氰酸酯低温固化体系的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2024.09.020

中国塑料 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (9): 123-128.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2024.09.020

• 综述 • 上一篇

氰酸酯低温固化体系的研究进展

李锐超(), 朱光明(), 张雪蓓, 郭欣怡

西北工业大学化学与化工学院，西安 710129

收稿日期:2023-10-24 出版日期:2024-09-26 发布日期:2024-09-27
通讯作者: 朱光明（1963—），男，教授，主要研究形状记忆高分子及复合材料的制备与应用，gmzhu@nwpu.edu.cn
E-mail:ruichaoli@mail.nwpu.edu.cn;gmzhu@nwpu.edu.cn
作者简介:李锐超（1999—），男，硕士，主要研究氰酸酯低温固化及树脂性能研究，ruichaoli@mail.nwpu.edu.cn

Research progress in low⁃temperature curing systems of cyanate esters

LI Ruichao(), ZHU Guangming(), ZHANG Xuebei, GUO Xinyi

School of Chemistry and Chemical Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710129，China

Received:2023-10-24 Online:2024-09-26 Published:2024-09-27
Contact: ZHU Guangming E-mail:ruichaoli@mail.nwpu.edu.cn;gmzhu@nwpu.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

主要从氰酸酯固化催化剂的角度出发，系统总结了活泼氢催化剂、过渡金属配合物、紫外光激活催化剂、有机锡催化剂、离子液体以及常用微纳米材料对氰酸酯的催化活性以及催化机理，并对氰酸酯低温固化催化体系的研究趋势进行了展望。

关键词: 氰酸酯, 催化体系, 低温固化

Abstract:

This paper reviewed the latest research advancements in the catalytic activity and mechanisms of several cyanate ester⁃curing systems catalyzed by active hydrogen catalysts， transition metal complexes， ultraviolet light activated catalysts， organic tin catalysts， and ionic liquids. The prospect for the future trend in the low⁃temperature curing catalytic systems of cyanate esters were also proposed.

Key words: cyanate ester, curing system, low?temperature curing

中图分类号:

TQ323.4

李锐超, 朱光明, 张雪蓓, 郭欣怡. 氰酸酯低温固化体系的研究进展[J]. 中国塑料, 2024, 38(9): 123-128.

LI Ruichao, ZHU Guangming, ZHANG Xuebei, GUO Xinyi. Research progress in low⁃temperature curing systems of cyanate esters[J]. China Plastics, 2024, 38(9): 123-128.

