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江蘇大學張侃團隊《Macromolecules》封面論文:含分子內氫鍵的磷雜菲官能化苯并噁嗪樹脂
2023-02-10  來源:高分子科技

  實現樹脂基體的本征阻燃特性是聚合物基復合材料在航空航天、軌道交通、國防軍工等高端領域應用中的廣泛需求。苯并噁嗪樹脂作為新型熱固性樹脂基體材料,其靈活多變的結構可設計性為達到這一性能要求創造了條件。苯并噁嗪可通過選用不同的酚源和胺源化合物來引入功能化基團,也可采用豐富的有機合成方法來調控其分子結構,從而賦予固化后樹脂材料特殊的目標性能。


  近期江蘇大學張侃副教授團隊基于在高性能與生物基苯并噁嗪樹脂方面的研究基礎,精準合成了含分子內氫鍵的磷雜菲官能化苯并噁嗪樹脂。通過實驗與模擬計算結合,證實了該類苯并噁嗪樹脂中分子內氫鍵存在的形式并深入研究了分子內氫鍵對樹脂固化行為的影響。本工作首次提出了分子內氫鍵保護的酚羥基在實現潛伏催化固化特征中的兩面性,有效豐富了苯并噁嗪樹脂的固化機理新合成的磷雜菲基苯并噁嗪樹脂有望作為阻燃添加劑應用于纖維增強樹脂基復合材料。文章以《Phosphaphenanthrene-Functionalized Benzoxazines Bearing Intramolecularly Hydrogen-Bonded Phenolic Hydroxyl: Synthesis, Structural Characterization, Polymerization Mechanism, and Property Investigation》為題,在線發表Macromolecules工作也被選為封面論文。文章第一作者是江蘇大學材料科學與工程學院博士楊蕊,本科生李楠參與完成了本工作。此外,英國萊斯特大學化學院Shengfu Yang教授與Corey J. Evans副教授該工作的理論計算提供了大力支持。該研究得到了國家自然科學基金與江蘇省青藍工程的經費支持。 


1a)磷雜菲官能化苯并噁嗪單體的合成;(b, c)苯并噁嗪單體核磁氫譜圖。


 2不同濃度的ODOPB-aa)與ODOPB-fa(b)在氘代氯仿中的核磁氫譜圖;(c)苯并噁嗪結構中酚羥基的化學位移隨濃度變化d)苯并噁嗪單體的化學結構式。


 圖3.含分子內氫鍵的磷雜菲官能化苯并噁嗪樹脂固化反應機理示意圖。


 4文章封面設計。


  該工作是團隊近期關于高性能苯并噁嗪樹脂相關研究的最新進展之一。實際應用過程中,苯并噁嗪樹脂具有與傳統環氧、酚醛、雙馬來酰亞胺樹脂體系相當的熱力學性能。然而,苯并噁嗪樹脂的發展起步較晚,目前還存在固化溫度高、固化后材料過脆、不可持續發展等不足。為此,團隊近年來從分子設計角度出發,開拓了鄰位苯并噁嗪化學,采用環境友好型生物基原料合成了多系列新型苯并噁嗪樹脂(Macromolecules, 2018, 51, 6524-6533; Macromolecules, 2018, 51, 7574-7585; Macromolecules, 2019, 52, 7386-7395; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7, 9399-9407; Green Chemistry, 2020, 22, 1209-1219; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2022, 10, 14783-14793; Macromolecules, 2022, 55, 3106-3115; Macromolecules, 2022, 55, 6973-6981; Chemical Engineering Journal, 2022, 448, 137670; Chemical Engineering Journal, 2023, 457, 141232),探索了苯并噁嗪分子結構與固化后樹脂材料性能關聯,旨在開發可廣泛應用于電子封裝、航空航天軌道交通等領域的熱固性樹脂基材料。


  原文鏈接https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c00028

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