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江蘇大學(xué)張侃團(tuán)隊(duì)《Macromolecules》:富含噻吩的酰胺官能化苯并噁嗪樹脂
2023-08-23  來源：高分子科技

  苯并噁嗪是一類由酚類、伯胺類和醛類化合物經(jīng)Mannich縮合反應(yīng)合成的新型熱固性樹脂。苯并噁嗪樹脂具有靈活的結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，可通過引入功能化基團(tuán)來調(diào)控其分子結(jié)構(gòu)，從而賦予熱固化后聚合物材料所需的目標(biāo)性能。經(jīng)過三十余年的系統(tǒng)研究，研究人員發(fā)現(xiàn)含特定基團(tuán)的苯并噁嗪樹脂具有與雙馬來酰亞胺樹脂相似的耐熱性，與環(huán)氧樹脂相當(dāng)?shù)墓に囆砸约皟?yōu)異的阻燃、低煙、低毒性，有望發(fā)展成為與環(huán)氧、酚醛、雙馬來酰亞胺等基礎(chǔ)樹脂同等重要的熱固性樹脂材料。


  江蘇大學(xué)張侃副教授團(tuán)隊(duì)基于近期在高性能苯并噁嗪樹脂方面的研究基礎(chǔ)，通過設(shè)計(jì)系列富含噻吩結(jié)構(gòu)的酰胺官能化苯并噁嗪樹脂單體，研究氫鍵效應(yīng)對(duì)樹脂開環(huán)固化機(jī)理的影響。通過對(duì)苯并噁嗪單體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，構(gòu)筑樹脂中氫鍵類型與強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了對(duì)苯并噁嗪熱固性樹脂固化溫度的有效調(diào)控。本工作豐富了苯并噁嗪樹脂結(jié)構(gòu)，幫助同行研究者進(jìn)一步深入理解苯并噁嗪樹脂結(jié)構(gòu)中氫鍵對(duì)固化溫度的影響。文章以《Thiophene-Rich Benzoxazines with an Amide Moiety: Integration of Structural and Hydrogen Bonding Influence on the Polymerization Mechanism by Experimental and Computational Studies》為題，在線發(fā)表在《Macromolecules》。文章第一作者是江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院本科生李楠（已保研至四川大學(xué)），英國萊斯特大學(xué)Shengfu Yang教授協(xié)助了該工作中的理論計(jì)算內(nèi)容。該研究得到了國家自然科學(xué)基金與江蘇省青藍(lán)工程的支持。 


圖1. 苯并噁嗪單體核磁氫譜與核磁碳譜圖。 


圖2. 苯并噁嗪單體結(jié)構(gòu)中氫鍵形式及相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系。

 

圖3. 苯并噁嗪樹脂分子內(nèi)氫鍵鍵能相對(duì)強(qiáng)弱與固化溫度關(guān)系圖。

  該工作是團(tuán)隊(duì)近期關(guān)于苯并噁嗪樹脂固化機(jī)理相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。在實(shí)際應(yīng)用過程中，苯并噁嗪樹脂由于自身優(yōu)異的熱學(xué)、力學(xué)和電學(xué)性能，有望在諸多應(yīng)用場合實(shí)現(xiàn)商業(yè)價(jià)值。然而，相比于傳統(tǒng)商業(yè)化樹脂材料，苯并噁嗪樹脂的發(fā)展起步較晚，目前還存在固化溫度高、固化后材料過脆、難回收利用等不足。為此，團(tuán)隊(duì)近年來從分子設(shè)計(jì)角度出發(fā)，開拓了高性能苯并噁嗪樹脂、生物基苯并噁嗪樹脂以及苯并噁嗪樹脂基功能化材料等多系列新材料體系（Macromolecules, 2018, 51, 6524-6533; Macromolecules, 2018, 51, 7574-7585; Macromolecules, 2019, 52, 7386-7395; Macromolecules, 2022, 55, 6973-6981; Macromolecules, 2022, 55, 3106-3115; Macromolecules, 2023, 56, 1311-1323; Green Chemistry, 2020, 22, 1209-1219; Chemical Engineering Journal, 2022, 448, 137670; Chemical Engineering Journal, 2023, 457, 141232），探索了苯并噁嗪分子結(jié)構(gòu)與固化后樹脂材料的構(gòu)效關(guān)系，深入研究了苯并噁嗪樹脂結(jié)構(gòu)中存在的特殊分子構(gòu)象以及氫鍵效應(yīng)，旨在開發(fā)并商業(yè)化可廣泛應(yīng)用于電子封裝、航空航天等領(lǐng)域的樹脂基體材料。


  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c01515

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