Светодиодное отверждение радиационно-отверждаемых покрывных композиций оптических волокон - RU2554650C2

Описание

Перекрестная ссылка на родственную патентную заявку

Настоящая патентная заявка испрашивает приоритет предварительной патентной заявки США № 61/287,567, поданной 17 декабря 2009 г., которая во всей своей полноте включена в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к радиационно-отверждаемым покрытиям для оптического волокна и к способам изготовления указанных композиций.

Уровень техники изобретения

Хорошо известно использование ультрафиолетовых ртутных дуговых ламп для излучения ультрафиолетового света, подходящего для отверждения радиационно-отверждаемых покрытий, нанесенных на оптическое волокно. Ультрафиолетовые дуговые лампы излучают свет, используя электрическую дугу для возбуждения ртути, которая находится в атмосфере инертного газа (например, аргона), чтобы генерировать ультрафиолетовое излучение, которое обеспечивает отверждение. В качестве альтернативы, можно также использовать микроволновую энергию для возбуждения ламп, содержащих ртуть в среде инертного газа, чтобы генерировать ультрафиолетовое излучение. В тексте настоящей патентной заявки имеющие дуговое возбуждение и микроволновое возбуждение ртутные лампы, а также содержащие различные добавки (черные металлы, галлий и т.д.) модифицированные формы этих ртутных ламп называются термином «ртутные лампы».

Однако использование ультрафиолетовых ртутных ламп в качестве источника излучения имеет несколько недостатков, включая возможное загрязнение окружающей среды ртутью и образование озона в качестве побочного продукта. Кроме того, ртутные лампы обычно имеют меньший коэффициент преобразования энергии, требуют время прогрева, выделяют тепло во время работы и потребляют большое количество энергии по сравнению со светоизлучающими диодами. При производстве оптического волокна с покрытием тепло, вырабатываемое ультрафиолетовыми ртутными лампами, может отрицательно повлиять на жидкое покрытие таким образом, что если в составе покрытия не исключено присутствие летучих веществ, эти летучие вещества могут возбуждаться и осаждаться на поверхность кварцевой трубки, блокируя ультрафиолетовые лучи, облучающие жидкое покрытие на стеклянном волокне, что ингибирует отверждение жидкого покрытия до твердого состояния. Соответственно, исследуются альтернативные источники излучения.

Светоизлучающие диоды (светодиоды, или СИД) представляют собой полупроводниковые устройства, которые используют явление электролюминесценции для излучения света. Светодиоды состоят из полупроводникового материала, легированного примесями для создания p-n перехода, и способны излучать свет, когда положительно заряженные дырки соединяются с отрицательно заряженными электронами при приложении напряжения. Длину волны излученного света определяют материалы, используемые в активной области полупроводника. Типичные материалы, используемые в полупроводниках светодиодов, включают, например, элементы групп 13 (III) и 15 (V) периодической системы. Эти полупроводники называются термином «полупроводники III-V» и включают, например, полупроводники GaAs, GaP, GaAsP, AlGaAs, InGaAsP, AlGaInP и InGaN. Другие примеры полупроводников, используемых в светодиодах, включают соединения элементов группы 14 (полупроводник IV-IV) и групп 12 и 16 (II-VI). Выбор материалов основан на множестве факторов, включая желательную длину волны излучения, эксплуатационные параметры и стоимость.

В ранних светодиодах использовали арсенид галлия (GaAs) для излучения инфракрасного (ИК) света и красного света низкой интенсивности. Успехи материаловедения привели к разработке светодиодов, способных излучать свет более высокой интенсивности и меньшей длины волны, включая другие цвета видимого света и ультрафиолетовое излучение. Возможно создание светодиодов, которые излучают свет в любом диапазоне от коротковолнового (приблизительно 100 нм) до длинноволнового (приблизительно 900 нм). В настоящее время известные светодиодные источники ультрафиолетового излучения излучают свет при длинах волн от приблизительно 300 до приблизительно 475 нм, причем максимумы спектра излучения обычно наблюдаются при 365 нм, 390 нм и 395 нм. См. учебное пособие «Светоизлучающие диоды», автор Fred Schubert, второе издание, авторское право E. Fred Schubert 2006 г., опубликованное издательством Кембриджского университета (Cambridge University Press).

Светодиодные лампы обладают преимуществами по сравнению с ртутными лампами в применении для отверждения. Например, в светодиодных лампах не используют ртуть для выработки ультрафиолетового излучения, и они обычно имеют меньший объем, чем ртутные ультрафиолетовые дуговые лампы. Кроме того, светодиодные лампы представляют собой моментально включаемые/выключаемые источники света, для которых не требуется время прогрева, что способствует низкому энергопотреблению светодиодных ламп. Светодиодные лампы также производят значительно меньше тепла, обладая более высоким коэффициентом преобразования и более продолжительным сроком службы, и также излучают практически монохроматический свет желательной длины волны, которую определяет выбор полупроводниковых материалов, используемых в светодиоде.

Светодиодные лампы для промышленного применения в целях отверждения выпускают несколько производителей. Например, Phoseon Technology, Summit UV Honle UV America, Inc., IST Metz GmbH, Jenton International Ltd., Lumios Solutions Ltd., Solid UV Inc., Seoul Optodevice Co., Ltd, Spectronics Corporation, Luminus Devices Inc. и Clearstone Technologies представляют собой ряд производителей, которые в настоящее время предлагают светодиодные лампы в целях отверждения композиций красок для струйной печати, поливинилхлоридных композиций напольных покрытий, композиций металлических покрытий, композиций пластмассовых покрытий и связующих композиций.

В известных применениях ультрафиолетового отверждения для стоматологических работ используют существующие светодиодные устройства для отверждения. Пример известного стоматологического устройства для отверждения представляет собой светодиодное устройство для отверждения Elipar™ FreeLight 2 от фирмы 3M ESPE. Данное устройство излучает свет в видимой области с максимумом излучения при 460 нм.

Светодиодное оборудование также испытывают на рынке краскоструйной печати: фирма IST Metz провела публичную демонстрацию своего подхода к ультрафиолетовому отверждению с помощью светодиодов. По сообщениям этой фирмы, в течение нескольких последних лет она разрабатывает на основе светодиодов технологию ультрафиолетового отверждения, главным образом, для рынка краскоструйной печати, где данную технологию используют в настоящее время.

Существующие радиационно-отверждаемые покрывные композиции для оптического волокна не подходят для отверждения светодиодными лампами, потому что до настоящего времени составы этих композиций были предназначены для отверждения ртутными лампами, которые создают другой спектр излучения, а именно спектр излучения с несколькими длинами волн. Хотя существующие в настоящее время «традиционные» отверждаемые ультрафиолетовым излучением покрытия для оптического волокна могут фактически начинать отверждение при облучении светом из светодиодного источника света, скорость отверждения является настолько низкой, что покрытие невозможно было бы отверждать согласно действующему в настоящее время промышленному стандарту «быстрых» технологических линий, производительность которых составляет до 1500 метров в минуту. Таким образом, непрактично использовать существующие в настоящее время светодиодные лампы для отверждения имеющихся в настоящее время радиационно-отверждаемых покрытий для оптического волокна.

Патент США № 7399982 («патент '982») заявляет о предложении способа ультрафиолетового отверждения покрытий или печатных изображений на разнообразных предметах, в частности, таких предметах, как провода, кабели, трубы, соединения, шланги, трубки, компакт-диски, универсальные цифровые диски, мячи для гольфа, колышки под мячи для гольфа, очки, контактные линзы, струнные инструменты, декоративные этикетки, отслаиваемые этикетки, отслаиваемые штампы, двери и столешницы. Хотя патент '982 упоминает оптические волокна в связи или в контексте механической конфигурации покрывного устройства, в нем не описаны покрывные композиции или их ингредиенты, которые наносят на оптическое волокно и затем отверждают, используя ультрафиолетовый светодиод. Таким образом, в патенте '982 отсутствует описание, позволяющее использовать отверждаемые светодиодами покрытия для оптического волокна.

