苯并噁嗪樹脂通常由酚、伯胺和醛類化合物經Mannich縮合一步反應合成，也可由鄰羥基苯甲醛與胺類化合物通過三步法合成得到。苯并噁嗪樹脂最顯著的有點是其具有靈活的分子結構可設計性，可通過分子化學結構設計來調控目標性能。隨著新型苯并噁嗪樹脂系列產品的不斷推出，目前該樹脂已具備與雙馬來酰亞胺樹脂相當的耐熱性，與環氧樹脂相當的工藝性以及優異的阻燃、低煙、低毒性，有望發展成為與環氧、酚醛、雙馬來酰亞胺等基礎樹脂同等重要的熱固性樹脂材料。
江蘇大學張侃教授團隊基于近期在高性能苯并噁嗪樹脂及其復合材料領域的研究基礎，通過設計合成系列具有多輪環結構的苯并噁嗪單、雙官樹脂單體，研究處于多輪環結構中的噁嗪環其開環固化機理。通過對具有多輪環結構的苯并噁嗪單體精準合成，實現了苯并噁嗪熱固性樹脂本征低溫固化的特性。本工作豐富了苯并噁嗪樹脂結構，幫助同行研究者進一步深入理解苯并噁嗪樹脂結構中稠環結構對固化溫度的影響。文章以《Oxazine Ring-Containing Polycyclic Monomers: A Class of Benzoxazine Thermosetting Resins with Intrinsically Low Curing Temperature》為題，在線發表在《Macromolecules》。文章第一作者是江蘇大學材料科學與工程學院博士生楊蕊，碩士生陳倩與盛維琛副教授參與了此項工作。該研究得到了國家自然科學基金與江蘇省青藍工程的經費支持。
圖1. 由Mannich縮合一鍋法（a）、三步法（b）以及N,O-縮醛合成法（c）制備苯并噁嗪樹脂線路圖。
圖2. 具有多輪環結構的苯并噁嗪樹脂單體核磁氫譜圖。
圖3. 具有多輪環結構苯并噁嗪樹脂單體與商業化BA-a樹脂固化溫度對比圖。
相比于傳統商業化樹脂材料，苯并噁嗪樹脂的發展起步較晚，目前還存在固化溫度高、固化后材料過脆、難回收利用等不足。該工作是團隊近期關于低溫固化型苯并噁嗪樹脂相關研究的最新進展之一，通過新型合成路線與多輪環結構設計創新有望解決商業化苯并噁嗪樹脂固化溫度過高的難題。此外，團隊近年來從分子設計角度出發，深入探索熱固性樹脂單體的分子結構與固化機理及樹脂材料性能的關聯，創新高性能苯并噁嗪樹脂體系（Macromolecules, 2018, 51, 6524-6533; Macromolecules, 2018, 51, 7574-7585; Macromolecules, 2019, 52, 7386-7395; Macromolecules, 2022, 55, 6973-6981; Macromolecules, 2023, 56, 1311-1323; Macromolecules, 2023, 56, 6667-6678），發展可再生綠色生物基熱固性樹脂性能優化方法（Green Chemistry, 2020, 22, 1209-1219; Macromolecules, 2022, 55, 3106-3115; Chemical Engineering Journal, 2022, 448, 137670; Chemical Engineering Journal, 2023, 457, 141232），設計制備多種新型樹脂基功能化材料（Carbon, 2024, 221, 118892; Journal of Materials Chemistry A, 2024, 12, 9113-9123; ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 2024, 12, 1728-1739）。團隊堅持將基礎研究與應用推廣緊密結合，旨在開發并商業化可廣泛應用于電子封裝、航空航天等領域的樹脂基體材料。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.4c00829
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