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江蘇大學(xué)張侃團(tuán)隊《Macromolecules》封面論文：含分子內(nèi)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(xiàn)樹脂基體的本征阻燃特性是聚合物基復(fù)合材料在航空航天、軌道交通、國防軍工等高端領(lǐng)域應(yīng)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(jié)構(gòu)可設(shè)計性為達(dá)到這一性能要求創(chuàng)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(tuán)，也可采用豐富的有機(jī)合成方法來調(diào)控其分子結(jié)構(gòu)，從而賦予固化后樹脂材料特殊的目標(biāo)性能。


  近期，江蘇大學(xué)張侃副教授團(tuán)隊基于在高性能與生物基苯并噁嗪樹脂方面的研究基礎(chǔ)，精準(zhǔn)合成了含分子內(nèi)氫鍵的磷雜菲官能化苯并噁嗪樹脂。通過實驗與模擬計算的結(jié)合，證實了該類苯并噁嗪樹脂中分子內(nèi)氫鍵存在的形式，并深入研究了分子內(nèi)氫鍵對樹脂固化行為的影響。本工作首次提出了受分子內(nèi)氫鍵保護(hù)的酚羥基在實現(xiàn)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(jī)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(yīng)用于纖維增強樹脂基復(fù)合材料中。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(fā)表于《Macromolecules》，該工作也被選為封面論文。文章第一作者是江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院博士生楊蕊，本科生李楠參與完成了本工作。此外，英國萊斯特大學(xué)化學(xué)院Shengfu Yang教授與Corey J. Evans副教授對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(xué)基金與江蘇省青藍(lán)工程的經(jīng)費支持。 


圖1. （a）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。


 圖2. 不同濃度的ODOPB-a（a）與ODOPB-fa（b）在氘代氯仿中的核磁氫譜圖；（c）苯并噁嗪結(jié)構(gòu)中酚羥基的化學(xué)位移隨濃度變化；（d）苯并噁嗪單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)式。


 圖3.含分子內(nèi)氫鍵的磷雜菲官能化苯并噁嗪樹脂固化反應(yīng)機(jī)理示意圖。


 圖4. 文章封面設(shè)計。


  該工作是團(tuán)隊近期關(guān)于高性能苯并噁嗪樹脂相關(guān)研究的最新進(jìn)展之一。在實際應(yīng)用過程中，苯并噁嗪樹脂具有與傳統(tǒng)環(huán)氧、酚醛、雙馬來酰亞胺等樹脂體系相當(dāng)?shù)臒崃W(xué)性能。然而，苯并噁嗪樹脂的發(fā)展起步較晚，目前還存在如固化溫度高、固化后材料過脆、不可持續(xù)發(fā)展等不足。為此，團(tuán)隊近年來從分子設(shè)計角度出發(fā)，開拓了鄰位苯并噁嗪化學(xué)，采用環(huán)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(jié)構(gòu)與固化后樹脂材料性能的關(guān)聯(lián)，旨在開發(fā)可廣泛應(yīng)用于電子封裝、航空航天、軌道交通等領(lǐng)域的熱固性樹脂基體材料。


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

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