[发明专利]一种邻苯二甲腈树脂预聚物及其制备方法

说明书

本发明公开一种耐高温邻苯二甲腈树脂预聚物及其制备方法。其技术特征在于：将100份(质量分数)邻苯二甲腈树脂和1～100份1,7‑双羟甲基‑间碳硼烷溶解在有机溶剂中，在100～250℃下进行预聚反应1～8h。预聚结束后将反应液冷却至室温，倒入水中，抽滤得到析出的沉淀，将沉淀物干燥，即得到一种邻苯二甲腈树脂预聚物。本发明所制得的邻苯二甲腈树脂预聚物具有优异的耐热氧化性能、力学性能以及介电性能，在普通有机溶剂中具有良好的溶解性，降低固化温度，在航空航天、国防、通讯等领域有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种邻苯二甲腈树脂预聚物的制备，即1,7-双羟甲基-间碳硼烷催化预聚邻苯二甲腈树脂及其制备方法。

背景技术

邻苯二甲腈树脂作为重要的耐高温基体材料在航空航天、国防等多个重要领域有着广泛的应用。其特点是分子内含有氰基，可在固化剂的作用下反应形成多种含氮芳环，这类材料具有优异的耐热氧化性能、介电性能和力学性能。

邻苯二甲腈树脂由美国海军实验室Keller团队研发成功，该树脂体系固化后具有很高的分解温度，且在空气与氮气中的分解温度相差无几，表现出很好的耐热氧化性能，其耐热性能优于双马来酰亚胺树脂、苯并噁嗪树脂、聚酰亚胺树脂等常见的热固性树脂。

研究表明，邻苯二甲腈树脂单体的固化过程非常缓慢，在250℃且无固化剂的条件下，需要4-5天才能观察到明显的凝胶现象。因此，邻苯二甲腈树脂需要添加固化剂改善其加工性能，目前常见的固化剂有：有机胺、金属盐、有机酚等。但是常见的有机胺类固化剂在高温下易发生分解，从而影响聚合物的热性能及机械性能。即使加入此类固化剂，仍需要加热到375℃甚至更高的温度才能使树脂完全固化，极大的限制了邻苯二甲腈树脂的应用。此外，邻苯二甲腈树脂的溶解性较差，在N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮等高沸点溶剂中溶解性较好，但在丙酮、四氢呋喃、乙醇、乙酸乙酯等低沸点溶剂中不溶，使后续制作复合材料变得很困难。

碳硼烷(C₂B₁₀H₁₂)是由硼、碳、氢三种原子组成的三维超芳香型多面体化合物，其笼状结构以及大量的硼原子使其具有极高的耐热性能。而1,7-双羟甲基-间碳硼烷(C₄H₁₆B₁₀O₂)在不影响碳硼烷优异的耐高温性能的同时引入了羟甲基，提高了化学反应活性。此外，由于这类聚合物具有很高的硼碳比，也可以作为碳化硼的前驱体和用于空间技术的耐原子氧涂层。

本发明采用1,7-双羟甲基-间碳硼烷催化预聚邻苯二甲腈树脂，形成有机-无机杂化体系，改善聚合物的溶解性，降低树脂固化温度，解决加工困难的问题，同时提高了固化物的耐高温性能和力学性能，满足了新一代高性能透波材料和航空航天用高性能树脂基体的要求。本体系的特点为：(1)1,7-双羟甲基-间碳硼烷的引入改善了邻苯二甲腈树脂的溶解性。(2)1,7-双羟甲基-间碳硼烷的引入降低了邻苯二甲腈树脂的固化温度。(3)通过改变1,7-双羟甲基-间碳硼烷的加入量可以对体系的耐温性能、力学性能进行调控，提高邻苯二甲腈树脂在高温下的热氧化性能和力学性能。目前，还未见国内外相关报道。

发明内容

本发明的目的在于针对当前技术存在的不足，提供一种邻苯二甲腈树脂预聚物的制备方法。本发明通过1,7-双羟甲基-间碳硼烷和邻苯二甲腈树脂反应制备邻苯二甲腈-碳硼烷杂化预聚物，满足各种先进复合材料成型工艺，可应用于航空航天、通讯等领域。

技术方案

一种邻苯二甲腈树脂预聚物的制备方法，包括以下步骤：

(1)一种耐高温邻苯二甲腈树脂预聚物的制备方法，特征包括如下步骤：

将100份(质量分数)邻苯二甲腈树脂和1～100份1,7-双羟甲基-间碳硼烷溶解在有机溶剂中，在100～250℃下搅拌1～8h，进行预聚反应。