本發(fā)明涉及材料，尤其涉及一種高折光指數(shù)透明聚氨酯的制備方法及應用。

背景技術：

1、光波導基體材料是指在光波導器件中用作光傳輸?shù)幕窘Y構或基底的材料。聚氨酯型樹脂恰好是符合此類要求的一種材料，其在光學、電子、涂料等領域都有著廣泛的應用。高折射率聚氨酯樹脂正是滿足這一需求的材料之一，其具有優(yōu)異的光學性能，如高折射率、優(yōu)良的透明度、較低的色散性能等，同時相較于其他光波導基體材料，聚氨酯具有調節(jié)可控的特點，使其在各種光學元件、涂料和光學器件中具有重要的應用前景。

2、聚氨酯(polyurethane)是otto?bayer教授及同事在1937年制備出來的，主要成分為含有雙羥基官能團、雙巰基官能團或更多的活潑氫化合物(-oh和-sh)與二異氰酸酯或二異硫氰酸酯，通過聚合反應得到，具有良好的耐磨性、光學性能等優(yōu)點。為了更好地發(fā)展具有高折射率特性的聚氨酯光學樹脂，研究人員的研究方向主要集中于怎樣設計與合成新型高硫含量的聚氨酯原料。

3、聚氨酯樹脂作為一種高性能的材料，其特性主要源于其分子結構中的羥基(-oh)和異氰酸酯基(-nco)。這些獨特的基團賦予了聚氨酯樹脂卓越的耐磨性、耐沖擊性和耐化學性能，使其成為涂料、防水材料和鞋底材料等領域的理想選擇。然而，隨著科技的進步和市場的不斷拓展，人們對聚氨酯樹脂的性能提出了更高的要求。研究人員發(fā)現(xiàn)，硫元素的加入不僅保留了聚氨酯樹脂原有的物理性能優(yōu)勢，如耐磨性、耐沖擊性和耐化學性能，更使得其光學性能折射率得到了極大的提升。硫代聚氨酯通常是巰基(-sh)與異氰酸酯基(-nco)發(fā)生反應，硫代聚氨酯與常規(guī)聚氨酯相比具有較高的折射率，是因為硫原子自身具有較高的折光指數(shù)。但由于國外技術封鎖以及國內研發(fā)進展的緩慢，導致在這一項目上有所欠缺。為了填補這一空白，本技術開展基礎理論研究和固化成型技術研究，為高折射率含硫型聚氨酯透鏡的制備提供理論依據(jù)，進一步縮短生產(chǎn)周期，將折射率進一步提高。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了彌補現(xiàn)有技術的不足，提供了一種高折光指數(shù)透明聚氨酯的制備方法及應用，解決了現(xiàn)有技術中存在的問題。

2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了技術方案之一：

3、一種高折光指數(shù)透明聚氨酯的制備方法，包括如下操作步驟：

4、(1)含硫軟段粗產(chǎn)品制備

5、將1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷、1,2-乙二硫醇在光引發(fā)劑安息香二甲醚催化下，紫外燈照射制備含硫軟段低聚物；得含硫軟段粗產(chǎn)品；

6、(2)含硫軟段粗產(chǎn)品純化

7、將步驟(1)含硫軟段粗產(chǎn)品倒入低溫甲醇中沉淀處理，然后離心分離；真空環(huán)境純化干燥過夜，得到含硫軟段純品；

8、(3)聚氨酯制備

9、將步驟(2)含硫軟段純品與異氰酸酯、含硫擴鏈劑及復合催化劑制備高折光指數(shù)透明聚氨酯。

10、進一步地，步驟(1)含硫軟段的制備，1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷與1,2-乙二硫醇摩爾比為1:1.2。該條件下，1,2-乙二硫醇過量，得到硫醇為端基的低聚物。

11、進一步地，步驟(1)含硫軟段的制備如下：

12、按以上摩爾比，將1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷、1,2-乙二硫醇以及光引發(fā)劑安息香二甲醚dmpa逐一加入到預先冷卻且干燥的稱量瓶中，迅速密封；將密封好的稱量瓶置于uv燈下照射，充分攪拌反應至體系逐漸變得粘稠；得含硫軟段粗產(chǎn)品。

13、進一步地，步驟(1)含硫軟段的具體制備如下：

14、將3.72g的1,3-二乙烯基四甲基二硅氧烷、2.26g1,2-乙二硫醇以及0.04g的光引發(fā)劑安息香二甲醚dmpa逐一加入到預先冷卻且干燥的稱量瓶中，迅速密封；將密封好的稱量瓶置于uv燈下照射，充分攪拌反應至體系逐漸變得粘稠；得含硫軟段粗產(chǎn)品。

