江苏大学张侃团队《Macromolecules》封面论文：含分子内氢键的磷杂菲官能化苯并噁嗪树脂

2023-02-10 来源：高分子科技

实现树脂基体的本征阻燃特性是聚合物基复合材料在航空航天、轨道交通、国防军工等高端领域应用中的广泛需求。苯并噁嗪树脂作为新型热固性树脂基体材料，其灵活多变的结构可设计性为达到这一性能要求创造了条件。苯并噁嗪可通过选用不同的酚源和胺源化合物来引入功能化基团，也可采用丰富的有机合成方法来调控其分子结构，从而赋予固化后树脂材料特殊的目标性能。

近期，江苏大学张侃副教授团队基于在高性能与生物基苯并噁嗪树脂方面的研究基础，精准合成了含分子内氢键的磷杂菲官能化苯并噁嗪树脂。通过实验与模拟计算的结合，证实了该类苯并噁嗪树脂中分子内氢键存在的形式，并深入研究了分子内氢键对树脂固化行为的影响。本工作首次提出了受分子内氢键保护的酚羟基在实现潜伏催化固化特征中的两面性，有效丰富了苯并噁嗪树脂的固化机理。新合成的磷杂菲基苯并噁嗪树脂有望作为阻燃添加剂应用于纤维增强树脂基复合材料中。文章以《Phosphaphenanthrene-Functionalized Benzoxazines Bearing Intramolecularly Hydrogen-Bonded Phenolic Hydroxyl: Synthesis, Structural Characterization, Polymerization Mechanism, and Property Investigation》为题，在线发表于《Macromolecules》，该工作也被选为封面论文。文章第一作者是江苏大学材料科学与工程学院博士生杨蕊，本科生李楠参与完成了本工作。此外，英国莱斯特大学化学院Shengfu Yang教授与Corey J. Evans副教授对该工作的理论计算提供了大力支持。该研究得到了国家自然科学基金与江苏省青蓝工程的经费支持。

图1. （a）磷杂菲官能化苯并噁嗪单体的合成；（b, c）苯并噁嗪单体核磁氢谱图。

图2. 不同浓度的ODOPB-a（a）与ODOPB-fa（b）在氘代氯仿中的核磁氢谱图；（c）苯并噁嗪结构中酚羟基的化学位移随浓度变化；（d）苯并噁嗪单体的化学结构式。

图3.含分子内氢键的磷杂菲官能化苯并噁嗪树脂固化反应机理示意图。

图4. 文章封面设计。

该工作是团队近期关于高性能苯并噁嗪树脂相关研究的最新进展之一。在实际应用过程中，苯并噁嗪树脂具有与传统环氧、酚醛、双马来酰亚胺等树脂体系相当的热力学性能。然而，苯并噁嗪树脂的发展起步较晚，目前还存在如固化温度高、固化后材料过脆、不可持续发展等不足。为此，团队近年来从分子设计角度出发，开拓了邻位苯并噁嗪化学，采用环境友好型生物基原料合成了多系列新型苯并噁嗪树脂（Macromolecules, 2018, 51, 6524-6533; Macromolecules, 2018, 51, 7574-7585; Macromolecules, 2019, 52, 7386-7395; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2019, 7, 9399-9407; Green Chemistry, 2020, 22, 1209-1219; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2022, 10, 14783-14793; Macromolecules, 2022, 55, 3106-3115; Macromolecules, 2022, 55, 6973-6981; Chemical Engineering Journal, 2022, 448, 137670; Chemical Engineering Journal, 2023, 457, 141232），探索了苯并噁嗪分子结构与固化后树脂材料性能的关联，旨在开发可广泛应用于电子封装、航空航天、轨道交通等领域的热固性树脂基体材料。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.3c00028

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（责任编辑：xu）

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