苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂的制备方法及用其制备苯并噁嗪-酚醛模塑料的方法

摘要

本发明公开了一种苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂的制备方法及用其制备苯并噁嗪‑酚醛模塑料的方法，制备一种软化点高、分子量较高的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂，采用分子量较大、软化点高的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂，采用苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂与线型酚醛树脂复配，制备收缩率较低、强度高、耐冲击、环保、阻燃性能好、耐热性能好、加工性能好且对加工设备磨损低的苯并噁嗪‑酚醛模塑料。本发明制备出的苯并噁嗪‑酚醛模塑料可以应用于对制品尺寸、强度、耐温、阻燃性能、环保等要求高的模塑料零配件制造，特别适用于高端电器线圈骨架的制造与应用。

说明书

技术领域

本发明属于聚合物复合材料技术领域，具体涉及一种苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂的制备方法及用其制备苯并噁嗪-酚醛模塑料的方法。

背景技术

苯并噁嗪是一类含氮、氧六元杂环结构的新型热固树脂，由胺类化合物、酚类化合物和甲醛经曼尼希（Mannich）缩合反应得到。在添加固化剂或加热条件下，苯并噁嗪发生开环固化，形成含氮类交联网状结构，因此人们将其又称为开环酚醛树脂。苯并噁嗪树脂作为一种新型的酚醛树脂，继承了传统酚醛树脂的优点，如良好的力学性能、耐热性能、阻燃性能、介电性能及原材料价格低廉等，同时，苯并噁嗪通过开环聚合，形成交联三维网状结构，在固化过程中无小分子释放，制品尺寸接近零收缩，没有微裂纹。另外，由于苯并噁嗪具有灵活的分子设计性，利用各种结构的胺类和酚类化合物的组合，引入可交联、耐热和阻燃等基团，可以制备具有良好的热稳定性、机械性能和电学性能的苯并噁嗪树脂，并且被广泛地应用在电子封装、先进复合材料基体树脂和耐烧蚀材料等领域。但苯并噁嗪树脂单独使用时，固化温度较高，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述缺点，提供一种软化点高、分子量较高的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂的制备方法，苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂再结合传统线型酚醛树脂，制备收缩率较低、强度高、耐冲击、环保、阻燃性能好、耐热性能好、加工性能好且对加工设备磨损低的苯并噁嗪-酚醛模塑料的方法，制备出的苯并噁嗪-酚醛模塑料可以应用于对制品尺寸、强度、耐温、阻燃性能、环保等要求高的模塑料零配件制造，特别适用于高端电器线圈骨架的制造与应用。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

（1）将100份熔化好的苯酚溶液加入到带有冷凝回流装置的反应釜中，开动搅拌器，控制搅拌转速80～120r/min，加入0.5～1.5份草酸，控制反应釜物料温度45～50℃，加入20～30份含量为96%的多聚甲醛。

（2）多聚甲醛加入完毕后，调节蒸汽阀门，按5～6℃/min的升温速度将体系物料温度升至75～85℃，并在此温度下反应1～3h后，保温结束后，按2～3℃/min的升温速度将体系物料温度升至100～102℃至物料沸腾2～4h，得到含有酚醛树脂预聚物的混合物。

（3）沸腾反应结束后，调节冷却水阀门迅速将体系物料温度降至75～85℃，使用10%的氢氧化钠溶液将体系物料的PH值调整至8～10，并加入25～50份的苯胺溶液和17～34份的96%的多聚甲醛。

（4）通过控制蒸汽和冷却水阀门，将体系温度维持在75～85℃，并在此温度下继续反应3～5h，反应过程中注意体系物料粘度的变化，反应结束后，关闭冷凝液回流阀，进入常压脱水阶段。

（5）关闭冷却阀门，调节蒸汽阀门，进行常压脱水，并在2～3h将物料的温度升温至110～130℃，常压脱水结束。

（6）开启真空泵，打开真空阀，开始真空脱水脱酚，真空度保持在-0.092～-0.1MPa，真空脱水脱酚至体系物料温度达到140～160℃，取样，测试得到软化点为110～130℃、数均分子量为800～1200的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂。

