DE69919348T2

DE69919348T2 - Strahlungshärtbares beschichtungssystem für optische fasern

Info

Publication number: DE69919348T2
Application number: DE69919348T
Authority: DE
Inventors: Prahash Chander CHAWLA; George Pasternack; Raymond James PETISCE; Eugene Paul SNOWWHITE; Michael David SZUM; Paul Edward ZAHORA; Edward Timothy Bishop
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 1998-05-21
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2019-05-19
Also published as: US6534557B2; US20020183415A1; WO1999059930A1; US6169126B1; CN1190383C; JP4778142B2; JP2002515397A; JP2010280558A; JP5261437B2; ATE273251T1; CN1629091A; KR20010034880A; KR100466721B1; CN100402452C; CN1310695A; EP1077903B1; EP1077903A1; US6110593A; DE69919348D1

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Beschichtungssysteme für durch Strahlung härtbare, optische Fasern, umfassend eine innere und eine äußere Primärbeschichtungszusammensetzung. Die Erfindung betrifft ebenso beschichtete optische Fasern und Konstruktionen aus optischen Fasern. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Beschichtungssystem für durch Strahlung härtbare, optische Fasern, das verbesserte Abstreifreinheit liefert, und optische Fasern, die mit dem Beschichtungssystem beschichtet wurden, Bandkonstruktionen wie beschichtete optische Fasern und Verfahren zur Herstellung und Formung derselben.
Hintergrund der Erfindung
Beschichtungssysteme für optische Fasern umfassen üblicherweise zwei Beschichtungszusammensetzungen. Die erste Beschichtungszusammensetzung kontaktiert die Glasoberfläche und wird die innere Primärbeschichtung genannt. Die zweite Beschichtungszusammensetzung ist so gestaltet, daß sie über der inneren Primärbeschichtung liegt, und sie wird die äußere Primärbeschichtung genannt.
Die innere Primärbeschichtung ist normalerweise eine weiche Beschichtung mit einer niedrigen Glasübergangstemperatur (nachstehend „Tg"), wodurch Beständigkeit gegen Mikrobiegung bereitgestellt wird. Das Mikrobiegen kann zur Schwächung der Signalübertragungsfähigkeit der beschichteten optischen Glasfaser führen und ist daher nicht gewünscht. Die äußere Primärbeschichtung ist typischerweise eine härtere Beschichtung, die eine gewünschte Beständigkeit gegen Handhabungskräfte wie die, auf die man trifft, wenn die beschichtete Faser verkabelt wird, liefert.
Zum Zwecke der Mehrkanalübertragung sind optische Faserkonstruktionen verwendet worden, die eine Vielzahl beschichteter optischer Fasern enthalten. Beispiele für optische Faserkonstruktionen umfassen Bandkonstruktionen und Kabel. Eine typische optische Faserkonstruktion wird aus einer Vielzahl an beschichteten optischen Fasern gemacht, die in einem Matrixmaterial mit einander verbunden werden. Beispielsweise kann das Matrixmaterial die optischen Fasern enthalten, oder das Matrixmaterial kann die optischen Fasern zusammen in Kanten einfassen.
Optische Faserkonstruktionen stellen ein modulares Design bereit, das die Installation und den Erhalt optischer Fasern erleichtert, weil die optischen Fasern nicht einzeln gehandhabt werden müssen.
Beschichtete optische Fasern zur Verwendung in optischen Faserkonstruktionen werden üblicherweise mit einer äußeren Farbschicht beschichtet, Tintenbeschichtung genannt, oder alternativ wird ein Färbemittel zu der äußeren Primärbeschichtung zugegeben, um die Identifizierung der einzelnen beschichteten optischen Glasfasern zu erleichtern. Solche Tintenbeschichtungen und gefärbte äußere Primärbeschichtungen sind in der Technik allgemein bekannt. Daher kontaktiert das Matrixmaterial, das die optischen Fasern aneinander bindet, die äußere Tintenschicht, wenn vorhanden, oder die gefärbte äußere Primärbeschichtung.
Soll eine einzelne optische Faser aus der Konstruktion mit einer anderen optischen Faser, oder mit einem Anschlußstück verschmolzen werden, muß ein Endteil der Matrixschicht von der optischen Faser abgestreift werden. Ein verbreitetes Verfahren zur Durchführung des Bandabstreifens an einem Endpunkt der Bandkonstruktion ist die Verwendung eines erwärmten Abstreifwerkzeuges. Ein solches Werkzeug besteht aus zwei Platten, die mit Erwärmungsmitteln zur Erwärmung der Platten auf etwa 90 bis etwa 120°C ausgestattet sind. Ein Endabschnitt der Bandkonstruktion wird zwischen den beiden erwärmten Platten geklemmt und die Wärme des Werkzeuges erweicht das Matrixmaterial und die Primärbeschichtungen vor und während des Abstreifverfahrens.
Idealerweise werden die Primärbeschichtungen auf den beschichteten optischen Fasern und die Tintenbeschichtung, sofern vorhanden, gleichzeitig mit dem Matrixmaterial entfernt, um auf der Oberfläche der optischen Fasern nackte Teile bereitzustellen (nachstehend „Bandabstreifen" genannt). Beim Bandabstreifen werden das Matrixmaterial, die Primärbeschichtungen und die Tintenbeschichtung wünschenswerterweise als zusammenhaftende Einheit entfernt, um eine saubere, nackte optische Glasfaser bereitzustellen, die im wesentlichen frei von Rückständen ist. Jeglicher Rückstand kann das thermische Bandmasse-Spleißverfahren für optische Glasfasern beeinflussen, und wird daher vor dem Spleißen sofort durch Abwischen mit einem Lösungsmittel entfernt. Das Abwischen mit einem Lösungsmittel kann jedoch Abriebstellen auf der nackten optischen Faser verursachen, wodurch die Integrität der Verbindung beeinträchtigt wird. Es gab viele Ansätze, um die Abstreifsauberkeit der Bandkonstruktion durch die Zugabe von Zusatzstoffen, welche die Haftung an die innere Primärbeschichtung verringern, zu erhöhen, was zu Systemen mit wenig verbesserter Abstreifsauberkeit oder Systemen mit unzureichender Haftung führte. Die Fähigkeit zur Herstellung von Bandkonstruktionen, die so abgestreift werden können, daß saubere, rückstandsfreie, nackte optische Glasfasern bereitgestellt werden, ohne daß andere wünschenswerte oder erforderliche Eigenschaften der Primärbeschichtungen übermäßig geopfert werden, bleibt für die Industrie weiter eine Herausforderung.
Es gibt viele Testverfahren, die zur Bestimmung der Leistung einer Bandkonstruktion während des Bandabstreifens verwendet werden können. Ein Beispiel eines geeigneten Testverfahrens zur Bestimmung der Abstreifleistung eines Bandes wird in dem Artikel von Mills, G., „Testing of 4- and 8- fiber ribbon strippability", 472 International Wire & Cable Symposium Proceedings (1992), dessen vollständige Offenbarung hierin durch Verweis aufgenommen ist, offenbart.
Zum Verständnis der Probleme, die mit dem Bandabstreifen in Verbindung stehen und um eine Lösung zur Steigerung der Bandabstreifleistung zu finden, gab es viele Ansätze. Die folgenden Veröffentlichungen versuchen die Probleme, die mit dem Bandabstreifen in Verbindung stehen, zu erklären und zu lösen: K. W. Jackson, et. al., „The Effect of Fiber Ribbon Component Materials on Mechanical und Environ mental Performance", 28 International Wire & Symposium Proceedings (1993); H. C. Chandon, et. al., „Fiber Protective Design for Evolving Telecommunication Applications", International Wire & Symposium Proceedings (1992); J. R. Toler, et. al., „Factors Affecting Mechanical Stripping of Polymer Coatings From Optical Fibers", International Wire & Cable Symposium Proceedings (1989); und W. Griffioen, „Strippability of Optical Fibers ", EFOC & N, Eleventh Annual Conference, Hague (1993).
Die Fähigkeit, eine Bandkonstruktion sauber bandabzustreifen, so daß nackte optische Glasfasern bereitgestellt werden, die im wesentlichen frei von Rückständen sind, war somit unvorhersagbar und die Faktoren, die das Bandabstreifen beeinflussen nicht gänzlich verständlich. Demgemäß besteht der Bedarf nach einem durch Strahlung härtbaren Beschichtungszusammensetzungssystem für optische Fasern, das die Abstreifbarkeit der optischen Faserbänder verbessert.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein durch Strahlung härtbares Primärbeschichtungssystem für optische Fasern bereitzustellen, umfassend eine innere Primbeschichtungszusammensetzung und eine gefärbte oder nicht gefärbte, äußere Primärbeschichtungszusammensetzung, durch das eine Bandkonstruktion besser bandabgestreift werden kann, wenn dieses darin aufgenommen ist.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine beschichtete optische Faser mit einer solchen Beschichtung bereitzustellen, daß, wenn sie in eine Bandkonstruktion aufgenommen ist, die Bandkonstruktion bessere Abstreifsauberkeit erreicht.
Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bandkonstruktion mit verbesserten Bandabstreiffähigkeiten bereitzustellen.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines durch Strahlung härtbaren Beschichtungssystems für optische Faser bereitzustellen, umfassend eine innere Primärbeschichtungszusammensetzung und eine äußere Primärbeschichtungszusammensetzung, das der Bandkonstruktion verbessertes Bandabstreifen verleiht, wenn dieses darin aufgenommen ist.
Überraschenderweise sind die obigen und andere Ziele durch das folgende erreicht worden. Die vorliegende Erfindung liefert ein durch Strahlung härtbares Primärbeschichtungssystem für optische Fasern mit; i) einer durch Strahlung härtbaren inneren Primärbeschichtungszusammensetzung, umfassend zumindest eine abstreifsteigernde Komponente, wobei die Zusammensetzung nach Strahlungshärtung ausreichend an eine optische Faser haften kann, so daß die Delaminierung in Gegenwart von Feuchtigkeit und während der Handhabung verhindert wird, und ii) einer durch Strahlung härtbaren äußeren Primärbeschichtungszusammensetzung, die bei der Strahlungshärtung einen Sekantenmodul von zumindest 1.000 MPa aufweist (wenn auf Mylar gemessen wird). Geeignete abstreifsteigernde Komponenten umfassen zum Beispiel:

a. ein Oligomer, umfassend zumindest eine Abstreifmitteleinheit und/oder ein Kompositoligomer, umfassend zumindest eine Glas-kuppelnde Einheit, zumindest eine Abstreifmitteleinheit und zumindest eine durch Strahlung härtbare Einheit, die unter dem Einfluß von Strahlung polymerisieren kann;
b. ein lösliches Wachs, das in der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung löslich ist, und/oder ein festes Schmiermittel;
c. ein durch Strahlung härtbares Silikonoligomer und/oder eine Silikonverbindung, die entweder nicht durch Strahlung härtbar oder durch Strahlung härtbar sein kann und/oder Gemische hiervon;
d. eine Silikonverbindung, die zumindest eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe enthält, die nahe eines Endpunktes der Verbindung gebunden ist;
e. eine fluorierte Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomer, einem durch Strahlung härtbaren fluorierten Monomer, einer nicht durch Strahlung härtbaren fluorierten Verbindung oder Gemischen hiervon;
f. ein durch Strahlung härtbares Oligomer, umfassend zumindest eine terminale lineare Einheit und/oder zumindest ein im wesentlichen lineares, durch Strahlung härtbares Oligomer;
g. ein Nieder-Urethanoligomer, worin die berechnete Molekulargewichtskonzentration der Urethangruppen in dem Oligomer etwa 4 Gew.-% oder weniger, basierend auf dem gesamten berechneten Molekulargewicht des Oligomers, beträgt;
h. ein durch Strahlung härtbares Oligomer mit einer polymeren Hauptkette, das ein Molekulargewicht von zumindest etwa 2.000, bevorzugt mehr als 3.100 aufweist;
i. ein durch Strahlung härtbares Oligomer und/oder ein Monomerverdünnungsmittel mit einem hohen aromatischen Gehalt; und/oder
j. andere abstreifsteigernde Zusatzstoffe und/oder Komponenten, die in der gleichzeitig anhängigen U.S. Anmeldung 09/035,771, des Anmelders, erörtert werden, dessen Offenbarung hiermit durch Verweis aufgenommen wird.

