Chế tạo và nghiên cứu tính chất keo dán kim loại trên cơ sở polibismaleimit tinh thể lỏng 19

́ ĐAỊ HOCC̣ QUÔC GIA HÀNÔỊ TRƢỜNG ĐAỊ HOCC̣ KHOA HOCC̣ TƢC̣NHIÊN - PHẠM HỒNG ĐỨC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT KEO DÁN KIM LOẠI TRÊN CƠ SỞ POLIBISMALEIMIT TINH THỂ LỎNG LUÂṆ VĂN THACC̣ SĨKHOA HOCC̣ Hà nội – năm 2015 ́ ĐAỊ HOCC̣ QUÔC GIA HÀNÔỊ TRƢỜNG ĐAỊ HOCC̣ KHOA HOCC̣ TƢC̣NHIÊN PHẠM HỒNG ĐỨC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT KEO DÁN KIM LOẠI TRÊN CƠ SỞ POLIBISMALEIMIT TINH THỂ LỎNG Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và Hóa lí Mã số: 60440119 LUÂṆ VĂN THACC̣ SĨKHOA HOCC̣ Giáo viên hƣớng dẫn: TS Phaṃ Quang Trung TS Nguyêñ Minh NgocC̣ Hà nội – năm 2015 LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn đến Tiến sĩ Phạm Quang Trung Tiến sĩ Nguyễn Minh Ngọc tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo Khoa Hóa nói chung Bộ mơn Hóa lý nói riêng, tham gia giảng dạy tạo điều kiện giúp đỡ, truyền đạt kiến thức cho em suốt trình học tập nghiên cứu Khoa Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè người thân bên cạnh chia sẻ, động viên tạo điều kiện tốt cho học tập, nghiên cứu hồn thành khóa luận Luận văn nhận trợ giúp kinh phí từ Đại Học Quốc Gia Hà Nội khuôn khổ đề tài mã số QG.14.17 Em xin chân thành cám ơn Hà Nội, Ngày 28 tháng năm 2015 Học viên Phạm Hồng Đức MỤC LỤC DANH MUCC̣ HÌNH VE DANH MUCC̣ BẢNG DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1.1 BISMALEIMIT 1.1.1 Giới thiệu chung bismaleimit 1.1.2 Cấu trúc BMI 1.1.3 Tổng hợp Bismaleimit 1.1.4 Tính chất Bismaleimit 13 1.1.4.1 Tính chất hóa học 13 1.1.4.2 Tính chất vật lí 16 1.1.5 Ứng dụng 20 1.2 KEO DÁN BMI 23 1.2.1 BMI – Diallybisphenol A 24 1.2.2 BMI – Đa vòng maleimit (BMIE, BMIS,… ) 26 1.2.3 BMI – Epoxy 27 1.2.3.4 Một số loại BMI thương mại khác 27 CHƢƠNG 2: PHƢƠNG PHÁP THƢCC̣ NGHIÊM 29 2.1 HÓA CHẤT 29 2.2 TỔNG HỢP B8 30 2.2.1 Tổng hợp axit p – malemido benzoic (AMB) 30 2.2.2 Tổng hợp diamin bis(4 – aminobenzoyloxy) octan (D8) 30 2.2.3 Tổng hợp p – malemidobenzoyl clorua 31 2.2.4 Tổng hợp B8 31 2.3 CHẾ TẠO KEO DÁN 34 2.3.1 Chế tạo hỗn hợp B8 – DDM 34 2.3.1.1 Chế tạo theo phương pháp hoà tan dung môi 34 2.3.1.2 Chế tạo theo phương pháp trợn nóng 34 2.3.1.3 Nghiên cứu phản ứng B8 và DDM 34 2.3.2 CHẾ TẠO HỖN HỢP B8 – DDM – EPOXY 34 2.4 THIẾT BỊ VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 2.4.1 Phương pháp cộng hưởng từ hạt nhân NMR 36 2.4.2 Phương pháp phổ hồng ngoại IR 36 2.4.3 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai DSC,ATG 37 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39 3.1 TỔNG HỢP BMI8 39 3.1.1 Tổng hơpC̣ axit p – maleimido benzoic (AMB) 39 3.1.1.1 Kết phản ứng 39 3.2.1.2: Phân tích kết 39 3.1.2 Tổng hợp diamin 1,8 – bis(4 – aminobenzoyloxy) octan (D8) 45 3.1.2.1 Kết phản ứng 45 3.1.2.2 Phân tích kết 46 3.1.3 Tổng hơpC̣ p – malemidobenzoyl clorua 51 3.1.3.1 Kết phản ứng 