在本发明中，进一步的，苯并噁嗪-酚醛模塑料由下列重量份数的成分制成：线型酚醛树脂5～15份，苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂10～30份，木粉10～25份，矿物填料10～25份，阻燃剂10～20份，润滑剂0.5～2.5份，脱模剂0.5～1.5份，颜料0.5～1.5份，固化剂1.5～3份，固化促进剂0.5～2.0份。

在本发明中，进一步的，苯并噁嗪-酚醛模塑料优选由下列重量份数的成分制成：线型酚醛树脂8～10份，苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂20～30份，木粉15～20份，矿物填料15～20份，阻燃剂15～20份，润滑剂1.0～1.5份，脱模剂1.0～1.5份，颜料1.0～1.5份，固化剂2～3份，固化促进剂1.0～2.0份。

在本发明中，进一步的，线型酚醛树脂为酸催化的酚醛树脂，软化点为90～110℃，数均分子量为 400～800。

在本发明中，进一步的，苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂软化点为110～130℃，数均分子量为800～1200。

在本发明中，进一步的，木粉80目过筛全通，100目过筛余量≤5%。

在本发明中，进一步的，矿物填料选用滑石粉、碳酸钙、云母粉、硅灰石粉、高岭土或硫酸钡中的一种或几种，矿物填料细度≥300目。

在本发明中，进一步的，阻燃剂为无卤阻燃剂，选用氢氧化铝、氢氧化镁、聚磷酸铵、三聚氰胺氰尿酸盐、三氧化二锑中的一种或多种。

在本发明中，进一步的，固化剂为乌洛托品。

在本发明中，进一步的，促进剂选用氢氧化镁、氧化镁、氢氧化钙中的一种或几种。在本发明中，进一步的，脱模剂选用硬脂酸、硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙、EBS中的一种或几种。

在本发明中，进一步的，润滑剂选用聚乙二醇-1000、聚乙二醇-4000、聚丙二醇-1000、聚丙二醇-4000、聚丙二醇-330N、硬脂酸复合酯、油酸酰胺和芥酸酰胺、PE蜡、二甘醇二苯甲酸酯中的一种或多种。

在本发明中，线型酚醛树脂优选软化点为95～105℃，数均分子量为500～600。

在本发明中，苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂优选软化点为120～125℃，数均分子量为900～1100。

在本发明中，润滑剂优选为聚乙二醇-1000、聚乙二醇-4000、聚丙二醇-1000、聚丙二醇-4000、聚丙二醇-330N中的一种或多种。

在本发明中，矿物填料优选为800目及以上的矿物填料。

在本发明中，阻燃剂优选为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或两种。

本发明的有益效果：（1）苯并噁嗪树脂与线型酚醛树脂的聚合反应为开环聚合，聚合时不释放小分子，收缩率低，制备的模塑料制品尺寸稳定。

（2）采用分子量较大、软化点高的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂，有利于提高模塑料的冲击强度和弯曲强度等力学性能和耐高温性能。

（3）采用苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂与线型酚醛树脂复配，可以降低模塑料的固化成型温度，减少固化剂六次亚甲基使用量，减少模塑料固化成型时氨气释放量和残留在模塑料制品中的氨气，从而减少氨气对电子元件的腐蚀，提高电子元件的使用寿命。

（4）采用分子量较大、软化点高的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂与分子量较低、软化点较低的线型酚醛树脂复配，在使用螺杆挤出工艺制品模塑料时，有利于模塑料塑化，减轻对螺杆原件的摩擦损伤，同时加工出来的模塑料流动性能好，有利于后期模塑料制品加工。

（5）模塑料配方中无需添加添加玻璃纤维等无机纤维增强材料，模塑料制件亦有较高的强度，由于无需添加玻璃纤维等硬质纤维，在模塑料的制备和使用过程中，可以减少对螺杆挤出机的螺杆元件以及注塑成型机的螺杆和磨具的磨损，延长这些设备的使用寿命。

本发明的核心技术是结合苯并噁嗪与传统酚醛树脂的各自优点，制备一种软化点高、分子量较高的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂的制备方法，苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂再结合传统线型酚醛树脂，制备收缩率较低，强度高，耐冲击，环保，阻燃性能好，耐热性能好，加工性能好且对加工设备磨损低的苯并噁嗪-酚醛模塑料的方法，制备出的苯并噁嗪-酚醛模塑料可以应用于对制品尺寸、强度、耐温、阻燃性能、环保等要求高的模塑料零配件制造特别适用于高端电器线圈骨架的制造与应用。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一、苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂的制备