Durch die vorliegende Erfindung wird ebenso eine beschichtete optische Faser, die mit dem hierin erörterten Primärbeschichtungssystem für optische Fasern beschichtet ist, eine Bandkonstruktion, umfassend: eine Vielzahl an optischen Fasern, zumindest eine optische Faser, die mit einem Primärbeschichtungssystem für optische Fasern, hierin erörtert, und gegebenenfalls einer Tintenbeschichtung beschichtet ist; und ein Matrixmaterial, das die Vielzahl an beschichteten optischen Fasern verbindet; und Verfahren zur Herstellung solcher beschichteten Fasern und Bandkonstruktionen bereitgestellt.
Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden einem Fachmann, den die vorliegende Erfindung betrifft, aus der folgenden Beschreibung, in Verbindung mit den anhängenden Zeichnungen, ersichtlich.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung ist auf durch Strahlung härtbare Primärbeschichtungssysteme für optische Fasern gerichtet (optische Fasern, die mit einem Primärbeschichtungssystem beschichtet sind, und Bandkonstruktionen, umfassend solche beschichteten Fasern), die verbessertes Bandabstreifen liefern (das heißt, wenn sie in eine Bandkonstruktion aufgenommen werden, können die gehärteten Beschichtungen, die Matrixmaterialien und die optionalen Tintenbeschichtungsmaterialien relativ sau ber von der optischen Faser abgestreift werden). Die Primärbeschichtungssysteme der vorliegenden Erfindung kombinieren eine durch Strahlung härtbare innere Primärbeschichtung mit einer abstreifsteigernden Komponente mit einer äußeren Primärbeschichtung mit einem relativ hohen Sekantenmodul, um verbessertes Bandabstreifen zu erreichen. Die vorliegende Erfindung stellt ein durch Strahlung härtbares Beschichtungssystem für optischen Fasern bereit, umfassend eine durch Strahlung härtbare innere Primärbeschichtungszusammensetzung und eine durch Strahlung härtbare äußere Primärbeschichtungszusammensetzung. Die erfindungsgemäßen Beschichtungszusammensetzungen umfassen die, die aus (A) einem Oligomersystem (oftmals als Präpolymer bezeichnet), (B) einem Monomerverdünnungsmittelsystem, (C) einem optionalen Photoinitiatorsystem und (D) Zusatzstoffen formuliert werden. Hintergrundlehren, wie man durch Strahlung härtbare Zusammensetzungen formuliert und auf optische Fasermaterialien anwendet, können zum Beispiel in den U.S. Patenten Nr. 5,384,342; 5,456,984; 5,596,669; 5,336,563; 5,093,386; 4,716,209; 4,624,994; 4,572,610 und 4,472,019 gefunden werden, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit aufgenommen werden.
Für diese Erfindung ist unter „Vorgemischinhaltsstoffe" zu verstehen, daß bei der Formulierung einer durch Strahlung härtbaren Zusammensetzung aus ihren Inhaltsstoffen in einigen Fällen nach dem Mischen eine gewisse Wechselwirkung oder Reaktion der Inhaltsstoffe möglich ist. Vorgemischinhaltsstoff bezieht sich jedoch auf die Identität des Inhaltsstoffes, bevor irgendeine solche Wechselwirkung oder Reaktion der Inhaltsstoffe nach dem Mischen auftritt.
Gleichfalls bedeutet „(Meth)acrylat" für diese Erfindung Acrylat, Methacrylat oder ein Gemisch hiervon. Für diese Erfindung haben „Präpolymer" und „Oligomer" die gleiche Bedeutung.
(A) Das Oligomersystem
In dieser Erfindung umfaßt das Präpolymer- oder Oligomersystem ein oder mehrere durch Strahlung härtbare Oligomere. Im allgemeinen wird zuerst ein Oligomersystem hergestellt, gegebenenfalls in Gegenwart eines Monomerverdünnungsmittels. Dann wird die Oligomerformulierung durch Mischen mit anderen Inhaltsstoffen wie Monomerverdünnungsmitteln, Photoinitiator und Zusatzstoffen, weiter formuliert. Sind mehrere Oligomere erwünscht, können einzelne Oligomere separat synthetisiert und dann gemischt werden oder sie können in einer einzelnen Eintopfsynthese zusammen synthetisiert werden. In einem der beiden Fälle erzeugt die Synthese von Oligomeren oftmals eine statistische Verteilung verschiedener Arten von Oligomeren, die durch idealisierte Strukturen dargestellt werden können.
Wenn einige Inhaltsstoffe aus dem Monomerverdünnungsmittelsystem (siehe unten) während der Oligomersynthese vorliegen, werden sie nicht als Teil des Präpolymersystems betrachtet, weil das Monomerverdünnungsmittel im allgemeinen während der Oligomerherstellung nicht reagiert und nur als ein Lösungsmittel für die Oligomersynthese fungiert. Im allgemeinen kann ein Monomerverdünnungsmittel von einem Oligomer unterschieden werden, weil es ein niedrigeres Molekulargewicht als ein Oligomer haben wird, und die Viskosität eines Oligomers verringern wird. Einige von den Monomerverdünnungsmitteln können Wiederholungseinheiten wie Wiederholungsalkoxyeinheiten aufweisen. Für diese Erfindung wird das Verdünnungsmittel, wenn es zur Verringerung der Viskosität des Oligomers dient, jedoch eher Verdünnungsmittel als Oligomer genannt.
Die Menge des Oligomersystems (A) kann zum Beispiel etwa 10 Gew.-% bis etwa 90 Gew.-% und bevorzugt etwa 20 Gew.-% bis etwa 80 Gew.-% und stärker bevorzugt etwa 30 Gew.-% bis etwa 70 Gew.-% betragen. Bevorzugt beträgt die Oligomermenge etwa 50 Gew.-%. Ist mehr als ein Oligomer vorhanden, dann wird jedes Gewichtsprozent des Oligomers addiert.
Durch Strahlung härtbare Oligomere können eine oder mehrere durch Strahlung härtbare Endgruppen und eine Oligomerhauptkette umfassen. Die Endgruppe liefert einen Härtungsmechanismus, wohingegen die Hauptkette geeignete mechanische Eigenschaften bei der Härtung liefert. Überdies kann das Oligomer eine oder mehrere Verknüpfungsgruppen wie eine Urethan- oder Harnstoff-enthaltende Einheit umfassen, die ferner die mechanische Leistung der gehärteten Zusammensetzungen verbessert. Die Verknüpfungsgruppen können eine oligomere Hauptketteneinheit mit einer durch Strahlung härtbaren Endgruppe oder oligomere Hauptketteneinheiten mit sich selbst verknüpfen. Daher können durch Strahlung härtbare Oligomere zum Beispiel aus drei Grundkomponenten hergestellt werden (Hauptkette, Verknüpfung und durch Strahlung härtbare Komponenten) und können durch die Strukturen, wie zum Beispiel: R-[L-B]_x-L-R worin
R eine durch Strahlung härtbare Gruppe ist, L eine Verknüpfungsgruppe ist und B eine Hauptketteneinheit ist, dargestellt werden. Die Variable x zeigt die Anzahl der Hauptketteneinheiten pro Oligomermolekül an. Dieser Wert X kann beispielsweise durch die Kontrolle der Reaktionsstöchiometrie während der Oligomersynthese kontrolliert werden. Typischerweise ist X 1. In dieser Darstellung sind L und B difunktionale Einheiten, Oligomere können jedoch ebenso aus tri- und höher funktionalen L- und B-Einheiten hergestellt werden, um eine Verzweigung bereitzustellen. In der vorliegenden Erfindung sind bevorzugt Verzweigungspunkte in dem Oligomer vorhanden, und diese resultieren bevorzugt aus der Verwendung von zumindest trifunktionalen Gruppen L. Dann kann ein Oligomer zum Beispiel auch durch: (R)₂-L-B-L-(R)₂ dargestellt werden.
Insbesondere werden typische erfindungsgemäße durch Strahlung härtbare Urethanacrylatoligomere aus (i) zumindest einem Inhaltsstoff, der so reagiert, daß die durch Strahlung härtbare Acrylatgruppe R bereitgestellt wird, (ii) zumindest einem Inhaltsstoft, der so reagiert, daß die Urethanverknüpfungsgruppe L bereitgestellt wird, und (iii) zumindest einem Inhaltsstoff, der so reagiert, daß die Hauptkette B bereitgestellt wird, hergestellt. Verschiedene Urethanacrylatoligomer-Synthesestrategien werden zum Beispiel in U.S. Pat. Nr. 5,093,386 offenbart, das hiermit durch Verweis aufgenommen ist. Andere Syntheseverfahren können jedoch zur Herstellung äquivalenter Strukturen verwendet werden. Diese Verfahren können durch Verfahren, die in der Technik bekannt sind, angepaßt werden, um Harnstoffverknüpfungen, Methacrylatverknüpfungen und andere verbreitete Arten von Verknüpfungen, die in durch Strahlung härtbaren Oligomeren zu finden sind, bereitzustellen.
Das durch Strahlung härtbare Oligomer kann durch die Umsetzung seiner durch Strahlung härtbaren Gruppen R mittels eines Radikalmechanismus oder durch einen kationischen Mechanismus härten. Eine radikalische Härtung ist jedoch bevorzugt. Ethylenisch ungesättigte Gruppen sind bevorzugt. Exemplarische durch Strahlung härtbare Gruppen umfassen (Meth)acrylat, Vinylether, Vinyl, Acrylamid, Maleat, Fumarat und dergleichen. Die durch Strahlung härtbare Vinylgruppe kann an der Thiolen- oder Amin-en-Härtung teilnehmen. Am stärksten bevorzugt ist die durch Strahlung härtbare Gruppe ein Acrylat, wenn eine schnelle Härtungsgeschwindigkeit erwünscht ist.
Bevorzugt umfaßt das Oligomer zumindest zwei durch Strahlung härtbare Gruppen und bevorzugt zumindest zwei ethylenisch ungesättigte Gruppen. Das Oligomer kann zum Beispiel zwei, drei oder vier durch Strahlung härtbare Gruppen umfassen, die alle bevorzugt ethylenisch ungesättigte Gruppen sind. Es gibt keine strikte obere Grenze für die Anzahl an durch Strahlung härtbaren Gruppen pro Oligomer, im allgemeinen beträgt die Anzahl an durch Strahlung härtbaren Gruppen jedoch weniger als 10 und bevorzugt weniger als 8.
Das Oligomer kann copolymere Strukturen umfassen, einschließlich willkürliche und blockcopolymere Strukturen. Verfahren, die in der Technik bekannt sind, können zur Herstellung solcher copolymeren Strukturen verwendet werden. Beispielsweise können Hauptketteneinheiten copolymer sein. Auch eine Eintopfsynthese mehrerer Oligomere kann unter Verwendung mehrerer Hauptketteneinheiten durchgeführt werden. Die Verwendung mehrerer Hauptketteneinheiten kann zumindest zu einigen Blockcopolymeroligomeren in dem Präpolymersystem führen. Die Formulierungsgestaltung der copolymeren Oligomere kann zu einem besseren Gleichgewicht der Eigenschaften führen und synergistische Wirkungen liefern, was normalerweise für optische Fasermaterialien entscheidend ist. Außerdem können Oligomermischungen oder Gemische verwendet werden, um die Eigenschaften auszugleichen und synergistische Wirkungen zu liefern.
Aus Verarbeitungsgründen ist es wichtig, die Viskosität des Oligomersystems und sein Fließverhalten zu kontrollieren. Aus praktischen Gründen sollten die Oligomere leicht aus den Reaktoren und Kolben, in denen sie synthetisiert werden, entfernt werden können. Ist die Viskosität zu hoch, ist das Oligomersystem während der Bildung schwer zu verarbeiten, selbst wenn etwas Monomerverdünnungsmittel vorhanden ist.
Wird ein oligomeres Polyetherdiol verwendet, kann der Polyether zum Beispiel im wesentlichen nicht kristalline Polyether umfassen. Das Oligomer kann Polyether umfassen, die Wiederholungseinheiten von einer oder mehreren der folgenden Monomereinheiten umfassen:
-O-CH₂-CH₂-
-O-CH₂-CH₂-CH₂-
-O-CH₂-CH(CH₃)-
-O-CH₂-CH₂-CH₂-CH₂-
-O-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-
-O-CH₂-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-
-O-CH(CH₃)-CH₂-CH₂-CH₂-.
-O-CH(CH₂CH₃)-CH₂-.
-O-CH₂-C(CH₃)(CH₃)- und dergleichen.
Ein Beispiel für ein Polyetherpolyol, der verwendet werden kann, ist das Polymerisationsprodukt von (i) Tetrahydrofuran oder (ii) einem Gemisch aus 20 Gew.-% 3-Methyltetrahydrofuran und 80 Gew.-% Tetrahydrofuran, von denen beide einer Ringöffnungspolymerisation unterzogen wurden. Dieses letztere Polyethercopolymer enthält sowohl verzweigte als auch nicht verzweigte Oxyalkylenwiederholungseinheiten und wird als PTGL 1000 (Hodogaya Chemical Company aus Japan) vermarktet. Ein anderes Beispiel für einen Polyether in dieser Serie, der verwendet werden kann, ist PTGL 2000 (Hodogaya Chemical Company). Butylenoxywiederholungseinheiten werden bevorzugt dafür verwendet, einem Oligomer im besonderen und dem Präpolymersystem im allgemeinen Flexibilität zu verleihen.
Wird ein Polyolefindiol verwendet, ist das Polyolefin bevorzugt ein linearer oder verzweigter Kohlenwasserstoff, der eine Vielzahl an Hydroxylendgruppen enthält. Vollständig gesättigte, zum Beispiel hydrierte Kohlenwasserstoffe, sind bevorzugt, weil die Langzeitstabilität der gehärteten Beschichtung steigt, wenn der Ungesättigtheitsgrad sinkt. Beispiele für Kohlenwasserstoffdiole umfassen zum Beispiel Hydroxylterminiertes, vollständig oder teilweise hydriertes 1,2-Polybutadien; 1,4- und 1,2-Polybutadiencopolymere, 1,2-Polybutadien-Ethylen- oder -Propylen-Copolymere, Polyisobutylenpolyol; Gemische hiervon und dergleichen.
Andere geeignete Oligomere können Polyesteroligomere, Polycarbonatoligomere, Gemische aus jeder der zuvor genannten Oligomerarten und dergleichen umfassen.
Die Verknüpfungsgruppe des Oligomers kann eine Urethan- oder Harnstoffgruppe sein und ist bevorzugt eine Urethangruppe. In der Technik ist allgemein bekannt, daß Urethanverknüpfungen durch die Umsetzung eines polyfunktionalen Isocyanats mit einer Hydroxyverbindung, die eine Hydroxy-enthaltende Hauptkettenkomponente oder eine Hydroxy-enthaltende durch Strahlung härtbare Komponente umfaßt, gebildet werden kann.
Polyfunktionale Isocyanate umfassen Diisocyanate, Triisocyanate und höhere Polyisocyanate, die die Verknüpfungsgruppe liefern können. Wie in der Technik bekannt, können Isocyanatverbindungen trimerisiert werden, um Isocyanuratverbindungen zu bilden, die die Verknüpfungsgruppe liefern. Daher können Polyisocyanatverbindungen oligomerisiert oder polymerisiert werden, um höhere Polyisocyanate zu bilden, die eine Isocyanuratgruppe umfassen. Isocyanuratverbindungen sind ein bevorzugtes Beispiel dafür, wie man eine cyclische Gruppe mit der Kapazität einer Wasserstoffbindung bereitstellen kann.
Im allgemeinen enthält die Verbindung, die einen durch Strahlung härtbaren Endpunkt an dem Oligomer bereitstellt, eine funktionale Gruppe, die unter dem Einfluß aktinischer Strahlung polymerisiert, und eine funktionale Gruppe, die mit dem Diisocyanat reagieren kann. Hydroxyfunktionale, ethylenisch ungesättigte Monomere sind bevorzugt. Stärker bevorzugt enthält das hydroxyfunktionale ethylenisch ungesättigte Monomer Acrylat-, Methacrylat-, Vinylether-, Maleat- oder Fumaratfunktiona lität.
Bei der Reaktion zwischen der Hydroxygruppe der Verbindung, die den Endpunkt bereitstellt, und den Isocyanatgruppen der Verbindung, die die Verknüpfungsstellen bereitstellt, wird bevorzugt ein stöchiometrisches Gleichgewicht zwischen der Hydroxy- und der Isocyanatfunktionalität eingesetzt und die Reaktionstemperatur bei zumindest 25°C gehalten. Die Hydroxyfunktionalität sollte im wesentlichen verbraucht werden. Das hydroxyfunktionale ethylenisch ungesättigte Monomer haftet mittels einer Urethanverknüpfung an dem Isocyanat. Monomere mit (Meth)acrylatfunktionalen Gruppen umfassen zum Beispiel Hydroxy-funktionale (Meth)acrylate wie 2-Hydroxyethylacrylat, 2-Hydroxypropylacrylat, Methacrylatanaloga und dergleichen. Monomere mit Vinylether-funktionalen Gruppen umfassen zum Beispiel 4-Hydroxybutylvinylether und Triethylenglykolmonovinylether. Monomere mit Maleatfunktionalen Gruppen umfassen zum Beispiel Maleinsäure- und Hydroxy-funktionale Maleate.
Es gibt keine besondere Einschränkung für das Molekulargewicht des Oligomers, das zahlenmittlere Molekulargewicht des Oligomers kann im allgemeinen jedoch kleiner als etwa 25.000 g/mol und bevorzugt kleiner als etwa 10.000 g/mol und stärker bevorzugt kleiner als etwa 5.000 g/mol sein. Das Molekulargewicht ist bevorzugt größer als etwa 500 g/mol.
(B) Das Monomerverdünnungsmittelsystem
Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen umfassen ebenso ein Monomer- oder reaktives Verdünnungsmittelsystem, das zumindest ein Monomerverdünnungsmittel umfaßt. Das reaktive Verdünnungsmittel kann dazu verwendet werden, die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung einzustellen. Daher kann das reaktive Verdünnungsmittel ein Monomer mit niedriger Viskosität sein, das zumindest eine funktiona le Gruppe enthält, die bei der Aussetzung aktinischer Strahlung zur Polymerisation fähig ist.
Das reaktive Verdünnungsmittel wird bevorzugt in einer solchen Menge zugegeben, daß die Viskosität der Beschichtungszusammensetzung im Bereich von etwa 1.000 bis etwa 10.000 mPa·s liegt.
Es ist herausgefunden worden, daß geeignete Mengen des reaktiven Verdünnungsmittels etwa 10 bis etwa 90 Gew.-% und stärker bevorzugt etwa 20 bis etwa 80 Gew.-% und stärker bevorzugt etwa 30 bis etwa 70 Gew.-% betragen.
Ein Monomerverdünnungsmittel hat bevorzugt ein Molekulargewicht von nicht mehr als etwa 550 oder eine Viskosität bei Raumtemperatur von nicht mehr als etwa 300 mPa·s (gemessen als 100%iges Verdünnungsmittel).
Die durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe, die an dem reaktiven Verdünnungsmittel vorhanden ist, kann von derselben Beschaffenheit sein wie die, die in dem durch Strahlung härtbaren Oligomer verwendet wurde. Bevorzugt ist die durch Strahlung härtbare, funktionale Gruppe, die in dem reaktiven Verdünnungsmittel vorliegt, zur Copolymerisation mit der durch Strahlung härtbaren, funktionalen Gruppe, die an dem durch Strahlung härtbaren Oligomer vorhanden ist, fähig. Ethylenische Ungesättigtheit ist bevorzugt. Besonders bevorzugt ist Acrylatungesättigtheit.
Bevorzugt umfaßt das reaktive Verdünnungsmittelsystem ein Monomer oder Monomere mit einer Acrylat- oder Vinyletherfunktionalität und eine C₄-C₂₀-Alkyl- oder Polyethereinheit. Beispiele für solche reaktiven Verdünnungsmittel umfassen Hexylacrylat, 2-Ethylhexylacrylat, Isobornylacrylat, Decylacrylat, Laurylacrylat, Stearylacrylat, Ethoxyethoxy-ethylacrylat, Laurylvinylether, 2-Ethylhexylvinylether, N-Vinylformamid, Isodecylacrylat, Isooctylacrylat, Vinylcaprolactam, N-Vinylpyrrolidon und dergleichen.
Eine andere Art eines reaktiven Verdünnungsmittels ist eine Verbindung, die eine aromatische Gruppe umfaßt. Beispiele für Verdünnungsmittel mit einer aromatischen Gruppe umfassen:
Ethylenglykolphenyletheracrylat, Polyethylenglykolphenyletheracrylat, Polypropylenglykolphenyletheracrylat und Alkyl-substituierte Phenylderivate der obigen Monomere wie Polyethylenglykolnonylphenyletheracrylat.
Überdies kann ein reaktives Verdünnungsmittel zwei Gruppen enthalten, die unter Verwendung von aktinischer Strahlung zur Polymerisation fähig sind. Ein Verdünnungsmittel mit drei oder mehr solcher reaktiven Gruppen kann ebenso vorhanden sein. Beispiele solcher Monomere umfassen:
C₂-C₁₈-Kohlenwasserstoffdioldiacrylate,
C₄-C₁₈-Kohlenwasserstoffdivinylether,
C₃-C₁₈-Kohlenwasserstofftrioltriacrylate,
die Polyetheranaloga hiervon und dergleichen, wie
1,6-Hexandioldiacrylat,
Trimethylolpropantriacrylat,
Hexandioldivinylether,
Triethylenglykoldiacrylat,
Pentaerythritoltriacrylat,
Tripropylenglykoldiacrylat
alkoxyliertes Bisphenol A-Diacrylat.
Bevorzugt enthalten das Oligomer und das reaktive Verdünnungsmittel jeweils eine Acrylatgruppe als eine durch Strahlung härtbare Gruppe.
(C) Das optionale Photoinitiatorsystem
Die Zusammensetzung kann gegebenenfalls ferner zumindest einen Photoinitiator umfassen. Der Photoinitiator ist für eine schnelle UV-Härtung notwendig, kann bei der Elektronenstrahlenhärtung jedoch weggelassen werden. Herkömmliche Photoinitiatoren können verwendet werden. Beispiele umfassen Benzophenone, Acetophenonderivate wie alpha-Hydroxyalkylphenylketone, Benzoinalkylether und Benzilketa le, Monoacylphosphinoxide und Bisacylphosphinoxide. Ein bevorzugter Photoinitiator ist 1-Hydroxycyclohexylphenylketon (Irgacure 184, Ciba Geigy).
Oftmals liefern Gemische von Photoinitiatoren ein geeignetes Gleichgewicht der Eigenschaften.
Die Menge des Photoinitiatorsystems ist nicht besonders eingeschränkt, bewirkt jedoch eine schnelle Härtungsgeschwindigkeit, angemessene Kosten, gute Oberflächen- und Durchhärtung, und verhindert die Vergilbung bei der Alterung. Typische Mengen können zum Beispiel etwa 0,3 Gew.-% bis etwa 10 Gew.-% und bevorzugt etwa 1 Gew.-% bis etwa 5 Gew.-% sein.
(D) Zusatzstoffe
Herkömmliche Zusatzstoffe können in wirksamen Mengen verwendet werden. Zum Beispiel können Zusatzstoffe wie Stabilisatoren zur Verhinderung von Gelbildung, UV-Schutzverbindungen, Egalisierungsmittel, Polymerisationsinhibitoren, Lichtstabilisatoren, Kettenübertragungsmittel, Färbemittel, einschließlich Pigmente und Farbstoffe, Weichmacher, Füllstoffe, Benetzungsverbesserer, Konservierungsstoffe und dergleichen verwendet werden. Andere Polymere und Oligomere können zu den Zusammensetzungen zugegeben werden. Der Feuchtigkeitsgehalt in den Beschichtungen wird bevorzugt minimiert.
Bevorzugte innere Primärbeschichtungszusammensetzungen des Primärbeschichtungssystems der vorliegenden Erfindung umfassen anstelle von oder zusätzlich zu den oben angegebenen Komponenten eine ausreichende Menge an einer oder mehreren abstreifsteigernden Komponenten, so daß die Zusammensetzung nach der Härtung zusätzlich:

i) eine Glasübergangstemperatur unterhalb 0°C, bevorzugt unterhalb –10°C, stärker bevorzugt unterhalb –20°C; und
ii) ausreichend Haftung an die Glasfaser aufweist, um die Delaminierung in der Gegenwart von Feuchtigkeit zu verhindern, bevorzugt eine Haftung von zumindest 5 g/in, bei einer Konditionierung von 95% (r. F.); einem Faserreibungswert von kleiner als 40 g/mm, bevorzugt kleiner als 30 g/mm, stärker bevorzugt kleiner als 20 g/mm, am stärksten bevorzugt größer als 10 g/mm und einem Rißbildungsfortschreiten von mehr als 0,7 mm bei 90°C, bevorzugt mehr als 1,0 mm, stärker bevorzugt mehr als 1,5 mm und am stärksten bevorzugt mehr als 2 mm bei der gewünschten/gestalteten Bandabstreiftemperatur von beispielsweise 90°C.

