專利名稱：用于通過逐次聚合制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過逐次紫外光(UV)聚合制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置和方法。更具體地，本發(fā)明涉及用于制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置和使用該裝置制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法，該裝置包括1)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器(cavity-preventing type rotary reactor)、2)驅(qū)動部件、3)用于將旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器固定在驅(qū)動部件上的固定裝置、4)UV阻擋壁(blocking wall)和5)加壓部件，其中改進包括沿旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的徑向可移動的傳送器和紫外光聚焦光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)配備有紫外燈并安裝在傳送器上。
背景技術(shù)：
根據(jù)光學信號的傳輸模式，用于電信領(lǐng)域的光學纖維通常劃分為單模纖維和多模纖維。目前用于長距離高速通訊的光學纖維大部分是基于石英玻璃的階躍折射率(step-index)單模光學纖維。這些光學纖維的直徑小至5微米～10微米，結(jié)果在獲得適當?shù)膶?alignment)和連接方面，這些玻璃光學纖維面對嚴重的挑戰(zhàn)。因此，這些玻璃光學纖維伴隨有與獲得適當?shù)膶屎瓦B接相關(guān)的高成本?；蛘?，直徑大于單模光學纖維直徑的多模玻璃光學纖維可以用于短距離通訊，例如在局域網(wǎng)(LANs)中應(yīng)用。然而，除了易碎外，這些多模玻璃光學纖維還有與獲得適當?shù)膶屎瓦B接相關(guān)的高成本問題，因此不能廣泛使用。由此，這些多模玻璃光學纖維主要用于高達200米的短距離通訊應(yīng)用中，例如在使用金屬電纜(如雙扭線或同軸電纜)的LANs中。然而，由于金屬電纜的數(shù)據(jù)傳輸量或帶寬低至約150Mbps，且不能達到625Mbps的傳輸速度，因此它不能滿足傳輸量的未來標準，該傳輸速度是2000年根據(jù)異步傳輸模式(ATM)的標準。為了解決這些問題，在過去10年工業(yè)上已經(jīng)投入了大量研究和資金來開發(fā)塑料光學纖維，該纖維可以用于短距離通訊應(yīng)用如LANs中。由于塑料光學纖維的直徑可以大至0.5～1.0mm，該直徑為玻璃光學纖維直徑的100或更多倍，因此由于其柔韌性，它與塑料光學纖維更容易對準和連接。此外，由于聚合物類連接器可以通過壓塑制備，因此這些連接器可以用于對準和連接，從而成本降低。
另一方面，塑料光學纖維可以具有階躍折射率(step-index)(SI)結(jié)構(gòu)或者漸變折射率(graded-index)(GI)結(jié)構(gòu)，前者折射率在徑向分段變化，后者折射率在徑向逐漸變化。但是，由于具有SI結(jié)構(gòu)的塑料光學纖維具有高的模色散(modal dispersion)，信號傳輸量(或帶寬)不能大于電纜的傳輸量。相反，由于具有GI結(jié)構(gòu)的塑料光學纖維具有低的模色散，其可以具有大的傳輸量。因此，已知GI塑料光學纖維足以用作短距離高速通訊的通訊介質(zhì)，這是因為其較大的直徑和低的模色散帶來的大數(shù)據(jù)傳輸量導(dǎo)致成本下降。
Keio大學的日本教授Koike Y.等人于1988[參見Koike，Y.等人，Applied Optics，Vol.27，486(1988)]年首次報道了通過光共聚利用反應(yīng)性差異(Y.Ohtsuka等人，Applied Optics vol.23，1779(1984))和通過界面凝膠聚合利用由摩爾體積產(chǎn)生的擴散差異制備GI塑料光學纖維的常規(guī)方法。之后，美國專利5,253,323(Nippon Petrochemicals Co.)、美國專利5,382,448(NipponPetrochemicals Co.)、Yasuhiro Koike和Ryo Nihei的美國專利5,593,621、WO92/03750(Nippon Petrochemicals Co)、WO92/03751(Nippon PetrochemicalsCo.)、日本專利申請?zhí)亻_平3-78706(Mitsubishi Rayon Co.，Ltd.)和日本專利公開4-86603(Toray Ind.)披露了其它相關(guān)技術(shù)。在這些現(xiàn)有專利性文獻中披露的方法主要劃分為如下兩種方法。
