具有增强的高速可加工性的用于涂覆光纤的辐射可固化组合物制造技术

本文公开了用于涂覆光纤的辐射可固化组合物。在一个实施方式中，辐射可固化组合物包含反应性低聚物组分，其中所述反应性低聚物组分的可聚合基团的一部分包括甲基丙烯酸酯基团；反应性稀释剂单体组分，其中所述反应性稀释剂单体组分的可聚合基团的一部分包括丙烯酸酯基团、丙烯酰胺基团或N

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增强的高速可加工性的用于涂覆光纤的辐射可固化组合物


[0001]本专利技术总体上涉及涂覆光纤的方法；适用于在使用高速、低氦和/或高温拉伸制造的光纤上使用的辐射可固化涂料；以及由其生产的光纤。
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请要求欧洲专利申请号EP19176579.1、EP19176572.6、EP19176578.3和EP19176583.3的优先权，这些专利申请均于2019年5月24日提交并且这些专利中的每一者的全部内容据此以引用方式并入，如同在本文中完全阐述一样。

技术介绍

[0004]光纤已被用于多种应用中，并且与其他介质相比具有若干优势。例如，可以通过光纤以比通过导线更高的数据速率传输数据。光纤还比导线更轻和更柔韧。因此，光纤，特别是由玻璃制成的光纤，往往在电信行业中用于数据传输。然而，如果不加以保护，则由于传输光信号的细玻璃原丝(glass strand)的脆弱性，光纤不适合野外使用。除了易受物理损坏外，未涂覆的光纤还会受到水分接触的不利影响。因此，很久以前就将表面涂层施加至光纤以进行保护并确保高水平的性能。
[0005]从特别制备的圆柱形预制件中拉制玻璃纤维是众所周知的，该预制件已经被局部并且对称地加热到例如大约2000℃的温度。当预型件被加热，例如通过将预型件进给到炉子中并穿过所述炉子而加热时，从熔融材料中拉出玻璃纤维。在玻璃纤维已经从预制件中拉出之后，优选地在冷却之后立即将表面涂料组合物施加到所述玻璃纤维上。然后使所述涂料组合物固化以产生经涂覆的光纤。将双层涂料组合物施加到移动中的玻璃纤维上的一般方法在本领域中是众所周知的，并且公开于授予Taylor的US 4474830和授予Rennell等人的US 4851165中。可以在US 8837892、US 2014/0294355和US 2015/0071595中找到更新的光纤设计概念。
[0006]为了保护光纤，在通过拉伸生产出光纤之后，常常立即在所述光纤上涂覆两个或更多个叠加的辐射可固化涂层。“辐射可固化”是指需要辐射来引发组合物的交联，例如从液体(未固化)状态至固体(固化)状态。
[0007]通常，辐射可固化的光纤涂层是如下组合物的固化产物，所述组合物包含一种或多种具有一个或多个烯键式不饱和(C＝C)键的组分的混合物，所述烯键式不饱和(C＝C)键在辐照的影响下经历通过自由基聚合进行的交联。此类组合物通常还包含光引发剂以帮助辐射固化，特别是如果固化是借助于在紫外(UV)波长下辐照来实现的话。
[0008]直接与光纤接触的涂层称为“内部初级涂层”，而覆盖涂层称为“外部初级涂层”。在一些参考文献中，内部初级涂层也被简称为“初级涂层”，而外部初级涂层被称为“次级涂层”。内部初级涂层通常被配制成具有比次级涂层低得多的模量。
[0009]相对较软的初级涂层提供了抗微弯曲的能力，微弯曲导致经涂布的光纤的信号传输衰减(即信号损失)增加，因此是不希望的。微弯是光纤中的微观曲率，涉及几微米的局部
轴向位移和几毫米的空间波长。微弯可由热应力和/或机械侧向力诱发。涂层可以提供保护光纤免受微弯的侧向力保护，但是随着涂层厚度的减小，所提供的保护量也会减少。例如，在D.Gloge，“Optical
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fiber packaging and its influence on fiber straightness and loss”，Bell System Technical Journal，第54卷，2，245(1975)；W.B.Gardner，“Microbending Loss in Optical Fibers”，Bell System Technical Journal，第54卷，第2号，第457页(1975)；J.Baldauf，“Relationship of Mechanical Characteristics of Dual CoatedSingle Mode Optical Fibers and Microbending Loss”，IEICE Trans.Commun.，第E76
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B卷，第4号，352(1993)；和K.Kobayashi，“Study of Microbending Loss in Thin Coated Fibers and Fiber Ribbons”，IWCS，386(1993)中讨论了涂层与保护免受导致微弯的侧向应力之间的关系。与此同时，较硬的次级涂层提供对处理力，例如当经涂覆的纤维形成条带和/或缆线时遇到的那些力的抵抗。
[0010]在固化之前，光纤次级涂料组合物通常包含烯键式不饱和化合物(由一种或多种溶解或分散在液态烯属不饱和稀释剂中的丙烯酸酯官能低聚物组成)和光引发剂的混合物。通常将涂料组合物以液体形式涂覆到光纤上，然后暴露于光化辐射以进行固化。
[0011]初级涂层优选具有比相关联的光纤的包层更高的折射率，以便使它们能够从光纤芯消除掉错误的光信号。初级涂层应该在热老化和水解老化期间保持与玻璃纤维的足够粘合力，但是也(如果需要的话)能够出于拼接目的从玻璃纤维上剥离下来。初级涂层通常具有在20
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50μm的范围内(例如，约25μm或32.5μm)的厚度，对于200μm的纤维而言，较薄的厚度在15
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25μm的范围内。
[0012]尽管可以使用其他厚度，但是初级涂层的厚度通常小于约40μm。通常将初级涂层施加到玻璃纤维上，然后进行固化。也可以存在增强初级涂层的一种或多种性能的各种添加剂，包括抗氧化剂、粘附促进剂、抑制剂、光敏剂、载体表面活性剂、增粘剂、催化剂、稳定剂、表面剂和光学增白剂。
