專利名稱：用于光學通訊的聚亞芳基醚的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于用于光學通訊的聚亞芳基醚，特別是關于用于生產(chǎn)光學通訊裝置的聚亞芳基醚。
用于光學通訊的波長范圍已從屬于近紅外光波長區(qū)的800nm移向1550nm。因此最好使用很少吸收屬于近紅外光波長區(qū)域光的材料來生產(chǎn)光學通訊裝置。
一般說來，聚合物被用作光學基質，例如光學透鏡或CD光盤(高密度光盤)。近年來正在研究使用這種聚合物作為近紅外區(qū)內光傳遞的光學波導材料。
然而，常用的聚合物會吸收近紅外區(qū)的1000-1700nm的光。聚合物對近紅外光的如此吸收是由于烷基、苯基和其它類似功能團中的碳氫鍵(C-H)的伸縮振動和變形振動產(chǎn)生的高調諧波所引起的。因而，使用這樣的聚合物作為利用近紅外區(qū)光的光學波導材料會導致光傳遞的重大損失。為了減少光傳遞中的損失，聚合物的光吸收波長應當從近紅外光的波長區(qū)移向更長的或更短的波長區(qū)。為了達到這一目的，有人提出將碳氫(C-H)鍵中的氫用氟(F)或重氫(D)取代的方法。
特別是，這種用重氫(D)替換C-H鍵中的氫的方法，不適宜利用1500nm的光用做光學通訊的材料，因為具有碳和重氫鍵(C-D)的材料將吸收大量1500nm的光。另一方面，用F代替氫的方法可極大地減少在波長區(qū)1000-1700nm光吸收的損失。
而且，用于生產(chǎn)光學器件如光一電子集成電路(OEIC)、光電子混合金屬絲電路板(OEMWB)、雜混集成器件、塑料光學纖維或多芯片模塊(MCM)等的光學材料，要求在250℃能持續(xù)至少30分鐘的熱穩(wěn)定性。由于光學材料的這樣的耐熱性非常重要，所以，這種光學材料的玻璃化轉變溫度、熱分解溫度、熱膨脹系數(shù)及雙折射指數(shù)都應仔細地加以考慮。
聚酰亞胺是一種廣為人知的具有優(yōu)良耐熱性的聚合物。由于聚酰亞胺能夠在高溫下如大約400℃耐熱，所以人們正在以很大的努力設法利用聚酰亞胺作為光學通訊材料。
然而，一般來說聚酰亞胺在其分子中有許多C-H鍵，所以在近紅外區(qū)的光吸收損失是相當大的。為了解決這一問題，將聚酰亞胺其C-H鍵的氫部分或全部用氟取代已有報道。聚酰亞胺其氫部分地被氟替代顯示出光吸收損失在1310nm處大約為0.1dB/cm，而其中氫全部被氟取代的聚酰亞胺在1310nm和1550nm處則顯示出很少光吸收損失。
然而，如上所述，當聚酰亞胺中的C-H鍵上的氫被氟取代時，聚酰亞胺的折光指數(shù)便下降。此時聚酰亞胺中的氟含量與折光指數(shù)的降低水平(程度)成正比。因此，由于其C-H鍵的氫被氟取代了的聚酰亞胺，亦即氟化聚酰亞胺，具有低的折光指數(shù)，所以當氟化聚酰亞胺用作光纖的核心材料時，能夠使其包覆的材料的選擇范圍變得很窄。
而且，聚酰亞胺中的氟含量越高，這種聚合物的表面張力越低。因而，難于將這種聚合物涂布到某一基質的表面上，并且這種聚合物形成的薄膜顯示出很差的粘合性能。結果，薄膜的性能降低，薄膜容易破裂。因此，實際上很難將聚酰亞胺用作光學波導材料。
最近已合成出聚(亞芳基醚)，它在大約400℃的高溫下具有耐熱性。這種聚合物具有優(yōu)良的薄膜加工特性和小的介電常數(shù)以及雙折光指數(shù)(double refractive index)。由于聚亞芳基醚有這樣的特性，所以有望將聚亞芳基醚作為適用的介電薄膜材料用于生產(chǎn)半導體器件。