Публикация патентной заявки США № 2007/0112090 («публикация '090») заявляет о предложении отверждаемой излучением светодиодов каучуковой композиции, включающей органополисилоксан, содержащий множество (мет)акрилоиловых групп, радиосенсибилизатор и необязательное титансодержащее органическое соединение. Публикация '090 заявляет, что композиция является полезной в качестве защитного покрывного материала или герметизирующего материала для электродов жидкокристаллических дисплеев, органических электронных дисплеев, плоскопанельных дисплеев и для других электрических и электронных компонентов. Публикация '090 заявляет в описании предшествующего уровня техники, что согласно предшествующему патенту (патент США № 4733942) отверждаемая ультрафиолетовым излучением композиция, включающая органополисилоксан, содержащий множество виниловых функциональных групп, таких как акрилоилоксигруппы или (мет)акрилоилоксигруппы, неспособна удовлетворить условие или требование о том, что композиция должна отверждаться ультрафиолетовым светодиодом, вследствие низких скоростей отверждения. Кроме того, публикация '090 заявляет, что в другом предшествующем патенте (патент США № 6069186) предложена радиационно-отверждаемая кремнийорганическая каучуковая композиция, включающая органополисилоксан, которая содержит одну чувствительную к облучению органическую группу, содержащую множество (мет)акрилоилоксигрупп на каждом из концов молекулярных цепей, фотосенсибилизатор и кремнийорганическое соединение, в котором не содержатся алкоксигруппа.

Согласно публикации '090, композиция, описанная в патенте '186, не удовлетворяла вышеприведенному требованию. Таким образом, в публикации '090 и в любом другом из цитированных здесь документов (патент '942 патент '186) отсутствует описание, позволяющее использовать отверждаемые светодиодами покрытия для оптического волокна.

Публикация патентной заявки США № 2003/0026919 («публикация '919») заявляет, что в ней описано устройство для нанесения на оптическое волокно каучукового покрытия, содержащее ультрафиолетовую импульсную лампу, используемую для покрытия оптического волокна отверждаемым ультрафиолетовым излучением каучуком, контур осветительной лампы, который позволяет ультрафиолетовой импульсной лампе излучать свет, и контур управления для регулирования данного контура осветительной лампы. Публикация '919 заявляет, что в качестве источника ультрафиолетового излучения можно использовать, по меньшей мере, один ультрафиолетовый лазерный диод или излучающий ультрафиолетовый свет диод вместо ультрафиолетовой импульсной лампы. Хотя в публикации '919 упомянут акрилатный полимер на эпоксидной основе в качестве примера отверждаемого ультрафиолетовым излучением полимер, отсутствует подробное описание данного полимера и содержащей его композиции. Публикация '919 не описывает покрывную композицию для оптического волокна, включающую, по меньшей мере, один акрилатный олигомер, по меньшей мере, один фотоинициатор, и, по меньшей мере, один реакционно-способный мономер в качестве растворителя, которую наносят на оптическое волокно и затем отверждают, используя излучение светодиода. Таким образом, в публикации '919 отсутствует описание, позволяющее использовать композицию отверждаемого излучением светодиодов покрытия для оптического волокна.

Опубликованная патентная заявка PCT WO 2005/103121 под заголовком «Способ фотоотверждения полимерной композиции», правопреемник DSM IP Assets B.V., описывает и заявляет способы отверждения светоизлучающим диодом (СИД) отверждаемой полимерной композиции, содержащей фотоинициирующую систему, отличающейся тем, что максимальная длина волны, при которой наблюдается максимум поглощения фотоинициирующей системы (λ_max PIS), меньше, по меньшей мере, на 20 нм и, как максимум, на 100 нм, чем длина волны, при которой наблюдается максимум излучения светодиода (λ_LED). Изобретение по данной патентной заявке PCT относится к использованию светодиодного отверждения в строительных материалах, в частности, в материалах для облицовки или отделки предметов, и к предметам, содержащим отвержденную полимерную композицию, полученную путем светодиодного отверждения. Данное изобретение предлагает простой, безопасный для окружающей среды и легко регулируемый способ (повторной) облицовки труб, резервуаров и сосудов, особенно в случае таких труб и предметов оборудования, которые имеют большой диаметр, в частности, более чем 15 см. Таким образом, в публикации WO 2005/103121 отсутствует описание, позволяющее использовать композицию отверждаемого излучением светодиодов покрытия для оптического волокна.

Опубликованная патентная заявка США № 20100242299 (дата публикации 30 сентября 2010 г.) описывает и заявляет свободно вращающееся и устанавливаемое в заданное положение устройство и способ для ультрафиолетового отверждения удлиненного предмета или нанесения на него, по меньшей мере, одного отверждаемого ультрафиолетовым излучением красителя, покрытия или связующего материала; кроме того, описано устройство, включающее, по меньшей мере, один ультрафиолетовый светодиод, установленный на одной стороне удлиненного предмета, и отражатель эллиптической формы, расположенный на другой стороне удлиненного предмета напротив, по меньшей мере, одного ультрафиолетового светодиода.

В том же семействе патентов, к которому принадлежит опубликованная патентная заявка США № 20100242299, выданный патент США № 7175712 (дата выдачи 13 февраля 2007 г.) описывает и заявляет устройство и способ для ультрафиолетового отверждения, предназначенный для улучшения распределения и воздействия ультрафиолетового излучения на ультрафиолетовые фотоинициаторы в отверждаемом ультрафиолетовым излучением красителе, покрытии или связующем материале. В данном устройстве и способе для ультрафиолетового отверждения использованы комплекты УФ СИД в первом ряду, причем комплекты УФ СИД находятся на расстоянии от соседних комплектов УФ СИД. Предложен, по меньшей мере, один второй ряд, содержащий множество комплектов УФ СИД, вблизи первого ряда, но комплекты УФ СИД второго ряда расположены вблизи промежутков между соседними комплектами УФ СИД в первом ряду, в результате чего образуется шахматный порядок расположения комплектов УФ СИД второго ряда относительно комплектов УФ СИД первого ряда. Желательно устанавливать на панель ряды расположенных в шахматном порядке комплектов УФ СИД. Отверждаемые ультрафиолетовым излучением изделия, детали или другие предметы, содержащие ультрафиолетовые фотоинициаторы, которые находятся в ткани или на ней, могут направляться или иным образом перемещаться вдоль рядов комплектов УФ СИД для эффективного ультрафиолетового отверждения. Такая конфигурация способствует более равномерному воздействию ультрафиолетового излучения на отверждаемые ультрафиолетовым излучением красители, покрытия и/или связующие материалы в отверждаемых ультрафиолетовым излучением изделиях, деталях или других предметах. Данное устройство может включать одно или более из следующих приспособлений: валки для перемещения ткани, механизмы для обеспечения движения панели по круговому или обратному пути и вводные трубки для подачи газа, не содержащего кислорода, в область отверждения ультрафиолетовым излучением.

Вышеизложенное показывает, что существует неудовлетворенная потребность в предложении радиационно-отверждаемых покрывных композиций для оптического волокна, которые являются подходящими для отверждения излучением светодиода, в предложении способов нанесения на оптическое волокно указанных покрывных композиций и в предложении покрытого оптического волокна, включающего покрытия, полученные из указанных покрывных композиций.

Сущность изобретения

Первый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна, где композиция способна претерпевать фотополимеризацию при нанесении на оптическое волокно и при облучении светом светоизлучающего диода (СИД), у которого длина волны составляет от 100 нм до 900 нм, и образовывать отвержденное покрытие на оптическом волокне, причем указанное отвержденное покрытие имеет верхнюю поверхность, указанное отвержденное покрытие, имеющее процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее 60% или более.

Второй аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция согласно первому аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую

- от 100 нм до 300 нм;

- от 300 нм до 475 нм; или

- от 475 нм до 900 нм.

Третий аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция согласно первому аспекту настоящего изобретения, причем указанная композиция включает:

(a) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(b) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(c) по меньшей мере, один фотоинициатор.

Четвертый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция согласно третьему аспекту настоящего изобретения, в которой фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа I.

