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聚磷腈是磷、氮原子以单、双键交替连接构成基本骨架的高分子材料,每个磷原子上连接有两个侧基R1、R2,其结构式为-[N=P(R1R2)]n。通过选择合适的R基可以赋予材料良好的光、热稳定性、耐高、低温性能、生物相容性、可生物降解、抗氧化性、耐辐射、耐水、耐油、耐溶剂以及防火阻燃等独特的物理化学性能,因此该材料得到了高分子领域研究者们广泛的关注。
本文合成了几种新型聚磷腈衍生物材料,主要研究内容如下:
1.综述了聚磷腈高分子材料的发展历史、结构与性能的关系、合成方法及其作为导电高分子材料、生物医用材料、防火阻燃材料、高分子膜分离材料、光学材料和弹性材料等应用进展。在此基础上,提出了本文的选题意义与研究内容。
2.通过六氯环三磷腈的热开环聚合合成了线性聚二氯磷腈,对聚合机理进行了探讨,讨论了聚合温度、聚合时间、单体纯度及空气湿度对热开环聚合的影响,摸索出最佳的合成方案为:聚合反应温度为240℃~250℃,聚合反应时间为5h,合成过程中除了控制聚合时间、聚合温度外,还必须提高单体原料的纯度,避免单体与水分子发生接触生成水解杂质从而引发线性聚二氯磷腈的交联。运用傅立叶变换红外光谱(FT-IR),热失重分析(TGA)对聚二氯磷腈进行了结构表征和性能分析。TGA测试结果表明,线性聚二氯磷腈呈现明显的二段降解性。
3.以线性聚二氯磷腈为基础,通过正丁氧基的亲核取代合成了聚二正丁氧基磷腈。运用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、热失重分析(TGA)对聚二正丁氧基磷腈进行了结构表征和性能分析。FE-SEM结果表明材料形貌呈现无定形态,而且其表面比较光滑无明显的缺陷。TGA测试结果表明,聚二正丁氧基磷腈的热稳定性明显优于线性聚二氯磷腈,正丁氧基侧链的引入有效地提高了聚合物的残留率,将材料在800℃时残留率从9.33%提高到45.47%。通过水洗引发未完全取代的线性聚二正丁氧基磷腈侧链上剩余的氯原子发生交联反应,得到微交联的聚二正丁氧基磷腈。通过对比发现,微交联聚合物的热稳定性明显优于线性聚合物,P-O-P交联网络结构的形成将聚合物在400℃时的失重率