生物基聚硫氨酯类光学材料及其制备方法

本发明涉及生物基聚硫氨酯类光学材料及其制备方法，属于光学树脂材料。

背景技术：

1、与无机玻璃相比，光学树脂具有质轻、抗冲击、易加工成型、易染色及分子可设计性等优点已在很多领域代替无机玻璃被广泛用于建材、光学元件，如透镜、棱镜、光盘及光纤等。

2、目前关于光学树脂材料大多用多硫醇化合物和多元异氰酸酯为原料，经过热固化聚合而成，可适用于大部分的领域。所使用的多硫醇化合物一般为2，3-双(硫代(2-巯乙基))-1-正丙硫醇、三羟甲基丙烷三(3-巯基丙酸酯)、四(3-巯基丙酸)季戊四醇酯、四(3-巯基乙酸)季戊四醇酯、1,1,3,3-四(巯基甲硫基)丙烷、1,1,2,2-四(巯基甲硫基)乙烷等，所用的多元异氰酸酯一般为二亚甲基苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1，3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、2,5-双(异氰酸酯基甲基)-二环[2.2.1]庚烷、2,6-双(异氰酸酯基甲基)-二环[2.2.1]庚烷、4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯等，比如专利cn108084386a、cn109824843a等。

3、可见，目前的光学材料几乎采用的都是化石资源。随着化石资源的日益枯竭以及使用过程中造成的环境污染等问题，寻找可再生、优质的生物质资源也是光学树脂材料领域发展的关键。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法。该方法制备得到的生物基聚硫氨酯类光学材料具有良好的力学性能的同时还具有优异的光学性能。

2、本发明生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)制备异山梨醇基聚硫醇：异山梨醇和3-巯基丙酸反应得到异山梨醇基聚硫醇；

4、(2)制备生物基聚硫氨酯类光学材料：异山梨醇基聚硫醇和多异氰酸酯反应，即得。

5、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)具体为：将异山梨醇、催化剂和溶剂混合，通入保护气体，升温至100～120℃；再加入3-巯基丙酸，反应3～4h；随后关闭保护气体，在0.1～10kpa下继续反应2～3h得粗产物；将粗产物冷却，洗涤，得到异山梨醇基聚硫醇。

6、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，所述催化剂为对甲苯磺酸一水合物，溶剂为甲苯、二甲苯、异丙苯、己烷中的至少一种，优选溶剂为甲苯。

7、在本发明的一个实施方式中，步骤(1)中，异山梨醇与3-巯基丙酸摩尔比为1:2.5～3，催化剂的用量为异山梨醇摩尔量的2～5％，溶剂的用量为异山梨醇质量的1～3倍；优选异山梨醇与3-巯基丙酸摩尔比为1:2.5，催化剂的用量为异山梨醇摩尔量的2％，溶剂的用量为异山梨醇质量的2倍。

8、在本发明的一个实施方式中，步骤(2)具体为：将异山梨醇基聚硫醇、多异氰酸酯、催化剂和脱模剂在40℃以下搅拌混匀，脱泡至气泡消失，然后升温固化得到透明的生物基聚硫氨酯材料。

9、在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，所述多异氰酸酯为l-赖氨酸三异氰酸酯，催化剂为二丁基二氯化锡、二甲基二氯化锡、二丁基二月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二辛酸锡、二丁基二丁醇锡、二辛基二丁醇锡中的至少一种，脱模剂为磷酸酯系脱模剂，优选脱模剂为磷酸异丙酯、磷酸二丁酯、磷酸二辛酯、磷酸异三葵基酯、磷酸2-乙基己酯、磷酸丁氧基乙酯中的至少一种。

10、在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯使用比例为按-sh/-nco摩尔比为1:1～2，催化剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的0.5％～1％，脱模剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的0.5％～1％；优选异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯使用比例为按-sh/-nco摩尔比为1:1.1，催化剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的1％，脱模剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的1％。

11、在本发明的一个实施方式中，步骤(2)中，采用梯度程序升温固化，所述梯度程序升温为35～45℃保温1～3h，升温至55～65℃保温1～3h，升温至75～85℃保温1～3h，升温至95～105℃保温1～3h，升温至110～130℃保温3～5h；优选所述梯度程序升温为40℃保温2h，升温至60℃保温2h，升温至80℃保温2h，升温至100℃保温2h，升温至120℃保温4h。

12、本发明还提供本发明所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法制备得到的生物基聚硫氨酯类光学材料。