第一種方法是間歇法，其中制備了初級圓柱模塑產(chǎn)物(preliminarycylindrical molding product)，即其中折射率在徑向變化的預(yù)制品，然后加熱所得預(yù)制品，并拉伸以制備GI塑料光學纖維。
第二種方法是連續(xù)法，其中通過擠出工藝制備塑料纖維，然后提取含在纖維中的低分子量物質(zhì)，或反之在徑向引入以獲得GI塑料光學纖維。
已知第一種方法涉及Koike教授提出的間歇法，該方法能夠成功地制備數(shù)據(jù)傳輸量為2.5Gbps的GI塑料光學纖維，而第二種方法也可以成功地制備相對較大的數(shù)據(jù)傳輸量的塑料光學纖維。
然而，這些方法受限于制備中涉及的化學組分的折射率和競聚率(reactivity ratio)或受限于折射率和摩爾體積。此外，當將這些方法應(yīng)用于制備大直徑的預(yù)制品時，它們的缺點是預(yù)制品的均一性和光學性能劣化。
正如WO 97/29903(美國專利6,166,107)證所披露的，Van Duijnhoven和Bastiaansen報道了另一種制備GI預(yù)制品的方法，該方法使用高達約20,000rpm的極高轉(zhuǎn)速。該方法不同于以下文獻披露的常規(guī)方法并利用以下原理，所述文獻例如，“Review of Polymer Optical Fibres”，Emslie，C.，Journalof Materials Science，23(1988)，2281-2293頁；WO 92/10357、DE-C1-42 14 259和WO 87/01071；所述原理如果在非常強的離心力場中聚合具有不同的密度和折射率的的單體的混合物或聚合物溶解的單體，由于密度梯度產(chǎn)生濃度梯度，由此產(chǎn)生折射率梯度。然而，由于具有較高密度的聚合物的折射率比具有較低密度的單體的折射率低，該方法受到單體選擇的限制。此外，前述方法都沒有提及任何涉及在(自由基)鏈聚合期間，由體積收縮引起的不可避免的問題，該問題在GI預(yù)制品的制備中是常見的。由于在聚合單體(以制備聚合物)時發(fā)生體積收縮，在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)下制備的塑料光學纖維的預(yù)制品是中空的或在其中心是空的，而形成管狀，稱為空腔。因此必須用其它單體填充該空腔以便制備無空腔的預(yù)制品。由此，在制備時間方面，上述方法對于使用旋轉(zhuǎn)工藝制備預(yù)制品的常規(guī)方法沒有任何優(yōu)勢。此外，根據(jù)該方法，當制備纖維，同時填充體積收縮的預(yù)制品的空腔時，其表現(xiàn)出離散的折射率分布，引起傳輸量和光量的下降。因此，在其實際應(yīng)用中該纖維受到限制。
此外，在填充空腔的過程中，所得預(yù)制品由于與微量灰塵、空氣或濕氣接觸會品質(zhì)劣化。并且，為了防止這種接觸，需要額外的設(shè)備和費用。上述常規(guī)方法的缺點在于僅僅能夠在特殊條件(包括摩爾體積、反應(yīng)率和折射率差異)下制備漸變折射率塑料光學纖維的預(yù)制品。
韓國專利0430389、日本專利公開2003-114342、中國專利公開1397418、EP 1277555和美國專利公開2003-30159披露了防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器和使用該旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法。根據(jù)這些專利文獻，通過基于聚合物的聚合度，控制單體的組成和旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速，制備在徑向和縱向上具有可控折射率梯度的塑料光學纖維的預(yù)制品。

發(fā)明內(nèi)容
因此，考慮到現(xiàn)有技術(shù)方法的上述問題完成了本發(fā)明，并且本發(fā)明的特征在于提供一種用于制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置，其中在常規(guī)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的上方設(shè)置了可傳送的紫外光聚焦光學系統(tǒng)，使得能夠通過僅僅從旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的外圍表面(peripheral surface)到主要反應(yīng)部分中心的狹窄區(qū)域相繼照射紫外光，逐次進行UV聚合反應(yīng)。
