g(4mole)のイソホロンジイソシアネート(IPDI)(製造元:Lyondell chemical company)、0.50gのジブチルスズジラウレート(dibutyltindilaurate)(製造元:ソンウォン産業)を入れた。反応温度を80℃に維持した後、ここに平均分子量1000のポリテトラメチレングリコールポリオール(PTMG)(製造元:BASF)109.03g(0.7mole)を反応器に投入した。投入終了後、理論NCO濃度が8.67%の反応物のNCO濃度を7.5〜8.5%間に調節した。そして、平均分子量2000のポリプロピレングリコールポリオール(PPG)(製造元:Korea Polyol)716.50g(2.3mole)を投入した。投入終了後、理論NCO濃度が1.07%の反応物のNCO濃度を0.7〜1.0%間に調節してウレタンプレポリマーを得、2.15gヒドロキノンモノメチルAテル(HQMME)(製造社:Eastman)、37.96g(2mole)の2−ヒドロキシエチルアクリレート(2−HEA)(製造元:日本触媒)を徐々に投入して反応を進めた。投入が終わった後、1時間は80℃に反応温度を維持した。反応の終了は赤外線分光器で2275cm−1のNCOピークが消えたことを確認してイソシアネートが反応したことが分かり、オリゴマーの数平均分子量(Mw.)はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を利用して25,000g/molであることを確認し、粘度は65,000cpsであった。このようにして投入比率による平均ウレタン結合数が4で、2−ヒドロキシエチルアクリレート投入前のウレタンプレポリマーのNCO濃度が0.7〜1.0%のウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーを合成した。
【0039】
合成実施例2.
撹拌器付き3リットル丸底フラスコに135.8g(3mole)のイソプロピルジイソシアネートと0.05gのジブチルスズジラウレート(dibutyltindilaurate)を入れた。反応温度を80℃に維持した後、ここにKorea Polyol社の平均分子量2000のポリエステルとポリエステルポリオールの混合物ポリオール816.6g(2mole)を反応器に投入した。投入終了後、理論NCO濃度が0.6%である反応物のNCO濃度を0.1〜0.3%間に調節してウレタンプレポリマーを得、47.4g(2mole)の2−ヒドロキシエチルアクリレートを徐々に投入して反応を進めた。投入が終わった後、3時間は80℃に反応温度を維持した。反応の終了は赤外線分光器で2270cm−1のNCOピークが消えたことを確認してイソシアネートが反応したことが分かり、オリゴマーの数平均分子量(Mw.)はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を利用して22,000g/molであることを確認し、粘度は13,500cpsであった。このようにして投入比率による平均ウレタン結合数が4で、2−ヒドロキシエチルアクリレート投入前のウレタンプレポリマーのNCO濃度が0.1〜0.3%であるウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーを合成した。
【0040】
合成実施例3.
撹拌器付き2リットル丸底フラスコに129.6gのイソプロピルジイソシアネートと0.05gのジブチルスズジラウレート(dibutyltindilaurate)を入れた。反応温度を80℃に維持した後、ここに平均分子量2000のポリテトラメチレングリコールポリオール(製造元:BASF)778.2gを反応器に投入した。投入終了後、理論NCO濃度が0.6%の反応物のNCO濃度を0.4〜0.6%間に調節してウレタンプレポリマーを得、91.8gの2−ヒドロキシエチルアクリレートを徐々に投入して反応を進めた。投入が終わった後、3時間は80℃に反応温度を維持した。反応の終了は赤外線分光器で2270cm−1のNCOピークが消えたことを確認してイソシアネートが反応したことが分かり、オリゴマーの数平均分子量(Mw.)はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を利用して18,000g/molであることを確認し、粘度は75,000cpsであった。このようにして投入比率による平均ウレタン結合数が4で、2−ヒドロキシエチルアクリレート投入前のウレタンプレポリマーのNCO濃度が0.4〜0.6%のウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーを合成した。
【0041】
合成比較例 1.
