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苯并嗯嗪,学名为3-取代基-3,4-二氢-2H-1,3-苯并嗯嗪(3-substituted-3,4-dihydro-2H-1,3-benzoxazine),是一类新型热固性树脂的中间体。一般由酚类化合物,伯胺类化合物和甲醛经脱水缩合反应制得,在加热或催化剂的作用下,苯并噁嗪化合物发生开环聚合反应,生成含氮元素且类似酚醛树脂的网状交联结构。因而,这类新型热固性树脂也被称为开环聚合型酚醛树脂。
本文使用冰浴法、直接溶液法和无溶剂法三种不同的合成方法制备了二元酚型双环苯并嗯嗪,二元胺型双环苯并嗯嗪和二苯醚型双环苯并嗯嗪则只采用直接溶液法制备。并使用红外光谱(FTIR)和核磁共振谱图(NMR)对其结构进行了表征,在波数939 cm-1-944 cm-1之间出现了噁嗪环的红外光谱特征峰；核磁谱图上在化学位移δ=4.20-5.40间的一强一弱峰为噁嗪环上两种亚甲基氢的质子特征峰。这些基团特征峰的出现证明所得产物为苯并噁嗪。通过工艺对比发现,冰浴法合成工艺繁琐、弊端较多；而直接溶液法和无溶剂法各有优势,是较好的制备方法。直接溶液制备法,其反应温和,易于控制,单体产率较高,最佳反应条件为：以甲苯作溶剂,在80℃反应4.5h;无溶剂法反应步骤少,反应时间短,单体产率很高,但反应过程剧烈不易控制。因此在综合考虑基础上,本文首选采用直接溶液法。
通过差示扫描量热法(DSC),分析了二元胺型双环苯并噁嗪和二苯醚型双环苯并噁嗪在升温速率5℃/min-20℃/min之间的固化行为,得出其固化特征温度,并进一步分析了固化度、固化速率与温度的关系。通过Kissinger方程和差减微分法对二元胺型苯并噁嗪树脂、二苯醚型苯并噁嗪树脂固化体系的固化行为分别进行了研究,求得两个固化体系在不同升温速率下的固化反应活化能和反应级数。最后使用热重分析法(TG)研究了三种苯并噁嗪固化物的耐热性能,结果表明：二元胺型苯并噁嗪固化物的耐热性能最好,起始热分解温度达到365℃,750℃的残碳率约43％。二苯醚型苯并噁嗪的耐热性次之,二元酚型苯并噁嗪的耐热性最差。