Polyetherimide

7.5 PBI-Polyetherimid (PEI)-Blends

PEIs (Polyetherimide, Abb. 7.11) sind im Grunde genommen Kombinationspolymere, die sowohl Polyimid- als auch Polyethereinheiten in der Hauptkette enthalten. Ultem-PEIs mit Tg-Werten im Bereich von 200-280 °C werden als technische Thermoplaste in großem Maßstab hergestellt. Im Vergleich zu den steiferen Polyimiden können PEIs in der Regel geschmolzen und geformt werden, was vermutlich auf die Etherbindungen zurückzuführen ist, behalten aber eine gute thermische Stabilität, hohe Festigkeit und einen hohen Modul bei.

7.11. Polyetherimid-Struktur

PBI-PEI-Mischungen können unter schwierigen Umweltbedingungen nützlich sein und haben eine gute Schlagzähigkeit, Lösungsmittelbeständigkeit und ein gutes Preis/Leistungs-Verhältnis. PBIs sind im Allgemeinen teurer, haben eine hohe Feuchtigkeitsaufnahme, aber hohe Tg-Werte und eine gute Lösungsmittelbeständigkeit. PEIs haben in der Regel niedrigere Tg-Werte, sind nicht beständig gegen bestimmte Lösungsmittel, aber gut handhabbar und relativ preisgünstig.

Musto und andere25 berichteten über FTIR-Untersuchungen des Mischungssystems, das aus PBI und Poly(etherimid) (PEI, Tg ~ 220°C), Polypropan-m-Benzendiamin] oder handelsüblichem Ultem® 1000 besteht, und zeigten Hinweise auf Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den N-H-Gruppen von PBI und dem Imidcarbonyl von Ultem® 1000. Solche Mischungen, die aus einem gängigen Lösungsmittel wie DMAc, DMF (N,N′-Dimethylformamid) und NMP gegossen wurden, weisen eine von der Zusammensetzung abhängige Tg auf. Die gegossenen Mischungen bildeten über den gesamten Zusammensetzungsbereich einphasige Strukturen;26 die optische Mikroskopie und die DSC (Differential Scanning Calorimetry) zeigten jedoch, dass die Mischungen beim Erhitzen über ihre Tg eine Phasentrennung erfuhren und sich beim Abkühlen nicht wieder vermischten. Die beim Gießen bei Raumtemperatur gebildeten Mischungen befanden sich nicht im Gleichgewicht und blieben einphasig, da sie unterhalb der Tg lagen. Die Phasentrennung solcher 50/50-Mischungen wurde durch Röntgenkleinwinkelstreuung und magnetische Festkörperresonanz charakterisiert27 und zeigte eine Trennung beim Tempern bei Temperaturen von 310 °C und darüber, obwohl die DSC-bestimmte Tg mit 344 °C angegeben wurde. Beim Erhitzen des Blends über den Tg-Wert des Blends wurde festgestellt, dass das einmal abgekühlte Blend zwei Tg-Werte aufwies, was auf eine Phasentrennung bei höheren Temperaturen hindeutet. Es wird erwartet, dass die Phasentrennung im Blend durch die Verglasung der PBI-reichen Phase beeinflusst wird, da die Tg von PBI (425-435°C) viel höher ist als die von PEI (~ 220°C). Mischungen dieser Materialien sind von Interesse, da sie das Potenzial haben, Materialien mit einzigartigen Eigenschaften zu erhalten, die mit einem der beiden Materialien allein nicht möglich sind. Solche Mischungen weisen eine gute Beständigkeit gegenüber chlorierten Lösungsmitteln7 , eine geringere Feuchtigkeitsaufnahme als PBI allein und eine mittlere Tg auf. Filme aus PBI, PEI und PBI-PEI-Mischungen aller Stöchiometrien sind in DMAc löslich.

Verschiedene Zusammensetzungen gemischter aromatischer PBIs und aromatischer PEIs haben eine annähernd lineare Tg pro Gewichts-% PBI (Abb. 7.12). 7.12) gemäß ihren Phasendiagrammen auf der Grundlage einzelner Tg-Werte aus einzelnen DSC-Scans an PBI-PEI-Mischungszusammensetzungen im Bereich von ~ 5 % bis 95 % Ultem® 1000.28

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

Die PBI-Menge in solchen Mischungen sollte so hoch sein, dass die Zusammensetzung weniger empfindlich auf Lösungsmittel reagiert und die Tg des PEI erhöht wird. Mischungszusammensetzungen mit 1 bis 99 Gewichtsteilen PEI sind möglich, aber 65-95 Gew.-% PBI-Mischungen scheinen die bevorzugten zu sein. PEI weisen im Allgemeinen eine gute Chemikalienbeständigkeit auf, mit Ausnahme von chlorierten Lösungsmitteln, Ethylenglykol-Frostschutzmittel, Bremsflüssigkeit und DMF, um nur einige zu nennen. Solche Blend-Zusammensetzungen können für die Formgebung nützlich sein, während PBI nicht so nützlich ist.28 Durch Variation der Art des für die Synthese verwendeten Diamins und der Substitutionsposition in den Bis-Imiden sowie durch die Verwendung verschiedener Bis-Phenole kann eine große Anzahl aromatischer PEIs mit einer breiten Palette physikalischer Eigenschaften hergestellt werden,29 aber das Mischen mit PBI bietet nicht-synthetische Wege, um ähnliche oder verbesserte Eigenschaften zu erhalten. Vernetzungen und die Zugabe von Füll- und Verstärkungsstoffen können ebenfalls in solche Mischungen eingearbeitet werden, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern und zu optimieren.

Die Behandlung der PBI-Komponente durch saure Protonierung des Imidazolrings dürfte die thermo-oxidative Stabilität des PBI sowie der Mischung verbessern. Es wird erwartet, dass solche Mischungen für die Verwendung als Matrix bei Temperaturen von bis zu 260°C geeignet sind und gute Zug- und mechanische Eigenschaften aufweisen. Solche Mischungen können als Filme, Beschichtungen oder für die Formgebung verwendet werden. Besteht die Mischung hauptsächlich aus PBI, so wird sie durch das PEI leichter handhabbar, thermisch verarbeitbar und weniger anfällig für Feuchtigkeit. Besteht die Mischung hauptsächlich aus PEI, erhöht das PBI die Tg und macht sie widerstandsfähiger gegen Lösungsmittel. Die Zusammensetzung ist stoßfest und widersteht harten Umgebungsbedingungen. Diese Einschätzung gilt auch für PBI-PI-Mischungen.