CN113088067B - 一种高折射环硫改性树脂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种高折射环硫改性树脂及其制备方法，包括如下原料：多元异氰酸酯预聚体、环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体、增韧剂、抗氧剂和有机锡类催化剂；本发明在高分子单体的骨架为间苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯，减小了单体聚合后的交联密度，增加了两个网络之间的相互作用，从而提高了树脂的韧性，通过将其与环氧丁烯发生烯烃复分解反应，在骨架两端部引入环氧基团封端，同时进一步与硫化剂硫脲反应，可以在反应单体上引入多个硫原子，同时单体中还含有芳环结构，使之具有较高的摩尔折射度以及较低的色散。

Description

一种高折射环硫改性树脂及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，具体涉及一种高折射环硫改性树脂及其制备方法。
背景技术
光学材料是一类应用于光学实验和光学仪器中，可以传输并使用光的材料，从结构种类上来看，其分为无机光学玻璃和有机光学树脂两类，有机光学树脂和无机光学玻璃相比，具有质量轻、染色容易以及不易破碎等优点，广泛用于眼镜镜片、光盘基材、光学透镜以及棱镜等领域；近年来，玻璃材料的镜片由于易碎和重量较重等缺陷，大大影响了近视患者佩戴眼镜的安全性和舒适性，因此逐渐被树脂镜片所取代；
通常，在镜片行业中以折射率达到1.60以上为高折射率，折射率达到1.56 为中折射率，折射率在1.56以下为低折射率，高折射率的树脂分子结构均具有较多的芳香环共轭结构以及硫原子。但芳香环结构提高折射率的同时，增大了树脂的色散，而且目前的高折射率镜片抗冲击性能不佳，不能满足于光学镜片轻量化以及韧性的要求。
发明内容
本发明的目的是为了解决以上现有技术的不足，提出了一种高折射环硫改性树脂，按重量份计其组成包括如下原料：
Figure BDA0003047967040000011
其中，环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体制备包括如下步骤：(a)将间苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯按质量比为1:(0.2-0.4)混合均匀；(b) 在混合物中加入溶剂，同时依次加入环氧丁烯和催化剂，混合均匀后加热至 60-70℃，反应时间为1.5-3h，减压浓缩后得到环氧封端的二烯丙酯混合单体； (c)在环氧封端的二烯丙酯混合单体中加入溶剂和助剂，搅拌混合后再将硫脲分三次加入，温度为40-50℃，反应时间为10-20h，TLC分析显示没有剩余的环氧封端的二烯丙酯混合单体后，结束反应，清洗，减压浓缩后得到所述环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体。
优选地，多元异氰酸酯预聚体的制备包括如下步骤：将聚酯多元醇和异氰酸酯以摩尔比为(2-2.5):1混合，在60-80℃、氮气保护条件下反应2-3h，然后降温至40-45℃，控制NCO质量分数为20-21％，出料即得。
优选地，混合物、环氧丁烯和催化剂的质量比为1:(0.65-0.85):(0.005-0.015)。
优选地，所述的催化剂为过渡金属卡宾配合物，键和方式为Schrock型。
优选地，环氧封端的二烯丙酯混合单体与硫脲的质量比为1:(0.55-0.7)。
优选地，所述聚酯多元醇含有2-3个官能度，羟值为50-200mgKOH/g。
优选地，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
上述高折射环硫改性树脂的制备方法，按照以下步骤进行：按重量份数称取多元异氰酸酯预聚体、环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体、增韧剂、抗氧剂、有机锡类催化剂混合反应，得到反应混合物，将所述反应混合物经过固化后，得到所述高折射环硫改性树脂。
优选地，所述的固化升温程序为：初始温度为室温，2-3h升温至40-50℃，保温1-1.5h；1.5-2.5h升温至50-60℃，保温2-3h；再经1.5-2h升温至80-100℃，保温4-6h。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明在高分子单体的骨架为间苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯，减小了单体聚合后的交联密度，增加了两个网络之间的相互作用，从而提高了树脂的韧性，通过将其与环氧丁烯发生烯烃复分解反应，在骨架两端部引入环氧基团封端，同时进一步与硫化剂硫脲反应，可以在反应单体上引入多个硫原子，同时单体中还含有芳环结构，使之具有较高的摩尔折射度以及较低的色散；
