具有低杨氏模量和高撕裂强度的纤维涂层的制作方法
【专利说明】
[0001] 本申请依据35U.S.C. §119要求于2013年9月12日提交的美国临时申请系列号61/ 876918的优先权，本文W该申请的内容为基础并通过引用将其全文纳入本文。
技术领域
[0002] 本发明设及具有低杨氏模量和高撕裂强度的纤维涂层。更具体而言，本发明设及 低聚物，所述低聚物用于形成具有低杨氏模量和高撕裂强度的纤维涂层的可福射固化的涂 层组合物中。
[0003] 发明背景
[0004] 光纤中的透光性很大程度取决于施用于纤维上的涂层的性质。涂层通常包括一次 涂层和二次涂层，二次涂层包围一次涂层，且一次涂层与纤维的玻璃波导(忍体+包层)部分 接触。二次涂层是比一次涂层更硬(杨氏模量更高）的材料，且设计用来保护玻璃波导免于 由在纤维的处理和加工过程中产生的磨损或外力所导致的损坏。一次涂层是更软(低杨氏 模量)的材料，且设计用来缓冲或消散由施加于二次涂层的外表面的力所产生的应力。一次 层内的应力消散减弱了应力并将到达玻璃波导的应力降至最低。一次涂层在消散当纤维弯 曲时产生的应力方面尤为重要。需要将传递至纤维上玻璃波导处的弯曲应力降至最低，因 为弯曲应力会使玻璃波导的折射率曲线产生局部扰动。折射率的局部扰动会导致在波导中 传输的光线的强度损失。通过消散应力，一次涂层将由弯曲引发的强度损失降至最低。
[0005] 为了将弯曲损失降至最低，需要开发杨氏模量更低的一次涂层材料。杨氏模量低 于IMPa的涂层材料是优选的。然而，随着一次涂层的杨氏模量的降低，一次涂层更容易在纤 维制造过程或纤维安装或部署过程中损坏。在纤维涂层工艺或纤维处理和成形的后续制造 工艺（例如剥皮、布线和连接操作）中产生的热应力和机械应力会导致一次涂层中形成缺 陷。随着一次涂层材料的杨氏模量的减小，一次涂层中的缺陷形成问题也越加严重。需要一 种具有低杨氏模量且能够耐受在纤维的制造和处理过程中由应力引发的缺陷形成的一次 涂层材料。
[0006] 发明概述
[0007] 本发明提供用于形成纤维一次涂层的低聚材料。该一次涂层的特征在于具有低杨 氏模量和高撕裂强度。该一次涂层提供良好的微弯曲性能且能够耐受纤维涂层工艺和处理 操作过程中的缺陷形成。
[000引该低聚材料包含聚酸氨基甲酸醋丙締酸醋化合物和二加成化合物。聚酸氨基甲酸
酯丙締而会耐3从会必TI目.右"了 A革才.
[0009]
[0010]
[0011]
[0012] 其中；
[0013] 化、化和R3独立地选自直链烷基、支链烷基或环烷基；
[0014] y为1、2、3或 4;
[0015] X在40~100之间；且
[0016] 二加成化合物W至少2.35重量％的量存在。
[0017] 低聚材料可包含具有W下分子式的聚酸氨基甲酸醋丙締酸醋化合物：
[0018：
[0019：
[0020：
[0021：
[0022：
[0023：
[0024：
[0025：
[002少
[0027：
[002引 y为1;
[0029] X在50~80之间；且
[0030] 二加成化合物W至少2.35重量％的量存在。
[0031] 该低聚材料的制造方法包括：
[0032] 使二异氯酸醋化合物与径基丙締酸醋化合物和多元醇化合物反应；
[0033] 其中，二异氯酸醋化合物、径基丙締酸醋化合物和多元醇化合物分别Wn:m:p的摩 尔比存在，其中，n为3.0或更大，
