СМОЛЯНАЯ КОМПОЗИЦИЯ, ОПТИЧЕСКОЕ ВОЛОКНО И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА
RESIN COMPOSITION, OPTICAL FIBER AND METHOD FOR MANUFACTURE OF OPTICAL FIBER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[01] Настоящее раскрытие относится к смоляной композиции, оптическому волокну и способу изготовления оптического волокна.
По этой заявке испрашивается приоритет заявки № 2018-215692 на патент Японии, поданной 16 ноября 2018 года, и все составные части, описанные в заявке Японии, включены в эту заявку.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[02] Оптическое волокно обычно имеет покровный слой смолы для защиты стеклянного волокна, которое является оптической средой передачи данных. Необходимо, чтобы оптическое волокно имело хорошие характеристики при боковом давлении для снижения возрастания потерь на прохождение, наводимых микроизгибом, создаваемым в случае, когда боковое давление прикладывается к оптическому волокну.
[03] Например, в патентной литературе 1 исследовано улучшение характеристик оптического волокна при боковом давлении путем образования слоя смолы с использованием отверждаемой ультрафиолетовыми лучами смоляной композиции, содержащей наполнитель, выполненный из синтетического кремнезема.
Перечень ссылок
Патентная литература
[04] [Патентная литература 1] JP 2014-219550 A.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
2
[05] Смоляная композиция согласно одному аспекту настоящего раскрытия включает в себя основную смолу, содержащую олигоуретан(мет)акрилат, мономер, инициатор фотополимеризации и силановый связывающий агент; и поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида, имеющие отверждаемую ультрафиолетовым излучением функциональную группу, в которой содержание поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида составляет 1 мас.% или более и 60 мас.% или менее в расчете на общее количество смоляной композиции и величина модификации поверхности относительно поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида составляет 0,15 мг/м или более.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[06] Фиг. 1 - схематичное поперечное сечение показанного в качестве примера оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[07] [Проблема, решаемая настоящим раскрытием]
Покровный слой смолы обычно содержит первичный слой смолы и вторичный слой смолы. Необходимо, чтобы смоляная композиция, образующая вторичный слой смолы, улучшала характеристики оптического волокна при боковом давлении благодаря повышению модуля Юнга. Однако когда содержание наполнителя возрастает, модуль Юнга слоя смолы, образованного из смоляной композиции, может повышаться, но способность к нанесению становится плохой и для слоя смолы характерна тенденция становиться хрупкой.
[08] Задача настоящего раскрытия заключается в создании смоляной композиции, имеющей не только высокий модуль Юнга, необходимый для вторичного слоя смолы, но также и хорошую способность к нанесению, позволяющую формировать вязкий слой смолы; и оптического волокна, содержащего вторичный слой смолы, образованный из смоляной композиции.
[09] [Положительный эффект настоящего раскрытия]
Настоящим раскрытием обеспечиваются смоляная композиция для покрытия оптического волокна, имеющего не только высокий модуль Юнга, необходимый для вторичного слоя смолы, но также и хорошую способность к покрытию, позволяющую формировать вязкий слой смолы; и оптическое волокно, содержащее вторичный слой смолы, образованный из смоляной композиции.
[10] [Описание варианта осуществления настоящего раскрытия]
2
Прежде всего составные части варианта осуществления настоящего раскрытия будут описаны путем перечисления их. Смоляная композиция согласно одному аспекту настоящего раскрытия включает в себя основную смолу, содержащую олигоуретан(мет)акрилат, мономер и инициатор фотополимеризации; и поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида, имеющие отверждаемую ультрафиолетовым излучением функциональную группу, в которой содержание поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида составляет 1 мас.% или более и 60 мас.% или менее в расчете на общее количество смоляной композиции, а величина модификации поверхности относительно поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида составляет 0,15 мг/м или более.
[11] При использовании в определенных пределах упомянутых выше поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида можно формировать вязкий слой смолы, имеющий не только высокий модуль Юнга, но также обладающий хорошей способностью к нанесению.
2
2
[12] С точки зрения хорошей дисперсионной способности в смоляной композиции и поэтому легкого улучшения способности к нанесению величина модификации поверхности относительно поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида может быть 0,15 мг/м или более и 2,5 мг/м или менее.
[13] Упомянутая выше функциональная группа может быть по меньшей мере одной группой, выбираемой из групп, состоящих из акрилоильной группы, метакрилоильной группы и винильной группы. Это облегчает формирование слоя смолы, имеющего высокий модуль Юнга.
[14] С точки зрения образования слоя смолы, имеющего высокий модуль Юнга, средний размер первичных частиц из числа поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида может быть 800 нм или менее.