(2)混入多元异氰酸酯预聚体和增韧剂，镜片树脂光学性能好。进一步提高了树脂的弹性以及抗冲击强度。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
实施例1
一种高折射环硫改性树脂，按重量份计其组成包括如下原料：
Figure BDA0003047967040000031
上述高折射环硫改性树脂的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)多元异氰酸酯预聚体的制备：将聚己二酸乙二醇酯和甲苯二异氰酸酯以摩尔比为2.3:1混合，在60-80℃、氮气保护条件下反应2.5h，然后降温至40-45℃，控制NCO质量分数为20％，出料即得；其中，聚己二酸乙二醇酯的羟值为90mgKOH/g；
(2)环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体制备包括如下步骤：(a)将间苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯按质量比为1:0.4混合均匀；(b)在混合物中加入溶剂，同时依次加入环氧丁烯和催化剂，混合均匀后加热至60-70℃，反应时间为2.5h，减压浓缩后得到环氧封端的二烯丙酯混合单体；其中，混合物、环氧丁烯和催化剂的质量比为1:0.8:0.015；(c)在环氧封端的二烯丙酯混合单体中加入溶剂和助剂，搅拌混合后再将硫脲分三次加入，温度为40-50℃，反应时间为15h，TLC分析显示没有剩余的环氧封端的二烯丙酯混合单体后，结束反应，清洗，减压浓缩后得到所述环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体；其中，环氧封端的二烯丙酯混合单体与硫脲的质量比为1:0.65；
(3)按重量份数称取多元异氰酸酯预聚体、环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体、增韧剂、抗氧剂、有机锡类催化剂混合反应，得到反应混合物，将所述反应混合物经过固化后，得到所述高折射环硫改性树脂；其中，固化包括2 次程序升温过程，第一次固化升温程序为：初始温度为室温，2h升温至40-50℃，保温1.5h；2h升温至50-60℃，保温2.5h；再经2h升温至80-100℃，保温5 h。
实施例2
一种高折射环硫改性树脂，按重量份计其组成包括如下原料：
Figure BDA0003047967040000041
Figure BDA0003047967040000051
上述高折射环硫改性树脂的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)多元异氰酸酯预聚体的制备：将聚己二酸乙二醇酯和异佛尔酮二异氰酸酯以摩尔比为2.2:1混合，在60-80℃、氮气保护条件下反应3h，然后降温至40-45℃，控制NCO质量分数为20％，出料即得；其中，聚己二酸乙二醇酯的羟值为90mgKOH/g；
(2)环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体制备包括如下步骤：(a)将间苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯按质量比为1:0.2混合均匀；(b)在混合物中加入溶剂，同时依次加入环氧丁烯和催化剂，混合均匀后加热至60-70℃，反应时间为2.5h，减压浓缩后得到环氧封端的二烯丙酯混合单体；其中，混合物、环氧丁烯和催化剂的质量比为1:0.70:0.010；(c)在环氧封端的二烯丙酯混合单体中加入溶剂和助剂，搅拌混合后再将硫脲分三次加入，温度为40-50℃，反应时间为20h，TLC分析显示没有剩余的环氧封端的二烯丙酯混合单体后，结束反应，清洗，减压浓缩后得到所述环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体；其中，环氧封端的二烯丙酯混合单体与硫脲的质量比为1:0.55；
(3)按重量份数称取多元异氰酸酯预聚体、环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体、增韧剂、抗氧剂、有机锡类催化剂混合反应，得到反应混合物，将所述反应混合物经过固化后，得到所述高折射环硫改性树脂；其中，固化包括2 次程序升温过程，第一次固化升温程序为：初始温度为室温，2.5h升温至 40-50℃，保温1h；1.5h升温至50-60℃，保温3h；再经2h升温至80-100℃，保温5h。
实施例3
一种高折射环硫改性树脂，按重量份计其组成包括如下原料：
Figure BDA0003047967040000061
上述高折射环硫改性树脂的制备方法，按照以下步骤进行：
(1)多元异氰酸酯预聚体的制备：将聚己二酸乙二醇酯和二苯基甲烷二异氰酸酯以摩尔比为2:1混合，在60-80℃、氮气保护条件下反应2.5h，然后降温至40-45℃，控制NCO质量分数为20-21％，出料即得；其中，聚己二酸乙二醇酯的羟值为90mgKOH/g；其中，聚己二酸乙二醇酯的羟值为90mgKOH/g；
