發布時間：2023年4月11日
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鄰苯二甲腈樹脂（又稱為酞腈樹脂）是一種集耐高溫、阻燃、低煙、優異的力學性能于一身的先進耐高溫樹脂。該材料在極端環境領域具有非常好的應用潛力，但是苛刻的加工條件阻礙了它的大規模應用。于體系中剛性結構的存在，單體的熔點高（＞200℃），加工窗口窄，加工工藝繁瑣，無法與成熟的樹脂加工技術相結合。所以降低鄰苯二甲腈單體熔點，對于擴大鄰苯二甲腈樹脂的應用具有很好的推動作用。
為解決以上問題，哈爾濱工業大學化工學院和中國科學院寧波材料技術與工程研究所先進能源材料工程實驗室通過向鄰苯二甲腈單體引入柔性鏈段，有效降低了鄰苯二甲腈單體的熔點（如圖1所示）。與剛性的苯環結構相比，單鍵的Si-O鍵和C-C鍵構象容易改變，并且Si-O-Si鏈段具有鍵長長、鍵角大的特點，使得鏈段的內旋轉勢壘小、柔順性好。同時，高的結合能可以保證固化后的樹脂具有良好的耐熱性。
柔性鏈段的引入，將單體的熔點降低到室溫以下（單體的玻璃化轉變溫度低至-35.6℃，圖1a），得到室溫下為液態的鄰苯二甲腈單體，極大提高了鄰苯二甲腈樹脂的加工性能。這種液態的單體在室溫下具有良好的流動性（30℃，粘度在～2Pa·s，圖1b）和溶解性，可以溶于常見的有機溶劑，如乙酸乙酯、乙醇、丙酮等。
這種液態的鄰苯二甲腈單體還可以與其他高熔點的單體共混，用于提高粉末單體的加工性能。例如，將這種液態單體與粉末狀的鄰苯二甲腈單體（熔點～180℃）共混，得到室溫下具有一定加工性的混合物（圖2a）。固化后的鄰苯二甲腈樹脂，在氬氣和空氣中的初始分解溫度（Td5%）分別為534.4℃和532.3℃（圖2b）。這種共混的方式，可以在提高單體加工性的同時，保證樹脂的耐熱性。
這種低粘度、易加工的液態鄰苯二甲腈單體可以用于復合材料RTM成型，芯片封裝等領域。液態的單體能夠將鄰苯二甲腈單體與成熟的液態加工技術相結合，擴大鄰苯二甲腈樹脂的應用領域。
以上研究工作近期以“Novel Liquid Phthalonitrile Monomers Towards High Performance Resin”為題，發表在European Polymer Journal上。該研究工作第一作者為哈工大博士生高慕堯，通訊作者為哈工大化工學院劉明教授和寧波材料所宋育杰副研究員。該工作得到了中央高校基本科研業務費（No. LH2021E055）資助。
來源：中國科學院寧波材料技術與工程研究所網站 2023.4.11