[发明专利]线性聚氨酯－酰亚胺的制备方法及其热光性能的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有高热稳定性、光学透明性好及高热光性能的新型聚氨酯—酰亚胺(PUI)材料的制备方法及其在集成光学、逻辑光路以及热光开关及开光阵列的应用。

背景技术

近几年，利用有机聚合物材料的高热光效应的特点，一些世界著名的大公司、研究所和国内外高等院校已经研制出热光开关及开光阵列，这类器件的设计基础是聚合物波导的热光效应，因此，研究具有大的热光系数的有机聚合物材料对研制高性能的光开关具有十分重要的意义，同时对于光波导中聚合物热光特性的研究，正成为开发新型光学材料的有效手段。

含有生色分子的有机极化聚合物体系主要有聚丙烯酸酯(如PMMA)、聚碳酸酯(PC)、聚酯(PET)、聚氨酯(PU)和一些具有较高Tg的聚合物材料，如聚酰亚胺(PI)等，但含偶氮染料发色团的聚(氨酯—酰亚胺)(PUI)材料应用于集成光学、热光开关、逻辑光路以及光计算机中的研究工作却鲜有报道。

高等学校化学学报，2002年，21(11)P1771-1775.报道了一种合成侧链含非线性光学基团的聚合物材料—聚氨酯-酰亚胺(PUI)的方法。但未提及应用于热光开关及开光阵列的研究工作。

本发明是先利用芳香族二异氰酸酯甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)和带有活性羟基的DR-19和DR-1，合成含染料发色团的聚氨酯预聚体，再进一步和不同的二酐类单体缩合，生成具有非线性光学性、热稳定性高及热光系数大的聚氨酯-酰亚胺(PUI)光学材料。

发明内容

本发明的目的是由一种芳香族二异氰酸酯甲苯-2，4-二异氰酸酯(TDI)和一种带有活性羟基的非线性生色分子按着一定的条件进行反应，得到不同结构的含生色分子的聚氨酯-酰亚胺(PUI)光学材料，它们具有很好的热稳定性和优异的热光性能。

本发明的制备方法为：

(1) 通过缩聚反应方法，以N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂，由TDI和带有活性羟基的DR-19或DR-1，合成含非线性生色分子、并且以-NCO封端的聚氨酯预聚体，其中TDI与DR-19或DR-1的摩尔比可以为1.5∶1～2.4∶1，最好为1.8∶1～2.2∶1；含非线性生色分子聚氨酯预聚体的合成反应温度，可以是40～90℃，最好是60～75℃，合成预聚体的反应时间可以是40分钟～3个小时，最好是1～2个小时。

(2) 利用二酐类单体，与上述含非线性生色分子的聚氨酯预聚体在40～110℃下反应40分钟～4个小时后，再升温至90～200℃下回流1～5个小时，得到新型侧链含非线性光学基团的聚合物材料聚氨酯—酰亚胺(PUI)。所述的二酐类单体可以是3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)、均苯四甲酸酐(PMDA)，还可以是二苯酮3，3’，4，4’-四酸二酐(BTDA)、4，4’-(六氟异丙基)-苯二酸酐(6FDA)、单醚甲四酸二酐(ODPA)和三苯双醚四甲酸二酐(HQDPA)等。最好是3，3’，4，4’-联苯四甲酸二酐(BPDA)和均苯四甲酸酐(PMDA)，其中TDI与二酐的摩尔比可以为1.5∶1～3.0∶1，最好为1.8∶1～2.2∶1；二酐类单体与含非线性生色分子聚氨酯预聚体反应，生成侧链含非线性光学基团的聚合物材料聚氨酯—酰亚胺(PUI)时的温度，可以是40～110℃，最好是60～90℃，合成聚氨酯—酰亚胺(PUI)的反应时间可以是40分钟～4个小时，最好是1～3个小时。回流温度可以是90～200℃，最好是120～160℃，回流时间可以是1～5个小时，最好是2～3个小时。

(3) 将产物沉析到甲醇水溶液(甲醇∶水=1∶1，v/v)中，抽滤，真空干燥，得到的产物经反复溶解沉析3次提纯，得到红色的PUI产品。

本发明的优点是：所合成的PUI聚合物大分子链上既含有聚氨酯(PU)软、硬段结构，又含有酰亚胺(PI)结构，兼具了PU溶解性和成膜性能好以及PI玻璃化转变温度较高，耐高温性能优良等特点。是一种具有非线性光学性、热稳定性高及热光系数大的新型高分子材料，可在集成光学、逻辑光路、热光开关及开光阵列中得到广泛应用。

附图说明：

图1聚氨酯-酰亚胺(PUI)的合成过程。

图2聚氨酯-酰亚胺(PUI)材料的红外光谱图，表征其结构。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细说明，但本发明并不局限于以下实例。