CN102020846A - 糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一类糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物。该糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物是利用糠胺苯并噁嗪树脂与一系列含有马来酰亚胺基团的化合物制备的组合物,该组合物具有更低的固化温度,可以用于涂料,热固性塑料,复合材料的基体树脂等诸多领域。
Description
技术领域
本发明涉及糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物。具体的说,本发明涉及糠胺型苯并噁嗪树脂与马来酰亚胺化合物经过共混得到的组合物,以及使用该组合物与其他热固性树脂经混合制备的组合物。
背景技术
苯并噁嗪是以酚类化合物、醛类和伯胺类化合物为原料合成的一类由氮和氧原子构成的六元杂环化合物的中间体,在加热和/或加催化剂作用下发生开环聚合生成含氮类似酚醛树脂的网状物,称为苯并噁嗪树脂。苯并噁嗪树脂除了具有包括高耐热性、阻燃性、优良的电、化学性能、低吸水性、低成本等传统酚醛树脂的优异性能外,它在固化过程中没有小分子放出,制品零收缩或有轻微膨胀,聚合物有低的热膨胀系数、好的耐高温性能和力学性能,耐潮湿性好等特殊优点。
有关苯并噁嗪及其主要合成方法的背景技术可以参考本发明人在“含N-烯丙基的苯并噁嗪中间体和组合物及其制备方法”(中国专利申请号:03146797.0)、“酚酞型苯并噁嗪中间体和组合物及其制备方法”(中国专利申请号:200510087724.5)、“含苯并噁嗪基团的倍半硅氧烷和其组合物及制备方法”(中国专利申请号:200610114117.8)、“基于可再生资源的苯并噁嗪树脂和组合物及制备方法”(中国专利申请号:200910143891.5)、“具有潜催化作用的笼型硅倍半氧烷盐及热固性树脂组合物”(中国专利申请号:200910163123.6)以及“苯并噁嗪树脂/离子液体组合物”(中国专利申请号:201010178500.6)中所述的内容。
尽管苯并噁嗪具有优异的性能,但是偏高的固化温度是制约着其工业化应用的一大瓶颈。为降低苯并噁嗪的固化温度,已经提出了各种方法。例如Y XWang在1999年报道了五氯化磷、三氯化磷、三氯氧磷、四氯化钛、三氯化铝、对甲基苯磺酸甲酯等催化苯并噁嗪开环聚合(Y X Wang and H Ishida,Polymer,1999,40,4563);1999年J Dunkers则采用醋酸、己二酸、三氟乙酸、对甲酚等催化苯并噁嗪开环聚合(J Dunkers and H Ishida,J.Polym.Sci.Part A.Polym.Chem.,1999,37,1913);2001年Ishida在美国专利6225440中将上述阳离子开环聚合催化剂用于苯并噁嗪开环聚合或固化反应。Hajime Kimura等研究了对甲苯磺酸与有机胺反应得到的盐对于苯并噁嗪/二噁唑啉树脂、苯并噁嗪/环氧树脂的固化过程的影响,结果表明对甲苯磺酸的这些有机铵盐可以降低树脂体系的固化温度,缩短固化时间。但噁嗪树脂的残炭量未见提高。(具体参见Hajime Kimura,akihiro Matsumoto,Keiko Ohtsuka,Journal of Applied Polymer Science,2008,107:710-718)
本发明人也在研究苯并恶嗪树脂固化剂方面做了大量的工作,我们报道了一种具有潜在催化作用的笼型倍半硅氧烷盐(中国专利申请号:200910163123.6),研究表明该化合物可以明显的降低双酚A苯胺型苯并噁嗪的起始固化温度以及峰值固化温度。在“苯并噁嗪树脂/离子液体组合物”(中国专利申请号:201010178500.6)中我们将离子液体应用于双酚A苯胺型苯并噁嗪树脂中,研究发现即使加入少量的的离子液体,峰值固化温度仍可明显降低。
马来酰亚胺化合物是一类容易制备且应用极为广泛的化工原料,广泛应用于硫化交联剂、耐热改性剂以及树脂中间体等等。将马来酰亚胺化合物与苯并噁嗪共聚明显降低固化温度,未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提出糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物及其制备方法。
本发明提出的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其中马来酰亚胺化合物与苯并噁嗪树脂的质量比是0.5~50∶99.5~50。
本发明提出的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其中马来酰亚胺化合物与苯并噁嗪树脂的质量比优选为1~50∶99~50。
本发明提出的糠胺型苯并噁嗪树脂/组合物,其中糠胺型苯并噁嗪树脂是指含有糠胺苯并噁嗪基团的化合物或聚合物。
本发明提出的糠胺型苯并噁嗪树脂/组合物,其中糠胺型苯并噁嗪树脂是指含有糠胺苯并噁嗪基团的化合物或聚合物,涉及的苯并噁嗪基团化合物包括以下四类结构单元的化合物以及其混合物:
1)
其中:R5为糠胺基团,R1~R4为H、含1~20个碳原子的烷基、芳基、脂环基或其他有机基团[如不饱和基团(乙烯基、烯丙基)、三烷基硅基、腈基、羟基、羧基等]、卤原子(如氯、氟、溴等);且R1~R4可以相同,也可以不同。
2)
其中n=2、3或4;X为亚烷基(如亚甲基、亚乙基、2,2-亚丙基、2,2-6氟-亚丙基)、亚芳基、亚脂环基、醚基、硫醚基、羰基、砜基,也可以没有X(即为联苯基苯并噁嗪中间体);R4为糠胺基团,R1~R3为H、含1~20个碳原子的烷基、芳基、脂环基、不饱和基团(乙烯基、烯丙基)、三烷基硅基、腈基、羟基、羧基、卤带烷基或卤原子(如氯、氟、溴)等;且R1~R3可以相同,也可以不同。
