指数梯度塑料光学纤维的制备方法技术

采用特定的聚合物Ｐ和特定的化合物Ｍ１制备具有连续指数曲线的指数梯度塑料光学纤维（６）的方法，所述方法包括制备两种其折射指数不同、至少包括Ｐ的组合物（１３，１４），其中一种还包括Ｍ１，所述组合物（１３，１４）中至少一种组合物中还存在交联的光引发剂；使两种组合物（１３，１４）相互扩散；和挤出所述组合物（１３，１４）以获得纤维（６）；所述方法特征在于挤出之前，使用至少一种混合装置（２，１６，１７，２６）有效混合两种组合物（１３，１４）；和挤出纤维（６）之后进行交联（７）。实施所述方法的设备，其中所使用的混合器是静态混合器（１）或动态混合器（２４）。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。在从可见光至近红外光的光谱范围内都可使用的指数梯度塑料光学纤维由于可被用于宽带信息传递网络而受到人们关注。指数梯度塑料光学纤维可以包括至少一种聚合物和至少另一种化合物，聚合物比例在整根纤维中基本上相同，而化合物的比例自纤维中心至外围有所变化，以形成期望的指数梯度。所述化合物被称为“掺杂剂”或“稀释剂”，它包括至少一种物质。这种塑料光学纤维的制备过程由于涉及将所述化合物以变化的方式自塑料光学纤维中心向周围分布而变得难以进行。事实上，该纤维需要具有尽可能平滑的指数梯度型的折射指数曲线，其中纤维中心至周围之间的折射指数一般在0.01-0.03范围内变化。有两种实现所述指数梯度的主要技术。在第一种技术中，光学纤维在用拉模拉丝前，通过将化合物分散在至少一种给定的聚合物中至少部分形成指数梯度。所述化合物自身就可以至少部分地是另一种聚合物。在第一种技术的第一个实施方案中，可以在所述给定聚合物中在熔融态时进行所述的分散。专利文献US-A-5 593 621描述了在第一种熔融聚合物形成圆柱体后，将透明材料注入到所述圆柱体的中心部分来制备具有指数梯度的塑料光学纤维，所述透明材料是可扩散而不可聚合的，任选地与透明的折射指数不同于第一种聚合物的第二种熔融聚合物相混合。所述不可聚合物质扩散在第一种聚合物中之后，将圆柱体挤压成光学纤维。在这样一种实施方案中，可以安装彼此套装的多个喷嘴以提高所述材料的扩散作用。在第一种技术的第二种可能的实施方案中，可以在所述的稀释聚合物中进行所述的扩散。专利申请JP-A-9243 835描述了包括能形成型模的透明聚合物、其折射指数大于该透明聚合物的不可聚合的第二种化合物和折射指数小于该透明聚合物的不可聚合的第三种化合物的。第二种化合物在纤维中心的浓度较高。第三种化合物在纤维周围的浓度较高。该制备过程包括制备第二、第三种化合物和形成透明聚合物的单体的不同组合物的薄层，通过多口喷嘴添加所述组合物。在层间扩散和挤压之后(扩散也可以发生在挤出之前和挤压期间)，通过聚合所述薄层将单体转化为聚合物而完成纤维的制备。在实现指数梯度的第二种技术中，指数梯度几乎全部是通过拉模挤出光学纤维并涂覆至少一层涂层后而实现的。该涂层可以包括至少一种熔融态聚合物。同样，专利申请JP-A-9 133 819描述了通过涂覆至少两种不同类型的熔融塑料材料连续制备指数梯度塑料光学纤维的方法，并且折射指数在构成高指数纤维中心的塑料纤维周围递减。或者，涂层还可以包括至少一种至少可部分聚合的化合物。同样，专利申请JP-A-9 138 313公开了通过涂覆通过用具有低折射指数化合物将聚合物稀释在较高指数的塑料中心周围的单体中而获得的溶液来制备指数梯度塑料光学纤维的方法。聚合的单体构成低于中心折射指数的聚合物的第一层。用同样的方式放置不同的层，其折射指数自中心至周围逐渐降低。各层涂覆后通过紫外光(UV)处理聚合。在该实施例中，中心上被涂覆溶液的粘度被调节到在5000-10000泊范围内，即500Pa.s-1000Pa.s范围内。为了实施本专利技术，低折射指数化合物是不可聚合的。另外，专利申请JP-A-6 003 533描述了通过制备具有不同折射指数的物质、然后对分开的各层进行涂覆、使层间进行扩散后固化所述各层来连续制备多层指数梯度塑料光学纤维。所有上述制备方法都依赖于在相邻层间扩散化合物，这意味着所述方法缓慢而且不可重复。这就是以工业规模制备指数梯度塑料光学纤维所面临的主要问题。本专利技术的制备方法试图以主要在速度和产率方面最有效的方式制备指数梯度塑料光学纤维。