撹拌器付き2リットル丸底フラスコに259.5gのイソプロピルジイソシアネートと0.05gのジブチルスズジラウレート(dibutyltindilaurate)を入れた。反応温度を80℃に維持した後、ここに平均分子量1000のポリテトラメチレングリコールポリオール(製造元:BASF)583.7gを反応器に投入した。投入終了後、理論NCO濃度が0.5%である反応物のNCO濃度を0.1〜0.3%間に調節してウレタンプレポリマーを得、155.7gの2−ヒドロキシエチルアクリレートを徐々に投入して反応を進めた。投入が終わった後、3時間は80℃に反応温度を維持した。反応の終了は赤外線分光器で2270cm−1のNCOピークが消えたことを確認してイソシアネートが反応したことが分かり、オリゴマーの数平均分子量(Mw.)はゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)を利用して5,500g/molであることを確認し、粘度は28,000cpsであった。このようにして投入比率による平均ウレタン結合数が4で、2−ヒドロキシエチルアクリレート投入前のウレタンプレポリマーのNCO濃度が0.1〜0.3%のウレタン(メタ)アクリレートオリゴマーを合成した。
【0042】
実施例1〜3及び比較例
前記合成実施例1〜6、合成比較例1〜4で製造したオリゴマーを利用して、下記表1に示したような本発明にかかるコーティング樹脂組成物を配合した。
【0043】
【表1】

【0044】

下記の成分名及び商号名が表1に使用され、言及された化合物または組成物を指すと理解しなければならない。
【0045】
Miramer PU220は、ミウォン商事のAliphatic difunctional Urethane Acrylate Oligomer(Mw.4,800)である。
【0046】
M−164は、ミウォン商事のEthoxylated(4) Nonylphenol Acrylateである。
*NPF−041は、ハンノン化成のPropyleneoxide(4) Nonylphenol Acrylateである。
【0047】
NVCは、Basf社のN−Vinylcaprolactamである。
【0048】
SR−506は、Sartomer社のIsobornylacrylateである。
SR−339はSartomer社の2−Phenoxyethyl acrylateである。
【0049】
M−2100は、ミウォン商事のEthoxylated(10) Bisphenol A diacrylateである。
【0050】
Darocure TPOは、CIBA社で市販している2,4,6−Trimethylbenzoyl diphenyl phospine oxideである。
【0051】
Irganox 1076は、CIBA社で市販しているOctadecyl−3−(3,5−di−tert−butyl−4−hydroxy−phenyl)−propionateである。
【0052】
S−810は、CHISSO社で市販しているγ−mecaptopropyl trimethoxysilaneである。
【0053】
DiethylamineはJUNSEIで市販している。
【0054】
光硬化型コーティング樹脂組成物の物性評価方法
前記実施例1〜6及び比較例1〜4で製造された光繊維用コーティング樹脂組成物の機械的物性と光繊維製造後のPMD特性の相関関係を調べるために、下記の通り粘度、2.5%セカント係数、硬化速度、ガラス接着力、ガラス転移温度及び硬化後の収縮率特性を測定し、その結果を下記表2に表した。
【0055】
粘度(Viscosity)
組成物の粘度は、ASTM D−2196によってブルックフィールド粘度系(Brookfield DV III+)を利用し、スピンドル31番を利用して25℃の温度、トルク50〜90%範囲で粘度を測定した。
【0056】
2.5%セカント係数(2.5% Secant modulus)
20×20cm大のガラス板上に前記実施例で製造した組成物を塗り、バーコーターを7〜10mil厚で固定した後、のばして窒素が注入される固定枠に入れ(窒素流量40lpm)フュージョン社(モデル:DRS10/12−QN)の600ワット 9mm D−bulbを利用して速度30fpm、1.0J/cmの光量を照射して硬化させ100μm厚のフィルムを製作した。硬化された組成物のフィルムをガラス板から分離して、専用ブレード(JDC cutter)を利用して幅13mmに切った後、一日、23℃、相対湿度50%以下のデシケーターに保管し、Instron社の4443UTMを利用して25mm/分の速度で引張り2.5%セカント係数を測定した。
【0057】
硬化速度(Degree of Cure)
20×20cm大のガラス板上に前記実施例で製造した組成物を塗り、バーコーターを7〜10 mil厚で固定した後、のばして窒素が注入される固定枠に入れ(窒素流量40lpm)、フュージョン社(モデル:DRS10/12−QN)の600ワット 9mm D−bulbを利用して速度50、100、200、400fpm、0.5、0.2、0.1、0.06J/cmの光量を照射して(光量計:UV Power PUCK, UVA320−390nm,製造社:EIT Co.,Ltd)硬化させ100μm厚のフィルムを製作した。硬化された組成物のフィルムをガラス板から分離して、専用ブレード(JDC cutter)を利用して幅13mmに切った後、一日、23℃、相対湿度50%以下のデシケーターに保管し、Instron社の4443UTMを利用して25mm/分の速度で引張り各光量別2.5%セカント係数を測定した後、最大達成可能セカント係数の95%になる(Ultimate of 95% Secant Modulus)時点の光量を硬化速度として定義した。
ガラス接着力(Adhesion to glass)