3)
含这种结构单元的聚合物、共聚物;其中R1~R3为H、烷基(如甲基等)、芳基、脂环基等;R4为糠胺基团;
4)
含这种结构单元的聚合物、共聚物;其中R1、R2为亚烷基(如亚甲基)、亚芳基、亚脂环基、醚基、硫醚基、羰基、砜基等有机基团;R3为糠胺基团。
本发明中所具体涉及的实施例是以下述三种为代表,双酚A糠胺型苯并噁嗪,丁香酚糠胺型苯并噁嗪以及愈创木酚糠胺型苯并噁嗪,但并不仅限于此三种噁嗪化合物及其组合物。
双酚A糠胺型苯并噁嗪
丁香酚糠胺型苯并噁嗪 愈创木酚糠胺型苯并噁嗪
本发明提出的糠胺型苯并噁嗪树脂/组合物,其中马来酰亚胺化合物是含有马来酰亚胺官能团的有机化合物、有机-无机杂化笼型倍半硅氧烷(POSS)结构的马来酰亚胺化合物以及含有马来酰亚胺基团的聚合物,以及它们的混合物。
本发明提出的糠胺型苯并噁嗪树脂/组合物,其中马来酰亚胺化合物是含有马来酰亚胺官能团的有机化合物以及它们的混合物,例如N-苯基马来酰亚胺,N,N′-(4,4′-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺。
N-苯基马来酰亚胺
N,N′-(4,4′-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺
本发明提出的糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其中马来酰亚胺化合物可以是含有有机-无机杂化笼型倍半硅氧烷(POSS)结构的马来酰亚胺化合物。
本发明提出的糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其中马来酰亚胺化合物可以是八马来酰亚胺化POSS(OMPS)以及单马来酰亚胺化POSS以及它们的混合物。
八马来酰亚胺化POSS(OMPS) 单马来酰亚胺化POSS
本发明提出的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物采用溶液共混方法来进行制备的,具体地讲是将糠胺型苯并噁嗪树脂与马来酰亚胺化合物溶解在溶剂中,再将溶剂挥发完全得到混合均匀的糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物。
本发明提出的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物可以和本领域技术人员熟悉的各种增强材料,包括无机增强材料,例如二氧化硅、碳酸钙、碳纳米管、碳纤维等,有机增强材料包括芳纶纤维等,杂化增强材料例如多面体低聚倍半硅氧烷等,配制各种组合物,以获得不同用途的热固性树脂及其制品。
本发明提出的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,可适用于本领域技术人员熟悉的热固性树脂及其复合材料的各种成型加工工艺,如喷射成型工艺、树脂传递模塑成型技术(RTM技术)、模压成型工艺、浇铸成型工艺、浸渍工艺、缠绕工艺、拉挤成型工艺等;制备复合材料使用的增强材料可以是各种纤维或纳米增强粒子;所得制品或复合材料的孔隙率低,收缩小;可以用作高性能胶粘剂和涂层,作为高性能复合材料的基体树脂,并且可以代替传统的酚醛树脂、环氧树脂用于电子工业。
具体实施方式
苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物采用溶液共混的方法来进行制备的,具体地讲是将糠胺型苯并噁嗪树脂与马来酰亚胺化合物溶解在溶剂中,再将溶剂挥发完全得到混合均匀的糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物。以下实施例均采用溶液共混的方法制备糠胺型苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物。热固性树脂组合物的峰值固化温度采用差示扫描量热仪(DSC)方法测定。
对比例1
将双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂进行DSC测试,测得其固化峰值温度为237℃。
对比例2
将愈创木酚糠胺型苯并噁嗪树脂研磨,得到淡黄色粉末,对淡黄色粉末进行DSC测试,测得其在170℃附近开始分解,分解速度大于固化速度,固化反应不能发生。
对比例3
将丁香酚糠胺型苯并噁嗪树脂研磨,得到淡黄色粉末,对淡黄色粉末进行DSC测试,测得其在200℃附近开始分解,分解速度大于固化速度,固化反应不能发生。
实施例1
以0.5∶99.5的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为231℃。
实施例2
以1∶99的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为230℃。
实施例3
以2∶98的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为226℃。
实施例4
以3∶97的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为224℃。
实施例5
以5∶95的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为219℃。
实施例6
以11∶89的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为209℃。
实施例7
以20∶80的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为196℃。
实施例8