[0013]次级涂层是外层涂层。次级涂层例如是其分子在聚合时变得高度交联的涂料组合物的聚合产物。次级涂层通常具有高原位模量(例如，在25℃下大于约800MPa，更优选地介于约1GPa至约3GPa之间)和高Tg(例如，大于约50℃)。原位二次模量优选地大于约1000MPa。次级涂层通常具有小于约40μm的厚度。
[0014]光纤涂层(包括初级层和次级层)通常使用以下两种方法中的一种施加：湿压湿(wet
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on
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wet，WOW)和干压湿(wet
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on
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dry，WOD)。在WOD工艺中，纤维首先经历初级涂层施加，然后所述初级涂层通过暴露于紫外线(UV)辐射进行固化。然后，纤维经历次级涂层施加，然后所述次级涂层通过类似的方法进行固化。在WOW工艺中，纤维经历初级涂层施加和次级涂层施加两者，接着纤维行进到固化步骤。在湿压湿工艺中，省去了初级涂层施加与次级涂层施加之间的固化灯。
[0015]在光纤的辐射可固化涂层的制造中使用辐射光能。具体地，固化过程使用来自紫外线灯的辐射能来固化光纤涂层。具有宽带汞光谱的紫外线灯由于其高强度和宽发射光谱而被广泛用于工业中，以确保此类辐射可固化涂层的快速和完全固化。越来越多地，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于涂覆光纤的辐射可固化组合物，所述辐射可固化组合物包含：反应性低聚物组分，所述反应性低聚物组分包括、基本上由或由至少一种包含可聚合基团的反应性聚氨酯低聚物组成；其中所述反应性低聚物组分中的所述可聚合基团的至少20％，优选至少30％摩尔分数由甲基丙烯酸酯基团组成；反应性稀释剂单体组分，所述反应性稀释剂单体组分包括、由或基本上由具有至少一个能够与所述反应性低聚物组分的所述可聚合基团(共)聚合的可聚合基团的单官能反应性稀释剂单体组成；其中所述反应性稀释剂单体组分包括单官能丙烯酸酯单体；其中所述反应性稀释剂单体组分的所述可聚合基团的至少50％、或至少80％、或至少90％、或至少95％、或至少98％、或至少99％摩尔分数由丙烯酸酯基团、丙烯酰胺基团、N
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乙烯基酰胺基团或它们的混合物组成；光引发剂组分；和任选的添加剂组分。2.根据前述权利要求所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性聚氨酯低聚物包括以下物质的反应产物多元醇化合物；二异氰酸酯化合物；和具有至少一个甲基丙烯酰基基团的羟基官能化合物。3.根据权利要求1或2所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性聚氨酯低聚物的理论分子量(Mn,theo)大于2000g/mol、或大于4000g/mol、或大于5000g/mol。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性聚氨酯低聚物和/或所述反应性低聚物组分的数均分子量(Mn)大于2000g/mol、或大于4000g/mol、或大于5000g/mol、或大于6000g/mol、或大于9000g/mol、或从2000g/mol至30,000g/mol、或从2000g/mol至20,000g/mol、或从4000g/mol至30,000g/mol、或从4000g/mol至20,000g/mol、或从6000g/mol至20,000g/mol，其中Mn是根据SEC方法使用如本文别处所述的三重检测器阵列确定的。5.根据权利要求1
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4中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性稀释剂单体组分包括、由或基本上由Mn,theo或Mn为86g/mol至800g/mol、或100g/mol至350g/mol、或86g/mol至250g/mol的单官能丙烯酸酯单体组成。6.根据权利要求1
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5中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性低聚物组分包括、由或基本上由双官能反应性低聚物组成。7.根据权利要求1
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6中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述具有至少一个甲基丙烯酰基基团的羟基官能化合物包含两个或多于两个甲基丙烯酰基基团。8.根据权利要求7所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性低聚物在至少两个不同位置处包含具有两个或多于两个甲基丙烯酰基基团的羟基官能化合物的反应产物。9.根据权利要求7所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性低聚物组分包括、由或基本上由三官能和/或四官能反应性低聚物组成。10.根据权利要求7
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9中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述具有两个或多于两个甲基丙烯酰基基团的羟基官能化合物包括1,2
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甘油二甲基丙烯酸酯、1,3
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甘油二甲基丙
烯酸酯，或它们的组合。11.根据权利要求1
‑
10中任一项所述的辐射可固化组合物，其中至少一个可聚合基团是可聚合主链基团。12.根据权利要求1