本發(fā)明的另一特征是提供用于使用上述裝置制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種用于制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置，包括1)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，該旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器包括具有反應(yīng)物入口的引入部分，通過該反應(yīng)物入口將反應(yīng)物引入到整個反應(yīng)器中；布置在阻擋壁中心的反應(yīng)部分，該反應(yīng)部分通過阻擋壁與引入部分相鄰，并具有通過其將反應(yīng)部分與引入部分相連的流路；以及用于將引入部分與反應(yīng)部分相連的一個或多個流路；2)驅(qū)動部件；3)固定裝置；4)UV阻擋壁；和5)加壓部件，其中改進包括配備有紫外燈的紫外光聚焦光學系統(tǒng)和用于沿旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的徑向轉(zhuǎn)移紫外光聚焦光學系統(tǒng)的傳送器，并且該紫外光聚焦光學系統(tǒng)設(shè)置在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的上方。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種使用上述裝置制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供通過上述方法制備的塑料光學纖維的預(yù)制品。


從下面結(jié)合附圖的詳細描述中，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其它目的、特征和其它優(yōu)勢，附圖中；圖1為顯示常規(guī)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的透視圖；圖2為顯示防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的透視圖，該反應(yīng)器配備有紫外光聚焦光學系統(tǒng)；圖3a、3b和3c為根據(jù)本發(fā)明制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法，沿防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的徑向基于各個步驟產(chǎn)生的折射率梯度的狀態(tài)示意圖；圖4為在本發(fā)明的實施例1和2中制備的GI-POF，沿GI-POF縱向的光損失變化圖；和圖5為通過在本發(fā)明的實施例2中制備的漸變折射率塑料光學纖維的預(yù)制品的脈沖展寬(pulse broadening)數(shù)據(jù)確定的傳輸速度數(shù)據(jù)圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖更詳細地描述本發(fā)明。
本發(fā)明的制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置的特征在于使用紫外光聚焦光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠基于制備塑料光學纖維的預(yù)制品的常規(guī)方法的原理，進行逐次聚合反應(yīng)。
本發(fā)明提供用于制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置，包括防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，該旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器包括(1)具有反應(yīng)物入口的引入部分，通過將該入口反應(yīng)物引入到整個反應(yīng)器中，(2)布置在阻擋壁中心的反應(yīng)部分，該反應(yīng)部分通過阻擋壁與引入部分相鄰并具有流路，通過該流路反應(yīng)部分與引入部分相連，和(3)用于將引入部分與反應(yīng)部分相連的一個或多個流路，這些流路介于反應(yīng)部分的流路和引入部分的反應(yīng)物入口之間，其中該裝置還包括(4)紫外光聚焦光學系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括布置在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器上方的紫外燈、紫外燈上方的拋物柱面反射鏡和紫外燈下方的平凸透鏡，該透鏡用于將從紫外燈發(fā)射的紫外光聚焦到反應(yīng)部分，和(5)用于沿旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的徑向轉(zhuǎn)移紫外光聚焦光學系統(tǒng)的傳送器。使用所建議的裝置促進了各個成分的UV聚合。