Пятый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция согласно третьему аспекту настоящего изобретения, в которой фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа II, и композиция включает донор водорода.

Шестой аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция согласно любому с первого по пятый аспекту настоящего изобретения, в которой покрывная композиция выбрана из группы, которую составляют первичная покрывная композиция, вторичная покрывная композиция, красящая покрывная композиция, буферная покрывная композиция, матричная покрывная композиция и оболочечная покрывная композиция.

Седьмой аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция согласно любому с первого по шестой аспекту настоящего изобретения, в которой, по меньшей мере, 15% ингредиентов, предпочтительно, по меньшей мере, 20% ингредиентов, предпочтительнее, по меньшей мере, 25% ингредиентов в покрытии имеют биологическую, а не нефтяную основу.

Восьмой аспект настоящего изобретения представляет собой способ покрытия оптического волокна, включающий:

(a) приготовление стеклянного оптического волокна,

(b) нанесение на указанное стеклянное оптическое волокно, по меньшей мере, одной радиационно-отверждаемой покрывной композиции для оптического волокна, предпочтительно радиационно-отверждаемой покрывной композиции согласно любому с первого по седьмой аспекту настоящего изобретения, где указанная, по меньшей мере, одна радиационно-отверждаемая покрывная композиция включает:

(i) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(ii) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(iii) по меньшей мере, один фотоинициатор;

чтобы получить покрытое стеклянное оптическое волокно с неотвержденным покрытием, и

(c) отверждение указанного неотвержденного покрытия на указанном покрытом стеклянном оптическом волокне путем облучения указанного неотвержденного покрытия светом светоизлучающего диода (СИД), у которого длина волны составляет от 100 нм до 900 нм, чтобы получить отвержденное покрытие, имеющее верхнюю поверхность, где указанное отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

Девятый аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, в котором указанное стеклянное оптическое волокно получают с помощью колонны для вытяжения стекла, которая производит стеклянное оптическое волокно.

Десятый аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно девятому аспекту настоящего изобретения, где колонна для вытяжения стекла работает при производительности технологической линии оптического волокна от 100 м/мин до 2500 м/мин, в том числе от 1000 м/мин до 2400 м/мин или от 1200 м/мин до 2300 м/мин.

Одиннадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно любому с восьмого по десятый аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую от 100 нм до 300 нм; от 300 нм до 475 нм; или от 475 нм до 900 нм.

Двенадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно любому с восьмого по одиннадцатый аспекту настоящего изобретения, где фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа I.

Тринадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно любому с восьмого по одиннадцатый аспекту настоящего изобретения, где фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа II, и композиция включает донор водорода.

Четырнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно, которое получают способом согласно любому с восьмого по тринадцатый аспекту настоящего изобретения.

Пятнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно согласно четырнадцатому аспекту настоящего изобретения, где покрывная композиция выбрана из группы, которую составляют первичная покрывная композиция, вторичная покрывная композиция, красящая покрывная композиция, буферная покрывная композиция, матричная покрывная композиция и оболочечная покрывная композиция.

Шестнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна, включающую:

(a) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(b) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(c) по меньшей мере, один фотоинициатор;

где композиция способна претерпевать фотополимеризацию при нанесении на оптическое волокно и при облучении светом светоизлучающего диода (СИД), у которого длина волны составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно до 900 нм, и образовывать отвержденное покрытие на оптическом волокне, причем указанное отвержденное покрытие имеет верхнюю поверхность, где указанное отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

Семнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно, включающее оптическое волокно и, по меньшей мере, одно покрытие, в которой указанное, по меньшей мере, одно покрытие получают нанесением на оптическое волокно, по меньшей мере, одной радиационно-отверждаемой покрывной композиции для оптического волокна, включающей:

(a) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(b) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(c) по меньшей мере, один фотоинициатор;

чтобы получить неотвержденное покрытое оптическое волокно, и отверждение указанного неотвержденного покрытого оптического волокна путем облучения светом светоизлучающего диода (СИД) у которого длина волны составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно 900 нм, чтобы получить отвержденное покрытие, имеющее верхнюю поверхность, где указанное отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

Восемнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой способ покрытия оптического волокна, включающий:

(a) использование колонны для вытяжения стекла, которая производит стеклянное оптическое волокно;

(b) нанесение на указанное стеклянное оптическое волокно, по меньшей мере, одной радиационно-отверждаемой покрывной композиции для оптического волокна, в которой указанная, по меньшей мере, одна радиационно-отверждаемая покрывная композиция включает:

(i) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(ii) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(iii) по меньшей мере, один фотоинициатор;

чтобы получить покрытое стеклянное оптическое волокно с неотвержденным покрытием, и

(c) отверждение указанного неотвержденного покрытия на указанном покрытом стеклянном оптическом волокне путем облучения указанного неотвержденного покрытия светом светоизлучающего диода (СИД), у которого длина волны составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно 900 нм, чтобы получить отвержденное покрытие, имеющее верхнюю поверхность, где указанное отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

Девятнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую от приблизительно 100 нм до приблизительно 300 нм.

Двадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую от приблизительно 300 нм до приблизительно 475 нм.

Двадцать первый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую от приблизительно 475 нм до приблизительно 900 нм.

Двадцать второй аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, в которой фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа I.

Двадцать третий аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, в которой фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа II, и композиция включает донор водорода.

Двадцать четвертый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, где покрывная композиция выбрана из группы, которую составляют первичная покрывная композиция, вторичная покрывная композиция, красящая покрывная композиция, буферная покрывная композиция, матричная покрывная композиция и оболочечная покрывная композиция.

Двадцать пятый аспект настоящего изобретения, представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, где, по меньшей мере, приблизительно 15% ингредиентов в покрытии имеют биологическую, а не нефтяную основу.

Двадцать шестой аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно двадцать пятому аспекту настоящего изобретения, где, по меньшей мере, приблизительно 20% ингредиентов в композиции имеют биологическую, а не нефтяную основу.

Двадцать седьмой аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна согласно пункту 11 формулы изобретения, где, по меньшей мере, приблизительно 25% ингредиентов в композиции имеют биологическую, а не нефтяную основу.

Двадцать восьмой аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую от приблизительно 100 нм до приблизительно 300 нм.

Двадцать девятый аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую от приблизительно 300 нм до приблизительно 475 нм.

Тридцатый аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, где излучение светоизлучающего диода (СИД) имеет длину волны, составляющую от приблизительно 475 нм до приблизительно 900 нм.

Тридцать первый аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, где фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа I.

Тридцать второй аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, где фотоинициатор представляет собой фотоинициатор типа II, и композиция включает донор водорода.

Тридцать третий аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, где покрывная композиция выбрана из группы, которую составляют первичная покрывная композиция, вторичная покрывная композиция, красящая покрывная композиция, буферная покрывная композиция, матричная покрывная композиция, и оболочечная покрывная композиция.

Тридцать четвертый аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно восемнадцатому аспекту настоящего изобретения, в котором производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 100 м/мин до приблизительно 2500 м/мин.

Тридцать пятый аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно восемнадцатому аспекту настоящего изобретения, в котором производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 1000 м/мин до приблизительно 2400 м/мин.

Тридцать шестой аспект настоящего изобретения представляет собой способ согласно восемнадцатому аспекту настоящего изобретения, в котором производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 1200 м/мин до приблизительно 2300 м/мин.

Подробное описание изобретения

Во всем тексте настоящей патентной заявки перечисленные ниже термины имеют следующие значения.

Оптическое волокно представляет собой стеклянное волокно, которое проводит свет по своему внутреннему сердечнику. Свет сохраняется в сердечнике оптического волокна за счет полного внутреннего отражения. Это заставляет волокно действовать как волновод. Волокно состоит из сердечника, окруженного оболочкой, причем они оба изготовлены из диэлектрических материалов. Чтобы заключить оптический сигнал в сердечник, показатель преломления сердечника должен быть выше, чем показатель преломления оболочки.

