Study on Synthesis,Properties and Applications of Polyphosphazenes Containing Aldehyde,Ester,Azo and

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本论文合成了侧基含醛、酯、偶氮和二茂铁基团的系列聚磷腈,并对其进行了表征。并对于得到的聚磷腈的自组装行为和水解性能进行了研究。  (1)从六氯环三磷腈(HCCP)出发,以三氯化铝作为催化剂,合成了含氯聚磷腈(PDCP)。结果发现,HCCP的聚合反应可以通过调节催化剂三氯化铝的加入量或调节反应时间来进行控制。分别用对甲醛苯氧基/二乙胺、甲醛苯氧基、二乙胺三种不同的组合取代PDCP中的氯原子,相应合成了poly[bis(p-oxybenzaldehyde diethylamino)phos-phazenes](PPOBADEAP),poly[bis(p-oxybenzaldehyde)phosphazenes](PPOBAP)和poly[bis(diethyl amino)phosphazenes](PDEAP)。此外,分子间的相互作用,如氢键和范德华力等,也参与了PPOBADEAP的自组装行为。  (2)分别采用间苯二酚单苯甲酸酯或间苯二酚单苯甲酸酯/二乙胺两种组合方式取代PDCP中氯原子,合成了poly[bis(resorcinol monobenzoate)phosphazenes](PRMBP)和poly[bis(resorcinol monobenzoate diethylamino)phosphazenes](PRMBDEAP)两种聚磷腈。使用光学显微镜和扫描电镜技术,对于PRMBP和PRMBDEAP在不同溶剂中的自组装行为进行了研究。研究结果发现PRMBDEAP会在不同的溶剂中发生自组装形成不同的形态。其SEM图像显示,PRMBDEAP在四氢呋喃(THF)溶剂中发生了自组装行为,形成了星状的分叉形态,具有末端开口的管状结构;而以二甲基甲酰胺(DMF)为溶剂时,PRMBDEAP通过自组装形成了竹节状的结构;当以二甲基亚砜(DMSO)为溶剂时,PRMBDEAP通过自组装形成了树状结构;在乙醇和氯仿中,PRMBDEAP通过自组装形成了花状的结构;而在甲醇中,PRMBDEAP通过自组装形成的是长棒状的形态。采用图解模型解释了PRMBDEAP的自组装行为。  (3)分别采用水杨酸乙酯、水杨酸苄酯、水杨酸乙酯/二乙胺、水杨酸苄酯/二乙胺的不同组合,取代PDCP中的氯原子,合成了poly[bis(ethyl salicylate)phosphazene](PESP),poly[bis(benzyl salicylate)phosphazene](PBSP),poly[bis(ethyl salicylate di-ethylamino)phosphazene](PESDEAP)和poly[bis(benzyl salicylate diethylamino)phosphazene](PBSDEAP)四种不同的聚磷腈。研究了PESP和PESDEAP在恒温条件下,在中性介质中五个星期内的水解行为。研究结果发现,PESDEAP的水解过程进行的比PESP要更为迅速。这种差异主要是由于二者的侧基不同而引起的。  (4)分别采用methyl p-oxybenzoate、p-oxybenzoate和二乙胺、butyl p-oxybenzoate、butyl p-oxybenzoate和二乙胺的组合方案作为侧基取代PDCP中的氯原子,合成了poly[bis(methyl p-oxybenzoate)phosphazene](PMOBP), poly[bis(methyl p-oxybenzoatediethylamino)phosphazene](PMOBDEAP),poly[bis(butyl p-oxybenzoate)phosphazene](PBOBP)和poly[bis(butyl p-oxybenzoate diethylamineo)phosphazene](PBOBDEAP)。并给出了PMOBDEAP和PBOBDEAP可能的的合成机理。使用光学显微镜和扫描电镜(SEM)技术,对于PMOBP、PMOBDEAP、PBOBP和PBOBDEAP在不同溶剂中,如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)和乙醇中的自组装行为进行了研究。研究发现,PMOBP、PMOBDEAP、PBOBP和PBOBDEAP可以在不同的溶剂中发生自组装形成不同的形态。