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  聚苯并噁嗪樹脂是一種新型且前景廣闊的高性能熱固性樹脂，具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性、近乎零的固化收縮率、卓越的機械性能和出色的耐化學性。這種高性能樹脂在航空航天、民用基礎設施、電子和涂料等各行各業(yè)都有廣泛的應用。苯并噁嗪的固化機理包括開環(huán)反應和隨后的聚合反應。然而，開環(huán)反應所需的高溫極大地阻礙了它們的加工性和生產(chǎn)效率。因此，降低苯并噁嗪的固化溫度已成為一個重要的研究領(lǐng)域，其目的是提高苯并噁嗪的實際應用。

  近日，中北大學王智教授課題組針對降低苯并噁嗪的固化溫度這一領(lǐng)域，深入研究了燃燒合成法在苯并噁嗪體系中的應用，在《Polymer》期刊發(fā)表名為：“High Performance Combustion Synthesis-Based Low-temperature Curing of Benzoxazine”的文章。該文章基于燃燒合成原理，使用In(NO₃) ₃和Ga(NO₃)₃作為氧化劑，乙酰丙酮（AcAcH）作為燃料。通過形成過渡金屬硝酸鹽和乙酰丙酮的前體復合物，將自發(fā)和連續(xù)的氧化還原反應生成的熱量引入到苯并噁嗪的固化過程。該文章研究了不同過渡金屬硝酸鹽的燃燒合成對苯并噁嗪性質(zhì)的影響，并嘗試使用較少的過渡金屬硝酸鹽達到預期效果。研究結(jié)果表明，隨著前驅(qū)體含量的增加，苯并噁嗪的固化溫度逐漸降低。

  值得注意的是，與In-Ac前驅(qū)體相比，Ga-Ac前驅(qū)體表現(xiàn)出更漸進、更可控的熱釋放，促進了更均勻的聚苯并噁嗪交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成。這種結(jié)構(gòu)均勻性有助于全面提高材料的性能。此外，固化過程中無機顆粒的形成也對材料的微觀結(jié)構(gòu)特征產(chǎn)生了深遠影響。具體來說，In₂O₃顆粒分布在異質(zhì)結(jié)構(gòu)域中，而 Ga₂O₃顆粒則分布在更均勻的結(jié)構(gòu)域中。這種不同的分布在改善聚苯并噁嗪基體的機械性能和耐腐蝕性方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

圖1. DSC曲線：(a)不同比例的的I-A-p和(b)不同比例的G-A-p。

  5% PI-A-p的初始固化溫度為102 ℃，5% PG-A-p的初始固化溫度為97 ℃。這些溫度與In-Ac和Ga-Ac前驅(qū)體的氧化還原反應有關(guān)，氧化還原反應產(chǎn)生了大量熱量，從而加速了苯并噁嗪的開環(huán)聚合。

圖2. (a) Pp-Bf和1%，3%，5% PI-A-p的TGA曲線，(b) Pp-Bf和1%，3%，5% PG-A-p的TGA曲線，(c) Pp-Bf和1%，3%，5% PI-A-p的DTG曲線，(d) Pp-Bf和 1%，3%，5% PG-A-p的DTG曲線。

  使用熱重分析法（TGA）評估了 Pp-Bf 以及不同濃度的 In-Ac和Ga-Ac前驅(qū)體在 N₂氣氛下的熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，無論苯并噁嗪中摻入的是In-Ac還是Ga-Ac前驅(qū)體，這兩種前驅(qū)體都有助于提高苯并噁嗪5%和10%的失重溫度（T_5%和T_10%）。加入5% In-Ac前驅(qū)體可提高相應聚苯并噁嗪在800 °C時的殘?zhí)柯?/span>，而加入5% Ga-Ac前驅(qū)體僅會略微降低聚苯并噁嗪在800 °C時的殘?zhí)柯?/span>。與5% PI-A-p相比，5% PG-A-p的殘?zhí)柯氏鄬^低，這可能是因為酚類曼尼希橋結(jié)構(gòu)的形成明顯減少，N，O-縮醛醛曼尼希橋結(jié)構(gòu)的存在增加，以及氧化鎵的形態(tài)發(fā)生了變化。

圖3. (a) 3.5% NaCl 電解質(zhì)溶液中的Tafel曲線，(b) 3.5% NaCl電解質(zhì)溶液中 Pp-Bf、5% PI-A-p 和 5% PG-A-p 涂層的Nyquist圖，(c) Nyquist局部放大圖；(d) 涂層的等效電路圖，(e) 保護機制。

  為了進一步研究腐蝕電位機制，采用了電化學阻抗法（EIS）。如圖3(b)及其局部放大圖3(c)所示。與5% PI-A-p相比，5% PG-A-p涂層表現(xiàn)出更強的耐腐蝕性。這可能是因為在添加相同比例的前驅(qū)體后，5% PG-A-p中生成的氧化鎵相對較多。同時，5% PG-A-p最終能形成結(jié)構(gòu)域均勻的聚合物。由于這些原因，苯并噁嗪涂層內(nèi)部更加致密，從而有效減少了液固接觸面積，提高了涂層的耐腐蝕性，最終增強了對基底的保護。

  上述研究得到了山西省留學基金資助研究項目（項目編號：2022-135）、山西省選派留學回國人員科技活動基金項目（項目編號：20220011）、山西省科技成果轉(zhuǎn)化引導專項（項目編號：202204021301050）。 山西省研究生實踐創(chuàng)新項目（項目編號：2024SJ259）等項目資助。

  論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.polymer.2025.128596