В типичном одномодовом (см. определение ниже) оптическом волокне внешний диаметр стеклянного сердечника составляет от приблизительно 8 до приблизительно 10 мкм. В типичном многомодовом (см. определение ниже) оптическом волокне внешний диаметр стеклянного сердечника составляет от приблизительно 50 до приблизительно 62,5 мкм. В типичном оптическом волокне внешний диаметр оболочки составляет приблизительно 125 мкм (см. диаграмму на с. 98 в статье под заголовком «Покрытия оптических волокон», авторы Steven R. Schmid и Anthony F. Toussaint, фирма DSM Desotech (Элгин, штат Иллинойс), глава 4 профессионального справочника по оптическим волокнам, редакторы Alexis Mendez и T. F. Morse, авторское право 2007 г. издательство Elsevier Inc.).

Оптические волокна, которые поддерживают многочисленные трассы распространения или поперечные моды, называют термином «многомодовые волокна» (ММВ), в то время как те, которые способны поддерживать только одну моду, называют термином «одномодовые волокна» (ОМВ).

Первичное покрытие определяется как покрытие, находящееся в контакте с оболочкой оптического волокна. Первичное покрытие наносится непосредственно на стеклянное волокно и после отверждения образует мягкий, упругий, связанный и совместимый материал, который заключает в себе стеклянное волокно. Первичное покрытие служит в качестве буфера и амортизатора, который защищает сердечник стеклянного волокна, когда волокно сгибают, протягивают, наматывают или подвергают другим операциям. Во время раннего периода разработки стеклянных оптических волокон первичное покрытие иногда называли термином «внутреннее первичное покрытие». Внешний диаметр первичного покрытия составляет от приблизительно 155 до приблизительно 205 мкм (см. диаграмму на с. 98 в статье под заголовком «Покрытия оптических волокон», авторы Steven R. Schmid и Anthony F. Toussaint, фирма DSM Desotech (Элгин, штат Иллинойс), глава 4 профессионального справочника по оптическим волокнам, редакторы Alexis Mendez и T. F. Morse, авторское право 2007 г. издательство Elsevier Inc.).

Вторичное покрытие представляет собой второе покрытие, которое наносится поверх первичного покрытия и функционирует в качестве прочного защитного внешнего слоя, которое препятствует повреждению стеклянного волокна во время обработки и использования. Для вторичного покрытия желательны определенные характеристики. Перед отверждением вторичная покрывная композиция должна иметь подходящую вязкость и способность к быстрому отверждению, чтобы обеспечить обработку оптического волокна. После отверждения у вторичного покрытия должны быть следующие характеристики: достаточная жесткость, чтобы предохранять содержащееся в нем стеклянное волокно, и одновременно достаточная гибкость (т.е. модуль упругости) для эксплуатации, низкое водопоглощение, низкая липкость для возможности эксплуатации оптического волокна, химическая стойкость и достаточная адгезия к первичному покрытию.

Для достижения желательных характеристик традиционные вторичные покрывные композиции обычно содержат олигомеры на уретановой основе в большой концентрации с мономерами, которые вводят во вторичную покрывную композицию в качестве реакционно-способных растворителей для снижения вязкости.

Во время раннего периода разработки стеклянных оптических волокон вторичное покрытие иногда называли термином «внешнее первичное покрытие». На типичном стеклянном оптическом волокне внешний диаметр вторичного покрытия составляет от приблизительно 240 до приблизительно 250 мкм.

Краситель или окрашенное покрытие представляет собой радиационно-отверждаемое покрытие, включающее пигменты или красители, за счет которых видимый цвет покрытия становится соответствующим одному из нескольких стандартных цветов, используемых для идентификации оптического волокна при установке. В качестве альтернативы, вместо использования окрашенного покрытия можно использовать вторичное покрытие, которое включает пигменты или красители. Вторичное покрытие, которое включает пигменты и/или красители, также известно под названием «цветное вторичное покрытие». На типичном стеклянном оптическом волокне типичная толщина красителя или окрашенного покрытия составляет от приблизительно 3 мкм до приблизительно 10 мкм.

Матрица или матричное покрытие используется для изготовления волоконнооптической ленты. Волоконнооптическая лента включает множество практически плоских и в существенной степени ориентированных оптических волокон и радиационно-отверждаемый матричный материал, заключающий в себе множество оптических волокон.

Свободная трубчатая конфигурация: в качестве альтернативы изготовлению в виде волоконнооптической ленты, оптические волокна можно размещать в полевых условиях в так называемой «свободной трубчатой конфигурации». Свободная трубчатая конфигурация означает, что многочисленные волокна находятся в полой защитной трубке. Волокна может окружать защитный гель в свободной трубке, или их может окружать защитный материал другого типа, или свободная трубка может содержать только оптические волокна.

Оболочка или оболочечное покрытие представляет собой радиационно-отверждаемое покрытие, которое наносят поверх цветного вторичного покрытия или поверх слоя окрашенного покрытия и которое образует относительно толстый слой, за счет которого покрытое оптическое волокно увеличивается до желательной толщины, образуя «плотноамортизированное волокно», диаметр которого составляет 400 мкм, 500 мкм, 600 мкм или 900 мкм. Такие значения также используют, описывая готовые покрытые оболочкой оптические волокна как плотноамортизированные волокна диаметром 400 мкм, 500 мкм, 600 мкм или 900 мкм.

Радиационно-отверждаемые первичные покрытия, вторичные покрытия, окрашенные покрытия, матричные покрытия и оболочечные покрытия для оптического волокна описаны и заявлены в патентах США №№ 4472019; 4496210; 4514037; 4522465; 4624994; 4629287; 4682851; 4806574; 4806694; 4844604; 4849462; 4932750;

5093386; 5219896; 5292459; 5336563; 5416880; 5456984; 5496870; 5502145; 5596669; 5664041; 5696179; 5712035; 5787218; 5804311; 5812725; 5837750; 5845034; 5859087; 5847021; 5891930; 5907023; 5913004; 5933559; 5958584; 5977202; 5986018; 5998497;

6014488; 6023547; 6040357; 6052503; 6054217; 6063888; 6080483; 6085010; 6107361; 6110593; 6130980; 6136880; 6169126; 6180741; 6187835; 6191187; 6197422; 6214899; 6240230; 6246824; 6298189; 6301415; 6306924; 6309747; 6339549; 6323255; 6339666; 6359025; 6350790; 6362249; 6376573; 6391936; 6438306; 6472450; 6528553; 6534557; 6538045; 6563996; 6579618; 6599956; 6630242; 6638616; 6661959; 6714712; 6775451; 6797740; 6852770; 6858657; 6961508;

7043712; 7067564; 7076142; 7122247; 7135229; 7155100; 7171103; 7214431; 7221841; 7226958; 7276543 и 7493000, которые во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылки.

Ультрафиолетовое излучение диапазона A представляет собой излучение с длиной волны от приблизительно 320 до приблизительно 400 нм.

Ультрафиолетовое излучение диапазона B представляет собой излучение с длиной волны от приблизительно 280 до приблизительно 320 нм.

Ультрафиолетовое излучение диапазона C представляет собой излучение с длиной волны от приблизительно 100 до приблизительно 280 нм.

При использовании в настоящем документе термин «возобновляемый исходный материал» определен как исходный материал, который не является производным нефти, но является производным растений, включая плоды, орехи и/или семена растений. Эти материалы растительного происхождения представляют собой благоприятные для окружающей среды материалы на биологической основе материалы. Таким образом, данные исходные материалы также часто называют термином «материалы на биологической основе» или «материалы на основе природного масла».

Кроме того, чтобы понять определение «на биологической основе», следует обратиться к закону о защите ферм и сельскохозяйственных инвестициях (FRSIA), согласно которому «продукты на биологической основе» представляют собой продукты, определенные министром сельского хозяйства США как коммерческие или промышленные товары (кроме продуктов питания и кормов для животных), всю массу или значительную часть которых составляют биологические продукты, лесоматериалы или возобновляемые материалы национального сельского хозяйства, включая материалы растительного, животного или морского происхождения.

