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環烯烴聚合物國產化前夜:華為公開專利
文章來源:中化新網     更新時間:2023-02-06 16:32:43
環烯烴聚合物新材料主要包含兩類,一類是環烯烴共聚物(COC),另一類是環烯烴均聚物(COP)。COC通過降冰片烯和乙烯經加成共聚合(VAP)所得到的聚合產物;另一類是環烯烴均聚物(COP),是由降冰片烯單體通過開環移位聚合(ROMP)之后氫化得到的聚合產物。

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  環烯烴聚合物具有優異的光學性能(高透光性、高折射率、低雙折射率)、耐高溫性能(高玻璃化轉變溫度)、尺寸穩定性(低吸水性)、高強度、耐化學腐蝕、極低的介電損耗、優異的生物相容性,被廣泛地應用于光學、醫療、半導體等領域顯示出巨大的市場潛力。

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  環烯經聚合物中,同時存在柔性的脂肪烴基鏈段和剛性的環狀結構。其中,脂肪烴基鏈段可以使環烯經聚合物材料保持優異的耐化學性、耐水性,及良好的機械強度、電絕緣性等特性,而剛性的環狀結構能夠賦予環烯經聚合物材料較高玻璃化轉變溫度(Tg),提高耐熱性,同時破壞聚乙烯的結晶性,獲得優異光學性能。

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COP樹脂顆粒

  COC可通過調整降冰片烯和乙烯兩種單體的相對含量,獲得較好力學性能,即可實現降冰片烯和乙烯相對含量可控;但在聚合過程中,多個乙烯單體的均聚會不可避免地形成乙烯鏈節的堆積,這種堆積會使聚合物中產生聚乙烯的結晶區,最終導致光學性能包括霧度和雙折射率降低。

  在COP合成過程中,降冰片烯的環狀結構被破壞,形成五元環狀結構和乙烯鏈段相互交替的結構,實現了降冰片烯和乙烯的序列分布,這種結構不會出現乙烯鏈段的聚集,可以獲得較好的光學性能;但COP中環狀結構單體的摩爾比為50%,剛性基團的比例較高。因此材料在注塑成型后具有較高的內應力,力學性能會受到影響,而且剛柔比例固定不可調節。

  環烯烴聚合物的合成方法均無法實現對降冰片烯和乙烯(即剛性環狀結構和柔性脂肪烴基鏈段)在聚合物中的序列分布和相對含量的同時控制,因此難以對環烯經聚合物的力學性能和光學性能同時進行優化,限制了環烯經聚合物在電子產品中的應用。

  環烯烴聚合物以及單體降冰片烯,國內還沒有掌握技術,沒有工業化生產裝置,華為技術有限公司去年公布了《環烯烴聚合物、環烯烴聚合物單體和光學制品的制作方法》的專利。

  華為環烯烴聚合物的專利,可實現對剛性環狀結構和柔性脂肪經基鏈段在聚合物中的序列分布和相對含量的同時控制,因此兼具優異的力學性能和光學性能。

  首先在單體降冰片烯不同位置引入烷基、芳香基、烷氧基、烴基、酯基、氰基、氨基、硫醇基等不同的基團,能對聚合物進行改性,長鏈烷基可以增加鏈段柔性,調節聚合物力學性能,降低內應力。而選擇酯基、氨基等極性基團,能增加環烯經聚合物與其他聚合物的相容性,并且提高環烯經聚合物的可粘接性能;而選擇含有環狀結構和芳香基團的取代基團,可提高材料剛性和耐熱性,這樣可以根據實際功能需要進行具體選擇,獲得具有不同性能的環烯烴聚合物。

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華為環烯烴聚合物單體降冰片烯結構式

  降冰片烯單體引入基團后,環烯經聚合物分子結構中同時存在柔性的脂肪烴基鏈段和剛性的橋環結構。其中,脂肪烴基鏈段可以有效降低材料內應力和玻璃化轉變溫度(Tg),同時賦予環烯經聚合物良好的機械強度、電絕緣性,以及優異的耐化學性、耐水性等特性,而橋環結構能夠提高環烯烴聚合物的剛性、耐熱性、玻璃化轉變溫度,同時破壞脂肪烴基鏈段的結晶性,使環烯經聚合物獲得優異光學性能,而分子結構中的脂肪烴基鏈段和橋環結構序列分布可控、相對含量也可控,因此可以兼具優異力學性能和光學性能,同時可獲得較好的加工性能。

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華為環烯烴聚合物結構式

  華為專利合成出的環烯烴聚合物的折射率為1.53-1.58,環烯烴聚合物具備較高折射率,采用其制備光學鏡片有利于減薄鏡片厚度。

  環烯烴聚合物的阿貝數大于或等于53。阿貝數是指透明介質材料色散能力的指數,阿貝數越低,色散越嚴重。適合的阿貝數可使材料色散現象控制在較低水平。

  環烯烴聚合物的霧度小于0.2%。霧度,即濁度,定義為材料散射光通量與透過材料光通量之比的百分數,霧度可衡量透明或半透明材料不清晰或混濁的程度,是表征散射的指標,其產生是由于材料內部或外部表面光散射造成的云霧狀或混濁的外觀。較小的霧度可以提高環烯烴聚合物用于制備光學鏡片的可視效果。華為專利技術環烯烴聚合物的霧度小于0.05%。

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華為2022年底推出的首款AR智能眼鏡

  環烯烴聚合物的可見光透過率大于或等于90%,有的環烯烴聚合物的誘過率大于或等于95%。

  環烯烴聚合物的斷裂伸長率≥6%。斷裂伸長率指的就是拉伸率。材料受外力作用至拉斷時,拉伸前后的伸長,長度與拉伸前長度的比值稱斷裂伸長率。較高的斷裂延伸率表示材料韌性較高、脆性小,內應力較低,便于注塑成型。

  華為專利還通過部分或全部采用環烯烴聚合物(COC/COP)加工獲得光學制品,制品的光學透鏡包括手機相機透鏡、筆記本、相機透鏡等,光學膜包括導光膜、反射膜、濾光膜、偏振膜、分光膜和位相膜、液晶基板用膜等。

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