[15] Материал вторичного покрытия для оптического волокна согласно одному аспекту настоящего раскрытия включает в себя упомянутую выше смоляную композицию. Используя смоляную композицию согласно настоящему варианту осуществления для вторичного слоя смолы, можно изготавливать оптическое волокно, имеющее хорошие характеристики при боковом давлении.
[16] Оптическое волокно согласно одному аспекту настоящего раскрытия содержит стеклянное волокно, содержащее сердцевину и оболочку, первичный слой смолы, контактирующий со стеклянным волокном и покрывающий стеклянное волокно, и вторичный слой смолы, покрывающий первичный слой смолы, и вторичный слой смолы содержит отвержденный продукт смоляной композиции. Смоляную композицию согласно настоящему варианту осуществления наносят на вторичный слой смолы, что позволяет улучшать характеристики оптического волокна при боковом давлении.
[17] Способ изготовления оптического волокна согласно одному аспекту настоящего раскрытия включает в себя этап нанесения упомянутой выше смоляной композиции на внешнюю периферию стеклянного волокна, состоящего из сердцевины и оболочки, и этап отверждения смоляной композиции путем облучения ультрафиолетовыми лучами после этапа нанесения. Этим способом можно изготавливать оптическое волокно, имеющее хорошие характеристики при боковом давлении.
[18] [Подробное изложение варианта осуществления настоящего раскрытия]
Конкретные примеры смоляной композиции и оптического волокна согласно вариантам осуществления настоящего раскрытия будут описаны с обращением при необходимости к чертежам. Настоящее изобретение не ограничено этими примерами, а выражается формулой изобретения и предполагается включающим значащие эквиваленты для формулы изобретения и все модификации в пределах формулы изобретения. В нижеследующем описании одинаковые позиции придаются одним и тем же элементам при рассмотрении чертежа, а излишние пояснения опускаются.
[19] <Смоляная композиция>
Смоляная композиция согласно настоящему варианту осуществления включает в себя основную смолу, содержащую олигоуретан(мет)акрилат, мономер и инициатор фотополимеризации; и поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида, имеющие функциональную группу, отверждаемую ультрафиолетовым излучением.
[20] (Мет)акрилат означает акрилат или метакрилат, соответствующий ему. То же самое применимо к (мет)акриловой кислоте.
[21] (Поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида)
Для получения поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида согласно настоящему варианту осуществления поверхность частиц неорганического оксида обрабатывают силановым соединением, имеющим функциональную группу, отверждаемую ультрафиолетовым излучением, и функциональную группу, отверждаемую ультрафиолетовым излучением, помещают на поверхность частиц неорганического оксида. То есть, поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида состоят из неорганического компонента и органического компонента. Функциональная группа может быть акрилоильной группой, метакрилоильной группой или винильной группой. Наличие такой функциональной группы облегчает формирование слоя смолы, имеющего высокий модуль Юнга.
[22] Примеры силанового соединения, имеющего отверждаемую ультрафиолетовым излучением группу, включают в себя 3-метакрилоксипропилтриметоксисилан, 3-акрилоксипропилтриметоксисилан, 3-метакрилоксипропилтриэтоксисилан, 3-акрилоксипропилтриэтоксисилан, 8-метакрилоксиоктилтриметоксисилан, 8-акрилоксиоктилтриметоксисилан, 7-октенилтриметоксисилан, винилтриметоксисилан и винилтриэтоксисилан.
[23] Поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида согласно настоящему варианту осуществления диспергируют в дисперсионной среде. Использование поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида, диспергированных в дисперсионной среде, позволяет получать однородную дисперсию поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида в смоляной композиции и поэтому повышать стабильность смоляной композиции при хранении. Дисперсионная среда особенно не ограничена при условии, что отверждение смоляной композиции не затрудняется. Дисперсионная среда может быть реакционноспособной или нереакционноспособной. Когда дисперсионную среду, включающую поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида, наблюдают с помощью способа малоуглового рассеяния рентгеновских лучей и не обнаруживают агрегированных частиц, то поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида могут считаться диспергированными как первичные частицы.
