生物基苯并噁嗪-邻苯二甲腈共聚物的无溶剂合成、固化行为及热解机理研究

针对传统苯并噁嗪依赖不可再生资源、溶剂合成及耐热性不足的问题，研究人员通过丁香酚、3-氨基苯氧基邻苯二甲腈和多聚甲醛熔融缩聚，开发出高性能生物基苯并噁嗪-邻苯二甲腈共聚物（BZPN）。该材料兼具优异力学性能（抗压强度>220 MPa）、高热稳定性（Tg>375°C，Td5>390°C）和高残炭率（Cy 72%@800°C），并通过TG-DTG/FTIR/MS技术首次阐明其三阶段热解机制，为绿色合成高温树脂提供新策略。

　　

在追求可持续发展的时代背景下，传统石油基高分子材料面临资源枯竭和环境压力的双重挑战。苯并噁嗪树脂虽具有优异的机械强度、耐化学腐蚀性和高热稳定性（T_g），但其原料不可再生且合成过程需使用有毒溶剂。更关键的是，现有生物基苯并噁嗪的耐热性普遍低于石油基产品，这严重限制了其在航空航天、电子封装等高温领域的应用。与此同时，含邻苯二甲腈单元的聚合物虽以卓越耐高温性能著称，但其合成仍依赖化石原料和复杂工艺。如何通过绿色方法制备兼具生物基来源与超高热稳定性的新型树脂，成为材料科学领域的重大挑战。

针对这一难题，国内某研究机构的研究人员创新性地将生物基丁香酚与含邻苯二甲腈的3-APN（3-aminophenoxyphthalonitrile）结合，通过无溶剂熔融缩聚法成功制备出生物基BZPN树脂。这项突破性研究不仅实现了高性能树脂的绿色合成，更通过多尺度表征技术系统揭示了材料的热解机制，相关成果发表在《Polymer Degradation and Stability》上。

研究团队主要采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振（¹H/¹³C NMR）验证分子结构，通过差示扫描量热法（DSC）分析固化行为，并创新性地联用热重-红外-质谱（TG-DTG/FTIR/MS）技术解析热解过程。

表征与固化行为

通过FTIR在2230 cm^-1处检测到C≡N特征峰，证实邻苯二甲腈单元成功引入。核磁共振显示7.23 ppm处噁嗪环质子特征峰，证实单体结构。固化过程包含两个关键反应：噁嗪环开环聚合形成聚苯并噁嗪网络，同时邻苯二甲腈单元环化生成异吲哚啉、三嗪和酞菁等杂环芳烃结构。

热性能与机理

材料展现卓越综合性能：抗压强度>220 MPa，T_g>375°C，T_d5>390°C，800°C残炭率达72%。TG-MS分析首次揭示三阶段热解机制：第一阶段（T_dm1=395°C）聚苯并噁嗪网络中C-N/C-O/C-C键断裂，释放NH₃、H₂O等小分子；第二阶段（T_dm2=485°C）杂环芳烃网络降解；第三阶段（T_dm3=615°C）高芳香结构石墨化。

这项研究开创性地实现了生物基高性能树脂的无溶剂绿色合成，其揭示的热解机制为材料设计提供了理论依据。相比传统石油基BZPN，该材料在保持超高热稳定性的同时，原料成本降低30%且合成过程零溶剂排放。尤为重要的是，研究建立的TG-FTIR-MS联用分析方法为复杂树脂体系的热解研究提供了新范式，对推动高温聚合物在新能源、航天等领域的应用具有重要指导价值。