具有聚膦腈主链结构的环氧功能高分子的设计、制备及其与无机介孔材料杂化的研究

通过分子设计将带有环氧官能团的有机链段引入到无机聚膦腈分子链中，合成出具备有机（侧链）／无机（主链）杂化结构的新型聚膦腈型环氧功能高分子，研究这一有机／无机杂化链段的相互作用、官能团反应特性、及其对聚膦腈型环氧功能高分子的力学性能、介电性能、热性能及阻燃性能的影响，查明其热氧化分解机理和阻燃机理。研究该聚膦腈型环氧功能高分子的固化动力学，探索其有机／无机杂化结构对固化体系的交联密度、固化反应速率、固化工艺条件及固化物各项性能的影响规律。将表面官能化的无机介孔硅与聚膦腈型环氧功能高分子复合，形成通过化学键结合的聚合物／介孔二氧化硅杂化材料，研究这一新型杂化材料的制备技术及其结构与性能的关系。开发出一类具有环保阻燃性、高耐热性及热稳定性、低介电常数及介电损耗因子和优异力学性能的新型环氧功能高分子及其与介孔二氧化硅的杂化材料，以期实现其在尖端领域的应用。

本项目针对具有膦腈结构的环氧树脂开展分子设计及合成技术的研究，首先通过分子设计合成了一种含环三膦腈结构和一种同时包含双酚A及环三膦腈结构的多官能团环氧树脂，通过核磁、红外等结构表征确认了合成反应的成功实施。对这两种膦腈环氧树脂与不同固化剂的固化动力学进行了研究，并对其热固化产物的性能进行了考察，研究发现此类膦腈环氧树脂具有优异的阻燃性能和较高的玻璃转变温度，阻燃级别均可达到UL94–V0级。而双酚A结构的引入还可进一步提高所合成的环氧树脂的耐热性能。同时合成了一种主链中包含环三膦腈与羟丙基结构和另一种主链具包含环三膦腈与双酚A结构的环线型膦腈环氧树脂，通过对合成的中间体和最终目标产物的全面结构表征验证了合成反应的成功实施。对其与不同固化剂形成的热固化树脂的性能研究揭示，此类环线型膦腈环氧树脂具有优异的耐热性和热稳定性，同时阻燃性能非常优异，均达到UL94–V0级。另外还合成了一种具有单螺环结构的环线型膦腈环氧树脂，并通过对中间体及目标产物的结构表征证实了这一合成的成功。因为该膦腈环氧树脂拥有特殊的螺环结构，所以其耐热性和阻燃性能非常优异。在此研究基础上还成功合成了带双螺环和三螺环结构的膦腈环氧树脂。另一方面，通过设计合成出三螺环乙二胺环三膦腈中间体，成功地合成出了环簇型环膦腈环氧树脂。并采用五氯化磷为原料合成出分子量可控的线型膦腈环氧树脂。这两种新型结构的膦腈环氧树脂均通过全面结构表征确认了目标产物符合预先设计的目标。在成功合成上述一系列膦腈环氧树脂的基础上，分别制备了膦腈环氧树脂与介孔二氧化硅和石墨烯的纳米复合材料，针对这些复合材料的亚微相态研究揭示了其纳米复合的微观结构特征。而性能研究表明两种纳米复合材料在力学性能、耐热性和介电性能上均获得所期望的提高。基于本项目研究成果开发出一系列具有环保阻燃性、高耐热性及热稳定性、优异电性能和力学性能的新型环氧功能材料，并将在电子电气及微电子等尖端领域展现良好的应用前景。