双马来酰亚胺(Bismaleimide,简称B
MI)是由聚酰亚胺树脂体系派生的另一类树脂体系,是以
马来酰亚胺(MI)为活性
端基的双
官能团化合物,有与
环氧树脂相近的流动性和
可模塑性,可用与环氧树脂类同的一般方法进行加工成型,克服了环氧树脂
耐热性相对较低的缺点。
水 溶 性:Insoluble (Ibsoluble in toluene, soluble in
DMF,
THF)
BMI由于含有
苯环、
酰亚胺杂环及
交联密度较高而使其固化物具有优良的
耐热性,其Tg一般大于250℃,使用温度范围为177℃~232℃左右。
脂肪族BMI中
乙二胺是最稳定的,随着
亚甲基数目的增多起始热分解温度(Td)将下降。芳香族BMI的Td一般都高于脂肪族BMI,其中2,4.二氨基苯类的Td高于其他种类。另外,Td与交联密度有着密切的关系,在一定范围内Td随着交联密度的增大而升高。
常用的BMI单体能溶于
有机试剂如
丙酮、
氯仿中,而且能溶于
二甲基甲酰胺(
DMF)、
N-甲基吡咯烷酮(NMP)等强极性、毒性大、价格高的溶剂中。这是由于BMI的
分子极性以及结构的
对称性所决定的。
BMI树脂的固化反应属于加成型
聚合反应,成型过程中无低分子副产物放出,且容易控制。固化物结构致密,缺陷少,因而BMI具有较高的强度和模量。但是由于固化物的交联密度高、分子链刚性强而使BMl呈现出极大的脆性,它表现在
抗冲击强度差、
断裂伸长率小、
断裂韧性G1c低(<5J/m2)。而韧性差正是阻碍BMI适应高技术要求、扩大新
应用领域的重大障碍,所以如何提高韧性就成为决定BMI应用及发展的技术关键之一。此外,BMI还具有优良的电性能、耐
化学性能及耐辐射等性能。
乙酸酐脱水法是二元胺与
马来酰亚胺(
MA)在溶剂中反应首先生成中间体
酰胺酸(BMIA);然后以乙酸酐为
脱水剂,
乙酸盐(
乙酸钠、
乙酸锌等)作为催化剂,酰胺酸经
脱水环化生成双马来酰亚胺(BMI)。按照所用溶剂不同可分为
DMF(N,N’一
二甲基甲酰胺)法和
丙酮法。
采用DMF法的优点是
中间产物BMIA可溶于DMF中,使反应体系始终处于均相,从而有利于反应顺利进行,并且反应产率相对较高;其缺点是溶剂毒性较大、
生产成本较高且
产品质量相对较差。
丙酮法的优点是
副反应少、溶剂价格低廉且毒性低,缺点是BMIA从溶剂中呈固体析出、反应
不均匀、
溶剂用量大且
回收率较低。
热脱水闭环法是20世纪90年代初开发出来的一种BMI合成法(主要以
甲苯、
二氯乙烷和
DMF为
混合溶剂,
对甲苯磺酸钠为
脱水剂,在较高温度下进行脱水环化得到BMI)。此法优点是反应体系始终处于均相、产率高、三废少且成本低,其缺点是脱水时间较长。
共沸蒸馏脱水法(即
甲苯法)是以甲苯为主溶剂,经脱水环化后形成BMI。甲苯与水虽互不相溶,但两者能形成
共沸物,在
反应过程中闭环生成的水可通过
蒸馏法去除。该法的优点是蒸出的溶剂经分离回收后可
重复利用,而且水不断蒸出的同时既加快了热
闭环反应的进度、减少了三废,又提高了
生产效率和降低了成本;其缺点是反应体系不均匀。