發(fā)明概述本發(fā)明的目的是提供用于光通訊的聚亞芳基醚，它能極大地減少光通訊中波長600-1700nm的光吸收損失，并且在耐熱性、折光率以及薄膜加工性能方面都得以改進。
為了在到此目的，已提供了一種以如下結構式(1)為代表的聚亞芳基醚用于光通訊
式中X1、X2、X3和X4各單獨選自由氫、氟、氯組成的一組，Y1和Y2分別為氫或氟，Q1和Q2分別為氫或氯。A是選自由-O-、-S-、-P(OR)-、-C(CF3)2-、-(CF2)l-、-(CCl2)l-、-CO-及-SO2-(其中R是三氟甲基(CF3)、三氯甲基(CCl3)、五氟苯基或五氯苯基，以及l(fā)是1-8的一個整數(shù))，m1是1或2,m2是0,1或2,0≤n≤1，以及0≤k≤1(其中n和k表示摩爾份數(shù)以及n+k=1)。
在化學式(1)中，n和k是由核磁共振分析(NMR)的元素分析測得。
最好，聚亞芳基醚的分子量為1×104-1.2×105，其熱分解溫度為450-550℃，其玻璃化轉變溫度為180-200℃。一些較佳實施方案的描述聚亞芳基醚其C-H鍵的氫部分或全部被氟(F)取代，它具有相當?shù)偷墓庹凵渎?，而聚亞芳基醚其C-H鍵的氫部分或全部被氯(Cl)取代，與被F取代的聚亞芳基醚相比較具有更高的光折射率。因而本發(fā)明的特征在于其C-H鍵的氫被F取代的單體與其C-H鍵的氫被Cl取代的單體二者的共聚合反應比加以適當控制，使之得到的聚亞芳基醚用于光學波導具有適宜的折光指數(shù)特性，其在光通訊波長區(qū)的光吸收損失將減少到最低程度。
如下結構式所表示的本發(fā)明的聚亞芳基醚，包括B部分(鏈段)、Z1部分和Z2部分。這里B部分的結構包括-未取代的芳族環(huán)、一以Cl或F取代的芳族環(huán)或這些芳環(huán)的一些重復單元。Z1部分的結構包括一未取代的芳族環(huán)、一以F取代的芳族環(huán)，或這些芳環(huán)的一些重復單元，以及Z2部分的結構包括一未取代的芳族環(huán)或一被Cl取代的芳族環(huán)，或者這些芳環(huán)的一些重復單元。
下面將描述本發(fā)明的化學式(1)所代表的聚亞芳基醚的制備方法。
首先將形成化學式(1)B部分的芳族化合物，和形成Z1部分和Z2部分的芳族二醇化合物溶于溶劑如二乙基乙酰胺中，并將一種堿與此溶液混合。將得到的溶液在-20-120℃反應5-300小時。
在反應完成后，將未反應的堿從反應混合物中除去。然后將反應混合物與蒸餾水或有機溶劑如乙醇混合，以形成沉淀物，再將沉淀物干燥，便得到了化學式(1)的聚亞芳基醚。
形成B部分的化合物包括六氟代苯、六氯代苯、十氟聯(lián)苯，以及用于形成Z1部分的化合物包括4,4′-(六氟異亞丙基)二酚。還有，用于形成Z2部分的化合物包括4,6-二氯間苯二酚。
用上述方法之一制得的聚亞芳基醚具有數(shù)均分子量為1×105-1.2×105，熱分解溫度為450-550℃，其玻璃化轉變溫度為180-200℃。
該聚亞芳基醚已被用作波長600-1700nm光學通訊器件的材料。
下面將對本發(fā)明通過如下一些實施例加以描述。然而，本發(fā)明并不局限于以下這些實施例。實施例1以化學式(2)為代表的聚亞芳基醚的制備將0.023摩爾的十氟代聯(lián)苯和0.022摩爾的4,4′-(六氟異亞丙基)二酚溶解在120ml的N,N-二甲基乙酰胺中。然后向該溶液中加入0.02625摩爾的碳酸鉀(K2CO3)，并在80℃反應24小時。