51 3.1.3.2 Khảo sát cấu trúc phương pháp phổ 51 3.1.4 Tổng hơpC̣ B8 53 3.1.4.1 Kết phản ứng 53 3.1.4.2 Khảo sát cấu trúc phương pháp phổ 53 3.2 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT NHIỆT VÀ ĐẶC TRƢNG TINH THỂ LỎNG CỦA B8 61 3.3 CHẾ TẠO KEO DÁN 62 3.3.1 Chếtạo hỗn hợp B8 – DDM 62 3.3.1.1 Phương pháp dung môi 63 3.3.1.2 Phương pháp trợn nóng B8 – DDM 63 3.3.2 Chế tạo hỗn hợp B8 – DDM – EPOXY 68 DANH MUCC̣ HÌNH VE Hình 1.1: Cơng thức chung bismaleimit Hình 1.2: Phản ứng tạo BMI từ AM và DDM Hình 1.3: BMI tổng hợp từ polyaromantic diamin Hình 1.4: BMI dựa đồng phân diphenylindan diamin Hình 1.5: BMI có chứa flo Hình 1.6: Cấu trúc 3,3’ – bis(maleimidephenyl) methylphosphine oxit Hình 1.7: Bis(3 – maleimidophenoxy) – phenyl/phenyl/phosphinooxit … … ……….7 Hình 1.8: Cấu trúc hóa học BMI chứa nhóm oxyalkylen Hình 1.9: Cấu trúc 2,6 – bis(3 – maleimidophenoxy) pyridin Hình 1.10: Cấu trúc tổng quát ete keton BMI Hình 1.11: Phản ứng tổng quát điều chế BMI Hình 1.12: Cơ chế tạo thành bismaleimit 10 Hình 1.13: Sự đóng vòng poly(amic axit) 12 Hình 1.14: Cơ chế tái xếp isoimit thành imit 12 Hình 1.15: Phản ứng tổng hợp BMI 13 Hình 1.16: Cơ chế polyme hóa 4,4’ – bis(maleimidodiphenyl) metan a/ Khơi mào, b/ Phát triển mạch, c/ kết thúc mạch 14 Hình 1.17: Phản ứng cợng Michael 14 Hình 1.18: Phản ứng cợng Diels-Alder 15 Hình 1.19: Mợt số Dienes và dienophiles 16 Hình 1.20: Vùng nhiệt đợ sử dụng nhựa compozit 21 Hình 1.21: Cấu trúc 4,4’ – bismaleimidodiphenylankan 22 Hình 1.22: Cơng thức cấu tạo một số monome dùng để chế tạo keo dán BMI 24 Hình 1.23: Cơng thức cấu tạo 2,2 – diallyllbisphenol A 24 Hình 1.24: Hai thành phần Kerimid 8292-N75 25 Hình 1.25: Sơ đồ tổng hơp Epoxy – malemit monomer 28 Hình 2.1: Phản ứng tạo axit p – maleimidobenzoic 30 Hình 2.2: Phản ứng điều chế diamin D8 31 Hình 2.3: Phản ứng điều chế p – maleimidobenzoyl clorua 31 Hình 2.4: Phản ứng điều chếB8 32 Hình 3.1: Cơ chế phản ứng điều chế axit p – maleimidobenzoic 39 Hình 3.2: Phổ IR axit p – maleimidobenzoic 40 Hình 3.3: Phổ H – NMR axit p – maleimidobenzoic 42 Hình 3.4: Phổ H – NMR isoimit 43 Hình 3.5: Phổ 13 C – NMR axit p – malemidobenzoic 44 Hình 3.6: Cơ chế phản ứng điều chế diamin D8 46 Hình 3.7: Phổ IR Diamin 1,8 – bis(4 – aminobenzoyloxy) octan(D8) 46 Hình 3.8: Phổ H – NMR sản phẩm D8 48 Hình 3.9: Phổ 13 C – NMR Diamin D8 50 Hình 3.10: Cơ chế phản ứng tổng hợp p – maleimidobenzoyl clorua 51 Hình 3.11: Phổ H – NMR p – maleimidobenzoyl clorua 52 Hình 3.12: Cơ chế phản ứng tổng hợp B8 53 Hình 3.13: PhổIR B8 54 Hình 3.14: Phổ H – NMR B8 57 13 Hình 3.15: Phổ C – NMR B8 59 13 Hình 3.16: Phổ C – NMR B8 61 Hình 3.17: Giản đồ phân tích nhiệt ATD – TGA B8 Nitơ 61 Hình 3.18: Ảnh chụp ánh sáng phân cực B8 sau gia nhiệt 250°C 1h 62 Hình 3.29: Phổ IR B8 – DDM chế tạo THF 64 Hình 3.20: Phản ứng B8 với DDM 65 Hình 3.21: Phổ IR B8 – DDM 66 Hình 3.22: Giản đồ DSC hỗn hợp B8 – DDM 67 Hình 