Resveratrol-based tri-functional benzoxazines: Synthesis, characterization, polymerization, and thermal and flame retardant properties

热重分析 差示扫描量热法 热稳定性 材料科学 聚合 高分子化学 苯胺 阻燃剂 有机化学 化学 聚合物 复合材料 热力学 物理
作者
Kan Zhang,Mengchao Han,Lu Han,Hatsuo Ishida
出处
期刊:European Polymer Journal [Elsevier BV]
卷期号:116: 526-533 被引量:98
标识
DOI:10.1016/j.eurpolymj.2019.04.036
摘要

• A series of novel resveratrol-based benzoxazine resins have been successfully synthesized. • Only single isomer has been formed for each tri-functional benzoxazine monomer. • These resveratrol-based polybenzoxazines possess excellent thermal properties. • The polybenzoxazine derived from benzoxazine containing acetylene shows lowest flammability. A series of thermally stable resveratrol-based tri-functional benzoxazine resins have been synthesized using resveratrol, different amines (aniline, 4-chloroaniline and 3-aminophenylacetylene) and paraformaldehyde. The molecular structures of these benzoxazines have been characterized by 1 H and 13 C NMR spectroscopy and FT-IR spectroscopy. The assignments for the characteristic protons and carbons in oxazine rings are confirmed using two-dimensional (2D) NMR techniques, including 1 H– 1 H NOESY and 1 H– 13 C HMQC. Moreover, the ring-opening polymerization of benzoxazines is studied using in situ FT-IR and differential scanning calorimetry (DSC), and the thermal stability and the flammability of the polybenzoxazines are also investigated by thermogravimetric analysis (TGA) and micro-scale combustion calorimetry (MCC), respectively. In addition to the advantages of lowest melting and polymerization temperatures amongst these resveratrol-based, tri-functional benzoxazines, the corresponding polybenzoxazine derived from benzoxazine containing acetylene shows highest thermal stability with a Tg temperature higher than 350 °C, initial degradation temperature at 10% weight loss at 465 °C, and char yield of 74% at 800 °C in nitrogen atmosphere. Furthermore, this polybenzoxazine also exhibits exceptionally low heat release capacity (30.7 J g −1 K −1 ) and total heat release value (6.0 kJ/g).

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