專利名稱：一種可溶性氟化聚酰亞胺材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種可溶性氟化聚酰亞胺材料及其制備方法，屬于光電器件中聚合物材料的制備范疇。
背景技術：
隨著光通信及全光網的迅速發展，基于光波導器件的光器件，如光分離器、光合波器、光開關、光調制器等也已經得到了基本的設計與發展。然而在所需的材料領域中卻沒有完全的勝者。以玻璃、LiNb03、III-V族半導體材料(GaAs或hP)、Si基為代表的無機波導由于其價格昂貴、加工工藝復雜等缺點使其在下一代光網絡的應用中受到限制。聚合物材料則由于在特殊功能研究和薄膜制備工藝方法上取得了巨大的進步，已經在光通信領域獲得了極其廣泛的應用。究其原因由于聚合物具有以下優點(1)可以通過簡單的旋涂技術實現大面積、低成本的制備波導器件，同時制作工藝簡單，并與傳統的半導體工藝相容。(2)聚合物可旋涂在不同的基底材料，有利于與其他光電子器件的集成。(3)可以通過控制聚合物的濃度與旋涂速度，可得到厚度均勻的薄膜。(4)聚合物材料種類繁多，并且可以通過分子設計來合成具有預期效果的聚合物，如優良的溶解性、機械性能等。( 使用聚合物制作波導的技術快捷簡便，可以利用直接光刻、軟光刻等成熟技術來實現。用聚合物制作光波導膜層始于二十世紀七十年代，目前，用于光波導的聚合物材料主要聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、 聚苯乙烯(PQ、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、環氧樹脂等。然而大多數傳統聚合物又因其熱穩定性低，通訊波段處的吸收損耗大以及其工作波長與石英光纖的匹配性不佳，大大制約了其在光學器件上的應用。研究表明通過用F原子取代聚合物中的H原子不僅可以提高聚合物的熱穩定性、降低其吸收損耗，還可以解決其工作波長不匹配的問題。因此氟化聚合物便開始進入科技工作者們的視野。其中氟化聚酰亞胺又因其不僅具備傳統聚酰亞胺材料耐高溫、耐腐蝕、機械性能優良等性質，還具有優異溶解性能、低介電常數、低吸水率、低熱膨脹系數等特性而備受關注。特別是將〔&基團引入聚酰亞胺分子鏈中后，聚合物分子的共平面性和傳荷結構得到破壞，整個材料的顏色將變淺，透明性將增強。另外，它的折射率可由單體的配比精確調節，制作器件的幾何參數易于控制，有利于各種波導器件的設計和制作。 CN1569995公開了一種生產具有突出的耐熱性、耐化學藥品性、防水性、絕緣性、電性能和光學性能的含氟聚酰亞胺膜的方法和適用于該方法的旋轉涂布機，CN1550801公開了具有高耐熱性、高透明度、低損耗的聚酰亞胺光導材料，然而這些專利涉及的含氟聚酰亞胺材料的制備以兩單體聚合物為主，很少涉及三單體含氟聚酰亞胺的制備。三單體聚合可以有效調節聚合物的分子量和分子量分布，降低聚合物的規整結構，進一步有效調變含氟聚酰亞胺材料的溶解性能、成膜性能、耐熱性能、折射率等，尤其可以提高材料的機械加工性能，進而制得綜合性能更加優異的光波導用含氟聚酰亞胺材料。

發明內容
技術問題本發明的目的是提供一種可溶性氟化聚酰亞胺材料及其制備方法，該材料溶解性好、易加工、機械性能和成膜性能好，具有較高的耐熱穩定性、低光學損耗、低吸濕率，材料進行光刻、刻蝕后可制成聚合物光波導。技術方案本發明的可溶性氟化聚酰亞胺材料由三單體縮合共聚得到；其中，第一種為由兩個二酐單體與一個含醚鍵二胺單體進行縮合共聚而得，兩個二酐單體的總摩爾數與一個含醚鍵二胺單體的摩爾數之比為1 1，兩個二酐單體的摩爾比為1 1 1 10 ；第二種為由一個不含醚鍵二胺單體、一個不含醚鍵二胺單體、一個二酐單體進行縮合共聚而得，含醚鍵二胺單體和不含醚鍵二胺單體的總摩爾數與二酐單體的摩爾數之比為1 1，含醚鍵二胺單體與不含醚鍵二胺單體的摩爾比為1 1 1 10，其結構通式
為
權利要求
