改進的用于光纖的低折射率涂層,其制造方法和包含其的制品的制作方法
【專利說明】改進的用于光纖的低折射率涂層，其制造方法和包含其的 制品
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本發(fā)明要求2013年10月16日提交的美國臨時申請?zhí)?1/891，556的優(yōu)先權，其 全部內容W引用方式并入本文。
【背景技術】
[0003] 本發(fā)明設及用于光纖的改進的低折射率涂層，其制造方法和包含其的制品。特別 地，本發(fā)明設及用于光纖的氣化低折射率涂層，其不包含具有S氣化碳原子（CF3)的長鏈分 子并且不含W下類型的氣化分子：
[0004] ? CF3(CF2)n_CH =邸2;
[000引? CFs仲2) "-C ( = 0) -X，其中X是任何化學部分；
[0006] . CFs仲2) m-CH2-X，其中X是任何化學部分；
[0007] 其中 n乂或 m〉6。
[000引 W前已經使用過全氣化聚離（PFP巧低聚物得到了用于光纖的氣化低折射率涂 層。原理實例為W商品名FLU0R0LINK?和FGMBLIN?由Solvay銷售并且具有W下通式 的己氧基化PFPE二醇的可UV固化的的衍生物；
[0009] X-CFa-O- (CF2-CF2-O) 0- (CF2O) ,-CF2-X
[0010] 其中X端基通常包含一個或多個-CH2橋連基團W及可W衍生（例如，W變成丙締 酸醋化的）的一個或多個醇（-OH)部分。該些PFPE-般具有相對高數(shù)均分子量（數(shù)量級 為1500-2600克/摩爾），通常用所述數(shù)均分子量進行杠桿作用W獲得"高"粘度并且使得 能夠希望地方便地使用常規(guī)高-壓力光纖涂層施涂器。希望地，PFPE固有地具有低折射率， 但是其使用具有某些缺點，該些缺點主要是PF陽本身柔軟并且可能希望硬度的情況下不 帶來硬度。PF陽衍生物，例如，PFPE(甲基）丙締酸醋或聚氨醋（甲基）丙締酸醋，相比于 不是聚離基的含氣碳材料顯示出低熱氧化穩(wěn)定性（固化后）。此外，PF陽低聚物相比于較 低分子量氣化單體可能更難W純化，并且一些證據(jù)表明親水性雜質造成濕環(huán)境中PF陽基 包覆層的性能不良。如本文所用的術語（甲基）丙締酸醋是指甲基丙締酸醋或丙締酸醋.
[0011] PFPE衍生物由于其高分子量，而特征在于顯著的多分散性；其分子量分布可能在 生產連續(xù)批次時難W控制和再現(xiàn)。多分散性可W進而導致不同批次間粘度和與其它涂層組 分的相容性的差異；該樣的差異可能降低使用PFPE基聚合物包覆層制備的纖維的一致性。
[0012] 其它商購的聚合物包覆層已依賴于該樣的化學組分，它的用途化學品管理機構禁 止或嚴格限制（即，具有與全氣化辛酸PF0AW及其前體和高級同系物禁止的結構）。已經 發(fā)現(xiàn)PF0A是生物持久性和生物積累性。盡管不是全部本發(fā)明的所有組分的生物持久性和 生物積累性都被證實，但是本發(fā)明目標在于不使用US EPA's Long-化ain化計luorinated Chemicals (PFAC) Action Plan (2009)描述的組分。
[0013] 因此希望使用環(huán)境友好涂層，其具有低折射率，較低的氧化降解敏感度，W及更一 致的特性（pro化ction profile)(目|3,歸因于生產條件變化的性質差別最小）。此外，希望 的使用具有適合的性質平衡的涂層，所述性質包括硬度（或模量）和折射率。
[0014] 綜述
[0015] 本文公開了組合物，其包含65-95wt%的氣化單官能單體；5-35wt%的氣化多官 能單體；和0. 5-3wt%的硅烷偶聯(lián)劑；其中所有的重量百分比都基于組合物總重量；其中氣 化單官能單體和氣化多官能單體在其具有6或更多個含氣碳重復單元時不含任何=官能 含氣碳部分；其中含氣碳重復單元是CF,或CF部分；并且其中經交聯(lián)的組合物具有56-85 的肖氏D硬度并且具有滿足式RI《1.368+10.8/X限制的折射率巧I)，其中X表示W納米 計的波長。
[0016] 本文也公開了方法，其包括將W下物質共混在一起；65-95wt%的氣化單官能單 體；5-35wt%的氣化多官能單體；0. 5-3wt%的硅烷偶聯(lián)劑，W形成組合物；其中所有重量 百分比都基于組合物總重量；其中氣化單官能單體和氣化多官能單體在y具有6或更多個 含氣碳重復單元時不含任何S官能含氣碳部分；其中含氣碳重復單元是CF,或CF部分；并 且其中經交聯(lián)的組合物具有56-85的肖氏D硬度并且具有滿足等式RI《1. 368+10. 8/X限 制的折射率巧I)，其中X表示W納米計的波長。
