苯並噁嗪氫鍵再組裝及其氫鍵熱調控研究

《苯並噁嗪氫鍵再組裝及其氫鍵熱調控研究》是依託四川大學，由楊坡擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：苯並噁嗪氫鍵再組裝及其氫鍵熱調控研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊坡
• 依託單位：四川大學

項目摘要

苯並噁嗪是近年來迅速發展起來的一類新型熱固性樹脂。目前研究熱點集中在提升苯並噁嗪樹脂性能，實現材料的高性能化。由於聚集態結構複雜，當前提升苯並噁嗪性能的方法主要集中在對其化學結構進行設計與控制，而很少從苯並噁嗪聚集態結構即氫鍵方面入手去進行設計和控制。本項目在前人研究基礎上，從認識和分析氫鍵出發，首次提出氫鍵再組裝的設計思想與實施方法；以調控氫鍵結構入手，通過熱量實現對苯並噁嗪氫鍵結構進行調控，達到提高性能的目的。本項目擬從研究苯並噁嗪各氫鍵隨溫度的變化入手，得出合適的溫度視窗，完成苯並噁嗪氫鍵再組裝，實現性能的提升，並通過追蹤氫鍵在該過程中的變化來解釋機理。在此基礎上，利用氫鍵再組裝來減少氫鍵隨溫度變化造成苯並噁嗪性能的擾動。該項目的研究成果，對於理解苯並噁嗪樹脂結構，從聚集態結構方面調控性能，以及推動苯並噁嗪樹脂的發展與套用，均具有十分重要的意義。

結題摘要

本項目按照確定的研究目標和內容，重點圍繞著聚苯並噁嗪氫鍵結構與性能、氫鍵的溫度回響與調控進行系統、深入地研究。採用實驗和計算機模擬的方法研究氫鍵對苯並噁嗪聚合的影響，結果發現聚合過程中形成的-OH···N形式氫鍵會降低酚羥基鄰位的電荷密度，阻礙苯並噁嗪聚合併導致聚苯並噁嗪交聯密度較低。通過引入額外氫鍵受體對-OH···N形式氫鍵調控可改善聚合；在聚苯並噁嗪模量方面，本項目採用DMA和原位紅外的方法研究了氫鍵與聚苯並噁嗪之間的關係。結果表明氫鍵賦予聚苯並噁嗪高模量，但氫鍵會在高溫發生破壞並將影響到聚苯並噁嗪模量，因此在苯並噁嗪樹脂套用過程中應關注溫度對模量造成的不利影響。在聚苯並噁嗪中引入線性酚醛樹脂，可增加體系的氫鍵數量，提高共聚物的模量、硬度，降低其吸水率；通過對線形聚苯並噁嗪氫鍵熱回響性進行研究，發現氫鍵變化與溫度密切相關。聚苯並噁嗪各氫鍵之間存在轉變，-OH···O氫鍵解離出的游離-OH可再次形成作用力更強的-OH···N氫鍵。利用聚苯並噁嗪氫鍵熱回響特性可將聚苯並噁嗪作為環氧樹脂的潛伏性固化劑使用，具有非常好的室溫儲存性，這為環氧樹脂潛伏性固化劑的開發提供了新思路；為研究酚羥基（氫鍵供體）電負性對聚苯並噁嗪性能及氫鍵的影響，本項目製備六種橋接基團的雙酚-苯胺型聚苯並噁嗪。結果表明橋接基團通過影響聚苯並噁嗪氫鍵的種類和數量而對其模量、吸水率等性能產生較大影響。吸電子橋接基團可使聚苯並噁嗪的交聯密度增加，Tg增高。而橋接基團供電子能力越強，常溫模量越高，吸水率越低；通過對交聯型聚苯並噁嗪氫鍵的熱回響性和“再組裝”過程進行研究，發現整個過程為破壞作用力較弱的-OH···O氫鍵，游離出-OH。游離出的-OH再形成作用力較強的-OH···N氫鍵，該方法可提高聚苯並噁嗪性能。該項目的研究成果，對於理解苯並噁嗪樹脂結構，從聚集態結構方面調控性能，以及推動苯並噁嗪樹脂的發展與套用，均具有十分重要的意義。