（1）将100份熔化好的苯酚溶液加入到带有冷凝回流装置的反应釜中，开动搅拌器，控制搅拌转速100r/min，加入1.0份草酸，控制反应釜物料温度50±1℃，加入25份96%含量的多聚甲醛。

（2）多聚甲醛加入完毕后，调节蒸汽阀门，按5～6℃/min的升温速度将体系物料温度升至80±1℃，并在此温度下反应2h后，保温结束后，按2～3℃/min的升温速度将体系物料温度升至100～102℃至物料沸腾2h，得到含有酚醛树脂预聚物的混合物。

（3）沸腾反应结束后，调节冷却水阀门迅速将体系物料温度降至80℃，使用10%的氢氧化钠溶液将体系物料的PH值调整至9.0，并加入40份的苯胺溶液和27份的96%的多聚甲醛。

（4）通过控制蒸汽和冷却水阀门，将体系温度维持在80±1℃，并在此温度下继续反应4h，反应过程中注意体系物料粘度的变化，反应结束后，关闭冷凝液回流阀，进入常压脱水阶段。

（5）关闭冷却时阀门，调节蒸汽阀门，进行常压脱水，并在2～3h将物料的温度升温至120℃，常压脱水结束。

（6）开启真空泵，打开真空阀，开始真空脱水脱酚，真空度保持在-0.092～-0.1MPa，真空脱水脱酚至体系物料温度至150℃，取样，测试得到软化点125.5℃，数均分子量为 1081的苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂。

二、苯并噁嗪-酚醛模塑料的制备

苯并噁嗪-酚醛模塑料由下列重量份数的成分制成：

线型酚醛树脂10份，苯并噁嗪和酚醛树脂的共聚树脂26份，木粉20份，重质碳酸钙16份，氢氧化铝10，氢氧化镁8份，聚磷酸铵2.0份，聚乙二醇-4000 1.0份，硬脂酸钙1.0份，硬脂酸锌0.5份，油溶苯胺黑 1.5份，六次亚甲基四胺2.5份，氧化镁1.0份，消石灰0.5份。

其中，线型酚醛树脂软化点为101℃，数均分子量为 583；苯并噁嗪和酚醛树脂的共聚树脂软化点为125.5℃，数均分子量为1081；木粉80目过筛全通，100目过筛余量≤3%；重质碳酸钙细度为1250目。

制备方法：将线型酚醛树脂、苯并噁嗪树脂和酚醛树脂的共聚树脂粉碎，按比例加入木粉、矿物填料、固化剂、促进剂、脱模剂、润滑剂缓慢混合均匀，然后在双螺杆挤出机上混炼挤出，压片并破碎造粒成型。其中双螺杆挤出机的一二三区的温度分别为：90～100℃，110～120℃，140～150℃。

对比实施例1

酚醛模塑料由下列重量份数的成分制成：

线型酚醛树脂36份，木粉20份，重质碳酸钙16份，氢氧化铝10份，氢氧化镁8份，聚磷酸铵2.0份，聚乙二醇-4000 1.0份，硬脂酸钙1.0份，硬脂酸锌0.5份，油溶苯胺黑 1.5份，六次亚甲基四胺2.5份，氧化镁1.0份，消石灰0.5份。

其中，线型酚醛树脂、木粉和重质碳酸钙的选用均与实施例1相同。

酚醛模塑料的制备方法也与实施例1相同。

将根据实施例1制备得到的苯并噁嗪-酚醛模塑料再制得到的塑料制品与对比实施例1制备得到的酚醛模塑料再制得到的塑料制品进行性能检测对比，得到以下数据。

可以看出，苯并噁嗪-酚醛模塑料所制得的塑料制品其力学强度和耐温都有较大的的提高，且苯并噁嗪-酚醛模塑料中的游离氨含量大大低于普通的酚醛模塑料，从而减少氨气对电子元件的腐蚀，提高电子元件的使用寿命。

应当指出，上述描述了本发明的实施例。然而，本领域技术的技术人员应该理解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明范围的前提下本发明还会有多种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。