[发明专利]一种高残碳含氟吡啶型苯并噁嗪树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高残碳含氟吡啶型苯并噁嗪树脂及其制备方法。先将水杨醛作为酚源，以2‑氨基‑4‑(三氟甲基)吡啶和2‑氨基‑5(三氟甲基)吡啶分别作为胺源进行缩合反应生成中间体Mannich碱，然后Mannich碱与多聚甲醛反应，合成了两种含氟吡啶型苯并噁嗪树脂，热固化得到高性能聚苯并噁嗪。此方法制备的新型苯并噁嗪树脂不仅原料易得、环境友好，而且所获得的聚苯并噁嗪热稳定性高、残碳率高、疏水性能好，适用于高性能复合材料、电子绝缘材料、电子封装材料等。

技术领域

本发明涉及树脂合成领域，具体涉及一种高残碳含氟吡啶型苯并噁嗪树脂及其制备方法。

背景技术

聚苯并噁嗪继承了传统酚醛树脂的优点，也克服了传统酚醛树脂的许多缺点。由于含 O 和 N 构成的特殊六元杂环结构及其独特的开环固化机理，聚苯并噁嗪表现出优异的耐热和阻燃等综合性能，在许多领域有望取代传统的酚醛树脂、聚酯、环氧树脂、氰酸酯和聚酰亚胺等。特别是其灵活的分子可设计性是苯并噁嗪的一项重要特点，在分子结构中引入可反应、耐热、阻燃等基团可以赋予苯并噁嗪不同的性能特点，以满足不同应用领域的要求。最近，它们成功地应用于燃料电池的功能碳前体，超级电容器，纳米催化剂并受到了广泛关注，是因为氮的“原位”掺杂导致更均匀的掺杂碳材料。然而，传统聚苯并噁嗪碳化物的低氮含量会影响其应用。碳化物的含氮量受聚苯并噁嗪的含氮量和焦炭产率的影响。因此，需要对其进行改性以设计一种高氮含量、高残碳率的苯并噁嗪。

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种高残碳含氟吡啶型苯并噁嗪树脂及其制备方法。从分子设计的角度入手增加苯并噁嗪树脂的残碳率，同时保证良好的热稳定性能。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：

一种高残碳含氟吡啶型苯并噁嗪树脂，其特征在于，其结构式为

，

式中，R结构式为：

。

上述的高残碳含氟吡啶型苯并噁嗪树脂的制备方法为，将水杨醛作为酚源，以2-氨基-4-(三氟甲基)吡啶和2-氨基-5(三氟甲基)吡啶分别作为胺源进行缩合反应生成中间体Mannich碱，然后Mannich碱与多聚甲醛反应，合成了两种含氟吡啶型苯并噁嗪树脂，热固化得到高性能聚苯并噁嗪。

吡啶官能团是含有一个氮杂原子的六元杂环结构，由于吡啶环负电性氮原子的存在，树脂的分子内及分子间氢键增加;并且由于氮元素含量增加，聚合物阻燃性能也会明显提高。因此，将吡啶结构引入苯并噁嗪结构中有助于提高固化物耐热性能和阻燃性能。同时，由于氟原子的电负性强，捕获电子能力强，因此，由于电子瞬间运动导致的正电中心与负电中心的不重叠导致的色散力小。

进一步的，上述方法，具体包括以下步骤：

步骤(1)，中间体Mannich碱的合成：

将水杨醛和含氟吡啶化合物加入到一定量的有机溶剂中，在室温条件下通入N₂搅拌4h，再分批加入硼氢化钠，反应6h,分离出有机溶剂和水后，再真空干燥得到产物，即为中间体Mannich碱；

反应方程式如(I)所示：

（I）

式中，R结构式为：

（II）；

步骤(2)，含氟吡啶型苯并噁嗪树脂的合成：

将中间体Mannich碱和多聚甲醛加入到一定量的有机溶剂中，在60℃反应5h，分离出有机溶剂和水后，再真空干燥得到产物，即为含氟吡啶型苯并噁嗪；

反应方程式如(III)所示：

（III）。