[24] Мономер, такой как (мет)акрилоильное соединение и эпоксидное соединение, можно использовать в качестве реакционноспособной дисперсной среды. Примеры (мет)акрилоильного соединения включают в себя 1,6-гександиолди(мет)акрилат, модифицированный оксидом этилена ди(мет)акрилат бисфенола А, полиэтиленгликольди(мет)акрилат, модифицированный оксидом пропилена ди(мет)акрилат бисфенола А, полипропиленгликольди(мет)акрилат, политетраметиленгликольди(мет)акрилат, 2-гидрокси-3-феноксипропил(мет)акрилат, продукт присоединения (мет)акриловой кислоты к пропиленгликольдиглицидному эфиру, продукт присоединения (мет)акриловой кислоты к трипропиленгликольдиглицидному эфиру и продукт присоединения (мет)акриловой кислоты к глицериндиглицидному эфиру. (Мет)акрилоильные соединения, представленные в качестве примеров мономеров, описанные выше, могут быть использованы в качестве дисперсионной среды.
[25] Кетоновый растворитель, такой как метилэтилкетон (MEK), спиртовой растворитель, такой как метанол (MeOH), пропиленгликольмонометиловый эфир (PGME) или эфирный растворитель, такой как пропиленгликольмонометилэфирацетат (PGMEA), можно использовать в качестве нереакционноспособной дисперсионной среды. В случае использования нереакционноспособной дисперсной среды смоляная композиция может быть получена путем смешения основной смолы и поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида, диспергированных в дисперсионной среде, и удаления части дисперсионной среды.
[26] Вследствие хорошей дисперсионной способности в смоляной композиции и легкости образования гладкого слоя смолы предпочтительно, чтобы поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида были частицами, получаемыми путем обработки поверхности по меньшей мере одного, выбираемого из группы, состоящей из диоксида кремния (кремнезема), диоксида циркония (оксида циркония), оксида алюминия (глинозема), оксида магния (магнезии), оксида титана (диоксида титана), оксида олова и оксида цинка. С точки зрения небольших затрат, легкости обработки поверхности, проницаемости для ультрафиолетовых лучей и легкости получения слоя смолы с надлежащей твердостью более предпочтительно использовать поверхностно-модифицированные частицы кремнезема в качестве поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида согласно настоящему варианту осуществления.
[27] С точки зрения повышения модуля Юнга слоя смолы средний размер первичных частиц из числа поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида может быть 800 нм или менее, предпочтительно 1 нм или более и 650 нм или менее, более предпочтительно 5 нм или более и 500 нм или менее и еще более предпочтительно 10 нм или более и 200 нм или менее. Средний диаметр первичных частиц может быть определен, например, путем анализа изображений электронного микроскопа, способом рассеяния света или методом Брунауэра-Эммета-Теллера. Дисперсионная среда, в которой первичная частица из числа поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида диспергирована, выглядит визуально прозрачной, когда диаметр первичной частицы является небольшим. Когда диаметр первичной частицы является относительно большим (40 нм или более), дисперсионная среда, в которой первичная частица диспергирована, представляется замутненной, но осадок не наблюдается.
[28] Содержание поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида составляет 1 мас.% или более и 60 мас.% или менее, предпочтительно, чтобы оно составляло 3 мас.% или более и 55 мас.% или менее, более предпочтительно 5 мас.% или более и 50 мас.% или менее и еще более предпочтительно 10 мас.% или более и 40 мас.% или менее в расчете на общее количество смоляной композиции (общее количество основной смолы и поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида). Содержание поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида, составляющее 1 мас.% или более, позволяет легко формировать слой смолы с хорошими характеристиками при боковом давлении. Следствием содержания поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида, составляющего 60 мас.% или менее, является легкое повышение способности к нанесению смоляной композиции и это позволяет формировать вязкий слой смолы. Общее количество смоляной композиции и общее количество отвержденного продукта смоляной композиции можно считать одинаковыми. Содержание поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида составляет 1 мас.% или более и 60 мас.% или менее, предпочтительно, чтобы оно составляло 3 мас.% или более и 55 мас.% или менее, более предпочтительно 5 мас.% или более и 50 мас.% или менее и еще более предпочтительно 10 мас.% или более и 40 мас.% или менее в расчете на общее количество вторичного слоя смолы (общее количество отвержденной смоляной композиции, образующей вторичный слой смолы).
2
2
2
2
2
2
2
2
2
[29] Величина модификации поверхности относительно поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида составляет 0,15 мг/м или более, предпочтительно, чтобы она составляла 0,15 мг/м или более и 2,5 мг/м или менее, более предпочтительно 0,20 мг/м или более и 2,2 мг/м или менее, еще более предпочтительно 0,25 мг/м или более и 2,0 мг/м или менее и особенно предпочтительно 0,30 мг/м или более и 1,8 мг/м или менее. Величина модификации поверхности в упомянутых выше пределах позволяет легко регулировать вязкость смоляной композиции.