也就是說，本發(fā)明的制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置包括防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器；驅(qū)動部件，該部件包括用于轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的電動機和rpm(每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù))控制器；用于將旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器固定在驅(qū)動部件上的固定裝置；用于防止紫外光照射到引入部分的UV阻擋壁；和用于加壓旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的加壓部件，該加壓部件包括閥門、量規(guī)(gauge)和管路。
圖1顯示了用于本發(fā)明的防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的一個實施方式。反應(yīng)器是圓柱式的并劃分為引入部分10和反應(yīng)部分20。引入部分10具有反應(yīng)物入口11，通過該入口反應(yīng)物輸入到整個反應(yīng)器中。反應(yīng)部分20具有流路21，通過該流路反應(yīng)物從引入部分10流入反應(yīng)部分20。在引入部分10的反應(yīng)物入口11和反應(yīng)部分20的流路21之間存在阻擋壁32和防空腔結(jié)構(gòu)30。該阻擋壁32和防空腔結(jié)構(gòu)30防止在反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)時，在反應(yīng)物入口11產(chǎn)生的空腔擴展到反應(yīng)部分20。防空腔結(jié)構(gòu)30具有一個或多個流路31，通過該流路反應(yīng)物從引入部分10流入反應(yīng)部分20，而空腔本身不能從引入部分擴展到反應(yīng)部分。
圖2為顯示配備有紫外光聚焦光學系統(tǒng)的防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的透視圖。具體地，紫外光聚焦光學系統(tǒng)41布置在防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器44的頂部。將傳送器43安裝在紫外光聚焦光學系統(tǒng)41上，以使光學系統(tǒng)41能夠在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器44的頂部沿旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器44的徑向自由移動。為了選擇性地控制溫度，可以獨立地安裝控溫部件，其包括引入由加熱管線加熱的熱空氣的空氣入口42a、絕熱系統(tǒng)、空氣出口42b和控制反應(yīng)器內(nèi)部溫度的溫度控制器42。
圖3a～3c為使用防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器制備塑料光學纖維的預(yù)制品時，本發(fā)明的裝置的操作原理圖。如圖3a所示，紫外光聚焦光學系統(tǒng)基本包括紫外燈51和任選安裝在紫外燈上方的拋物柱面反射鏡52或安裝在紫外燈下方的平凸透鏡53，該平凸透鏡53用于將從紫外燈51發(fā)射的紫外光聚焦到反應(yīng)部分。紫外光聚焦光學系統(tǒng)布置在沿防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的徑向可移動的傳送器54的上方，以使紫外光可以隨著傳送器的移動照射到反應(yīng)部分。
當轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器時，從引入部分的未占據(jù)空間產(chǎn)生空腔。然而，由于防空腔結(jié)構(gòu)該空腔不擴展到反應(yīng)部分。在反應(yīng)器的連續(xù)旋轉(zhuǎn)下，隨著反應(yīng)部分中反應(yīng)物的聚合，發(fā)生體積收縮。與收縮的體積一樣多，反應(yīng)物從引入部分流入反應(yīng)部分。結(jié)果，引入部分的空腔變得更大，而在反應(yīng)部分中沒有形成空腔。
另一方面，在通過改變引入部分10的組成61和反應(yīng)部分20的組成62，使引入部分10的折射率高于反應(yīng)部分20的折射率的狀態(tài)下，當從安裝在傳送器上的紫外光聚焦光學系統(tǒng)發(fā)射的紫外光65僅僅照射到部分63時，聚合該部分63，從而由于引入部分的組成差異導(dǎo)致折射率增加。此時，由于引入部分因UV阻擋壁64的原故沒有被照射，因此僅僅在反應(yīng)部分中發(fā)生聚合。如圖3b和3c所示，隨著紫外光聚焦光學系統(tǒng)繼續(xù)朝旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的中心方向引動以進行聚合，折射率向中心方向改變。由于被紫外光聚焦光學系統(tǒng)發(fā)射的紫外光聚合的部分限制在待制備的預(yù)制品的縱向，因此預(yù)制品在縱向顯示了均一的折射率分布。
