专利名称：一种含硫光学环氧树脂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种环氧树脂，特别是涉及一种具有较高的折射率并含有硫原子的光学环氧树脂及其制备方法。
背景技术：
随着科学的进步，光学材料越来越多应用于科技以及生活领域。折射率是光学材料的最基本性能，高折射率材料是当今人们日益追求的目标。为使透镜超薄、低曲率和减轻重量的同时而不影响其折射能力，必须提高光学材料的折射率。环氧树脂因具有固化容易、固化条件可调以及透明性好等特点而在光学树脂领域应用较多，如光学器件、光学封装、光学胶黏剂等。但是，环氧树脂的折射率较低。普通的环氧树脂的折射率约为1. 57左右，远不能满足光学材料越来越高的要求。目前，LED照明技术正蓬勃发展。但是由于LED的GaN芯片具有高的折射率(约为 2. 2)，为了能够有效地减少界面折射带来的光损失，尽可能提高取光效率，要求封装材料的折射率尽可能高。而普通的环氧树脂的折射率仅为1.57左右，与芯片的折射率差异较大， 导致取出光效率较低，仅为理论值的10%。理论计算表明，封装材料的折射率>1.7，光取出效率>30%，封装材料的折射率>1. 8，光取出效率>40%。另外一方面，当提高LED的光取出效率的同时，必然会降低LED的发热，而LED的散热设计是LED大规模应用的难点之一，因此高折射率的封装材料有利于减轻LED的散热设计困难，延长LED的使用寿命。无机材料一般均具有较高的折射率。如二氧化钛作为一种白色颜料因其特别高的折射率(2. 5-2. 7)而应用广泛。纳米无机材料加入至树脂中能显著提高高分子材料的折射率，但是纳米复合材料的应用受到纳米颗粒的分散性、稳定性以及添加量的控制。国内外科学工作者对这方面进行了有益研究，但主要集中在薄膜方面。高折射率高透明高稳定性的块状纳米复合材料仍有一定难度。因为用胶体化学法合成有机一无机纳米复合光学透明材料存在着如何使无机纳米粒子稳定分散在透明高分子构成的连续相中这一难题。官建国等(官建国，黄俊，袁润章.光学透明材料的现状和研究进展II 有机一无机纳米复合光学透明材料[J].武汉工业大学学报，1998，20 (9) :11-13)提出，对于用传统的溶胶-凝胶法这种纳米复合技术制备整块光学透明复合材料时，存在着以下几个问题(1)挥发水解和缩聚过程中产生的水和醇等低分子副产物和大量的溶剂会有严重的体积收缩现象(大于 50%)，并进而带来大的内应力和显著的裂纹，从而很难制得具有预期尺寸和形状的块体光学透明材料(如厚度>10 μ m) ； (2)干燥速率极慢，一般需几周甚至几个月；(3)对于长期使用的纳米复合光学透明材料，还可能有因纳米粒子团聚，产生大的相分离而使光的散射损耗增加的问题。公开号为CN101418206A的中国发明专利公开了用四(3-巯基丙酸)异戊四醇和四巯基乙酸异戊四醇固化环氧树脂的方法，得到固化产物的折射率1. 60—1. 66。Hsim-Tien LiCHsun-Tien Li, Chia-ffen Hsu, Kai-Chi Chen. A novel high refractive transparent material in LED package applications[C]. Electronic Materials and Packaging,2008. Taipei, Taiwan EMAP 2008. International Conference on :309-312) 双-[2，双(巯基甲基)-1，1-双苯基硫化甲烷]固化双酚A环氧树脂，得到固化产物的折射率1. 64。但这些技术主要为采用含硫醇的固化剂固化普通环氧树脂来获得较高的折射率。苯硫乙硫基环氧丙烷的合成与结构表征[J](吴璧耀，张道洪，张玉，武汉化工学院学报，2003,25 (4):37-39)公开了一种合成苯硫乙硫基环氧丙烷的方法，合成物是一种浅黄色的液体，折光指数为1. 60，但这是一种单官能团环氧树脂，难以通过固化获得高性能的固化产物。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种分子结构中含有硫原子的环氧树脂，所得环氧树脂在固化前即可达到较高的折射率。为了解决上述技术问题，本发明提出了下列第一个技术方案一种含硫光学环氧树脂，其为巯基苯并噻唑的缩水甘油醚，结构式如下
权利要求
1. 一种含硫光学环氧树脂，其特征在于，其为巯基苯并噻唑的缩水甘油醚，结构式如下
