3-甲基邻苯二酚/糠胺型聚苯并噁嗪的制备与性能

doi:10.7503/cjcu20210439

高等学校化学学报 ›› 2021, Vol. 42 ›› Issue (12): 3757.doi: 10.7503/cjcu20210439

3-甲基邻苯二酚/糠胺型聚苯并噁嗪的制备与性能

陈辰¹, 陆馨¹(), 赵玉棣¹, 王立通¹, 辛忠¹^,²

^1.华东理工大学化工学院上海市多相结构材料化学工程重点实验室
^2.化学工程联合国家重点实验室, 上海 200237

收稿日期:2021-06-25 出版日期:2021-12-10 发布日期:2021-09-28
通讯作者: 陆馨 E-mail:lux@ecust.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(21776080);上海市教育委员会科研创新计划项目(2019-01-07-00-02-E00061)

Preparation and Properties of 3-Methylcatechol/Furfurylamine Based Polybenzoxazine

CHEN Chen¹, LU Xin¹(), ZHAO Yudi¹, WANG Litong¹, XIN Zhong¹^,²

^1.Shanghai Key Laboratory of Multiphase Materials Chemical Engineering，School of Chemical Engineering
^2.State Key Laboratory of Chemical Engineering，East China University of Science and Technology，Shanghai 200237，China

Received:2021-06-25 Online:2021-12-10 Published:2021-09-28
Contact: LU Xin E-mail:lux@ecust.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(21776080);the Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission, China(2019?01?07?00?02?E00061)

摘要/Abstract

摘要：

通过分子设计合成了含有酚羟基的3-甲基邻苯二酚/糠胺型苯并噁嗪(M-f). 通过差示扫描量热法(DSC)测得M-f的放热峰值温度(T_p)为172 ℃, 而间甲酚/糠胺型苯并噁嗪(MC-f)的T_p为244 ℃, 表明酚羟基的引入有利于降低苯并噁嗪的开环固化温度. 通过非等温DSC法研究2种苯并噁嗪单体的固化动力学, Kissinger法和Ozawa法的计算结果均表明M-f的表观活化能低于MC-f. 此外, 通过拉伸剪切强度测试考察了聚苯并噁嗪对于金属基材的黏附性能, M-f聚合物对于铝和低碳钢基材的拉伸剪切强度分别为2.53 MPa和3.09 MPa, 均高于MC-f聚合物.

关键词: 苯并噁嗪, 酚羟基, 固化温度, 黏附性能

Abstract:

3-Methylcatechol/furfurylamine benzoxazine（M-f） containing phenolic hydroxyl group was synthesized to develop a benzoxazine that could be cured at relatively low temperature. The peak exothermic temperature（T_p） of M-f measured by differential scanning calorimetry（DSC） is 172 ℃， while the T_p of meta-cresol/furfurylamine benzoxazine（MC-f） is 244 ℃， indicating that the introduction of phenolic hydroxyl groups is beneficial to reduce the ring-opening curing temperature of benzoxazine. The curing kinetics of the two benzoxazine monomers were studied by non-isothermal DSC methods. The calculation results of Kissinger method and Ozawa method both indicated that the apparent activation energy of M-f was lower than that of MC-f. In addition， the adhesion performance of polybenzoxazine to metal substrate was explored by lap shear strength testing. The testing results demonstrated that the lap shear strengths of the M-f polymer to the aluminum and mild steel substrates reached 2.53 MPa and 3.09 MPa， respectively， which were higher than those of the MC-f polymer.

Key words: Benzoxazine, Phenolic hydroxyl, Curing temperature, Adhesion property

中图分类号:

O632.7

TrendMD:

陈辰, 陆馨, 赵玉棣, 王立通, 辛忠. 3-甲基邻苯二酚/糠胺型聚苯并噁嗪的制备与性能. 高等学校化学学报, 2021, 42(12): 3757.

CHEN Chen, LU Xin, ZHAO Yudi, WANG Litong, XIN Zhong. Preparation and Properties of 3-Methylcatechol/Furfurylamine Based Polybenzoxazine. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(12): 3757.

图/表 14

Scheme 1 Synthesis route of M?f and MC?f monomers

Fig.1 FTIR spectra of M?f and MC?f

Fig.2 1H NMR spectra of M?f and MC?f

Fig.3 13C NMR spectra of M?f and MC?f

Fig.4 DSC curves of M?f and MC?f

Fig.5 DSC curves of M?f(A) and MC?f(B) at various heating rates

Fig.6 Plots generated following the Kissinger(A) and Ozawa(B) methods for determination of the activation energy of M?f and MC?f

Fig.7 In?situ FTIR spectra of M?f(A) and MC?f(B) at various temperatures with a constant heating rate of 5 ℃/min

Fig.8 DSC curves of PM?f?120 ℃, PM?f?140 ℃, PMC?f?180 ℃ and PMC?f?200 ℃

Fig.9 FTIR spectra of PM?f?140 ℃ and PMC?f?200 ℃

Scheme 2 Schematic diagram of polymerization of M?f

Fig.10 TGA curves of PM?f and PMC?f

Fig.11 Lap shear strength of PM?f and PMC?f

Fig.12 Optical images of lap joints after shear testing of PMC?f on aluminum sheet(A), PMC?f on mild steel(B), PM?f on aluminum sheet(C) and PM?f on mild steel(D)

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3-甲基邻苯二酚/糠胺型聚苯并噁嗪的制备与性能

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