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11中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述具有至少一个甲基丙烯酰基基团的羟基官能化合物包括甲基丙烯酸2
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羟乙酯、己内酯2
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(甲基丙烯酰氧基)乙酯、或单甲基丙烯酸甘油酯、或它们的组合。13.根据权利要求1
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12中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性低聚物包含多个可聚合基团，其中所述可聚合基团包括可聚合端基和可聚合主链基团。14.根据权利要求1
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13中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性低聚物组分包括、由或基本上由五官能反应性低聚物组成。15.根据权利要求1
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14中任一项所述的辐射可固化组合物，其中按摩尔分数计，所述反应性低聚物组分的所述可聚合基团的至少60％、或至少70％、或至少80％、或至少90％由甲基丙烯酸酯基团组成。16.根据权利要求1
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15中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性低聚物组分的所述可聚合基团由或基本上由甲基丙烯酸酯基团组成。17.根据权利要求1
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16中任一项所述的辐射可固化组合物，其中所述反应性稀释剂单体组分的所述可聚合基团由或基本上由丙烯酸酯基团组成。18.根据权利要求1
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17中任一项所述的辐射可固化组合物，其中存在于整个组合物中的甲基丙烯酸酯基团与存在于整个组合物中的可聚合基团的总量的摩尔比为2％至20％、或2％至18％、或2％至15％、或3％至18％、或4％至20％、或4％至18％、或2％至16％、或4％至15％、或5％至15％、或5％至12％、或9％至20％、或9％至18％、或9％至15％。19.根据权利要求1
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18中任一项所述的辐射可固化组合物，其中整个组合物中的丙烯酸酯基团与甲基丙烯酸酯基团的摩尔比为4:1至50:1、或4:1至25:1、或4:1至10:1、或4.6:1至50:1、或4.6:1至25:1、或4.6:1至10:1、或5.6:1至50:1、或5.6:1至25:1、或5.6:1至10:1。20.根据权利要求1
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19中任一项所述的辐射可固化组合物，其中相对于所述组合物的总重量，所述反应性低聚物组分以20重量％至95重量％、或40重量％至80重量％的量存在；所述反应性稀释剂单体组分以4重量％至75重量％、或20重量％至50重量％的量存在；所述光引发剂以0.25重量％至7重量％、或0.5重量％至3重量％、或1重量％至7重量％的量存在；并且所述添加剂以0重量％至50重量％的量存在。21.根据权利要求1
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20中任一项所述的辐射可固化组合物，其中条件(a)、(b)、(c)或(d)中的至少一者适用：(a)所述多元醇化合物包括、由或基本上由聚醚、聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚己内酯或丙烯酸部分组成；(b)所述二异氰酸酯化合物包括、由或基本上由异佛尔酮二异氰酸酯、2,4
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异构体甲苯二异氰酸酯、2,4
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亚甲基二环己基二异氰酸酯和/或4,4'
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亚甲基二环己基二异氰酸酯、亚甲基二苯基二异氰酸酯、四甲基二甲苯二异氰酸酯、(氢化)亚二甲苯基二异氰酸酯、1,5
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戊烷二异氰酸酯、2,2,4
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三甲基
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六亚甲基二异氰酸酯、2,4,4
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三甲基
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六亚甲基二异氰酸酯、
或六亚甲基二异氰酸酯或它们的组合组成；和/或(c)所述具有至少一个甲基丙烯酰基基团的羟基官能化合物是甲基丙烯酸酯化合物，并且包括、由或基本上由甲基丙烯酸2
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羟乙酯、己内酯2
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(甲基丙烯酰氧基)乙酯、或它们的组合组成。(d)具有羟基但没有可聚合基团的化合物包括、由或基本上由正丁醇、2
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乙基己醇、苯甲醇或它们的...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：科思创荷兰有限公司，
类型：发明
国别省市：