2
[30] «Величина модификации поверхности» согласно настоящему описанию может быть вычислена по удельной площади поверхности поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида и относительному содержанию органического компонента. Органический компонент представляет собой компонент, получаемый в результате отверждения ультрафиолетовым излучением функциональной группы, введенной в частицы неорганического оксида перед модификацией поверхности. Например, когда поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида состоят из частиц кремнезема, иные компоненты, а не SiO, представляют собой органические компоненты. Удельная площадь поверхности может быть определена методом адсорбции азота Брунауэра-Эммета-Теллера, а относительное содержание органического компонента может быть определено путем термогравиметрического/дифференциального термического анализа (TG/DTA). Величину модификации поверхности относительно поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида можно определять, выделяя частицы из дисперсионной среды перед приготовлением смоляной композиции, и можно определять, выделяя частицы из смоляной композиции после приготовления смоляной композиции.
[31] (Основная смола)
Основная смола согласно настоящему варианту осуществления содержит олигоуретан(мет)акрилат, мономер и инициатор фотополимеризации.
[32] В качестве олигоуретан(мет)акрилата можно использовать олигомер, получаемый реагированием полиольного соединения, полиизоцианатного соединения и содержащего гидроксильную группу (мет)акрилатного соединения.
[33] Примеры полиольного соединения включают в себя политетраметиленгликоль, полипропиленгликоль и диол этиленоксидного присоединения бисфенола А. Примеры полиизоцианатного соединения включают в себя 2,4-толилендиизоцианат, 2,6-толилендиизоцианат, изофорондиизоцианат и 4,4'-дизиизоцианат дициклогексилметана. Примеры содержащего гидроксильную группу (мет)акрилатного соединения включают в себя 2-гидроксиэтил(мет)акрилат, 2-гидроксибутил(мет)акрилат, 1,6-гександиолмоно(мет)акрилат, пентаэритритолтри(мет)акрилат, 2-гидроксипропил(мет)акрилат и трипропиленгликольмоно(мет)акрилат.
[34] С точки зрения регулирования модуля Юнга слоя смолы среднечисловая молекулярная масса полиольного соединения может быть 300 или более и 3000 или менее.
[35] В качестве катализатора при синтезе олигоуретан(мет)акрилата обычно используют оловоорганическое соединение. Примеры оловоорганического соединения включают в себя дилаурат дибутилолова, диацетат дибутилолова, малеат дибутилолова, бис(2-этилгексилмеркаптоацетат) дибутилолова, бис(изооктилмеркаптоацетат) дибутилолова и оксид дибутилолова. С точки зрения легкой доступности или характеристики катализатора предпочтительно использовать дилаурат дибутилолова или диацетат дибутилолова в качестве катализатора.
[36] При синтезе олигоуретан(мет)акрилата могут быть использованы низшие спирты, имеющие 5 или менее атомов углерода. Примеры низших спиртов 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-бутанол и 2,2-диметил-1-пропанол.
[37] Кроме того, смоляная композиция согласно настоящему варианту осуществления может содержать эпокси(мет)акрилатный олигомер в качестве олигомера. В качестве эпокси(мет)акрилатного олигомера может быть использован олигомер, получаемый реагированием соединения, имеющего (мет)акрилоильную группу, с эпоксидной смолой, имеющей две или большее количество глицидильных групп.
[38] В качестве мономера может быть использован монофункциональный мономер, имеющий одну полимеризуемую группу, или полифункциональный мономер, имеющий две или большее количество полимеризуемых групп. Можно смешивать и использовать два или большее количество мономеров.
[39] Примеры монофункционального мономера включают в себя (мет)акрилатные мономеры, 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, 2-феноксиэтил(мет)акрилат, 3-феноксибензил(мет)акрилат, феноксидиэтиленгликоль(мет)акрилат, феноксиполиэтиленгликоль(мет)акрилат, 4-трет-бутилциклогексанол(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 (мет)акрилаты, такие как N-акрилоилморфолин, N-винилпирролидон, N-винилкапролактам, N-акрилоилпиперидин, N- метакрилоилпиперидин, N-акрилоилпирролидин 3-(3-пиридинил)пропил(мет)акрилат и циклический триметилолпропанформальакрилат; 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-изопропил(мет)акриламид, N-бутил(мет)акриламид, N-метилол(мет)акриламид и N-метилолпропан(мет)акриламид; аминоалкильные (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)акрилоилоксиметиэтиленсукцинимид, N-(мет)акрилоил-6-оксигексаметиленсукцинимид и N-(мет)акрилоил-8-оксиоктаметиленсукцинимид.