2.一种制备如权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1 按摩尔比为1:1至1 :10，将2-巯基苯并噻唑加入环氧氯丙烷中，搅拌下加入催化剂，在冰水浴中溶解；然后升温至5(T70°C，再反应2飞h后；然后升温，在8(T12(TC的条件下蒸馏回收未反应的环氧氯丙烷；最后降温至5(T70°C ；以1摩尔份2-巯基苯并噻唑计，所述的催化剂为0. 0Γ0. 05摩尔份碱溶液和0. 00Γ0. 005摩尔份季铵盐中的一种或多种，或者所述的催化剂为0. 00Γ0. 005摩尔份三苯基磷；所述碱溶液为氢氧化钠的水溶液、 氢氧化钾的水溶液和氢氧化锂的水溶液中的一种或多种；步骤2 控制反应温度为5(T70°C，以1摩尔份2-巯基苯并噻唑计，加入2摩尔份有机溶剂和1摩尔份碱或碱溶液，碱或碱溶液在广2. 5小时内加入，然后保温0. 5^1h ；所述的碱为氢氧化钠、氢氧化锂或氢氧化钾中的一种或多种；所述有机溶剂为三氯甲烷、甲苯、二甲苯、 苯、乙苯、二乙苯、四氯化碳、甲基异丁基酮和甲乙酮中的一种或多种；所述碱溶液为氢氧化钠的水溶液、氢氧化钾的水溶液和氢氧化锂的水溶液中的一种或多种；步骤3 停止搅拌，出料；将物料进行水洗直至无Cl一为止，然后将反应物在真空条件下干燥除去溶剂和残留的环氧氯丙烷，即得二巯基巯基苯并噻唑缩水甘油醚环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷的摩尔比是1 :1，催化剂是氢氧化钠溶液，2-巯基苯并噻唑与催化剂的摩尔比是1 :0. 01，有机溶剂是甲基异丁基酮，步骤2的碱溶液是氢氧化钠溶液。
4.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷的摩尔比是1 :5，催化剂是氢氧化钠溶液，2-巯基苯并噻唑与催化剂的摩尔比是1 :0. 05，有机溶剂是甲基异丁基酮，步骤2的碱溶液是氢氧化钠溶液。
5.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷的摩尔比是1 :10，催化剂是氢氧化钠溶液，2-巯基苯并噻唑与催化剂的摩尔比是1 :0. 05，有机溶剂是甲基异丁基酮，步骤2的碱是氢氧化钠固体。
6.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷的摩尔比是1 :10，催化剂是硫酸氢四丁基铵，2-巯基苯并噻唑与催化剂的摩尔比是1 :0. 005，有机溶剂是甲基异丁基酮，步骤2的碱是氢氧化钾固体。
7.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷的摩尔比是1 10，催化剂是氯化苄基三乙基铵，2-巯基苯并噻唑与催化剂的摩尔比是1 :0. 001，有机溶剂是二甲苯，步骤2的碱是氢氧化钠固体。
8.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷的摩尔比是1 :10，催化剂是三苯基磷，2-巯基苯并噻唑与催化剂的摩尔比是1 0. 001，有机溶剂是二甲苯，步骤2的碱是氢氧化钠固体。
9.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷的摩尔比是1 :10，催化剂是三苯基磷，2-巯基苯并噻唑与催化剂的摩尔比是1 :0. 005，有机溶剂是氯仿，步骤2的碱是氢氧化钠固体。
10.根据权利要求1所述的含硫光学环氧树脂的制备方法，其特征在于，所述催化剂为碱溶液，质量浓度为10% 30%。
全文摘要
本发明公开了一种含硫光学环氧树脂，为巯基苯并噻唑的缩水甘油醚，结构式如下上述含硫光学环氧树脂的制备方法是以2-巯基苯并噻唑和环氧氯丙烷作为反应原料，以碱溶液、季铵盐和三苯基磷中的一种或几种作为催化剂，以氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾中的一种或几种的水溶液或固体作为第二步的反应原料，以甲苯、二甲苯、苯、乙苯、二乙苯、四氯化碳、甲基异丁基酮、甲乙酮中的一种或几种作为溶剂。最后在室温或较低温度条件下，真空干燥得到巯基苯并噻唑缩水甘油醚环氧树脂。制备的环氧树脂具有环氧值高、粘度低、折射率较高、透明性较好等优点。该环氧树脂可用于光学封装、光学胶黏剂、光学零部件等领域。
文档编号C08G59/20GK102408422SQ201110270730
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月14日 优先权日2011年9月14日
发明者佘勇, 刘呈贵, 左建东, 罗超云, 肖仁亮, 赵建青 申请人:深圳市飞世尔实业有限公司