專利名稱：聚酰亞胺樹脂及其用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新穎的聚酰亞胺樹脂，其可用于光波導(dǎo)元件中作為核心層或包覆層 的材料或部分材料。本發(fā)明聚酰亞胺樹脂具有低雙折射率、高光學(xué)穿透度、抗溶劑性、 高熱穩(wěn)定性且對(duì)于基材有良好的附著性。
背景技術(shù)：
毋庸置疑地，光纖將取代主導(dǎo)電信通訊近二百年的銅導(dǎo)體，成為本世紀(jì)最重要的通 信傳輸媒體。而光波導(dǎo)元件為光纖通訊的基礎(chǔ)，其結(jié)構(gòu)包含一核心層(core layer)和包覆 層(cladding layer),且核心層的折射率大于包覆層，因此可通過全反射傳遞。為了使光傳輸效率提高， 一般應(yīng)用于光波導(dǎo)元件的材料，其性質(zhì)要求為在光通訊范 圍為低吸收、高穿透度、高熱穩(wěn)定性、抗溶劑性、高附著性與低雙折射率。近年來以高分子材料為主的光波導(dǎo)元件逐漸受到重視，這是因?yàn)楦叻肿硬牧暇哂袃r(jià)格便宜和加工容易等優(yōu)點(diǎn)。然而具有苯環(huán)的基團(tuán)往往造成雙折射率過高，為解決這問題， 先前技藝中已提出使用丙烯酸酯聚合物，如美國(guó)專利第5062680號(hào)所揭示者，但是使用 丙烯酸酯雖然可以降低雙折射率，但是因?yàn)門g值太低，熱穩(wěn)定性不佳，導(dǎo)致制程困難。一般而言，聚酰亞胺(Polyimides)樹脂由二氨與二酸酐反應(yīng)制備而得，因?yàn)榫哂辛己?的熱穩(wěn)定性及可以容忍高溫過程。已有多項(xiàng)專利文獻(xiàn)提出以聚酰亞胺作為光波導(dǎo)元件材 料，如美國(guó)專利第5108201、 5572619、 5659648、 6417321、 6489431號(hào)等所揭示。但由 于聚酰亞胺具有剛硬的主結(jié)構(gòu)，因此難以達(dá)成具有低雙折射率的目標(biāo)，此為其缺點(diǎn)。本案發(fā)明人經(jīng)廣泛研究發(fā)現(xiàn)，以四氨基化合物作為單體所制得的聚酰亞胺樹脂，具 有低雙折射率、高光學(xué)穿透度、抗溶劑性、高熱穩(wěn)定性且對(duì)于基材有良好的附著性，所 以能有效解決上述光波導(dǎo)元件材料所面臨的缺點(diǎn)。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種新穎的聚酰亞胺樹脂。 本發(fā)明的另一目的是提供一種含聚酰亞胺樹脂的光波導(dǎo)元件。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明所揭示的聚酰亞胺樹脂，其特征為通過四氨基化合物與雙酸酐化合物共聚合而制得，其中該經(jīng)四氨基取代的衍生物是選自至少一種由下列化合物所構(gòu)成的群組<formula>formula see original document page 5</formula>其中R,為硫原子、氧原子或氮原子; (V)<formula>formula see original document page 5</formula>其中R2為碳原子、硅原子、磷原子、硫原子或硼原子；及 (VI)H2N其中R3為硫原子或氧原子。本發(fā)明所使用的雙酸酐單體，并無特殊限制，可為脂肪族或芳香族，優(yōu)選為芳香族。 可用于本發(fā)明中的芳香族二酸酐，可選自此技術(shù)領(lǐng)域中所熟知的，例如但不限于苯均四