[40] Примеры полифункционального мономера включают в себя этиленгликольди(мет)акрилат, полиэтиленгликольди(мет)акрилат, полипропиленгликольди(мет)акрилат, неопентилгликольди(мет)акрилат, трипропиленгликольди(мет)акрилат, ди(мет)акрилат алкиленоксидного продукта присоединения 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, ди(мет)акрилат продукта присоединения оксида этилена бисфенола А, триметилолпропантри(мет)акрилат, триметилолоктантри(мет)акрилат, триметилолпропанполиетокситри(мет)акрилат, триметилолпропанполипрокситри(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.
[41] Инициатор фотополимеризации может быть надлежащим образом выбран и использован из числа известных радикальных инициаторов фотополимеризации. Примеры инициатора фотополимеризации включают в себя 1-гидроксициклогексилфенилкетон (Omnirad 184, производимый IGM Resins), 2,2-диметокси-2-фенилацетофенон, 1-(4-изопропилфенил)-2-гидрокси-2-метилпропан-1-он, оксид бис(2,6-диметоксибензоил)-2,4,4-триметилпентилфосфина, 2-метил-1-[4-(метилтиофенил)]-2-морфолинопропан-1-он (Omnirad 907, производимый IGM Resins), оксид 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфина (Omnirad TPO, производимый IGM Resins) и оксид бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфина (Omnirad 819, производимый IGM Resins).
[42] Кроме того, смоляная композиция может содержать силановый связывающий агент, выравнивающее вещество, противовспенивающее вещество, антиоксидант и т.п.
[43] Силановый связывающий агент не особенно ограничен при условии, что он не препятствует отверждению смоляной композиции. Примеры силанового связывающего агента включают в себя 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-меркаптопропилметоксисилан, γ-аминопропилтриметоксисилан, бис-[3-(триэтоксисилил)пропил]тетрасульфид, бис-[3-триэтоксилил)пропил]дисульфид, тетрасульфид γ-триметоксисилилпропилдиметилтиокарбамила и тетрасульфид γ-триметоксисилилпропилбензотиазила.
[44] Предпочтительно, чтобы при 45°С вязкость смоляной композиции согласно настоящему варианту осуществления составляла 300 мПа⋅с или более и 5000 МПа⋅с или менее, более предпочтительно, чтобы она составляла 400 мПа⋅с или более и 4500 мПа⋅с или менее, еще более предпочтительно, чтобы она составляла 500 мПа⋅с или более и 3500 мПа⋅с или менее, а особенно предпочтительно, чтобы она составляла 600 мПа⋅с или более и 3000 мПа⋅с или менее. При вязкости смоляной композиции в указанных выше пределах может быть повышена способность к нанесению смоляной композиции.
[45] Смоляную композицию согласно настоящему варианту осуществления можно надлежащим образом использовать в качестве материала вторичного покрытия оптического волокна. При использовании смоляной композиции согласно настоящему варианту осуществления для вторичного слоя смолы можно получать оптическое волокно, имеющее высокий модуль Юнга и хорошие характеристики при боковом давлении.
[46] <Оптическое волокно>
На фиг. 1 представлено схематичное поперечное сечение рассматриваемого в качестве примера оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления. Оптическое волокно 10 содержит стеклянное волокно 13, включающее сердцевину 11 и оболочку 12, и покровный слой 16 смолы, включающий первичный слой 14 смолы, расположенный на внешней периферии стеклянного волокна 13, и вторичный слой 15 смолы.
[47] Оболочка 12 окружает сердцевину 11. Сердцевина 11 и оболочка 12 в основном включают в себя стекло, такое как кварцевое стекло, например, для сердцевины 11 можно использовать кварцевое стекло с добавлением германия, а для оболочки 12 можно использовать чистое кварцевое стекло или кварцевое стекло с добавлением фтора.
[48] Например, применительно к фиг. 1 внешний диаметр (D2) стеклянного волокна 13 составляет около 125 мкм, а диаметр (D1) сердцевины 11, являющейся составной частью стеклянного волокна 13, составляет от около 7 до около 15 мкм.
[49] Толщина покровного слоя 16 смолы обычно составляет от около 60 до около 70 мкм. Толщина каждого из первичного слоя 14 смолы и вторичного слоя 15 смолы может быть от около 10 до около 50 мкм и, например, толщина первичного слоя 14 смолы может быть 35 мкм и толщина вторичного слоя 15 смолы может быть 25 мкм. Внешний диаметр оптического волокна 10 может быть от около 245 до около 265 мкм.