3.23: B8 – DDM sau kết mạng quan sát kính hiển vi ánh sáng phân cực 68 Hình 3.24: Phổ IR BMI8 – DDM – EPOXY 180 C 69 Hình 3.25: Phản ứng epoxy với DDM 70 Hình 3.26: Giản đồ DSC hỗn hợp B8 – DDM – EPOXY 71 Hình 3.27: Phổ IR BMI8 – DDM – EPOXY 250 C 72 Hình 3.28: Phản ứng B8 với DDM 72 Hình 3.29: Phổ IR B8 – DDM – EPOXY 300 C 74 Hình 3.30: Giản đồ ATG hỗn hợp B8 – DDM – EPOXY 75 DANH MUCC̣ BẢNG Bảng 1.1: So sánh Tnc BMI chứa nhóm oxyalkylen nhóm alkylen thay đổi Bảng 1.2: So sánh nhiệt đợ nóng chảy đồng phân ether ketone BMI Bảng 1.3: Tính chất mợt số bismaleimit 16 Bảng 1.4: Các tính chất nhựa bismaleimit 19 Bảng 1.5: Năng lượng bẻ gãy một số bismaleimit thương mại 20 Bảng 1.6: Mợt số tính chất compozit nhựa BMI với sợi carbon 21 Bảng 1.7: Một số monome dùng để chế tạo keo dán BMI 23 Bảng 1.8: Mợt số tính chất Kerimid 8292N – 75 HUNTSMAN 25 Bảng 1.9: Công thức một số loại Homide 26 Bảng 1.10: Một số loại BMI thương mại 28 Bảng 3.1: Kết phổ IR p – maleimido benzoic 40 Bảng 3.2: Kết phổ H –NMR axit p – maleimido benzoic 42 13 Bảng 3.3: Kết phổ C – NMR axit p – maleimido benzoic 45 Bảng 3.4: kết phân tích phổ IR D8 47 Bảng 3.5: Kết phổ H – NMR D8 48 Bảng 3.6: Kết phổ 13 C – NMR Diamin D8 50 Bảng 3.7: Kết phân tích phổ H – NMR p – maleimidobenzoyl clorua 52 Bảng 3.8: Kết phân tích phổ IR B8 54 Bảng 3.9: Kết phân tích phổ Phổ H – NMR B8 57 Bảng 3.10: Kết phổ 13 C – NMR B8 59 AA AM BMI BMI.BT CA Cp DDM DMF DSC 10 GPC 11 IR 12 ODA 13 Tg 14 Tmelt 15 Tcure 16 Troom 17 TGA 18 XRD 81 30 Rosenberg.B.A, Dzhavadyan E A, Morgan R, Shin E(2001), The polyaddtion, chain and polycodensation mechanisms of formation of networks based on bismaleimides Macromol Symp, Vol 171, pp 87 – 96 31 Sava M (2009), Synthesis and thermal behavior of same brominated bismaleimides and polyaspartimides J Appl Polym Sci, 112, pp 1399 – 1406 32 Sava M(2006), Bismaleimide monomers with amide units Synthesis and properties J Appl Polym Sci, Vol 101, pp 567 – 572 33 Sava.M, Gaina.C, Gaina.V, Chiriac C,Stoleriu.A(1997), Synthesis, characterization and stability of bismaleimides contening este groups in the backbone J M S Pure Appl Chem, A43, pp 1505 – 1514 34 Sava.M, Save I, Cozan.V, Tanasa.F (2007), Preparation and polymerization of bismaleimde compounds J Appl Polym Sci, Vol 106, pp 2185 – 2191 35 Shau.M, Tsai.P, Teng.W, Hsu.W(2006), Novel bismaleimdes contaning cylic phosphine axide and an epoxy unit: synthesis, characterization, thermal and flame properties Eur Polym J, Vol 42, pp 1899 – 1907 36 Tang.H, Song.N, Chen.X, Fan.X, Zhou.Q (2008), Synthesis and properties of silicon – contening bismaleimide resins J Appl Polym Sci, Vol 109, pp 190 – 199 37 Tang.H, Song.N, Gao Z, Chen.X, Fan X, Xiang.Q, Zhou Q (2007), Preparation and properties of high perfomance bismaleimide resins based on 1, 3, – oxadiazole – contening monomers Eur Polym J, 43, pp 1313 – 1321 38 