[0034] m在n_l~化-4之间，且P为2。
[0035] 该低聚材料的制造方法包括：
[0036] 使二异氯酸醋化合物与多元醇化合物反应；
[0037] 向由二异氯酸醋化合物与多元醇化合物反应形成的产物中添加径基丙締酸醋化 合物；
[0038] 其中，二异氯酸醋化合物、径基丙締酸醋化合物和多元醇化合物分别Wn:m:p的摩 尔比存在，其中，n为3.0或更大，
[0039] m在n-1~化-4之间，且P为2。
[0040] 该低聚物的制造方法可包括：
[0045]
[0041 ]使二异氯酸醋化合物与径基丙締酸醋化合物和多元醇化合物反应；[0042] 且由.^見氧敞鹏化会物1具有^下分子式；[0043][0044] 径基丙締酸醋化合物具有W下分子式：
[0046]
[0047]
[0048] 組 合物：
[0049]
[(K)加 ]
[0化1 ]
[0052] 其中；
[0053] 化、化和R3独立地选自直链烷基、支链烷基或环烷基；
[0化4] y为1、2、3或 4;
[0化5] X在40~100之间；且
[0化6]二加成化合物W至少2.35重量％的量存在;且
[0057]其中，所述二异氯酸醋化合物、径基丙締酸醋化合物和多元醇化合物分别Wn:m:p 的摩尔比提供，其中n为3.0或更大，m在n-1~化-4之间，且P为2。
[005引该低聚物的制造方法可包括：
[0059] Wn:n-1: 2的摩尔比使二异氯酸醋化合物与径基丙締酸醋化合物和多元醇化合物 反应，所述反应提供了产物组合物；W及
[0060] 向该产物组合物中添加补充的径基丙締酸醋化合物，所添加的所述补充的径基丙 締酸醋化合物的量足够消灭基本上所有的存在于产物组合物中的异氯酸醋基。
[0061 ]本发明还包括纤维涂层组合物，其包含：
[0062] -种或多种具有可福射固化基团的单体；
[0063] -种或多种光引发剂;和
[0064] 低聚材料，该低聚材料包含聚酸氨基甲酸醋丙締酸醋化合物和二加成化合物，聚 酸氨基甲酸醋丙締酸醋化合物具有W下分子式：
[00 化]
[0066]二加成化合物具有W下分子式：
[0067]
[006引 其中；
[0069] 化、化和R3独立地选自直链烷基、支链烷基或环烷基；
[0070] y为1、2、3或 4;且
[0071] X在40~100之间；且
[0072] 二加成化合物W至少2.35重量％的量存在。
[0073] 本发明还包括纤维涂层组合物，其包含：
[0074] -种或多种具有可福射固化基团的单体；
[0075] -种或多种光引发剂;和
[0076] 低聚材料，该低聚材料包含聚酸氨基甲酸醋丙締酸醋化合物和二加成化合物，该 聚酸氨基甲酸酷丙締酸酷化合物具有W下分子式：
[0077]
[007引
[0079]
[0080] 其中：[0081 ]化是4,4'-亚甲基二（环己基)基：
[0082]
[0083]
[0084]
[0085]
[0086]
[0087] y为1;
[0088] X在50~80之间；且
[0089] 二加成化合物W至少2.35重量％的量存在。
[0090] 本发明包括涂层组合物的固化产品，所述涂层组合物包含：
[0091] -种或多种具有可福射固化基团的单体；
[0092] -种低聚材料，其包含：
[0093] 具有W下分子式的聚酸氨基甲酸醋丙締酸醋化合物：
[0094]
[00951 巧且巧W下4^早古的^加册化会物.