Содержание материалов на биологической основе можно определять путем анализа, используя стандартный способ ASTM D6866-10 определения имеющего биологическую основу содержимого твердых, жидких и газообразных образцов методом радиоуглеродного анализа. Этот способ, аналогичный радиоуглеродному определению возраста, сравнивает количество распадающегося изотопа¹⁴C в образце с его количеством, которое было бы в том же самом образце, если бы он полностью состоял из свежевыращенных материалов. Данное процентное соотношение называется биологическим содержимым продукта.

Обычным специалистам в области радиационно-отверждаемых покрытий известны способы выбора ингредиентов, и они понимают, имеет ли данный ингредиент биологическую основу или нефтяную основу. Здесь различие заключается в том, является ли абсолютное количество исходных материалов на биологической основе подходящим для использования в радиационно-отверждаемых покрытиях. Например, исходные материалы на биологической основе можно обнаружить в полиолах и других ингредиентах.

Шестнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна, включающая:

(a) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(b) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(c) по меньшей мере, один фотоинициатор;

где композиция способна претерпевать фотополимеризацию при нанесении на оптическое волокно и при облучении светом светоизлучающего диода (СИД), у которого длина волны составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно до 900 нм, и образовывать отвержденное покрытие на оптическом волокне, причем указанное отвержденное покрытие имеет верхнюю поверхность, где указанное отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

Уретан(мет)акрилатные олигомеры хорошо известны в технике радиационно-отверждаемых покрытий для оптического волокна. См. на страницах 103-104 статьи под заголовком «Покрытия оптических волокон», авторы Steven R. Schmid и Anthony F. Toussaint, фирма DSM Desotech (Элгин, штат Иллинойс), глава 4 профессионального справочника по оптическим волокнам, редакторы Alexis Mendez и T. F. Morse, авторское право 2007 г. издательство Elsevier Inc., краткое описание данных типов олигомеров. Более подробные описания уретан(мет)акрилатных олигомеров, подходящих для использования в настоящем изобретении, см. в патентах США, перечисленных выше в настоящем документе и ранее включенных в него посредством ссылки.

Как указано на страницах 103-104 статьи «Покрытия оптических волокон», упомянутой в предыдущем абзаце, уретан(мет)акрилатные олигомеры основаны на стехиометрических сочетаниях диизоцианатов (DIC), полиолов и некоторого типа молекул, содержащих концевые функциональные группы, которые становятся реакционно-способными при ультрафиолетовом облучении. В зависимости от желательных свойств, выбирают различные типы полиолов. Эти полиолы включают, но не ограничиваются этим, простые полиэфиры полипропиленгликоля (PPG) и простые полиэфиры политетраметиленгликоля (PTMG). Обычно полиолы используют в синтезе уретан(мет)акрилатных олигомеров.

Полученные из нефтепродуктов компоненты уретан(мет)акрилатных олигомеров, такие как сложнополиэфирные и полиэфирные полиолы, обладают некоторыми недостатками. Использование таких сложнополиэфирных и полиэфирных полиолов вносит вклад в истощение запасов природной нефти, которые представляет собой невозобновляемые ресурсы. Кроме того, производство полиола требует больших затрат энергии, потому для синтеза полиола необходимо бурение, добыча и транспортировка нефти на нефтеперерабатывающий завод, где ее очищают и перерабатывают, получая очищенные углеводороды, которые затем превращают в алкоксиды и, наконец, готовые полиолы. По мере того, как потребительское сообщество будет получать все больше информации о воздействии на окружающую среду данной производственной цепочки, будет продолжаться рост потребительского спроса на более благоприятные для окружающей среды изделия. Чтобы способствовать меньшему истощению природных запасов нефти, удовлетворяя в то же время потребительский спрос, была бы полезной частичная или полная замена получаемых из нефти сложнополиэфирных и полиэфирных полиолов, используемых в производстве уретан(мет)акрилатных олигомеров, возобновляемыми и более благоприятными для окружающей среды компонентами.

Реакционно-способные растворяющие мономеры хорошо известны в технике радиационно-отверждаемых покрытий для оптического волокна. См. на странице 105 статьи под заголовком «Покрытия оптических волокон», авторы Steven R. Schmid и Anthony F. Toussaint, фирма DSM Desotech (Элгин, штат Иллинойс), глава 4 профессионального справочника по оптическим волокнам, редакторы Alexis Mendez и T.F. Morse, авторское право 2007 г. издательство Elsevier Inc., краткое описание данных типов реакционно-способных растворяющих мономеров. Более подробные описания реакционно-способных растворяющих мономеров, подходящих для использования в настоящем изобретении, см. в патентах США, перечисленных выше в настоящем документе и ранее включенных в него посредством ссылки.

В процессе обсуждения с поставщиками исходных материалов, используемых в производстве радиационно-отверждаемых покрытий для оптического волокна, можно определить имеющие биологическую основу альтернативные исходные материалы для селективного включения в покрытия. Учитывая важность выбора исходных материалов на биологической основе для синтеза олигомера и изготовления из олигомера покрытия, можно синтезировать радиационно-отверждаемые покрытия для оптического волокна, где, по меньшей мере, приблизительно 15% ингредиентов в покрытии имеют биологическую основу, а не нефтяную основу.

В варианте осуществления радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна настоящего изобретения является такой, что, по меньшей мере, приблизительно 15% ингредиентов в покрытии имеют биологическую, а не нефтяную основу.

В варианте осуществления радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна настоящего изобретения является такой, что, по меньшей мере, приблизительно 20% ингредиентов в покрытии имеют биологическую, а не нефтяную основу.

В варианте осуществления радиационно-отверждаемая покрывная композиция для оптического волокна настоящего изобретения является такой, что, по меньшей мере, приблизительно 25% ингредиентов в покрытии имеют биологическую, а не нефтяную основу.

Композиции согласно настоящему изобретению включают свободнорадикальный фотоинициатор, поскольку для уретан(мет)акрилатных олигомеров требуется свободнорадикальный фотоинициатор. Как правило, фотоинициаторы хорошо известны в технике радиационно-отверждаемых покрытий для оптического волокна. См. на странице 105 статьи под заголовком «Покрытия оптических волокон», авторы Steven R. Schmid и Anthony F. Toussaint, фирма DSM Desotech (Элгин, штат Иллинойс), глава 4 профессионального справочника по оптическим волокнам, редакторы Alexis Mendez и T.F. Morse, авторское право 2007 г. издательство Elsevier Inc., краткое описание этих типов фотоинициаторов. Более подробные описания фотоинициаторов, подходящих для использования в настоящем изобретении, см. в патентах США, перечисленных выше в настоящем документе и ранее включенных в него посредством ссылки.

Как правило, свободнорадикальные фотоинициаторы разделяют на те, которые образуют радикалы путем разрушения молекулы и известны под названием «тип Норриша (Norrish) I», и те, которые образуют радикалы путем отделения атома водорода и известны под названием «тип Норриша II». Для фотоинициаторов типа Норриша I требуется донор водорода, который служит в качестве источника свободных радикалов.

Чтобы успешно составить радиационно-отверждаемое покрытие для оптических волокон, необходимо проверить длину волны чувствительности фотоинициатора (фотоинициаторов), присутствующих в покрытии, чтобы определить, будут ли они активироваться излучением светодиода, выбранного в качестве источника света для отверждения.

Для светодиодных источников света, у которых длина волны излучения находится в диапазоне от 300 до 475 нм, в частности, тех, у которых длина волны излучения составляет 365 нм, 390 нм, или 395 нм, примеры подходящих фотоинициаторов, поглощающих в данном диапазоне, включают: бензоилфосфиноксиды, такие как, например, 2,4,6-триметилбензоилдифенилфосфиноксид (Lucirin TPO от BASF) и 2,4,6-триметилбензоилфенил, этоксифосфиноксид (Lucirin TPO-L от BASF), бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфиноксид (Irgacure 819 или BAPO от Ciba), 2-метил-1-[4-(метилтио)фенил]-2-морфолинопропанон-1 (Irgacure 907 от Ciba), 2-бензил-2-(диметиламино)-1-[4-(4-морфолинил)фенил]-1-бутанон (Irgacure 369 от Ciba), 2-диметиламино-2-(4-метилбензил)-1-(4-морфолин-4-ил-фенил)бутан-1-он (Irgacure 379 от Ciba), 4-бензоил-4'-метилдифенилсульфид (Chivacure BMS от Chitec), 4,4'-бис(диэтиламино)бензофенон (Chivacure EMK от Chitec), и 4,4'-бис(N,N'-диметиламино)бензофенон (кетон Михлера (Michler)). Их смеси также являются подходящими.