20×20cm大のガラス板上に前記実施例で製造した組成物を塗り、バーコーターを5mil厚に固定した後のばし、その上に2次コーティング剤を10mil厚にのばして窒素が注入される固定枠に入れ(窒素流量40lpm)、フュージョン社(モデル:DRS10/12−QN)の600ワット 9mm D−bulbを利用して速度30fpm、1.0 J/cmの光量を照射して硬化させフィルムを製作した。硬化された組成物のフィルムを幅25mmに切った後、一日、23℃、相対湿度50%以下のデシケーターに保管し、Instron社の4443UTMを利用して90°の角度にフィルムを25mm/分の速度で引張りガラス板との接着力を測定した。
【0058】
ガラス転移温度(Tg:Glass transition temperature)
20×20cm大のガラス板上に前記実施例で製造した組成物を塗り、バーコーターでのばして窒素が注入される固定枠に入れた後(窒素流量40lpm)、フュージョン社(モデル:DRS10/12−QN)の600ワット 9mm D−bulbを利用して速度30fpm、1.0J/cmの光量を照射して硬化させ、600μm 厚のフィルムを製作した。硬化されたフィルムを長さ約15mm、幅約10mmに切断して測定サンプルを製造した。製造されたサンプルをDMTA IV(Dynamic mechanical temperature analysis 製造社:Rheometry)に装着し、測定した幾何学的数値を入力した。測定時の温度条件は、約−100℃まで冷却させた後、温度が約60℃に到達するまで2℃/分で温度を高める。使用された試験周波数は、1.0ラジアン(radian)/秒だった。測定結果グラフでタンジェントデルタピーク(tan delta peak)からTg(ガラス転移温度)を計算した。
【0059】
硬化後の収縮率(Shrinkage on Cure)
前記実施例で製造した光繊維用樹脂組成物と比較例の樹脂組成物の硬化後の収縮率特性を調べるために次のような方法で測定した。
【0060】
空の比重瓶(Pycnometer)の重さを量った後、23℃で比重瓶に水を満たして蓋をし、表面の水気を除去して重さを測定して記録した。前記比重瓶に30fpm、1.0J/cmで硬化したFilm Sample 5±0.1gを入れ、空の比重瓶の重さとの差を記録した後、硬化したFilm Sampleが完全に浸かるように比重瓶内に水を満たし、重さを測定した。
【0061】
硬化後の収縮率(% Shrinkage)の計算は次の通りである。
【0062】
X=(a×d)/(b+a m)
a=Film Sample Weight
d=Specific Gravity of Uncured Sample
b=Weight of Pycnometer and water
m=Weight of Water and Sample in Pycnometer
e=Weight of Pycnometer
% Shrinkage=X−d/d
光繊維の製造
前記実施例または比較例の樹脂組成物を光繊維引出装置(Nextrom Co.,Ltdによって製造)を使用して1次コーティング剤として石英ガラス繊維に利用した後、次いで2次コーティング剤(SSCP corp.によって製造されたEfiron LS 2171)をその上に適用し、同時に硬化させた。前記ガラス繊維の直径は125μmで、その上に1次コーティング剤と2次コーティング剤を適用して硬化後250μmになるようにした。硬化はUVランプ(Fusionで製造されたDRS10/12−部,600ワット)を使用し、引出速度は1500mpmだった。
【0063】
前記工程は、ノンスピニング工程を適用し、また、前記光繊維のクラッド非円率(Cladding− Noncircularity)は、0.3〜0.5であることが好ましい。
【0064】
PMD値の測定
前記方法で収得した光繊維を23℃の温度及び50%以下の相対湿度で3日間保管した。前記光繊維を束状態(Free Tension Fiber)にした後、PMD4000(PE.fiberoptics Co.,Ltdによって製造)装備でInterferometric methodに従って測定し、その結果を下記表2に表した。
【0065】
【表2】

【0066】

光繊維PMDは、光繊維の信頼性特性を表す1つの基準として一般的に0.2以下(ITU−T G−652,657)、より詳しくは0.1以下になることが好ましい。前記表2の比較例1〜4のように、収縮率が高い光繊維用コーティング樹脂組成物を使用した光繊維PMD値は、0.1以上であり高いため、長距離・大容量の伝送に困難があり得る。
【0067】
これに対し、本発明にかかる実施例1〜6の低い収縮率の光繊維用コーティング樹脂組成物を使用した光繊維のPMDは、0.1以下であり非常に低いPMD値を有し、長距離・大容量伝送システムが可能で、リボン光繊維のねじれのような後工程での問題点を克服できる。


【特許請求の範囲】
【請求項1】
光重合型ウレタンアクリレートオリゴマー、反応性モノマー、光開始剤及びアミン添加剤を含み、
ノンスピニング(Non−spinning)工程での光繊維製造時に、PMD(Polarization Mode Dispersion)値が0.1ps/√km以下であることを特徴とする光硬化型コーティング組成物。
【請求項2】
前記光硬化型コーティング組成物の硬化後の収縮率が0.5〜1%であることを特徴とする請求項1に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項3】
2.5%セカント係数(secant modulus)が0.05〜0.3kgf/mmであることを特徴とする請求項1に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項4】
ガラス面とコーティング面との接着力が1〜5Nであることを特徴とする請求項1に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項5】
最大達成可能セカント係数の95%を達成するための光量が、0.5J/cm2以下であることを特徴とする請求項1に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項6】