(2)环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体制备包括如下步骤：(a)将间苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯按质量比为1:0.3混合均匀；(b)在混合物中加入溶剂，同时依次加入环氧丁烯和催化剂，混合均匀后加热至60-70℃，反应时间为3h，减压浓缩后得到环氧封端的二烯丙酯混合单体；其中，混合物、环氧丁烯和催化剂的质量比为1:0.70:0.015；(c)在环氧封端的二烯丙酯混合单体中加入溶剂和助剂，搅拌混合后再将硫脲分三次加入，温度为40-50℃，反应时间为20h，TLC分析显示没有剩余的环氧封端的二烯丙酯混合单体后，结束反应，清洗，减压浓缩后得到所述环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体；其中，环氧封端的二烯丙酯混合单体与硫脲的质量比为1:0.7；
(3)按重量份数称取多元异氰酸酯预聚体、环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体、增韧剂、抗氧剂、有机锡类催化剂混合反应，得到反应混合物，将所述反应混合物经过固化后，得到所述高折射环硫改性树脂；其中，固化包括2 次程序升温过程，第一次固化升温程序为：初始温度为室温，2h升温至40-50℃，保温1.2h；1.5h升温至50-60℃，保温3h；再经2h升温至80-100℃，保温6h。
性能测试
实施例1-3得到的高折射环硫改性树脂用于生产树脂镜片，测定折射率、色散系数以及落球实验，实验数据示于表1；落球实验中，球重16.3g，高度 127cm；
表1
项目 折射率 色散系数 落球实验
实施例1 1.71 31.5 通过
实施例2 1.70 32.4 通过
实施例3 1.72 30.6 通过
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高折射环硫改性树脂，其特征在于，按重量份计其组成包括如下原料：
多元异氰酸酯预聚体 40-60份
环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体 15-25份
增韧剂 0.2-0.5份
抗氧剂 0.01-0.05份
有机锡类催化剂 0.001-0.006份
其中，环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体制备包括如下步骤：(a) 将间苯二甲酸二烯丙酯、对苯二甲酸二烯丙酯按质量比为1:(0.2-0.4)混合均匀；(b) 在混合物中加入溶剂，同时依次加入环氧丁烯和催化剂，混合均匀后加热至60-70℃，反应时间为1.5-3 h，减压浓缩后得到环氧封端的二烯丙酯混合单体；(c) 在环氧封端的二烯丙酯混合单体中加入溶剂和助剂，搅拌混合后再将硫脲分三次加入，温度为40-50℃，反应时间为10-20 h，TLC分析显示没有剩余的环氧封端的二烯丙酯混合单体后，结束反应，清洗，减压浓缩后得到所述环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体；
多元异氰酸酯预聚体的制备包括如下步骤：将聚酯多元醇和异氰酸酯以摩尔比为(2-2.5):1混合，在60-80℃、氮气保护条件下反应2-3 h，然后降温至40-45℃，控制NCO质量分数为20-21%，出料即得。
2.根据权利要求1所述的高折射环硫改性树脂，其特征在于，混合物、环氧丁烯和催化剂的质量比为1:(0.65-0.85):(0.005-0.015)。
3.根据权利要求1所述的高折射环硫改性树脂，其特征在于，所述的催化剂为过渡金属卡宾配合物，键和方式为Schrock型。
4.根据权利要求1所述的高折射环硫改性树脂，其特征在于，环氧封端的二烯丙酯混合单体与硫脲的质量比为1:(0.55-0.7)。
5.根据权利要求2所述的高折射环硫改性树脂，其特征在于，所述聚酯多元醇含有2-3个官能度，羟值为50-200 mgKOH/g。
6.根据权利要求2所述的高折射环硫改性树脂，其特征在于，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯中的至少一种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的高折射环硫改性树脂的制备方法，其特征在于，按照以下步骤进行：按重量份数称取多元异氰酸酯预聚体、环硫改性环氧封端的二烯丙酯预聚体、增韧剂、抗氧剂、有机锡类催化剂混合反应，得到反应混合物，将所述反应混合物经过固化后，得到所述高折射环硫改性树脂。
8.根据权利要求7所述的高折射环硫改性树脂的制备方法，其特征在于，固化的温度条件为：初始温度为室温，2-3h升温至40-50℃，保温1-1.5 h；1.5-2.5 h升温至50-60℃，保温2-3 h；再经1.5-2 h升温至80-100℃，保温4-6 h。
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