用于涂覆光纤的辐射可固化组合物及由其生产的涂层制造技术

本文描述和要求保护的是用于涂覆光纤的辐射可固化组合物及由其生产的涂层。所述组合物具体地是初级涂料组合物，其中所述组合物具有规定的液态玻璃化转变温度和/或在介于例如25℃与85℃之间时的粘度比。此类组合物优选具有大量的具有非衍生自聚丙二醇的主链的反应性低聚物组分，优选地具有选定的二异氰酸酯成分的反应性低聚物；一种或多种反应性稀释剂单体；光引发剂；以及任选的一种或多种添加剂。此类组合物还优选地在室温下足够粘稠以确保最佳的光纤涂层可加工性。还描述了在其他地方描述的涂覆辐射可固化组合物的方法，以及由此产生的光纤涂层。生的光纤涂层。生的光纤涂层。

【技术实现步骤摘要】
用于涂覆光纤的辐射可固化组合物及由其生产的涂层
[0001]本申请是申请日为2018年12月03日，申请号为201880095692.9的专利技术专利申请“用于涂覆光纤的辐射可固化组合物及由其生产的涂层”的分案申请。


[0002]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。
[0003]相关申请的交叉引用
[0004]本申请要求于2018年6月1日提交的美国临时申请号62/679383的优先权，该美国临时申请的全部内容据此以引用方式并入如同在本文完整阐述一样。

