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1、新产品与新技术 作为光学材料的含氟聚酰亚胺 徐 炽 焕 摘 要 本文介绍了以TFDB二胺为基础同6FDA、DMDA二酐聚合的均聚和共聚 的含氟PI的特性,并研究了它们的组成与其性能之间的关系。 均聚和共聚含氟PI的低的光损耗和能控制的折射率在用于制作光电元器件中是最 重要的特性,特别在波长为近红外区为113m或1155m的电信通讯中。 关键词 含氟聚酰亚胺,光学高分子 Abstract This paper describes the characterization of fluorinated polyimides and copolyimides based on theTFDB dia
2、mine with 6FDA and PMDA dianhydrides and investigates the relationship between the polymer components and their properties. Low optical loss and precise refractive index control are very inportant characteristic for optoelectronic components especially at the telecommunication wave length of 113m or
3、 1155m. Keywords fluorinated polyimides , optical polymer. 11 序言 随着光电通讯技术迅猛发展 1, 集成光 路(Photonic integrated circuit : PICs)、光电 集 成 块( Optoelectronicintegratedcircuit : OEICs)、光电多模 (Optoelectronic multichip modules: OE2MCMs)等光的波导、联接和分 支用的元器件正向着高密度及高集成的实用化 阶段发展。光电通讯是以光讯号(近红外光 波,波长为113m , 1155 m) 通过光纤和这
4、 些光波导和联接元件来进行传递的。 过去用无机材料(如硅玻璃)作为光学材 料,一般采用离子交换、氢焰沉积及反应刻蚀 等工艺加工制造,但有两个缺点: (1)采用上 述工艺,加工温度1 300 高温才能制成PICs 和OEICs元器件; (2)这些元器件缺乏挠性, 不能 将形状制得太大(如 长 度 不 能 大 于 30cm)。因此, 选择透光性好、折射率及吸湿 率低、能耐较高温度 (260 以上)的热稳定 性的高分子材料,用于制作光波导和联接元件 材料的研究和开发工作,十分引人注目。众所 周知,可以用于制作光学元件的高分子材料已 有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA) ,聚苯乙烯 (PS)和聚碳酸酯(PC
5、)等树脂,由于它们耐 热温度较低,即玻璃转化点较低不适用于制作 上述光波导和联接器件的材料。另外由于这些 聚合物中的分子结构含有C2H键、O2H键, 这些化学键在可见光波段内由于电子迁移而引 起较大的对光波吸收损耗,在近红外光波段, 由于这些化学键(特别C2H键)的低次谐振 同其伸展振动的耦合而引起甚强的吸收,带来 结果是对光传递中吸收损耗增大。 为此,科研人员在选用高分子材料的研究 中把注意力集中在选用聚酰亚胺(PI)树脂。 例如, 1982年AT (2)将三氟甲基侧链引入二 胺后, CTE值和分解温度会大于未氟化甲基侧 链的PI。另外一方面,含有三氟甲基侧链的PI 同不含氟的甲基侧链相比较
6、,特性粘度更低; (3)含三氟甲基侧链的PI的介电常数、折射 21化 工 新 型 材 料 1998年第2期 率、吸湿率随着含氟量增大而降低。 31 含氟PI聚合工艺及光学性能的研究 丸野透研究小组以TFDB二胺和6FDA、 PMDA二酐聚合含氟PI ,按掺混聚合和共聚 聚合来研究聚合物的组成和性能之间的关系。 两种聚合工艺如图2所示。 a1 掺混聚合 图2 两种PI的聚合工艺 在 掺 混 聚 合 中 首 先 把6FDA/ TFDB、 PMDA/ TFDB各自均聚为聚酰胺酸的MDAC 溶液;再渗混在一起成为单一均相的掺混溶液 再进行亚胺化。在此只能用含氟二胺TFDB , 否则在掺混时则呈两相状态
7、。在共聚聚合中两 酐为6FDA和PMDA ,两 胺 为TFDB ,在 DMAC溶液中室温下共聚而成。共聚的含氟 PI薄膜的挠性及韧性较好。 经掺混和共聚制得的含氟PI膜的CTE值 是可以控制的,随着6FDA/ TFDB的组分含量 增加而增加,从- 510 - 6到 81210 - 5 - 1 范围内调节。在同一的6FDA/ TFDB组份时, 掺混的CTE值要低于共混的含氟PI的CTE 值。 掺混和共聚的含氟PI的折射率也是随着 6FDA/ TFDB组份的增加而减少,从11647到 11556在58913nm下范围内改变。 在共聚中,分解温度和介电常数也是随着 6FDA/ TFDB组份的增加而降
