【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高分子材料合成与应用，特别是关于新型含硼氮配位的硼酸酯小分子的开发及其在动态高分子网络中的应用，涉及一种具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子与衍生树脂材料及其制备方法，尤其涉及一种具有硼氮配位可用于环氧树脂及酚醛树脂材料的水合硼酸酯小分子及其制备方法和应用，详细描述了如何将这种小分子成功应用于环氧树脂的固化处理及酚醛树脂的合成过程中，以提高这些材料的修复能力、重构性及环境适应性。
技术介绍
1、环氧树脂和酚醛树脂因其优异的机械性能、耐化学性及加工便利性在工业上有广泛的应用。然而，这些材料常见的缺点包括难以修复和回收，限制了其在某些领域的进一步应用。近年来，动态化学键的引入为改善这些材料的自修复能力和可回收性提供了新的解决方案。
2、硼氮配位键因其可逆性和调控性强的特点，特别适合用于构建动态高分子网络。通过硼氮配位键的动态断裂与重组，可以实现材料的自我修复和多次循环使用，显著增强材料的生命周期及其环境适应性。
3、现有技术中，硼氮配位键已被应用于一些高分子的设计中，但这些应用大多侧重于其在单一材料体系中的利用。因此，开发一种通用的硼氮配位小分子，并将其广泛应用于多种高分子材料中，对于提升材料性能及拓宽应用范围具有重要意义。尤其是在环氧树脂的固化及酚醛树脂的合成等领域，通过引入硼氮配位小分子，不仅可以提高材料的机械性能，还可以赋予材料优异的动态可逆性能，从而在自修复、可持续发展和绿色制造等方面展现出更大的潜力。通过这种方式，可以有效地解决现有高分子材料在耐久性、修复能力和环境友好性方面的局限，同时推
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术为了解决上述环氧树脂和酚醛树脂难以修复和回收的缺点，限制了其在某些领域进一步应用的问题，提供一种具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子与衍生树脂材料及其制备方法，该具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子通过硼氮配位键结合，并可用于环氧树脂及酚醛树脂材料类的衍生树脂材料中。
2、为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，该小分子化学结构通式为：
4、
5、合成路线为：
6、
7、其中，r1表示为取代基，选自氢(-h)、邻位羟基(m-oh)、对位羟基(p-oh)、邻位氨基(m-nh2)和对位氨基(p-nh2)类供电子给电子基团中的任意一种，r2表示为取代基，为以氨基(-nh2)、羟基(-oh)、烯基、炔基、羧基等基团封端的碳链或者不同长度碳链，n表示多个含有硼氮配位的硼酸酯基团。
8、进一步，通过溶液反应在室温下将硼酸及其衍生物与多官能团胺类化合物溶解并反应，形成硼氮配位小分子ncbw-x，其中ncbw-x具有八元环结构，其中硼氮配位使得八元环裂分为5元环，使得其刚性八元环能稳定存在。
9、该具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子中，
10、1)硼酸及其衍生物的化学结构通式如下：
11、
12、其中r1表示为取代基，选自氢(-h)、邻位羟基(m-oh)、对位羟基(p-oh)、邻位氨基(m-nh2)和对位氨基(p-nh2)类供电子给电子基团中的任意一种，其中n表示多个硼酸基团；其主要例子如下：
13、
14、2)多官能团胺类化合物的化学结构通式如下：
15、
16、其中r2表示为取代基，为以氨基(-nh2)、羟基(-oh)、烯基、炔基、羧基等基团封端的碳链或者不同长度碳链；其主要例子如下：
17、
18、3)所形成硼氮配位小分子ncbw-x，化学结构通式如下：
19、
20、其中r1和r2所表示基团与1)、2)一致，n表示多个含有硼氮配位的硼酸酯基团。其主要例子如下：
21、
22、进一步，当n≥2时刚性八元环遇水形成配位体系，提升硼酸酯的耐水解能力；材料中的刚性八元环在遇水时会形成稳定b-o配位体系，使其在水解条件下表现出更高的化学稳定性。
23、进一步，硼酸及其衍生物为具有芳香环(如苯环、联苯、噻吩、吡啶、吡唑、咔唑等)的所有硼酸，其中m，p代表-oh或者-nh2位于芳香环的邻位或者对位，溶液反应所用的溶剂为甲醇或乙醇中的一种，其中ncbw-x(x＝1，2，3...)。
24、该具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子衍生树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
25、s1、合成硼氮配位小分子：通过溶液反应在室温下将硼酸及其衍生物与多官能团胺类化合物溶解并反应，形成八元环结构的硼氮配位小分子ncbw-x(x＝1，2，3...)，其中硼氮配位使得八元环裂分为两个5元环，使得其刚性八元环能稳定存在；
26、s2、合成树脂材料：在氮气保护下，将硼氮配位小分子ncbw-x与树脂材料前体和有机溶剂按照1:0.5～2:1的质量比混合，混合物在真空或常压下加热至70-120℃，搅拌以促进ncbw-x与树脂材料前体反应；加入固化剂，固化剂与树脂材料前体的质量比为0.1～0.5:1，在80-160℃下继续搅拌至完全反应；最后，将反应混合物倒入模具中，在70℃-120℃烘箱中固化6-48小时，制得具有改良性能的衍生树脂材料。
27、进一步，树脂材料前体为环氧树脂或酚醛树脂中一种，有机溶剂为二甲基亚砜(dmso)、丙酮、甲醛或甲苯中一种，树脂材料前体为环氧树脂时固化剂选择胺类固化剂，胺类固化剂为间苯二胺、二甲基脂肪胺(dmea)、二乙醇胺(dea)中一种；树脂材料前体为酚醛树脂时固化剂选择酸酐类或者醛类固化剂，酸酐类固化剂为邻苯二甲酸酐(pa)、甲基四氢苯酐(mthpa)中一种，醛类固化剂为三聚氰胺醛树脂、脲醛树脂中一种。
28、进一步，使用具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子ncbw-x进行环氧树脂的固化，具体步骤包括：在氮气保护下，称取10.2mmol ncbw-x放入50ml离心管中，加入5.0ml二甲基亚砜(dmso)常压混合均匀后加入10.2mmol环氧树脂加热至80℃，搅拌以促进ncbw-x与环氧树脂之间反应充分；再加入固化剂间苯二胺，在100℃下继续搅拌至完全反应，最后将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，放入真空烘箱中，升温至120℃反应8h取出，得到含硼氮配位键的固化环氧树脂。
