苯并恶嗪树脂的性能应用及前景.doc

1.1 苯并噁嗪 1.1.1 酚醛树脂 酚醛树脂是世界上最早实现工业化的热固性合成树脂。迄今己有近百年的历史。由于其原料易得、价格低廉、生产工艺和设备简单，而且产品具有优异的机械性能、耐热性、耐寒性、电绝缘性、尺寸稳定性、成型加工性、阻燃性，因此它以成为工业部门不可缺少的材料，具有广泛的用途。但是酚醛树脂结构上的薄弱环节是酚羟基和亚甲基容易氧化，耐热性受到影响。随着工业的不断发展，特别是各种车辆和机械使用工况条件及航空、航天和其他国防尖端技术的发展，对高性能摩擦材料提出了新的要求，如较高的分解温度、良好的热恢复性能、足够的摩擦系数、较好的耐磨性能及较低的噪音等。用纯酚醛树脂作为摩擦材料，如高级轿车、摩托车刹车片和离合器片的基材，还不能满足这些要求。传统未改性的酚醛树脂固化时放出水、脆性大、韧性差、耐热性不足，即所谓的“三热” 问题；耐热性差，热衰退严重；干法制品热膨张、起泡；热龟裂[1]。限制了高性能摩擦材料的开发，目前，高性能摩擦材料用酚醛树脂主要靠从国外进口。因此，为适应汽车、电子、航空、航天及国防工业等高新技术领域的需要，对酚醛树脂进行改性，提高其韧性及耐热性是酚醛树脂的发展方向。 1.1.2 改性酚醛树脂 普通酚醛树脂的脆性大，通常由其制备的摩擦材料硬度大、模量高、韧性差、易在界面上产生应力裂纹。提高酚醛树脂的韧性的途径，主要有以下几种: （1）在酚醛树脂中加入外增韧物质，如天然橡胶、丁睛橡胶、丁苯橡胶及热塑性树脂等。 （2）在酚醛树脂中加入内增韧物质，如使酚羟基醚化、在酚核间引入长的亚甲基链及其他柔性基团等。 （3）用玻璃纤维。玻璃布及石棉等增强材料来改善脆性。这些方法虽然提高了韧性，耐热性等却下降了。为了使酚醛树脂的耐热性进一步提高，目前一直探讨其改性方法，如增加酚醛中固化剂的添加量，严格成型条件或后固化条件，或者导入亚胺环或三嗪环等刚性结构的方法。这些方法虽然提高了耐热性，但韧性却又下降了。由此可见，很多情况下酚醛树脂的韧性和耐热性的提高是难以并存的。近年来，曾进行过在不降低酚醛树脂耐热性的前提下提高其韧性的探讨，如通过添加碳酸钙和粘土等无机填料来保持其耐热性；采用热塑性酚醛树脂六次亚甲基四胺固化体系，并对改性剂及酚醛固化物的结构进行设计，以提高酚醛树脂的韧性和耐热性。这些研究工作均取得了一定进展。普通酚醛树脂在200℃以下能够长期稳定使用，若超过200℃,便明显的发生氧化，从340-360℃起进入热分解阶段，到600-900℃时释放出一氧化碳、二氧化碳、水、苯酚等物质。改善酚醛树脂耐热性通常采用化学改性途径，如将酚醛树脂的酚羟基醚化、酯化、重金属鳌合以及严格后固化条件，加大固化剂的用量等。 （4）苯并噁嗪苯并噁嗪苯并噁嗪[2]。 1.2 苯并噁嗪树脂的概况 1944年Holly和Cope在Mannich反应产物中意外发现了苯并噁嗪[]。1973年德国Schreiber首次将苯并噁嗪化合物用于合成高分子，但仅得到低分子量的聚合物。苯并噁嗪单体主要通过开环聚合反应机理形成树脂，其结构与酚醛树脂相似，亦称为开环聚合酚醛树脂。开环聚合反应路线如： 图1.1 开环聚合反应路线示意图 由于苯并噁嗪中间体在开环聚合过程中不释放低分子物质，改善了酚醛树脂的成型加工性、制品孔隙率，使性能大大提高，具有明显的技术先进性，固化时的收缩率几乎为零，优于环氧和不饱和聚酯树脂3％和8％的成型收缩率；在机械强度方面，苯并噁嗪树脂的拉伸模量、拉伸强度、断裂伸长率等方面的性能均在酚醛、环氧树脂之上；在电性能方面，比如说以双酚A和苯胺为原料合成的苯并噁嗪预聚物(B-a)，其固化物从常温至150℃，介电常数随波长变化很小，几乎为一常数3.6 []；在阻燃性能方面，当苯并噁嗪树脂用作印刷电路板的胶粘剂，与卤代环氧树脂相比，在加工性能、介电性能相同的条件下，聚苯并噁嗪燃烧烟雾的浓度、毒性和腐蚀性却低得多；在吸水性能方面，苯并噁嗪树脂具有较低吸水性，如B—a固化物的吸水性比酚醛、环氧树脂低[]；另外，苯并噁嗪在分子设计中有很大的灵活性，因此，根据反应原料的不同，可以制得不同结构的苯并噁嗪[]。 酚醛树脂虽然得到了广泛的应用，但是在使用中发现一些问题，如：(1)树脂贮存期与快速固化的矛盾；(2)固化时释放出小分子物质；(3)成型工艺方法受限制等。针对这些问题，世界酚醛树脂行业正致力于酚醛树脂改性的研究，发挥酚醛树脂材料固有的耐热、阻燃、低烟的特点，开发新产品[]。 噁嗪噁嗪[8]。 苯并噁嗪化合物是一类含杂环结构的中间体，一般由酚类化合物、伯胺类化合物和甲醛经缩合反应制得，再在加热或催化剂作用下开环聚合，生成含氮且类似酚醛树脂的网状结构，称为聚苯并噁嗪。这种高分子化合物可以用作金属-泡沫材料、火焰阻滞剂、纤维增强材料等，是一种活跃于高分子领域的新型热固