8、低。玻璃化点无 论在掺混和共聚中都是高于335。比较了均 聚含氟 PI ( 如PMDA/ TFDB)、不含氟的PI (如PMDA/ ODA)和共聚含氟PI的10m薄 膜的透光率。在共聚含氟PI中随着6FDA/ TFDB含量从30mol %到90mol %增加,膜的 颜色越来越淡。其中PMDA/ ODA膜的ODA 是二氨基二苯醚(oxydianiline) , PI的分子结 构类似杜邦公司的“Kapton”薄膜,其颜色最 深, PMDA/ TFDB次 之, 100 %的6FDA/ TFDB为最浅。 共聚的含氟PI的分子结构式如图3所示。 C O N C O C F3CCF3 C O N CF3
9、F3C C OB中 1 - X C O C O C O N CF3 F3C C O于 第x 6FDA/ TFDB PMDA/ TFDB 图3 6FDA/ TFDB、PMDA/ TFDB共聚含氟PI结构式 含六氟亚异丙基 C (CF3)2 的均聚和 共聚PI树脂在传递近红外波长为113m和 1155m的光电通讯系统中用于制光波导集成 元器件,如作为OEICs块和光联接件的材料, 在国外已走向实用化,商品化的道路发展。 丸野透研究小组对含氟PI的光学性质的 研究,用6FDA/ TFDB及PMDA/ TFDB氟化 PI和共聚的氟化PI对传递中光损耗和折射率 进行研究。氟化PI在硅的衬板上,经350
10、固化后,在传递光波波长为0163m时, 311998年第2期 化 工 新 型 材 料 烯烃/马来酰亚胺共聚体的开发 邹盛欧(中国石化上海咨询公司 200540) 摘 要 烯烃/马来酰亚胺共聚体是一类新的透明材料。本文介绍了它的开发,以 及TI 160的特性与应用。 关键词 烯烃/马来酰亚胺共聚体,透明材料, TI2160 Abstract Olefine/ maleiimide copolymer is a new transparent material.In this paper , its development , and propeties and application of TI
11、2160 were reviewed. Keywords Olefine/ Maleiimide copolymer , transparent material TI2160 11 开发情况 21世纪是光(学)电子学时代。当今光 技术应用的发展已越来越快,其中,透明塑料 作为支撑光技术的关键材料已被人们广为关 注。 无机玻璃具有极优良的光学特性和耐久 性,但是它的比重大,比普通塑料大2倍多, 并且成型自由度小,为了提高表面精度还需要 繁杂的研磨。因此,为了满足用透明材料加工 的部件和机器轻量化、小型化、低成本化的要 求,开始采用透明塑料来取代无机玻璃。 PMDA/ TFDB的损耗为413dB
12、/ cm ,而6FDA/ TFDB为017dB/ cm ,共聚氟化PI的损耗值没 有增加, 6FDA/ TFDB的光损耗较低,在光电 通讯中,传递波长为113m时的损耗降为 013dB/ cm。含氟PI固化在硅衬板上有两个折 射率, nTE, nTM, nTEnTM为双折射率。 (n TE 为输入折射率, nTM为输出折射率 ) , 在共聚 含氟PI中,用调节6FDA/ TFDB的含量可以 精确控制nTE从11523到11614之间,同时 nTM也可从11514到11521之间调节,而双折 射率也随着从01008到01123之间控制。因 此,共聚含氟PI树脂有低的光传递的损耗, 光损耗的热稳定
13、性以及可以精确控制折射率, 从而具备了作为光电元器件材料的最重要的特 性。 据最近报导 3, NTT 公司的光电子研究 所丸野透小组将共聚含氟 PI ( 见图4所示的 结构式)也实现商品化生产,商品牌号为 FLUPI。他们用FLUPI作为埋置型的单模波 导管的芯和包层材料,光波导管芯的截面为8 8m ,完全埋置在上下包层中,下包层是固 化在 硅 衬 板 上。在 传 递 波 长 为113m或 1155m时损耗为013015dB/ cm ,在硅衬板 上用300450 固化。 41 结束语 光电通讯技术是本世纪末到下世纪的新兴 发展的高新技术。氟化PI树脂具有高透明性, 耐热性、低损耗、低折射率,低
14、吸湿率等优 点,是可作为光波导元件及光连接元件的材 料,并可以满足这方面潜在要求的一种新型高 分子材料。 参考文献 1 Matsuura.T , CHEMTECH , 1994 , DEC , 20227 2 Matsuura.T. Macromoles 1991 , 24 , 500125005 Matsuura.T. Macromoles 1992 , 25 , 354023545 Matsuura.T. Macromoles 1993 , 26 , 4192423 Matsuura.T. Macromoles 1994 , 27 , 666526670 3 Matsuura.T ,高分子, 1997 , 46 , 141 41化 工 新 型 材 料 1998年第2期
