聚苯并噁嗪嵌段热塑弹性体的合成及其聚集态调控研究

热塑性弹性体是一类应用领域广泛且发展前景广阔的合成材料，主要缺点是高温力学性能保持率低，利用可再生资源开发高耐热型聚苯并噁嗪弹性体具有较大的科学、经济和环境意义。本研究以豆油基预聚体为软段，单一Mannich桥键结构的半晶态聚苯并噁嗪为硬段，制备耐热型豆油基聚合物/聚苯并噁嗪多嵌段共聚热塑弹性体。研究复合催化条件下的苯并噁嗪开环聚合动力学，考察嵌段共聚物软硬段分子量和氢键作用对聚合链敛集结晶过程和微相分离的影响，归纳出聚苯并噁嗪及其嵌段共聚物的合成控制与聚集态调控原理；总结嵌段共聚物近程、远程及聚集态结构与弹性体材料热塑性及热机械性能的构效关系，通过三级结构的优化调控，获得热加工性和耐热性俱佳的弹性体材料。本研究方案体现了材料绿色化和高性能的有机结合，为聚苯并噁嗪热塑性功能材料的开发提供了理论依据，也为豆油基聚合物的应用研究开辟新的思路。

聚苯并噁嗪作为一种新型树脂材料，具有优异的电绝缘性、高热氧稳定性、优异的力学性能和杰出的分子设计性。本项目合成了多种含胺基、三氟乙酸酰胺基等不同官能团的苯并噁嗪单体，并将之应用于与环氧大豆油的共聚过程，制备出以聚苯并噁嗪为硬段、植物油预聚物为软段的新型热塑性弹性体材料。项目首次提出了含三氟乙酸酰胺基团苯并噁嗪（FBA）的开环催化功能，其催化作用能够使整个反应体系中的苯并噁嗪类单体在低温下开环固化，为与热敏性植物油聚合物共聚提供了必要条件。采用FTIR、NMR、DSC、TG/DTG等手段深入探讨了其聚合与催化机理，FBA的催化机理可归因于三氟乙酸酰胺基强吸电子作用使带负电的反应中间体更稳定，所得聚苯并噁嗪倾向于形成热稳定性更好的Arylamine桥联结构，从而使材料表现出更好的耐热性。项目借助含胺基苯并噁嗪与环氧树脂的反应，探讨了其与环氧基聚合物的固化反应机理，并采用Kissinger, Ozawa, crane以及 Kissinger–Akahira–Sunose (KAS)研究方法，系统研究了其中噁嗪环的开环固化动力学，证明了两步聚合过程的存在和含胺基苯并噁嗪的催化低温聚合效应，为目标弹性体的成型工艺优化提供了理论依据。本项目解决了可再生资源环氧大豆油在与苯并噁嗪共聚过程中不稳定的难题，成功制备了具有广泛应用前景的新型生物质材料。