29、进一步，使用具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子ncbw-x进行硼改性酚醛树脂的固化，酚醛树脂选取甲阶酚醛树脂，具体步骤包括：称取10.2mmol甲阶酚醛树脂放入烧杯中，加入30ml甲醛溶剂和10.2mmol ncbw-x常压加热至100℃，搅拌以促进ncbw-x与甲阶酚醛树脂反应；再加入固化剂脲醛树脂在120℃下进行搅拌固化，最后将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，放入真空烘箱中，升温至120℃反应8h取出，得到含硼氮配位键的硼改性酚醛树脂。
30、采用上述衍生树脂材料的制备方法制备得到的固化环氧树脂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，其特征在于，所述小分子化学结构通式为：
2.如权利要求1所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，其特征在于，通过溶液反应在室温下将硼酸及其衍生物与多官能团胺类化合物溶解并反应，形成硼氮配位小分子NCBW-X，其中NCBW-X具有八元环结构，其中硼氮配位使得八元环裂分为5元环，使得其刚性八元环能稳定存在。
3.如权利要求2所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，其特征在于，当n≥2时刚性八元环遇水形成配位体系，提升硼酸酯的耐水解能力；材料中的刚性八元环在遇水时会形成稳定B-O配位体系，使其在水解条件下表现出更高的化学稳定性。
4.如权利要求3所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，硼酸及其衍生物为具有芳香环的所有硼酸，其中m，p代表-OH或者-NH2位于芳香环的邻位或者对位，溶液反应所用的溶剂为甲醇或乙醇中的一种，其中NCBW-X（X=1，2，3...）。
5.基于权利要求1~4任意一项所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子衍生的树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要
7.如权利要求6所述树脂材料的制备方法，其特征在于，使用具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子NCBW-X进行环氧树脂的固化，具体步骤包括：在氮气保护下，称取10.2 mmolNCBW-X放入50 mL离心管中，加入5.0 mL二甲基亚砜（DMSO）常压混合均匀后加入10.2mmol环氧树脂加热至80℃，搅拌以促进NCBW-X与环氧树脂之间反应充分；再加入固化剂间苯二胺，在100℃下继续搅拌至完全反应，最后将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，放入真空烘箱中，升温至120 ℃反应8 h取出，得到含硼氮配位键的固化环氧树脂。
8.如权利要求6所述树脂材料的制备方法，其特征在于，使用具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子NCBW-X进行硼改性酚醛树脂的固化，酚醛树脂选取甲阶酚醛树脂，具体步骤包括：称取10.2 mmol甲阶酚醛树脂放入烧杯中，加入30ml甲醛溶剂和10.2 mmol NCBW-X常压加热至100℃，搅拌以促进NCBW-X与甲阶酚醛树脂反应；再加入固化剂脲醛树脂在120℃下进行搅拌固化，最后将溶液倒入聚四氟乙烯模具中，放入真空烘箱中，升温至120 ℃反应8h取出，得到含硼氮配位键的硼改性酚醛树脂。
9.采用权利要求7所述树脂材料的制备方法制备得到的固化环氧树脂材料。
10.采用权利要求8所述树脂材料的制备方法制备得到的硼改性酚醛树脂材料。
...【技术特征摘要】
1.一种具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，其特征在于，所述小分子化学结构通式为：
2.如权利要求1所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，其特征在于，通过溶液反应在室温下将硼酸及其衍生物与多官能团胺类化合物溶解并反应，形成硼氮配位小分子ncbw-x，其中ncbw-x具有八元环结构，其中硼氮配位使得八元环裂分为5元环，使得其刚性八元环能稳定存在。
3.如权利要求2所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，其特征在于，当n≥2时刚性八元环遇水形成配位体系，提升硼酸酯的耐水解能力；材料中的刚性八元环在遇水时会形成稳定b-o配位体系，使其在水解条件下表现出更高的化学稳定性。
4.如权利要求3所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子，硼酸及其衍生物为具有芳香环的所有硼酸，其中m，p代表-oh或者-nh2位于芳香环的邻位或者对位，溶液反应所用的溶剂为甲醇或乙醇中的一种，其中ncbw-x（x=1，2，3...）。
5.基于权利要求1~4任意一项所述具有硼氮配位键的水合硼酸酯小分子衍生的树脂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.如权利要求5所述树脂材料的制备方法，其特征在于，树脂材料前体为环氧树脂或酚醛树脂中一种，有机溶剂为二甲基亚砜（dmso）、丙酮、甲醛或甲苯中一种，树脂材料前体为环氧树脂时固化剂选择胺类固化剂，胺类固化剂为间苯二胺、二甲基脂肪胺（dmea）、二乙醇胺（dea）中一种；树脂材料前体为酚醛树脂时固化剂选择酸酐类或者醛类固化剂，...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄进，甘霖，王星仪，何毅，韩栓，李秋菊，
申请(专利权)人：幻构新材料重庆有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。