PMOBP在DMF中通过自组装行为形成典型的树突状结构;PBOBP在DMF中形成类似树状的形态;PMOBDEAP在DMF中通过自组装行为,形成像无规纤维状形态;而PBOBDEAP在DMF中通过自组装形成的是树状的形态。当以DMSO作为溶剂时,PMOBP通过自组装行为形成了星状的形态,而PBOBP通过自组装形成的则是草状形态。并建立了可能的模型。  (5)分别用对-氧基偶氮安息香酸/二乙胺、对-氧基硝基偶氮苯、对-氨基硝基偶氮苯/二乙胺、对-氧基偶氮苯、对-氨基偶氮苯/二乙胺或丙基-3-(4(4-硝基偶氮苯)苯氧基)作为侧基取代PDCP中的氯制备Poly[bis(p-oxy azobenzoic acid diethylamino)phosphazene](PPOABADEAP), poly[bis(p-oxy azo nitrobenzene)phosphazene](PPOANBP) poly[bis(p- amino nitroazo benzene diethylamino)phosphazene](PPANABDEAP), poly[bis(p-oxyazobenzene)phosphazene](PPOABP),poly[bis(p-amino azobenzene diethylamino)phosphazene](PPAABDEAP)和poly[bis(oxy propyl p-nitro azobenzene)phosphazenes](POPNABP)六种聚磷腈。并且观察了PPOABADEAP、PPOANBP、PPANABDEAP、PPOABP、PPAABDEAP和POPNABP在DMF和DMSO中的自组装行为。其中,PPOABADEAP在DMF中自组装成花状;PPOANBP在DMF中的自组装行为显示出类似树状的形貌;PPANABDEAP在DMF中显示出的形貌类似于在面状结构上分散着的小粒子;而PPOABP在DMF中显示出了树状的自组装结构;PPAABDEAP在DMF中自组装出了方形形貌;而PPOABADEAP和POPNABP则分别在DMSO中显示出棒状结构和树枝状的结构。POPNABP在紫外光下会显示出圆孔状的自组装,PPOANBP也可以在紫外光下显示出自组装行为,这些都是因为偶氮苯在DMF/THF溶液中时存在着顺反异构引起的。  (6)分别用2-乙氧基丙烯酸酯、2-乙氧基丙烯酸酯/二乙胺取代PDCP中的氯原子合成了Poly[bis(2-oxyethyl acrylate)phosphazenes](POEAP)和poly[bis(2-oxyethyl acrylatediethylamino)phosphazenes](POEADEAP)。分别用TGA和DSC检测了POEAP和POEADEAP的热稳定性,结果发现POEAP和POEADEAP的热失重显示出一个多级过程。在800℃下POEADEAP和POEAP的残余量分别为30%和50%。此外,提出了POEAP和POEADEAP的可能的热分解机制。  (7)分别用二茂铁基和二乙胺基作为侧基,利用高分子侧链取代反应合成了聚poly[bis(ferrocenyl ethoxy amino)phosphazene](PFEAP);poly[bis(ferrocenyl ethoxydiethyl amino)phosphazenes](PFEODEAP)和poly[bis(ferrocenyl hydrazine amino benzoicacid diethylamino)phosphazene](PFHABADEAP)。另外,分析了PFEAP、PFEODEAP和PFHABADEAP在DMF和DMSO溶液中的电化学性质。进一步研究了电位扫描速率和电解质浓度等因素对电化学性能的影响。电化学数据表明,在DMF溶液中,自PFEAP到PFHABADEAP的△Ep1/2逐渐增加。在DMSO溶液中,自PFEAP到PFHABADEAP的△Ep1/2逐渐增加。研究表明,PFEAP的△Ep随着扫描速率从0.1V/S到0.4V/S的增加而增大,但当扫描速率达到0.5V/S时,其△Ep显著下降。PFHABADEAP的△Ep值随着扫描速率从从0.1V/S到0.3V/S的增加而增大,然后随着扫描速率进一步增大而下降。PFHABADEAP的△Ep值随着扫描速度增加而减小,在0.5V/S处该值达到最低。实验结果显示,PFEAP、PFEODEAP和PFHABADEAP的电化学行为都主要是受扩散控制的。另外,还通过TGA和DSC研究了产物PFEAP、PFEODEAP和PFHABADEAP的热稳定性。从TGA结果来看,我们发现PFEAP、PFEODEAP和PFHABADEAP的热分解均呈现出多级的过程。
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