聚碳酸酯聚合物中芴的聚合度与光热性能的关系外文翻译资料

聚碳酸酯聚合物中芴的聚合度与光热性能的关系

摘要：研究了平均聚合度和端基对高折射率透明聚合物热性能和光学性能的影响。本研究选用9，9-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]芴(BPEF)均聚物，因为它是高折射率聚合物中的代表性单体，并且具有独特的性质。BPEF具有稳定的无定形相，反应类似于聚合物。其独特的反应允许从单体到聚合物的连续研究。对于端羟基聚合物，折射率(n_d)随着聚合度的增加而降低。另一方面，对于酚封端的基团，折射率随着聚合度的增加而增加，并且在高聚合度区域两者收敛到相同的值。至于玻璃化转变温度(Tg),两个端基系列都随着D_p的增加而增加。尽管在低聚合度区，端羟基聚合物的Tg高于端酚聚合物的Tg，但两者趋于相同的值，并且Tg的倒数与由聚合度计算的羰基(CO)的重量百分比呈线性相关。

关键词:光学性质；聚碳酸酯；热性质

1. 介绍

最近，塑料镜片正在世界各地的许多数字模块中应用。现在塑料镜片成为玻璃镜片的替代品；尤其是用于移动电话和智能手机的数码相机的非球面塑料透镜。环烯烃聚合物、环烯烃共聚物、聚碳酸酯(PC)和聚酯(PET)通常用来制作非球面塑料透镜，因为它们有更薄的厚度、更大的曲率和更高的分辨率。因此，这些相机的镜头有更高的折射率、更低的双折射和更高的通量。为了实现更高的通量，需要低分子量聚合物，因此目前需要更低聚合度的材料。由于非球面透镜被精密加工成公差更小的形状，因此这些材料也需要精确的折射率。此外，关于低聚合度聚合物的光学性质的文献很少。例如，Candau等人阐明了聚乙二醇的折光率和分子量倒数之间的线性关系。此外，Murakami等人还展示了分子量对溶液中聚苯乙烯折光率增量的影响；然而，这些例子仅限于聚乙二醇和聚苯乙烯，它们不能用于制作透镜。

最近，含有二芳基芴结构的光学聚合物，特别是9，9-双[4-(2-羟基乙氧基)苯基]芴(BPEF)PC树脂得到了发展。BPEF具有铰链芳环结构(cardo结构)。BPEF生产的光学聚合物表现出高n_d和低双折射，这就是为什么大多数用于手机和智能手机数码相机镜头的塑料非球面透镜由BPEF、PC树脂制成的原因。一般来说，通过增加聚合物结构中的芳环，它会由于偶极矩的影响而引起双折射。然而，cardo结构抵消了偶极矩的影响，解决了双折射问题。事实上，含BPEF的PC和PET已经被开发用于高n_d和低双折射材料。含有BPEF的PC也很容易变成非晶态。这也是含有BPEF的PC被开发并用于光学设备的原因。

由于聚合物化学中没有考虑聚合度与光学性质之间的关系，所以低聚合度材料仍然被广泛使用在结构有机化学中，链长是p-p相互作用和p-电子离域的最重要的讨论点之一。

出于这些原因，我们决定阐明链长对光学性质的影响。

在本研究中，我们选择BPEF作为含cardo结构的代表性单体。合成了不同平均聚合度的BPEF聚碳酸酯。此外，还考察了端基(羟基和酚基)和D_p对热性能和光学性能的影响。

1. 实验部分

2.1常规

从OsakaGas购买的BPEF无需进一步纯化即可使用。其他化学品，如试剂级，也可以不经进一步纯化直接使用。使用CDCl₃溶液，用AVANCEIIIHDNMR分光计(由Bruker制造)在500MHz下记录1H-NMR光谱，并以ppm报告相对于氘化溶剂(CHCl₃ delta;=57.26)的残余质子的化学位移。红外光谱由Cary660FTIR光谱仪(由AgilentTechnologies制造)记录。分子量和分子量分布通过凝胶渗透色谱法估计，使用ShodexGPC-101高速液相色谱系统，该系统装备有连续三个ShodexLF804柱，用聚苯乙烯标准品(EsaiCalPS-2)校准的THF洗脱。差示扫描量热法(DSC)通过X-DSC7000(由SII纳米技术公司制造)在N₂气氛下以10℃/分钟的加热速率和22℃/分钟的冷却速率进行，流速为50毫升/分钟。玻璃化转变温度取为从第二次加热扫描开始的热转变中间的温度。使用Kalnew精密折射仪KPR-200(由Shimadzu制造)测量聚合物的折射率。

1. 结果和讨论

3.1低聚物和聚合物合成

所有含BPEF的PC低聚物和聚合物都是通过酯交换法以“好到极好”的产率合成的(方案1)。即在催化量的碳酸氢钠存在下，BPEF与碳酸二苯酯(DPC)的热反应形成了BPEF碳酸酯。同时，苯酚作为一种副产物，在减压下除去，以使平衡向聚合侧移动。聚合度(D_p)和末端基团容易通过选择BPEF和DPC的比例来控制。例如，带有末端羟基(OH-2)的BPEF二聚体通过酯交换反应以2∶1的BPEF/DPC的比例合成。另一方面，带有末端酚端基的BPEF二聚体(Ph-2)通过比例为2∶3的反应获得(方案2)。

方案一BPEF-PC低聚物的合成

方案二羟基封端(OH-n)和苯基封端(Ph-n)BPEFPC低聚物的结构

表I总结了DPC摩尔比和为该研究准备的D_p之间的关系，以及其它性质如玻璃化转变温度和折射率的结果。所有的实验和结果都显示在支持信息中。热特性和光学特性将在后面讨论。

表1.讨论的羟基端(OH-n)和酚端(Ph-n)BPEF单体、低聚物和聚合物的数值数据，包括热性能性能和光学性能

3.2 Tg与D_p的关系

图1显示了BPEF单体的DSC图。在第一次扫描中，熔点出现在165℃,没有观察到其他特征(左图)。随后，当进行第二次扫描时，约165plusmn;8C的熔点消失，玻璃化转变温度(Tg)新出现在81℃ (右图)。这一结果表明BPEF单体具有稳定的无定形相，并且表现得好像它是一种聚合物。低分子量BPEFPC低聚物如二聚体和三聚体也遵循这一特征，并具有Tg。这一有趣的特征允许从单体到低聚物和聚合物的连续研究。

所讨论

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