[0017] 本文也公開了包含光纖的制品；包含該樣的組合物的反應產物的包覆層，所述組 合物包含65-95wt%的氣化單官能單體；5-35wt%的氣化多官能單體；和0. 5-3wt%的硅烷 偶聯(lián)劑；其中所有重量百分比都基于組合物總重量；其中氣化單官能單體和氣化多官能單 體在y具有6或更多個含氣碳重復單元時不含任何=官能含氣碳部分；其中含氣碳重復單 元是CF2或CF部分；并且其中經交聯(lián)的組合物具有56-85的肖氏D硬度并且具有滿足等式 RI《1.368+10. 8/X限制的折射率巧I)，其中X表示W納米計的波長；其中包覆層接觸光 纖；和置于包覆層上的緩沖層。
【附圖說明】
[001引圖1 (A)是描述肖氏D硬度與就本發(fā)明組合物（樣品7和樣品8)和其它對比可商 購聚合物包覆層的而言的數(shù)值孔徑的關系的圖；除所標明的，參照于二氧化娃巧，數(shù)值孔徑 值由W下計算：在633nm下測定包覆層膜上的折射率（固化劑量14J/cm 2,非光纖基材）；W 沒有光纖基材的膜的形式測量肖氏D硬度；
[0019] 圖1做是描述特定本發(fā)明組合物（樣品蝴的圖，所述組合物顯示出比兩種其它 對比可商購的聚合物包覆層1-A和1-B(來自表4)具有更高的熱穩(wěn)定性；圖1B中的數(shù)據(jù)是 使用25%的重量損失的壽命標準產生的；
[0020] 圖2為顯示膜的動態(tài)彈性模量（未置于二氧化娃光纖上）的圖，其比較了可商購 的聚合物包覆層1-A和1-B(來自表4)和本發(fā)明組合物（樣品13);
[0021] 圖3為顯示膜的動態(tài)彈性模量（未置于二氧化娃光纖上）的圖，其比較了一些可 商購的聚合物包覆層（來自表4)和本發(fā)明組合物（樣品13);
[0022] 圖4為顯示了對于在經受溫度和濕度循環(huán)/FOTO-72并且在630納米的波長下測 量時的100-m纖維線圈而言的衰減變化與時間的關系的圖；
[002引圖5為顯示了對于在經受-65至Ij 125°C溫度的熱循環(huán)并且在630納米的波長下測 量時的100-m纖維線圈而言的衰減變化與時間的關系的圖；
[0024] 圖6為顯示了對于在150°C下老化1天之前和之后的松散100-m線圈而言的衰減 變化與波長的關系的圖。
[0025] 圖7是顯示了傳送在高功率激光福射時纖維故障與的彎曲半徑函數(shù)關系的圖。斷 裂時彎曲半徑越小表明強度越高；和
[0026] 圖8是比較了具有本發(fā)明包覆層的纖維和對比可商購纖維在熱水浸泡過程中在 850nm下衰減性能變化。纖維線圈長度為15米。
[0027] 詳細說明
[002引本文公開了用作光纖包覆層的改進的可固化聚合物組合物。組合物包含氣化單官 能和氣化多官能單體。固化的組合物顯示出獨特的性質組合，在于其組合了高硬度（和高 彈性模量）與低折射率（和高數(shù)值孔徑）。固化的組合物（有時也稱為經交聯(lián)的組合物或 涂層或包覆層）形成了光纖上的較低折射率涂層（在相比于其它可商購的對比包覆層時） 因此，為光纖（例如，具有二氧化娃巧的纖維）提供了高至約0.50的較高的數(shù)值孔徑（NA)， 同時保持了高硬度巧6-85的肖氏D)并且顯示了 23°C下大于300MPa的彈性模量。用于涂 覆光纖時組合物在經受熱老化和濕環(huán)境中的老化、熱循環(huán)、熱水浸泡，和在暴露于急彎中的 高功率時顯示出（優(yōu)于其它可商購的涂層的）環(huán)境耐受性的改進。
[0029] 在圖1(A)中描述的優(yōu)選實施方案中，在布置于光纖上時經交聯(lián)的組合物產生大 于0. 46,優(yōu)選大于0. 47,并且更優(yōu)選大于0. 48的數(shù)值孔徑，同時顯示出56-85,優(yōu)選60-80 和更優(yōu)選65-75的肖氏D硬度。
[0030] 此外，組合物的化學組分在技術上落在2009年12月30日公布的US EPA' S Long-Qiain 化;rfluorinated Qiemicals(PFCs)Action Plan 限定的 PFOA-相似品種類之 夕K該因為組合物即不包含S氣碳（-CF3)基團和/或具有排除在受限種類之外的分子鏈 長度。選擇組合物的組分W具有低酸度，W便最大