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含咪唑的自加速固化邻苯二甲腈化合物的性能研究

大C-会员头像-www.bzwz.com标准物质网 大C 0 295 2021-09-25
【摘要】通过三步反应合成了一种含咪唑的邻苯二甲腈的模型化合物(BIPN),同时合成了一种不含咪唑的邻苯二甲腈的模型化合物(Biphenyl-PN)用于对比。通过热重分析(TGA)、紫外光谱、热处理前后的红外光谱(FT-IR)、核磁共振氢谱(1H-NMR)对比研究了这两种化合物的结构和性能,并初步研究了BIPN的固化机理。结果表明:BIPN具有自催化作用,其固化过程中有酞菁环和三嗪环生成,且主要结构为三嗪环。
  • 邻苯二甲腈及其衍生物合成的聚邻苯二甲腈树脂以其优异的高温力学性能、出色的热及热氧稳定性、优良的力学性能及阻燃性、低吸湿率和优良的加工性能越来越受到人们的关注。

    对聚邻苯二甲腈树脂的热聚合(热固化)反应的研究表明,在无催化剂的情况下,邻苯二甲腈类衍生物的热固化反应非常缓慢。如PN衍生物的热聚合非常缓慢,需要在280℃热处理近百小时才能观察到明显的凝胶。而Keller的研究表明酚类、有机胺、有机强酸、有机胺/酸盐、金属以及它们的盐能够大大增加PN化合物的固化速率。因此,在酞菁聚合的过程中通常添加1%~2%的酚类或者胺类化合物以加快反应速率。但是,目前制备聚邻苯二甲腈树脂基体复合材料仍存在一些困难。

    如,由于传统的芳胺固化剂大多是低熔点小分子化合物,难于避免在高温下的挥发或分解,从而造成聚合物材料空隙的产生,以致影响材料的使用性能。同样为了解决上述问题,我们实验室前期合成出了分别含酚羟基和氨基的自加速聚邻苯二甲腈树脂。作为以上实验的延续,又合成了含苯并咪唑的邻苯二甲腈化合物。引入苯并咪唑主要是因为它具有较好的热性能,并具有活性的质子氢。

    在本研究中,通过各种表征测试证明了咪唑具有一定的自催化作用,并且初步研究了固化机理,可以发现固化过程中有酞菁环和三嗪环的生成。

    1实验部分

    1.1原料

    4-硝基邻苯二甲腈,工业级,山东德州埃法化学有限公司;二甲基亚砜(DMSO),二环己基碳二亚胺(DCC),无水碳酸钾四氢呋喃(THF),浓硫酸均为分析纯,天津博迪化工有限公司;对羟基苯甲酸和其他试剂均成都科龙化工试剂厂。

    1.2测试与表征

    核磁共振氢谱(1H-NMR)采用瑞士Bruker公司Advance300MHz核磁共振波谱仪,以氘代DMSO(DMSO-d)为溶剂。傅里叶转变红外光谱(FT-IR)采用美国Nicolet公司Nicolet-560型傅里叶红外光谱仪,KBr压片。示差扫描量热计采用美国TA公司Q2OO型DSC,氮气氛围(50mL/min),升温速率10℃/min。热重分析仪采用美国TA公司Q500型TGA,氮气氛围(75mL/min),升温速率为10℃/min。

    1.3邻苯二甲腈衍生物的合成

    邻苯二甲腈衍生物的合成反应见式1。

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