Bevorzugt umfassen die Primärbeschichtungszusammensetzungen des Primärbeschichtungssystems der vorliegenden Erfindung, die gefärbt oder nicht gefärbt sein können, Zusammensetzungen, die im allgemeinen aus den hierin angegebenen Komponenten gebildet werden, die nach der Härtung einen Sekantenmodul von größer als 1.000 MPa, bevorzugt größer als 1.050 MPa und stärker bevorzugt größer als 1.100 MPa bei 23°C und eine Glasübergangstemperatur von über 40°C, bevorzugt über 50°C aufweisen.
(E) Abstreifsteigernde Komponente
1) Kompositoligomer
Eine geeignete abstreifsteigernde Komponente der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Kompositoligomer, das zur Einstellung der Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser verwendet werden kann. Das Kompositoligomer umfaßt zumindest eine Glas-kuppelnde Einheit, zumindest eine Abstreifmitteleinheit, und/oder zumindest eine durch Strahlung härtbare Einheit. Bevorzugt wird das Kompositoligomer zumindest zwei verschiedene Arten dieser Einheiten umfassen, zum Beispiel zumindest eine Abstreifmitteleinheit und zumindest eine durch Strahlung härtbare Einheit, stärker bevorzugt wird das Kompositoligomer zumindest eine von jeder dieser drei Arten von Einheiten umfassen. Bevorzugt sind die verschiedenen Einheiten des Kompositoligomers kovalent miteinander verbunden. Die Verknüpfung dieser Einheiten kann direkt sein, so daß es keine Zwischenverknüpfungsgruppen zwischen dem Oligomer und der Einheit gibt. Alternativ kann die Verknüpfung jedoch indirekt sein, unter Verwendung von Zwischenverknüpfungsgruppen.
In der Technik ist eine Vielzahl an Glas-kuppelnden, Abstreifmittel- und durch Strahlung härtbaren Einheiten allgemein bekannt. Die vorliegende Erfindung kann unter Verwendung verschiedener Ausführungsformen, die unterschiedliche Kombinationen dieser Einheiten verwenden, um ein Kompositoligomer herzustellen, praktiziert werden. Ein Fachmann wird aus der vorliegenden Offenbarung und dem allgemeinen Wissen der Technik ohne weiteres in der Lage sein, Kombinationen dieser verschiedenen Einheiten herzustellen.
Die Strahlungshärtung kann durch die. Umsetzung der durch Strahlung härtbaren Einheiten des Kompositoligomers mit sich selbst und/oder mit durch Strahlung härtbaren Einheiten, die an andere Komponenten einer Formulierung gebunden sind, durchgeführt werden. Im allgemeinen findet die Härtung des Kompositoligomer in Abstimmung mit anderen durch Strahlung härtbaren Komponenten statt. Die inneren Primärzusammensetzungen, die ein Kompositoligomer umfassen, sind bevorzugt auf Reaktionen gerichtet, in denen die durch Strahlung härtbare Einheit nicht mit den Glas-kuppelnden- oder Abstreifmitteleinheiten reagiert. Obgleich zum Beispiel die Glas-kuppelnde Einheit reaktiv sein wird und oftmals gegen Hydrolyse- und Kondensationsreaktionen empfindlich ist, sind diese Reaktionsarten nicht der bevorzugte Härtungsmechanismus.
Das Molekulargewicht des Kompositoligomers ist nicht eingeschränkt. Im allgemeinen beträgt das Molekulargewicht des Kompositoligomers in seinem ungehärteten Zustand jedoch normalerweise etwa 200 bis etwa 10.000, bevorzugt etwa 500 bis etwa 5.000.
Für die molekulare Architektur des Kompositoligomers gibt es keine besondere Einschränkung, obgleich lineare oder im wesentlichen lineare oligomere Strukturen gegenüber anderen nützlichen nicht-linearen, cyclischen oder verzweigten Strukturen bevorzugt werden. Eine im wesentlichen lineare Struktur bedeutet, daß es eine einzelne, dominante, lineare, oligomere Hauptkette gibt, die an zwei Enden der Hauptkette „überkappt" ist. Die Menge an Verzweigungseinheiten in der Hauptkette beträgt im allgemeinen weniger etwa 10 mol-% und bevorzugt weniger als etwa 5 mol-%.
Die lineare Hauptkette kann eine oder mehrere Arten von Wiederholungseinheiten enthalten, obgleich bevorzugt eine Hauptart einer Wiederholungseinheit verwendet wird. Nichtsdestotrotz können, wenn notwendig, block- oder statistische copolymere Strukturen verwendet werden. Mit einer im wesentlichen linearen Hauptkette wird die Anzahl der Verzweigungspunkte in der Hauptkette bei einem Minimum gehalten, und diese wird bevorzugt gar nicht verwendet. Synthetische Einfachheit in der Oligomerstruktur ist zu einem Ausmaß bevorzugt, daß ein Preis-Leistungsverhältnis erreicht wird.
Der Ausdruck „Glas-kuppelnde Einheit" sollte so verstanden werden, daß er eine funktionale Gruppe bedeutet, die bekannt ist oder die Fähigkeit hat, die Haftung an eine anorganische Oberfläche und insbesondere eine Glasoberfläche zu verbessern. Bevorzugt umfaßt die Glas-kuppelnde Einheit Gruppen, die dafür bekannt sind, kovalent mit einem anorganischen Material zu binden, besonders im Ergebnis einer Hydrolyse- und/oder Kondensationsreaktion. Geeignete Glas-kuppelnde Einheiten umfassen die, die aus herkömmlichen Kupplungsmitteln stammen, einschließlich herkömmliche Silankupplungsmittel, die in E. P. Plueddemann's Silane Coupling Agents, Plenum Press (1982) und US Patent 4849462 (Bishop) offenbart werden, deren vollständige Offenbarungen hiermit durch Verweis aufgenommen sind; Nicht-Silankupplungsmittel, zum Beispiel Chrom-, ortho-Silikat-, anorganische Ester-, Titan- und Zirkoniumsysteme. Obgleich die vorliegende Erfindung bevorzugt unter Verwendung von Silan-Glas-kuppelnden Einheiten praktiziert wird, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und einem Fachmann wird es durch die vorliegende Offenbarung ermöglicht, diese anderen Systeme ebenso verwenden zu können.
In der vorliegenden Erfindung können die Glas-kuppelnden Einheiten aus den herkömmlichen Kupplungsmitteln stammen, die kovalent in dem Kompositoligomer auf eine Weise enthalten sind, die ihre Kupplungsfunktion an die anorganische Oberfläche konserviert. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Beispiel die organische Komponente eines herkömmlichen Kupplungsmittels entweder direkt oder indirekt mit dem Kompositoligomer, das zusätzlich Abstreifmittel- und durch Strahlung härtbare Einheiten umfaßt, kovalent verknüpft. Nach dieser Verknüpfung wird die anorganische Komponente der Glas-kuppelnden Einheit noch immer wirksam an die anorganische Oberfläche oder an die anorganische-organische Grenzfläche binden. Die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, und die Glas-kuppelnde Einheit wird nicht notwendigerweise an das Kompositoligomer durch Umsetzung der organischen funktionalen Gruppe eines herkömmlichen Kupplungsmittels geknüpft.
Silankupplungseinheiten sind bevorzugt. Silankupplungseinheiten mit zumindest einer hydrolysierbaren „-Si-O-R"-Verknüpfung sind besonders bevorzugt. Noch stärker bevorzugt sind Silankupplungseinheiten, die durch die folgende Formel dargestellt werden: -Si(OR)₃ worin R eine C₁-C₄-Alkylgruppe, bevorzugt Methyl oder Ethyl, ist, die dem Silan zumindest etwas Hydrolysierbarkeit verleiht.
Übliche organische Funktionalitäten der Silankupplungsmittel umfassen zum Beispiel Amino, Epoxy, Vinyl, (Meth)acryloxy, Isocyanato, Mercapto, Polysulfid, Ureido und Vinyletherurethan. Unter Verwendung synthetischer Verfahren, die in der Technik bekannt sind, kann die organische Funktionalität mit dem Oligomer umgesetzt werden, wodurch sich eine kovalente Verknüpfung zwischen der Glas-kuppelnden Einheit und dem Oligomer ergibt. In einer bevorzugten Ausführungsform wird zum Beispiel ein Mercaptopropylsilan mit einem Oligomer verknüpft, das eine Isocyanatgruppe enthält, um ein Thiourethanaddukt zwischen der Mercaptogruppe und der Isocyanatgruppe zu bilden. Obgleich eine starke Verknüpfung bevorzugt ist, schließt die vorliegende Erfindung die Möglichkeit ein, dass, obgleich eine kovalente Verknüpfung gebildet wird, die kovalente Verknüpfung nicht stark sein muß, und zum Beispiel gegenüber der Zerstörung bei der Anwendung von Wärme empfindlich sein kann. Solange die Glas-kuppelnde Einheit jedoch die gewünschte Wirkung der Unterstützung der Haftung erzeugt, ist die kovalente Verknüpfung ausreichend. Wenn notwendig, können Katalysatoren verwendet werden, um die Verknüpfungsbildung zu unterstützen.
Die Abstreifmitteleinheit des Kompositoligomers beeinflußt die Haftung der inneren Primärbeschichtung an die optische Glasfaser nicht wesentlich. Statt dessen soll die Abstreifmitteleinheit die Gleitkraft der inneren Primärbeschichtung gegen die Oberfläche der optischen Glasfaser verringern, wenn die Bindungen zwischen der Oberfläche der optischen Glasfaser und der inneren Primärbeschichtung erst einmal unterbrochen sind (das heißt, nachdem die innere Primärbeschichtung delaminiert worden ist).
Abstreifmittel sind in der Technik, unter anderem, als Trenn-, Antiblockier-, Antiklebe- und Gleitmittel bekannt. Abstreifmittel sind üblicherweise oligomer oder polymer und sind für gewöhnlich hydrophober Natur, wobei die üblichsten Beispiele Silikone (oder Polysiloxane), Fluorpolymere und Polyolefine umfassen. Die Abstreifmitteleinheit der vorliegenden Erfindung kann aus solchen herkömmlichen Abstreifmitteln stammen und kann zum Beispiel Silikone, Fluorpolymere und/oder Polyolefine in Kombination mit Polyestern, Polyethern und Polycarbonaten umfassen. Zusätzliche geeignete Abstreifmittel werden zum Beispiel in dem Artikel mit dem Titel „Release Agents" veröffentlicht in der Encyclopedia of Polymer Science, 2. Aufl., Bd. 14, Wiley-Interscience, 1988, Seiten 411 bis 421 offenbart, dessen vollständige Offenbarung hiermit durch Verweis aufgenommen wird. Obgleich Abstreifmittel über eine breite Vielfalt von Grenzflächen arbeiten, betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere eine Grenzfläche einer Glasoberfläche und insbesondere die anorganische-organische Beschichtungsgrenzfläche zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser. Eine typische Abstreifmitteleinheit des Kompositoligomers stammt von einem der zuvor genannten Abstreifmittel, das kovalent in das Kompositoligomer eingeführt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Abstreifmitteleinheit die hauptsächliche Komponente des Oligomers im Hinblick auf die Gewichtsprozent, weil die Abstreifmitteleinheit selbst für gewöhnlich oligomerer Natur ist, und die Glas-kuppelnde Einheit und die durch Strahlung härtbaren Einheiten haben für gewöhnlich ein niedrigeres Molekulargewicht. Beispielsweise kann die Abstreifmitteleinheit bis zu etwa 95 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kompositoligomers, betragen, wenn die drei Einheiten direkt miteinander verbunden sind. Wenn jedoch eine oligo mere Hauptkette vorliegt, kann das Abstreifmittel bis zu etwa 85 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Kompositoligomers, betragen. In Anbetracht des Molekulargewichtes des Kompositoligomers der vorliegenden Erfindung ist das Molekulargewicht der Abstreifmitteleinheit nicht streng eingeschränkt, wird jedoch im allgemeinen zwischen etwa 150 und etwa 9.500, bevorzugt zwischen etwa 400 und etwa 4.500 liegen.
In Anbetracht der molekularen Architektur des Oligomers gibt es keine besondere Einschränkung auf die molekulare Architektur der Abstreifmitteleinheit, obgleich im allgemeinen im wesentlichen lineare Strukturen verwendet werden können. Nichtlineare oder verzweigte Strukturen sind jedoch nicht ausgeschlossen.
Oligomere Abstreifmitteleinheiten, sofern vorhanden, können verschiedene Arten an Wiederholungseinheiten enthalten, obgleich es bevorzugt keinen Haupttyp einer Wiederholungseinheit gibt.
Oligomere Abstreifmitteleinheiten auf der Basis von Silikon sind bevorzugt und oligomere Silikone, die wesentliche Teile von Methylseitengruppen umfassen, sind besonders bevorzugt. Die Seitengruppen verleihen dem Silikon bevorzugt einen hydrophoben Charakter. Andere bevorzugte Seitengruppen umfassen Ethyl, Propyl, Phenyl, Ethoxy oder Propoxy. Insbesondere Dimethylsiloxanwiederholungseinheiten, die durch die Formel „OSi(CH₃)₂-„ dargestellt werden, sind bevorzugt.
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Endgruppen an dem im wesentlichen linearen Silikonoligomer mit einer durch Strahlung härtbaren Einheit an einem Ende und einer Abstreifmitteleinheit an dem anderen Ende verknüpft sein. Eine solche Verknüpfung kann Zwischenverknüpfungsgruppen umfassen. Obgleich eine Verknüpfung an der Silikonoligomerendgruppe bevorzugt ist, kann die Silikoneinheit auf die Verknüpfung mit Abstreifmittel- und durch Strahlung härtbaren Einheiten an anderen Punkten in dem Oligomermolekül neben den Endgruppen zugeschnitten werden. Beispielsweise können funktionale Gruppen durch die Molekularstruktur des Silikonoligomers eingeführt werden, die mit den durch Strahlung härtbaren und Abstreifmitteleinheiten verknüpft werden. Beispiele für funktionalisierte Silikone, die in das Oligomer eingeführt werden können, umfassen Polyether, Polyester, Urethan, Amino und Hydroxyl.
Andere geeignete Abstreifmitteleinheiten umfassen die, die aus fluorierten Abstreifmitteln stammen. Beispiele für solche fluorierten Abstreifmittel umfassen FC-430, FX-13, und FX-189 (Minnesota Mining und Manufacturing), Fluorolink E (Ausimont), und EM-6 (Elf Atochem).
Im allgemeinen ist das Kompositoligomer der vorliegenden Erfindung wegen der Glas-kuppelnden Einheiten oberflächenaktiv, und insbesondere kann es sich an Beschichtungsgrenzflächen konzentrieren, wie der anorganischen-organischen Grenzfläche, wenn sie nicht in der inneren Primärbeschichtung gebunden ist. Die kovalente Bindung des Kompositoligomers nach der Härtung, aufgrund der durch Strahlung härtbaren Einheit, kann eine solche Oberflächenaktivität oder Migration jedoch verzögern. Oberflächenaktivität bedeutet, daß das Kompositoligomer, wenn es in eine Formulierung eingeführt wird, für gewöhnlich eher an die Oberfläche der Formulierung migriert, als daß es sich gleichmäßig durch die Formulierung verteilt.
Die durch Strahlung härtbare Einheit sollte dabei behilflich sein sicherzustellen, daß das Kompositoligomer kovalent in einer durch Strahlung härtbaren Beschichtung verknüpft ist, so daß das Kompositoligomer nicht extrahiert oder sich aus der gehärteten Beschichtung verflüchtigen kann, ohne die kovalenten Bindungen zu durchbrechen.
Die durch Strahlung härtbare Einheit kann irgendeine funktionale Gruppe enthalten, die fähig ist, unter dem Einfluß zum Beispiel ultravioletter oder Elektronenstrahlen-Strahlung zu polymerisieren. Eine Art von durch Strahlung härtbarer Funktionalität ist zum Beispiel eine ethylenische Ungesättigtheit, die im allgemeinen durch Radikalpolymerisation polymerisiert wird, jedoch ebenso durch kationische Polymerisation polymerisiert werden kann. Beispiele für geeignete ethylenische Ungesättigtheit sind Gruppen, die Acrylat, Methacrylat, Styrol, Vinylether, Vinylester, N-substituiertes Acrylamid, N-Vinylamid, Maleatester und Fumaratester enthalten. Bevorzugt wird die ethylenische Ungesättigtheit durch eine Gruppe bereitgestellt, die Acrylat-, Methacry lat- oder Styrolfunktionalität enthält. Am stärksten bevorzugt wird die ethylenische Ungesättigtheit durch eine Gruppe bereitgestellt, die Acrylatfunktionalität enthält.
Eine andere Art einer Funktionalität, die allgemein verwendet wird, wird zum Beispiel durch Epoxygruppen oder Thiol-en- oder Amin-en-Systeme bereitgestellt. Epoxygruppen können im allgemeinen durch kationische Polymerisation polymerisiert werden, wohingegen die Thiol-en- und Amin-en-Systeme üblicherweise durch Radikalpolymerisation polymerisiert werden. Die Epoxygruppen können zum Beispiel homopolymerisiert werden. In den Thiol-en- und Amin-en-Systemen kann die Polymerisation zum Beispiel zwischen einer Gruppe, die Allylungesättigtheit enthält, und einer Gruppe, die ein tertiäres Amin oder Thiol enthält, stattfinden.
Die Menge oder die Anzahl der Glas-kuppelnden, Abstreif- und durch Strahlung härtbaren Einheiten in dem Kompositoligomer ist nicht besonders eingeschränkt, vorausgesetzt, daß die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden können und das erfinderische Konzept praktiziert wird. Daher kann ein einzelnes Molekül des Kompositoligomers mehrere Mengen an Glas-kuppelnden, Abstreifmittel- oder durch Strahlung härtbaren Einheiten enthalten, obgleich in einer bevorzugen Ausführungsform ein einzelnes oligomeres Molekül eine Glas-kuppelnde, eine Abstreifmittel- und eine durch Strahlung härtbare Einheit enthält.
Die Glas-kuppelnden, Abstreifmittel- und durch Strahlung härtbaren Einheiten sollten kovalent in dem Oligomer miteinander verbunden sein. Es gibt keine besondere Einschränkung dahingehend, wie diese Verknüpfung bewirkt wird, vorausgesetzt, daß die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden und das erfinderische Konzept praktiziert wird. Eine Verknüpfung kann die direkte Verknüpfung an das Oligomer oder alternativ die indirekte Verknüpfung an das Oligomer mit sich bringen. Zwischenverknüpfungsgruppen werden im allgemeinen über zwei funktionale Gruppen an einer Verknüpfungsverbindung, die zum Beispiel die durch Strahlung härtbare Einheit mit der Abstreifmitteleinheit verknüpft oder die Glas-kuppelnde Einheit mit der Abstreifmitteleinheit verknüpft, arbeiten.
Veranschaulichende Verknüpfungsverbindungen umfassen Diisocyanatverbindungen, worin die Verknüpfung durch die Bildung von Urethan-, Thiourethan- oder Harnstoffverknüpfungen durch die Umsetzungen von Hydroxyl-, Thiol- bzw. Aminogruppen, mit Isocyanat stattfindet. Solche Diisocyanatverbindungen sind in der Technik der Polyurethan- und durch Strahlung härtbaren Beschichtung allgemein bekannt. Aromatische oder aliphatische Diisocyanate können verwendet werden, obgleich aliphatische Diisocyanate bevorzugt sind. Andere Verknüpfungen können zum Beispiel durch Carbonat-, Ether- und Estergruppen stattfinden. Bevorzugt werden Urethan-, Harnstoff- oder Thiourethangruppen als die Verknüpfungsgruppen verwendet.
Das Oligomer umfaßt daher bevorzugt in seiner Struktur zumindest eine Verknüpfung, dargestellt durch -NH-CO-X worin X ein Sauerstoff-, Schwefel- oder Stickstoffatom ist. Urethan- und Thiourethangruppen sind am stärksten bevorzugt. Urethangruppen können zum Beispiel eine Wasserstoffbindung sein.
Obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf eine bestimmte molekulare Architektur für das Kompositoligomer beschränkt ist, kann das Kompositoligomer in einer bevorzugten Ausführungsform, die von den Zwischenverknüpfungsgruppen Gebrauch macht, durch die folgende generische Struktur dargestellt werden: R-L₁-A-L₂-C worin A die Abstreifmitteleinheit darstellt,
R eine durch Strahlung härtbare Einheit darstellt,
C die Glas-kuppelnde Einheit darstellt und
L₁ und L₂ Verknüpfungsgruppen darstellen.
L₁ und L₂ können unabhängig voneinander irgendeine Gruppe sein, die eine kovalente Verknüpfung zwischen der „R"-Einheit und der „A"-Einheit oder zwischen der „C"-Einheit und der „A"-Einheit liefern kann. Basierend auf der Offenbarung, die hierin bereitgestellt wird, wird ein Fachmann leicht verstehen, welche Verknüpfungsgruppen für die besonders ausgewählten „A"-, „C"- und „R"-Gruppen geeignet sind.
Insbesondere Urethan- und Thiourethangruppen sind bevorzugt. Urethan- und Thiourethanverknüpfungsgruppen werden zum Beispiel durch (i) Verknüpfung eines Hydroxyl-endgruppengeschützten Oligomers mit einer Diisocyanatverbindung mit niedrigem Molekulargewicht an beiden Oligomerenden ohne übermäßige Kupplung des Oligomers, (ii) Verknüpfung des Isocyanat-endgruppengeschützten Oligomers mit einer Hydroxyacrylatverbindung mit niedrigem Molekulargewicht oder (iii) Verknüpfung des Isocyanat-endgruppengeschützten Oligomers mit einer Mercaptoverbindung mit niedrigem Molekulargewicht gebildet.
Die Verknüpfungsgruppen werden jedoch als optional betrachtet. Mit anderen Worten, das Oligomer kann ebenso durch die folgenden generischen Strukturen dargestellt werden: R-L₁-A-C, R-A-L₂-C, oder R-A-C.
Obgleich die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die zuvor genannten Gruppen oder Einheiten offenbart ist, können im Prinzip andere Gruppen in die molekulare Struktur zu einem Ausmaß eingeführt werden, daß die Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden können und das erfinderische Konzept praktiziert wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Herstellung eines Kompositoligomers unter Verwendung der folgenden Inhaltsstoffe: ein Silikonoligomer mit zwei Hydroxylendgruppen (Abstreifmitteleinheit), Isophorondiisocyanat (Verknüpfung), Hydroxyethylacrylat (durch Strahlung härtbare Einheit) und Mercap topropylsilan (Glas-kuppelnde Einheit). Isophorondiisocyanat (IPDI) dient dazu, beide Enden des Silikondiololigomers endgruppenzuschützen und stellt eine Verknüpfungsstelle mit dem Hydroxyethylacrylat an einem Ende des Silikonoligomers und mit dem Mercaptopropylsilan am anderen Ende bereit.
Bevorzugt wird das Kompositoligomer als ein oligomerer Zusatzstoff oder sogar als eine oligomere Hauptkomponente, in einer durch Strahlung härtbaren Beschichtung und insbesondere in einer inneren Primärbeschichtung für optische Glasfasern verwendet. Die Menge des oligomeren Zusatzstoffes, der in die durch Strahlung härtbare Matrix aufgenommen wird, ist nicht besonders eingeschränkt, wird jedoch ausreichend oder effektiv sein, daß die speziellen Leistungsziele der bestimmten Anwendung erreicht werden. Im allgemeinen wird eine geeignete Menge jedoch zwischen etwa 0,5 Gew.-% und etwa 90 Gew.-%, bevorzugt zwischen etwa 0,5 Gew.-% und etwa 60 Gew.-% und stärker bevorzugt zwischen etwa 0,5 Gew.-% und etwa 30 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der durch Strahlung härtbaren Beschichtungsformulierung, liegen. Im allgemeinen werden Kompositoligomere mit höherem Molekulargewicht in einer durch Strahlung härtbaren Beschichtung mit mehr Gewichtsprozent als Kompositoligomere mit niedrigerem Molekulargewicht vorhanden sein.
Das Kompositoligomer dient dazu, die Eigenschaften der Formulierungen, die einen zu großen Reibungskoeffizienten oder eine zu geringe Haftung zeigen, zuzuschneiden. Genauer gesagt kann das Kompositoligomer die Haftung verstärken, wenn die Haftung inakzeptabel gering ist, und insbesondere in der Gegenwart von Feuchtigkeit inakzeptabel gering ist. Alternativ kann das Kompositoligomer den Reibungskoeffizienten der Beschichtung verringern. Herkömmliche Kupplungszusatzstoffe und Abstreifmittel können diese Doppelfunktion nicht leisten.
Obgleich eine Verringerung der Anzahl an Zusatzstoffen gewünscht ist, kann das Kompositoligomer je nach Bedarf in Verbindung mit anderen Kupplungs- und Abstreifmitteln verwendet werden, um die absolute Leistung oder das Preis-Leistungsverhältnis zu verbessern. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Kompositoligomer zum Beispiel in Verbindung mit einer funktionalen Organosilan verbindung, wie zum Beispiel Mercaptopropylsilan, verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Hydroxybutylvinyletheraddukt mit OCN-(CH₂)₃Si(OCH₃)₃ ebenso zusammen mit dem Kompositoligomer verwendet werden.
Das Kompositoligomer kann in eine breite Vielzahl an durch Strahlung härtbaren Formulierungen eingeführt werden. Es gibt keine besonderen Einschränkungen, vorausgesetzt, daß das erfinderische Konzept praktiziert wird und die Vorteile erwachsen. Ein Fachmann für durch Strahlung härtbare Beschichtungen wird ohne weiteres in der Lage sein, das Kompositoligomer darin einzuführen, damit die gewünschten Eigenschaften bereitgestellt werden.
In optischen Glasfaserbeschichtungsanwendungen umfassen andere Formulierungskomponenten im allgemeinen zum Beispiel:

(i) zumindest ein multi-funktionales durch Strahlung härtbares Oligomer, das ein anderes Oligomer als das Kompositoligomer der vorliegenden Erfindung ist, um eine vernetzte Beschichtung bereitzustellen;
(ii) zumindest ein reaktives Verdünnungsmittel, um die Viskosität auf ein für die Auftragung auf optische Glasfasern akzeptables Niveau einzustellen, und
(iii) zumindest einen Photoinitiator.

