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生物基苯并噁嗪马来酰亚胺共聚物的绿色合成与高性能特性

生物基苯并噁嗪马来酰亚胺共聚物的背景与挑战

随着电子信息技术的迅速发展,对高性能低介电热固性材料的需求日益增长。传统石油基材料不仅面临资源可持续性问题,其介电常数往往在3.0-3.5之间,难以满足高频电路等高端应用场景。苯并噁嗪树脂虽具有高耐热性、近乎零收缩率和低表面能等优势,但其刚性芳环结构导致材料脆性较大,且介电性能仍需提升。


创新合成方法与生物基原料

采用生物质原料丁香酚和癸二胺,通过无溶剂曼尼希反应制备苯并噁嗪单体E-dea。其中丁香酚(植物提取酚类化合物)与多聚甲醛、癸二胺(源自天然油脂的胺类)以2-2.2:4-4.8:1-1.1的摩尔比混合,在50-55℃初步反应后升温至100-110℃搅拌4-6小时。该方法无需传统有机溶剂,反应产物经乙醇重结晶得到高纯度白色晶体。

值得注意的是,丁香酚苯并噁嗪生产工厂采用的新型制备工艺可显著提升产物收率,同时降低能耗。与石油基路线相比,生物基原料使得最终产品的环境友好度提升30%以上。


共聚物特性与应用潜力

将上述生物基单体与双马来酰亚胺(BMI,一种耐热性优异的树脂单体)按0.86-1:1摩尔比共聚,通过多步固化工艺(160-240℃梯度加热)制得poly(E-dea/BMI)共聚物。该材料展现出一系列优异性能:

1. 热性能:玻璃化转变温度达167-169℃,5%失重温度超过320℃
2. 机械性能:弯曲强度115-123MPa,纳米硬度0.38-0.39GPa
3. 介电性能:1MHz下介电常数仅2.79-2.85

这些特性使其成为低介电材料生产厂家关注的重点产品,特别适用于5G通讯基板、高频电路封装等尖端领域。


材料优势的分子基础

性能优异的根本原因在于分子设计:生物基单体的长链癸烷结构提供了柔性和低极性,而BMI的刚性骨架保证了耐热性,噁嗪环与马来酰亚胺基团形成交联网络。这种独特的双组份协同效应解决了传统材料'耐热性-韧性-介电性能'难以兼得的矛盾。

高性能树脂研发工厂而言,该体系的重要价值在于突破了生物基材料耐热性不足的局限。实验证明,即使生物基含量高达50%,材料仍能保持330℃以上的热分解温度。


生产工艺与质量控制

关键质量控制点包括:预聚体黏度监控、梯度固化温度精确控制、后处理工艺优化等。工业化生产中需要特别注意:

1. 原料纯度:丁香酚需99%以上,多聚甲醛活性控制在95-97%
2. 反应终点判定:通过红外监测908cm-1特征峰消失
3. 固化过程:采用分段程序升温,避免内部应力累积


环保价值与市场前景

相比传统石油基同类产品,该材料碳足迹降低42%,VOCs排放减少75%。据测算,若在5G基站绝缘材料中应用,单台设备可减少约1.2kg石化资源消耗。目前该技术已引起多家特种树脂加工企业的关注,预计在未来三年内实现吨级产业化。


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