在反應完成之后，將過量的碳酸鉀從反應物中除去。然后將反應混合物與蒸餾水混合使之形成沉淀物。將沉淀物干燥，便得到化學式(2)所表示的聚亞芳基醚，其數(shù)均分子量為4×104。
實施例2以化學式(3)為代表的聚亞芳基醚的制備將0.03摩爾的十氟代聯(lián)苯、0.026摩爾的4,4′-(六氟異亞丙基)二酚和0.0029摩爾的4,6-二氯間苯二酚溶解在232ml的二甲基乙酰胺中。然后向該混合物中加入0.048摩爾的碳酸鉀(K2CO3)，并在80℃反應24小時。
在反應完成之后，將過量的碳酸鉀從反應物中除去。然后將反應混合物與蒸餾水混合以形成沉淀物。將沉淀物干燥，便得到化學式(3)所表示的聚亞芳基醚，其數(shù)無他子量為4×104。
在此化學式(3)中，n=0.9,k=0.1分別由實施例1和實施例2所制得的以化學式(2)和(3)所表示的聚亞芳基醚的熱分解溫度分別作了測量?；瘜W式(2)聚亞芳基醚的熱分解點為520℃，而化學式(3)的聚亞芳基醚的熱分解點為524℃。與普通光通訊材料相比，均得到了改進。
已測得的式(2)的聚亞芳基醚的折光指數(shù)值示于表1中。
表1
從表1可看出，實施例1的聚亞芳基醚(PAE)與實施例2的聚亞芳基醚(PAE)相比，具有相對低的折光指數(shù)。這是由于與實施例1的聚亞芳基醚相比，用實施例2的方法制得的PAE2，含有較多的氯和較少的氟。
如上所述，本發(fā)明的聚亞芳基醚，表現(xiàn)出高的耐熱性，具有良好的薄膜加工特性以及在光纖通訊的該波長范圍內具有低的光吸收損失。而且，通過控制其C-H鍵上氫被F取代的單體與其C-H鍵上氫被Cl取代的單體二者的共聚合反應之比，可使該聚合物的折光指數(shù)調節(jié)到適合于光纖通訊所用材料的水平。
本發(fā)明的聚亞芳基醚可用作光學通訊裝置諸如光電集成電路(OEIC)、光電混合金屬絲電路板(OEMWB)、多芯片模塊(MCM)及塑料光學纖維。
權利要求
1.一種用于光學通訊的聚亞芳基醚，其特征在于其以化學式(1)為代表
式中X1、X2、X3和X4各單獨選自由氫、氟、氯組成的一組，Y1和Y2各單獨代表氫或氟，Q1和Q2各單獨代表氫或氯，A是選自如下一組包括-O-、-S-、-P(OR)-、-C(CF3)2-、-(CF2)2、-(CCl2)l-、-CO-及-SO2-(其中R是三氟甲基(CF3)、三氯甲基(CCl3)、五氟代苯基或五氯代苯基，以及l(fā)是1-8的-個整數(shù))，m1是1或2,m2是0,1或2；0≤n≤1，以及0≤k≤1(其中n和k表示摩爾份數(shù)以及n+k=1)。
2.如權利求1所述的聚亞芳基醚，其特征在于該聚亞芳基醚具有數(shù)均分子量1×104-1.2×105。
3.如權利求1所述的聚亞芳基醚，其特征在于該聚亞芳基醚具有熱分解溫度450-550℃。
4.如權利求1所述的聚亞芳基醚，其特征在于該聚亞芳基醚具有玻璃化轉變溫度180-200℃。
5.如權利求1所述的聚亞芳基醚，其特征在于該聚亞芳基醚的折光指數(shù)是通過改變其C-H鍵的氫被氟取代的單體與其C-H鍵的氫被氯取代的單體二者的聚合反應比例來加以控制。
6.如權利求1所述的聚亞芳基醚，其特征在于可應用的波長范圍為600-1700nm。
全文摘要
一種用于光學通訊的聚亞芳基醚,用化學式(1)表示:式中X
文檔編號C08G65/38GK1210116SQ98117668
公開日1999年3月10日 申請日期1998年9月3日 優(yōu)先權日1997年9月4日
發(fā)明者韓官秀, 張祐赫, 金銀枝, 李泰衡 申請人:三星電子株式會社