Zusatzstoffe wie Antioxidationsmittel und, wie bereits genannt, Kupplungs- und Abstreifmittel können ebenso genutzt werden.
Die Strahlungshärtung wird im allgemeinen schnell unter Verwendung ultravioletten Lichts herbeigeführt, obgleich die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist, und ein Fachmann kann das beste Härtungsverfahren bestimmen. Die Strahlungshärtung führt zur Polymerisation zumindest einiger durch Strahlung härtbarer Einheiten, die in dem Kompositoligomer vorliegen, was das Kompositoligomer kovalent an sich selbst oder, stärker bevorzugt, an andere durch Strahlung härtbare Komponenten in der Formulierung bindet. Die chemischen Verfahren, die beim Mischen und Härten der Formulierungen auftreten, sind in einigen Fällen komplex und sind nicht vollständig verständlich. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht durch die Theorie gebunden und ist für einen Fachmann leicht verständlich und praktizierbar. Die For mulierungen der vorliegenden Erfindung, wie das Kompositoligomer, können vorgehärtet, teilweise gehärtet und im gehärteten Zustand vorliegen.
Das Kompositoligomer kann in die inneren Primärbeschichtungszusammensetzungen, die äußeren Primärbeschichtungszusammensetzungen, in Tintenzusammensetzungen und in Matrix-bildende Zusammensetzungen eingeführt werden. Das Kompositoligomer kann ebenso in sogenannte Einzelbeschichtungssysteme eingeführt werden.
Im allgemeinen wird das Beschichtungssubstrat, das die optische Faser beinhaltet, ein anorganisches oder Glassubstrat sein, obgleich im Prinzip andere Substrate wie polymere Substrate ebenso effektiv verwendet werden können. Die Glas-kuppelnde Einheit des oligomeren Zusatzstoffes hat bevorzugt die Kapazität, an das Substrat zu kuppeln. In einer bevorzugten Anwendung ist das Beschichtungssubstrat eine optische Glasfaser, und insbesondere eine frisch gestreckte, ursprüngliche optische Glasfaser. Eine frisch hergestellte optische Glasfaser ist in der Technik dafür bekannt, mit Glas-kuppelnden Mitteln reaktionsfähig zu sein. Exemplarische Verfahren für die Beschichtung optischer Fasern werden zum Beispiel in den U.S. Pat. Nr. 4,474,830 und 4,913,859 offenbart, deren vollständige Offenbarungen hiermit durch Verweis aufgenommen werden.
Die vorliegenden Erfindungen werden anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele weiter erklärt.
Beispiel 1-1 und Vergleichsbeispiele 1-A und 1-B
Synthese eines Kompositoligomers
Ein 1.000-ml-Vierhalskolben wurde mit Isophorondiisocyanat (55,58 g) geladen. 2,6-Di-tertbutyl-4-methylphenol (0,12 g) und Dibutylzinndilaurat (0,24 g) wurden in den Kolben gegeben. 14,051 Gramm Hydroxyethylacrylat wurden über einen Zeitraum von 90 Minuten zugegeben, während die Temperatur unter 40°C gehalten wurde. Am Ende der 90 Minuten wurde die Temperatur auf 40°C erhöht, und das Gemisch wurde bei 40°C eine Stunde gerührt. Die Temperatur konnte auf etwa 30°C fallen. Mercaptopropylsilan (28,13 g eines 87,1% reinen Produktes) wurde über 90 Minuten zugegeben, wobei während dieser Zeit die Temperatur unter 40°C gehalten wurde. Nach der Zugabe von Mercaptopropylsilan wurde die Temperatur auf 40°C erhöht, und das Reaktionsgemisch wurde bei 40°C für 17 bis 18 Stunden gerührt. 300 g eines 50%igen ethoxylierten Polydimethylsiloxandiols mit einem 1.200 Äquivalentgewicht Q4-3667 (Dow Corning) wurden dann zugegeben, und die Temperatur wurde auf 70°C erhöht. Nach ungefähr 6 Stunden wurde der Isocyanatgehalt mit etwa null Prozent gemessen und die Temperatur wurde auf 50°C gesenkt. Basierend auf den Reaktionsbedingen und -reaktanten wurde ein Kompositsilikonsilanacrylatoligomer mit der folgenden Struktur gebildet: H-I-(Q4-3667)-I-M worin:

H: Hydroxyethylacrylat,
I: Isophorondiisocyanat,
Q4-3667: das oben beschriebene Silikondiol, und
M: Mercaptopropylsilan

Herstellung von durch Strahlung härtbaren inneren Primärbeschichtungszusammensetzungen für optische Fasern
Die in Tabelle 1A gezeigten Komponenten wurden vereinigt, außer das Kompositoligomer und das Silan-kuppelnde Mittel. Die Komponenten wurden auf etwa 60°C erwärmt und gemischt, um homogene Gemische zu bilden. Das Kompositoligomer und das Silikon-kuppelnde Mittel wurden darin gemischt und das Gemisch wurde ungefähr 15 Minuten bei 60°C erwärmt, um eine verbesserte durch Strahlung härtbare innere Primärbeschichtungszusammensetzung für optische Glasfasern zu bilden, Beispiel 1-1. Die Gemische der Vergleichsbeispiele 1-A und 1-B wurden ähnlich hergestellt. Es wurden Abzüge der Zusammensetzungen gemacht und dann durch die Aussetzung von UV-Licht geeignet gehärtet, um gehärtete Beschichtungen zu bilden. Die gehärteten Beschichtungen wurden auf ihre Beständigkeit gegen die De laminierung und Faserabziehrückstände getestet und die Ergebnisse werden in Tabelle 1A gezeigt.
Tabelle 1A
Vergleichsbeispiel 1-A war eine Formulierung, die das Kompositoligomer der vorliegenden Erfindung nicht enthielt, die jedoch ein Silan-kuppelndes Mittel enthielt. Im Abziehtest wurden jedoch schlechte Ergebnisse erhalten, weil die Haftung zu stark war. Vergleichsbeispiel 1-B war eine Formulierung, die ein herkömmliches Silikon-abstreifmittel enthielt. Das Silikon-Abstreifmittel verbesserte die Ergebnisse des Abziehtestes, im Vergleich zu Vergleichsbeispiel 1-A, jedoch nur zu dem Ausmaß der hydrolytischen Grenzflächenhaftung. Beispiel 1-1 war eine Formulierung, die das Kompositoligomer der vorliegenden Erfindung enthält. Das Kompositoligomer verbessert die Ergebnisse des Abziehtests merklich, jedoch nicht zu dem Ausmaß der hydrolytischen Grenzflächenhaftung.
Beispiele 1-2 und 1-3 und Vergleichsbeispiele 1-C und 1-D
Diese Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden durchgeführt, um die Wirkung des Kompositoligomers auf die Glasplattenhaftung zu demonstrieren. Die Formulierungen, die in Tabelle 1B gezeigt werden, wurden auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 und den Vergleichsbeispielen 1-A und 1-B hergestellt. Das Silikonsilanacrylatoligomer wurde auf dieselbe Weise wie in Beispiel 1-1 hergestellt, außer daß ein Silikondiol HSi-2111 (Tego Chemie) anstelle von Q4-3667 (Dow Corning) verwendet wurde.
Tabelle 1-B
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Monomere gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat;
I: Isophorondiisocyanat;
M: Mercaptosilan;
PTHF2000: Polytetramethylen Ether Glycol mit einem Molekulargewicht von 2.000 (BASF);
HSi2111: ein Silikondiol mit einem MW von 1.000 (Tego Chemie).

Die Ergebnisse in Tabelle 1B zeigen an, daß das Kompositoligomer nicht nur die Haftung an die Glasoberfläche verbessern kann, sondern ebenso synergistisch mit einem herkömmlichen Silan-kuppelnden Mittel wirkt.
Lösliches Wachs
Wachs kann als eine abstreifsteigernde Komponente zugegeben werden, um die Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Faser zu verringern, jedoch nicht zu einem Ausmaß, daß sie die Haftung auf ein inakzeptables Niveau verringert. Obgleich zahlreiche Wachse bekannt sind, lösen sich viele Wachse in inneren Primärbeschichtungen nicht gut auf und daher werden sie sich für gewöhnlich aus der Lösung heraustrennen. Ferner werden herkömmliche Wachse für gewöhnlich die resultierende innere Primärbeschichtung trübe aussehen lassen, was unerwünscht ist. Der Ausdruck „lösliches Wachs" wird hierin verwendet, um die Wachse zu kennzeichnen, die in der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung bei der erforderlichen Konzentration ausreichend löslich sind, um das gewünschte Niveau an Faserreibung bereitzustellen. Der Ausdruck „Wachs" soll Wachse umfassen, wie sie in Hawley's „Condensed Chemical Dictionary", 11. Auflage, definiert werden, wobei diese Definition hierin durch Verweis aufgenommen ist.
Es ist herausgefunden worden, daß durch die Auswahl modifizierter Wachse oder durch Modifizierung der Wachse, die Inkompatibilitätsprobleme im wesentlichen vermieden werden können. Bei der Auswahl eines modifizierten Wachses sollte die Löslichkeit des modifizierten Wachses in der gewünschten inneren Primärzusammensetzung zuerst betrachtet werden. Für gewöhnlich sind Wachse in inneren Pri märbeschichtungszusammensetzungen unlöslich. Die Löslichkeit des Wachses in der inneren Primärbeschichtung wird hauptsächlich von dem folgenden abhängen:

i) der relativen Polarität des Wachses und der Polarität der Monomere und Oligomere, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind,
ii) der jeweiligen Art an funktionalen Gruppen, die in dem Wachs vorhanden sind, und der Monomere und Oligomer, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, und
iii) der Ähnlichkeit zwischen der Molekularstruktur des Wachses und der Oligomere oder Monomere, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, wie aliphatische/aromatische, ungesättigte/gesättigte, lineare/verzweigte usw. Elemente.

Beispielsweise kann die Löslichkeit des Wachses durch die Einführung funktionaler Gruppen, die denen in den Oligomeren oder Monomeren ähnlich sind, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, erhöht werden. Wenn die innere Primärzusammensetzung Monomere oder Oligomere mit Estergruppen enthält, dann können die Estergruppen in die molekulare Hauptkettenstruktur des Wachses eingeführt werden oder die Estergruppen können auf die Hauptkette des Wachses gepfropft werden. Alternativ können wachsartige, langkettige Fettester verwendet werden. Kommerzielle Beispiele für geeignete Fettester umfassen:
Laneto-50 und 100 (PEG-75 Lanolin),
Laneto-AWS (PPG-12-PEG-50 Lanolin),
Ritacetyl (acetyliertes Lanolin),
Ritahydrox (hydroxyliertes Lanolin),
Ritasol (Isopropyllanolat),
Ritalan (Lanolinöl),
Ritalan AWS (PPG-12-PEG-65-Lanolinöl),
Ritawax (Lanolinalkohol),
Supersat (hydriertes Lanolin),
Forlan C-24 (Choleth-24 und Ceteth-24),
Ritachol 1000 (Cetearylalkohol, Polysorbat 60, PEG-150-Stearat und Steareth-20),
Ritapro 100 (Cetearylalkohol, Steareth-20 und Steareth-10),
Pationic ISL (Natriumisostearoyllactylat),
Pationic CSL (Calciumstearoyllactylat),
Pationic SSL (Natriumstearoyllactylat),
Pationic SBL (Natriumbehenoyllactylat),
Pationic 138C (Natriumlauroyllactylat),
Pationic 122A (Natriumcaproyllactylat),
Pationic SCL (Natriumcocoyllactylat),
Ritox 36 (Laureth-23),
Ritox 52 (PEG-40-Stearat),
Rita CA (Cetylalkohol),
Rita SA (Stearylalkohol), und
Rita Cetearyl Alcohol 70/30, (RITA Corp.).
Bevorzugt ist das modifizierte Wachs auf Basis von Fettester Isocetylstearat.
Wenn die innere Primärzusammensetzung Monomere oder Oligomere mit Alkoxy- oder Hydroxygruppen enthält, dann können die Alkoxy- oder Hydroxygruppen, einschließlich zum Beispiel Ethoxy- und Propoxygruppen, zur Erhöhung der Löslichkeit des Wachses in die molekulare Hauptkettenstruktur des Wachses eingeführt werden, oder die Alkoxygruppen können auf die Hauptkette des Wachses gepfropft werden. Kommerzielle Beispiele solcher modifizierter Wachse umfassen die Unilin^TM-Reihe Alkohol-modifizierter Wachse von Petrolite, und Ritawax (Lanolinalkohol),
Ritachol 1000 (Cetearylalkohol, Polysorbat 60, PEG-150-Stearat und Steareth-20),
Ritapro 100 (Cetearylalkohol, Steareth-20 und Steareth-10),
Rita CA (Cetylalkohol),
Rita SA (Stearylalkohol) und
Rita Cetearyl Alcohol 70/30, (RITA Corp.).
Bevorzugt ist das modifizierte Wachs auf Basis von Polypropylenglykol₁₂Polyethylenglykol₅₀Lanolin.
Wenn andererseits die innere Primärzusammensetzung Monomere oder Oligomere mit Amingruppen enthält, dann können die Amingruppen zur Erhöhung der Löslichkeit des Wachses in die molekulare Hauptkettenstruktur des Wachses eingeführt werden, oder die Amingruppen können auf die Hauptkette des Wachses gepfropft werden. Ein Beispiel eines solchen modifizierten Wachses ist die Armeen^TM-Reihe aus Amin-modifizierten Wachsen (Armak), wie Armeen TD (Talgamin),
Armeen O, OL oder OD (Oleylamine),
Armeen SD (Sojaamin),
Armeen 18 (Octadecylamin),
Armeen HT, HTD oder 2HT (hydrierter Talg),
Armeen T oder TM-97 (Talgamin),
Armeen 12D (Dodecylamin),
Armeen C oder CD (Cocoamin),
Armeen 16D (Hexadecylamin),
Armeen 2C (Dicocoamin),
Armeen M2C (Methyldicocoamin),
Armeen DM12D (Dimethyldodecylamin),
Armeen DMCD oder DMMCD (Dimethylcocoamin),
Armeen DM 14D (Dimethyltetradecylamin),
Armeen DM16D (Dimehylhexadecylamin),
Armeen DM18D (Dimethyloctadecylamin),
Armeen DMHTD (Dimethyl(hydrierter Talg)amin),
Armeen DMTD (Dimethyltalgamin),
Armeen DMSD (Dimethylsojamin) oder
Armeen DMOD (Dimethyltalgamin).
Bevorzugt ist der Amin-substituierte Wachs Methyldi(hydrierter Talgamin.
Ein Beispiel einer weiteren funktionalen Gruppe, die in das Wachs eingeführt werden kann, umfaßt Carbonsäuren. Geeignete Beispiele gesättigter modifizierter Wachse umfassen Caprinsäure, Laurinsäure, Myristinsäure, Palmitinsäure und Stearinsäure. Beispiele geeigneter ungesättigter Wachse umfassen Ölsäure, Ricinoleinsäure, Linolsäure und Linolensäure.
Die funktionalen Gruppen, die in dem modifizieren Wachs vorhanden sind, müssen nicht notwendigerweise mit denen identisch sein, die in den Oligomeren oder Monomeren der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung vorhanden sind, um eine erhöhte Löslichkeit zu erreichen. Funktionale Gruppen mit ähnlichen Eigenschaften wie Wasserstoffbindung, Polarität usw., können je nach Bedarf gemischt und aufeinander abgestimmt werden, um die Löslichkeit zu erhöhen.
Die Löslichkeit des Wachses kann ebenso durch die Modifizierung eines Wachses oder die Auswahl eines Wachses mit einer ähnlichen Molekularstruktur wie der der Monomere und Oligomere, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, erhöht werden. Wenn die Monomere und Oligomere aromatische Gruppen enthalten, kann das Wachs so ausgewählt oder modifiziert werden, daß es aromatische Gruppen enthält. Wenn die Monomere oder Oligomere wesentliche Mengen an Ungesättigtheit enthalten, dann kann das Wachs so modifiziert oder ausgewählt werden, daß es wesentliche Mengen an Ungesättigtheit enthält. Wenn die Monomere oder Oligomere ferner im wesentlichen linear sind, dann kann ein im wesentlichen lineares Wachs verwendet werden. Herkömmliche Beispiele von im wesentlichen linearen Wachsen umfassen Polymekon, Ceramer 67 und 1608, und Petrolite C-400, CA-11, WB-5, WB-11 und WB-17 (Petrolite).
Basierend auf den hierin bereitgestellten Lehren wird ein Fachmann in der Lage sein, das gewünschte Wachs zu modifizieren oder auszuwählen und das ausgewählte Wachs in einer Menge zu verwenden, bei der das gewünschte Niveau an Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser bereitgestellt wird. Die Menge des Wachses, das in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden ist, wird von (1) der Fähigkeit des Wachses, die gewünschte Verringerung der Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser zu verleihen, und (2) der Löslichkeit des Wachses in der inneren Primärzusammensetzung abhängen. Je größer die Löslichkeit des Wachses in der inneren Primärzusammensetzung, um so größer die Menge des Wachses, das vorhanden sein kann. Je größer die Fähigkeit des Wachses, die Faserreibung zu verringern, um so weniger Wachs wird erforderlich sein. Die Menge an vorhandenem Wachs sollte etwa die minimale Menge sein, die notwendig ist, um das gewünschte Niveau an Faserreibung bereitzustelllen.
Es ist herausgefunden worden, daß geeignete Mengen an modifiziertem Wachs etwa 0,01 bis etwa 10 Gew.-% der gesamten inneren Primärzusammensetzung, stärker bevorzugt etwa 0,01 bis etwa 5 Gew.-%, und am stärksten bevorzugt etwa 0,01 bis etwa 2 Gew.-% umfassen.
Wenn gewünscht, kann das Wachs ferner so modifiziert werden, daß es eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe umfaßt, die mit durch Strahlung härtbaren Monomeren und Oligomeren, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, copolymerisieren kann. Ein Beispiel eines solchen durch Strahlung härtbaren funktionalen Wachses ist Stearylacrylat. Die durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe muß im allgemeinen keine Acrylatgruppe sein, kann jedoch irgendeine bekannte durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe sein, einschließlich der hierin beschriebenen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele, die die Verwendung von Wachsen veranschaulichen, weiter erklärt.
Beispiele 2-1 bis 2-4
Die in Tabelle 2 gezeigten Komponenten wurden vereinigt, um vier innere Primärbeschichtungszusammensetzungen zu bilden. Es wurden Abzüge der inneren Primärbeschichtungszusammensetzungen gemacht und dann durch Aussetzung zu UV-Licht aus einer Fusion D-Lampe unter einer Stickstoffatmosphäre gehärtet. Das Rißbildungsfortschreiten und die Faserreibung für jeden der Filme wurden auf dieselbe Art und Weise wie oben getestet. Die Ergebnisse werden in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Tabellenanmerkungen:
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Komponenten gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat
I: Isophorondiisocyanat
PTGL2000: Polymethyltetrahydrofurfuryl/Polytetrahydrofurfuryl-Copolymerdiol mit einem Molekulargewicht von 2.000 (Mitsui, NY), wobei die Methylgruppe eine Verzweigung bereitstellt, die die Orientierung der Polymere, die aus dem Oligomer gebildet wurden, verringert.

3) Durch Strahlung härtbare, Silikon- enthaltende Oligomere und Verwendung von nicht durch Strahlung härtbaren Silikonverbindungen
Durch Strahlung härtbare, Silikon-enthaltende Monomere und Oligomere können ebenso dazu verwendet werden, das Niveau der Faserreibung einzustellen, und somit die Bandabstreiffähigkeit der inneren Primärbeschichtung zu verbessern. Das durch Strahlung härtbare Silikonoligomer umfaßt eine Silikonverbindung, an die zumindest eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe gebunden ist. Bevorzugt sind zwei oder mehr durch Strahlung härtbare funktionale Gruppen mit dem Silikonelement verbunden.
Bevorzugt ist die durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe in der Lage, mit den durch Strahlung härtbaren Monomeren und Oligomeren, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, zu copolymerisieren, wenn sie geeigneter Strahlung augesetzt werden. Daher wird die Auswahl der funktionalen Gruppe von dem Monomer oder dem Oligomer in der inneren Primärzusammensetzung abhängen. Ein Fachmann wird ohne weiteres in der Lage sein zu bestimmen, welche funktionalen Gruppen sich mit dem Monomer oder dem Oligomer, das in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden ist, vernetzen. Ohne sich darauf zu beschränken, sind Beispiele für geeignete funktionale Gruppen solche Gruppen, die Vinyl, Acrylat, Methacrylat, Maleat, Vinylether oder Acrylamide enthalten, ebenso wie die, die hierin oben beschrieben wurden.
Beispiele für kommerziell erhältliche Silikonverbindungen, die eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe enthalten, sind Silikonacrylate Ebecryl 350 und Ebecryl 1360 (Radcure Industries), Tego Rad 2100, 2200, 2500 und 2600 (Tego Chemie) und Coat-O-Sil 3503 (OSI Specialties).
Alternativ wird ein Fachmann, basierend auf den Lehren hierin, in der Lage sein, bekannte Silikonverbindungen so zu modifizieren, daß sie die gewünschte durch Strahlung härtbare Funktionalität enthalten. Beispielsweise kann eine Silikonverbindung, die mit Hydroxyfunktionalität ausgestattet ist, mit einer Diisocyanatverbindung und einer Verbindung, die ein Hydroxy und eine durch Strahlung härtbare Funktionalität enthält, umgesetzt werden, um eine Silikonverbindung mit einer durch Strahlung härtbaren Funktionalität auszustatten. Spezielle Beispiele umfassen die Umsetzung einer Silikonverbindung, die mit Hydroxyfunktionalität ausgestattet ist, mit einem Di-isocyanat und einem Hydroxyethylacrylat, um eine Acrylatfunktionalität an der Silikonverbindung bereitzustellen, oder Isocyanat und Hydroxybutylvinylether, um eine Vinyletherfunktionalität an der Silikonverbindung bereitzustellen. Beispiele für geeignete Silikonverbindungen, die Hydroxylfunktionalität enthalten, umfassen: Polydimethylsiloxandiol mit einem 1.200 Äquivalentgewicht Q4-3667, DC 193 und DC 1248 (Dow Corning), HSi2111 (Tego Chemie) und Coat-O-Sil 3500 und 3505 (Osi Specialties).
Alternativ können nicht durch Strahlung härtbare Silikonverbindungen (hierin nachstehend als „nicht-reaktives Silikon" bezeichnet) dazu verwendet werden, die Faserreibung einzustellen und somit die Bandabstreifbarkeit der inneren Primärbeschichtung zu verbessern.
U.S. Patent Nr. 4,496,210, das hierin durch Verweis aufgenommen ist, offenbart Beispiele für geeignete nicht-reaktive Silikone, die verwendet werden können. Nicht-reaktive Silikone können separat oder in Verbindung mit den durch Strahlung härtbaren Silikonoligomeren, die hierin beschrieben werden, verwendet werden.
Das durch Strahlung härtbare Silikonoligomer und/oder das nicht-reaktive Silikon sollten in einer Menge vorhanden sein, die eine Faserreibung bereitstellt, die zu einer Widerstandskraft führt, die kleiner ist als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärzusammensetzung. Die Menge des durch Strahlung härtbaren Silikonoligomers und/oder des nicht-reaktiven Silikons ist bevorzugt die minimale Menge, die erforderlich ist, um eine Faserreibung bereitzustellen, die zu einer Widerstandskraft führt, die kleiner ist als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärzusammensetzung. Solch eine minimale Menge kann leicht bestimmt werden, indem Testdurchläufe der inneren Primärzusammensetzungen durchgeführt werden, in denen die Menge der durch Strahlung härtbaren Silikonoligomere und/oder der nicht-reaktiven Silikone, die vorhanden sind, variiert werden. Die niedrigste Menge der durch Strahlung härtbaren Silikonoligomere und/oder der nicht-reaktiven Silikone, die vorhanden sind, die eine Faserreibung bereitstellt, die zu einer Widerstandskraft führt, die kleiner ist als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärbeschichtung, ist die bevorzugte Menge.
Eine langkettige Silikonverbindung, die durchschnittlich etwa eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe enthält (monofunktional), die nahe eines Endes der Silikonverbindung gebunden ist, kann weitere Vorteile liefern. Das Ende einer langen Silikonkette, das am weitesten von der durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppe entfernt ist, kann mechanisch in der inneren Primärbeschichtung gebunden sein. Es wird jedoch angenommen, daß bei der Erwärmung während des Bandabstreifens das Ende der langen Silikonkette, das am weitesten von der durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppe entfernt ist, ungebunden sein kann und in Richtung der Grenzfläche zwischen der optischen Glasfaser/innere Primärbeschichtung diffundiert, was die Richtung ist, in die sich die Wärme ausbreitet. Diese Diffusion des Silikons steigt bei dem kritischen Moment während des Bandabstreifens, wodurch die saubere Entfernung des gesamten Beschichtungssystems erleichtert wird. Das Silikon agiert als ein Schmiermittel zwischen der Oberfläche der optischen Glasfaser und der inneren Primärbeschichtung.
Die Dicke einer inneren Primärbeschichtung variiert normalerweise von etwa 10 Mikrometer bis 35 Mikrometer. Daher kann eine mono-funktionalisierte Silikonflüssigkeit mit einer Molekularkettenlänge von etwa 50.000 bis etwa 350.000 Dalton in Richtung der Grenzfläche des Glases/innere Primärbeschichtung während des Bandabstreifens diffundieren.
Geeignete Mengen an durch Strahlung härtbaren Silikonoligomeren und/oder nicht-reaktiven Silikonen können ebenso eng angepaßt werden unter Verwendung der Reibungs- und Rißbildungsfortschreit-Testverfahren, die hierin beschrieben werden, in denen die Mengen der durch Strahlung härtbaren Silikonoligomere und/oder nicht-reaktiven Silikone, die ein Gleichgewicht zwischen der Haftung und der Bandabstreifsauberkeit bereitstellen, von weniger als etwa 3 bevorzugt sind.
Die Menge an durch Strahlung härtbarem Silikonoligomer und/oder nicht-reaktiven Silikonen wird ebenso von der Auswahl der inneren Primärzusammensetzung, ins besondere von der anfänglichen Faserreibung der ausgewählten inneren Primärbeschichtungszusammensetzung, abhängen. Im allgemeinen gilt, je höher die anfängliche Faserreibung (kein Abstreifzusatz), um so größer die Menge an durch Strahlung härtbarem Silikonoligomer und/oder nicht-reaktivem Silikon, das zur Verringerung der Faserreibung auf ein Niveau erforderlich ist, das eine Widerstandskraft liefert, die kleiner als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärbeschichtung ist.
Im allgemeinen können die durch Strahlung härtbaren Silikonoligomere in größeren Mengen als die nicht-reaktiven Silikone verwendet werden, weil angenommen wird, daß das durch Strahlung härtbare Silikonoligomer in der inneren Primärbeschichtung während der Härtung gebunden wird, wohingegen das nicht-reaktive Silikon frei durch die gehärtete innere Primärbeschichtung migrieren kann. Alternativ kann das durch Strahlung härtbare Silikonoligomer das Hauptoligomer sein, das zur Bildung der inneren Primärbeschichtung verwendet wird. Es ist herausgefunden worden, daß geeignete Mengen an durch Strahlung härtbarem Silikonoligomer zwischen 0,1 und etwa 90 Gew.-%, bevorzugt zwischen etwa 0,1 und 60 Gew.-% und stärker bevorzugt zwischen etwa 0,1 und etwa 30 Gew.-% liegen. Im allgemeinen werden durch Strahlung härtbare Silikonoligomere mit hohem Molekulargewicht in einer durch Strahlung härtbaren Beschichtung mit mehr Gewichtsprozent vorhanden sein als Kompositoligomere mit niedrigerem Molekulargewicht.
Es ist herausgefunden worden, daß geeignete Mengen an mono-funktionalisierten Monomeren etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-% und am stärksten bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% betragen.
Geeignete Mengen an nicht-reaktivem Silikon liegen zwischen etwa 0,01 und etwa 10 Gew.-%, bevorzugt zwischen etwa 0,01 und etwa 5 Gew.-% und stärker bevorzugt zwischen etwa 0,01 und etwa 1 Gew.-%.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele, die die Verwendung von Silikoneinheiten veranschaulichen, weiter erklärt.
Beispiel 3-1
Die in der Tabelle 3A gezeigten Komponenten wurden vereinigt, um eine innere Primärbeschichtungszusammensetzung zu bilden. Ein Film aus dem Beschichtungsmaterial (75 Mikrometer dick) wurde auf Glasobjektträgern hergestellt und dann durch die Aussetzung zu UV-Licht auf dieselbe Art und Weise wie oben gehärtet. Die Zugfestigkeit, die Dehnung und der Modul wurden gemessen.
Ein 75-Mikrometer-Film aus dem Beschichtungsmaterial wurde ebenso hergestellt und geeignet gehärtet. Das Rißbildungsfortschreiten wurde dann gemessen. Ein Reibungstest wurde ebenso durchgeführt, wie hierin beschrieben. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3A gezeigt.
Tabelle 3A
Tabellenanmerkungen:
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Komponenten gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat;
DesW: Bis-4,4(isocyanatocyclohexyl)methan;
I: Isophorondiisocyanat;
PTHF2900: Polytetramethylenether mit einem Molekulargewicht von 2.900 (BASF); und
HSi2111: ein Silikondiol mit einem MW von 1.000 (Tego Chemie).

