[发明专利]基于聚苯并唑和热固性树脂的分子复合材料及制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及材料技术领域，具体地说，是一种基于聚苯并唑和热固性树脂的分子复合材料及制备方法。

【背景技术】

分子复合材料的概念最先在上世纪70年代末由日本和美国的科学家提出，指的是将刚性高分子以近乎分子或者分子束的形式分散到高分子基体材料中得到的复合材料。分子或者分子束形态的刚性增强相能够跟基体树脂之间产生有效的协同作用，从而获得优良的增强效果。为此，需要使用刚性棒状高分子作为增强相，而且需要刚性棒状分子在高分子基体中的横向分散尺寸小，甚至达到分子水平，这样才能够充分体现其与基体树脂的协同作用。

迄今为止报道的分子复合材料，增强相一般为刚性棒状高分子，基体一般为柔性高分子树脂，将这两种高分子材料进行溶液共混或者混合后熔融挤出，使之达到分子水平上的混合均匀。但是，众所周知，两种高分子材料要达到分子水平上的共混是非常困难的事情，因此需要选择有适度相容性的刚性棒状高分子/柔性高分子树脂对用于制备分子复合材料，而这样的刚性棒状高分子/柔性高分子树脂对在选择上受限制颇多。正因为如此，分子复合材料的概念虽然已经提出来了很长时间，但该类材料的发展非常缓慢，已经报道的适合用于制备分子复合材料的刚性棒状高分子/柔性高分子树脂对也不多。

已报道的分子复合材料中使用的柔性高分子均系热塑性树脂。热塑性树脂的优点是加工简便，但其玻璃化温度往往限制了材料的最高使用温度。而热固性树脂是加热、加压下或在固化剂、紫外线作用下，进行化学反应，交联固化成为不溶不熔物质的一大类合成树脂。热固性树脂由于良好的机械性能和热稳定性而在结构材料领域有广泛的应用。

已报道的分子复合材料中使用的增强相必须为刚直棒状高分子。例如聚苯并唑，该类聚合物是一类具有芳环结构的液晶刚棒状高分子，具有很好的热学性能，优异的机械性能，以及化学稳定性。由于其刚直棒状结构，适合于用作分子复合材料的增强相，因此以聚苯并唑类聚合物作为增强相的分子复合材料已经有不少报道。但是聚苯并唑分子结构中缺少极性基团，浸润性差，容易产生界面缺陷和低界面结合力，因此与柔性高分子树脂复合时相容性及分散性都不好，需要使用溶剂帮助分散。但在分散完成后，如何彻底除去制件中的溶剂是一个大问题。制件尺寸越大，这个问题也越突出，这也限制了分子复合材料用于大型结构件的制备。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于聚苯并唑和热固性树脂的分子复合材料及制备方法。

本发明首先对苯并唑刚性高分子进行改性，进而将其分散到热固性树脂基体中制备复合材料。刚棒状分子在基体中的横向分散尺寸小，可以达到分子束水平的分散，所制备的复合材料能性能优异。

与以往报道的分子复合材料不同，本发明的第一个改进点是在苯并唑分子两端接上柔性链段，通过使用柔性链段来增加其与基体的相容性。这一方法可大大提高苯并唑类高分子在基体中的分散性。由于柔性链段是接在苯并唑类高分子的两端，因此不会影响苯并唑高分子的刚性和增强效果。

本发明的第二个改进点是使用热固性树脂作为基体树脂，与以往报道的分子复合材料中使用热塑性树脂不同，由于热固性树脂在未固化前的单体是小分子，因此与刚性高分子更容易混合，使刚性高分子达到均匀分散。随后，热固性树脂单体通过热固化反应得到交联结构，均匀分散的刚性高分子与基体树脂之间的协同作用可大大提高材料的稳定性，耐热性和力学性能，满足各领域的应用需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种基于聚苯并唑和热固性树脂的分子复合材料的制备方法，其具体步骤为：

(1)制备聚苯并唑与柔性高分子嵌段共聚物

首先，将邻羟基苯二酚与苯二甲酰氯进行反应得到未关环的聚苯并唑类刚性分子预聚体，即为酚羟基封端的预聚体，再将聚苯并唑类刚性分子预聚体与柔性高分子反应，待反应完全后，在100～300℃下分步进行热处理，使之脱水环化，得到聚苯并唑与柔性高分子嵌段共聚物，或者简称为聚苯并唑嵌段共聚物；

所述的邻羟基苯二酚∶苯二甲酰氯的摩尔比1.01～1.1∶1。

所述的柔性高分子指的是链段长度或分子链末端距远小于分子链伸直长度的高分子，例如羧基化聚二甲基硅氧烷，端羧基聚乙二醇等。

所述的的聚苯并唑，指的是含有苯并唑结构芳香族刚棒状化合物，其典型的聚合物的结构式如下：

(2)制备聚苯并唑类-热固性树脂分子复合材料