大體上，由于防空腔結(jié)構(gòu)，反應(yīng)部分中的體積收縮沒有引起空腔，但是由于在徑向混合過程中產(chǎn)生的熱可能出現(xiàn)單體的揮發(fā)。當出現(xiàn)揮發(fā)時，揮發(fā)單體的空腔可在旋轉(zhuǎn)過程中在反應(yīng)部分形成空腔。如上所述，對引入部分加壓抑制了空腔的形成，并且改變旋轉(zhuǎn)角度和速度可使得空腔向引入部分移動，這在制備無空腔預(yù)制品中是有利的。優(yōu)選本發(fā)明的裝置還可包括角度控制部件，用于將防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的位置設(shè)定為所需的角度，優(yōu)選該角度相對于重力方向為0°～90°。
如圖2所示，當本發(fā)明的裝置還包括具有空氣入口和空氣出口的加熱部件時，產(chǎn)生的熱量最小化并且易于控制反應(yīng)速度。由此，圖3所示的裝置適用于制備塑料光學纖維的大直徑預(yù)制品。
下面，將詳細描述使用本發(fā)明的裝置有效制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法。
本發(fā)明的方法包括以下步驟(1)用含有至少一種單體、光聚合引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑的第一組分填充防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的反應(yīng)部分；(2)將組成與第一組分不同的第二組分導(dǎo)入防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的引入部分的一部分中，并用惰性氣體加壓及充滿引入部分的其它部分；和(3)在防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)下光聚合反應(yīng)物，同時將紫外光聚焦光學系統(tǒng)移向旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的中心。
如果需要的話，可以在步驟(1)中，在用第一組分填充反應(yīng)部分前，在反應(yīng)部分中形成具有固定折射率的包層(clad)。
此外，通過在步驟(2)將混合物導(dǎo)入引入部分，可以制備折射率梯度向中心增加的聚合材料，該混合物的折射率高于在步驟(1)填充到反應(yīng)部分的第一組分的折射率。特別是該方法可以有效地應(yīng)用于制備聚合的光學纖維的預(yù)制品，該光學纖維具有漸變折射率分布。
為了在步驟(3)獲得聚合材料的各種折射率梯度，可以對反應(yīng)器的轉(zhuǎn)速進行各種變化。例如，轉(zhuǎn)速的各種變化可以是在高速或低速旋轉(zhuǎn)和停止下的簡單重復(fù)，正弦函數(shù)，或周期、相位和/或振幅變化的函數(shù)。此外，通過在步驟(3)調(diào)節(jié)紫外光聚焦光學系統(tǒng)的聚焦面積和傳送速度，可以制備具有各種折射率梯度的聚合材料。
另一方面，可以將選自在步驟1和2中分別填充到反應(yīng)部分和引入部分的第一和第二組分中的至少一種組分預(yù)先聚合以制備預(yù)聚物，并且可以全部或部分使用該預(yù)聚物。對本發(fā)明的方法的各種改變都是可行的。例如，可以加入另一種物質(zhì)以獲得所需的聚合材料，盡管它不參與第一和第二組分之間的反應(yīng)，其中該另一種物質(zhì)與由第一和第二組分制備的共聚物具有良好的相容性，并且與第一和第二組分的折射率不同。優(yōu)選的預(yù)聚物包括由選自下面的至少一種化合物聚合而獲得的那些預(yù)聚物甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸1-甲基環(huán)己酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸氯芐酯、甲基丙烯酸1-苯乙酯、甲基丙烯酸1，2-二苯基乙酯、甲基丙烯酸二苯基甲酯、甲基丙烯酸糠基酯、甲基丙烯酸1-苯基環(huán)己基酯、甲基丙烯酸五氯代苯酯、甲基丙烯酸五溴代苯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯(TFEMA)、甲基丙烯酸2，2，3，3，3-五氟丙酯(PFPMA)、甲基丙烯酸1，1，1，3，3，3-六氟異丙酯(HFIPMA)、和甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，4-七氟丁酯(HFBMA)。具有與第一和第二組分不同的折射率、并且不參與第一和第二組分間的反應(yīng)的物質(zhì)，其實例包括磷酸三苯酯、二苯基硫、二苯基亞砜(diphenyl sulfoixde)、苯甲酸芐酯和和聯(lián)二亞苯(diphenylene)。
