芴基苯并噁嗪预聚体的合成及性能研究

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本文以双酚(双酚芴、双酚AF、双酚A)、甲醛溶液和二元胺(乙二胺(Eda)、己二胺(Hda)、4,4’-二氨基二苯甲烷(Mda)、异佛尔酮二胺(Ipda)和双胺芴(BPF))为原料,采用溶剂法合成了一系列芴基苯并噁嗪预聚体和共聚型芴基苯并噁嗪预聚体,通过红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H NMR)和凝胶渗透色谱仪(GPC)对产物结构进行表征,利用差式扫描量热仪(DSC)和FT-IR对苯并噁嗪预聚体的固化行为进行研究,利用DSC、热重分析仪(TGA)对聚苯并噁嗪树脂的性能进行研究。以双酚芴(BHPF)、甲醛和各种二元胺(Eda、Hda、Mda和Ipda)为原料,合成了四种双酚芴型苯并噁嗪预聚体。实验结果表明双酚芴、甲醛和二元胺的物质的量之比为1:4:1.2,三氯甲烷为溶剂,在65℃下回流反应5h,得到苯并噁嗪预聚体,数均分子量3100~3940,分子量分散系数(PDI)Mw/Mn为1.46~1.71,收率80%左右。双酚芴型苯并噁嗪预聚体经过热开环聚合反应,聚合物形成了Mannich桥键结构。固化后的聚苯并噁嗪树脂玻璃化转变温度(Tg)和热稳定性比双酚芴基苯并噁嗪单体制备的聚苯并噁嗪有较大提高。其中,Mda型芴基苯并噁嗪预聚体(BHPF-Mda)固化后Tg为258℃,失重5%(T5)和10%(T10)对应的温度分别为395、435℃,800℃(N2氛围)的残炭率为63.0%。以BPF、甲醛和双酚(双酚AF、双酚A)为原料,合成了两种双胺芴型苯并噁嗪预聚体。双胺芴-双酚AF型和双胺芴-双酚A型苯并噁嗪预聚体的数均分子量分别为3460、3300,分散系数PDI为1.74、1.86,固化后聚苯并噁嗪树脂具有较高的玻璃化转变温度和热稳定性,其中,BPF-AF的Tg高达250℃,T5和T10分别为421、469℃,800℃时的残炭率高达65%。以混和双酚(双酚芴和双酚AF,双酚芴和双酚A)或混合二胺(Mda和Hda)合成了三类共聚型芴基苯并噁嗪预聚体,测试结果显示:双酚芴-双酚AF-己二胺型固化后的聚苯并噁嗪比纯聚苯并噁嗪Tg和热稳定性有了提高,双酚芴-双酚A-4,4-二氨基二苯甲烷和双酚芴-4,4-二氨基二苯甲烷-己二胺型的聚苯并噁嗪Tg得到提高,热稳定性稍有下降,加工性能和韧性有很大改善,有望在复合材料基体树脂、电子封装材料、绝缘材料等领域得到应用。
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