Кроме того, фотосенсибилизаторы полезны в сочетании с фотоинициаторами в осуществлении отверждения с помощью светодиодных источников света, излучающих в данном диапазоне длин волн. Примеры подходящих фотосенсибилизаторов включают: антрахиноны, такие как 2-метилантрахинон, 2-этилантрахинон, 2-трет-бутилантрахинон, 1-хлорантрахинон, и 2-амилантрахинон, тиоксантоны и ксантоны, такие как изопропилтиоксантон, 2-хлортиоксантон, 2,4-диэтилтиоксантон, и 1-хлор-4-пропокситиоксантон, метилбензоилформиат (Darocur MBF от Ciba), метил-2-бензоилбензоат (Chivacure OMB от Chitec), 4-бензоил-4'-метилдифенилсульфид (Chivacure BMS от Chitec), 4,4'-бис(диэтиламино)бензофенон (Chivacure EMK от Chitec).

Когда используют фотосенсибилизаторы, можно использовать другие фотоинициаторы, поглощающие при меньших длинах волн. Примеры таких фотоинициаторов включают: бензофеноны, такие как бензофенон, 4-метилбензофенон, 2,4,6-триметилбензофенон, и диметоксибензофенон, и 1-гидроксифенилкетоны, такие как 1-гидроксициклогексилфенилкетон, фенил(1-гидроксиизопропил)кетон, 2-гидрокси-1-[4-(2-гидроксиэтокси)фенил]-2-метил-1-пропанон, и 4-изопропилфенил(1-гидроксиизопропил)кетон, бензилдиметилкеталь и олиго-[2-гидрокси-2-метил-1-[4-(1-метилвинил)фенил]пропанон] (Esacure KIP 150 от Lamberti).

Можно разработать светодиодные источники ультрафиолетового излучения, излучающие свет при меньших длинах волн. Для светодиодных источников света, излучающих при длинах волн, составляющих от приблизительно 100 до приблизительно 300 нм, можно использовать фотоинициаторы, поглощающие при меньших длинах волн. Примеры таких фотоинициаторов включают: бензофеноны, такие как бензофенон, 4-метилбензофенон, 2,4,6-триметилбензофенон и диметоксибензофенон, и 1-гидроксифенилкетоны, такие как 1-гидроксициклогексилфенилкетон, фенил(1-гидроксиизопропил)кетон, 2-гидрокси-1-[4-(2-гидроэтокси)фенил]-2-метил-1-пропанон, и 4-изопропилфенил(1-гидроксиизопропил)кетон, бензилдиметилкеталь и олиго-[2-гидрокси-2-метил-1-[4-(1-метилвинил)фенил]пропанон] (Esacure KIP 150 от Lamberti).

Можно также разработать светодиодные источники света для излучения видимого света, который можно также использовать для отверждения покрытий оптических волокон, красок, буферных и матричных материалов. Для светодиодных источников света, излучающих свет при длинах волн, составляющих от приблизительно 475 нм до приблизительно 900 нм, примеры подходящих фотоинициаторов включают: камфорхинон, 4,4′-бис(диэтиламино)бензофенон (Chivacure ЕМК от Chitec), 4,4′-бис(N,N′-диметиламино)бензофенон (кетон Михлера), бис(2,4,6-триметилбензоил)фенилфосфиноксид (Irgacure 819 или ВАРО от Ciba), металлоцены, такие как бис(η5-2-4-циклопентадиен-1-ил)бис[2,6-дифтор-3-(1Н-пиррол-1-ил)фенил]титан (Irgacure 784 от Ciba), и фотоинициаторы для видимого света от Spectra Group Limited, Inc., такие как H-Nu 470, H-Nu-535, H-Nu-635, H-Nu-Blue-640 и H-Nu-Blue-660, более подробная информация о которых доступна на сайте производителя по адресу:

http://www.sglinc.com/Home/LimitedHomepage/Photoinitiators.aspx.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения свет, излученный СИД, представляет собой ультрафиолетовое излучение области А, что означает излучение с длиной волны от приблизительно 320 до приблизительно 400 нм.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения свет, излученный СИД, представляет собой ультрафиолетовое излучение области В, что означает излучение с длиной волны от приблизительно 280 до приблизительно 320 нм.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения свет, излученный СИД, представляет собой ультрафиолетовое излучение области С, что означает излучение с длиной волны от приблизительно 100 до приблизительно 280 нм.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения данная композиция включает, по отношению к полной массе композиции, от приблизительно 0,5 мас. % до приблизительно 7 мас. % одного или более свободнорадикальных фотоинициаторов. В одном варианте осуществления данная композиция включает, по отношению к полной массе композиции, от приблизительно 1 мас. % до приблизительно 6 мас. % одного или более свободнорадикальных фотоинициаторов. В другом варианте осуществления данная композиция включает, по отношению к полной массе композиции, от приблизительно 2 мас. % до приблизительно 5 мас. % одного или более свободнорадикальных фотоинициаторов.

Как правило, катионные фотоинициаторы не являются необходимыми или желательными, чтобы действовать в качестве фотоинициаторов в радиационно-отверждаемых покрытиях на основе уретан(мет)акрилатного олигомера. Однако известно использование малых количеств имеющихся в продаже катионных фотоинициаторов в радиационно-отверждаемых покрытиях, чтобы химически функционировать в качестве источника фотолатентной кислоты. Фотолатентная кислота важна в покрытии, так как известно, что ее присутствие повышает прочность волокна. См. патент США № 5181269.

Способ изготовления оптического волокна предоставляет уникальное условие применения светодиодов. Хорошо известно, что излучение существующих в настоящее время светодиодов (360 нм и более) может обеспечить хорошее сквозное отверждение покрывного слоя, потому что излучение с большей длиной волны является подходящим для хорошего проникновения.

В отношении отверждения поверхности, было отмечено при светодиодном отверждении других типов покрытий, что светодиодное отверждение делает качество поверхности покрытия менее чем удовлетворительным вследствие ингибирования кислородом. Ингибирование кислородом индуцированного светодиодом отверждения поверхности не представляет проблемы в производстве оптического волокна, потому что в течение некоторого периода защита поверхности оптического волокна инертным газом (азотом) во время отверждения покрытий считалось стандартным в промышленности оптических волокон. На практике, чтобы наносить на оптические волокна радиационно-отверждаемые покрытия, условия отверждения покрытия представляют собой регулируемую область внутри небольшой кварцевой трубки с азотной атмосферой, которая обеспечивает очень низкий уровень присутствующего кислорода (всего 20 частей на миллион, ч/млн). Таким образом, светодиод может обеспечить как хорошее сквозное отверждение, так и хорошее отверждение поверхности покрытия оптического волокна.

Ожидается, что будет переходный период для внедрения светодиодных ламп в промышленность оптических волокон. В течение этого периода их, возможно, будут использовать в сочетании с традиционными ртутными лампами, не заменяя последние в полной мере (данный абзац был перенесен из описания уровня техники, к которой относится настоящее изобретение.)

Измерение уровня отверждения радиационно-отверждаемого покрытия на основе уретан(мет)акрилата обычно осуществляют, проводя определение процентного прореагировавшего акрилатного ненасыщения (сокращенно «%ПАН»). Для покрытий согласно настоящему изобретению при отверждении излучением светодиода, у которого длина волны составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно 900 нм, %ПАН на верхней поверхности покрытия составляет приблизительно 60% или более, предпочтительно приблизительно 70% или более, предпочтительнее приблизительно 75% или более, еще предпочтительнее приблизительно 80% или более, еще предпочтительнее приблизительно 85% или более, еще предпочтительнее приблизительно 90% или более и наиболее предпочтительно приблизительно 95% или более. Можно получить %ПАН на уровне 100%, используя светодиод для отверждения композиций согласно настоящему изобретению.