具有不同折射率的至少兩種單體可以用作第一和第二組分，以制備塑料光學纖維的預(yù)制品，并且該至少兩種單體選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸1-甲基環(huán)己酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸氯芐酯、甲基丙烯酸1-苯基乙酯、甲基丙烯酸1，2-二苯基乙酯、甲基丙烯酸二苯基甲酯、甲基丙烯酸糠基酯、甲基丙烯酸1-苯基環(huán)己基酯、甲基丙烯酸五氯代苯酯、甲基丙烯酸五溴代苯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯(TFEMA)、甲基丙烯酸2，2，3，3，3-五氟丙酯(PFPMA)、甲基丙烯酸1，1，1，3，3，3-六氟異丙酯(HFIPMA)和甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，4-七氟丁酯(HFBMA)，但是并不限于此。
如果需要的話，在本發(fā)明的方法中預(yù)先形成包層時，加入熱聚合引發(fā)劑以聚合這些單體。熱聚合引發(fā)劑的實例包括但不限于2，2’-偶氮二異丁腈、1，1’-偶氮雙(環(huán)己烷腈(cyclohexanecarbonitrile))、2，2’-偶氮雙(2，4-二甲基戊腈)、2，2’-偶氮雙(甲基丁腈)、二叔丁基過氧化物、過氧化月桂酰、過氧化苯甲酰、叔丁基過氧化物、偶氮叔丁烷、偶氮雙異丙基、偶氮正丁烷等。
在本發(fā)明的方法中用于聚合單體的光聚合引發(fā)劑為選自以下的至少一種物質(zhì)，但不限于4-(對甲苯基硫)二苯甲酮、4，4’-二(二甲基氨基)二苯甲酮和2-甲基-4’-(甲基硫)-2-嗎啉基-苯丙酮。加入到單體混合物中的鏈轉(zhuǎn)移劑是選自以下的至少一種物質(zhì)正丁基硫醇、月桂基硫醇和十二烷基硫醇(dodesyl mercaptan)，但不限于此。
通過本發(fā)明的方法制備的塑料光學纖維的預(yù)制品可以進行熱拉伸以將其轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂兴柚睆降臐u變折射率塑料光學纖維(GI-POF)，或者可以加工以具有較厚的繩股形(strand form)，該預(yù)制品可以應(yīng)用于折射率分布透鏡和用于圖像傳輸?shù)膱D像引導(dǎo)(image guide)。
現(xiàn)在將參考下面的實施例更詳細地描述本發(fā)明。然而，這些實施例是為了解釋的目的而給出的，不解釋為限制本發(fā)明的范圍。
實施例1將2，2’-偶氮二異丁腈(作為熱聚合引發(fā)劑)和正丁基硫醇(作為鏈轉(zhuǎn)移劑)在100mol％甲基丙烯酸甲酯(MMA)中的反應(yīng)溶液裝入防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的反應(yīng)部分20。在75℃下聚合該反應(yīng)溶液24小時，同時以2,000rpm轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，以形成聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)包層。之后，將反應(yīng)溶液裝入主要反應(yīng)部分，該反應(yīng)溶液由甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸芐酯(MMA/BzMA＝95/5mol/mol％)混合物、UV引發(fā)劑(Irgacure 184)和正丁基硫醇組成，將甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸芐酯(MMA/BzMA＝80/20mol/mol％)的混合物裝入引入部分10，然后將引入部分10在氮氣氣氛下加壓至3巴。以2,000rpm的轉(zhuǎn)速，在75℃下進行聚合，同時以0.5毫米/30分鐘的速度將紫外光聚焦光學系統(tǒng)從包層傳送到中心部分，以制備具有漸變折射率的預(yù)制品。當由截斷法(cut back method)(圖4)測量時，所得塑料光學纖維的光損失為約180dB/km。如從圖5可以看出的，該塑料光學纖維沿其縱向顯示了均一的光損失。
實施例2將2，2’-偶氮二異丁腈和正丁基硫醇在MMA/TFPMA(80/20mol/mol％)中的反應(yīng)溶液裝入主要反應(yīng)部分20。在75℃下聚合該反應(yīng)溶液24小時，同時以2,000rpm轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，以形成聚甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸三氟丙酯包層。之后，將反應(yīng)溶液裝入主要反應(yīng)部分，該反應(yīng)溶液由甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸三氟丙酯(MMA/TFPMA)(80/20mol/mol％)混合物、UV引發(fā)劑(Irgacure 184)和正丁基硫醇組成，將甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸三氟丙酯(MMA/TFPMA)(95/5mol/mol％)的混合物裝入引入部分10，然后將引入部分10在氮氣氣氛下加壓至3巴。以2,000rpm的轉(zhuǎn)速，在75℃進行聚合，同時以0.5毫米/30分鐘的速度將紫外光聚焦光學系統(tǒng)從包層傳送到中心部分，以制備具有漸變折射率的預(yù)制品。當由截斷法(圖3)測量時，所得塑料光學纖維的光損失為約170dB/km。如圖5所示，塑料光學纖維沿其縱向顯示了均一的光損失。當通過脈沖展寬試驗測量時，使用該預(yù)制品制備的GI-POF(POF)的傳輸速度為3.1Gbps@50m。
