宁波材料所在新型高性能液态邻苯二甲腈单体研究方面取得进展

　　邻苯二甲腈树脂（又称为酞腈树脂）是一种集耐高温、阻燃、低烟、优异的力学性能于一身的先进耐高温树脂。该材料在极端环境领域具有非常好的应用潜力，但是苛刻的加工条件阻碍了它的大规模应用。于体系中刚性结构的存在，单体的熔点高（＞200℃），加工窗口窄，加工工艺繁琐，无法与成熟的树脂加工技术相结合。所以降低邻苯二甲腈单体熔点，对于扩大邻苯二甲腈树脂的应用具有很好的推动作用。

　　为解决以上问题，哈尔滨工业大学化工学院和中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进能源材料工程实验室通过向邻苯二甲腈单体引入柔性链段，有效降低了邻苯二甲腈单体的熔点（如图1所示）。与刚性的苯环结构相比，单键的Si-O键和C-C键构象容易改变，并且Si-O-Si链段具有键长长、键角大的特点，使得链段的内旋转势垒小、柔顺性好。同时，高的结合能可以保证固化后的树脂具有良好的耐热性。

　　柔性链段的引入，将单体的熔点降低到室温以下（单体的玻璃化转变温度低至-35.6℃，图1a），得到室温下为液态的邻苯二甲腈单体，极大提高了邻苯二甲腈树脂的加工性能。这种液态的单体在室温下具有良好的流动性（30℃，粘度在～2Pa·s，图1b）和溶解性，可以溶于常见的有机溶剂，如乙酸乙酯、乙醇、丙酮等。

　　这种液态的邻苯二甲腈单体还可以与其他高熔点的单体共混，用于提高粉末单体的加工性能。例如，将这种液态单体与粉末状的邻苯二甲腈单体（熔点～180℃）共混，得到室温下具有一定加工性的混合物（图2a）。固化后的邻苯二甲腈树脂，在氩气和空气中的初始分解温度（Td5%）分别为534.4℃和532.3℃（图2b）。这种共混的方式，可以在提高单体加工性的同时，保证树脂的耐热性。

　　这种低粘度、易加工的液态邻苯二甲腈单体可以用于复合材料RTM成型，芯片封装等领域。液态的单体能够将邻苯二甲腈单体与成熟的液态加工技术相结合，扩大邻苯二甲腈树脂的应用领域。

　　以上研究工作近期以“Novel Liquid Phthalonitrile Monomers Towards High Performance Resin”为题，发表在European Polymer Journal上（https://doi.org/10.1016/j.eurpolymj.2023.112027）该研究工作第一作者为哈工大博士生高慕尧，通讯作者为哈工大化工学院刘明教授和宁波材料所宋育杰副研究员。该工作得到了中央高校基本科研业务费（No. LH2021E055）资助。


图1 液态邻苯二甲腈单体设计思路


图2 液态单体的（a）DSC曲线和（b）粘度随温度的变化曲线


图3（a）混合物的粘度随温度的变化和（b）共混物固化后的树脂的TGA