[发明专利]一种碳硼烷改性邻苯二甲腈单体及其制备方法及一种碳硼烷改性邻苯二甲腈树脂

说明书

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种碳硼烷改性邻苯二甲腈单体及其制备方法及一种碳硼烷改性邻苯二甲腈树脂。所述单体制备方法包括以下步骤：将包括含羟基的碳硼烷衍生物、4‑硝基邻苯二甲腈、催化剂、第一溶剂的混合反应体系于20～180℃反应4～24h，制得所述碳硼烷改性邻苯二甲腈单体。本发明首次制备获得一种新型的碳硼烷改性的邻苯二甲腈单体，所述碳硼烷改性邻苯二甲腈单体，能够溶于常见的有机溶剂，由其制备的碳硼烷改性邻苯二甲腈树脂具有优异的耐高温性能。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种碳硼烷改性邻苯二甲腈单体及其制备方法及一种碳硼烷改性邻苯二甲腈树脂。

背景技术

随着我国航天事业的快速发展，未来的航天器将朝着长寿命、高承载、轻量化、高尺寸稳定性和耐受复杂空间环境等方向发展。开发一种既能适应空间环境又能满足航天器性能要求的高性能材料是航天工业持续发展的关键。邻苯二甲腈树脂(又称为酞腈树脂)作为一种高性能的热固性材料，具有优异的高温稳定性。而且在固化阶段没有小分子副产物生成，得到的树脂结构致密，尺寸稳定性好，还具有阻燃低毒无烟的特点，是唯一一种能够满足美国军用标准(MIL-STD-2031)的耐火特种高分子材料。

碳硼烷是由10个硼原子和2个碳原子构成的具有高对称性的笼型结构化合物，碳硼烷中各顶点原子均是六配位，存在三中心二电子化学键，属于高度缺电子结构，会引起相邻键位缩短，所以这种封闭式的笼状结构除了具有高度对称的骨架结构和庞大的体积之外，同时还表现出众多芳香性结构的典型性质和热稳定性以及化学稳定性。将碳硼烷结构引入到邻苯二甲腈单体中，有望赋予邻苯二甲腈树脂更优异的性能。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种新型的碳硼烷改性的邻苯二甲腈单体，由其制备的碳硼烷改性邻苯二甲腈树脂具有优异的耐高温性能。

本发明一个方面提供一种碳硼烷改性邻苯二甲腈单体，所述碳硼烷改性邻苯二甲腈单体具有如式I、式II和式III所示结构中的一种或多种：

其中，Ar₁、Ar₂独立地选自取代或非取代的芳香环结构，与芳香环结构相邻的氧和与芳香环结构相邻的氧或碳为芳香环上邻位、间位和对位关系中的任意一种或多种，n为≥1的整数。

本发明提供的碳硼烷改性邻苯二甲腈单体熔点低于180℃，能够溶于常见的有机溶剂，如乙酸乙酯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮溶剂等，具有良好的加工性能。

本发明另一个方面提供一种碳硼烷改性邻苯二甲腈单体的制备方法，包括以下步骤：

将包括含羟基的碳硼烷衍生物、4-硝基邻苯二甲腈、催化剂、第一溶剂的混合反应体系于20～180℃反应4～24h，制得所述碳硼烷改性邻苯二甲腈单体。

作为优选，所述催化剂为碱性催化剂。

作为优选，所述碱性催化剂包括碳酸钾、碳酸钠、碳酸氢钾、碳酸氢钠、氢氧化钾、氢氧化钠、三乙胺中的一种或多种；

作为优选，所述第一溶剂为N-甲基吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜中的一种或多种。

作为优选，含羟基的碳硼烷衍生物、4-硝基邻苯二甲腈、催化剂的摩尔比为1：(1～5)：(1～5)。进一步优选，4-硝基邻苯二甲腈与催化剂的摩尔比为1：4～4：1。

作为优选，含羟基的碳硼烷衍生物的制备方法包括以下步骤：

S1、在保护性气氛下，将包括碳硼烷、有机锂与第二溶剂的混合反应体系于-20～40℃反应0.1～5h，获得碳硼烷锂盐；