Beispiele 3-2 bis 3-10
Die in der Tabelle 3B gezeigten Komponenten wurden vereinigt, um 11 verschiedene innere Primärbeschichtungszusammensetzungen zu bilden. Die Viskosität und die Klarheit der Zusammensetzungen wurden bestimmt.
Filme aus den Beschichtungsmaterialien (75 Mikrometer dick) wurden auf Mikroskopobjektträgern hergestellt und durch Aussetzung von UV-Licht auf dieselbe Weise wie oben gehärtet. Die Zugfestigkeit, die Dehnung und der Modul wurden gemessen.
Es wurden zusätzliche Filme aus den Beschichtungsmaterialien hergestellt und geeignet gehärtet. Das Rißbildungsfortschreiten wurde dann gemessen. Ein Reibungstest wurde ebenso durchgeführt, wie hierin beschrieben. Die Ergebnisse werden in der Tabelle 3B gezeigt.
Tabellenanmerkungen:
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Komponenten gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat;
I: Isophorondiisocyanat;
PTHFCD2000: PolyTHF, das einige Carbonatverknüpfungen enthält;
PPG1025: Polypropylenoxiddiol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000 (Arco);
PPG2010: Polypropylenoxiddiol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 (BASF);
PTGL2000: Polymethyltetrahydrofurfuryl/Polytetrahydrofurfuryl-Copolymerdiol mit einem Molekulargewicht von 2000 (Mitsui, NY);
TPE4542: Polypropylenglykolethylenoxid-endgruppengeschütztes Triol (BASF);
Perm: Permanol KM101733 Polycarbonat/Polyether-Copolymerdiol

4) Durch Strahlung härtbare fluorierte Oligomere und fluorierte Materialien
Die Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser kann ebenso signifikant durch die Einführung durch Strahlung härtbarer fluorierter Oligomere, Monomere und/oder nicht durch Strahlung härtbarer fluorierter Materialien in die innere Primärbeschichtungszusammensetzung verringert werden. Das durch Strahlung härtbare, fluorierte Oligomer oder Monomer umfaßt eine fluorierte Verbindung, an die zumindest eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe gebunden ist. Bevorzugt sind zwei oder mehr durch Strahlung härtbare, funktionale Gruppen an die fluorierte Einheit gebunden.
Bevorzugt ist die durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe in der Lage, mit den durch Strahlung härtbaren Monomeren und Oligomeren, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, zu copolymerisieren, wenn sie geeigneter Strahlung ausgesetzt wird. Daher wird die Auswahl der funktionalen Gruppe von dem Monomer oder Oligomer abhängen, das in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden ist. Ein Fachmann wird leicht bestimmen können, welche funktionalen Gruppen mit dem Monomer oder Oligomer, das in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden ist, vernetzen. Ohne sich darauf zu beschränken, sind Beispiele geeigne ter durch Strahlung härtbarer funktionaler Gruppen solche Gruppen, die Vinyl, Acrylat, Methacrylat, Maleat, Vinylether oder Acrylamide enthalten, ebenso wie die hierin oben beschriebenen.
Beispiele kommerziell erhältlicher fluorierter Verbindungen, die zumindest eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe enthalten, umfassen Perfluorethylacrylat (DuPont), 2-(N-Ethylperfluoroctansulfonamido)ethylacrylat (3M), 1H,1H-Pentadecafluoroctyl (Oakwood Research Chemicals), ebenso wie Methacrylat oder N-Butylacrylat-Versionen dieser.
Basierend auf den Lehren hierin wird ein Fachmann in der Lage sein, eine fluorierte Verbindung so zu modifizieren, daß sie die erforderliche durch Strahlung härtbare Funktionalität umfaßt. Beispielsweise kann eine fluorierte Verbindung, die mit Hydroxyfunktionalität ausgestattet ist, mit einer Diisocyanatverbindung und einer Verbindung, die ein Hydroxy und eine durch Strahlung härtbare Funktionalität enthält, umgesetzt werden, um eine durch Strahlung härtbare Funktionalität an der fluorierten Verbindung bereitzustellen. Spezielle Beispiele umfassen die Umsetzung einer fluorierten Verbindung, die Hydroxyfunktionalität enthält, mit einem Diisocyanat und einem Hydroxyethylacrylat, um eine Acrylatfunktionalität an der fluorierten Verbindung bereitzustellen, oder Isocyanat und Hydroxybutylvinylether, um eine Vinyletherfunktionalität an der fluorierten Verbindung bereitzustellen. Beispiele für geeignete fluorierte Verbindungen, die Hydroxylfunktionalität enthalten, umfassen Fluorolink E (Ausimont), 2-Methyl-4,4,4-trifluorbutanol, 1H,1H-Pentadecafluor-1-octanol, 1-H,1H-Pentafluorpropanol-1 und 1H,1H,12H,12H-Perfluor-1,12-dodecandiol (Oakwood Research Chemicals).
Alternativ können nicht durch Strahlung härtbare fluorierte Verbindungen (hierin nachstehend einfach als "fluorierte Verbindungen" bezeichnet) verwendet werden, um die Faserreibung einzustellen und somit die Bandabstreifbarkeit der inneren Primärbeschichtung zu verbessern.
Die fluorierten Verbindungen können separat oder in Verbindung mit den durch Strahlung härtbaren Silikonoligomeren oder -monomeren, die hierin beschrieben werden, verwendet werden.
Das durch Strahlung härtbare fluorierte Oligomer oder Monomer und/oder die fluorierten Verbindungen sollten in einer Menge vorhanden sein, mit der eine Faserreibung bereitgestellt wird, die zu einer Widerstandskraft führt, die kleiner ist als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärzusammensetzung. Die Menge des durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomers und/oder der fluorierten Verbindung ist bevorzugt die minimale Menge, die erforderlich ist, um eine Faserreibung bereitzustellen, die zu einer Widerstandskraft führt, die geringer als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärzusammensetzung ist. Solch eine minimale Menge kann leicht bestimmt werden, indem Testdurchläufe der inneren Primärzusammensetzungen durchgeführt werden, in denen die Menge der vorhandenen, durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomere oder Monomere und/oder der fluorierten Verbindungen variiert wird. Die kleinste Menge an vorhandenen, durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomeren oder Monomeren und/oder fluorierten Verbindungen, die eine Faserreibung liefert, die zu einer Widerstandskraft führt, die kleiner als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärbeschichtung ist, ist die bevorzugte Menge.
Geeignete Mengen an durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomeren oder Monomeren und/oder fluorierten Verbindungen können ebenso unter Verwendung der Reibungs- und Rißbildungsfortschreit-Testverfahren, die hierin beschrieben werden, eng angenähert werden.
Die Menge an durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomeren oder Monomeren und/oder fluorierten Verbindungen wird ebenso von der Auswahl der inneren Primärzusammensetzung, insbesondere von der anfänglichen Faserreibung der ausgewählten inneren Primärbeschichtungszusammensetzung abhängen. Im allgemeinen gilt, je höher die anfängliche Faserreibung (keine Abstreifzusätze), um so größer die Menge des durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomers oder Monomers und/oder der fluorierten Verbindungen, die erforderlich ist, um die Faserreibung auf ein Niveau zu verringern, mit dem eine Widerstandskraft bereitgestellt wird, die geringer als die Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärbeschichtung ist.
Im allgemeinen können die durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomere oder Monomere in größeren Mengen als die nicht-reaktiven fluorierten Verbindungen verwendet werden, weil angenommen wird, daß die durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomere oder Monomere in der inneren Primärbeschichtung während der Härtung gebunden werden, wohingegen die nicht-reaktiven fluorierten Verbindungen frei durch die gehärtete innere Primärbeschichtung migrieren können. Alternativ kann das durch Strahlung härtbare fluorierte Oligomer oder Monomer das Hauptoligomer sein, das zur Bildung der inneren Primärbeschichtung verwendet wird. Es ist herausgefunden worden, daß geeignete Mengen an durch Strahlung härtbarem fluoriertem Oligomer oder Monomer zwischen etwa 0,1 und etwa 90 Gew.-%, bevorzugt zwischen etwa 0,1 und etwa 60 Gew.-% und stärker bevorzugt zwischen etwa 0,1 und etwa 30 Gew.-% liegen. Im allgemeinen können die Oligomere mit höherem Molekulargewicht in größeren Mengen verwendet werden als die Oligomere oder Monomere mit geringerem Molekulargewicht.
Es ist herausgefunden worden, daß geeignete Mengen an fluorierten Verbindungen zwischen etwa 0,01 und etwa 10 Gew.-%, bevorzugt zwischen etwa 0,01 und etwa 5 Gew.-% und stärker bevorzugt zwischen etwa 0,01 und etwa 1 Gew.-% liegen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele, die die Verwendung von fluorierten Materialien veranschaulichen, weiter erklärt.
Beispiele 4-1 bis 4-3
Die Komponenten, die in der Tabelle 4 gezeigt werden, wurden vereinigt, um verschiedene innere Primärbeschichtungszusammensetzungen zu bilden. Die Testergebnisse für diese Zusammensetzungen werden ebenfalls in Tabelle 4 gezeigt.
Tabelle 4
Tabellenanmerkungen:
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Komponenten gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat;
I: Isophorondiisocyanat;
PPG1025: Polypropylenoxiddiol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000 (Arco);
PPG2010: Polypropylenoxiddiol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 2000 (BASF);
PTGL2000: Polymethyltetrahydrofurfuryl/Polytetrahydrofurfuryl-Copolymerdiol mit einem Molekulargewicht von 2000 (Mitsui, NY); und
Perm: Permanol KM101733 Polycarbonat/Polyether-Copolymerdiol

5) feste Schmiermittel
Feste Schmiermittel können zu der inneren Primärzusammensetzung zugegeben werden, um die Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser zu verringern. Der Ausdruck "feste Schmiermittel" bedeutet hierin, daß das Schmiermittel im wesentlichen in der inneren Primärzusammensetzung unlöslich ist und daß die Teilchen- oder Flockenform des festen Schmiermittels nach der Härtung der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung erhalten bleibt.
Üblicherweise ist das feste Schmiermittel mit den Komponenten der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung nicht reaktiv. Beispiele für geeignete nichtreaktive feste Schmiermittel umfassen feste organische Schmiermittel, einschließlich organische Polysaccaride wie Natriumalginat, Polyolefine, Polyvinylalkohol, Nylon wie Orgasol (Elf Atochem), feste Teflonteilchen und harte Wachse wie Rad Wax; feste anorganische Schmiermittel, einschließlich Molybdändisulfid, Graphit, Silikate wie Talk, Tone wie Kaolin und Glimmer, Siliciumdioxid und Bornitrid.
Es kann jedoch je nach Bedarf ein reaktives festes Schmiermittel verwendet werden. Reaktive feste Schmiermittel enthalten eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe. Bevorzugt ist die durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe in der Lage, mit den durch Strahlung härtbaren Monomeren oder Oligomeren, die in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden sind, zu copolymerisieren. Die durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe kann zum Beispiel irgendeine der durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppen sein, die hierin beschrieben werden. Spezielle Beispiele geeigneter reaktiver fester Schmiermittel umfassen Zinkacrylat, Molybdänacrylat, Aluminumacrylat, Bariumacrylat und Chromacrylat.
Die Teilchengröße ist bevorzugt klein genug, um das Mikrobiegen, das durch die festen Teilchen verursacht wird, die während der Verwendung Spannungen auf die Oberfläche der optischen Glasfaser ausüben, zu vermeiden. Ferner ist die Teilchengröße bevorzugt klein genug, damit die innere Primärbeschichtung trüb aussieht. Beispiele geeigneter Teilchengrößen sind etwa 10 Mikrometer oder weniger, bevorzugt etwa 5 Mikrometer oder weniger und am stärksten bevorzugt weniger als etwa 2 Mikrometer.
Alternativ zu der Teilchengröße ist die Härte des festen Schmiermittels bevorzugt gering genug, um das Mikrobiegen, das durch die festen Teilchen verursacht wird, die während der Verwendung Spannungen auf die Oberfläche der optischen Glasfaser ausüben, zu vermeiden. Im allgemeinen wird ein weicheres festes Schmiermittel weniger wahrscheinlich eine Mikrobiegung verursachen.
Basierend auf den Lehren, die hierin bereitgestellt werden, wird ein Fachmann ohne weiteres in der Lage sein, ein festes Schmiermittel in einer Menge so auszuwählen, daß das gewünschte Niveau an Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser bereitgestellt wird. Die Menge an festem Schmiermittel, das in der inneren Primärzusammensetzung vorhanden ist, wird von der Fähigkeit des festen Schmiermittels, die gewünschte Verringerung der Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der Oberfläche der optischen Glasfaser bereitzustellen, abhängen, und die Faserreibung muß so verringert werden, daß ein Faserreibungsniveau bereitgestellt wird, das noch ausreichend Haftung beibehält. Im allgemeinen gilt, je größer die Fähigkeit des festen Schmiermittels, die Faserreibung zu verringern, um so weniger festes Schmiermittel ist erforderlich. Bevorzugt beträgt die Menge an vorhandenem festem Schmiermittel etwa die minimale Menge, die notwendig ist, um ein Niveau an Faserreibung bereitzustellen, das notwendig ist, um eine saubere, rückstandsfreie optische Glasfaser nach dem Bandabstreifen bereitzustellen. Wie oben erörtert, wird das Faserreibungsniveau, das eine saubere, optische Glasfaser nach dem Bandabstreifen bereitstellt, von der Kohäsionsfestigkeit der inneren Primärbeschichtung abhängen.
Es ist herausgefunden worden, daß geeignete Mengen an festem Schmiermittel etwa 0,1 bis etwa 20 Gew.-% der gesamten inneren Primärzusammensetzung, stärker bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 10 Gew.-% und am stärksten bevorzugt etwa 0,1 bis etwa 5 Gew.-% umfassen.
Bevorzugt wird ein grenzflächenaktives Mittel in Kombination mit dem festen Schmiermittel verwendet. Beispiele geeigneter grenzflächenaktiver Mittel umfassen: grenzflächenaktive Mittel auf der Basis von Fluorsulfonamid (3M), 3,6-Dimethyl-4-octin-3,6-diol (Air Products), lineares Copolymer von Vinylpyrolidon und langkettigem alpha-Olefin (International Specialty Products), Solsperse polymere Dispergiermittel mit hohem Mw (Zeneca) und andere allgemein bekannte anionische, kationische und nicht-ionische grenzflächenaktive Mittel.
Die Erfindung wird anhand der folgenden nicht einschränkenden Beispiele weiter erklärt.
Beispiele 5-1 bis 5-3
Die Komponenten, die in Tabelle 5 gezeigt werden, wurden vereinigt, um verschiedene innere Primärbeschichtungszusammensetzungen zu bilden. Die Testergebnisse dieser Zusammensetzungen werden ebenso in Tabelle 5 angegeben.
Tabelle 5
Tabellenanmerkungen:
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Komponenten gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat;
I: Isophorondiisocyanat;
PTGL2000: Polymethyltetrahydrofurfuryl/Polytetrahydrofurfuryl-Copolymerdiol mit einem Molekulargewicht von 2.000 (Mitsui, NY); und.
Perm: Permanol KM101733 Polycarbonat/Polyether-Copolymerdiol

6) Lineare Oligomere
Die Fähigkeit einer Bandkonstruktion, sauber während des Bandabstreifens abzustreifen, kann weiter verbessert werden, wenn die inneren Primärbeschichtungszusammensetzungen zumindest ein lineares, durch Strahlung härtbares Oligomer umfassen. Beispiele linearer, durch Strahlung härtbarer Oligomere gemäß der vorliegenden Erfindung, die gesteigerte Abstreifbarkeit bereitstellen, umfassen die, die durch die folgende Formel dargestellt werden: R¹-L-[R²-L]_n-R³ worin:
R¹ bis R³ unabhängig voneinander eine organische Gruppe mit durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppen, wie hierin definiert, darstellen, R² bevorzugt eine im wesentlichen lineare Kohlenstoff-enthaltende Einheit darstellt;
jedes L unabhängig eine Verknüpfungsgruppe darstellt, die eine Brückengruppe wie eine Urethan-, Thio-urethan-, Harnstoff- oder Estergruppe, wie hierin definiert, bevorzugt Urethan, bereitstellt; und
n einen Wert von 0 bis etwa 40, bevorzugt etwa 1 bis etwa 20 und am stärksten bevorzugt etwa 1 bis etwa 10 darstellt, wobei das Molekulargewicht von [R²-L]_n etwa 500 bis etwa 20.000, bevorzugt etwa 1.000 bis etwa 10.000 und am stärksten bevorzugt etwa 1.500 bis etwa 6.000 beträgt.
Wenn n 1 ist, kann [R²-L] zum Beispiel eine Polyolefin-, eine Polyether-, eine Polycarbonat- oder eine Polyesterstruktur mit einem Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 20.000 darstellen. Wenn n etwa 2 bis etwa 5 ist, kann [R²-L] zum Beispiel ein Polyolefin, einen Polyether, ein Polycarbonat oder einen Polyester mit einem Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 10.000 darstellen. Wenn n etwa 5 bis etwa 30 ist, kann [R²-L] zum Beispiel ein Polyolefin, einen Polyether, ein Polycarbonat oder einen Polyester mit einem Molekulargewicht von etwa 500 bis etwa 4.000 darstellen.
Die linearen Oligomere gemäß dieser Erfindung können in einer Menge verwendet werden, die dafür geeignet ist, das gewünschte Niveau an Bandabstreifleistung bereitzustellen. Die gewünschte Menge kann leicht durch einen Fachmann gefunden und bestimmt werden, indem verschiedene Mengen des/der ausgewählten Oligomer(e) in einer inneren Primärbeschichtung, und gegebenenfalls ebenso in einer äußeren Primärbeschichtung, an optischen Glasfasern, die in eine Bandkonstruktion aufgenommen ist, getestet werden. Im allgemeinen ist herausgefunden worden, daß die linearen Oligomere gemäß dieser Erfindung in Mengen von etwa 0,1 bis etwa 90 Gew.-%, bevorzugt etwa 5 bis etwa 80 Gew.-%, stärker bevorzugt etwa 5 bis etwa 60 Gew.-% verwendet werden können, basierend auf dem Gesamtgewicht der inneren oder der äußeren Primärzusammensetzung.
Beispiele 6-1 bis 6-2
Die Komponenten, die in Tabelle 6 gezeigt werden, wurden vereinigt, um verschiedene innere Primärbeschichtungszusammensetzungen zu bilden. Die Zusammensetzungen wurden gehärtet und die Faserabziehreibung der gehärteten Beschichtung wurde gemessen, wie hierin definiert. Testergebnisse werden in Tabelle 6 angegeben.
Tabelle 6
Tabellenanmerkungen:
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Komponenten gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat;
I: Isophorondiisocyanat;
PTHF2000: Polytetramethylenetherglykol mit einem Molekulargewicht von 2.000 (BASF)