從上面的描述很明顯，本發(fā)明的用于制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置和方法具有下列優(yōu)勢。在旋轉(zhuǎn)期間，當化學反應(yīng)或物理現(xiàn)象伴隨有體積收縮時，可以避免或最小化一系列故障操作，例如停止反應(yīng)器以填充在反應(yīng)器中心形成的空腔和引入反應(yīng)物。因此，本發(fā)明的優(yōu)勢在于可以容易地制備塑料光學纖維的預(yù)制品。
雖然為了說明描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會認識到，在不背離如所附權(quán)利要求書中所披露的本發(fā)明的范圍和實質(zhì)下，各種改進、添加和代替都是可行的。
權(quán)利要求
1.一種用于制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置，包括1)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器，該旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器包括具有反應(yīng)物入口的引入部分，通過該反應(yīng)物入口將反應(yīng)物引入到整個反應(yīng)器中；布置在阻擋壁中心的反應(yīng)部分，該反應(yīng)部分通過阻擋壁與引入部分相鄰，并具有通過其將反應(yīng)部分與引入部分相連的流路；以及用于將引入部分與反應(yīng)部分相連的一個或多個流路；2)用于轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的驅(qū)動部件；3)用于將旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器固定在驅(qū)動部件上的固定裝置；4)用于防止紫外光照射到旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的引入部分的UV阻擋壁；和5)用于加壓旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的加壓部件，其中，改進包括紫外光聚焦光學系統(tǒng)和用于沿旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的徑向轉(zhuǎn)移紫外光聚焦光學系統(tǒng)的傳送器，所述紫外光聚焦光學系統(tǒng)配備有紫外燈并布置在旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的上方。
2.權(quán)利要求1的裝置，其中紫外光聚焦光學系統(tǒng)還包括布置在紫外燈上方的拋物柱面反射鏡或布置在紫外燈下方的平凸透鏡，用于將從紫外燈發(fā)射的紫外光聚焦到反應(yīng)部分。
3.權(quán)利要求1的裝置，其中該裝置還包括控溫部件，該部件包括用于輸入由加熱管線加熱的熱空氣的空氣入口、絕熱系統(tǒng)、空氣出口和用于控制反應(yīng)器內(nèi)部溫度的溫度控制器。
4.權(quán)利要求1的裝置，還包括角度控制部件，該部件用于相對于重力方向，在0°～90°的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的位置。
5.一種用于使用權(quán)利要求1的裝置制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法，該方法包括以下步驟(1)用含有至少一種單體、光聚合引發(fā)劑和鏈轉(zhuǎn)移劑的第一組分填充防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的反應(yīng)部分；(2)將組成與第一組分不同的第二組分導(dǎo)入防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的引入部分的一部分中，并用惰性氣體加壓及充滿引入部分的其它部分；和(3)在防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器旋轉(zhuǎn)下光聚合反應(yīng)物，同時將紫外光聚焦光學系統(tǒng)移向旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的中心。