酸二酐(PMDA)、 4,4'-二苯二甲酸二酐(4,4'-Biphthalic dianhydride， BPDA)、 4,4'-六氟異 亞丙基二苯二甲酸二酐(4,4'-(Hexafluoroisopropylidene)-diphthalic anhydride， 6FDA)、 l-(三氟甲基)-2,3,5，6-苯四羧酸二酐(P3FDA)、 1,4-雙(三氟甲基)-2,3,5,6-苯四羧酸二酐 (P6FDA)、 l-(3',4'-二羧基苯基)-l，3,3-三甲基茚滿-5,6-二羧酸二酐、l-(3'，4'-二羧基苯 基)-l,3,3-三甲基茚滿-6，7-二羧酸二酐、l-(3'，4'-二羧基苯基)-3-甲基茚滿-5,6-二羧酸二酐、 l-(3'，4'-二羧基苯基)-3-甲基茚滿-6，7-二羧酸二酐、2，3,9,10-二萘嵌苯四羧酸二酐、1,4，5，8-萘四羧酸二酐、2,6-二氯萘-1,4,5,8-四羧酸二酐、2,7-二氯萘-1,4,5，8-四羧酸二酐、2,3,6,7-四氯萘-2,4,5,8-四羧酸二酐、菲-l，8，9,10-四羧酸二酐、3,3',4,4'-二苯甲酮四羧酸二酐、 1,2',3,3'-二苯甲酮四羧酸二酐、3,3',4，4'-聯(lián)苯四羧酸二酐、3,3',4，4'-二苯甲酮四羧酸二酐、 2,2',3,3'-聯(lián)苯四羧酸二酐、4，4'-異亞丙基二苯二甲酸二酐、3，3'-亞異丙基二苯二甲酸二酐、 4,4'-氧基二苯二甲酸二酐、4,4'-磺?；蕉姿岫?、3,3'-氧基二苯二甲酸二酐、4，4'-亞甲基二苯二甲酸二酐、4，4'-硫基二苯二甲酸二酐、4,4'-亞乙基二苯二甲酸二酐、2,3,6,7-萘四羧酸二酐、1，2,4,5-萘四羧酸二酐、1,2,5，6-萘四羧酸二酐、苯-l,2,3,4-四羧酸二酐及 啶-2,3，5,6-四羧酸二酐及其混合物。優(yōu)選是苯均四酸二酐、4,4-二苯二甲酸二酐、4，4'-六氟亞異丙基二苯二甲酸二酐、l-(三氟甲基)-2,3,5,6-苯四羧酸二酐或1,4-雙(三氟甲 基)-2，3，5，6-苯四羧酸二酐或其混合物。本發(fā)明之聚酰亞胺樹脂可通過所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的任何一種方式制備。例 如，將氨類單體和酸酐單體與適合的溶劑，如二甲基乙酰氨(Dimethylacetamide， DMAC) 或3-甲氧基丙酸甲酉旨(Methyl 3-methoxypropionate， MMP)加以混合，反應(yīng)聚合成聚酰氨 酸高分子(Polyamicacid,簡(jiǎn)稱PAA)，之后經(jīng)過合環(huán)反應(yīng)(Imidization)脫水形成聚酰亞胺 樹脂，而合環(huán)反應(yīng)可利用加熱或化學(xué)反應(yīng)方式進(jìn)行，優(yōu)選為加熱方式，加熱溫度須高于 樹脂的玻璃轉(zhuǎn)化溫度(Tg)。本發(fā)明的聚酰亞胺樹脂，主要是利用四氨基化合物所具有的四個(gè)官能基與酸酐反應(yīng) 形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以達(dá)到降低雙折射率的目的。當(dāng)用于本發(fā)明中時(shí)，四氨基化合物可 單獨(dú)與雙酸酐形成聚酰亞胺，或與二氨基化合物混合后與雙酸酐共聚合形成聚酰亞胺。本發(fā)明可形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺，具有良好熱安定性和低雙折射率的特性，因此可應(yīng)用于光波導(dǎo)元件中作為核心層或包覆層之材料。本發(fā)明的聚酰亞胺樹脂可利用任何熟知方法應(yīng)用作為核心層或包覆層的材料。另外，當(dāng)同時(shí)使用四氨基化合物與二氨基化合物時(shí)，四氨基化合物可與二氨基化合物以不同比例混合，再與雙酸酐化合物聚合形成聚酰亞胺。當(dāng)二氨基化合物所占比率越高時(shí)，聚酰亞胺的雙折射率也越高。本發(fā)明另揭示一種光波導(dǎo)元件，其包含一基材，與在基材上所沉積的三層，中間一