Значение %ПАН измеряют именно в верхней поверхности покрытия, поскольку, как описано выше, ожидается, что излучение светодиода обеспечивает хорошее сквозное отверждение. Однако уровень отверждения на верхней поверхности является необходимым условием достижения заданного уровня, который обеспечивает прочное покрытое оптическое волокно.

Семнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой покрытое оптическое волокно, включающее оптическое волокно и, по меньшей мере, одно покрытие, где указанное, по меньшей мере, одно покрытие получают нанесением на оптическое волокно, по меньшей мере, одной радиационно-отверждаемой покрывной композиции для оптического волокна, включающей:

(a) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(b) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(c) по меньшей мере, один фотоинициатор;

чтобы получить неотвержденное покрытое оптическое волокно, и отверждение указанного неотвержденного покрытого оптического волокна осуществляют путем облучения светом светоизлучающего диода (СИД), у которого длина волны составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно 900 нм, чтобы получить отвержденное покрытие, имеющее верхнюю поверхность, где указанное отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

Новые радиационно-отверждаемые композиции согласно настоящему изобретению можно наносить на традиционное имеющееся в продаже оптическое волокно, стойкое к изгибу оптическое волокно, фотонно-кристаллическое волокно, и их можно даже наносить на герметически запаянное оптическое волокно. Радиационно-отверждаемые покрытия согласно настоящему изобретению являются подходящими для нанесения как на одномодовое, так и на многомодовое оптическое волокно.

При покрытии оптического волокна сначала оптическое волокно вытягивают, используя башню для вытяжения, и затем наносят первичное покрытие, используя метод нанесения влажного слоя на сухую поверхность; на следующей стадии используют светодиод, который излучает свет, достаточный для отверждения первичного покрытия, причем указанное отвержденное первичное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

Методом нанесения влажного покрытия на влажную поверхность на следующей стадии обработки наносят вторичное покрытие.

В любом случае, после того, как нанесено первичное покрытие, затем вторичное покрытие наносят поверх первичного покрытия, после этого используют светодиод для излучения света, который отверждает радиационно-отверждаемые покрытия на оптическом волокне, в результате чего отверждается вторичное покрытие.

Светодиоды имеются в продаже. Поставщики имеющихся в продаже светодиодов перечислены выше в настоящем документе.

После отверждения вторичного покрытия необязательно наносят слой «окрашенного покрытия», и затем покрытому и окрашенному оптическому волокну можно придавать свободную трубчатую конфигурацию или помещать вместе с другими покрытыми и окрашенными оптическими волокнами в сборку типа «лента», где используют радиационно-отверждаемое матричное покрытие, чтобы зафиксировать оптические волокна в желательном положении в ленточной сборке или в конфигурации какого-либо другого типа, который подходит для установки в сети телекоммуникаций.

Возможно также, чтобы на отдельные покрытые волокна было нанесено «оболочечное» покрытие, которое значительно увеличивает внешний диаметр волокна. Волокна с оболочечным покрытием могут быть окрашенными, цветными или иметь прозрачное покрытие. Волокна в оболочке можно подвергать дальнейшей обработке для размещения в сети телекоммуникаций.

Можно также связывать волокна вместе в многожильные системы, которые могут быть плоскими или неплоскими, получая тем самым расширенную ленточную структуру или выдувную волоконную конструкцию.

В одном варианте осуществления настоящего изобретения радиационно-отверждаемое покрытие используют в качестве первичного покрытия, или в качестве вторичного покрытия, или в качестве матричного покрытия, или в качестве окрашенного покрытия, или в качестве оболочечного покрытия.

Девятнадцатый аспект настоящего изобретения представляет собой способ покрытия оптического волокна, включающий:

(a) использование колонны для вытяжения стекла, которая производит стеклянное оптическое волокно;

(b) нанесение на указанное стеклянное оптическое волокно, по меньшей мере, одной радиационно-отверждаемой покрывной композиции для оптического волокна, в которой указанная, по меньшей мере, одна радиационно-отверждаемая покрывная композиция включает:

(i) по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер;

(ii) по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; и

(iii) по меньшей мере, один фотоинициатор;

чтобы получить покрытое стеклянное оптическое волокно с неотвержденным покрытием, и

(c) отверждение указанного неотвержденного покрытия на указанном покрытом стеклянном оптическом волокне путем облучения указанного неотвержденного покрытия светом светоизлучающего диода (СИД), у которого длина волны составляет от приблизительно 100 нм до приблизительно 900 нм, чтобы получить отвержденное покрытие, имеющее верхнюю поверхность, где указанное отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (%ПАН) на верхней поверхности, составляющее приблизительно 60% или более.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения оболочечного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет, по меньшей мере, приблизительно 25 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения оболочечного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет, по меньшей мере, приблизительно 100 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет, по меньшей мере, приблизительно 500 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет, по меньшей мере, приблизительно 750 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет, по меньшей мере, приблизительно 1000 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения окрашенного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет не более, чем приблизительно 3000 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет не более, чем приблизительно 2500 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет не более, чем приблизительно 2400 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии составляет не более, чем приблизительно 2300 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет не более, чем приблизительно 2100 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения первичного и вторичного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 100 м/мин до приблизительно 2500 м/мин. В другом варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения, производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 100 м/мин до приблизительно 2400 м/мин. В другом варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения, производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 1000 м/мин до приблизительно 2400 м/мин. В другом варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения, производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 1000 м/мин до приблизительно 2300 м/мин. В другом варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения, производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 1200 м/мин до приблизительно 2300 м/мин. В другом варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения, производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 1200 м/мин до приблизительно 2100 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения окрашенного слоя производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 500 м/мин до приблизительно 3000 м/мин. В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения окрашенного слоя производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 750 м/мин до приблизительно 2100 м/мин.

В одном варианте осуществления способа согласно третьему аспекту настоящего изобретения для нанесения оболочечного покрытия производительность технологической линии оптического волокна составляет от приблизительно 25 м/мин до приблизительно 100 м/мин.

Конкретные примеры, описанные в настоящем документе, следует рассматривать, в первую очередь, в качестве иллюстраций. Разнообразные изменения, выходящие за рамки описанных примеров, будут, несомненно, встречаться специалистам в данной области техники; и указанные изменения следует понимать как составляющие часть настоящего изобретения при том условии, что они соответствуют духу настоящего изобретения и находятся в сфере его прилагаемой формулы.

Примеры

Далее настоящее изобретение проиллюстрировано рядом примеров, которые не следует рассматривать как ограничивающие объем настоящего изобретения. Компоненты, перечисленные в данных примерах, имеют следующие торговые наименования, поставляются из указанных в списке источников и имеют указанные химические составы.

Способ определения процентного прореагировавшего акрилатного ненасыщения (сокращенно %ПАН) для первичного покрытия

Степень отверждения на верхней поверхности первичного покрытия оптического волокна или металлического провода определяют методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), используя алмазную приставку для режима нарушенного полного внутреннего отражения (ATR). Используют следующие параметры спектрометра FTIR: 100-кратная суммируемая развертка, разрешение 4 см^-1, детектор на основе дейтерированного триглицинсульфата (DTGS), спектральный диапазон от 4000 до 650 см^-1 и приблизительно 25% уменьшение скорости зеркала по умолчанию для повышения соотношения сигнала и шума. Требуются два спектра: один спектр неотвержденного жидкого покрытия, которое соответствует покрытию волокна или провода и один спектр первичного покрытия на волокне или проводе.