前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマーは30〜90重量%、前記反応性モノマーは5〜60重量%、前記光開始剤は1〜15重量%、前記アミン添加剤は0.01〜0.5重量%の比率を有することを特徴とする請求項1に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項7】
前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマーは、15,000g/mol〜25,000g/molの数平均分子量(Mw.)を有することを特徴とする請求項6に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項8】
前記光重合型ウレタンアクリレートオリゴマーは、ポリオール共重合体、ポリイソシアネート、アクリレートアルコール、ウレタン反応触媒及び重合禁止剤を含む組成物から合成されたことを特徴とする請求項6に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項9】
前記ポリオール共重合体は、分子量が100〜10,000で、−CHCHO−又は−CHCH(CHCH)O−の繰り返し単位を含むことを特徴とする請求項8に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項10】
前記ポリオール共重合体は、ポリエーテルポリオール又は開環テトラヒドロフランプロピレンオキシド共重合体10〜30重量%とポリエステルポリオール70〜90重量%の混合物であることを特徴とする請求項8に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項11】
前記ポリイソシアネートは、2,4−トリエンジイソシアネート(2,4−tolyenediisocyanate)、2,6−トリエンジイソシアネート、1,3−キシレンジイソシアネート(1,3−xylene diisocyanate)、1,4−キシレンジイソシアネート、1,5−ナフタレンイソシアネート(1,5−naphthalene diisocyanate)、1,6−ヘキサンジイソシアネート(1,6−hexanediisocyanate)、イソホロンジイソシアネート(isophoronediisocyanate;IPDI)及びこれらの混合物からなる群から選ばれる1つ以上の化合物であることを特徴とする請求項8に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項12】
前記アクリレートアルコールは、1つ以上のメタアクリレート及びヒドロキシ基を含むことを特徴とする請求項8に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項13】
前記反応性モノマーは、1つ以上のアクリレート基、メタアクリレート基またはビニル基を含むことを特徴とする請求項6に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項14】
前記反応性モノマーは、フェノキシエチルアクリレート、フェノキシエチレングリコールアクリレート、フェノキシテトラエチレングリコールアクリレート、フェノキシヘキサエチレングリコールアクリレート、イソボニルアクリレート,イソボニルメタアクリレート、N−ビニルピロリドン、N−ビニルカプロラクタム、アクリロイルモルホリン、ビスフェノールエトキシレートジアクリレート、エトキシレートフェノールモノアクリレート、ポリエチレングリコール400ジアクリレート、トリプロピレングリコールジアクリレート、トリメチルプロパントリアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、エチレンオキシド付加型トリエチルプロパントリアクリレート、ペンタエリスリトールテトラアクリレート、1,4−ブタンジオールジアクリレート、1,6−ヘキサンジオールジアクリレート、エトキシレーテッドペンタエリスリトールテトラアクリレート、エトキシレーテッドノニルフェノールアクリレート、2−フェノキシエチルアクリレート、エトキシレーテッドビスフェノールAジアクリレート、アルコキシレーテッドノニルフェノールアクリレート、アルコキシレーテッド3官能性アクリレートエステル、メタリックジアクリレート、3官能性アクリレートエステル、3官能性メタクリレートエステル及びこれらの混合物からなる群から選ばれることを特徴とする請求項13に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項15】
前記アミン添加剤は、ジアリルアミン、ジイソプロピルアミン、ジエチルアミン、ジエチルヘキシルアミン、トリエチルアミン、N−メチルジエタノールアミン、エタノールアミン、ジエタノールアミン及びこれらの混合物からなる群から選ばれた1つ以上であることを特徴とする請求項6に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項16】
シラン系モノマー及び安定剤またはこれらの混合物をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項17】
前記シラン系モノマー及び安定剤またはこれらの混合物は、0.5〜5重量%の比率で含まれることを特徴とする請求項16に記載の光硬化型コーティング組成物。
【請求項18】
請求項1〜17に記載の組成物でコーティングされ、ノンスピニング(Non−Spinning)工程で製造された光繊維。


【公表番号】特表2011−530642(P2011−530642A)
【公表日】平成23年12月22日(2011.12.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−522906(P2011−522906)
【出願日】平成21年8月12日(2009.8.12)
【国際出願番号】PCT/KR2009/004503
【国際公開番号】WO2010/018995
【国際公開日】平成22年2月18日(2010.2.18)
【出願人】(504432301)エスエスシーピー・カンパニー・リミテッド (8)
【Fターム(参考)】