聚甲基丙烯酸酯的化学改性与光学性能研究

发布时间：2018-12-09 09:34

【摘要】：本论文从聚合物分子设计角度出发,采用与甲基丙烯酸异冰片酯或含氟甲基丙烯酸酯共聚、化学交联和改变聚合物链拓扑结构等方法对聚(甲基)丙烯酸甲酯改性,系统研究了聚合物化学组成、含氟量、交联程度和拓扑结构变化对聚合物薄膜热学、耐化学溶剂、疏水和光学性能的影响。研究表明:交联网状结构和星型拓扑结构可有效降低聚合物薄膜的光学双折射;通过形成交联网络限制链段运动可显著提高材料的玻璃化温度和热分解温度以及耐溶剂性能;通过引入全氟烷基可提高材料的疏水性能,尤其是含氟星型嵌段聚合物结构使得含氟链段更易于在薄膜表面富集,从而可进一步提高材料疏水能力,有利于保持光学器件在潮湿条件下的性能稳定性。本论文的具体研究内容概述如下:合成了双官能团双酚A型二甲基丙烯酸酯,将其作为交联剂与甲基丙烯酸异冰片酯和丙烯酸丁酯共聚,制备了交联的聚(甲基)丙烯酸酯薄膜。交联共聚物薄膜的起始分解温度高于300℃,玻璃化转变温度高于200℃。确立了交联共聚薄膜的成膜条件,研究了交联剂含量对薄膜热性能及光学性能的影响。通过改变交联剂的含量,可以实现薄膜折射率在1.47-1.54范围内的线性调节,交联网络结构赋予了薄膜较低的双折射率和良好的热性能。合成了全氟辛酸2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙酯(FGOA),将其与甲基丙烯酸甲酯共聚得到线形含氟聚甲基丙烯酸甲酯无规共聚物,再利用含氟侧基所含羟基进行酯化反应引入可交联C=C双键,热交联处理后得到含氟交联聚合物薄膜。将线形共聚物薄膜和交联薄膜的热性能、表面形貌、疏水性能及光学性能进行对比,研究了交联结构对薄膜性能的影响。随着含氟量的增加,两种共聚物薄膜都出现折射率降低、热光系数增大的趋势,且均表现出低双折射率。交联共聚物的含氟量越高,交联密度越大,耐溶剂性和热性能越好。交联共聚物的Tg均高于111 ℃,比线形共聚物提高了 11-88 ℃。引入含氟单体可以提高聚合物薄膜的疏水性,降低潮湿环境对材料稳定性的影响,并且碳氟键代替碳氢键也可以降低材料在通讯波段的吸收损耗。合成了新型四官能团原子转移自由基聚合(ATRP)引发剂:四(4-(1-溴乙基)苯基)硅烷(BTES),研究了 BTES引发甲基丙烯酸甲酯ATRP聚合的反应动力学。以BTES为引发剂,先后引发MMA和FGOA两种单体的ATRP聚合,得到了以四苯基硅为核、以FGOA为末端链段的星形氟化嵌段共聚物,研究了星型嵌段共聚物结构对聚合物薄膜的热性能、表面形貌和疏水性能及光学性能的影响。所制备的氟化星型嵌段共聚物F-PMMA具有窄的分子量分布(≤1.30),在常用有机溶剂中溶解性优异,成膜性良好;其Tg在110-120 ℃之间,光学双折射极低,在1550 nm波长处测试的双折射处接近于0。将星形氟化嵌段共聚物的羟基酯化后引入可交联C=C双键,热交联处理后得到星形氟化嵌段共聚物交联聚合物薄膜。交联处理后的聚合物薄膜的玻璃化转变温度高于150 ℃。由于含氟链段位于分子链末端,减少了交联结构对含氟基团向薄膜表面迁移的不利影响,使得交联的星形氟化嵌段共聚物在热性能和耐溶剂性能显著改善的同时,仍表现出较好的疏水性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O633.14

【参考文献】

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本文编号：2369163