Спектр жидкого покрытия получают после полного нанесения покрытия на алмазную поверхность. Жидкость должна относиться к той же партии, которую используют покрытия волокна или провода, если это возможно, но минимальное требование заключается в том, что она должна иметь такой же состав. Конечные результаты должны быть представлены в формате спектра поглощения.

Тонкую пленку контактного цемента намазывают на центральную область однодюймового (2,54 см) кусочка майларовой пленки толщиной 3 мил (2,54 мкм). Когда контактный цемент становится клейким, на него помещают образец оптического волокна или провода. Образец помещают под оптическим микроскопом низкой мощности. Покрытия на волокне или проводе разрезают насквозь, используя острый скальпель. Затем покрытия срезают вдоль и вниз с верхнего края волокна или провода приблизительно на 1 см, убедившись в том, что срез чистый, и что вторичное покрытие не завернуто в первичное покрытие. После этого покрытия накладывают на контактный цемент таким образом, что первичное покрытие рядом со стеклом или проводом оказывается открытым в виде плоской пленки. Стеклянное волокно или провод отламывают в той области, где открыто первичное покрытие.

Открытое первичное покрытие на майларовой пленке устанавливают на центр алмазного кристалла, чтобы расположить волокно или провод параллельно направлению инфракрасного луча. К обратной стороне образца следует приложить давление, чтобы обеспечить хороший контакт с кристаллом. Полученный спектр не должен содержать какие-либо полосы поглощения контактного цемента. Если наблюдаются максимумы поглощения контактного цемента, следует приготовить свежий образец. Важно снимать спектр немедленно после приготовления образца вместо того, чтобы готовить множество образцов и снимать спектры после того, как завершено приготовление всех образцов. Конечные результаты должны быть представлены в формате спектра поглощения.

Для жидкого и отвержденного покрытия измеряют площадь под пиком акрилатной двойной связи при 810 см^-1 и пиком сравнения в области 750-780 см^-1. Площадь под пиком определяют, используя метод базовой линии, в котором выбирают базовую линию, являющуюся касательной к минимумам поглощения по обеим сторонам пика. Затем определяют площадь под пиком выше базовой линии. Пределы интегрирования для жидкого и отвержденного образца не являются идентичными, но они близки, особенно для пика сравнения.

Для жидкого и отвержденного образца определяют соотношение площадей акрилатного пика и пика сравнения. Степень отверждения, выраженную как процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (% ПАН), вычисляют по приведенному ниже уравнению:

%ПАН=[(R_L-R_F)·100]/R_L,

где R_L представляет собой соотношение площади для жидкого образца, и R_F представляет собой соотношение площади для отвержденного первичного покрытия.

Способ определения процентного прореагировавшего акрилатного ненасыщения (сокращенно %ПАН) для вторичного покрытия

Степень отверждения вторичного покрытия на оптическом волокне определяют методом инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье (FTIR), используя алмазную приставку для режима нарушенного полного внутреннего отражения (ATR). Используют следующие параметры спектрометра FTIR: 100-кратная суммируемая развертка, разрешение 4 см^-1, детектор на основе дейтерированного триглицинсульфата (DTGS), спектральный диапазон от 4000 до 650 см^-1 и приблизительно 25% уменьшение скорости зеркала по умолчанию для повышения соотношения сигнала и шума. Требуются два спектра: один спектр неотвержденного жидкого покрытия, которое соответствует покрытию волокна и один спектр внешнего покрытия волокна. Спектр жидкого покрытия получают после полного нанесения покрытия на алмазную поверхность. Жидкость должна относиться к той же партии, которую используют покрытия волокна, если это возможно, но минимальное требование заключается в том, что она должна иметь такой же состав. Конечные результаты должны быть представлены в формате спектра поглощения.

Волокно устанавливают на алмазный кристалл и прилагают к волокну достаточное давление, чтобы получить спектр, подходящий для количественного анализа. Для максимальной интенсивности спектра волокно следует помещать на центр алмазного кристалла параллельно направлению инфракрасного луча. Если для одного волокна получается недостаточная интенсивность, на алмазный кристалл можно поместить 2-3 волокна параллельно друг другу и максимально близко друг к другу. Конечные результаты должны быть представлены в формате спектра поглощения.

Для жидкого и отвержденного покрытия измеряют площадь под пиком акрилатной двойной связи при 810 см^-1 и пиком сравнения в области 750-780 см^-1. Площадь под пиком определяют, используя метод базовой линии, в котором выбирают базовую линию, являющуюся касательной к минимумам поглощения по обеим сторонам пика. Затем определяют площадь под пиком выше базовой линии. Пределы интегрирования для жидкого и отвержденного образца не являются идентичными, но они близки, особенно для пика сравнения.

Для жидкого и отвержденного образца определяют соотношение площадей акрилатного пика и пика сравнения. Степень отверждения, выраженную как процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (% ПАН), вычисляют по приведенному ниже уравнению:

%ПАН=[(R_L-R_F)·100]/R_L,

где R_L представляет собой соотношение площади для жидкого образца, и R_F представляет собой соотношение площади для отвержденного вторичного покрытия.

Все ссылки, включая публикации, патентные заявки и патенты, цитированные выше, во всей своей полноте включены в настоящий документ посредством ссылки в такой же степени, как если бы каждая ссылка была отдельно и определенно указана в качестве включенной посредством ссылки и была изложена во всей своей полноте в настоящем документе.

Использование неопределенных артиклей «a» и «an», определенного артикля «the» и аналогичных указателей в контексте описания настоящего изобретения (особенно в контексте следующей формулы изобретения) следует истолковывать как включающие единственное и множественное число, если иное условие не определено в настоящем документе или не является определенно противоречащим контексту. Термины «состоящий», «имеющий» «включающий» и «содержащий» следует истолковывать как не окончательные термины (т.е. в значении «включающий, но не ограниченный»), если не определены иные условия. Приведенные интервалы значений в настоящем документе предназначены просто для того, чтобы служить в качестве сокращенного способа индивидуального указания каждого отдельного значения, попадающего в данный интервал, если иное условие не определено в настоящем документе, и каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было индивидуально приведено в настоящем документе. Все способы, описанные в настоящем документе, можно осуществлять в любом подходящем порядке, если иное условие не определено в настоящем документе или это иным образом не является определенно противоречащим контексту. Использование любых и всех примеров или приводящих пример формулировок (например, «такой как»), приведенных в настоящем документе, предназначено просто для лучшей иллюстрации настоящего изобретения и не накладывает ограничения на объем настоящего изобретения, если не заявлено иное условие. Никакую формулировку в описании не следует истолковывать как указывающую на какой-либо незаявленный элемент как важный для практического осуществления настоящего изобретения.

В настоящем документе описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, включая наилучший способ, известный авторам настоящего изобретения для его осуществления. Разновидности данных предпочтительных вариантов осуществления могут становиться очевидными обычным специалистам в данной области техники после ознакомления с приведенным выше описанием. Авторы настоящего изобретения ожидают, что специалисты в данной области техники будут использовать указанные варианты надлежащим образом, и авторы настоящего изобретения предполагают его практическое осуществление иными способами, чем те, которые определенно описаны в настоящем документе. Соответственно, настоящее изобретение включает все модификации и эквиваленты своего предмета, который определен в прилагаемой к настоящему описанию формуле изобретения, насколько это разрешено применимым законодательством. Кроме того, настоящее изобретение распространяется на любое сочетание описанных выше элементов во всех возможных своих разновидностях, если иное условие не определено в настоящем документе или это иным образом не является определенно противоречащим контексту.

Реферат

Изобретение относится к радиационно-отверждаемой композиции для оптического волокна. Технический результат изобретения заключается в создании покрытия, способного отверждаться под действием светодиодных ламп. Отвержденное покрытие имеет процентное прореагировавшее акрилатное ненасыщение (% ПАН) на верхней поверхности60% или более. Радиационно-отверждаемая покрывная композиция включает, по меньшей мере, один уретан(мет)акрилатный олигомер; по меньшей мере, один реакционно-способный растворяющий мономер; по меньшей мере, один свободно-радикальный фотоинициатор. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 33 табл.

Формула