本发明涉及一种含倍半硅氧烷poss结构的双邻苯二甲腈聚合物的制备方法。
背景技术：
双邻苯二甲腈聚合物以其优异的耐热性和阻燃性能引起了国内外学者的广泛关注。但是它固化时需要较高的固化温度(多为375℃)和固化时间(数十个小时)，如果将其应用在碳纤维复合材料的成型上，会产生较大的热应力变形问题。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决制备双邻苯二甲腈聚合物时固化温度高、固化时间长的问题，本发明提供了一种含倍半硅氧烷poss结构的双邻苯二甲腈聚合物的制备方法。
本发明为一种含倍半硅氧烷poss结构的双邻苯二甲腈聚合物的制备方法，其按以下步骤进行：将含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物进行固化，得到含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物；其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物为含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a和含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b按任意比混合的混合物、含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a或含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b；
其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a的制备方法为：将含有羟基的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷与4-硝基邻苯二甲基按照羟基和硝基的量等摩尔混合，加入极性溶剂和无水碳酸钾，在常温下充分反应搅拌20～28h，得到混合物；将混合物倒入去离子水中，减压过滤得到沉淀物，清洗沉淀物，重结晶后得到含笼型或半笼型倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈单体；在200～260℃下将单体熔融，加入胺类固化剂，混合均匀后，搅拌25-40min，得到含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a；含有羟基的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷与无水碳酸钾的摩尔比为1:3-4，含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a中胺类固化剂的质量百分含量为1-3％；
其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b的制备方法为：将双邻苯二甲腈单体在200～260℃下熔融后，然后加入胺类固化剂，混合均匀后，搅拌25-40min，生成预聚物；在预聚物中加入带有任意一种反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷，倍半硅氧烷完全消融在预聚物中，再搅拌10-15min，然后冷却到室温，即得到含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b；含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b中胺类固化剂的质量百分含量为1-3％，带有任意一种反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷的百分含量为0.5-10％。
本发明一是通过亲核取代反应，将poss结构引入到双邻苯二甲腈单体中，二是通过poss基团的反应官能团接枝在双邻苯二甲腈预聚物上，含有倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈聚合物不仅可以提高其反应活性，降低固化温度，还可以使其耐热性能进一步提高。
本发明的有益效果：
本发明制备的含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物具有更好的耐热性能，在空气中900℃下的质量保留率46％，固化温度和固化时间均有所降低，固化温度为200-300℃，固化时间为8-16h。
附图说明
图1为实施例1在空气中的热失重数据图；其中a为实施例1制备的含倍半硅氧烷poss结构的双邻苯二甲腈聚合物，b为不含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种含倍半硅氧烷poss结构的双邻苯二甲腈聚合物的制备方法，其按以下步骤进行：将含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物进行固化，得到含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物；其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物为含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a和含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b按任意比混合的混合物、含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a或含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b；
其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a的制备方法为：将含有羟基的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷与4-硝基邻苯二甲基按照其含有羟基和硝基的量等摩尔混合，加入极性溶剂和无水碳酸钾，在常温下充分反应搅拌20～28h，得到混合物；将混合物倒入去离子水中，减压过滤得到沉淀物，清洗沉淀物，重结晶后得到含笼型或半笼型倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈单体；在200～260℃下将单体熔融，加入胺类固化剂，混合均匀后，搅拌25-40min，得到含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a；含有羟基的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷与无水碳酸钾的摩尔比为1:3-4，含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a中胺类固化剂的质量百分含量为1-3％；
其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b的制备方法为：将双邻苯二甲腈单体在200～260℃下熔融后，然后加入胺类固化剂，混合均匀后，搅拌25-40min，生成预聚物；在预聚物中加入带有任意一种反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷，倍半硅氧烷完全消融在预聚物中，再搅拌10-15min，然后冷却到室温，即得到含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b；含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b中胺类固化剂的质量百分含量为1-3％，带有任意一种反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷的百分含量为0.5-10％。
本实施方式一是通过亲核取代反应，将poss结构引入到双邻苯二甲腈单体中，二是通过poss基团的反应官能团接枝在双邻苯二甲腈预聚物上，含有倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈聚合物不仅可以提高其反应活性，降低固化温度，还可以使其耐热性能进一步提高。
本实施方式的有益效果：
本实施方式制备的含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物具有更好的耐热性能，在空气中900℃下的质量保留率46％，固化温度和固化时间均有所降低，固化温度为200-300℃，固化时间为8-16h。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：固化的方法为：固化的温度为200-300℃，低于固化温度每隔50℃设置一个保温点，共设置1-2个保温点，每个保温点分别保温4h。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：含笼型或半笼型倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈单体的化学式为：
其中a为笼型或半笼型的倍半硅氧烷，n为1-8。与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：双邻苯二甲腈单体化学式为：
其中x为
其他与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：笼型结构的倍半硅氧烷的结构为：
其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：半笼型结构的倍半硅氧烷的结构为：
其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：胺类固化剂为芳香二胺类化合物。其他与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：芳香二胺类化合物为1,3-双(3-胺基苯氧基)苯、1,4-双(-胺基苯氧基)苯或双[4-(4-胺基苯氧基)苯]亚砜、4,4’-二(4-胺基苯氧基)联苯、3,3’-二胺基-4,4’-二羟基二苯砜、3,3’-二甲基-4,4’-二氨基联苯砜、3,3’-二羧基-4,4’-二氨基联苯砜或3,3’-二羟基-4,4’-二氨基联苯砜。其他与具体实施方式一至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：带有任意一种反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷是一种含有胺基、环氧基、乙烯基、酯基、羧酸、羟基或苯胺反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷结构。其他与具体实施方式一至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：极性溶剂为dmso或dmf。其他与具体实施方式一至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种含倍半硅氧烷poss结构的双邻苯二甲腈聚合物的制备方法按以下步骤进行：将含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物在烘箱中进行固化，260℃固化4h，280℃下固化4h，300℃下固化8h，得到含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物；其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物为含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a和含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b按质量比1:1混合的混合物；
其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a的制备方法为：将含有羟基的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷与4-硝基邻苯二甲基等摩尔混合，加入200mldmso溶剂和无水碳酸钾，在常温下充分反应搅拌24h，得到混合物；将混合物倒入500ml去离子水中，减压过滤得到沉淀物，清洗沉淀物，重结晶后得到含笼型或半笼型倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈单体；在200℃下将单体熔融，加入1,3-双(3-胺基苯氧基)苯，混合均匀后，搅拌30min，得到含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a；含有羟基的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷与无水碳酸钾的摩尔比为1:3，含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物a中1,3-双(3-胺基苯氧基)苯的质量百分含量为2％；
其中含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b的制备方法为：将双邻苯二甲腈单体在200℃下熔融后，然后加入1,3-双(3-胺基苯氧基)苯，混合均匀后，搅拌30min，生成预聚物；在预聚物中加入带有任意一种反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷，倍半硅氧烷完全消融在预聚物中，再搅拌10min，然后冷却到室温，即得到含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b；含倍半硅氧烷poss结构双邻苯二甲腈预聚物b中胺类固化剂的质量百分含量为2％，带有任意一种反应官能团的笼型或半笼型结构的倍半硅氧烷的百分含量为0.5％。
本实施例中含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物的固化温度为300℃，固化时间为16h，远低于现有的不含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物。图1为在空气中的热失重数据图，从图1可知，本实施例制备的含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物具有更好的耐热性能，在空气中900℃下的质量保留率46％，不含有poss结构的双邻苯二甲腈聚合物的保留率仅为32％。