双胺型芴基苯并噁嗪的合成聚合及性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lslandgp1972
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本文以9,9-双(4-羟苯基)芴(BHPF)和对硝基氯苯为原料,通过缩合反应合成了9,9-双(4-(4-硝基苯氧基)苯基)芴,在水合肼和Pd/C催化剂作用下,得到一种新型含醚键芴二胺单体(9,9-双(4-(4-氨苯氧基)苯基)芴,BAOFL),总收率达77%;以9,9-双(4-氨苯基)芴(BPF)或BAOFL、多聚甲醛和不同取代酚为原料,采用一步法合成了十种双胺型芴基苯并噁嗪单体,收率达72%~83%。通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1HNMR)和碳谱(13C NMR)对产物的化学结构进行了表征,利用差示扫描量热仪(DSC)、动态热机械分析仪(DMA)、FT-IR、1H NMR和热重分析仪(TGA)对芴基苯并噁嗪的聚合行为、固化动力学、聚合物网状结构、热性能和力学性能进行了研究。双胺型芴基苯并噁嗪的固化反应遵循1,3-苯并噁嗪的热开环聚合机理,聚合物链段之间通过Mannich桥键及分子内和分子间的氢键相连接。非等温动力学研究表明,双胺型芴基苯并噁嗪的聚合过程为自催化反应,利用Kissinger法和Ozawa法得到不同体系的活化能的值接近,双胺型苯并噁嗪的表观活化能在101~133KJ/mol之间,除BF-2,4-二甲酚基苯并噁嗪外,自催化模型可以很好地描述芴基苯并噁嗪固化的整个过程,理论值与实验值相符。与双酚芴型苯并噁嗪相比,双胺型苯并噁嗪的酚羟基邻位和对位均可参与聚合反应,因而具有更多的交联点,聚合物的交联密度及分子量提高,表现出更高的玻璃化转变温度(Tg)、热稳定性和更优异的机械性能。此外,芴基的引入使得聚合物刚性增强,聚合物链段的热运动和内旋转受到限制,聚苯并噁嗪树脂的热性能显著提高。对于不同取代酚而言,当酚羟基邻位被甲基取代时,聚合反应只能发生在反应活性较低的对位,生成聚合物的交联密度较低,分子量较小,热性能显著低于邻位未被取代的单体;当酚羟基的邻、对位均被取代时,噁嗪环在高温、长时间作用下会发生开环,生成分子量较低的N,O-缩醛结构聚合物。由于芴基苯并噁嗪分子中含有悬垂的芴基,使聚苯并噁嗪树脂的脆性较大,限制了此类树脂的进一步应用。本文从单体分子结构设计出发,在二元胺分子中引入柔性醚键,以改善苯并噁嗪的力学性能和加工性能。通过DSC、TGA和DMA结果比对发现,在单体中引入醚键的同时,聚合物的热性能并未明显降低,而力学性能得到较大改善。
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