图/表 5

图1 氰酸酯自催化机理

Fig.1 Cyanate autocatalytic mechanism

图2 o⁃DMAP对氰酸酯的催化固化机理

Fig.2 Catalytic curing mechanism of cyanate by o⁃DMAP

图3 过渡金属配合物对氰酸酯的催化固化机理

Fig.3 Catalytic curing mechanism of transition metal complexes for cyanates

图4 双氰胺基离子液体对氰酸酯的固化机理

Fig.4 Curing mechanism of cyanate by dicyanamide⁃based ionic liquids

图5 ［OMIm］［BF4］离子液体对氰酸酯的催化机理

Fig.5 Catalytic mechanism of ［OMIm］［BF4］ ionic liquids on cyanates

参考文献 45

1	Snow A W， Bauer M， Bauer J，et al. Chemistry and technology of cyanate ester resins［M］. Springer Science & Business Media， 2012：29⁃125.
2	Li X， Huang W， Sui Y， et al. Curing behaviors and thermomechanical properties of novolac cyanate⁃polyhedral oligomeric silsesquioxane copolymers［J］. Composites Communications， 2021， 28： 100932.
3	Bauer M， Bauer J， Kühn G. Kinetics and modelling of thermal polycyclotrimerization of aromatic dicyanates［J］. Acta Polymerica， 1986， 37（11/12）： 715⁃719.
4	Galukhin A， Vyazovkin S. Cyanate ester polymerization： overview of mechanistic and kinetic aspects［J］. Macromolecular Chemistry and Physics， 2023， 224（3）： 2200384.
5	Simon S L， Gillham J K. Cure kinetics of a thermosetting liquid dicyanate ester monomer/high‐Tg polycyanurate material［J］. Journal of Applied Polymer Science， 1993， 47（3）： 461⁃485.
6	Galukhin A， Nosov R， Taimova G， et al. Mechanistic and kinetic insights into phenol⁃catalyzed cyclotrimerization of cyanate esters［J］. Thermochimica Acta， 2022， 718： 179382.
7	Koh H C Y， Dai J， Tan E， et al. Catalytic effect of 2， 2′‐diallyl bisphenol A on thermal curing of cyanate esters［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2006， 101（3）： 1 775⁃1 786.
8	Koh H C Y， Dai J， Tan E. Curing behavior and thermal mechanical properties of cyanate ester blends［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2006， 102（5）： 4 284⁃4 290.
9	Pei S， Han Y， Guo Y， et al. Thermal and water absorption properties of cyanate ester resins modified by fluoride‐containing and silicone‐containing components［J］. Polymers for Advanced Technologies， 2020， 31（6）： 1 245⁃1 255.
10	Izu K， Tokoro Y， Oyama T. Curing acceleration of cyanate ester resin by a phenolic compound having a tertiary amino group at the ortho⁃position［J］. Polymer Journal， 2020， 52（11）： 1 245⁃1 252.
11	Bauer J， Bauer M. Curing of cyanates with primary amines［J］. Macromolecular Chemistry and Physics， 2001， 202（11）： 2 213⁃2 220.
12	欧秋仁，唐中华，嵇培军，等. 一种低温固化剂体系、氰酸酯树脂体系及制备方法：中国，201811516830.4［P］. 2019⁃05⁃07.
13	Bauer J， Bauer M. Cyanate ester based resin systems for snap⁃cure applications［J］. Microsystem Technologies， 2002， 8（1）： 58⁃62.
14	Ueyama J， Ogawa R， Tsuge A， et al. Investigation of the hardener with latent and rapid curing based on phenol‐amine salts for applications to cyanate ester resins［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2021， 138（43）： 51286.
15	Hong S G， Yeh C S. Catalytic effects of copper oxides on the curing and degradation reactions of cyanate ester resin［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2007， 104（1）： 442⁃448.
16	戴善凯，顾嫒娟，梁国正，等.氰酸酯树脂的固化催化研究新进展［J］.材料导报，2009，23（09）：57⁃64.
	DAI S K， GU A J， Liang G Z， et al. New research progress on catalytic curing of cyanate ester resin［J］. Materials Reports，2009，23（09）：57⁃64.
17	Mathew D， Nair C P R， Krishnan K， et al. Catalysis of the cure reaction of Bisphenol A dicyanate. A DSC study［J］. Journal of Polymer Science Part A： Polymer Chemistry， 1999， 37（8）： 1 103⁃1 114.
18	Simon S L， Gillham J K. Cure kinetics of a thermosetting liquid dicyanate ester monomer/high‐Tg polycyanurate material［J］. Journal of Applied Polymer Science， 1993， 47（3）： 461⁃485.
19	Hou D， Ma H， Li X， et al. Preparation and properties of 4， 4′‐（hexafluoroisopropylidene） diphenol cured 2， 2‐bis （4‐cyanatophenyl） propane［J］. Journal of Applied Polymer Science， 2017， 134（8）.
20	He J， Hou D， Ma H， et al. Preparation of phosphorus⁃containing cyanate resin with low curing temperature while excellent flame resistance and dielectric properties［J］. Journal of Macromolecular Science， Part A， 2019， 56（7）： 629⁃639.
21	Wang D， Hou D， Chen Z， et al. Effects of trace phenolic hydroxyl groups on the cure behaviours and properties of cyanate esters［J］. High Performance Polymers， 2020， 32（7）： 775⁃783.
22	Liu H， George G A. Mechanism and kinetics of polymerization of a dicyanate ester resin photocatalysed by an organometallic compound［J］. Polymer， 1996， 37（16）： 3 675⁃3 682.
