[发明专利]一种高折射率含硫聚苯乙烯的制备方法

说明书

本发明公开了一种高折射率含硫聚苯乙烯的制备方法，包括单质硫与苯乙烯反应化合物St‑S的合成，St‑S与聚苯乙烯共混，含硫聚苯乙烯的固化，热压法制备高折射率含硫聚苯乙烯聚合物膜。利用硫原子既有较高的摩尔折射度又有较低的分子色散作用特点，将硫元素直接引入到高分子聚合物聚苯乙烯中，得到高折射率含硫量的聚苯乙烯，折射率在1.5881‑1.6218范围内连续可调。该含硫聚合物有望应用于抗反射涂层、透镜、半导体等领域。

技术领域

本发明属于光学聚合物的技术领域，特别是涉及一种高折射率含硫聚苯乙烯的制备方法。

背景技术

光学材料在航天航空、国防、电子信息等领域拥有广泛的应用前景。折射率作为光学材料的基本参数，常常是光学设计及应用中最先要被考虑的因素之一。而高折射率光学材料由于质量轻，抗冲击强度高及易于加工等优异性能，在抗反射涂层、透镜、半导体等领域实现了广泛的应用。提高聚合物的折射率方法一般采用的是向聚合物中引入高折射率无机纳米粒子形成无机纳米光学杂化材料或通过分子结构设计向聚合物中引入芳环、含硫基团、除氟元素以外的卤素、金属元素等来提高折射率。由于硫原子外层d轨道的存在使得它既有较高的摩尔折射度又有较低的分子色散作用，因此将硫原子引入分子中是提高光学材料折射率的最有效的方法之一。

中国专利CN102432829A提供了一种含硫光学环氧树脂及其制备方法，折射率≥1.60,但这一方法操作步骤繁杂，需要考虑及控制因素较多，无法短时间内获得高折射率材料。

中国专利CN108948256A提供了一种高折射率含硫光学共聚树脂的制备方法，所得的光学材料折射率≥1.66，但这一方法所用有机溶剂多，且在制作时需在真空中脱除气泡，纯化步骤较多。

发明内容

本发明提出了一种高折射率含硫聚苯乙烯的制备方法，通过合成硫与苯乙烯的反应产物，标记为St-S，再将其直接与一定分子量的聚苯乙烯共混从而得到高折射率含硫聚苯乙烯光学材料。

本发明提供的一种高折射率含硫聚苯乙烯的制备方法，步骤和条件如下：

(1)单质硫与苯乙烯反应产物St-S的合成

按单质硫：苯乙烯摩尔比为0.1-1:1，将单质硫和苯乙烯依次加入到三口烧瓶中，在搅拌、氮气保护条件下升温至100-160℃，反应1-5h后得到苯乙烯与单质硫反应产物(St-S)。

(2)St-S与聚苯乙烯共混

将引发剂过氧化二苯甲酰(BPO)加入到苯乙烯中，在搅拌、氮气保护条件下控制反应温度在90℃，反应时间1-2h后加入1-16g St-S，继续搅拌混合物1-20min。

(3)含硫聚苯乙烯的固化

将步骤(2)中的反应产物趁热倒出，冷却后在50-150℃烘箱里固化1-10h提高分子量。

(4)热压法制备高折射率含硫聚苯乙烯聚合物膜

将步骤(3)得到的样品置于平板硫化机中,温度设为100-190℃、压力为16MPa，预热1min，保压10-60s进行直接压片，得到不同含硫量的聚苯乙烯膜。

有益效果

本发明的一种高折射率含硫聚苯乙烯的制备方法，包括单质硫与苯乙烯反应产物St-S的合成，St-S与聚苯乙烯共混，含硫聚苯乙烯的固化和热压法制备含硫聚苯乙烯聚合物膜，成功的得到了高折射含硫聚苯乙烯聚合膜材料，通过调节硫的含量，使得含硫聚苯乙烯膜折射率在1.5881-1.6218范围可调。并且在保持高折射率下，聚合物透过率高、稳定性好、且操作简单、不需太复杂的合成工艺。而且本发明所选用的单质硫可以是任意状态，任意粒径的，比如升华硫、纳米硫。

附图说明

图1为合成的单质硫与苯乙烯摩尔比为1:1的反应产物St-S红外光谱图。