[0096
[0097] 其中；
[0098] 化、化和R3独立地选自直链烷基、支链烷基或环烷基；
[0099] y为1、2、3或 4;
[0100] X在40~100之间；且
[0101] 所述二加成化合物W至少2.35重量％的量存在；
[0102] W及光引发剂。
[0103] 本发明还包括由本文所述的低聚材料或涂层组合物形成的纤维涂层。该纤维涂层 的特征在于具有低杨氏模量和高撕裂强度。由包含本发明的低聚材料的涂层组合物制得的 涂层在配置成膜时的杨氏模量可小于0.8M化，进一步优选小于0.7M化，进一步优选小于 0.6MPa。由该低聚物形成的涂层的撕裂强度可大于17.5J/V，进一步优选大于20J/V，进一 步优选大于26J/m 2。涂层可同时具有小于IMPa的杨氏模量和至少15J/m2的撕裂强度、或小于 0. SMPa的杨氏模量和至少17.5J/m2的撕裂强度、或小于0. SMPa的杨氏模量和至少20J/m2的 撕裂强度、或小于0.SMPa的杨氏模量和至少22.5J/m 2的撕裂强度、或小于0.SMPa的杨氏模 量和至少24J/V的撕裂强度、或小于0.8M化的杨氏模量和至少26J/m 2的撕裂强度、或小于 0.6MPa的杨氏模量和至少17.5J/m2的撕裂强度、或小于0.6MPa的杨氏模量和至少20J/m 2的 撕裂强度、或小于〇.6MPa的杨氏模量和至少22.5J/m2的撕裂强度、或小于0.6MPa的杨氏模 量和至少24J/V的撕裂强度、或小于0.6M化的杨氏模量和至少26J/m 2的撕裂强度、或小于 0.5MPa的杨氏模量和至少15J/m2的撕裂强度、或小于0.5MPa的杨氏模量和至少17.5J/m 2的 撕裂强度、或小于〇.5MPa的杨氏模量和至少20J/m2的撕裂强度。
[0104] 本发明还包括涂覆有涂层的光纤，所述涂层由纤维涂层组合物形成，所述纤维涂 层组合物由低聚材料制得，该光纤包括玻璃波导、包围该玻璃波导的涂层，其中，该纤维能 够承受200kpsi及更大的筛选而不在涂层中形成缺陷。
[0105] 本发明还包括涂覆有涂层的光纤，所述涂层由纤维涂层组合物形成，所述纤维涂 层组合物由低聚材料制得，该光纤包括玻璃波导、包围该玻璃波导的涂层，其中，该纤维能 够承受至少IOOkpsi的多次筛选而不在涂层中形成缺陷。
[0106] 在W下的详细描述中给出了本发明的其他特征和优点，其中的部分特征和优点对 本领域的技术人员而言是容易理解的，或通过实施文字描述和其权利要求书W及附图中所 述实施方式而被认识。
[0107] 应理解，上面的一般性描述和下面的详细描述都仅仅是示例性的，用来提供理解 权利要求书的性质和特点的总体评述或框架。
[0108] 所附附图提供了对本发明的进一步理解，附图被结合在本说明书中并构成说明书 的一部分。附图是对本发明的所选方面的例示，其与说明书一起对本发明所包含的方法的 原理和操作、产品W及组成进行解释。
[0109] 附图的简要说明
[0110] 图1是PPG4000的第一种变化形式(Voranol 220~028)的质谱图。
[0111] 图2是PPG4000的第二种变化形式(聚乙二醇P4000)的质谱图。
[0112] 图3是PPG4000的第S种变化形式(奥德里奇)的质谱图。
[0113] 图4是显示涂层组合物的杨氏模量与H12MDI的摩尔比n的关系图。用于涂层组合物 中的低聚材料中所包含的HEA与PPG4000的摩尔比分别为n-1和2。向低聚材料中添加补充的 HEAW消灭残余的异氯酸醋基。
[0114] 图5是显示涂层组合物中撕裂强度与H12MDI的摩尔比n的关系图。用于涂层组合物 中的低聚材料中所包含的HEA与PPG4000的摩尔比分别为n-1和2。向低聚材料中添加补充的 HEAW消灭残余的异氯酸醋基。
[011引发明详述
[0116] 本发明提供了一次涂层，其具有低杨氏模量和对于在纤维制造和处理过程中的缺 陷形成的高耐受性。本发明证明了一次涂层对缺陷形成的耐受性与该涂层的撕裂强度有 关。因此，本发明提供了纤维涂层组合物和形成纤维涂层的纤维组合物的成分，该纤维涂层 的特征在于杨氏模量和对于缺陷形成的高耐受性。
[0117] 本发明提供了用于可福射固化的涂层组合物的低聚材料。该低聚材料可W是可福 射固化的且可具有线性分子结构。该低聚材料可由二异氯酸醋化合物与多元醇化合物的反 应形成。该反应可