7) terminate lineare Einheiten
Es ist herausgefunden worden, daß die Verwendung von durch Strahlung härtbaren Oligomeren, die zumindest eine terminale lineare Einheit enthalten, ebenso die Wirksamkeit der inneren Primärbeschichtung, die Bereitstellung von besserem Abstreifen einer Bandkonstruktion zu unterstützen, verbessern kann.
Beispiele für durch Strahlung härtbare Oligomere gemäß der vorliegenden Erfindung, die gesteigerte Abstreifbarkeit bereitstellen, umfassen solche, die durch die folgende Formel dargestellt werden: R⁴-x-L-x-[R⁵-x-L-x]_n-R⁶ worin
R⁴ ein im wesentlichen lineares langkettiges Alkyl darstellt, das zumindest in einer Hydroxylgruppe endet;
jedes L unabhängig eine molekulare Brückengruppe darstellt, die bevorzugt aus einem Diisocyanatpräkursorreaktanten stammt;
jedes x unabhängig eine resultierende reagierte Brückengruppe wie unter anderem eine Urethan-, Thio-urethan- oder Harnstoffeinheit, darstellt, alternativ können ebenso Esterverknüpfungen genutzt werden;
R⁵ eine lineare oder verzweigte oder cyclische Kohlenwasserstoff- oder Polyethereinheit darstellt, die aus einem Diol stammt, und ein Molekulargewicht von 150 bis 10.000, bevorzugt 500 bis 5.000 und am stärksten bevorzugt 1.000 bis 2.000 Dalton aufweist;
R⁶ eine Endgruppe darstellt, die eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe trägt, wie hierin definiert, bevorzugt ein Acrylat oder Methacrylat, und ebenso eine Hydroxylverknüpfung an das L-Element aufweist.
Bei R⁴ befinden sich bevorzugt zumindest etwa 80%, stärker bevorzugt zumindest etwa 90% seiner Kohlenstoffatome in einer geraden Kette; und n kann eine Zahl von null bis 30 darstellen. Bevorzugt stellt R⁴ etwa einen C₉-C₂₀-Alkylrest dar. Längere Kohlenstoffketten können die Beständigkeit gegen Öl verringern. Geeignete Beispiele für Alkyle sind Lauryl, Decyl, Isodecyl, Tridecyl und Stearyl. Am stärksten bevorzugt ist Lauryl.
R⁵ stellt verzweigte oder cyclische, aliphatische C₆-C₁₅-Gruppen mit etwa 6 bis etwa 15 Kohlenstoffatomen dar. Insbesondere kann R⁵ eine aliphatische Komponente aus einer Diisocyanatverbindung wie Isophorondiisocyanat, DesW, TMDI und HXDI darstellen. Wenn R⁵ eine verzweigte Komponente ist, beträgt das Ausmaß der Verzwei gungseinheiten zumindest etwa 10 mol-% und stärker bevorzugt zumindest etwa 20 mol-%, basierend auf der Gesamtanzahl der Kohlenstoffatome in R⁵.
Die Oligomere gemäß der obigen Formel können zum Beispiel durch die Umsetzung in einer ersten Reaktion von einem Mol einer Diisocyanatverbindung (Zur Bildung von R⁵) mit (1) einem Mol eines langkettigen Alkyls, das eine Hydroxygruppe enthält (zur Bildung von R⁴), oder (2) einem Mol einer Verbindung, die eine Hydroxyfunktionale Gruppe und eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe enthält (zur Bildung von R⁶), hergestellt werden. Die Urethanverknüpfungsgruppe „x", die an „L" angebracht ist, wird durch die Umsetzung der Isocyanatgruppe mit einer Hydroxylgruppe gebildet. In einer zweiten Reaktion wird die verbleibende Isocyanatgruppe mit der anderen bisher nicht-umgesetzten Hydroxylgruppe der Verbindung umgesetzt. Die Reaktionen der Hydroxy-funktionalen Verbindungen mit Isocyanatfunktionalen Molekülen sind in der Technik allgemein bekannt und können wenn notwendig mit bekannten Katalysatoren katalysiert werden. Geeignete Beispiele für Reaktanten, die eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe und eine Hydroxygruppe enthalten, sind Hydroxyethylacrylat oder 2-Hydroxypropylacrylat. Geeignete Beispiele linearer langkettiger Alkyle umfassen Laurylalkohol, Decylalkohol, Isodecylalkohol, Tridecylalkohol und Stearylalkohol.
Das resultierende, durch Strahlung härtbare Oligomer kann in Beschichtungszusammensetzungen für optische Fasern, insbesondere in inneren Primärbeschichtungen, als ein Monomer zur Verbesserung der Abstreifbarkeit einer Bandkonstruktion, die zumindest eine optische Faser umfaßt, die mit einer Zusammensetzung beschichtet ist, die ein solches Oligomer aufweist, verwendet werden. Überdies können Zusammensetzungen, die zumindest eines dieser Oligomere umfassen, ebenso eine schnellere Härtungsgeschwindigkeit zeigen.
Es ist herausgefunden worden, daß zumindest ein terminales lineares Oligomer in Mengen von etwa 1 bis etwa 90 Gew.-%, bevorzugt etwa 5 bis etwa 80 Gew.-% und am stärksten bevorzugt etwa 5 bis etwa 60 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht der inneren oder äußeren Primärzusammensetzung, vorhanden sein sollte.
8) Aromatische Gruppen
Die Bandabstreifbarkeit kann ebenso durch die Einführung einer hohen Konzentration an aromatischen Gruppen in die Oligomere und Monomere, die zur Bildung der inneren Primärbeschichtung verwendet werden, gesteigert werden. Es wird ersichtlich sein, daß die Beschichtungszusammensetzungen, die etwa 0,1 oder mehr Mol an aromatischen Gruppen pro 100 Gramm einer Gesamtzusammensetzung umfassen, berechnet unter Verwendung der Molekulargewichte der Zusammensetzungskomponenten, eine hohe Konzentration an aromatischen Gruppen aufweisen sollten. Es wird angenommen, daß die Planheit des Phenylringes neben der Oberfläche der optischen Glasfaser eine gute Abstreifbarkeit der inneren Primärbeschichtung von der optischen Glasfaser während des Bandabstreifens ermöglicht.
Beispiel 8-1
Die Komponenten, die in Tabelle 8 gezeigt werden, wurden vereinigt, um verschiedene innere Primärbeschichtungszusammensetzungen zu bilden. Die Testergebnisse für diese Zusammensetzungen werden ebenso in Tabelle 8 angegeben.
Tabelle 8
Tabellenanmerkungen:
Die Oligomere wurden durch die Umsetzung der folgenden Komponenten gebildet:

H: Hydroxyethylacrylat;
I: Isophorondiisocyanat;
PTGL2000: Polymethyltetrahydrofurfuryl/Polytetrahydrofurfuryl-Copolymerdiol mit einem Molekulargewicht von 2.000 (Mitsui, NY)

9) Polymere Blöcke mit hohem Molekulargewicht und verringerter Konzentration an Urethan
Durch Strahlung härtbare innere Primärbeschichtungszusammensetzungen für optische Glasfasern (nachstehend als „innere Primärzusammensetzungen" bezeichnet) sind in der Technik allgemein bekannt. Solche inneren Primärzusammensetzungen enthalten für gewöhnlich zumindest ein durch Strahlung härtbares Oligomer und gegebenenfalls reaktive Verdünnungsmittel, Photoinitiatoren und Zusatzstoffe, wie hierin oben definiert.
Es ist nunmehr herausgefunden worden, daß durch die Umformulierung des durch Strahlung härtbaren Oligomers, das in der inneren Primärzusammensetzung verwendet wird, eine innere Primärbeschichtung mit einem signifikant erhöhten Rißbildungsfortschreiten in Kombination mit einer signifikant verringerten Faserreibung gebildet werden kann. Ferner ist herausgefunden worden, daß das Rißbildungsfortschreiten und die Faserreibung auf Niveaus erhöht bzw. verringert werden können, bei denen die innere Primärbeschichtung mit der Fähigkeit ausgestattet wird, sauber von der Oberfläche einer optischen Glasfaser während des Bandabstreifens abgestreift zu werden, ohne die Verwendung wesentlicher Mengen an Abstreifmitteln in der inneren Primärbeschichtung. In einigen Fällen kann die Verwendung von Abstreifmitteln im wesentlichen vermieden werden. Der Ausdruck Abstreifmittel umfaßt Komponenten, die von dem durch Strahlung härtbaren Oligomer getrennt sind und sich von diesem unterscheiden, ebenso wie Abstreifmitteleinheiten, die an das durch Strahlung härtbare Oligomer gebunden werden können. Die Verwendung von Abstreifmitteln kann die unerwünschte Delaminierung der inneren Primärbeschichtung während der Verwendung der Bandkonstruktion in heißen und nassen Umgebungen, wie tropischen Umgebungen, verursachen, was zum Mikrobiegen und zur Schwächung der Signalübertragung führt. Daher kann die vorliegende Erfindung durch die wesentliche Vermeidung der Verwendung von Abstreifmitteln zur Bereitstellung einer bandabstreifbaren inneren Primärbeschichtung, eine bandabstreifbare innere Primärbeschichtung liefern, die eine verstärkte Beständigkeit gegen unerwünschte Delaminierung zeigt.
Durch Strahlung härtbare Oligomere, die eine Kohlenstoff-enthaltende Hauptkette enthalten, an die zumindest eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe gebunden ist, sind in der Technik allgemein bekannt. Für gewöhnlich enthält die Kohlenstoff-enthaltende Hauptkette des durch Strahlung härtbaren Oligomers einen oder mehrere polymere Blöcke, von denen jeder ein Molekulargewicht von bis zu etwa 2.000 aufweist und die mittels Kupplungsgruppen aneinander gebunden sind. Daher wird ein Oligomer mit einem Molekulargewicht von etwa 6.000 für gewöhnlich drei polymere Blöcke enthalten, von denen jeder ein Molekulargewicht von etwa 2.000 aufweist und die mittels Kupplungsgruppen miteinander verbunden sind. Die durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppen sind für gewöhnlich an die Kohlenstoffenthaltende Hauptkette mittels Kupplungsgruppen gebunden.
Durch ausgedehntes Experimentieren ist nunmehr herausgefunden worden, daß, wenn das Molekulargewicht der polymeren Blöcke steigt, das Rißbildungsfortschreiten der inneren Primärbeschichtung steigt und die Faserreibung der inneren Primärbeschichtung sinkt. Das Molekulargewicht der polymeren Blöcke sollte auf ein Niveau eingestellt werden, bei dem eine innere Primärbeschichtung eine Faserreibung und ein Rißbildungsfortschreiten aufweist, das für das Bandabstreifen geeignet ist. Alternativ kann das Molekulargewicht des polymeren Blocks auf ein Niveau eingestellt werden, bei dem eine innere Primärbeschichtung mit einer Faserreibung von etwa 30 g/mm oder weniger bei einer Rate von 0,1 mm/s in Kombination mit einem Rißbildungsfortschreiten von zumindest etwa 1,3 mm bei einer Rate von 0,1 mm/s, bei einer Bandabstreiftemperatur bereitstellt. Bevorzugt beträgt die Faserreibung etwa 25 g/mm oder weniger und stärker bevorzugt etwa 20 g/mm oder weniger. Bevorzugt beträgt das Rißbildungsfortschreiten zumindest etwa 1,5 mm und stärker bevorzugt zumindest etwa 2 mm. Das Rißbildungsfortschreiten liegt für gewöhnlich unter etwa 4, kann jedoch höher sein.
Es ist herausgefunden worden, daß durch die Verwendung von polymeren Blöcken mit einem Molekulargewicht von mehr als 2000, bevorzugt zumindest etwa 2500 und am stärksten bevorzugt zumindest etwa 3000, innere Primärbeschichtungen mit einer Faserreibung und einem Rißbildungsfortschreiten wie oben beschrieben, bereitgestellt werden können. Das Molekulargewicht des polymeren Blocks beträgt für gewöhnlich weniger als etwa 10.000, bevorzugt weniger als etwa 8.000.
Die Kupplungsgruppen können irgendeine Gruppe sein, die eine Verknüpfung zwischen den Polymerblöcken und/oder zwischen den durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppen und Polymerblöcken liefern kann. Beispiele geeigneter Kupplungsgruppen sind Urethan, Harnstoff und Thiourethan. Für die Zwecke zur Praktizierung der vorliegenden Erfindung, die sich auf die Einstellung des Rißbildungsfortschreitens und der Faserreibung unter Anwendung des Molekulargewichtes der polymeren Blöcke und/oder der Urethankonzentration bezieht, sind die folgenden Gruppen bei der Bestimmung des Molekulargewichtes der polymeren Blöcke nicht als Kupplungsgruppen zu betrachten: Carbonat-, Ether- und Estergruppen. Daher werden Ethergruppen, Carbonatgruppen und Estergruppen bei der Bestimmung des Molekulargewichtes der polymeren Blöcke als Teil des polymeren Blocks betrachtet. Polymere Verbindungen, die durch Urethan-, Thiourethan- und Harnstoffgruppen getrennt werden, werden als separate polymere Blöcke betrachtet. Urethan ist die bevorzugte Kupplungsgruppe.
Normalerweise werden Urethangruppen als die Kupplungsgruppen in dem durch Strahlung härtbaren Oligomer verwendet. Wenn zum Beispiel ein Oligomer mit einem zahlenmittleren Molekulargewicht von etwa 6000, das 3 Polymerblöcke umfaßt, von denen jeder ein zahlenmittleres Molekulargewicht von etwa 2000 aufweist, und 2 durch Strahlung härtbare funktionale Gruppen enthält, wird dies vier Urethanverknüpfungen aufweisen. Zwei der Urethanverknüpfungen verbinden die durch Strahlung härtbaren Gruppen mit den polymeren Blöcken und zwei der Urethanverknüpfungen verbinden die drei polymeren Blöcke miteinander.
Es ist nunmehr herausgefunden worden, daß, wenn die Konzentration der Urethanverknüpfungen, die in der inneren Primärzusammensetzung vorliegen, sinkt, das Rißbildungsfortschreiten der inneren Primärbeschichtung steigt und die Faserreibung der inneren Primärbeschichtung sinkt. Daher stellt der Ausdruck Urethankonzentration die Gewichtsprozent aller Urethanverknüpfungen, die in der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung vorliegen, basierend auf dem Gesamtgewicht der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung, dar.
Basierend auf dieser Entdeckung sollte die Urethankonzentration herunter auf ein Niveau eingestellt werden, bei dem eine innere Primärbeschichtung mit einer Faserreibung und einem Rißbildungsfortschreiten, die für das Bandabstreifen der gewünschten Bandkonstruktion geeignet sind, bereitgestellt wird. Es ist herausgefunden worden, daß, wenn die berechnete Konzentration an Urethanverknüpfungen etwa 3,5 Gew.-% oder weniger, bezogen auf das Gesamtgewicht der Zusammensetzung beträgt, die inneren Primärbeschichtungen in Verbindung mit der äußeren Primärbeschichtung mit einem relativ hohen Modul gute Bandabstreifbarkeit liefern. Bevorzugt beträgt die Urethankonzentration etwa 3,0 Gew.-% oder weniger, stärker bevorzugt etwa 2,5 Gew.-% oder weniger und am stärksten bevorzugt etwa 2 Gew.-% oder weniger. Die Urethankonzentration, die auf die Faserreibung und das Rißbildungsfortschreiten einwirkt, ist bei Oligomeren mit einem höheren Molekulargewicht wie etwa 3.000 bis etwa 10.000, stärker bevorzugt etwa 3.500 bis etwa 8.000, ausgeprägter. Daher hat das Urethanoligomer bevorzugt ein Molekulargewicht von etwa 3.000 bis etwa 10.000 in Kombination mit einer Urethankonzentration von etwa 3,5 Gew.-% oder weniger, stärker bevorzugt ein Molekulargewicht von etwa 3.500 bis etwa 8.000 in Kombination mit einer Urethankonzentration von etwa 3,5% oder weniger, und am stärksten bevorzugt ein Molekulargewicht von etwa 3.500 bis etwa 8.000 in Kombination mit einer Urethankonzentration von etwa 3% oder weniger.
Die polymeren Blöcke können zum Beispiel Polyether, Polyolefine, Polycarbonate, Polyester, Polyamide oder Copolymere hiervon umfassen. Bevorzugt umfassen die polymeren Blöcke Polyether.
Die durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppen, die verwendet werden, können irgendeine funktionale Gruppe sein, die zur Polymerisation fähig ist, wenn sie aktini scher Strahlung ausgesetzt wird. Geeignete durch Strahlung härtbare funktionale Gruppen sind allgemein bekannt und liegen im Stand der Technik.
Üblicherweise ist die verwendete durch Strahlung härtbare Funktionalität ethylenische Ungesättigtheit, die durch Radikalpolymerisation oder kationische Polymerisation polymerisiert werden kann. Spezielle Beispiele geeigneter ethylenischer Ungesättigtheit sind Gruppen, die Acrylat, Methacrylat, Styrol, Vinylether, Vinylester, N-substituiertes Acrylamid, N-Vinylamid, Maleatester und Fumaratester enthalten. Bevorzugt wird die ethylenische Ungesättigtheit durch eine Gruppe bereitgestellt, die Acrylat-, Methacrylat- oder Styrolfunktionalität, und am stärksten bevorzugt Acrylat oder Methacrylat, enthält.
Eine andere Art durch Strahlung härtbarer Funktionalität, die im allgemeinen verwendet wird, wird zum Beispiel durch Epoxygruppen oder Thiol-en- oder Amin-en-Systeme bereitgestellt. Epoxygruppen können durch kationische Polymerisation polymerisiert werden, wohingegen die Thiol-en- und Amin-en-Systeme für gewöhnlich durch Radikalpolymerisation polymerisiert werden. Die Epoxygruppen können zum Beispiel homopolymerisiert werden. In den Thiol-en- und Amin-en-Systemen kann die Polymerisation zum Beispiel zwischen einer Gruppe, die Allylungesättigtheit enthält, und einer Gruppe, die tertiäres Amin oder Thiol enthält, auftreten.
Das durch Strahlung härtbare Oligomer kann leicht durch die Umsetzung eines polymeren Polyols, einer Verbindung, die eine durch Strahlung härtbare funktionale Gruppe und eine Hydroxylgruppe enthält, und eines Polyisocyanats gebildet werden. Die allgemeine Reaktion der funktionalen Isocyanatgruppen mit Hydroxylgruppen zur Bildung von Urethanverknüpfungen ist in der Technik allgemein bekannt. Daher wird ein Fachmann in der Lage sein, das verbesserte Oligomer gemäß der vorliegenden Erfindung basierend auf der hierin bereitgestellten Offenbarung herzustellen.
Beispiele geeigneter polymerer Polyole, die zur Bildung des durch Strahlung härtbaren Oligomers verwendet werden können, umfassen Polyetherdiole, Polyolefindiole, Polyesterdiole, Polycarbonatdiole und Gemische hiervon. Polyether- und Polycarbonatdiole oder Kombinationen hiervon sind bevorzugt. Der polymere Block ist der Rest des polymeren Polyols nach der Reaktion zur Bildung des durch Strahlung härtbaren Oligomers.
Wird ein Polyetherdiol verwendet, ist der Polyether bevorzugt ein im wesentlichen nicht-kristalliner Polyether. Bevorzugt umfaßt der Polyether Wiederholungseinheiten aus einer oder mehreren der folgenden Monomergruppen:
Daher können geeignete Polyether aus Epoxy-ethan, Epoxy-propan, Tetrahydrofuran, Methyl-substituiertem Tetrahydrofuran, Epoxybutan und dergleichen hergestellt werden. Kommerzielle Beispiele für geeignete Polyetherpolyole, die verwendet werden können, sind PTGL2500, PTGL3000, PTGL3500 und PTGL4000 (Hodogaya Chemical Company).
Wird ein Polyolefindiol verwendet, ist das Polyolefin bevorzugt ein linearer oder verzweigter Kohlenwasserstoff, der eine Vielzahl an Hydroxylendgruppen enthält. Der Kohlenwasserstoff liefert eine Kohlenwasserstoffhauptkette für das Oligomer. Bevorzugt ist der Kohlenwasserstoff eine nicht-aromatische Verbindung, die mehr Methylengruppen (-CH₂-) enthält und die innere Ungesättigtheit und/oder anhängende Ungesättigtheit enthalten kann. Beispiele für geeignete Kohlenwasserstoffdiole umfassen zum Beispiel:
Hydroxyl-terminierte;
vollständig oder teilweise hydriertes 1,2-Polybutadien;
Copolymere von 1,4-Polybutadien;
Copolymere von 1,2-Polybutadien;
Polyisobutylenpolyol;
Gemische hiervon und dergleichen. Bevorzugt ist das Kohlenwasserstoffdiol ein im wesentlichen vollständig hydriertes 1,2-Polybutadien-Ethen-Copolymer oder 1,2-Polybutadien-Ethen-Copolymer.
Beispiele für Polycarbonatdiole sind die, die herkömmlich durch die Alkoholyse von Diethylencarbonat mit einem Diol hergestellt werden.
Beispiele für Polyesterdiole umfassen die Reaktionsprodukte von gesättigten Polycarbonsäuren oder deren Anhydriden und Diolen. Kommerzielle Beispiele sind die Polycaprolactone, die kommerziell von Union Carbide unter der Markenbezeichnung Tone Polylol-Reihe von Produkten, zum Beispiel, Tone 0200, 0221, 0301, 0310, 2201 und 2221, erhältlich sind. Tone Polyol 0301 und 0310 sind trifunktional.
Es kann jedes organische Polyisocyanat allein oder in Beimischung als das Polyisocyanat verwendet werden. Beispiele für geeignete Diisocyanate umfassen:
Isophorondiisocyanat (IPDI);
Toluoldiisocyanat (TDI);
Diphenylmethylendiisocyanat;
Hexamethylendiisocyanat;
Cyclohexylendiisocyanat;
Methylendicyclohexandiisocyanat;
2,2,4-Trimethylhexamethylendiisocyanat;
m-Phenylendiisocyanat;
4-Chlor-1,3-phenylendiisocyanat;
4,4'-Biphenylendiisocyanat;
1,5-Naphthylendiisocyanat;
1,4-Tetramethylendiisocyanat;
1,6-Hexamethylendiisocyanat;
1,10-Decamethylendiisocyanat; 1,4- Cyclohexylendiisocyanat und Polyalkyloxid und Polyesterglycoldiisocyanate wie Polytetramethylenetherglycol, das mit TDI terminiert ist, bzw. Polyethylenadipat, das mit TDI terminiert ist. Bevorzugt sind die Isocyanate TDI oder IPDI.
Wenn andere Oligomere, Monomere und/oder Zusatzstoffe, die Urethanverknüpfungen enthalten, in Beimischung mit dem oben beschriebenen durch Strahlung härtbaren Oligomer zur Bildung einer inneren Primärzusammensetzung verwendet werden, sollte die Konzentration an Urethanverknüpfungen, die in jedem anderen Oligomer, Monomer oder Zusatzstoff vorliegt, in der Berechnung der Urethankonzentration enthalten sein. Beispiele für übliche Monomere, die Urethanverknüpfungen enthalten, umfassen:
Trimethylolpropantriacrylat,
das Triacrylat oder -methacrylat aus Hexan-2,4,6-triol oder aus Glycerol, ethoxyliertem Glycerol oder propoxyliertem Glycerol,
Hexandioldiacrylat,
1,3-Butylenglykoldiacrylat,
Neopentylglykoldiacrylat,
1,6-Hexandioldiacrylat,
Neopentylglykoldiacrylat,
Polyethylenglykol-200-diacrylat,
Tetraethylenglykoldiacrylat,
Triethylenglykoldiacrylat,
Pentaerythritoltetraacrylat,
Tripropylenglykoldiacrylat,
ethoxyliertes Bisphenol-A-Diacrylat,
Trimethylolpropandiacrylat,
Di-trimethylolpropantetraacrylat,
Triacrylat von Tris(hydroxyethyl)isocyanurat,
Dipentaerythritolhydroxypentaacrylat,
Pentaerythritoltriacrylat,
ethoxyliertes Trimethylolpropantriacrylat,
Triethylenglykoldimethacrylat,
Ethylenglykoldimethacrylat,
Tetraethylenglykoldimethacrylat,
Polyethylenglycol-2000-dimethacrylat,
1,6-Hexandioldimethacrylat,
Neopentylglykoldimethacrylat,
Polyethylenglykol-600-dimethacrylat,
1,3-Butylenglykoldimethacrylat,
ethoxyliertes Bisphenol-A-Dimethacrylat,
Trimethylolpropantrimethacrylat,
Diethylenglykoldimethacrylat,
1,4-Butandioldiacrylat,
Diethylenglykoldimethacrylat,
Pentaerythritoltetramethacrylat,
Glycerindimethacrylat,
Trimethylolpropandimethacrylat,
Pentaerythritoltrimethacrylat,
Pentaerythritoldimethacrylat,
Pentaerythritoldiacrylat, und dergleichen und Gemische hiervon.
Mono(meth)acrylate wie Cyclohexyl(meth)acrylat,
Isobornyl(meth)acrylat,
Lauryl(meth)acrylat,
alkoxyliertes Phenolacrylat,
Isooctyl-acrylat,
2-Ethylhexyl-acrylat,
Hydroxyethylacrylat und
Tetrahydrofurfuryl(meth)-acrylat.
(F) Bandkonstruktionen
Bandkonstruktionen sind in der Technik allgemein bekannt, und ein Fachmann wird ohne weiteres in der Lage sein, die hierin bereitgestellte Offenbarung zur Herstellung der neuen Bandkonstruktionen mit verbesserter Bandabstreifbarkeit für die ge wünschten Anwendungen zu verwenden. Die neue Bandkonstruktion, die gemäß dieser Erfindung hergestellt wird, kann vorteilhafterweise in verschiedenen Telekommunikationssystemen verwendet werden. Solche Telekommunikationssysteme umfassen normalerweise Bandkonstruktionen, die optische Glasfasern in Kombination mit Transmittern, Empfängern und Umschaltern enthalten. Die Bandkonstruktionen, die die beschichteten optischen Glasfasern enthalten, sind die grundlegenden Verbindungseinheiten von Telekommunikationssystemen. Die Bandkonstruktion kann für Verbindungen mit großen Distanzen, wie zwischen Städten, unter der Erde oder dem Wasser vergraben werden. Die Bandkonstruktion kann ebenso dazu verwendet werden, Wohnhäuser direkt miteinander zu verbinden.
Die neue Bandkonstruktion, die gemäß dieser Erfindung hergestellt wird, kann ebenso in Kabelfernsehsystemen verwendet werden. Solche Kabelfernsehsysteme umfassen normalerweise Bandkonstruktionen, die optische Glasfasern, Transmitter, Empfänger und Umschalter enthalten. Die Bandkonstruktionen, die die beschichteten optischen Glasfasern enthalten, sind die grundlegenden Einheiten solcher Kabelfernsehsysteme. Die Bandkonstruktion kann für Verbindungen mit großen Distanzen, wie zwischen Städten, unter der Erde oder dem Wasser vergraben werden. Die Bandkonstruktion kann ebenso dazu verwendet werden, Wohnhäuser direkt miteinander zu verbinden.
Die neuen Bandkonstruktionen können ebenso in einer breiten Vielzahl von Technologien verwendet werden, einschließlich verschiedener Sicherheitsysteme, Datenübertragungsleitungen, hochauflösendem Fernsehen und Computeranwendungssystemen, ist aber nicht darauf beschränkt. Es wird ersichtlich sein, daß im Ergebnis der grundlegenden Entdeckungen, die hierin beschrieben werden, einschließlich der Beziehung zwischen den Faserreibungskräften und der Kohäsionsfestigkeit der Beschichtungen selbst und die Mittel der Kontrolle und Einrichtung solcher Merkmale und Funktionen, die Technik für optische Fasern nunmehr in der Lage ist, signifikante Vorteile zu realisieren. Diese werden vorwiegend, wie oben beschrieben, bei der Abstreif- und Kabelspleißfunktion gezeigt, jedoch sind solche Verfahrensweisen nichtsdestotrotz kritisch bei der Einrichtung eines Band/Kabel-Kommunikationsnetzwerkes.
Während die Erfindung ausführlich und in bezug auf die speziellen Ausführungsformen hiervon beschrieben worden ist, wird ein Fachmann erkennen, daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen an der beanspruchten Erfindung vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang dieser abzuweichen. Während diese Erfindung beispielsweise prinzipiell unter Berücksichtigung der Bandgestaltungen und -konstruktionen von optischen Fasern beschrieben worden ist, ist sie gleichermaßen auf andere geometrische und strukturelle Anordnungen aus mehren Faserleitungen und Kabeln anwendbar.
(G) Beispiele für Bandkonstruktionen
Herstellung der inneren Primärbeschichtungen IP-1 und IP-2
Die Komponenten, die in Tabelle A.1 gezeigt werden, wurden vereinigt, um verschiedene innere Primärbeschichtungszusammensetzungen zu bilden. Die Testergebnisse dieser Zusammensetzungen werden ebenso in Tabelle A.1 angegeben. Tabelle A.1
Tabellenanmerkungen:

Urethanoligomer

ein Oligomer, das durch die Struktur H-(I-PTGL2000)₂-I-H, dargestellt wird, die aus den folgenden Reaktanten stammt:

H

Hydroxyethylacrylat;

I

Isophorondiisocyanat;

PTGL2000

Polymethyltetrahydrofurfuryl/Polytetrahydrofurfuryl-Copolymerdiol mit einem Molekulargewicht von 2000 (Mitsui, NY); und

Byk333

Polydimethylsiloxan mit terminalen Polyethylenoxidgruppen (BYK Chemie).

Herstellung der äußeren Primärbeschichtungen OP-1 bis OP-4
a.) Herstellung von Oligomer 1
Eine Oligomerzusammensetzung, hierin als Oligomer 1 bezeichnet, wurde durch die Zugabe von 81,26 Teilen Adiprene L-2000, einem Isocyanat, das aus Polypropylenoxiddiol mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 1000 stammt, umgesetzt mit Toluendiisocyanat, in einen Reaktor, der auf 60°C erhitzt wurde, hergestellt. Die Inhalte des Reaktors wurden mit einem mechanischen Mixer, der bei etwa 100 U/min arbeitet, gemischt. 0,10 Teile butyliertes Hydroxytoluol und 0,10 Teile Dibutylzinndilaurat wurden den Reaktorinhalten beigemischt. Es wird ein Mantel aus Luft bei 3 m³/h in den Reaktor eingeführt. Über einen Zeitraum von 1 h wurden 18,54 Teile Hydroxyethylacrylat stetig bei einer Geschwindigkeit, bei der die Temperatur 70°C nicht übersteigt, eingeführt. Die Reaktorinhalte wurden unter diesen Bedingungen für etwa 1 h gehalten, bis % NCO unter 0,2 fiel.
b) Herstellung von Oligomer 2
Eine Oligomerzusammensetzung, hierin als Oligomer 2 bezeichnet, wurde durch die Zugabe von 18,86 Teilen Olin TDI-90, einem Toluoldiisocyanat, in einen mit Wasser ummantelten Reaktor, hergestellt. Der Wassermantel wurde so kontrolliert, daß die Inhalte des Reaktors bei etwa 11°C gehalten wurden. Dann wurden 0,08 Teile butyliertes Hydroxytoluol zugegeben. Die Inhalte des Reaktors wurden ständig mit einem mechanischen Mixer unter einer Belüftung von 3 m³/h gemischt. 15,01 Teile Hydroxyethylacrylat wurden stetig bei einer Geschwindigkeit, bei der die Temperatur 60°C nicht übersteigt, zugegeben. Die Reaktorinhalte wurden unter diesen Bedingungen für etwa 2 h gehalten, bis % NCO unter etwa 12 gefallen war. Der Reaktor wurde dann auf 50°C erwärmt und 43,67 Teile PTG-L 1000 und 0,04 Teile Crystalline DABCO (1,4-Diazabicylo-[2,2,2]octan), dessen Kristalle in einem Teil des PTG-L 1000 (Polymethyltetrahydrofurfuryl/Polytetrahydrofurfuryl-Copolymerdiol mit einem Molekulargewicht von 1000 (Mitsui, N.Y.)) vorgelöst waren, wurden eingeführt. Die Reaktortemperatur wurde dann auf 80°C erhöht und dort für etwa 90 Minuten gehalten, bis NCO % unter 0,2 fiel.
Tabelle A.2 gibt die äußeren Primärbeschichtungszusammensetzungen bezogen auf das Gewicht der Komponente, die eingeführt wurde, um die Zusammensetzung zu bilden, und die Eigenschaften der jeweiligen äußeren Primärzusammensetzungen an.
Tabelle A.2
Bandherstellung (Beschichtungssystem und Tintenbeschichtung) Beispiel 1-3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 9
Optische Fasern mit einem nominalen Durchmesser von etwa 125 mm wurden aus F-300 Suprasil Preform (Heraeus) in einem Abziehturm hergestellt. Die Leitungsgeschwindigkeit des Abziehturms wurde bei einer konstanten Geschwindigkeit von etwa 300 m/min für alle Experimente gehalten. Es wurden innere und äußere Primär beschichtungszusammensetzungen aus dem bestimmten Beschichtungssystem (siehe Tabelle oben) zu primären und sekundären Beschichtungseinspeisesysteme des Abziehturms in 2 kg-Flaschen, die in unter Druck gesetzte Töpfe eingebracht wurden, geliefert. Die unter Druck gesetzten Töpfe wurden mit hochreiner Luft unter Druck gesetzt. Die unter Druck gesetzten Töpfe, Transportleitungen und Beschichtungsdüsen für jedes Beschichtungssystem wurden mit einem dualen Wasserbadsystem (ein Bad für die Düse und eins für den unter Druck gesetzten Topf und die Transportleitung) erhitzt.
Die innere Primärbeschichtung wurde als die Primärbeschichtung unter Verwendung einer 215-μm-Heathway-Einlaßdüse auf die Faser aufgetragen und mit einer 300 Watt Fusion-Lampe, die mit einer 9 mm D-Glühbirne ausgestattet ist, gehärtet. Das Verfahren wurde so kontrolliert, daß der Durchmesser der beschichteten Faser nach der Auftragung und Härtung der Primärbeschichtung etwa 195 μm betrug. Dem ähnlich wurde eine äußere Primärbeschichtung als eine zweite Beschichtung über der Primärbeschichtung unter Verwendung einer 255-μm-Heathway-Einlaßdüse aufgetragen. Die äußere Primärbeschichtung wurde mit einer 600 Watt Fusion-Lampe, die mit einer 11 mm-D-Glühbirne, eingestellt auf eine 50% Leistung unter Verwendung einer VPS-Stromversorgung, und einer zweiten 300 Watt Fusion-Lampe, die mit einer 9 mm-Glühbirne ausgestattet ist, gehärtet. Die Auslaßdüsen für sowohl die primären als auch die sekundären Beschichtungsschritte betrugen 500 μm.
Ein Einzelmatrixmaterial, das aus den Inhaltsstoffen, die in der folgenden Tabelle angegeben werden, besteht, wurde für alle Bandkonstruktionen verwendet.
In einem nachfolgenden Verfahren wurde die Faser mit LTS-Tinten (Desotech) in einer Stickstoffatmosphäre bei einer Leitungsgeschwindigkeit von 300 m/min farblich gekennzeichnet und mit einer einzelnen 9 mm 300 Watt/m D-Glühbirne gehärtet. Die farblich gekennzeichneten Fasern wurden dann zu einem Band zusammengefaßt, bei einer Leitungsgeschwindigkeit von 60 m/min, durch gleichmäßiges Auftragen des Matrixmaterials, in der folgenden Tabelle A.3 beschrieben, gefolgt von der Härtung mit einer Härtungslampe mit einer 11 mm D-Glühbirne. Obgleich viele verschiedene Farb-LTS-Tinten verwendet wurden, wurde eine einzelne Düse mit einem Eingangs durchmesser von 259 μm für alle Tintenbeschichtungen verwendet, um eine Kontinuität sicherzustellen. Dem ähnlich wurde ein Bandkonstruktionsschritt unter Verwendung desselben Matrixmaterials und der Kontrollparameter für die Beschichtungs- und Härtungsschritte zur Minimierung der Einbringung irgendwelcher Unstimmigkeiten durchgeführt.
Tabelle A.3
Tabelle A.4 gibt die inneren und äußeren Primärbeschichtungen, die in dem Beschichtungssystem eingesetzt wurden, und die gemessenen und durchschnittlichen Bandabstreifwerte für die Bandkonstruktion an.
Tabelle A.4
Die Vergleichsbeispiele 5 und 6 mit einer äußeren Primärbeschichtungszusammensetzung mit einem hohen Modul streifte besser ab, als die äußere Primärbeschichtungszusammensetzung mit einem relativ niedrigen Modul. Und die Vergleichsbeispiele 1 bis 4, insbesondere die Vergleichsbeispiele 1 und 2, mit einer inneren Primärbeschichtung mit einer abstreifsteigernden Komponente streifte im Durchschnitt besser ab, als die ähnlichen Zusammensetzungen, Vergleichsbeispiele 7 bis 11, mit inneren Primärbeschichtungen ohne abstreifsteigernder Komponente. Beispiel 1, ein Beschichtungssystem mit einer äußeren Primärbeschichtungszusammensetzung mit einem hohen Modul und einer inneren Primärbeschichtungszusammensetzung, die eine abstreifsteigernde Komponente umfaßt, lieferte jedoch einen Abstreifsauberkeitswert, der signifikant besser war als irgendeiner der verschiedenen Vergleichsbeispiele.
(I) Beschreibung der Testverfahren
(1) 60°C-Wasser-Aufsaug-Delaminierungs-Test
Filme aus den Beschichtungsmaterialien (75 Mikrometer dick) wurden auf Mikroskopobjektträgern hergestellt und durch Aussetzung zu 1,0 J/cm² aus einer Fusion-D-Lampe, 120 W/cm, unter einer Stickstoffatmosphäre gehärtet. Eine kommerziell erhältliche äußere Primärbeschichtung wurde gestreckt und auf ähnliche Art und Weise auf den Beschichtungen gehärtet. Deionisiertes Wasser wurde in ein 500 ml-Becherglas gegeben und die beschichteten Mikroskopobjektträger wurden in Wasser eingetaucht. Das Becherglas, das die beschichteten Objektträger enthielt, wurde dann in ein 60°C heißes Wasserbad gegeben. Die Filme wurden hinsichtlich der Delaminierung in Abständen beobachtet. Der Zeitpunkt, bei dem die ersten Anzeichen der Delaminierung auftraten, wurde aufgezeichnet.
(2) Faserabziehrückstandstest
Das Abstreifverfahren der Beschichtungen von den optischen Fasern, um eine nackte Glasoberfläche zu hinterlassen, wurde simuliert, indem vier nackte Glasfasern von einer Schicht aus einer gehärteten inneren Primärbeschichtung abgezogen wurden. Die mikroskopische Überprüfung der abgezogenen Fasern bei einer geringen Vergrößerung (zum Beispiel dem 10fachen) zeigte deutlich die Gegenwart oder Abwesenheit von Rückständen auf der Glasoberfläche. War ein Rückstand vorhanden, wurde die Menge des Rückstandes aufgezeichnet. Die relative Menge an rückständigen Verunreinigungen wird manchmal auf einer Skala von 0 bis 10 bewertet, wobei 0 das beste bedeutet (kein sichtbarer Rückstand bei 10facher Vergrößerung) und 10 das schlechteste (viele sichtbare Rückstände ohne Vergrößerung).
(3) Viskositätstestverfahren
Die Viskosität wurde unter Verwendung eines Physica MC10 Viskometers gemessen. Die Testproben wurden geprüft, und wenn eine übermäßige Menge an Blasen vorhanden war, wurden Schritte unternommen, um die meisten der Blasen zu entfernen. In diesem Stadium müssen nicht alle Blasen entfernt werden, weil die Probeneinspeisung Blasen einführt.
Das Gerät wurde für das herkömmliche Z3-System eingestellt, das verwendet wurde. Die Proben wurden unter Verwendung einer Spritze in eine Aluminiumwegwerftasse eingespeist, um 17 cm³ abzumessen. Die Probe in der Tasse wurde geprüft und wenn sie eine übermäßige Menge an Blasen enthielt, wurden diese durch direkte Mittel wie Zentrifugation entfernt, oder es wurde ein ausreichender Zeitraum einge räumt, in dem die Blasen aus dem Großteil der Flüssigkeit entweichen konnten. Blasen an der Oberfläche der Flüssigkeit sind akzeptabel.
Der Objektträger wurde vorsichtig in die Flüssigkeit in der Meßtasse gesenkt, und die Tasse und der Objektträger wurden in dem Gerät installiert. Die Probentemperatur konnte sich an die Temperatur der zirkulierenden Flüssigkeit unter einer 5minütigen Wartezeit angleichen. Dann wurde die Rotationsgeschwindigkeit auf einen gewünschten Wert eingestellt, wodurch die gewünschte Scherrate erzeugt wird. Der Gewünschte Wert der Scherrate ist von einem Fachmann leicht aus einem zu erwartenden Viskositätsbereich der Probe zu bestimmen.
Das Meßfeld liest einen Viskositätswert aus, und wenn der Viskositätswert für 15 Sekunden nur leicht abweicht (weniger als 2% relative Abweichung), war die Messung zu Ende. Wenn nicht, kann es sein, daß die Temperatur noch keinen Gleichgewichtswert erreicht hat, oder daß das Material aufgrund der Scherung verändert wurde. Im letzteren Fall ist weiteres Testen bei verschiedenen Scherraten erforderlich, um die viskosen Eigenschaften der Probe zu definieren. Die aufgezeichneten Ergebnisse sind durchschnittliche Viskositätswerte von drei Testproben.
(4) Zugfestigkeits-, Dehnungs- und Modul-Testverfahren
Die Zugfestigkeit, die Dehnung und der Sekantenmodul gehärteter Proben wurde unter Verwendung eines universellen Testgerätes, Instron Model 4201, ausgestattet mit einem Personalcomputer und Software „Series IX Materials Testing System.", getestet. Die verwendeten Ladungszellen hatten 2 und 20 Pfund Kapazität. Es wurde dem ASTM D638M mit den folgenden Modifikationen gefolgt.
Es wurde ein Abzug jedes zu testenden Materials auf einer Glasplatte oder Mylar gemacht (insbesondere die äußeren Primärbeschichtungszusammensetzungen, sofern nicht etwas anderes angegeben ist, wurden auf Mylar gemessen) und unter Verwendung eines UV-Prozessors gehärtet. Der gehärtete Film wurde bei 22 bis 24°C und 50 ± 5% relativer Feuchte für wenigstens 16 h vor dem Testen konditioniert.
Wenigstens 8 Proben, mit einer Breite von 0,5 ± 0,002 Inch und einer Länge von 5 Inch, wurden von dem gehärteten Film abgeschnitten. Um die Wirkungen kleinster Probendefekte zu verringern, wurden die Proben parallel zu der Richtung, in der die Abzüge des gehärteten Films angefertigt wurden, geschnitten. Wenn sich der gehärtete Film klebrig anfühlte, wurde eine kleine Menge Talk auf die Filmoberfläche unter Verwendung eines Watteträgers aufgetragen.
Die Testproben wurden dann aus dem Substrat entfernt. Während der Entfernung aus dem Substrat mußte darauf geachtet werden, daß die Testproben nicht über ihre Elastizitätsgrenze hinaus gedehnt wurden. Hat während der Entfernung aus dem Substrat irgendeine Veränderung der Probenlänge stattgefunden, wurde die Probe ausgetauscht.
Wenn die obere Oberfläche des Films mit Talk beschichtet war, um die Klebrigkeit zu entfernen, wurde nach der Entfernung aus dem Substrat eine kleine Menge Talk auf die untere Oberfläche der Testprobe aufgetragen.
Die durchschnittliche Filmdicke der Testproben wurde bestimmt. Es wurden mindestens fünf Messungen der Filmdicke in der zu testenden Fläche (von oben nach unten) vorgenommen und der Durchschnittswert wurde für die Berechnungen verwendet. Weicht einer der gemessenen Filmdickenwerte um mehr als 10% vom Durchschnitt ab, wurde die Testprobe ausgetauscht. Alle Proben kamen aus derselben Probenplatte.
Die geeignete Ladungszelle wurde unter Verwendung der folgenden Gleichung bestimmt: [A × 145] × 0,0015 = C worin:

A: die maximal erwarte Zugfestigkeit der Produkte (MPa);
145: Umwandlungsfaktor von MPa zu psi;
0,00015: ungefähre Querschnittsfläche (in²) der Testproben und
C: Pfund.

