折射率梯度型光导树脂材料及其制造方法技术

一种折射率梯度型光导树脂及其制造方法。所述光导树脂材料由非结晶性的含氟聚合物和与该聚合物的折射率的差在０．００１以上的至少一种物质组成，该至少一种物质沿特定方向具有浓度梯度分布。（*该技术在2015年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
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〕本专利技术涉及一种用现有的光导树脂难以实现的、兼有高透明性和耐热性的折射率梯度型光导树脂材料(以下有时简称光导树脂材料)及其制造方法。本专利技术的光导树脂材料可以是其自身为光导纤维等光传输介质，也可以是光传输介质的预型件等光传输介质的母材。用本专利技术光导树脂材料制成的光传输介质由于是非结晶树脂，没有光的漫射，而且在紫外光至近红外光的大范围内的波长区域中透明度非常高，因此，可有效地用于各种波长的光导系统。尤其是在光通迅领域中，可用作在石英纤维中继用的波长1300nm、1550nm处损耗小的光传输介质。另外，用本专利技术的光导树脂材料制成的光传输介质可经受汽车发动机室等严酷的使用条件，具有耐热性、化学稳定性、耐湿性、不燃性。用本专利技术的光导树脂材料制成的光传输介质作为折射率梯度型的光导纤维、棒式透镜、光波导管、光滤波器、光倍增器、光分离器、光衰减器、光开关、光隔离器、光发射调制器、光接收调制器、光耦合器、光偏转器、光集成电路等涉及多领域的折射率梯度型光传输介质是十分有用的。这里，折射率梯度表示沿光传输介质的特定方向，折射率连续变化的区域，例如，折射率梯度型光导纤维的折射率分布即是由纤维的中心向半径方向以近似放射线的曲线下降。将本专利技术的光导树脂材料作为光传输介质的母材时，用热拉伸等方法将光导树脂材料拉成丝，即可制造折射率梯度型光导纤维等光传输介质。〔
技术介绍
〕目前已知的折射率梯度型塑料光传输介质用的树脂的例子，有以甲基丙烯酸甲酯类树脂为代表的光学树脂、WO94/04949中公开的四氟乙烯树脂、偏氟乙烯树脂等。折射率梯度型塑料光导纤维的例子有以甲基丙烯酸甲酯树脂、苯乙烯树脂、碳酸酯树脂、降冰片烯树脂等光学树脂为芯料，以含氟聚合物为皮料的树脂。另外，在日本专利公开说明书1990年第244007号公开了一种芯料和皮料为含氟树脂的光导纤维。本专利技术的目的在于提供一种具有甲基丙烯酸甲酯树脂、碳酸酯树脂、降冰片烯树脂等的光传输介质无法实现的、符合汽车、办公自动化设备、家电器材等制造要求的耐热性、耐湿性、化学稳定性、不燃性的光导树脂材料。本专利技术的目的还在于提供一种新的甲基丙烯酸甲酯树脂、碳酸酯树脂、降冰片烯树脂等的光传输介质无法实现的、可利用紫外光(波长200-400nm)和近红外光(波长700-2500nm)、并可在大范围的传输区域进行低损耗的光传输的光导树脂材料及其制造方法。〔专利技术的公开〕本专利技术者针对上述现有技术中存在的问题，进行了深入的研究，结果发现，作为具有耐热性、耐湿性、化学稳定性、不燃性且不会由近红外光的光吸收而产生C-H键(即碳氢键)的光导树脂材料，几乎不含C-F键的含氟聚合物是最合适的。该含氟聚合物含C-F键(即碳氟键)而不含C-H键。即，当用光照射物质时，与某一原子间的键的伸缩振动、变形振动共振的波长的光被优先吸收。迄今，用于塑料光导纤维的高分子物质主要为含C-H键的化合物。在基本为C-H键的高分子物质中，由于氢原子质量小，易振动，因此基本吸收出现在红外区域的短波长侧(3400nm)。从而在光源波长近红外—红外区域(600-1550nm)，常常出现该C-H伸缩振动较低的谐波吸收，这成为吸收损耗的重要原因。因此，用氟原子取代氢原子时，这些谐波吸收峰的波长移向长波长侧，在近红外区域的吸收量减少。从理论上讲，含C-H键的PM-MA(聚甲基丙烯酸甲酯)在波长650nm处，C-H键的吸收损耗估计为105dB/km，在波长1300nm处为10000dB/km以上。另一方面，用氟原子取代了氢原子的物质在波长650nm处几乎没有吸收损耗，在波长1300nm处，C-F键的伸缩振动的6次谐波和7次谐波间的吸收损耗在1dB/km等级，可以认为没有吸收损耗。