本专利技术涉及，其折射指数在纤维中心至周围之间连续变化，所述纤维用至少一种聚合物P和至少一种使折射指数变化的化合物M1制备，所述方法包括·制备两种不同折射指数的组合物，两种组合物之间折射指数之差至少是5×10-3，各组合物包括至少聚合物P，这两种组合物之一，即第一种组合物还包括至少化合物M1，至少一种所述组合物中存在交联光引发剂；·两种组合物相互扩散；和·挤出所述混合物以获得指数梯度塑料光学纤维；所述方法的特征在于·以下面的方式选择聚合物P和化合物M1·所述聚合物P的分子量在1000-20000范围内和所述化合物M1的分子量在100-1000范围内；·所述化合物M1具有至少一种选自乙烯基和丙烯酸酯的反应官能团；·聚合物P具有至少一种选自乙烯基和丙烯酸酯的反应官能团；和·两种化合物P和M1中的至少一种是至少单官能的，两种化合物P和M1中的另一种至少是双官能的；在于·挤出之前，至少用一种混合装置有效混合两种组合物以使光学纤维的指数连续变化；和在于·指数梯度塑料光学纤维被挤出后经过交联形成三维交联网。在本专利技术中，优选地并且认为比较适合地使用术语“挤出”代替术语“拉伸”，尽管这两种术语经常混同，特别是在翻译文献的时候。材料是固体时一般使用拉伸，而材料不是固体并且更常见地是液体时一般使用挤出。不可能拉伸一种液体。这样的有效混合是在辅助作用下，即不只是通过扩散实现，该辅助作用以静态方式借助静态扩散装置、更常见地通过强制流动或者通过以有效方式进行这种混合的动态装置使两种组合物混合。这样一种方法具有速度快，特别是比在组合物之间的仅进行扩散快得多的优点，并且所得到的浓度梯度和折射指数梯度即连续又几乎平滑。在最大曝光和光引发剂完全转化条件下，交联反应动力学一般应为凝固时间少于10秒，并且优选少于2秒。根据本专利技术的方法，在挤出指数梯度塑料光学纤维之后进行构成交联的聚合反应。这样的交联有利于固定至少一部分塑料光学纤维的成分。结果，所得到的塑料光学纤维具有时间稳定性和温度稳定性。在这样的情况下，两种组合物中的至少一种一般包括一种单体；此外，两种组合物中的至少一种包括至少一种交联引发剂，并且优选地，两种组合物的每一种包括至少一种交联引发剂。交联引发剂，例如光引发剂，是一种例如能够通过热或照射引发所期望的交联反应的化合物。所述交联导致交联的三维网。这样的交联反应有利于固定塑料光学纤维中几乎所有的成分，从而使得到的指数梯度塑料光学纤维具有更好的物理和热稳定性。根据一个实施方案，第二种所述组合物包括至少一种同样能改变折射指数的化合物M2，化合物M2的折射指数明显不同于M1的折射指数，其分子量为100-1000，还包括至少一种选自乙烯基和丙烯酸酯的反应官能团。优选地，化合物M1和M2的粘度实际上是相同的，并且所述聚合物P相对于组合物成分的质量比对于每一种所述组合物实际上是不变的。这又使得该方法更容易实施，因为改变化合物M1和/或M2的比例主要是调节折射指数，对组合物的粘度没有明显影响。根据本专利技术方法的一个实施方案，两种组合物在使得两种组合物的每一种的粘度在1Pa.s-25Pa.s范围内，优选在5Pa.s-15Pa.s范围内的温度下混合。这样有利于本专利技术方法的实施，因为这样的粘度使组合物在相对流体的状态下混合。根据本专利技术方法的一个实施方案，挤出在使得两种组合物的每一种组合物的粘度大于50Pa.s，优选大于100Pa.s的温度下实施。另外，这样有利于本专利技术方法的实施，因为这样的粘度使组合物在相对凝固的状态下挤出。由组分M1、M2和聚合物P携带的反应官能团选自乙烯基和丙烯酸酯，即选自丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
指数梯度塑料光学纤维（６）的制备方法，其折射指数由纤维中心至周围连续变化，所述纤维（６）用至少一种聚合物Ｐ和至少一种使折射指数变化的化合物Ｍ１制备，所述方法包括：.制备两种折射指数不同的组合物（１３，１４），两种组合物之间折射指数差至少等于５×１０↑［－３］，各组合物至少包括聚合物Ｐ，并且被称为第一种组合物的所述组合物之一还包括至少化合物Ｍ１，所述组合物（１３，１４）中的至少一种组合物中存在交联光引发剂；.两种组合物（１３，１４）相互扩散；和.挤出所述混合物以获得指数梯度塑料光学纤维（６）；所述方法的特征在于：.以下面的方式选择聚合物Ｐ和化合物Ｍ１：.所述聚合物Ｐ的分子量在１０００－２００００范围内和所述化合物Ｍ１的分子量在１００－１０００范围内；.所述化合物Ｍ１具有选自乙烯基和丙烯酸酯的至少一种反应官能团；.聚合物Ｐ具有选自乙烯基和丙烯酸酯的至少一种反应官能团；和.两种化合物Ｐ和Ｍ１中至少一种是至少单官能的，两种化合物Ｐ和Ｍ１的另一种至少是双官能的；在于.挤出之前，用至少一种混合装置（２，１６，１７，２６）有效混合两种组合物（１３，１４）以便使光学纤维（６）的折射指数连续变化；和在于.指数梯度塑料光学纤维（６）被挤出后经过交联（７）形成交联的三维网。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：B普里恩，A帕斯托雷特，D默里克勒，X安德里修，
申请(专利权)人：内克赞斯公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]