主链型芴基苯并噁嗪树脂的合成及固化动力学研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:serinol
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苯并噁嗪作为一类新型的热固性酚醛树脂,不仅具有优良的耐热性能和阻燃性能,而且在加热或催化剂的作用下,可开环聚合生成含氮类似酚醛树脂的网状结构,分子的设计具有很大的灵活性,固化过程中无小分子释放等特点,在最近几年的应用中备受关注。而且苯并噁嗪还具有固化过程中体积收缩率近似为零,吸水率低,残炭率高,固化时放出无毒的副产物以及良好的机械性能和阻燃性能等特点。因此苯并噁嗪树脂在航空航天、电子等领域具有广泛的应用前景。本文以芴为原料,合成了系列双酚、双胺型主链芴基苯并噁嗪树脂,利用红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)对合成产物的化学结构进行了表征,利用差示扫描量热仪(DSC)、FT-IR、热重分析仪(TGA)对主链型芴基苯并噁嗪的固化动力学、固化行为和热性能进行了研究。结果表明,采用烷基化﹑硝化、还原方法,合成了2,7-二氨基芴和2,7-二氨基-9,9-二烷基芴,产物收率约60%;以2,7-二氨基芴或2,7-二烷基-9,9-二氨基芴、甲醛溶液和苯酚为原料,采用两步法,合成了三种双胺型芴基苯并噁嗪单体,产品收率为75%~80%。以2,7-二羟基芴酮为原料,通过改进的黄鸣龙还原法,合成了2,7-二羟基芴;以2,7-二羟基芴或2,7-二羟基芴酮、多聚甲醛、丁胺或苯胺为原料,采用一步Mannich缩合反应,合成了三种双酚型芴基苯并噁嗪单体,收率达72%~78%。采用Kissinger法、Ozawa法和Starink等转化率法,研究了双胺型和双酚型主链芴基苯并噁嗪单体的非等温固化动力学,计算了表观活化能。双胺型和双酚型主链芴基苯并噁嗪的固化过程为自催化反应过程,其表观活化能在101~120KJ/mol之间,固化过程前期为化学过程控制,后期则由扩散过程控制。利用自催化模型模拟了芴基苯并噁嗪的固化过程,理论值与实验值基本相符。大分子芴基引入聚苯并噁嗪的主链结构中,极大的提高了聚合物链的刚性,而交联密度的增加,使得聚合物的分子量增大,堆积密度提高,因此,双胺型主链芴基聚苯并噁嗪树脂呈现出优良的热性能,远高于同类型的双酚A型苯并噁嗪树脂、双酚型芴基苯并噁嗪树脂和双胺型芴基聚苯并噁嗪树脂。此外,在单体结构中引入更多的苯环,有助于聚合物热性能提高。而热不稳定的脂肪链的引入,则导致聚合物热性能的下降,而且脂肪链的体积越大,聚合物的热性能越低。
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