镁盐催化反应性熔融挤出制备透明PMMA/BPEF共混膜的光学性能调控与机理研究

本研究针对高性能光学材料对高折射率、低双折射率(Δn)和优异透明性的需求，通过Mg(TFSI)2 催化反应性熔融挤出技术，成功制备了PMMA/BPEF共混体系。研究发现酯交换反应可形成热力学均相体系，实现可见光区≥90%的透明度，并通过调控BPEF羟基与PMMA的键合方式（单键合导致Δn≈0，双键合形成环状结构增加Δn），为光学器件设计提供了新型材料解决方案。

　　

随着显示技术向高分辨率、轻薄化发展，光学聚合物材料面临严峻挑战：传统聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)虽具有近零双折射率(Δn≈0)和优异透明性，但其折射指数(n≈1.49)难以满足高端光学器件需求；而高折射材料往往伴随显著双折射，影响成像质量。9,9-双(4-(2-羟乙氧基)苯基)芴(BPEF)因其"卡多"(cardo)结构具有小摩尔体积和高摩尔折射率特性，但如何将其高效引入PMMA基质并精确调控光学性能仍是难题。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地采用反应性熔融挤出技术，以双(三氟甲磺酰)亚胺镁(Mg(TFSI)₂
)为催化剂，制备了系列PMMA/BPEF共混材料。研究发现：无催化剂时BPEF单羟基与PMMA侧基发生酯交换反应，形成Δn≈0的均相体系；而Mg(TFSI)₂
催化促使BPEF双羟基与PMMA主链环化，产生平行排列的环状结构，显著提升n_//
和Δn。该成果发表于《Polymer》，为光学功能材料的分子设计提供了新思路。

关键技术包括：差示扫描量热法(DSC)验证体系相容性、热重分析(TGA)评估热稳定性、凝胶渗透色谱(GPC)追踪酯交换反应、紫外-可见分光光度计测定光学性能。

【DSC结果】
通过单一玻璃化转变温度(T_g
)证实所有共混物形成分子级相容体系。T_g
实测值偏离Fox方程预测值，表明发生了化学反应而非简单物理共混。

【光学性能】
折射指数从纯PMMA的1.4923提升至1.5180，可见光区透明度保持≥90%。无催化剂样品Δn≈0，而含Mg(TFSI)₂
样品因环状结构取向使Δn显著增加。

【反应机理】
GPC证实BPEF羟基与PMMA酯基发生交换反应。催化剂存在时，双羟基反应形成环状结构，该发现通过特征流变行为得到佐证。

结论表明，通过精确控制BPEF与PMMA的键合模式，可定向调控材料光学性能：单羟基键合保持低Δn特性，满足显示器补偿膜需求；双羟基环化则提升n_//
，适用于高折射透镜。该工作不仅揭示了卡多结构分子在光学材料中的独特作用机制，更建立了"催化剂-微观结构-宏观性能"的构效关系模型，为开发新一代显示材料提供了理论指导。研究团队Tingzi Yan、Zhanpeng Xu等特别指出，该方法具有工艺简单、成本低廉的优势，有望推动高性能光学聚合物的产业化应用。