《超支化聚硼酸酯的合成、結構控制和耐熱機理研究》是依託西安交通大學，由井新利擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超支化聚硼酸酯的合成、結構控制和耐熱機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：井新利
- 依託單位：西安交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
含硼高分子具有優良的耐熱性和阻燃性能，通過形成硼酸酯引入硼原子而構築的超支化或樹枝形高分子具有更優越的性能和更廣泛的套用。本項目以硼酸和二元酚之間的反應為基礎，通過探索反應條件對合成過程的影響，實現超支化和樹枝形聚硼酸酯的可控合成。通過測定熱分解溫度和成炭率，跟蹤熱裂解產物的結構演變，闡明聚硼酸酯的化學組成、硼原子的成鍵方式和含量、端基種類、支化度和分子量等對其耐熱性的影響,揭示這種高分子具有優良耐熱性的原因。通過研究聚硼酸酯與酚醛樹脂之間的相容性、反應性、固化物的結構和熱裂解過程以及裂解產物的組成，揭示聚硼酸酯對酚醛樹脂耐熱性的影響規律。本項目擬通過合成苯基改性的氧化硼，並分析苯基改性氧化硼的酚醛樹脂固化產物的結構演變，揭示B-O鍵在提高高分子耐熱性的作用規律。本項目的開展不僅為含硼高分子的結構設計和合成提供新思路，還將有助於改善酚醛樹脂的耐熱性，拓寬酚醛樹脂在耐燒蝕複合材料領域的套用。
結題摘要
基於硼酸酯結構構築的聚硼酸酯具有優越的熱穩定性，將其用於酚醛樹脂(PR)的改性可賦予樹脂更加優越的耐燒蝕性和阻燃性，從而擴大其套用範圍。本項目針對PR的耐熱改性，在聚硼酸酯的結構設計、合成、結構-性能關係方面取得一系列成果，並提出了PR的分子結構控制的策略與方法。主要創新性成果如下：① 通過研究硼酸與二元酚體系的化學反應過程及其對聚合產物結構和性能的影響，掌握了硼酸與二元酚體系的基本反應規律以及聚硼酸酯的可控制備規律。聚硼酸酯分子骨架中的芳香結構、硼酸酯結構和B-O-B結構是其在高溫裂解時具有高成炭率的基礎，而硼羥基或酚羥基端基有利於其與PR相容；② 通過跟蹤熱裂解產物的結構演變，闡明了聚硼酸酯的化學組成、硼原子的成鍵方式和含量、端基種類和分子量等對其耐熱性的影響規律。聚硼酸酯具有優良耐熱性的原因在於分子結構中大量的B-O鍵和芳環，以及熱裂解過程中裂解產物的相互作用，尤其是氧化硼的形成及其對碳化產物的保護作用。③ 揭示了苯基改性氧化硼的結構與耐熱性之間的關係，為含硼高分子的耐熱性研究提供了一條新思路。④ 建立了PR的交聯程度和裂解產物質量保留率之間的定量關係，為PR的固化結構控制和套用提供了理論依據。⑤ 通過研究聚硼酸酯與PR之間的相容性、反應性、固化物的結構和熱裂解過程，闡明了不同聚硼酸酯對PR固化過程，固化樹脂的耐熱性和力學性能的影響規律。在固化過程中，聚硼酸酯的硼羥基通過與PR中的酚羥基或羥甲基反應形成硼酸酯結構，提高了固化樹脂三維交聯網路的熱穩定性，改變了小分子的生成機理，提高了固化樹脂的成炭率。⑥通過將實驗技術和分子模擬技術相結合，揭示了含硼PR的熱裂解機理，並為合成更適合於PR改性套用的聚硼酸酯提供了思路。⑦ 基於本項目的研究成果，開發了兼具良好工藝性、耐熱性和力學性能的新型耐燒蝕樹脂基體，可望用於航天領域。本項目所取得的成果不僅為含硼高分子的結構設計和合成提供新思路，還有助於拓展PR以及其它熱固性高分子的套用。
