[發明專利]基于聚苯并唑和熱固性樹脂的分子復合材料及制備方法

有效

• 申請號: 201310250333.5
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103342878A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發明（設計）人: 劉小云;李洋明;陳丹丹;周超;周云超;蔡瑞隆
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08L63/00
• 分類號: C08L63/00;C08L61/28;C08L61/06;C08L61/24;C08L79/04;C08L87/00;C08G81/00;C08G73/06;C08G73/22;C08G73/18
• 代理公司: 上海三和萬國知識產權代理事務所(普通合伙) 31230
• 代理人: 朱小晶

【技術領域】

本發明涉及材料技術領域，具體地說，是一種基于聚苯并唑和熱固性樹脂的分子復合材料及制備方法。

【背景技術】

分子復合材料的概念最先在上世紀70年代末由日本和美國的科學家提出，指的是將剛性高分子以近乎分子或者分子束的形式分散到高分子基體材料中得到的復合材料。分子或者分子束形態的剛性增強相能夠跟基體樹脂之間產生有效的協同作用，從而獲得優良的增強效果。為此，需要使用剛性棒狀高分子作為增強相，而且需要剛性棒狀分子在高分子基體中的橫向分散尺寸小，甚至達到分子水平，這樣才能夠充分體現其與基體樹脂的協同作用。

迄今為止報道的分子復合材料，增強相一般為剛性棒狀高分子，基體一般為柔性高分子樹脂，將這兩種高分子材料進行溶液共混或者混合后熔融擠出，使之達到分子水平上的混合均勻。但是，眾所周知，兩種高分子材料要達到分子水平上的共混是非常困難的事情，因此需要選擇有適度相容性的剛性棒狀高分子/柔性高分子樹脂對用于制備分子復合材料，而這樣的剛性棒狀高分子/柔性高分子樹脂對在選擇上受限制頗多。正因為如此，分子復合材料的概念雖然已經提出來了很長時間，但該類材料的發展非常緩慢，已經報道的適合用于制備分子復合材料的剛性棒狀高分子/柔性高分子樹脂對也不多。

已報道的分子復合材料中使用的柔性高分子均系熱塑性樹脂。熱塑性樹脂的優點是加工簡便，但其玻璃化溫度往往限制了材料的最高使用溫度。而熱固性樹脂是加熱、加壓下或在固化劑、紫外線作用下，進行化學反應，交聯固化成為不溶不熔物質的一大類合成樹脂。熱固性樹脂由于良好的機械性能和熱穩定性而在結構材料領域有廣泛的應用。

已報道的分子復合材料中使用的增強相必須為剛直棒狀高分子。例如聚苯并唑，該類聚合物是一類具有芳環結構的液晶剛棒狀高分子，具有很好的熱學性能，優異的機械性能，以及化學穩定性。由于其剛直棒狀結構，適合于用作分子復合材料的增強相，因此以聚苯并唑類聚合物作為增強相的分子復合材料已經有不少報道。但是聚苯并唑分子結構中缺少極性基團，浸潤性差，容易產生界面缺陷和低界面結合力，因此與柔性高分子樹脂復合時相容性及分散性都不好，需要使用溶劑幫助分散。但在分散完成后，如何徹底除去制件中的溶劑是一個大問題。制件尺寸越大，這個問題也越突出，這也限制了分子復合材料用于大型結構件的制備。

【發明內容】

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種基于聚苯并唑和熱固性樹脂的分子復合材料及制備方法。

本發明首先對苯并唑剛性高分子進行改性，進而將其分散到熱固性樹脂基體中制備復合材料。剛棒狀分子在基體中的橫向分散尺寸小，可以達到分子束水平的分散，所制備的復合材料能性能優異。

與以往報道的分子復合材料不同，本發明的第一個改進點是在苯并唑分子兩端接上柔性鏈段，通過使用柔性鏈段來增加其與基體的相容性。這一方法可大大提高苯并唑類高分子在基體中的分散性。由于柔性鏈段是接在苯并唑類高分子的兩端，因此不會影響苯并唑高分子的剛性和增強效果。

本發明的第二個改進點是使用熱固性樹脂作為基體樹脂，與以往報道的分子復合材料中使用熱塑性樹脂不同，由于熱固性樹脂在未固化前的單體是小分子，因此與剛性高分子更容易混合，使剛性高分子達到均勻分散。隨后，熱固性樹脂單體通過熱固化反應得到交聯結構，均勻分散的剛性高分子與基體樹脂之間的協同作用可大大提高材料的穩定性，耐熱性和力學性能，滿足各領域的應用需求。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種基于聚苯并唑和熱固性樹脂的分子復合材料的制備方法，其具體步驟為：

(1)制備聚苯并唑與柔性高分子嵌段共聚物

首先，將鄰羥基苯二酚與苯二甲酰氯進行反應得到未關環的聚苯并唑類剛性分子預聚體，即為酚羥基封端的預聚體，再將聚苯并唑類剛性分子預聚體與柔性高分子反應，待反應完全后，在100～300℃下分步進行熱處理，使之脫水環化，得到聚苯并唑與柔性高分子嵌段共聚物，或者簡稱為聚苯并唑嵌段共聚物；

所述的鄰羥基苯二酚∶苯二甲酰氯的摩爾比1.01～1.1∶1。

所述的柔性高分子指的是鏈段長度或分子鏈末端距遠小于分子鏈伸直長度的高分子，例如羧基化聚二甲基硅氧烷，端羧基聚乙二醇等。

所述的的聚苯并唑，指的是含有苯并唑結構芳香族剛棒狀化合物，其典型的聚合物的結構式如下：

(2)制備聚苯并唑類-熱固性樹脂分子復合材料