1.一種可溶性氟化聚酰亞胺材料，其特征在于該材料由三單體縮合共聚得到；其中， 第一種為由兩個二酐單體與一個含醚鍵二胺單體進行縮合共聚而得，兩個二酐單體的總摩爾數與一個含醚鍵二胺單體的摩爾數之比為1 1，兩個二酐單體的摩爾比為1 1 1 10 ；第二種為由一個不含醚鍵二胺單體、一個不含醚鍵二胺單體、一個二酐單體進行縮合共聚而得，含醚鍵二胺單體和不含醚鍵二胺單體的總摩爾數與二酐單體的摩爾數之比為 1 1，含醚鍵二胺單體與不含醚鍵二胺單體的摩爾比為1 1 1 10，其結構通式為
2.如權利要求1所述的一種可溶性氟化聚酰亞胺材料的制備方法，其特征在于該制備方法為a)按兩個二酐單體的總摩爾數與含醚鍵二胺單體的摩爾數比為1 1，其中兩個二酐單體的摩爾比為1 1 1 10，在氮氣保護和冰浴條件下，分別將質量濃度為5wt% 50wt%的兩個二酐單體的N，N-二甲基甲酰胺(DMF)溶液和5wt% 50wt%的含醚鍵二胺單體的N，N- 二甲基甲酰胺溶液加入到反應釜中，混勻后室溫反應12 72h，按加入的聚合單體的總單體質量計，每克聚合單體總質量需加入5 IOmL 二甲苯，升溫至140 200°C， 繼續反應3 10h，反應生成的水與二甲苯形成共沸物蒸出，冷卻至室溫后得到可溶性氟化聚酰亞胺材料的溶液；或按含醚鍵二胺單體與不含醚鍵二胺單體的總摩爾數和二酐的摩爾數的比為1 1， 其中含醚鍵二胺單體與不含醚鍵二胺單體的摩爾比為1 1 1 10，分別將質量濃度為 5wt% 50wt%的二酐單體的N，N-二甲基甲酰胺溶液、5wt% 50wt%的含醚鍵二胺單體的N，N- 二甲基甲酰胺溶液以及5wt % 50wt %的不含醚鍵二胺單體的N，N- 二甲基甲酰胺溶液加入到反應釜中，混勻后室溫反應12 72h，按加入的聚合單體的總單體質量計，每克聚合單體總質量需加入5 IOmL 二甲苯，升溫至140 200°C，繼續反應3 10h，反應生成的水與二甲苯形成共沸物蒸出，冷卻至室溫后得到可溶性氟化聚酰亞胺材料的溶液；b)按步驟a)中加入的聚合單體的總質量計，每克聚合單體總質量需200 500mL甲醇 /水與2N HCl的混合溶液，室溫下，將步驟a)中制得的可溶性氟化聚酰亞胺材料的溶液滴加到甲醇/水與2N HCl的混合溶液中，沉淀物析出，過濾，得到可溶性氟化聚酰亞胺材料粗品。C)按步驟a)中加入的聚合單體的總質量計，每克聚合單體總質量需5 IOmL四氫呋喃，室溫下，將步驟b)中制得的可溶性氟化聚酰亞胺材料粗品加到四氫呋喃中溶解，按每克聚合單體總質量需200 500mL甲醇/水與2N HCl的混合溶液計，將此粗品的四氫呋喃溶液滴加到甲醇/水與2N HCl的混合溶液中，沉淀物析出，過濾，在索式提取器中用甲醇回流提純沉淀物，提取液旋轉蒸發至干，30 100°C下真空干燥12 36h，冷卻后得到可溶性氟化聚酰亞胺材料。
3.如權利要求2所述的可溶性氟化聚酰亞胺材料的制備方法，其特征在于步驟b)和步驟c)中所述的甲醇/水與2N HCl的混合溶液的配制方法為先將甲醇與水按體積比為 1 1 1 3配制甲醇/水，然后將按2NHC1的體積與甲醇/水的體積比為1 50 1 100配制成甲醇/水與2N HCl的混合溶液。
全文摘要
本發明的一種可溶性氟化聚酰亞胺材料是由三單體縮合共聚得到，即按兩個二酐單體的總摩爾數與一個含醚鍵二胺單體的摩爾數之比為1:1，將兩個二酐單體與一個含醚鍵二胺單體進行縮合共聚而得，其中兩個二酐單體的摩爾比為1:1～1:10；或按含醚鍵二胺單體與不含醚鍵二胺單體的總摩爾數和二酐的摩爾數之比為1:1，由一個含醚鍵二胺單體、一個不含醚鍵二胺單體與二酐單體進行縮合共聚而得，其中含醚鍵二胺單體與不含醚鍵二胺單體的摩爾比為1:1～1:10，其結構通式為或。該材料具有良好的溶解性能、較低吸濕率、高熱穩定性能和較低的吸收損耗。
文檔編號C08G73/10GK102504255SQ20111034111
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者何曼, 卜小海, 周鈺明, 崔一平, 張彤, 方成, 梅震宇 申請人:東南大學