苯並噁嗪樹脂固化過程中的反應控制與機理研究

《苯並噁嗪樹脂固化過程中的反應控制與機理研究》是依託四川大學，由冉起超擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：苯並噁嗪樹脂固化過程中的反應控制與機理研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：冉起超
• 依託單位：四川大學

項目摘要

苯並噁嗪樹脂是一類新型高性能樹脂。研究發現，在加熱或酸性催化劑作用下苯並噁嗪先發生開環反應，生成共振結構的碳正離子和亞胺離子中間體，再進行交聯聚合反應。但是，迄今對苯並噁嗪固化反應的研究大多遵循的是單體-聚合物的黑箱模式，忽略或淡化了中間體的影響，無法對固化物的結構進行調控。本項目提出單體-中間體-聚合物的研究思路，系統闡述中間體在整個固化反應中的重要作用。項目採用分子模擬結合多種測試方法對中間體結構進行分析，研究苯並噁嗪單體結構、催化劑類型、固化條件對中間體結構平衡轉變的影響，以及中間體類型對聚合反應速率、聚合反應歷程及聚合交聯結構的影響，並通過化學反應理論對影響機制進行闡述，進而研究聚合物交聯結構類型對聚合物性能的影響。創建通過控制固化反應影響聚合物交聯結構，進而改善苯並噁嗪樹脂性能的技術方法，對深入理解苯並噁嗪樹脂固化反應機理和促進其套用具有十分重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

苯並噁嗪開環生成的碳正離子和亞胺離子中間體在其固化反應中扮演著極其重要的角色。本項目以此中間體為突破點，研究了單體結構、固化程式、催化劑對中間體活性的影響以及中間體活性對固化物交聯結構及性能的影響，同時還研究了中間體在苯並噁嗪與其它樹脂的共聚反應過程中的作用。本項目避開直接表征和跟蹤中間體，另謀新路，緊緊抓住苯並噁嗪在固化過程中存在輕微失重這一現象，基於失重與固化反應直接相關的認識，藉助失重機理分析和推導其固化反應機理。探討了不同結構的苯並噁嗪單體（BA-a、mPh-mda、dmPh-mdpa），以及不同的催化體系（PTS、HA、ZnCl2、I、EMI、MI、FeCl3、酚羥基）在固化過程中的失重機理和固化反應機理，著重從釋放的小分子結構分析入手，對失重機理進行研究。結果表明，苯並噁嗪固化過程中的失重主要來源於開環中間體的裂解，不同的單體結構以及各催化體系與中間體發生的相互作用，均會影響中間體的穩定性和反應活性，進而產生不同的交聯網路結構；固化程式對固化反應有直接影響，直接置於高溫下固化時，中間體裂解更易發生，導致失重更大；固化過程中的失重與化學結構有關，質量損失主要來自於酚或胺源中分子量較小的一方；對於不同的催化體系，固化失重的發生與交聯反應的發生存在前後關係；咪唑鹽離子液與苯並噁嗪的中間體發生相互作用，進而影響苯並噁嗪的固化反應速率與聚合物的交聯網路結構；開環後的酚羥基以及中間體中的氧負離子能夠影響共混物中環氧、雙馬、氰酸酯的固化反應。分子模擬結果表明，吸電子的橋接基團使噁嗪環易開環、難聚合，易在胺對位產生交聯。此外，通過改變固化工藝和選用合適的催化劑達到了調節固化反應控制聚合物交聯結構和改善苯並噁嗪樹脂性能的目的。本項目的完成對深入了解該樹脂的固化反應機理和促進其套用具有重要的意義。