因此，本专利技术者提出使用含C-F键的化合物。另外，羧基、羰基等官能团对耐热性、耐湿性、化学稳定性、不燃性不利，宜排除在外。此外，羧基会产生近红外光吸收，羰基会产生紫外光吸收，因此，宜将这些基团排除在外。还有，为减少光散射引起的传输损耗，将聚合物作成非结晶性具有重要意义。另外，使用折射率梯度型光导纤维时，多模式光边被芯料与皮料的界面反射边传输。因此，出现模式分散，传输带域减少。但是，折射率梯度型光导纤维不易产生模式分散，传输带域增加。因此，通过发现作为光导树脂材料，几乎不含C-H键的非结晶性含氟聚合物，尤其是主链含环结构的含氟聚合物和与该聚合物折射率不同的物质的浓度在特定的方向具有梯度的光导树脂材料及其制造法，完成了下述本专利技术(1)-(2)。(1)一种折射率梯度型光导树脂材料，由几乎不含C-H键的非结晶性含氟聚合物(a)和与含氟聚合物(a)的折射率的差在0.001以上的至少一种物质(b)组成，物质(b)在含氟聚合物(a)中沿特定方向具有浓度梯度。(2)一种折射率梯度型光导树脂材料的制造方法，其特征在于，将几乎不含C-H键的非结晶性聚合物(a)熔融，在含氟聚合物(a)的熔体的中心部注入与含氟聚合物(a)的折射率的差在0.001以上的至少一种物质(b)或含该物质(b)的含氟聚合物(a)，通过在扩散物质(b)的同时，或扩散后成形来形成折射率连续变化的区域。作为含氟聚合物，目前，四氟乙烯树脂、全氟(乙烯-丙烯)树脂、全氟烷氧基树脂、偏氟乙烯树脂、乙烯-四氟乙烯树脂、三氟氯乙烯树脂等广为人们了解。但由于这些含氟树脂是结晶性的，会发生光散射，而且透明性差，作为塑料光传输介质的材料不合适。对此，非结晶性含氟聚合物由于没有由结晶引起的光散射，透明性优异。在本专利技术中，作为含氟聚合物(a)，只要是不含C-H键的非结晶性含氟聚合物，则无特殊限制。最好是主链上含环结构的含氟聚合物。作为主链上含环结构的含氟聚合物，最好是具有含氟脂环结构、含氟环状亚胺结构、含氟环状三嗪结构或含氟芳环结构的含氟聚合物。在具有含氟脂环结构的含氟聚合物中，尤以具有含氟脂族环醚结构的含氟聚合物为佳。具有含氟脂环结构的含氟聚合物由于与具有含氟环状亚胺结构、含氟环状三嗪结构或含氟芳环结构的含氟聚合物相比，在后述的用热拉伸或熔体纺丝法进行纤维化时，聚合物分子不易定向，其结果，不会引起光散射，是更为理想的聚合物。含氟聚合物(a)在熔融状态时的粘度宜在熔融温度200-300℃时为103-105泊。若熔体粘度过高，不仅熔体纺丝困难，而且不易产生形成折射率梯度所必需的物质(b)的扩散，难以形成折射率梯度。而若熔体粘度过低，则存在实用上的问题。即，在电子器材、汽车等中用作光传输介质时，会在高温下软化，导致光传输性能恶化。含氟聚合物(a)的数均分子量宜为1万-5百万，最好为5万-1百万。若分子量过小，对其耐热性不利，而过大，则由于难以形成具有折射率梯度的光传输介质，也不合适。作为具有含氟脂环状结构的聚合物，以将具有含氟环状结构的单体聚合而成的聚合物、将具有至少二个可聚合的双键的含氟单体环化聚合而成的、主链上具有含氟脂环结构的聚合物为宜。将具有含氟脂环结构的单体聚合而成的、主链上具有含氟脂环结构的聚合物在日本专利公告说明书1988年第18964号等中有报道。即，通过将全氟(2，2-二甲基-1，3-间二氧杂环戊烯)等具有含氟脂环结构的单体均聚，或将该单体与四氟乙烯、三氟氯乙烯、全氟(甲基·乙烯醚)等可游离基聚合的单体共聚，可得到主链上具有含本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种折射率梯度型光导树脂材料，其特征在于，由几乎不含Ｃ－Ｈ键的非结晶性含氟聚合物（ａ）和与含氟聚合物（ａ）的折射率的差在０．００１以上的至少一种物质（ｂ）组成，物质（ｂ）在含氟聚合物（ａ）中沿特定方向具有浓度梯度。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：小池康博，成富正树，
申请(专利权)人：小池康博，
类型：发明
国别省市：JP[日本]