技术介绍

[0005]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，那么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。
[0006]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，将表面涂料组合物施加到所述玻璃纤维上，优选地在冷却之后立即进行。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Taylor的US 4474830和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。
[0007]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。直接与光纤接触的涂层被称为“内部初级涂层”，而覆盖涂层被称为“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”。内部初级涂层典型地被配制为具有比次级涂层显著更低的模量。
[0008]相对较软的内部初级涂层提供了对微弯的抵抗，所述微弯导致经涂覆的光纤的信号传输衰减(即信号损失)增加并且因此是不期望的。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。涂层可以提供侧向力保护，所述侧向力保护光纤免受微弯，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
‑
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 ofDual Coated Single Mode Optical Fibers and Microbending Loss”,IEICE Trans.Commun.，第E76
‑
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。较硬的外部初级涂层(即，次级涂层)提供对处理力的抵抗，所述处理力为例如当经涂覆的纤维形成带状和/或形成缆线时遇到的那些力。
[0009]光纤次级涂料组合物在固化前通常包含烯键式不饱和化合物的混合物，所述混合物通常由溶解或分散在液态烯键式不饱和稀释剂中的一种或多种低聚物和光引发剂组成。通常将涂料组合物以液态形式施加到光纤上，然后暴露于光化辐射以进行固化。
[0010]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，但是出于拼接目的也(如果需要的话)能够从玻璃纤维上剥离下来。初级涂层通常具有在20
‑
50μm的范围内(例如，约25μm或32.5μm)的厚度，对于200μm的纤维而言，具有在15
‑
25μm的范围内的较薄的厚度。
[0011]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。还可以存在增强初级涂层的一种或多种特性的各种添加剂，包括抗氧化剂、粘合促进剂、抑制剂、光敏剂、载体表面活性剂、增粘剂、催化剂、稳定剂、表面剂和荧光增白剂。
[0012]次级涂层是外部涂层。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T
g
(例如，大于约50℃)。原位次级模量优选地大于约1000MPa。次级涂层通常具有小于约40μm的厚度。
[0013]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
‑
on
‑
wet，WOW)和湿压干(wet
‑
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。
[0014]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而被广泛用于工业中，因为它们的高强度和宽发射光谱确保了此类辐射可固化涂层的快速和完全固化。越来越多地，也已经开始使用利用UV
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LED(发光二极管)灯的固化系统，因为它们的有效构造使光纤生产过程能够具有减少的能量输入。
[0015]全球对光纤的需求继续同比增长。为了满足这种不断增长的需求以及还有在这种竞争性行业中提供生产率优势，有益的尤其是提高光纤形成、涂覆和固化的速度。当前本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于涂覆光纤的辐射可固化组合物，相对于整个辐射可固化组合物的总重量，所述辐射可固化组合物包含：至少55重量％的反应性低聚物，所述反应性低聚物包含至少一个可聚合基团和包含衍生自聚丙二醇的化合物的主链；反应性稀释剂单体；光引发剂；以及任选地，一种或多种添加剂；其中所述辐射可固化组合物具有液态玻璃化转变温度(Tg，rheo)、在25℃下的第一粘度(η
25
)、在55℃下的第二粘度(η
55
)和在85℃下的第三粘度(η
85
)；其中：(1)所述辐射可固化组合物的所述Tg，rheo小于
‑
80℃，或从
‑
120℃至
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81.5℃，或从
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113℃至
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82℃，或从
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113℃至
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85℃，或从
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113℃至
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90℃，或从
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120℃至
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97℃，或从
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113℃至
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97℃，其中所述Tg，rheo是通过对所述辐射可固化组合物的实验粘度对比温度数据拟合方程(8)而确定的：其中η(T)是所述组合物在温度T(以℃为单位)下的粘度(以Pa
·
s为单位)；或者(2)其中所述第一粘度与所述第三粘度之比小于13.9、或小于13、或小于12.1、或小于11.5、或小于10.7、或小于8.9，并且大于5。2.一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，所述反应性低聚物包含至少一个可聚合基团和包含衍生自聚丙二醇的化合物的主链；反应性稀释剂单体；光引发剂；以及任选地，一种或多种添加剂；其中所述辐射可固化组合物具有液态玻璃化转变温度(Tg,rheo)、在25℃下的第一粘度(η
25
)、在55℃下的第二粘度(η
55
)和在85℃下的第三粘度(η
85
)；其中：(1)所述辐射可固化组合物的所述Tg,rheo小于
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80℃，或从
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120℃至
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81.5℃，或从
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113℃至
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82℃，或从
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113℃至
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85℃，或从
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113℃至
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90℃，或从
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113℃至
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97℃，其中所述Tg,rheo是通对所述辐射可固化组合物的实验粘度对比温度数据拟合方程(8)而确定的：其中η(T)是所述组合物在温度T(以℃为单位)下的粘度(以Pa.s为单位)；或者(2)其中所述第一粘度与所述第三粘度之比小于13.9、或小于13、或小于12.1、或小于11.5、或小于10.7、或小于8.9，并且大于5；并且其中所述辐射可固化组合物的所述第一粘度大于5帕斯卡秒(Pa
·
s)，或为从5Pa
·
s至
20Pa.s、或从5Pa.s至12Pa
·
s、或从5Pa
·
s至10Pa
·
s。3.一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，所述反应性低聚物包含至少一个可聚合基团和包含衍生自聚丙二醇的化合物的主链；反应性稀释剂单体；光引发剂；以及任选地，一种或多种添加剂；其中所述辐射可固化组合物具有液态玻璃化转变温度(Tg，rheo)、在25℃下的第一粘度(η
25
)、在55℃下的第二粘度(η
55
)和在85℃下的第三粘度(η
85
)；其中所述辐射可固化组合物的所述Tg,rheo小于
‑
100℃，或为从
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120℃至
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100℃，或从
‑
115℃至
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100℃，或从
‑
115℃至
‑
105℃，其中Tg，rheo是通过对所述辐射可固化组合物的实验粘度对比温度数据拟合方程(8)而确定的：其中η(T)是所述组合物在温度T(以℃为单位)下的粘度(以Pa
·
s为单位)。4.一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，所述反应性低聚物包含至少一个可聚合基团和包含衍生自聚丙二醇的化合物的主链；反应性稀释剂单体；光引发剂；以及任选地，一种或多种添加剂；其中如通过尺寸排阻色谱法(SEC)测量的，所述反应性低聚物具有：峰值分子量(Mp)，Z均分子量(Mz)，以及数均分子量(Mn)；其中所述反应性低聚物的相对高分子量比(RHMWR)为
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0.3至3，其中其中所述辐射可固化组合物具有液态玻璃化转变温度(Tg，rheo)、在25℃下的第一粘度(η
25
)、在55℃下的第二粘度(η
55
)和在85℃下的第三粘度(η
85
)；并且其中：(1)所述辐射可固化组合物的所述Tg,rheo小于
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80℃，或从
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120℃至
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81.5℃，或从
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113℃至
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82℃，或从
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113℃至
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85℃，或从
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113℃至
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90℃，或从
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113℃至
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97℃，其中Tg,rheo是通过所述辐射可固化组合物的实验粘度对比温度数据拟合方程(8)而确定的：其中η(T)是所述组合物在温度T(以℃为单位)下的粘度(以Pa
·
s为单位)；或者(2)其中所述第一粘度与所述第三粘度之比小于13.9、或小于13、或小于12.1、或小于
11.5、或小于10.7、或小于8.9，并且大于5。5.一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，所述反应性低聚物包含至少一个可聚合基团和包含衍生自聚丙二醇的化合物的主链；极性反应性稀释剂单体；光引发剂；以及任选地，一种或多种添加剂；其中所述辐射可固化组合物具有液态玻璃化转变温度(Tg,rheo)、在25℃下的第一粘度(η
25
)、在55℃下的第二粘度(η
55
)和在85℃下的第三粘度(η
85
)；其中：(1)所述辐射可固化组合物的所述Tg,rheo小于
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80℃，或从
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120℃至
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81.5℃，或从
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113℃至
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82℃，或从
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113℃至
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85℃，或从
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113℃至
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90℃，或从
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113℃至
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97℃，其中Tg,rheo是通过对所述辐射可固化组合物的实验粘度对比温度数据拟合方程(8)而确定的：其中η(T)是所述组合物在温度T(以℃为单位)下的粘度(以Pa.s为单位)；或者(2)其中所述第一粘度与所述第三粘度之比小于13.9、或小于13、或小于12.1、或小于11.5、或小于10.7、或小于8.9，并且大于5；其中所述极性反应性稀释剂单体的按重量分数计算的玻尔兹曼平均偶极矩大于2.2德拜(D)、或大于2.3D、或大于2.35D、或大于2.5D，或为从2.2D至4.2D、或从2.3D至4.1D，或从2.35D至4.1D、或从2.35D至4.0D、或从2.35D至3.7D、或从2.35D至3.0D、或从2.4D至4.1D、或从2.4D至4.0D、或从2.4D至3.7D，或从2.4D至3.0D。6.一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，所述反应性低聚物包含至少一个可聚合基团；反应性稀释剂单体；光引发剂；以及任选地，一种或多种添加剂；其中所述辐射可固化组合物具有液态玻璃化转变温度...

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