層為核心層，上下層是包覆層，其中，該核心層或包覆層的材料或部份材料是由本發(fā)明 聚酰亞胺樹脂所構(gòu)成。本發(fā)明的光波導(dǎo)元件，其中基材的材料并無特殊，是任何所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟 知的，其例如但不限于硅晶圓、玻璃、石英、磷化銦(InP)、砷化鎵(GaAs)等。本發(fā)明的光波導(dǎo)元件，其中核心層與包覆層分屬不同折射率的聚酰亞胺，且核心層 的折射率須大于包覆層，而核心層和包覆層的折射率差為介于0.0001 0.01之間。以下實(shí)施例是用于對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，并非用以限制本發(fā)明的范圍。任何所屬 領(lǐng)域的技術(shù)人員可輕易達(dá)成的修飾及改變，均包括于本案說明書揭示內(nèi)容和所附權(quán)利要 求書的范圍之內(nèi)。實(shí)施例實(shí)施例12，2'，4，4'-四氨基聯(lián)苯單體的合成先將聯(lián)苯(20g， 0.13mol)溶于冰水浴的濃硫酸(113mL)中攪拌，緩慢加入濃硝酸(87 mL)，待濃硝酸添加完成后，將溶液在IOO'C下攪拌，反應(yīng)結(jié)束后將溶液倒入冰水中， 有固體析出。以抽氣過濾收集固體，再以乙酸乙酯進(jìn)行再結(jié)晶，得到2，2',4,4'-四硝基聯(lián) 苯淡黃色固體(37.5 g， 86%)。將所得的2，2',4,4'-四硝基聯(lián)苯(15.1 g， 0.07 mmol)溶于 THF(450 ml)中，加入10% Pd/C(2.03 g)，在室溫下通入氫氣攪拌，過濾收集液體、抽干 得到2,2',4,4'-四気基聯(lián)苯棕色固體(9.2 g， 95 %)。聚酰亞胺樹脂之合成將2,2',4,4'-四氨基聯(lián)苯(0.5 g， 2.3 mmol)加入DMAc (23.13 g)中，在25。C下攪拌到 溶解，待固體溶解后加入2,2-雙(3,4- 二羧苯基)-六氟丙烷二酸酐 ("2，2陽bis(3,4-dicarboxphenyl)-hexafluoropropane dianhydride") (2.07 g， 4.6 mmol)攪拌，反 應(yīng)24小時(shí)后，將溶液旋轉(zhuǎn)應(yīng)用(2000 rpm， 60 Sec)在硅晶片上。將所得的硅晶片放入高 溫(320。C)烘箱加熱。所得的聚酰亞胺以Prism Coupler測(cè)量，其在1330 nm的nTE為 1.5892， nTM為1.5891，其雙折射率為0.0001 。
權(quán)利要求
1. 一種聚酰亞胺樹脂，其特征為通過四氨基化合物與雙酸酐化合物共聚合而制得，其中該四氨基化合物為選自至少一種由下列化合物所構(gòu)成群組其中R1為硫原子、氧原子或氮原子；其中R2為碳原子、硅原子、磷原子、硫原子或硼原子；及其中R3為硫原子或氧原子。
2. —種光波導(dǎo)組件，其包含一基材，及在基材上所沉積三層具不同折射率之材質(zhì)，中 間一層為核心層，上下層是包覆層，其中，該核心層或包覆層之材料或部份材料是 由根據(jù)權(quán)利要求1所述的聚醯亞胺樹脂所構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)組件，其中該核心層之折射率大于包覆層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)組件，其中該核心層和包覆層之折射率差介于0 0.01 之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的光波導(dǎo)組件，其中該基材為硅晶圓、玻璃、石英、磷化銦或 砷化鎵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新穎的聚酰亞胺樹脂，其特征為通過四氨基化合物與雙酸酐化合物共聚合而制得。本發(fā)明聚酰亞胺樹脂具有低雙折射率，可應(yīng)用于光波導(dǎo)元件中。
文檔編號(hào)G02B6/10GK101392058SQ20081017524
公開日2009年3月25日 申請(qǐng)日期2004年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月11日
發(fā)明者吳仲仁, 周孟彥, 張仲宏, 王敏琦 申請(qǐng)人:長(zhǎng)興化學(xué)工業(yè)股份有限公司