[發明專利]一種光波導用含氟丙烯酸酯共聚物及其制備方法

有效

• 申請號: 201110312273.6
• 申請日: 2011-10-14
• 公開（公告）號: CN102443097A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 滕翠青;毛植森;余木火;曹凱;祈自福;詹亞歌
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: C08F220/14
• 分類號: C08F220/14;C08F220/22;C08F2/02;G02B1/04
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達;謝文凱

技術領域

本發明屬聚合物光波導材料技術領域，特別是涉及一種光波導用含氟丙烯酸酯共聚物及其制備方法。

背景技術

如何降低聚合物光波導材料的損耗，以提高其傳輸的距離和帶寬，一直以來是光通訊研究的主要目的之一。目前市場上，聚合物光波導材料主要是聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。PMMA是一種應用非常廣泛的光學材料，結晶度低，可見光波段內透光率高，達到了92％，耐候性好。但是PMMA中含有大量的C-H鍵，使其在常見的三個通訊波段內，引起C-H鍵高頻諧波吸收，從而使光波在PMMA傳播時，造成損耗過大，衰減過快。

減少聚合物光波導材料的本征損耗，主要有兩種方法，1：以C-F取代C-H鍵，即氟代。2：以C-D取代C-H鍵，即氘代。這兩者原理都是讓材料對光波的吸收發生在遠紅外波段，也就是使吸收紅移。氘代聚合物價格昂貴，且其耐侯性不佳。而常見的氟代手段主要是含氟單體與非氟單體共聚，得到目標產物。

在美國專利US4566755中，公開了一種丙烯酸與含氟丙烯酸酯共聚物，作為潛在應用價值的光纖用材料，其中含氟丙烯酸酯的通式為

X代表了氟原子，氫原子或者氯原子，n取值范圍在2～10，m取值范圍在1～6之間Y代表了氫或者甲基。其各種含氟丙烯酸酯與丙烯酸共聚的產物玻璃化溫度范圍70～87℃，成膜后的透光率范圍在72～75％，遠低于PMMA的玻璃化轉變溫度和透光率。

相關文獻已經證明，丙烯酸酯類單體的側鏈過長，特別是大于5個碳原子以后，就會形成側鏈有序的堆積，從而造成聚合物結晶度提高，透光率降低。作為一種光波導材料，要求結晶度越低越好，即達到各向同性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種光波導用含氟丙烯酸酯共聚物及其制備方法，該共聚物具有低結晶性、高透光率的特點；相對于傳統的光學用聚合物PMMA而言，其折射率低于PMMA，并且有可調控的特點；同時，由于該共聚物中C-F鍵的引入，能夠降低常見通訊波段在聚合物介質中的傳輸損耗，使得損耗窗口發生紅移。

本發明的一種光波導用含氟丙烯酸酯共聚物，選用甲基丙烯酸甲酯作為第一單體，甲基丙烯酸三氟乙酯作為第二單體；其中甲基丙烯酸甲酯在共聚物中的摩爾分數為10％～90％，甲基丙烯酸三氟乙酯在共聚物中的摩爾分數為90％～10％，共聚物的結構式如下：

所述甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸三氟乙酯的摩爾比為9∶1、8∶2、7∶3或4∶6。

所述的甲基丙烯酸甲酯，其結構式為

所述的甲基丙烯酸三氟乙酯，其結構式為C-F鍵在其側鏈上。

本發明的一種光波導用含氟丙烯酸酯共聚物的本體共聚制備方法，包括：

在反應釜中加入甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸三氟乙酯兩種單體，然后再加入引發劑和鏈轉移劑，其中引發劑的摩爾量為單體摩爾總量的0.07％～0.09％；鏈轉移劑的摩爾量為單體摩爾總量的0.1～0.12％；第一步聚合溫度為70～80℃，聚合時間在1h～4h，第二步聚合溫度為50℃，其聚合時間在24h，第三步聚合溫度為100℃，聚合時間為3h，最終得到共聚產物。

所述甲基丙烯酸甲酯與甲基丙烯酸三氟乙酯的摩爾比為9∶1、8∶2、7∶3或4∶6。

所述的引發劑為偶氮二異丁腈或者偶氮二異庚腈；所用鏈轉移劑為烷基十二硫醇或者叔丁硫醇。

將甲基丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸三氟乙酯單體加入反應釜后，密封，抽除氧氣，然后充入氮氣。

所得光波導用含氟丙烯酸酯共聚物的外觀為無色透明，呈固態，內部無氣泡，非晶結構，有透光性能，分子量在9萬至15萬之間，在632nm波長下其折射率為1.4754～1.4180。

有益效果

(1)本發明的光波導用含氟丙烯酸酯共聚物具有低結晶性、高透光率的特點；通過不同單體含量的調整，該共聚物的折射率發生有規律的變化，從而為設計后續光波導器件提供相應的設計數據；

(2)本發明的光波導用含氟丙烯酸酯共聚物相對于傳統的光學用聚合物PMMA而言，其折射率低于PMMA，并且有可調控的特點；同時，由于該共聚物中C-F鍵的引入，能夠降低常見通訊波段在聚合物介質中的傳輸損耗，使得損耗窗口發生紅移；

(3)本發明的光波導用含氟丙烯酸酯共聚物的玻璃化轉變溫度介于純聚甲基丙烯酸酯(PMMA)和純聚甲基丙烯酸三氟乙酯(PTFEMA)之間，能夠滿足光傳導的要求；