芴基双邻苯二甲腈树脂的合成与性能研究

摘要

双邻苯二甲腈树脂是一类性能优异的热固性树脂，可广泛应用于航空航天、电子等多个领域。但该树脂加工性能较差，固化条件较为苛刻。本文从分子结构设计出发，利用芴基所具有的优良耐热性能，合成了一系列芴基双邻苯二甲腈树脂单体，通过在分子结构中引入烷基或烷氧基等柔性基团，以改善聚邻苯二甲腈树脂的力学性能和加工性能，通过引入氨基，促进腈基的交联聚合，以降低单体的固化温度；采用红外光谱（FT-IR）、核磁共振氢谱（1H NMR）和碳谱（13C NMR）对目标产物的化学结构进行了表征；利用差示扫描量热仪（DSC）、FT-IR等测试方法对双邻苯二甲腈的聚合行为、固化动力学进行了研究；采用热重分析仪（TGA）、动态热机械分析仪（DMA）等测试方法对双邻苯二甲腈的热性能和力学性能进行了研究。
　　以2,7-二羟基芴酮和各种取代苯胺为原料，甲烷磺酸为催化剂，在150℃下反应14 h，获得一系列双酚双胺芴单体，收率83％~93%；以双酚双胺芴单体或2,7-二羟基芴酮和双酚芴与4-硝基邻苯二甲腈为原料，无水碳酸钾为催化剂，在90℃下反应14 h，获得七种双邻苯二甲腈单体（2,7-二腈基-9,9-双(4-氨基苯基)芴（BPAF），2,7-二腈基-9,9-双(4-氨基-3-甲基苯基)芴（BPAF-m），2,7-二腈基-9,9-双(4-氨基-3-甲氧基苯基)芴（BPAF-mo），2,7-二腈基-9,9-双(4-氨基-3-乙基苯基)芴（BPAF-e），2,7-二腈基-9,9-双(4-氨基-3-乙氧基苯基)芴（BPAF-eo），2,7-二腈基芴酮（2,7-BPF），9,9-二腈基芴（9,9-BPF）），收率达86%~95%。
　　采用流变仪对双邻苯二甲腈进行测试，研究显示样品加工窗口的大小随着柔性链段的长短呈现一定的规律性。由大到小依次为BAPF-eo> BAPF-e> BAPF-mo> BAPF>BAPF-m。尤其BAPF-eo的黏度值在160℃时更降低至0.04 Pa·s。BAPF-e的黏度值在200℃时达到0.04 Pa·s。不含氨基系列双邻苯二甲腈单体由于4,4-二胺基二苯甲烷（DDM）的加入促进了腈基树脂固化聚合，单体在较短时间内实现了黏度突降，软化时间较长，具有很好的加工性能。采用非等温 DSC法测定双胺型双邻苯二甲腈体系在不同升温速率下的DSC曲线，并使用Starink法求解固化反应的活化能，求得表观活化能值在75~120 kJ/mol之间。
　　采用DMA和TGA对双邻苯二甲腈树脂的热稳定性和动态力学性能进行了测试，结果显示，双邻苯二甲腈的玻璃化转变温度（Tg）在368~413℃之间。而热稳定性也具有较高的数值，失重5%对应的热分解温度（T5）为430~510℃，800℃残炭率为73%~78%。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 邻苯二甲腈树脂的研究近况

1.3 论文的目的意义及主要内容

第2章 实验部分

2.1 原料及设备

2.2 合成方法

2.3 双邻苯二甲腈树脂单体的固化

2.4 结构与性能表征方法

2.5 本章小结

第3章 双邻苯二甲腈树脂单体的合成与表征

3.1 双酚双胺芴单体的制备与表征

3.2 双邻苯二甲腈树脂单体的制备与表征

3.3 本章小结

第4章 双邻苯二甲腈树脂聚合行为及固化动力学

4.1 双邻苯二甲腈树脂单体的聚合行为

4.2 双邻苯二甲腈流变行为研究

4.3 双胺型双邻苯二甲腈固化反应动力学

4.3 本章小结

第5章 双邻苯二甲腈树脂性能研究

5.1 双邻苯二甲腈树脂热稳定性能研究

5.2 双胺型双邻苯二甲腈动态力学性能研究

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