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含金刚烷结构高性能树脂的合成与性能

第一章绪论

1.1引言

高性能树脂材料在现代工业和科技领域中发挥着举足轻重的作用，广泛应用于航空航天、电子信息、汽车制造等众多高端产业。随着这些产业对材料性能要求的不断提高，开发具有更高性能的树脂材料成为了材料科学领域的研究热点之一。金刚烷作为一种具有独特笼状结构的化合物，因其高度对称、刚性强以及稳定性高等特点，在改善树脂性能方面展现出巨大的潜力。将金刚烷结构引入树脂分子中，有望赋予树脂优异的力学性能、耐热性、耐化学腐蚀性以及较低的吸水率等，从而满足不同领域对高性能树脂材料的严苛需求。

1.2环氧树脂的合成

环氧树脂是一类重要的热固性树脂，具有优异的粘结性能、机械性能和化学稳定性。传统环氧树脂在某些性能方面存在一定的局限性，如耐热性和韧性有待进一步提高。通过在环氧树脂分子结构中引入金刚烷结构，可以有效地改善这些性能。以1,3-二（4-羟基苯基）金刚烷（BHPA）和环氧氯丙烷（ECH）为原料，采用二步法可合成低分子量的1,3-二（4-羟基苯基）金刚烷二缩水甘油醚（DGEBAD）。在第一步反应中，BHPA与过量的ECH在碱性催化剂作用下发生醚化反应，生成中间体；第二步，中间体在氢氧化钠水溶液中进行闭环反应，得到目标产物DGEBAD。采用FTIR、1H-NMR和凝胶渗透色谱（GPC）等分析手段对DGEBAD的结构和分子量进行表征，结果表明成功合成了目标结构的环氧树脂，且分子量分布较为均匀。通过滴定法测定其环氧值，为后续的固化反应提供重要参数。

1.3双邻苯二甲腈树脂

1.3.1双邻苯二甲腈树脂简介

双邻苯二甲腈树脂是近年来发展迅速的一类高性能热固性树脂。它具有突出的耐热性、耐化学腐蚀性、低介电常数和低吸水率等优点，在航空航天、电子封装等领域具有广阔的应用前景。双邻苯二甲腈树脂的分子结构中含有两个邻苯二甲腈基团，在热或催化剂作用下，邻苯二甲腈基团能够发生自聚反应，形成高度交联的三维网络结构，从而赋予树脂优异的性能。然而，传统双邻苯二甲腈树脂也存在一些缺点，如固化温度较高、固化时间较长以及树脂的脆性较大等，这些问题限制了其进一步的应用。

1.3.2双邻苯二甲腈树脂的研究进展

为了克服传统双邻苯二甲腈树脂的缺点，研究人员开展了大量的研究工作。其中，通过分子结构设计，在双邻苯二甲腈树脂分子中引入功能性基团或结构单元是一种有效的方法。例如，引入柔性链段可以改善树脂的韧性，引入刚性结构单元可以提高树脂的耐热性。金刚烷结构由于其独特的刚性和稳定性，成为了引入双邻苯二甲腈树脂分子中的理想选择。研究表明，含金刚烷结构的双邻苯二甲腈树脂在保持原有优异性能的基础上，其固化温度有所降低，固化时间缩短，同时树脂的韧性和耐热性也得到了显著提升。在制备工艺方面，也不断有新的方法和技术被开发出来，如采用溶液聚合、本体聚合等不同的聚合方法，以及添加合适的催化剂和助剂等，以优化树脂的性能和加工工艺。

1.4金刚烷的研究进展

金刚烷自被发现以来，因其独特的结构和性能引起了广泛的关注。金刚烷的笼状结构使其具有高度的对称性和刚性，分子间作用力较弱，这赋予了其一系列特殊的物理化学性质。在材料科学领域，金刚烷及其衍生物被广泛应用于改善聚合物的性能。在高分子材料中引入金刚烷结构，可以提高材料的玻璃化转变温度、热稳定性和机械性能。例如，在聚烯烃中引入金刚烷基团，可以增强聚烯烃的结晶性能和耐热性；在聚酯中引入金刚烷结构，可以提高聚酯的力学性能和耐化学腐蚀性。随着研究的不断深入，金刚烷在高性能树脂材料中的应用也越来越受到重视，为开发新型高性能树脂提供了新的思路和途径。

第二章含金刚烷结构环氧树脂的合成与性能研究

2.11,3-二（4-羟基苯基）金刚烷二缩水甘油醚（DGEBAD）的合成

在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的三口烧瓶中，加入一定量的1,3-二（4-羟基苯基）金刚烷（BHPA）和环氧氯丙烷（ECH），以四丁基溴化铵为相转移催化剂，氢氧化钠为碱催化剂，在一定温度下进行醚化反应。反应一段时间后，将反应体系冷却至室温，加入适量的氢氧化钠水溶液，升温进行闭环反应。反应结束后，通过减压蒸馏除去过量的环氧氯丙烷，然后用甲苯和水进行萃取，分离出有机相，再经无水硫酸钠干燥、过滤、减压蒸馏等后处理步骤，得到淡黄色透明液体1,3-二（4-羟基苯基）金刚烷二缩水甘油醚（DGEBAD）。通过优化反应条件，如原料配比、反应温度、反应时间和催化剂用量等，可提高DGEBAD的产率和纯度。研究发现，当BHPA与ECH的摩尔比为1:10，醚化反应温度为80℃，反应时间为6h，闭环反应温度为60℃，反应时间为4h，催化剂用量为BHPA质量的5%时，DGEBAD的