13、本发明生物基聚硫氨酯类光学材料，由生物基原料制备而成，具有很好的力学性能和光学性能。其弯曲强度为89～98mpa，冲击强度为19～26kj/m2，透过率为87～92％，折射率1.61～1.63。

14、本发明还提供一种生物基聚硫氨酯类光学材料。

15、本发明生物基聚硫氨酯类光学材料，其结构如式i所示：

16、

17、其中，为分子结构的省略，表示异山梨醇基聚硫醇和l-赖氨酸三异氰酸酯反应的重复结构单元。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、本发明生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法简单，原料易得，整个制备工艺绿色环保，符合绿色可持续发展趋势的要求。

20、本发明生物基聚硫氨酯类光学材料具有良好的力学性能以及优异的光学性能。其弯曲强度为89～98mpa，冲击强度为19～26kj/m2，透过率为87～92％，折射率1.61～1.63。

技术特征：

1.生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)具体为：将异山梨醇、催化剂和溶剂混合，通入保护气体，升温至100～120℃；再加入3-巯基丙酸，反应3～4h；随后关闭保护气体，在0.1～10kpa下继续反应2～3h得粗产物；将粗产物冷却，洗涤，得到异山梨醇基聚硫醇。

3.根据权利要求2所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述催化剂为对甲苯磺酸一水合物，溶剂为甲苯、二甲苯、异丙苯、己烷中的至少一种，优选溶剂为甲苯。

4.根据权利要求2所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，异山梨醇与3-巯基丙酸摩尔比为1:2.5～3，催化剂的用量为异山梨醇摩尔量的2～5％，溶剂的用量为异山梨醇质量的1～3倍；优选异山梨醇与3-巯基丙酸摩尔比为1:2.5，催化剂的用量为异山梨醇摩尔量的2％，溶剂的用量为异山梨醇质量的2倍。

5.根据权利要求1所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)具体为：将异山梨醇基聚硫醇、多异氰酸酯、催化剂和脱模剂在40℃以下搅拌混匀，脱泡至气泡消失，然后升温固化得到透明的生物基聚硫氨酯材料。

6.根据权利要求5所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述多异氰酸酯为l-赖氨酸三异氰酸酯，催化剂为二丁基二氯化锡、二甲基二氯化锡、二丁基二月桂酸锡、二丁基氧化锡、二丁基二辛酸锡、二丁基二丁醇锡、二辛基二丁醇锡中的至少一种，脱模剂为磷酸酯系脱模剂，优选脱模剂为磷酸异丙酯、磷酸二丁酯、磷酸二辛酯、磷酸异三葵基酯、磷酸2-乙基己酯、磷酸丁氧基乙酯中的至少一种。

7.根据权利要求5所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯使用比例为按-sh/-nco摩尔比为1:1～2，催化剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的0.5％～1％，脱模剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的0.5％～1％；优选异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯使用比例为按-sh/-nco摩尔比为1:1.1，催化剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的1％，脱模剂用量为异山梨醇基聚硫醇与多异氰酸酯总质量的1％。

8.根据权利要求5所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，采用梯度程序升温固化，所述梯度程序升温为35～45℃保温1～3h，升温至55～65℃保温1～3h，升温至75～85℃保温1～3h，升温至95～105℃保温1～3h，升温至110～130℃保温3～5h；优选所述梯度程序升温为40℃保温2h，升温至60℃保温2h，升温至80℃保温2h，升温至100℃保温2h，升温至120℃保温4h。

9.权利要求1～8任一项所述的生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法制备得到的生物基聚硫氨酯类光学材料。

10.生物基聚硫氨酯类光学材料，其特征在于，其结构如式i所示：

技术总结本发明涉及生物基聚硫氨酯类光学材料及其制备方法，属于光学树脂材料技术领域。本发明解决的技术问题是提供一种生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法。该方法包括以下步骤：(1)制备异山梨醇基聚硫醇：异山梨醇和3‑巯基丙酸反应得到异山梨醇基聚硫醇；(2)制备生物基聚硫氨酯类光学材料：异山梨醇基聚硫醇和多异氰酸酯反应，即得。本发明生物基聚硫氨酯类光学材料的制备方法简单，原料易得，整个制备工艺绿色环保，符合绿色可持续发展趋势的要求，且制备得到的生物基聚硫氨酯类光学材料具有良好的力学性能以及优异的光学性能。技术研发人员：蒲泽军,岳梦洁,钟家春,彭秋霞受保护的技术使用者：四川轻化工大学技术研发日：技术公布日：2024/9/9