Tang.H, Song.N, Gao.Z, Chen.X, Fan.X, Xiang.Q, Zhou.Q (2012), Synthesis and properties of 1, 3, – oxadiazole – contening high – performance bismaleimide resins Polymer, 48, pp 129 – 138 30 Varma.I.K, Fohlen.G.M, Parker.J.A (1982), Synthesis thermal characteristics of bismaleimides J Polym Sci: Polym Chem Ed, 20: pp 283 – 297 82 40 Zainol.I, Day.R, Heatley.F(2003)¸ Comparison between the thermal and microwave curing of bismaleimides resin Polym Sci, Vol 90, pp 2764 – 2774 41 Zhang.X, Jin.Y, Diao H, Du F, Li Z, Li F(2003), synthesis of bismaleimide bearing electron – donating chromophores anh their fluorescence behavior during copolymerization Macromolecules, Vol.36, pp 3115 – 3127 83 PHỤ LỤC Sơ đồkhối quátrinhh̀ tổng hơpC̣ p – maleimido benzoic aminobenzoic Anhydrit maleic DMF Khuấy 1h Anhydri axetic Natri axetat Hỗn hơpC̣ Đun 2h Nước Lọc Rửa nước cất LăpC̣ laị Sấy chân không 600C, 24h p-malemido benzoic Sơ đồkhối quátrinhh̀ tổng hơpC̣ diamin bis(4-aminobenzoyloxy) octan p – amino Benzoic DMF Hỗn hơpC̣ K2CO3 Khuấy hòa tan ởnhiêṭ đô C̣thường Hỗn hơpC̣ Crow 18 Br2(CH2)8 Khuấy ở800C 5h Hỗn hơpC̣ đưa vềnhiêṭ C̣ phịng Đổ vào nước đá, tạo kết tủa, lọc thu chât rắn Rửa chất rắn NaOH 8% Khuấy 1h ̉́ Sơ đồkhối quátrinhh̀ tổng hơpC̣ p – aminbenzoyl clorua p – malemido benzoic Toluen Oxalyl chloride Hỗn hơpC̣ Khuấy ở600C Hỗn hơpC̣ Cất chân khơng loaịoxalyl chloride Nhiêṭđơ pC̣ hịng Lọc Rửa n - hexan Sấy khô chân không Sản phẩm Sơ đồkhối quátrinhh̀ tổng hơpC̣ B8 Di amin D8 DMF Hỗn hơpC̣ Khuấy hịa tan ởnhiêṭđơ C̣ Trimetyl amin Khuấy ở00C 2h Hỗn hơpC̣ đưa vềnhiêṭđơ C̣ phịng Lọc, rửa kết tủa nước Rửa chất rắn axit loang ̃ Lọc, rửa nươc vai lần ̉́ ̀ Sơ đồkhới quátrinhh̀ hịa tan B8 DDM dung mơi THF B8 Sấy Hịa tan DDM 600C,12h THF Lọc phương pháp Sấy chân không B8 – DDM Sấy Hịa tan Sơ đồkhới quátrinhh̀ hịa tan B8 DDM theo phƣơng pháp trôṇ nóng B8 DDM Nghiền, sấy(600C, 2h) Nghiền, sấy(600C, 2h) Cân Cân Trôṇ ởnhiêṭđô C̣800C 1200C Làm nguội B8 - DDM 30 phút Sơ đồ khới quá trình trộn hỗn hợp B8 – DDM với EPOXY EPOXY B8.DDM Sấy loại nước Nghiền, sấy(600C, 2h) Cân Cân Trôṇ ởnhiêṭđô C̣800C 1200C 30 phút Làm nguội B8 – DDM – EPOXY Phổ IR hỗn hợp B8 – DDM điều kiện thƣờng Phổ IR hỗn hợp B8 – DDM nung 180 C thời gian 30 phút 10 Phổ IR hỗn hợp B8 – DDM nung 180 C thời gian 60 phút 11 Phổ IR hỗn hợp B8 – DDM – EPOXY nung 250 C 12 Phổ IR hỗn hợp B8 – DDM – EPOXY nung 300 C ... PHẠM HỜNG ĐỨC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT KEO DÁN KIM LOẠI TRÊN CƠ SỞ POLIBISMALEIMIT TINH THỂ LỎNG Chuyên ngành: Hóa lí thuyết và Hóa lí Mã số: 60440 119 LUÂṆ VĂN THACC̣... [5] BMI tinh thể lỏng là xu hướng nghiên cứu BMI tinh thể lỏng có cấu trúc xếp trật tự mang lại tính chất lý đặc biệt mà BMI vơ định hình khó mà có Trong đó, bismaleimit tinh thể lỏng có chứa... phương pháp phổ 53 3.2 KHẢO SÁT TÍNH CHẤT NHIỆT VÀ ĐẶC TRƢNG TINH THỂ LỎNG CỦA B8 61 3.3 CHẾ TẠO KEO DÁN 62 3.3.1 Ch? ?tạo hỗn hợp B8 – DDM 62