[发明专利]一种多功能苯并噁嗪复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多功能苯并噁嗪复合材料，由苯并噁嗪单体在磺化交联结构聚磷腈微球的催化作用下，发生开环固化反应制成。制备方法：S1、制备磺化交联结构聚磷腈微球；S2、将苯并噁嗪单体溶解在溶剂中，加入磺化交联结构聚磷腈微球，超声分散；S3、蒸发除去溶剂丙酮和醇，并除去其中的空气；S4、将苯并噁嗪单体与磺化交联结构聚磷腈微球的混合物趁热倒入用玻璃模具中；S5、将玻璃模具在150～180℃固化2～3h，190～200℃固化1～3h，冷却得到多功能苯并噁嗪复合材料。本发明的复合材料制备过程中苯并噁嗪单体开环固化温度降低，且复合材料兼具显著的阻燃性能和良好的断裂韧性、广泛应用于对材料综合性能要求较高的领域。

技术领域

本发明涉及一种多功能苯并噁嗪复合材料及其制备方法，属于新型功能高分子材料领域。

背景技术

苯并噁嗪树脂是在酚醛树脂的基础上发展的一类新型热固型树脂。它具备传统酚醛树脂所有优点，如优异的机械性能，良好的化学稳定性、样品尺寸稳定性，较高化学电阻率、热稳定性，并且相应单体热固化过程近零收缩率，固化后的样品吸水率低。此外，苯并噁嗪单体合成用原料来源广泛，且单体分子结构设计及合成操作简单，可用来制备满足不同性能需求的功能性苯并噁嗪树脂，因此它可替代传统酚醛树脂，广泛应用于航天航空、电子电器、船舶等工业。该树脂在热处理或有催化剂作用下可交联聚合，形成类似酚醛树脂的含氮网络结构。在诸多苯并噁嗪树脂中，大多数苯并噁嗪树脂在空气中易燃烧，且燃烧时会产生大量的有害气体和烟雾，由此而带来的火灾隐患已成为诸多研究工作者关注的问题。相关文献资料：牛文斌,曾黎明,苯并噁嗪树脂阻燃改性研究进展[J].粘接学报,2013,10:83-86；专利CN201510207470.X，一种阻燃复合聚苯并噁嗪涂料；专利CN201510527541.4，本质阻燃生物基苯并噁嗪树脂及其制备方法。苯并噁嗪树脂结构中交联密度和氢键密度较大，使得其具有优异的力学强度、模量、较高的玻璃化转变温度和使用温度，但该树脂断裂韧性和断裂伸长率极低，属于脆性材料。同时，苯并噁嗪单体热开环固化温度一般在200℃左右，对设备和能源要求较高。苯并噁嗪树脂易燃性、脆性和固化温度高，在很大程度上限制了其在综合性能要求较高的场合使用。添加有效的阻燃剂，使复合材料体系具有难燃性、自熄性和消烟性，是目前阻燃技术中较普遍的方法。例如，陈浩然,李晓丹,阻燃剂的研究发展现状[J].纤维复合材料，2012,1:19-20；专利CN201410107930.7，一种阻燃型苯并噁嗪树脂及其制备方法。但是，添加型阻燃剂的引入往往会降低材料的力学强度，而且目前研究在阻燃同时，很少同时会考虑材料韧性提高。还有，目前对苯并噁嗪单体催化固化、苯并噁嗪树脂增韧改性研究及阻燃性研究，一直呈独立分支状态。材料单一性能的改善，已难以满足科技高速发展对材料多功能性的需求。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是解决现有技术中苯并噁嗪单体开环反应温度高、苯并噁嗪树脂易燃和韧性差等技术缺陷，提供一种苯并噁嗪单体开环固化温度降低，兼优异阻燃性能和韧性的多功能苯并噁嗪复合材料。

本发明还有一个目的是提供一种多功能苯并噁嗪复合材料的制备方法，其工艺简单，不产生有毒副产物。

为了实现本发明这些目的和其它优点，本发明提供了一种多功能苯并噁嗪复合材料，由70～95份苯并噁嗪单体在5～30份磺化交联结构聚磷腈微球的催化作用下，发生开环固化反应制成。

优选的是，所述磺化交联结构聚磷腈微球为平均粒径0.1～20μm的实心微球或者0.1～20μm的多孔微球。

优选的是，所述磺化交联结构聚磷腈微球由交联结构聚磷腈微球与浓硫酸发生反应制得，所述交联结构聚磷腈微球由六氯三聚磷腈与酚或胺在缚酸剂的作用下发生反应制得。

优选的是，所述酚为对苯二酚、间苯二酚、联苯二酚、双酚芴、双酚S、酚酞、双酚A、6F/双酚A、4,4’-磺酰基二苯酚、茶多酚、厚朴酚、6-姜酚或山奈酚中的任意一种。