苯并噁嗪樹脂通常由酚、伯胺和醛類化合物經(jīng)Mannich縮合一步反應(yīng)合成，也可由鄰羥基苯甲醛與胺類化合物通過三步法合成得到。苯并噁嗪樹脂最顯著的有點是其具有靈活的分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計性，可通過分子化學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計來調(diào)控目標(biāo)性能。隨著新型苯并噁嗪樹脂系列產(chǎn)品的不斷推出，目前該樹脂已具備與雙馬來酰亞胺樹脂相當(dāng)?shù)哪蜔嵝裕c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)張侃教授團隊基于近期在高性能苯并噁嗪樹脂及其復(fù)合材料領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)，通過設(shè)計合成系列具有多輪環(huán)結(jié)構(gòu)的苯并噁嗪單、雙官樹脂單體，研究處于多輪環(huán)結(jié)構(gòu)中的噁嗪環(huán)其開環(huán)固化機理。通過對具有多輪環(huán)結(jié)構(gòu)的苯并噁嗪單體精準(zhǔn)合成，實現(xiàn)了苯并噁嗪熱固性樹脂本征低溫固化的特性。本工作豐富了苯并噁嗪樹脂結(jié)構(gòu)，幫助同行研究者進一步深入理解苯并噁嗪樹脂結(jié)構(gòu)中稠環(huán)結(jié)構(gòu)對固化溫度的影響。文章以《Oxazine Ring-Containing Polycyclic Monomers: A Class of Benzoxazine Thermosetting Resins with Intrinsically Low Curing Temperature》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)院博士生楊蕊，碩士生陳倩與盛維琛副教授參與了此項工作。該研究得到了國家自然科學(xué)基金與江蘇省青藍工程的經(jīng)費支持。
圖1. 由Mannich縮合一鍋法（a）、三步法（b）以及N,O-縮醛合成法（c）制備苯并噁嗪樹脂線路圖。
圖2. 具有多輪環(huán)結(jié)構(gòu)的苯并噁嗪樹脂單體核磁氫譜圖。
圖3. 具有多輪環(huán)結(jié)構(gòu)苯并噁嗪樹脂單體與商業(yè)化BA-a樹脂固化溫度對比圖。
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。該工作是團隊近期關(guān)于低溫固化型苯并噁嗪樹脂相關(guān)研究的最新進展之一，通過新型合成路線與多輪環(huán)結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新有望解決商業(yè)化苯并噁嗪樹脂固化溫度過高的難題。此外，團隊近年來從分子設(shè)計角度出發(fā)，深入探索熱固性樹脂單體的分子結(jié)構(gòu)與固化機理及樹脂材料性能的關(guān)聯(lián)，創(chuàng)新高性能苯并噁嗪樹脂體系（Macromolecules, 2018, 51, 6524-6533; Macromolecules, 2018, 51, 7574-7585; Macromolecules, 2019, 52, 7386-7395; Macromolecules, 2022, 55, 6973-6981; Macromolecules, 2023, 56, 1311-1323; Macromolecules, 2023, 56, 6667-6678），發(fā)展可再生綠色生物基熱固性樹脂性能優(yōu)化方法（Green Chemistry, 2020, 22, 1209-1219; Macromolecules, 2022, 55, 3106-3115; Chemical Engineering Journal, 2022, 448, 137670; Chemical Engineering Journal, 2023, 457, 141232），設(shè)計制備多種新型樹脂基功能化材料（Carbon, 2024, 221, 118892; Journal of Materials Chemistry A, 2024, 12, 9113-9123; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2024, 12, 1728-1739）。團隊堅持將基礎(chǔ)研究與應(yīng)用推廣緊密結(jié)合，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.4c00829
