[发明专利]新型耐高温苯硼酸-硅氧烷-亚氨基线型聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一类新型耐高温苯硼酸-硅氧烷-亚氨基线型聚合物及其制备方法，特别涉及主链含有硅原子、硼原子及氨基苯乙炔的一类有机-无机杂化聚合物材料。

背景技术

随着航空航天领域的快速发展，对耐高温聚合物材料的性能提出了更高的要求：更轻质、更高强和耐更高的温度。含硅聚合物(如聚硅烷、聚碳硅烷、聚氮硅烷及聚碳硅氮烷等)作为一类热固性聚合物材料，由于其独特的物理化学性能和突出的耐热性能，已得到广泛的研究与应用。其中，主链中含-Si-C≡C-活性基团的有机硅聚合物，在固化过程中形成三维交联网络结构，使得聚合物材料具有很高的热稳定性、耐溶剂等性能，在高性能复合材料、光刻材料、半导体材料、光学材料和陶瓷前驱体等领域有广阔的应用前景。近年来，在聚硅氧烷聚合物分子主链结构中引入一些其他类型的元素，如B、Al、Ti、Sn等，能够使所得到的聚合物材料具备许多特殊的性能。其中B元素的引入可明显地改善有机硅材料的耐热氧化性能，近年来已成为耐高温聚合物材料的一个研究热点。

日本学者Itoh等以氧化镁为催化剂、苯基硅烷和二乙炔基苯为原料进行脱氢加成聚合反应，制备得到了重复单元中含有[-Si(Ph)H-C≡C-C₆H₄-C≡C-]的耐高温芳炔聚合物(MSP树脂)并对其耐热氧化性能进行了研究；法国学者Buvat等在MSP树脂的基础上合成了一种既含有Si-H和C≡C活性基团，同时还有乙炔基封端的苯基芳炔类树脂，该树脂高温分解温度较MSP低，但是其固化温度较低且在室温加工性较好；Craig等通过缩聚反应和有机锂试剂制备得到了一种线型(亚芳基-硅氧基-2-乙炔基)聚合物，其含有的-SiC≡C-C≡CH结构在300℃下即可交联固化，具有很高的应用价值；Devapal等以盐酸作为催化剂、二甘醇二甲醚作为反应溶剂，采用硼酸与苯基(丙基)三甲氧基硅烷(PTMOS)为原料，经缩聚反应制备得到陶瓷化率在64～75％范围(惰性气体900℃)的硅氧硼聚合物，研究表明，此类材料在升温至500℃时，基本没有发生失重，耐热稳定性能优异；华东理工大学周权等以甲基二氯硅烷、碳硼烷、苯乙炔和有机锂试剂为原料合成得到了一种新型的碳硼烷-硅烷-苯乙炔基聚合物(简称PACS)，研究表明，PACS在热引发作用下反应聚合得到的固化产物具有很高的耐热及耐热氧化性能；陈麒等在国内也开展了有机-无机硅炔杂化材料的研究工作，设计合成了一系列苯乙炔基硅烷树脂，包括甲基二苯乙炔基硅烷(MDPES)(ZL02151140.3；ZL200510110133.5)、甲基三苯乙炔基硅烷(MTPES)和四苯乙炔基硅烷(TPES)。这三种树脂在普通有机溶剂中具有良好的溶解性，通过预聚反应可以有效地控制体系的粘度，适用于各种先进复合材料成型工艺。但是研究得到的聚合物材料中无机元素的含量和烧结物形成的SiC，B₂O₃等含量一般都较低，如能提高聚合物中的无机元素的含量，则可形成连续的SiC，B₂O₃等陶瓷结构，从而提高材料的耐热氧化性能。

本发明采用一种全新的合成路线，合成了一类新型的主链中含有无机元素硼和硅，并用氨基苯乙炔封端的有机-无机杂化聚合物。本发明以苯硼酸、二氯硅烷和氨基苯乙炔为主要原料合成了一类新型耐高温苯硼酸-硅氧烷-亚氨基线型聚合物。通过调节苯硼酸与二氯硅烷的摩尔比，很容易地控制聚合物中无机元素硅和硼的含量，利用C≡C键与C≡C键的加成反应和C≡C键与C≡C的Diels-Alder反应等，使得这种杂化聚合物在加热条件下可形成三维网络结构，同时聚合物主链中的硼和硅原子在高温下转化为B₂O₃、SiO₂和SiC等陶瓷结构，其中B₂O₃在高温下具有良好的流动性，可以对涂层和微裂纹进行修复，具有自愈合的能力，有效地提高纤维材料的耐热氧化能力，极大的提高了复合材料在高温下空气中的质量保留率。这类聚合物具有优良的耐高温、耐热氧化及介电性能等，适用于制备陶瓷前躯体、高性能复合材料基体、耐烧蚀材料、耐高温涂层等，在国防、航空、航天等高端领域中有着极其宽广的应用前景。

发明内容

本发明合成了一类新型耐高温苯硼酸-硅氧烷-亚氨基线型聚合物，所述的聚合物结构式如下：

其中：(1)R₁、R₂为氢原子、烷基或芳基；(2)n为≥1的整数；

(3)Ar为或三种的混合物。