以32∶68的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为191℃。
实施例9
以50∶50的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为187℃。
实施例10
以5∶95的比例(质量比)配置N-苯基马来酰亚胺与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为220℃。
实施例11
以20∶80的比例(质量比)配置N-苯基马来酰亚胺与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为214℃。
实施例12
以42∶58的比例(质量比)配置N-苯基马来酰亚胺与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为202℃。
实施例13
以5∶95的比例(质量比)配置双马来酰亚胺与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为218℃。
实施例14
以20∶80的比例(质量比)配置双马来酰亚胺与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为219℃。
实施例15
以50∶50的比例(质量比)配置双马来酰亚胺与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为208℃。
实施例16
以10∶10∶80的比例(质量比)配置双马来酰亚胺、N-苯基马来酰亚胺与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为210℃。
实施例17
以5∶95的比例(质量比)配置单马来酰亚胺化POSS与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为205℃。
实施例18
以50∶50的比例(质量比)配置单马来酰亚胺化POSS与双酚A糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,测得固化峰值温度为148℃。
实施例19
以6∶94的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与愈创木酚糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,该组合物在固化过程中热分解明显减弱,测得固化峰值温度为248℃。
实施例20
以3∶97的比例(质量比)配置八马来酰亚胺化POSS(OMPS)与丁香酚糠胺型苯并噁嗪树脂组合物,组合物进行DSC测试,该组合物在固化过程中无热分解,测得固化峰值温度为248℃。
Claims (8)
1.苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其特征在于马来酰亚胺化合物与苯并噁嗪树脂的质量比是0.1~50∶99.9~50。
2.根据权利要求1所述的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其特征在于马来酰亚胺化合物与苯并噁嗪树脂的质量比优选1~50∶99~50。
3.根据权利要求1所述的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其特征在于苯并噁嗪树脂是指含有糠胺基团的苯并噁嗪基团的化合物或聚合物以及它们的混合物。
4.根据权利要求3所述的苯并噁嗪树脂/马来酰亚胺化合物组合物,其特征在于苯并噁嗪树脂指含有糠胺苯并噁嗪基团的化合物或聚合物,包括以下四类结构单元的化合物以及其混合物:
1)
其中:R5为糠胺基团,R1~R4为H、含1~20个碳原子的烷基、芳基、脂环基或其他有机基团[如不饱和基团(乙烯基、烯丙基)、三烷基硅基、腈基、羟基、羧基等]、卤原子(如氯、氟、溴等);且R1~R4可以相同,也可以不同。
2)
其中n=2、3或4;X为亚烷基(如亚甲基、亚乙基、2,2-亚丙基、2,2-6氟-亚丙基)、亚芳基、亚脂环基、醚基、硫醚基、羰基、砜基,也可以没有X(即为联苯基苯并噁嗪中间体);R4为糠胺基团,R1~R3为H、含1~20个碳原子的烷基、芳基、脂环基、不饱和基团(乙烯基、烯丙基)、三烷基硅基、腈基、羟基、羧基、卤带烷基或卤原子(如氯、氟、溴)等;且R1~R3可以相同,也可以不同。
3)
含这种结构单元的聚合物、共聚物;其中R1~R3为H、烷基(如甲基等)、芳基、脂环基等;R4为糠胺基团;
4)
含这种结构单元的聚合物、共聚物;其中R1、R2为亚烷基(如亚甲基)、亚芳基、亚脂环基、醚基、硫醚基、羰基、砜基等有机基团;R3为糠胺基团。
5.根据权利要求1所述的马来酰亚胺化合物,其特征在于马来酰亚胺化合物是含有马来酰亚胺官能团的有机化合物,含有马来酰亚胺基团的聚合物以及它们的混合物。
6.根据权利要求1所述的马来酰亚胺化合物,其特征在于马来酰亚胺化合物是N-苯基马来酰亚胺、N,N′-(4,4′-亚甲基二苯基)双马来酰亚胺以及它们的混合物。
7.根据权利要求1所述的马来酰亚胺化合物,其特征在于马来酰亚胺化合物是含有有机-无机杂化笼型倍半硅氧烷(POSS)结构的马来酰亚胺化合物。
8.根据权利要求1所述的马来酰亚胺化合物,其特征在于马来酰亚胺化合物是八马来酰亚胺化POSS(OMPS)以及单马来酰亚胺化POSS以及它们的混合物。
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Granted publication date: 20140319 Termination date: 20190929 |
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