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基于聚磷腈弹性体的绝热耐高温材料的制备与应用研究

耿越  
【摘要】:聚磷腈化合物以其独特的结构而具有耐高温、耐低温、耐辐射、阻燃等优良特性,具有广阔的应用前景,可用于特种橡胶和弹性体、医用材料及光学材料等。而线性聚二氯磷腈(PDCP)是制备各种聚磷腈材料的重要中间体。对PDCP制备方法的研究,探究PDCP亲核取代反应制备聚磷腈衍生材料的机理,制备出分子量较高的,可耐受高温和低温的,且具有一定力学强度的聚磷腈弹性体材料,是目前聚磷腈材料领域的研究现状。针对以上研究现状,本文旨在:(1)制备PDCP用于聚磷腈衍生材料的合成;(2)通过PDCP取代反应制备聚磷腈衍生材料,对产物的结构和性能进行表征,探究不同侧基结构对产品性能的影响;(3)探究PDCP亲核取代反应机理,并依此研究反应条件的影响;(4)制备自交联型聚磷腈弹性体材料,研究交联程度对产物形态的影响。论文的具体研究内容和研究结果主要包括:分别以五氯化磷和氯化铵为原料一步法和以六氯环三磷腈(HCCP)为原料溶液开环法制备PDCP,其中HCCP溶液开环法制备的PDCP分子量更大,产率更高,且更为环保,选择该方法制备PDCP用于聚磷腈衍生材料的合成。利用PDCP与醇钠或酚钠的亲核取代反应制备取代聚磷腈弹性体材料,分子量可达十万以上,取代聚磷腈的Tg由取代基结构决定:体积小且柔顺性好的取代基会降低产物的Tg,体积大且刚性强的取代基会升高产物Tg;混合取代聚磷腈的热稳定性受到各种取代基之间相互作用强度的影响,侧基之间相互作用越强,热稳定性越高。首次设计采用化学定量法实时精确标定反应体系中亲核试剂的浓度,分析研究了PDCP侧基亲核取代反应制备聚磷腈衍生物的反应机理,主要得出如下结论:PDCP亲核取代反应为SN2型亲核取代反应;质子型溶剂不利于PDCP亲核取代反应,而非质子型溶剂有利于PDCP亲核取代反应:极性非质子型溶剂的极性越高,PDCP亲核取代反应速率越快。以正丁醇钠、2,2,2-三氟乙醇钠以及苯酚钠为主要亲核试剂,以乙二醇单钠为带有交联点的亲核试剂与PDCP反应,制备出自交联型混合取代聚磷腈,无需外加交联剂,通过热法干燥得到交联磷腈弹性体。对交联前后的热性能和力学性能进行了表征,得到的产物热性能良好,力学性能显著提高。通过改变可交联取代基的比例,研究了其对交联后产物形态的影响规律。


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