Die 2 Pfund Ladungszelle wurde für Materialien verwendet, wo C = 1,8 Pfund. Die 20 Pfund Ladungszelle wurde für Materialien verwendet, wo 1,8 < C < 18 Pfund. Wenn C > 19, war eine Ladungszelle mit einer höheren Kapazität erforderlich.
Die Kreuzkopfgeschwindigkeit wurde auf 1,00 Inch/min (25,4 mm/min) eingestellt, und die Kreuzkopfwirkung wurde auf „Rückzug bei Bruch" eingestellt. Der Kreuzkopf wurde auf 2,00 Inch (50,8 mm) Klemmbackentrennung eingestellt. Der Luftdruck für die pneumatischen Klemmstücke wurde angestellt und wie folgt eingestellt: ungefähr 20 psi (1,5 kg/cm²) für primäre optische Faserbeschichtungen und andere sehr weiche Beschichtungen; ungefähr 40 psi (3 kg/cm²) für optische Fasereinzelbeschichtungen und ungefähr 60 psi (4,5 kg/cm²) für sekundäre optische Faserbeschichtungen und andere harte Beschichtungen. Das geeignete Instron-Computerverfahren wurde zur Analyse der Beschichtung geladen.
Nachdem sich das Instron-Testgerät 15 Minuten erwärmen konnte, wurde es kalibriert und nach den Verfahrensweisen des Herstellers ausgeglichen.
Die Temperatur nahe dem Instrongerät wurde gemessen und die Feuchtigkeit wurde am Punkt des Feuchtigkeitsnormwertes gemessen. Dies wurde direkt vor Beginn der Messung der ersten Testprobe durchgeführt.
Die Proben wurden nur analysiert, wenn die Temperatur in einem Bereich von 23 ± 1,0°C lag, und die relative Feuchte in einem Bereich von 50 ± 5% lag. Die Temperatur wurde für jede Testprobe für diesen Bereich verifiziert. Der Feuchtigkeitswert wurde nur zu Beginn und am Ende des Tests von Proben aus einer Platte verifiziert.
Jede Probe wurde getestet, indem sie in den Raum zwischen den oberen pneumatischen Klemmstücken gehängt wurde, so daß die Testprobe seitlich zentriert war und vertikal hing. Nur das obere Klemmstück wurde befestigt. Das untere Ende der Testprobe wurde vorsichtig gezogen, so daß sie nicht durchhing oder sich wölbte, und sie wurde seitlich in dem Raum zwischen den offenen unteren Klemmstücken zentriert. Während die Probe in dieser Position gehalten wurde, wurde das untere Klemmstück befestigt.
Die Probenzahl und die Probenausmaße wurden in das Datensystem eingegeben, wobei den Instruktionen gefolgt wurde, die dem Softwarepaket zu entnehmen sind.
Die Temperatur und die Feuchtigkeit wurden gemessen, nachdem die letzte Testprobe aus dem vorliegenden Abzug getestet war. Die Berechnung der Zugeigenschaften wurde automatisch durch das Softwarepaket durchgeführt.
Die Werte für die Zugfestigkeit, die%-Dehnung und den Sekanten- oder Segmentmodul wurden überprüft, um zu bestimmen, ob irgendeiner von Ihnen weit genug vom Durchschnitt abwich, um ein „Ausreißer" zu sein. Wenn der Modulwert ein Ausreißer war, wurde dieser ausgesondert. Gab es weniger als sechs Datenwerte für die Zugfestigkeit, wurde der gesamte Datensatz ausgesondert und unter Verwendung einer neuen Platte wiederholt.
(5) Dynamisch-Mechanischer Test
Der Elastizitätsmodul (E'), der Viskositätsmodul (E'') und der tan Delta (E''/E'), eine Anzeige für die Tg der Materialien, der Beispiele wurden unter Verwendung eines Rheometrics Solids Analyzer (RSA-11), ausgestattet mit: 1) einem Personalcomputer mit MS-DOS 5.0 Betriebssystem und mit Rhios^® Software (Version 4.2.2 oder älter) geladen, und 2) einem Flüssigstickstoffkontrollsystem für den Niedrigtemperaturbetrieb, gemessen.
Die Testproben wurden hergestellt, indem ein Film aus dem Material mit einer Dicke im Bereich von 0,02 mm bis 0,4 mm auf eine Glasplatte gegossen wurde. Der Probenfilm wurde unter Verwendung eines UV-Prozessors gehärtet. Eine Probe, ungefähr 35 mm (1,4 Inch) lang und ungefähr 12 mm breit, wurde aus einem defektfreien Bereich des gehärteten Films geschnitten. Für weiche Filme, die oftmals klebrige Oberflächen haben, wurde ein Watteträger verwendet, um die Schnittprobe mit Talkpulver zu beschichten.
Die Filmdicke der Probe wurde an fünf oder mehr Punkten der Länge nach gemessen. Die durchschnittliche Filmdicke wurde mit ± 0,001 mm gemessen. Die Dicke kann nicht um mehr als 0,01 mm über diese Länge variieren. Wenn diese Vorraussetzung nicht erfüllt war, wurde eine andere Probe genommen. Die Breite der Probe wurde an zwei oder mehr Punkten gemessen und der Durchschnittswert mit ± 0,1 mm berechnet.
Die Geometrie der Probe wurde in das Gerät eingegeben. Das Längenfeld wurde auf einen Wert von 23,2 mm eingestellt, und die gemessenen Werte der Breite und Dicke der Probe wurde in die geeigneten Felder eingegeben.
Vor der Durchführung der Temperaturbewegung wurde die Feuchtigkeit aus den Testproben entfernt, indem die Testproben in einer Stickstoffatmosphäre 5 Minuten einer Temperatur von 80°C unterzogen wurden. Die Temperaturbewegung, die verwendet wird, umfaßt das Abkühlen der Testproben auf etwa –60°C oder etwa –80°C und die Erhöhung der Temperatur bei etwa 1/Minute bis die Temperatur etwa 60°C bis etwa 70°C erreichte. Die Testfrequenz betrug 1,0 rad/s.
(6) Rißbildungsfortschreiten
Das Rißbildungsfortschreiten wurde wie folgt gemessen. Zuerst wird eine Probe aus einem 75 Mikrometer dicken Abzug aus der gegenständlichen Zusammensetzung hergestellt und dann gehärtet, um einen Film durch die Aussetzung zu 1,0 J/cm² UV aus einer Fusion-D-Lampe unter einer Stickstoffatmosphäre zu bilden. Es werden drei Teststreifen mit Ausmaßen von 35 mm Länge, 12 mm Breite und 75 Mikrometern Dicke geschnitten. Es wurde ein 2,5 mm langer Schnitt in die Seite jedes Streifens gemacht. Ein Streifen wird in einem RSA-II-Rheometer montiert, die Temperatur auf 90°C gebracht (repräsentative Bandabstreiftemperatur) und es wird eine konstante Dehnungsrate von 0,1 mm/Sekunde an den Teststreifen angelegt. Der Wert für das Rißbildungsfortschreiten ist die Steigerung in der Länge L bevor sich der Riß über die Breite des Teststreifens ausbreitet. Die Meßlänge ist konstant bei 23,2 mm. Der aufgezeichnete Wert ist typischerweise ein Durchschnitt aus drei Messungen.
(7) Faserabziehreibung
Der Faserabziehreibungstest kann wie folgt durchgeführt werden. Die Probe besteht aus einer nackten sauberen optischen Faser, deren eines Ende in einer 250 Mikrometer dicken Schicht aus einer gehärteten inneren Primärbeschichtung, die getestet werden soll, eingebettet ist. Diese Konstruktion wird in einem geeigneten Gerät wie einem Rheometrics RSA-II-Rheometer montiert und die Temperatur auf eine repräsentative Bandabstreiftemperatur (wie 90°C) erhöht, und die Faser wird langsam aus der Schicht bei einer Geschwindigkeit von 0,1 mm/s abgezogen. Das Gerät zeichnet auf und stellt die Kraft gegen die Distanz dar. Die Darstellungen zeigen typischerweise einen linearen Bereich einer negativen Neigung, die das Ergebnis einer sich verringernden Kontaktfläche zwischen Faser und Beschichtung ist, wenn die Faser abgezogen wird. Die Neigung wird gemessen und ist der Output des Tests. Geringe Neigungswerte entsprechen einer niedrigen Faserabziehreibung und umgekehrt. Es sollten drei Testproben durchgeführt und deren Durchschnitt als ein End-Output des Tests genommen werden.
Die Faserabziehreibung der inneren Primärbeschichtung ist eine Einschätzung der Faserreibung zwischen der inneren Primärbeschichtung und der nackten optischen Glasfaser. Im allgemeinen gilt, je geringer die Faserabziehreibung der inneren Primärbeschichtung, um so geringer die Faserreibung zwischen der optischen Glasfaser und der inneren Primärbeschichtung, um so geringer die Widerstandskraft und um so leichter wird die innere Primärbeschichtung von der optischen Glasfaser abgleiten. Ebenso gilt, je geringer die Faserreibung, um so weniger Kraft muß auf die innere Primärbeschichtung ausgeübt werden, um das Bandabstreifen durchzuführen. Je weniger Kraft auf die innere Primärbeschichtung ausgeübt werden muß, um so geringer ist die Chance, daß die Bindekraft der inneren Primärbeschichtung nachlassen wird, wodurch ein Rückstand der inneren Primärbeschichtung auf der Oberfläche der optischen Glasfaser verbleibt.
(8) Trocken- (50% r. F.) und Naß- (95% r. F.) -Haftung
Die Trocken- (50% r. F.) und Naß- (95% r. F.) Haftung kann durch anerkannte Testverfahren gemessen werden. Beispielsweise wurde die Naß- und Trockenhaftung, wie in U.S. Pat. Nr. 5,336,563 (Coady et al.) und U.S. Pat. Nr. 5,384,342 (Szum) erklärt, an gehärteten Filmproben, hergestellt durch Abziehen mit einem Bird Bar eines 75 Mikrometer-Films aus den Beschichtungszusammensetzungen auf Glasmikroskopobjektträgern, und gehärtet durch die Aussetzung zu 1,0 J/cm² aus einer Fusion-D-Lampe, 120 W/cm, unter einer Stickstoffatmosphäre, getestet.
Die Proben wurden dann bei einer Temperatur von 23 ± 2°C und einer relativen Feuchte von 50 ± 5% für einen Zeitraum von 7 Tagen konditioniert. Ein Teil des Films wurde für den Test der Trockenhaftung verwendet. Nach dem Test der Trockenhaftung wurde der Rest des Films, der hinsichtlich der Naßhaftung getestet werden soll, bei einer Temperatur von 23 ± 2°C und einer relativen Feuchte von 95% für einen Zeitraum von 24 Stunden weiter konditioniert. Eine Schicht aus Polyethylenwachs/Wasseraufschlämmung wurde auf die Oberfläche des weiter konditionierten Films aufgetragen, um die Feuchtigkeit zurückzuhalten.
Der Haftungstest wurde unter Nutzung eines Apparates durchgeführt, der ein universelles Testgerät, zum Beispiel ein Instron Model 4201, kommerziell erhältlich von Instron Corp., Canton, Mass., und eine Vorrichtung, die einen horizontalen Träger und eine Rolle umfaßt, die in dem Testgerät positioniert ist, umfaßt.
Nach der Konditionierung wurden die Proben, die gleichmäßig und frei von Beschädigungen waren, in Richtung des Abzuges geschnitten. Jede Probe war 6 Inch lang und 1 Inch breit und frei von Rissen oder Kerben. Das erste Inch jeder Probe wurde von dem Glas zurückgezogen. Das Glas wurde an dem horizontalen Träger befestigt, wobei das fixierte Ende der Probe neben der Rolle lag. An dem zurückgezogenen Ende der Probe wurde ein Draht befestigt, der entlang der Probe verlief und dann durch die Rolle senkrecht zu der Probe verlief. Das freie Ende des Drahtes wurde in die obere Klemme des Testgeräts geklemmt, das dann aktiviert wurde. Der Test wurde fortgeführt, bis der durchschnittliche Kraftwert, in Gramm Kraft/Inch, relativ konstant war. Ein geeigneter Wert für die Naßhaftung beträgt zumindest etwa 5 g/in, bevorzugt zumindest etwa 10 g/in und stärker bevorzugt zumindest etwa 15 g/in, bei einer Konditionierung bei 95% (r. F.).
(9) Bandabstreif-Testverfahren
Eine Bandprobe, hergestellt wie oben beschrieben, wurde für 2 h in einer 25°C, 48% relative Feuchte, Umgebung, vorkonditioniert. Ein 30 mm ± 3 mm Teil wurde per Hand von jeder Bandprobe unter Verwendung eines Sumitomo Abstreifwerkzeuges, Model # JR-4A, eingestellt auf eine Heiztemperatur von 100°C, und unter Anwendung einer 5 Sekunden Verweilzeit abgestreift. Verweilzeit wird als die Zeit von der Schließung des Abstreifwerkzeuges über der Probe bis eine Abstreifkraft angelegt wird definiert. Um die Zuverlässigkeit sicherzustellen, wurden wenigstens drei Abstreifverfahren an jeder Probe durchgeführt. Wenn es irgendeinen Unterschied bei den Werten der ersten drei Abstreifverfahren gab, wurde ein viertes Abstreifverfahren durchgeführt. Nach jedem Bandabstreifverfahren wurden die Fasern hinsichtlicht der Sauberkeit und der Faserintegrität nach dem folgenden Bewertungssystem bewertet. War der Bewertungswert aufgezeichnet, wurde der abgestreifte Teil der Probe durch abschneiden des Bandes entfernt, wobei ein jungfräulicher Teil für die nachfolgenden Abstreifverfahren bereitgestellt wurde.
Obgleich die vorliegende Erfindung beschrieben und ausführlich veranschaulicht worden ist, sollte eindeutig zu verstehen sein, daß sie nur veranschaulichend und beispielhaft ist und nicht als Einschränkung angesehen werden sollte, wobei der Geist und der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch die Ausdrücke der Ansprüche, die hier anhängig sind, eingeschränkt wird.

Claims

System zum Beschichten einer optischen Glasfaser, umfassend eine durch Strahlung härtbare innere Primärbeschichtungszusammensetzung und eine durch Strahlung härtbare äußere Primärbeschichtungszusammensetzung, wobei: die durch Strahlung härtbare innere Primärbeschichtungszusammensetzung mindestens eine abstreifsteigernde Komponente umfaßt, wobei die innere Primärbeschichtungszusammensetzung nach Strahlungshärtung die Eigenschaftskombination aufweist: (a) eine Glasübergangstemperatur von unterhalb 0°C und (b) Haftung an Glas von mindestens 5 g/in, wenn bei 95% relativer Feuchtigkeit konditioniert, und wobei die äußere Primärbeschichtungszusammensetzung ein Oligomer mit mindestens einer funktionalen Gruppe, befähigt zur Polymerisation unter dem Einfluß von Strahlung, umfasst, wobei die äußere Primärbeschichtungszusammensetzung nach Strahlungshärtung einen Sekantenmodul von größer als 1.000 MPa bei 23°C aufweist.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein Kompositoligomer ist, umfassend: mindestens eine Glas-kuppelnde Einheit, mindestens eine Abstreifmitteleinheit, und mindestens eine durch Strahlung härtbare Einheit.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein lösliches Wachs und/oder ein festes Schmiermittel einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein durch Strahlung härtbares Silikonoligomer einschließt, umfassend: eine Silikonverbindung und mindestens eine durch Strahlung härtbare Einheit und/oder eine nicht durch Strahlung härtbare Silikonverbindung.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente eine fluorierte Komponente, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus (1) einem durch Strahlung härtbaren fluorierten Oligomer, (2) einem durch Strahlung härtbaren fluorierten Monomer und/oder (3) einer nicht durch Strahlung härtbaren fluorierten Verbindung, ist.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein durch Strahlung härtbares Oligomer, umfassend: mindestens eine terminale lineare Einheit, ist.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein im wesentlichen lineares, durch Strahlung härtbares Oligomer ist.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein Oligomer mit niedrigem Urethangehalt einschließt, welches in einer derartigen Menge vorliegt, daß die Urethankonzentration der in der inneren Primärbeschichtungszusammensetzung vorliegenden Urethangruppen etwa 3,5 Gew.-% oder weniger beträgt.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein polymeres Oligomer mit hohem Molekulargewicht ist, welches einen Polymerblock mit einem Molekulargewicht von mindestens etwa 3.000 umfaßt.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein hocharomatisches Oligomer und/oder Monomerverdünnungsmittel einschließt.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente eine Silikonverbindung ist, die mit mindestens einer durch Strahlung härtbaren funktionalen Gruppe terminiert ist.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente eine Silikonkomponente ist, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem durch Strahlung härtbaren Silikonoligomer, einem durch Strahlung härtbaren Silikonmonomer und einer durch Strahlung härtbaren Silikonverbindung und/oder einer nicht durch Strahlung härtbaren Silikonverbindung.
System nach Anspruch 1, wobei die abstreifsteigernde Komponente ein festes Schmiermittel ist.
System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die innere Primärbeschichtungszusammensetzung nach Härtung ein Rissbildungsfortschreiten von größer als 0,7 mm bei 90°C und eine Faser-Abziehreibung von weniger als 40 g/mm aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die innere Primärbeschichtungszusammensetzung nach Härtung eine Tg von weniger als –10°C aufweist und die äußere Primärbeschichtungszusammensetzung nach Härtung eine Tg von größer als 40°C aufweist.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die innere und äußere Primärbeschichtungszusammensetzungen jeweils ein durch Strahlung härtbares Urethanacrylatoligomer und mindestens ein Acrylatmonomer umfassen.
System nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die innere Primärbeschichtungszusammensetzung nach Härtung eine Tg von weniger als –10°C aufweist und die äußere Primärbeschichtungszusammensetzung nach Härtung einen Modul von größer als 950 MPa aufweist.
Beschichtete optische Glasfaser, beschichtet mit mindestens einer inneren Primärbeschichtung und einer äußeren Primärbeschichtung, wobei die innere Primärbeschichtung von einer Zusammensetzung abgeleitet ist, welche ein Oligomer mit mindestens einer funktionalen Gruppe, befähigt zur Polymerisation unter dem Einfluß von Strahlung, und mindestens einer funktionalen Gruppe, befähigt zur Polymerisation unter dem Einfluß von Strahlung, und mindestens eine abstreifsteigernde Komponente umfasst, wobei die innere Primärbeschichtung aufweist: (a) eine Glasübergangstemperatur von unterhalb 0°C und (b) Haftung an Glas von mindestens 5 g/in, wenn bei 95% relativer Feuchtigkeit konditioniert, und wobei die äußere Primärbeschichtung einen Sekantenmodul von größer als 1.000 MPa bei 23°C aufweist.
Band, umfassend: eine Vielzahl von beschichteten optischen Glasfasern, wobei mindestens eine Glasfaser mit mindestens einer inneren Primärbeschichtung und einer äußeren Primärbeschichtung und gegebenenfalls einer Tintenbeschichtung beschichtet ist, und ein Matrixmaterial, welches die Vielzahl von beschichteten optischen Glasfasern zusammenbindet, wobei: die innere Primärbeschichtung von einer Zusammensetzung abgeleitet ist, welche ein Oligomer mit mindestens einer funktionalen Gruppe, befähigt zur Polymerisation unter dem Einfluß von Strahlung, und mindestens eine abstreifsteigernde Komponente umfasst, wobei die innere Primärbeschichtung aufweist: (a) eine Glasübergangstemperatur von unterhalb 0°C und (b) Haftung an Glas von mindestens 5 g/in, wenn bei 95% relativer Feuchtigkeit konditioniert, und wobei die äußere Primärbeschichtungszusammensetzung ein Oligomer mit mindestens einer funktionalen Gruppe, befähigt zur Polymerisation unter dem Einfluß von Strahlung, umfasst, wobei die äußere primäre Beschichtungszusammensetzung nach Strahlungshärtung einen Sekantenmodul von größer als 1.000 MPa bei 23°C aufweist.