23	Liu H， George G A. Determination of thermal cure kinetics of thin films of photocatalysed dicyanate ester by FTIR emission spectroscopy［J］. Polymer International， 2000， 49（11）： 1 505⁃1 512.
24	Liu H， George G A， Halley P J. Studies on the gelation of photocatalysed dicyanate ester resins［J］. Polymer， 1997， 38（12）： 2 997⁃3 002.
25	Mathew D， Nair C P R， Krishnan K， et al. Catalysis of the cure reaction of Bisphenol A dicyanate. A DSC study［J］. Journal of Polymer Science Part A： Polymer Chemistry， 1999， 37（8）： 1 103⁃1 114.
26	Li W， Liang G， Xin W. Triazine reaction of cyanate ester resin systems catalyzed by organic tin compound： Kinetics and mechanism［J］. Polymer International， 2004， 53（7）： 869⁃876.
27	Guenthner A J， Wright M E， Chafin A P， et al. Mechanisms of decreased moisture uptake in ortho⁃methylated di （cyanate ester） networks［J］. Macromolecules， 2014， 47（22）： 7 691⁃7 700.
28	Vashchuk A， Fainleib A M， Starostenko O， et al. Application of ionic liquids in thermosetting polymers： Epoxy and cyanate ester resins［J］. Express Polymer Letters， 2018， 12（10）： 898⁃917.
29	Throckmorton J， Palmese G. Acceleration of cyanate ester trimerization by dicyanamide RTILs［J］. Polymer， 2016， 91： 7⁃13.
30	Fainleib A， Grigoryeva O， Starostenko O， et al. Acceleration effect of ionic liquids on polycyclotrimerization of dicyanate esters［J］. Express Polymer Letters， 2016， 10（9）： 722.
31	Vashchuk A， de Anda A R， Starostenko O， et al. Structure- Property relationships in nanocomposites based on cyanate ester resins and 1⁃heptyl pyridinium tetrafluoroborate ionic liquid［J］. Polymer， 2018， 148： 14⁃26.
32	Fainleib A， Grigoryeva O， Vashchuk A， et al. Effect of ionic liquids on kinetic parameters of dicyanate ester polycyclotrimerization and on thermal and viscoelastic properties of resulting cyanate ester resins［J］. Express Polymer Letters， 2019， 13（5）： 469⁃483.
33	Lin Y， Stone C A， Shaw S J， et al. Effect of carbon nanotubes on the curing dynamics and network formation of cyanate ester resin［J］. Journal of Polymer Research， 2013， 20（3）： 1⁃12.
34	Shen Y， Gu A， Liang G， et al. High performance CaCu₃Ti₄O₁₂/cyanate ester composites with excellent dielectric properties and thermal resistance［J］. Composites Part A： Applied Science and Manufacturing， 2010， 41（11）： 1 668⁃1 676.
35	Wang X， Jin J， Song M. Cyanate ester resin/graphene nanocomposite： curing dynamics and network formation［J］. European Polymer Journal， 2012， 48（6）： 1 034⁃1 041.
36	Gu X， Zhang Z， Yuan L， et al. Developing high performance cyanate ester resin with significantly reduced postcuring temperature while improved toughness， rigidity， thermal and dielectric properties based on manganese⁃Schiff base hybridized graphene oxide［J］. Chemical Engineering Journal， 2016， 298： 214⁃224.
37	Cai T， Yuan L， Liang G， et al. Surface⁃covalent functionalized graphene oxide sheets with hyperbranched polysiloxane and Mn ion for cyanate ester resin： towards lower curing temperature and higher performance［J］. Materials Chemistry and Physics， 2019， 234： 67⁃74.
38	Lian Z， Huimin L， Zhiyu L. Mechanism and dynamic thermomechanical analysis of ZIF-61/bisphenol⁃A cyanate ester （BCE） composites［J］. Materials Letters， 2016， 175： 48⁃51.
39	Li X， Hu X， Liu X， et al. A novel approach to obtain low⁃dielectric materials： changing curing mechanism of bismaleimide–triazine resin with ZIF-8［J］. Journal of Materials Science， 2021， 56（28）： 15 767⁃15 781.
40	Zhang Z， Liang G， Wang X， et al. Curing behavior and dielectric properties of amino⁃functionalized polyhedral oligomeric silsesquioxane/cyanate ester resin hybrids［J］. High Performance Polymers， 2013， 25（4）： 427⁃435.
41	Lin Y， Jin J， Song M， et al. Curing dynamics and network formation of cyanate ester resin/polyhedral oligomeric silsesquioxane nanocomposites［J］. Polymer， 2011， 52（8）： 1 716⁃1 724.
42	Zhang S， Yan Y， Li X， et al. A novel ultra low⁃k nanocomposites of benzoxazinyl modified polyhedral oligomeric silsesquioxane and cyanate ester［J］. European Polymer Journal， 2018， 103： 124⁃132.
43	Li X， Liu X， Liu H， et al. The low⁃k epoxy/cyanate nanocomposite modified with epoxy⁃based POSS： The effect of microstructure on dielectric properties［J］. Reactive and Functional Polymers， 2023， 184： 105522.
44	Bijlard A C， Hansen A， Lieberwirth I， et al. A Nanocapsule‐Based Approach Toward Physical Thermolatent Catalysis［J］. Advanced Materials， 2016， 28（30）： 6 372⁃6 377.
45	Chen F， Yuan L， Gu A， et al. Low‐temperature cure high‐performance cyanate ester resins/microencapsulated catalyst systems［J］. Polymer Engineering & Science， 2013， 53（9）： 1 871⁃1 877.

