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两种新型苯并噁嗪的制备及其性能研究

作　者: 庄一鸣
导　师: 夏新年
学　校: 湖南大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 苯并噁嗪 低温固化 阻燃性能 固化动力学
分类号: TQ323
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


电子产业和航空技术急速发展，使得高性能材料需求越来越大。作为在传统酚醛树脂上发展起来的一种新型树脂，苯并噁嗪在保留了传统酚醛树脂诸多优点的同时，还具有良好的阻燃性能、电学性能和力学性能等新的优势。苯并噁嗪具有良好的分子可设计性，在合成过程中通过选择不同结构的酚和胺，可以得到具有某些特殊结构和性能的苯并噁嗪。本论文中，分别设计合成了一种低固化温度和高阻燃的苯并噁嗪，在分子中分别引入了羧基和DOPO基团，对合成的单体进行了结构表征及固化动力学的研究，并对两种结构的苯并噁嗪与常见苯并噁嗪混合物的固化产物的性能进行了研究。工作主要包括两部分内容：一、以偏苯三酸酐和苯胺为原料，合成了含羧基结构的苯并噁嗪NTAF。通过在非等温DSC法研究了它的固化动力学。分别采用Ozawa、Kissinger和Flynn–Wall–Ozawa方法来研究了苯并恶嗪单体固化反应过程中的活化能，通过Flynn–Wall–Ozawa方法研究了固化过程中活化能随着固化度变化的趋势。通过Friedman方法证明固化反应为自催化反应机理，并对其固化过程进行了模拟计算，理论模拟曲线和试验曲线就有很好的一致性。二、对NTAF的固化行为及固化产物的热性能进行了研究。DSC曲线表明，其固化温度为188℃，与同类型的苯并噁嗪单体相比，固化温度明显降低。NTAF固化物的TGA表明，其降解10%的温度为450.5℃，800℃的残炭率为49.2%，其热性能较常见的两种苯并噁嗪树脂有很大的提高。三、以DOPO和对苯二胺为原料，合成了分子结构中含有机磷的新型苯并恶嗪，并对其结构进行了表征。采用同样的方法研究了它的固化动力学，计算单体固化反应过程中的活化能。通过Friedman方法证明固化反应为自催化反应机理，并对其固化过程进行了模拟计算，理论模拟曲线和试验曲线就有很好的一致性。四、P-BZ固化物的热性能明显改善，800℃残炭率也与磷含量成正比关系。DOPO的引入明显提高了固化物的阻燃性能，P-BZ与PAF混合物的氧指数增加，与纯PAF固化物相比，磷元素的引入使得材料极限氧指数由26提高至38。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-25
  1.1 引言  10
  1.2 苯并噁嗪简介  10-15
    1.2.1 聚苯并噁嗪树脂的研究进展  11-13
    1.2.2 苯并噁嗪的合成  13-15
  1.3 苯并噁嗪单体的开环聚合  15-18
    1.3.1 热开环聚合机理  16
    1.3.2 苯并噁嗪的酸催化聚合  16-18
  1.4 聚苯并噁嗪的性能  18-20
  1.5 苯并噁嗪的研究趋势及改性方法  20-24
    1.5.1 聚苯并噁嗪的研究趋势  20
    1.5.2 苯并噁嗪树脂的改性方法  20-24
  1.6 本文的设计思路和研究内容  24-25
第2章 含羧基苯并噁嗪单体的合成、性能及其固化动力学研究  25-52
  2.1 前言  25
  2.2 实验部分  25-29
    2.2.1 试验原料  25-26
    2.2.2 主要实验仪器  26
    2.2.3 苯酚型苯并噁嗪（ PAF ）和双酚 A 型苯并噁嗪（ BAF ）的合成  26-27
    2.2.4 含羧基苯并噁嗪单体（ NTAF ）的合成  27-28
    2.2.5 苯并噁嗪混合物的制备  28
    2.2.6 苯并噁嗪固化物的制备  28
    2.2.7 表征与测试  28-29
  2.3 结果与讨论  29-51
    2.3.1 PAF 和 BAF 的合成及路径的选择  29-30
    2.3.2 三嗪中间体的结构表征  30-32
    2.3.3 NTAF 的结构表征  32-35
    2.3.4 苯并噁嗪的固化温度的讨论  35-36
    2.3.5 苯并噁嗪固化物的热性能  36-39
    2.3.6 NTAF 的固化反应动力学研究  39-51
  2.4 本章小结  51-52
第3章 含磷苯并噁嗪单体的合成及其固化动力学研究  52-67
  3.1 前言  52-53
  3.2 实验部分  53-56
    3.2.1 试验原料  53
    3.2.2 主要实验仪器  53
    3.2.3 N- 对胺基 - 偏苯三酸酰亚胺（ NAPTI ）的合成  53-54
    3.2.4 6-(二 (4- 羟苯基 )甲基 )-6 H- 二苯并 - 1 ,2- 磷杂菲 - 6- 氧化物(HPDOPO ) 的合成  54-55
    3.2.5 含磷苯并噁嗪单体（ P - BZ）的合成  55
    3.2.6 表征与测试  55-56
  3.3 结果与讨论  56-65
    3.3.1 NAPTI 的结构表征  56-57
    3.3.2 HPDOPO 的结构表征  57-58
    3.3.3 含磷苯并噁嗪单体（ P- BZ）的结构表征  58-60
    3.3.4 P- BZ 的固化反应动力学研究  60-64
    3.3.5 P- BZ 的阻燃性能分析  64
    3.3.6 P- BZ 的热稳定性分析  64-65
  3.4 本章小结  65-67
结论  67-68
参考文献  68-76
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 缩聚类树脂及塑料
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