光学树脂具有质轻、抗冲击、易加工和易染色等优点,已在很多领域代替传统光学玻璃,被广泛应用于制造光学元件,如透镜、棱镜、光盘及光纤等。然而,现有光学树脂大多存在着折射率低、耐热性差、耐磨性差、吸水率大等缺点,极大地限制了光学树脂的应用。因此,设计和制备既具有高折射率、低色散,又具有优异的耐热性、耐磨性的光学树脂具有重要的研究价值和广阔的应用前景。 根据分子设计原理和聚合物结构与性能的关系,将多脂环引入聚合物有利于提高聚合物的折射率、耐热性、耐磨性,降低其吸湿性；环氧型树脂是一种热固性树脂,具有耐热性和耐溶剂性好、固化收缩率小、机械性能好等优点,很适合作为光学树脂的基体。基于这一分析,本工作以廉价的石油C5馏分中的副产物双环戊二烯为原料,设计合成了一种含多脂环的环氧单体；对其固化体系和固化工艺进行了探索,制得了一系列含多脂环的环氧型光学树脂,系统地研究了树脂的组成、结构、工艺条件等因素对固化产物的光学性能和一些相关的物理机械性能的影响,从而为设计与制备含多脂环的新型光学树脂奠定了理论和实际基础。 以钨酸钠、磷酸等与季铵盐制备了相转移催化剂(PTC);以双环戊二烯(DCPD)为起始物,以H2O2为氧源,通过相转移催化氧化法合成了含多脂环的环氧单体二环氧双环戊二烯。用红外、核磁和环氧值测定法对环氧化反应产物的表征表明,成功地制得了目标产物二环氧双环戊二烯(DCPDEP)。环氧化实验结果表明：以DCPD的摩尔数为计算基准,PTC的用量为其0.3％,H2O2的用量为其75％,H2O2采用间歇分批方式添加至反应体系中,在70℃下反应8 h,是较佳的反应条件,DCPDEP的产率可达到75.2％。 采用顺丁烯二酸酐(MA)、甲基六氢苯酐(MeHHPA)对DCPDEP进行固化,确定了较佳的固化工艺条件；并进一步探讨包含了固化剂、起始剂和促进剂的固化体系的组成与用量对DCPDEP/MA和DCPDEP/MeHHPA固化树脂性能的影响。DCPDEP/MA固化树脂中,随着固化树脂中DCPDEP含量的增加,其折射率、表面硬度都升高,吸水率下降。在DCPDEP和MA的质量比为1:0.7时,折射率达到最高为1.5723,透光率达到84.6％,表面硬度达到3H。 为了改善以DCPDEP为主体的环氧树脂的韧性、提高环氧树脂的折射率,设计引入E-51环氧树脂,使用MA、甲苯二异氰酸酯(TDI)作为固化剂。DCPDEP/E-51/MA环氧树脂中,在DCPDEP与E-51的质量比为1:0.3时,固化树脂的韧性较好,颜色较浅,透光率达到85.8％,折射率达到1.5764,阿贝数为38.4,Tg为53℃,吸水率为0.52％,表面硬度达到3H,综合性能较好。DCPDEP/E-51/TDI固化树脂的折射率、玻璃化转变温度随TDI用量的增加而增加,当两者摩尔比为1:0.9时,nd达到最高为1.5851,是本工作所制得的折射率最高的试样。