一种聚碳酸酯光学树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种聚碳酸酯光学树脂及其制备方法和应用，所述聚碳酸酯包含具有如式(I)所示结构的重复单元：通过引入苯并蒽型cardo环结构可提升聚碳酸酯材料的光学性能，所得聚碳酸酯具有一定的梯度折射率，最高可达1.765，为设计高折射率的光学部件提供了可能性，能够满足聚碳酸酯作为光学树脂在光学部件中的性能要求。部件中的性能要求。

【技术实现步骤摘要】
一种聚碳酸酯光学树脂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光学材料领域，具体涉及一种聚碳酸酯光学树脂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚碳酸酯作为五大热塑性工程塑料之一，具有优异的耐候性、绝缘性、无毒性和尺寸稳定性，已广泛应用于电子电器、建筑、汽车制造、航空航天等领域。特别是与玻璃相比，聚碳酸酯以其独特的质量轻量化、光学和力学性能优异、易加工成型的优点，作为光学树脂在光学透镜领域占有极其重要的位置，采用聚碳酸酯光学树脂替代玻璃可以应用到诸多光学制品领域，如眼镜镜片材料、照相机、显微镜、望远镜、投影仪、各种棱镜及光学测试仪器等，应用前景广阔。
[0003]但是随着技术的迭代，传统的双酚A型聚碳酸酯的折射率为1.58，虽然相比于聚甲基丙烯酸甲酯或聚苯乙烯，光学性能更加优异，但已无法满足新一代眼镜、电子产品等制品的轻薄化发展，对聚碳酸酯光学树脂性能提出了更高的要求，因此开发新一代高性能新型聚碳酸酯光学树脂材料具有重要意义。目前提升聚碳酸酯光学性能的主要手段是引入芴基结构的共聚单体，但所得聚碳酸酯折射率在1.64左右，该折射率产品在市场上目前已濒临淘汰，另有一些专利公开报道的新型光学共聚单体因结构复杂、合成极其复杂，单体成本昂贵，难以实现大规模产业化，目前针对折射率大于1.7、低色散、低双折射、热力学性能优良的光学聚碳酸酯研究较少、尚存改进空间，因此，开发一种兼具高折射率、低色散、低双折射和高热稳定性的聚碳酸酯以满足其在高性能光学部件中的应用要求，是本领域的研究重点。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出了一种聚碳酸酯光学树脂，所述聚碳酸酯光学树脂兼具高折射率、低色散、低双折射和高热稳定性等优异性能，折射率最高可达1.765，能够满足聚碳酸酯作为光学树脂在光学部件中的性能要求；还提到了一种聚碳酸酯光学树脂的制备方法，所述制备方法以碳酸二酯和二羟基化合物为原料，在催化剂作用下发生熔融酯交换反应，缩聚生成聚碳酸酯光学树脂；所述制备方法能够容易地得到兼具高折射率、高热稳定性、分子量可调的聚碳酸酯光学树脂，催化剂用量少，反应条件温和，反应过程不会造成环境污染，产物不含有毒物质，工艺简单，便于大规模生产，是一种高效、绿色环保的聚碳酸酯光学树脂制备工艺；还提到了一种光学制品，以合成得到聚碳酸酯可以做成一种光学制品，所述光学制品兼具高折射率、高热稳定性等优良性能。
[0005]为达到此专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种聚碳酸酯光学树脂，所述聚碳酸酯光学树脂包含具有如式(I)所示结构的重复单元：
[0007][0008]式(I)中，W1、W2各自独立地选择O或S；X1、X2各自独立地表示取代或未取代的碳原子数为1～8的直链状或支链状的亚烷基；R1、R2各自独立地表示氢、卤素、羟基、酯基、氰基、氨基、硫醇基、取代或未取代的碳原子数为1～6的直链或支链烷基、取代或未取代碳原子数为3～10的环烷基、取代或未取代的碳原子数为2～6的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～30的芳基或稠环芳基、取代或未取代的碳原子数为3～30的杂芳基或稠环杂芳基、或可取代上述基团的原子或原子团；p1、p2各自独立地选自1～3的整数；a、b各自独立地选自0～5的整数。
[0009]具体而言，本申请中，式(I)所示的结构单元中包含了苯并蒽型cardo环结构，是一种多芳香环平面结构，具有更好的耐热性，空间排布与形成的聚碳酸酯光学树脂的高分子主链呈侧垂状态，能够很好的消除双折射现象，使高分子材料具有更好的各向异性；且苯并蒽型cardo环结构的平面结构使其催化过程中活性位点空间位阻小，单体合成活性高、收率高、选择性好、降低单体成本，有利于大规模单体制备生产；另外，在聚碳酸酯结构中，引入摩尔折射度高、摩尔体积相对小的基团如杂原子硫和卤素等，均能有效提高材料的折射率，且杂原子硫的电负性(2.5)与碳原子(2.5)相当，小于氧(3.5)的电负性，当硫在芳香环取代时作用力弱，不会破坏芳香环的平面作用，结合较高的摩尔折射率，可显著提高聚碳酸酯的折射率。在此情况下，本申请的聚碳酸酯可以兼具高折射率、低双折射和高热稳定性。
[0010]本专利技术中所述的聚碳酸酯光学树脂，相对于所述聚碳酸酯光学树脂的全部重复结构单元的总摩尔数，所述选自式(I)所示的结构单元的含量比例为5mol％～100mol％。(具体表示为构成聚碳酸酯光学树脂的来自式(I)所示的二羟基化合物结构单元的含量相对于来自二羟基化合物的全部结构单元的总摩尔数而言为5mol％～100mol％)
[0011]优选地，所述聚碳酸酯光学树脂的结构式为式(I
‑
1)～(I
‑
13)中的任一种，但不限于以下结构式：
[0012][0013][0014][0015]所述聚碳酸酯光学树脂还包括如式(II)或式(III)所示结构的重复单元：