[50] Толщина покровного слоя 16 смолы может быть от около 27 до около 48 мкм. Толщина каждого слоя из числа первичного слоя 14 смолы и вторичного слоя 15 смолы может быть от около 10 до 38 мкм и, например, толщина первичного слоя 14 смолы может быть 25 мкм и толщина вторичного слоя 15 смолы может быть 10 мкм. Внешний диаметр оптического волокна 10 может быть от около 179 до около 221 мкм.
[51] Кроме того, внешний диаметр (D2) стеклянного волокна 13 может быть около 100 мкм, а толщина покровного слоя 16 смолы может быть от около 22 до около 37 мкм. Толщина каждого слоя из числа первичного слоя 14 смолы и вторичного слоя 15 смолы может быть от около 5 до около 32 мкм и, например, толщина первичного слоя 14 смолы может быть 25 мкм и толщина вторичного слоя 15 смолы может быть 10 мкм. Внешний диаметр оптического волокна 10 может быть от около 144 до около 174 мкм.
[52] Смоляная композиция согласно настоящему варианту осуществления может быть нанесена на вторичный слой смолы. Вторичный слой смолы может быть образован отверждением смоляной композиции, включающей упомянутые выше основную смолу и поверхностно-модифицированный частицы неорганического оксида. Соответственно этому характеристики оптического волокна при боковом давлении могут быть улучшены.
[53] Способ изготовления оптического волокна согласно настоящему варианту осуществления включает в себя этап нанесения упомянутой выше смоляной композиции на внешнюю периферию стеклянного волокна, состоящего из сердцевины и оболочки, и этап отверждения смоляной композиции путем облучения ультрафиолетовыми лучами после этапа нанесения.
[54] Предпочтительно, чтобы модуль Юнга вторичного слоя смолы составлял 1300 МПа или более при 23°С, более предпочтительно 1300 МПа или более и 2600 МПа или менее, а еще более предпочтительно 1300 МПа или более и 2500 МПа или менее. При модуле Юнга вторичного слоя смолы, составляющем 1300 МПа или более, можно легко улучшать характеристики при боковом давлении, а при модуле Юнга 2600 МПа или менее вторичный слой смолы получается устойчивым к растрескиванию или чему-либо подобному вследствие придания надлежащей вязкости вторичному слою смолы.
[55] Поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида, диспергированные в дисперсионной среде, остаются диспергированными в слое смолы после отверждения слоя смолы. Когда используют реакционноспособную дисперсионную среду, поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида смешиваются с дисперсионной средой в смоляной композиции и включаются в слой смолы при сохранении дисперсионного состояния. Когда используют нереакционноспособную дисперсионную среду, по меньшей мере часть дисперсионной среды испаряется и исчезает из смоляной композиции, но поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида остаются в смоляной композиции при сохранении дисперсионного состояния и также остаются диспергированными в последующем отвержденном слое смолы. Наблюдения с помощью электронного микроскопа показывают, что поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида присутствуют в слое смолы в состоянии дисперсии первичных частиц.
[56] Первичный слой 14 смолы может быть образован отверждением смоляной композиции, включающей олигоуретан(мет)акрилат, мономер, инициатор фотополимеризации и силановый связывающий агент. Такие вещества из предшествующего уровня техники могут быть использованы для смоляной композиции, предназначенной для первичного слоя смолы. Олигоуретан(мет)акрилат, мономер, инициатор фотополимеризации и силановый связывающий агент могут быть надлежащим образом выбраны из соединений, представленных для примера в упомянутой выше основной смоле. Смоляная композиция, образующая первичный слой смолы, имеет состав, отличающийся от состава основной смолы, образующей вторичный слой смолы.
[57] Множество оптических волокон помещают бок о бок и объединяют при использовании смолы, чтобы образовать ленту оптических волокон, и смоляную композицию из настоящего раскрытия также можно использовать в качестве смолы для ленты. Как и в случае оптического волокна, этим можно улучшить характеристики ленты оптических волокон при боковом давлении.
Примеры
[58] Ниже результаты оценочного испытания согласно настоящему раскрытию будут показаны с использованием примеров и сравнительных примеров, а настоящее раскрытие будет описано более подробно. Настоящее изобретение не ограничено этими примерами.
[59] [Приготовление смоляной композиции]
(Олигомер)
В качестве олигомера были приготовлены олигоуретанакрилат, полученный при реагировании полипропиленгликоля, имевшего молекулярную массу 600, 2,4-толилендиизоцианата и гидроксиэтилакрилата, и олигоэпоксиакрилат.