6.權(quán)利要求5的方法，其中在步驟(1)中用第一組分填充反應(yīng)部分前，在反應(yīng)部分中形成具有固定折射率的包層。
7.權(quán)利要求5的方法，其中在步驟(2)將第二組分導(dǎo)入至引入部分，以使折射率梯度向中心增加，該第二組分的折射率高于在步驟(1)中填充到反應(yīng)部分的第一組分的折射率。
8.權(quán)利要求5的方法，其中以恒定或非恒定的速度旋轉(zhuǎn)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器。
9.權(quán)利要求8的方法，其中非恒定旋轉(zhuǎn)是在高速或低速旋轉(zhuǎn)及停止下的簡單重復(fù)，或基于正弦函數(shù)或其周期、相位和振幅變化的函數(shù)。
10.權(quán)利要求5的方法，其中通過在步驟(3)改變紫外光聚焦光學系統(tǒng)的聚焦面積和傳送速度而進行聚合。
11.權(quán)利要求5的方法，其中在步驟1和2中分別填充到反應(yīng)部分和引入部分的第一和第二組分都是預(yù)聚物狀態(tài)，并且可以全部或部分使用該預(yù)聚物。
12.權(quán)利要求5的方法，其中將一種物質(zhì)加入到反應(yīng)部分和引入部分中，該物質(zhì)和共聚物具有良好的相容性，并且具有不同于第一和第二組分的折射率，同時它不參與第一和第二組分之間的反應(yīng)。
13.權(quán)利要求5的方法，其中單體選自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸1-甲基環(huán)己酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸氯芐酯、甲基丙烯酸1-苯基乙酯、甲基丙烯酸1，2-二苯基乙酯、甲基丙烯酸二苯基甲酯、甲基丙烯酸糠基酯、甲基丙烯酸1-苯基環(huán)己酯、甲基丙烯酸五氯代苯酯、甲基丙烯酸五溴代苯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯(TFEMA)、甲基丙烯酸2，2，3，3，3-五氟丙酯(PFPMA)、甲基丙烯酸1，1，1，3，3，3-六氟異丙酯(HFIPMA)和甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，4-七氟丁酯(HFBMA)。
14.權(quán)利要求5的方法，其中光聚合引發(fā)劑為選自4-(對甲苯基硫)二苯甲酮、4，4’-二(二甲基氨基)二苯甲酮和2-甲基-4’-(甲基硫)-2-嗎啉基-苯丙酮中的至少一種，并且鏈轉(zhuǎn)移劑是選自正丁基硫醇、月桂基硫醇和十二烷基硫醇中的至少一種。
15.權(quán)利要求11的方法，其中預(yù)聚物是由以下的至少一種化合物聚合的甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸芐酯、甲基丙烯酸苯酯、甲基丙烯酸1-甲基環(huán)己酯、甲基丙烯酸環(huán)己酯、甲基丙烯酸氯芐酯、甲基丙烯酸1-苯基乙酯、甲基丙烯酸1，2-二苯基乙酯、甲基丙烯酸二苯基甲酯、甲基丙烯酸糠基酯、甲基丙烯酸1-苯基環(huán)己酯、甲基丙烯酸五氯代苯酯、甲基丙烯酸五溴代苯酯、苯乙烯、甲基丙烯酸2，2，2-三氟乙酯(TFEMA)、甲基丙烯酸2，2，3，3，3-五氟丙酯(PFPMA)、甲基丙烯酸1，1，1，3，3，3-六氟異丙酯(HFIPMA)和甲基丙烯酸2，2，3，3，4，4，4-七氟丁酯(HFBMA)。
16.權(quán)利要求12的方法，其中所述具有不同于第一和第二組分的折射率同時不參與第一和第二組分之間的反應(yīng)的物質(zhì)為選自磷酸三苯酯、二苯基硫、二苯基亞砜、苯甲酸芐酯和和聯(lián)二亞苯中的至少一種物質(zhì)。
17.一種漸變折射率塑料光學纖維的預(yù)制品，其是通過權(quán)利要求5～16中任一項的方法制備的。
全文摘要
本發(fā)明披露了一種用于通過逐次紫外光聚合，制備塑料光學纖維的預(yù)制品的裝置。該裝置包括1)防空腔型旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器、2)驅(qū)動部件、3)用于將旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器固定在驅(qū)動部件上的固定裝置、4)UV阻擋壁和5)加壓部件，其中改進包括沿旋轉(zhuǎn)反應(yīng)器的徑向可移動的傳送器，和配備有紫外燈并安裝在該傳送器上的紫外光聚焦光學系統(tǒng)。本發(fā)明還披露了一種使用上述裝置制備塑料光學纖維的預(yù)制品的方法。根據(jù)該裝置和方法，可以制備沿其縱向具有均一光學性能的預(yù)制品。
文檔編號G02B1/04GK1778547SQ200510068910
公開日2006年5月31日 申請日期2005年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者孫永睦, 趙漢燮 申請人:三星電子株式會社