[1]	张静, 王洪, 邹威, 杜中杰, 张晨. 改性纤维素纳米晶对聚酰胺6结晶行为的影响[J]. 中国塑料, 2020, 34(6): 1-6.
[2]	王闻, 王希媛, 翁云宣, 张敏. 二苯基甲烷二异氰酸酯扩链改性聚碳酸亚丙酯[J]. 中国塑料, 2017, 31(02): 94-98 .
[3]	常翩翩, 田春蓉, 梁书恩, 陈可平, 王建华. 双酚A型氰酸酯泡沫塑料的制备与性能[J]. 中国塑料, 2016, 30(04): 55-60 .
[4]	仇卓威, 倪忠斌, 陈明清, 刘士荣. 含异氰酸基表面改性剂制备及其在PVC/木粉材料中的应用[J]. 中国塑料, 2015, 29(10): 83-87 .
[5]	徐志娟, 林雪春, 罗超云, 肖望东. 封闭多官能异氰酸酯交联发泡剂的研制及PA6发泡成型初探[J]. 中国塑料, 2015, 29(08): 98-102.
[6]	郑优雅, 甄卫军. 基于异氰酸酯衍生物的聚乳酸熔融扩链工艺、动力学及结构表征[J]. 中国塑料, 2015, 29(07): 33-39 .
[7]	杨春光杜长明徐鹤. 基于环境友好型发泡剂的硬质聚氨酯泡沫塑料的性能研究[J]. 中国塑料, 2014, 28(02): 45-49.
[8]	李婷婷颜红侠王倩倩冯书耀. 氰酸酯/聚苯醚/超支化聚硅氧烷接枝纳米SiO₂复合材料的性能[J]. 中国塑料, 2014, 28(01): 22-27 .
[9]	李新功郑霞吴义强凌启飞. 界面改性对竹纤维增强聚乳酸复合材料性能的影响[J]. 中国塑料, 2013, 27(06): 47-51 .
[10]	张君红张丽叶. PAPI改性大豆蛋白复合材料的制备与性能研究[J]. 中国塑料, 2013, 27(03): 42-46 .
[11]	殷正虎邓新华杨卫宁孙元宋赫. 封闭剂用于非异氰酸酯预聚体扩链制备聚氨酯弹性体材料的研究[J]. 中国塑料, 2012, 26(11): 28-31 .
[12]	付会娟余成科罗建勋毛立新张立群. 扩链剂与交联剂对NDI型聚氨酯弹性体性能的影响[J]. 中国塑料, 2012, 26(10): 31-35 .
[13]	郭俊溢王胜鹏包永忠. 热塑性聚氨酯合成过程中平均相对分子质量的变化[J]. 中国塑料, 2012, 26(09): 17-21 .
[14]	姜秀娟石锐余成科陈大福张立群. 医用HMDI基聚碳酸酯型聚氨酯弹性体的合成与表征[J]. 中国塑料, 2012, 26(09): 22-27 .
[15]	安群力. 氮化硼粒子增强氰酸酯树脂基复合材料的研究[J]. 中国塑料, 2012, 26(09): 42-46 .

氰酸酯低温固化体系的研究进展

Research progress in low⁃temperature curing systems of cyanate esters

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 45

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价