[60] (Мономер)
В качестве мономера были получены изоборнилакрилат (торговое наименование IBXA, от Osaka Organic Chemical Industry Co., Ltd.), трипропиленгликольдиакрилат (торговое наименование TPGDA, от Daicel-Allnex, Ltd.) и 2-феноксиэтилакрилат (торговое наименование “Light Acrylate PO-A”, от Kyoeisha Chemical Co., Ltd.).
[61] (Инициатор фотополимеризации)
В качестве инициатора фотополимеризации были приготовлены 1-гидроксициклогексилфенилкетон и оксид 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфина.
[62] (Основная смола)
45 частей по массе олигоуретанакрилата, 13,4 частей по массе эпоксиакрилата, 9 частей по массе изоборнилакрилата, 22,5 частей по массе трипропиленгликольдиакрилата, 10 частей по массе 2-феноксиэтилакрилата, 0,05 частей по массе 1-гидроксициклогексилфенилкетона и 0,05 частей по массе оксида 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфина были смешаны для получения основной смолы.
[63] (Поверхностно-модифицированные частицы неорганического оксида)
В качестве поверхностно-модифицированных частиц неорганического оксида был получен золь кремниевой кислоты (дисперсия метилэтилкетона), включавший частицы кремнезема, поверхностно-обработанные соединениями, показанными в таблице 1 (в дальнейшем называемые просто частицами кремнезема).
[64] (Примеры с 1 по 12 и сравнительные примеры 1 и 2)
После смешения основной смолы и частиц кремнезема большую часть метилэтилкетона удаляли, чтобы получить смоляную композицию со значениями содержаний частиц кремнезема в смоляной композиции, показанными в таблице 1.
[65] (Измерение величины модификации поверхности)
2
Хлороформ добавляли к смоляной композиции и выполняли центрифугирование, чтобы собрать осадок. Ацетон добавляли к осадку и выполняли центрифугирование, чтобы удалить надосадочную жидкость, и затем снова выполняли четыре раза операции добавления ацетона к осадку, центрифугирования и удаления надосадочной жидкости и извлекали частицы кремнезема. Частицы кремнезема, измельченные в ступке, высушивали при пониженном давлении и комнатной температуре в течение 12 ч, чтобы удалить летучие компоненты. Центрифугирование выполняли при 30000 об/мин в течение 120 мин. Высушенные частицы кремнезема подвергали обработке под пониженным давлением при 80°С в течение 12 ч и удельную площадь поверхности (м/г) частиц кремнезема определяли методом адсорбции азота Брунауэра-Эммета-Теллера, используя прибор для измерения распределения пор (ASAP-2020, производимый Micromeritics).
[66] Относительное содержание (в процентах по массе) органического компонента, включенного в частицы кремнезема, измеряли, используя синхронный дифференциальный термогравиметрический анализатор (TG/DTA6300, изготовляемый Hitachi High-Tech Science Corporation). Измерения выполняли при нагреве взвешенных частиц кремнезема от комнатной температуры до 850°С в азоте (при расходе 300 мл/мин), затем охлаждали от 850°С до 200°С и нагревали от 200°С до 1000°С в воздухе (при расходе 100 мл/мин), чтобы определить изменение массы. Относительное содержание органического компонента вычисляли по изменению массы частиц кремнезема.
[67] Величину модификации поверхности частиц кремнезема вычисляли по удельной площади поверхности частиц кремнезема и относительному содержанию органического компонента с помощью следующей формулы:
2
Величина модификации поверхности (мг/м)=Относительное содержание компонента/Удельная площадь поверхности.
[68]
[Таблица 1]
Соединения, использованные для обработки поверхности
Средний размер первичных частиц (нм)
Величина модификации поверхности (мг/м<sup>2</sup>)
Относительное содержание органического компонента (% по массе)
Содержание частиц кремнезема (% по массе)
Пример 1
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,55
9
30
Пример 2
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,55
9
1
Пример 3
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,29
5
30
Пример 4
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,42
7
30
Пример 5
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,89
15
30
Пример 6
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
1,19
20
30
Пример 7
3-акрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,55
9
30
Пример 8
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
30-60
1,70
16
30
Пример 9
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
70-100
0,67
2
30
Пример 10
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
250-350
0,67
1
30
Пример 11
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
450-640
0,60
0,3
30
Пример 12
8-метакрилоксиоктилтриметоксисилан
10-30
0,63
10
30
Сравнительный пример 1
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,12
3
30
Сравнительный пример 2
3-метакрилоксипропилтриметоксисилан
10-15
0,55
9
70
[69] (Сравнительный пример 3)
Основную смолу использовали в качестве смоляной композиции.
