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，可通過分子化學結(jié)構(gòu)設(shè)計來調(diào)控目標性能。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?shù)哪蜔嵝，與環(huán)氧樹脂相當?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。
江蘇大學張侃教授團隊基于近期在高性能苯并噁嗪樹脂及其復合材料領(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材料科學與工程學院博士生楊蕊，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
