Tạp chí khoa học và công nghệ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai hóa Polysilazane-Polyoxideethylene

Nghiên cứu này tổng hợp vật liệu lai hóa giữa một polymer vô cơ Polysilazane và một polymer hữu cơ Polyoxydeethylene bằng phản ứng ghép hydrosilylation. Các điều kiện phản ứng được khảo sát là nhiệt độ, lượng xúc tác, môi trường phản ứng và sự có mặt của dung môi.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tạp chí khoa học và công nghệ: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu lai hóa Polysilazane-Polyoxideethylene TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU LAI HÓA POLYSILAZANE – POLYOXIDEETHYLENE AN INVESTIGATION INTO THE SYSTHESIS OF HYBRID MATERIAL OF POLYSILAZANE – POLYOXYDEETHYLENE Nguyễn Thị Diệu Hằng, Nguyễn Đình Lâm François-Xavier Perrin Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng Institut des Sciences de l’Ingénieur de Toulon et du Var, France TÓM TẮT Vật liệu lai hóa càng ngày càng được nhiều nhà khoa học quan tâm nhờ tính đa ứng dụng của chúng. Nghiên cứu của chúng tôi là tổng hợp vật liệu lai hóa giữa một polymer vô cơ Polysilazane và một polymer hữu cơ Polyoxydeethylene bằng phản ứng ghép hydrosilylation. Các điều kiện phản ứng được khảo sát là nhiệt độ, lượng xúc tác, môi trường phản ứng và sự có mặt của dung môi. Bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân 1H-NMR, chúng tôi đã tìm ra điều kiện tối ưu cho quá trình ghép Polyoxydeethylene lên Polysilazane. Tiền chất AllylPolyoxydeethylene cũng đã được tổng hợp thành công và được kiểm tra độ tinh khiết bằng 1 H-NMR và 13C-NMR. ABSTRACT Hybrid materials make increasing interests from scientists thanks to their multi- applications. In this study, a hybrid material is synthesized from the grafting of an inorganic polymer as Polysilazane and an organic polymer as Polyoxydeethylene by hydrosilylation reaction. The parameters that could influence this synthesis were investigated as temperatures, catalyst amount, reactive atmosphere and the presence of the solvent. With the method of the nuclear magnetic resonance 1H-NMR, optimal conditions for grafting are achieved. The purity of synthesized precursor of Allylpolyoxydeethylene is also examined by 1H-NMR and 13C-NMR. 1. Mở đầu Polysilazane được biết đến như là một polymer vô cơ organosilicat, được đặc trưng bởi liên kết –Si–N–Si– trong các mắt xích của mạch polymer. Tùy thuộc vào nhánh alkyl gắn với Si sẽ tồn tại các loại polysilazane khác nhau như polymethylhydrosilazane, polymethylvinylsilazane, polydimethylsilazane, perhydropolysilazane,… Các polymer này đầu tiên được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất vật liệu ceramic không chứa oxy. Khi nung ở nhiệt độ trên 1400oC, polysilazane chuyển hóa thành các tinh thể silicon carbide (SiC) và silicon nitride (Si3N4) tạo nên vật liệu chịu lửa có tính bền cơ lý rất cao [1]. Ngược lại, việc nghiên cứu sử dụng polysilazane bằng các quá trình xử lý ở nhiệt độ thấp mới được phát triển trong một vài năm gần đây và chỉ mới được công bố trong một vài phát minh [2-4]. Polysilazane khi kết mạng trên vật liệu kim loại với sự có mặt của ẩm sẽ tạo thành một lớp thủy tinh mỏng với rất nhiều ưu điểm như là khả năng chống ăn mòn, chống mài mòn cao, bề mặt nhẵn bóng, dễ làm sạch, chống oxy hóa tốt, bền nhiệt, bền lửa… 119 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39).2010 Polyoxyethylene (POE) đã được ứng dụng nhiều trong dược phẩm, mỹ phẩm. Trong lĩnh vực vi sinh, POE được biết đến nhờ khả năng đẩy protein cũng như khả năng chống bám dính vi sinh vật tốt bởi tính chất ưa nước (hydrophile) và tính dẫn ion của nó [5-9]. Với mong muốn kết hợp những đặc điểm nổi trội của hai polymer này, chúng tôi nghiên cứu tổng hợp ghép POE vào PSZ tạo một vật liệu mới copolymer PSZ-POE có khả năng bảo vệ kim loại cao trong các môi trường khắc nghiệt. Hiệu suất phản ứng ghép được theo dõi bằng phương pháp phổ cộng hưởng từ hạt nhân proton 1H-NMR và 13 C-NMR trên máy Bruker 400MHz với dung môi chloroform deuteurium CDCl3. 2. Thực nghiệm Polysilazane (PSZ) được sử dụng trong nghiên cứu này là loại polymethylhydrosilazane có công thức như sau: Si (OC2H5)3 CH3 H CH3 (CH2)3 * Si N Si N * H x CH3 y Polyoxyethylene được sử dụng là monomethoxy poly (ethylene oxide) glycol (M-POE) có phân tử lượng trung bình 350. Gốc methoxy CH3O- là một gốc bền, mạch POE sau khi được ghép sẽ tạo một nhánh dài trên bề mặt kết mạng của polysilazane. Công thức của M-POE như sau: O H H3 C n O Phản ứng ghép nhánh hydrocacbon vào nguyên tử Si được gọi là phản ứng hydrosilylation xảy với sự có mặt của xúc tác kim loại chuyển tiếp, thông dụng nhất là xúc tác platin [14]. Thực chất đây là phản ứng cộng của một nhóm hydrogenosilane (Si- H) với một hợp chất hữu cơ không no. Vì vậy để M-POE có thể được ghép vào mạch PSZ, chúng tôi đã tổng hợp tiền chất Allylpolyoxydeethylene bằng việc gắn nhánh allyl CH2=CH-CH2- lên mạch POE. Giai đoạn này được thực hiện bằng phản ứng Williamson với xúc tác NaOH bằng phản ứng giữa Monomethoxy poly (ethylene oxide) glycol và Allyl bromua [10-11]. 2.1. Nguyên liệu ban đầu Polysilazane được cung cấp bởi tập đoàn Clariant (Đức) và xúc tác phức Platinum-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane (pha loãng trong xylene, Pt ~ 2 %m) của hãng Sigma-Aldrich (Pháp) được sử dụng trực tiếp không cần xử lý. Monomethoxy poly (ethylene oxide) glycol của hãng Sigma-Aldrich (Pháp) được sấy chân không ở 50oC khoảng 15h ngay trước khi sử dụng. Allyl bromua (AllylBr) của hãng Acros (Pháp) được chưng cất lôi cuốn dưới dòng nitơ ở 70oC trong bóng tối để loại bỏ các tạp chất có phân tử lượng lớn trong nguyên liệu. 120 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 4(39 ...