[70] Последующее оценивание выполняли, используя смоляные композиции, полученные из примеров и сравнительных примеров. Результаты показаны в таблице 2. Смоляная композиция из сравнительного примера 1 непригодна для оценивания вследствие весьма высокой вязкости.
[71] (Вязкость)
Вязкость смоляной композиции измеряли при 45°С, используя вискозиметр типа В (цифровой вискозиметр DV-II, изготавливаемый Brookfield Co., Ltd., используемый шпиндель № 18, число оборотов: 10 об/мин).
[72] (Модуль Юнга)
2
Полученную смоляную композицию из примеров или сравнительных примеров наносили на полиэтилентерефталатную (PET) пленку, используя установку для нанесения покрытия центрифугированием, и затем отверждали, используя систему с безэлектродной ультрафиолетовой лампой (VPS 600 (D-лампой), изготавливаемой Heraeus) при 1000±100 мДж/см, чтобы на полиэтилентерефталатной пленке образовать слой смолы, имеющий толщину 200±20 мкм. Для получения пленки смолы слой смолы отделяли от полиэтилентерефталатной пленки.
[73] Пленку смолы обжимали до получения гантелеобразной формы JIS K 7127 типа 5 (JIK означает, что обработка пленки производилась в соответствии с промышленным стандартом Японии) и растягивали при 23±2°С и относительной влажности 50±10%, используя прибор для испытания на растяжение, при скорости растяжения 1 мм/мин и длине испытываемой части образца 25 мм, и получали кривую напряжение-деформация. Модуль Юнга определяли по 2,5-процентной секущей линии.
[74] (Изготовление оптического волокна)
Олигоуретан(мет)акрилат получали путем проведения реакции полипропиленгликоля, имевшего молекулярную массу 4000, изофорондиизоцианата, гидроксиэтилакрилата и метанола. 75 частей по массе олигоуретан(мет)акрилата, 12 частей по массе модифицированного этиленоксидом нонилфенолакрилата, 6 частей по массе N-винилкапролактама, 2 части по массе 1,6-гександиолдиакрилата, 1 часть по массе оксида 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфина и 1 часть по массе 3-меркаптопропилтриметоксисилана смешивали, чтобы получить смоляную композицию А1 для первичного слоя смолы.
[75] Смоляную композицию А1 наносили в качестве первичного слоя смолы и смоляную композицию из примеров или сравнительных примеров наносили в качестве вторичного слоя смолы на внешнюю периферию стеклянного волокна диаметром 125 мкм, состоявшего из сердцевины и оболочки, и затем смоляную композицию отверждали путем облучения ультрафиолетовыми лучами и первичный слой смолы, имевший толщину 35 мкм, и вторичный слой смолы по внешней периферии его образовывали для получения оптического волокна. Линейная скорость составляла 1500 м/мин.
[76] (Способность к нанесению)
Для изготовленного оптического волокна способность к нанесению смоляной композиции оценивали путем подтверждения наличия или отсутствия разъединения или растрескивания слоя смолы. Случай отсутствия разъединения или трещины в слое смолы обозначали «А», случай наличия разъединения и отсутствия трещины в слое смолы обозначали «В» и случай наличия разъединения и трещины, наблюдавшейся в слое смолы, обозначали «С». Когда вязкость смоляной композиции является слишком высокой, диаметр покрытия при образовании вторичного слоя смолы не является стабильным, а разъединение легко происходит. С другой стороны, когда вязкость смоляной композиции является слишком низкой, саморегулирующая сила действует плохо и неравномерная толщина легко возникает.
[77]
[Таблица 2]
Вязкость (мПа⋅с)
Способность к нанесению
Модуль Юнга (МПа)
Пример 1
1100
А
1900
Пример 2
700
А
1900
Пример 3
5000
В
1800
Пример 4
950
А
2300
Пример 5
1000
А
2100
Пример 6
2350
А
2300
Пример 7
1100
А
1900
Пример 8
1100
А
2000
Пример 9
1000
А
1750
Пример 10
850
А
1600
Пример 11
700
А
1500
Пример 12
1000
А
1800
Сравнительный пример 1
-
-
-
Сравнительный пример 2
18000
С
2750
Сравнительный пример 3
650
А
1000
[78] Было подтверждено, что смоляные композиции из примеров имели высокий модуль Юнга, необходимый для вторичного слоя смолы, имели хорошую способность к нанесению и могли образовывать вязкий слой смолы.
Перечень позиций
[79] 10 - оптическое волокно, 11 - сердцевина, 12 - оболочка, 13 - стеклянное волокно, 14 - первичный слой смолы, 15 - вторичный слой смолы, 16 - покровный слой смолы.