Polyetherimider

7.5 PBI-polyetherimid (PEI)-blandinger

PEI’er (polyetherimider, fig. 7.11) er grundlæggende kombinationspolymerer, der består af både polyimid- og polyetherenheder i rygsøjlen. Ultem-PEI’er med Tg-værdier i intervallet 200-280 °C fremstilles i kommerciel skala som tekniske termoplastmaterialer. Sammenlignet med de stivere polyimider kan PEI’er typisk smeltes og formes, formentlig på grund af etherbindingerne, men bevarer en god termisk stabilitet, høj styrke og et højt modul.

7.11. Polyetherimidstruktur

PBI-PEI-blandinger kan være nyttige under svære miljøforhold og har god slagfasthed, modstandsdygtighed over for opløsningsmidler og gode pris/ydelsesegenskaber. PBI’er er generelt dyrere, har høj genvinding af fugt, men høje Tg-værdier og god modstandsdygtighed over for opløsningsmidler. PEI’er har generelt lavere Tg-værdier, er ikke modstandsdygtige over for visse opløsningsmidler, men er let håndterbare og relativt billigere.

Musto og andre25 rapporterede FTIR-undersøgelser af blandingssystemet bestående af PBI og poly(etherimid) (PEI, Tg ~ 220 °C), polypropan-m-benzendiamin] eller kommercielt tilgængeligt Ultem® 1000, der viser tegn på hydrogenbinding mellem N-H-grupperne i PBI og imidcarbonylet i Ultem® 1000. Sådanne blandinger, der er opløst i et almindeligt opløsningsmiddel som f.eks. DMAc, DMF (N,N′-dimethylformamid) og NMP, viste sig at have en Tg, der afhænger af sammensætningen. Som støbte blandinger dannede enfasestrukturer i hele sammensætningsområdet26 , men optisk mikroskopi og DSC (differential scanning calorimetry) afslørede, at blandingerne fasesplittede ved opvarmning over deres Tg og ikke blev blandet igen ved afkøling. De blandinger, der blev dannet ved støbning ved stuetemperatur, var ikke i ligevægt og forblev enfasede, fordi de lå under Tg. Faseadskillelsen af sådanne 50/50-blandinger blev karakteriseret ved røntgenstrålespredning med lille vinkel og kernemagnetisk resonans i fast tilstand27 , som viste adskillelse ved udglødning ved temperaturer på 310 °C og derover, selv om den DSC-bestemte Tg blev rapporteret til 344 °C. Ved opvarmning af blandingen over blandingens Tg blev det konstateret, at den en gang afkølede blanding viste to Tg-værdier, hvilket indikerer faseseparation ved forhøjede temperaturer. Faseadskillelsen i blandingen forventes at være påvirket af vitrificeringen af den PBI-rige fase på grund af PBI’s meget højere Tg (425-435 °C) i forhold til PEI’s Tg (~ 220 °C). Blandinger af disse materialer er interessante på grund af muligheden for at opnå materialer med unikke egenskaber, som ikke kan opnås med et af materialerne alene. Sådanne blandinger udviser god modstandsdygtighed over for klorerede opløsningsmidler7 , lavere fugtoptagelse i forhold til PBI alene og en mellemliggende Tg. Film af PBI, PEI og PBI-PEI-blandinger af alle stoiometrier er opløselige i DMAc.

Forskellige sammensætninger af blandede aromatiske PBI’er og aromatiske PEI’er kan forventes at have en omtrent lineær Tg pr. vægt% PBI (Fig. 7.12) i henhold til deres fasediagrammer baseret på enkelte Tg-værdier fra enkelte DSC-scanninger på PBI-PEI-blandingssammensætninger fra ~ 5 % til 95 % Ultem® 1000.28

7.12. PBI/PEI-blandinger, Tg vs. % PBI.

Mængden af PBI i sådanne blandinger bør ligge på et niveau, der gør sammensætningen mindre følsom over for opløsningsmidler og øger Tg for PEI. Blandingssammensætninger med 1 til 99 vægtdele PEI er mulige, men blandinger med 65-95 vægtprocent PBI synes at være de foretrukne. PEI’er har generelt en god modstandsdygtighed over for kemikalier, med undtagelse af bl.a. klorerede opløsningsmidler, ethylenglycol frostvæske, bremsevæske og DMF. Sådanne blandingssammensætninger kan være nyttige til støbning, hvorimod PBI ikke er lige så anvendeligt.28 Ved at variere arten af den diamin, der anvendes til syntese, og substitutionspositionen i bis-imiderne og ved at anvende forskellige bis-phenoler kan der fremstilles et stort antal aromatiske PEI’er med et bredt spektrum af fysiske egenskaber,29 men blanding med PBI giver mulighed for ikke-syntetiske veje til opnåelse af lignende eller forbedrede egenskaber. Tværbinding og tilsætning af fyldstoffer og forstærkninger kan også inkorporeres i sådanne blandinger for at forbedre og målrette specifikke egenskabsegenskaber.

Behandling af PBI-komponenten via syreprotonering af imidazolringen skulle forbedre PBI’s og blandingens termo-oxidative stabilitet. Sådanne blandinger forventes at være anvendelige til matrixbrug op til ~ 260 °C og med gode træk- og mekaniske egenskaber. Sådanne blandinger kan være anvendelige som film, belægning eller til støbning. Hvis blandingen hovedsagelig består af PBI, gør PEI den mere håndterbar og termisk forarbejdbar og mindre modtagelig over for fugt. Hvis blandingen hovedsagelig består af PEI, øger PBI Tg-værdien og gør den mere modstandsdygtig over for opløsningsmidler. Sammensætningen er slagfast og tåler hårde miljøer. Den samme vurdering vil gælde for PBI-PI-blandinger.