15、步驟(2)離心分離轉速8000r/min-10000r/min；優(yōu)選離心分離轉速9000r/min。

16、步驟(3)所述含硫軟段純品與異氰酸酯、含硫擴鏈劑的摩爾比為1:6:5，復合催化劑用量為總體系質量的0.18％。

17、進一步地，步驟(3)所述異氰酸酯為氫化二苯基甲烷二異氰酸酯；所述含硫擴鏈劑為1,2-乙二硫醇或1,4-丁二醇；所述復合催化劑為三乙胺和二月桂酸二丁基錫的復合催化劑。

18、進一步地，復合催化劑的三乙胺和二月桂酸二丁基錫質量比為1:5。

19、進一步地，步驟(3)的具體操作如下：

20、s1按含硫軟段純品與異氰酸酯、含硫擴鏈劑的摩爾比1:6:5、催化劑用量為總體系質量的0.18％，稱取含硫軟段純品、異氰酸酯、含硫擴鏈劑和復合催化劑；備用；

21、s2將稱取的原料含硫軟段純品、異氰酸酯及復合催化劑置于燒杯中進行加熱磁力攪拌，預聚6h-8h；預聚后期，視粘度添加溶劑n,n-二甲基甲酰胺，以保證磁力攪拌中轉子的穩(wěn)定運行；

22、s3預聚后少量多次添加含硫擴鏈劑，視粘度補加溶劑n,n-二甲基甲酰胺，擴鏈至反應完全，烘干后即得；

23、其中，步驟s1中含硫擴鏈劑為1,2-乙二硫醇；復合催化劑為質量比1:5的三乙胺和二月桂酸二丁基錫。

24、進一步地，s2預聚6h后加入溶劑n,n-二甲基甲酰胺，以保證磁力攪拌中轉子的穩(wěn)定運行，確保巰基更大程度上反應完全。

25、進一步地，s3烘干置于耐高溫的硅膠模具中烘干完全。

26、進一步地，步驟s2中磁力攪拌條件為溫度80℃、轉速n＝500r/min。

27、進一步地，步驟s3中擴鏈3h。

28、進一步地，s2預聚反應時長8h，s3擴鏈反應時長3h。

29、進一步地，制得的高折光指數(shù)透明聚氨酯折射率達1.6443。

30、本發(fā)明還提供了技術方案之二：

31、如上所述的制備方法制得的高折光指數(shù)透明聚氨酯在光學元件、涂料或光學器件中的應用。

32、進一步地，上述高折光指數(shù)透明聚氨酯在太陽能聚光器中的應用，所述太陽能聚光器為碳量子點太陽能聚光器。

33、進一步地，上述碳量子點太陽能聚光器在本發(fā)明制得的含硫聚氨酯基體基礎上，引入熒光碳點制備得到聚氨酯發(fā)光膜材料。

34、由碳點和前述高折光指數(shù)透明聚氨酯復合制備得到。

35、本發(fā)明的有益效果:

36、本發(fā)明通過1,2-乙二硫醇(edt)，1,3-二乙烯基四甲基而硅氧烷(mmvi)在光引發(fā)劑安息香二甲醚(dmpa)的催化下進行巰基-烯烴點擊反應，制備合成了硅硫軟段，與氫化二苯基甲烷二異氰酸酯、含硫擴鏈劑1,4-丁二醇和/或1,2-乙二硫醇反應合成了一系列硫含量不同的硫代氨基甲酸酯spu0(s:0％)、spu1(s:10.7％)、spu2(s:17.7％)、spu3(s:21.0％)、spu4(s:24.5％)。采用紅外光譜儀、紫外分光光度計、x-射線衍射儀、阿貝折射儀等表征分析了上述材料的結構與性能。結果表明，紅外譜圖表明巰基、羥基、異氰酸酯基全部反應完全，成功合成含硫聚氨酯樣片；折射率測試表明隨著硫含量的增加，折射率逐漸增加，spu4最高折射率達到1.64429，相較于spu0提高了24.3％；x射線衍射峰表明含硫聚氨酯分子有序性降低；紫外透過率測試結果表明，單一軟段和單一硬段聚氨酯樣片的黃度和透過率均優(yōu)于混合體系聚氨酯；接觸角測試中，si-o鍵使樣片接觸角角度增大，表現(xiàn)出一定的疏水性。

37、本發(fā)明從構效關系出發(fā)，設計調控聚氨酯結構中的硫元素含量，以期達到其高折光指數(shù)性能。一方面通過巰-烯點擊反應合成含硫軟緞，另一方面選用含硫擴鏈劑，進一步提高體系硫含量，通過合成反應過程優(yōu)化，最終制得高硫含量(24.5％)的spu4樣品，表現(xiàn)出顯著的優(yōu)異性能。