[0016][0017]式(II)中，Y1、Y2各自独立地表示取代或未取代的碳原子数为1～8的直链状或支链状的亚烷基；c、d各自独立地选自0～5的整数；M1独立地表示单键、O、S、碳原子数为1～5直链或直链亚烷基、中的任意一种，虚线代表基团的连接位点；R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、羟基、取代或未取代碳原子数为1～6的直链或支链烷基、取代或未取代碳原子数为3～10的环烷基、取代或未取代的碳原子数为2～6的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～30的芳基或稠环芳基、取代或未取代的碳原子数为3～30的杂芳基或稠环杂芳基；p3、p4、p5、p6各自独立地选自1～3的整数；
[0018][0019]式(III)中，M2独立地表示单键、O、S；Z1、Z2各自独立地表示取代或未取代的碳原子数为1～8的直链状或支链状的亚烷基；e、f各自独立地选自0～5的整数；R7、R8各自独立地选自氢、羟基、取代或未取代碳原子数为1～6的直链或支链烷基、取代或未取代碳原子数为3～10的环烷基、取代或未取代的碳原子数为2～6的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～30的芳基或稠环芳基、取代或未取代的碳原子数为3～30的杂芳基或稠环杂芳基；p7、p8各自独立地选自1～3的整数。
[0020]优选地，所述聚碳酸酯光学树脂的结构式包含式(II
‑
1)～(II
‑
3)和式(III
‑
1)～(III
‑
2)中的任一种，但不限于以下结构式：
[0021][0022][0023]相对于所述聚碳酸酯光学树脂的全部重复结构单元的总摩尔数，所述选自式(I)所示的结构单元的含量比例为30～85mol％，选自式(II)所示的结构单元和式(III)所示的结构单元中的至少一种结构单元的含量比例为15～70mol％。(具体表示为构成聚碳酸酯光学树脂的来自式(I)所示的二羟基化合物结构单元的含量相对于来自二羟基化合物的全部结构单元的总摩尔数而言本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚碳酸酯光学树脂，其特征在于，所述聚碳酸酯光学树脂包含具有如式(I)所示结构的重复单元：式(I)中，W1、W2各自独立地选自O或S；X1、X2各自独立地表示取代或未取代的碳原子数为1～8的直链状或支链状的亚烷基；R1、R2各自独立地表示氢、卤素、羟基、酯基、氰基、氨基、硫醇基、取代或未取代的碳原子数为1～6的直链或支链烷基、取代或未取代碳原子数为3～10的环烷基、取代或未取代的碳原子数为2～6的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～30的芳基或稠环芳基、取代或未取代的碳原子数为3～30的杂芳基或稠环杂芳基、或可取代上述基团的原子或原子团；p1、p2各自独立地选自1～3的整数；a、b各自独立地选自0～5的整数。2.根据权利要求1所述的聚碳酸酯光学树脂，其特征在于：相对于所述聚碳酸酯光学树脂的全部重复结构单元的总摩尔数，所述选自式(I)所示的结构单元的含量比例为5mol％～100mol％。3.根据权利要求2中所述的聚碳酸酯光学树脂，其特征在于：所述聚碳酸酯光学树脂还包括如式(II)或式(III)所示结构的重复单元：式(II)中，Y1、Y2各自独立地表示取代或未取代的碳原子数为1～8的直链状或支链状的亚烷基；c、d各自独立地选自0～5的整数；M1独立地表示单键、O、S、碳原子数为1～5直链或直链亚烷基、中的任意一种，虚线代表基团的连接位点；R3、R4、R5、R6各自独立地选自氢、卤素、羟基、酯基、氰基、氨基、硫醇基、取代或未取代碳原子数为1～6的直链或支链烷基、取代或未取代碳原子数为3～10的环烷基、取代或未取代的碳原子数为2～6的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～30的芳基或稠环芳基、取代或未取代的碳原子数为3～30的杂芳基或稠环杂芳基、或可取代上述基团的原子或原子团；p3、p4、p5、p6各自独立地选自1～3的整数；
式(III)中，M2独立地表示单键、O、S；Z1、Z2各自独立地表示取代或未取代的碳原子数为1～8的直链状或支链状的亚烷基；e、f各自独立地选自0～5的整数；R7、R8各自独立地选自氢、卤素、羟基、酯基、氰基、氨基、硫醇基、取代或未取代碳原子数为1～6的直链或支链烷基、取代或未取代碳原子数为3～10的环烷基、取代或未取代的碳原子数为2～6的烯烃基、取代或未取代的碳原子数为1～6的烷氧基、取代或未取代的碳原子数为6～30的芳基或稠环芳基、取代或未取代的碳原子数为3～30的杂芳基或稠环杂芳基、或可取代上述基团的原子或原子团；p7、p8各自独立地选自1～3的整数。4.根据权利要求3所述的聚碳酸酯光学树脂，其特征在于：相对于所述聚碳酸酯光学树脂的全部重复结构单元的总摩尔数，所述选自式(I)所示的结构单元的含量比例为30～85mol％，选自式(II)所示的结构单元和式(III)所示的结构单元中的至少一种结构单元的含量比例为15～70mol％。5.根据权利要求2中所述的聚碳酸酯光学树脂，其特征在于：所述聚碳酸酯光学树脂的折射率可达到1.647～1.765，玻璃化转变温度为135℃～200℃。6.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐菲，王恒，张锁江，何宏艳，张振才，张译文，
申请(专利权)人：中国科学院过程工程研究所，
类型：发明
国别省市：