7.5 Mezclas PBI-polieterimida (PEI)

Las PEIs (polieterimidas, Fig. 7.11) son básicamente polímeros combinados, que consisten en unidades de poliimida y poliéter en la columna vertebral. Los PEIs Ultem, con valores Tg en el rango de 200-280°C, se fabrican a escala comercial como termoplásticos de ingeniería. En comparación con las poliimidas más rígidas, los PEIs pueden fundirse y moldearse, presumiblemente debido a los enlaces de éter, pero mantienen una buena estabilidad térmica, alta resistencia y alto módulo.

7.11. Estructura de polieterimida

Las mezclas de PBI-PEI pueden ser útiles en condiciones ambientales severas y tienen buena resistencia al impacto, resistencia a los disolventes y características de precio/rendimiento. Los PBI son generalmente más caros, tienen una alta recuperación de la humedad, pero altos valores de Tg y buena resistencia a los disolventes. Los PEIs generalmente tienen valores Tg más bajos, carecen de resistencia a ciertos disolventes, pero son manejables y relativamente menos caros.

Musto y otros25 informaron de la investigación FTIR del sistema de mezcla que consiste en PBI y poli (eterimida) (PEI, Tg ~ 220°C), poli propano-m-bencenodiamina], o Ultem® 1000 disponible comercialmente, mostrando evidencia de enlace de hidrógeno entre los grupos N-H de PBI y el carbonilo de imida de Ultem® 1000. Estas mezclas, fundidas en solución a partir de un disolvente común, como DMAc, DMF (N,N′-dimetilformamida) y NMP, tenían una Tg dependiente de la composición. Las mezclas fundidas formaron estructuras monofásicas en todo el rango de composición26 ; sin embargo, la microscopía óptica y la DSC (calorimetría diferencial de barrido) revelaron que las mezclas se separaron en fase al calentarlas por encima de su Tg y no se volvieron a mezclar al enfriar. Las mezclas formadas tras el colado a temperatura ambiente no estaban en equilibrio y seguían siendo monofásicas porque estaban por debajo de la Tg. La separación de fases de estas mezclas 50/50 se caracterizó mediante dispersión de rayos X de ángulo pequeño y resonancia magnética nuclear de estado sólido,27 mostrando la separación tras el recocido a temperaturas de 310°C y superiores, aunque la Tg determinada por DSC se registró a 344°C. Al calentar la mezcla por encima de la Tg de la mezcla, se encontró que la mezcla una vez enfriada mostraba dos valores de Tg, lo que indicaba la separación de fases a temperaturas elevadas. Se espera que la separación de fases en la mezcla esté influenciada por la vitrificación de la fase rica en PBI debido a la Tg mucho más alta del PBI (425-435°C) en relación con la del PEI (~ 220°C). Las mezclas de estos materiales son interesantes debido a la posibilidad de obtener materiales con propiedades únicas que no están disponibles con ninguno de los dos materiales por separado. Dichas mezclas presentan una buena resistencia a los disolventes clorados,7 una menor absorción de humedad en comparación con el PBI solo, y una Tg intermedia. Las películas de PBI, PEI y mezclas de PBI-PEI de todas las estequiometrías son solubles en DMAc.

Se puede esperar que varias composiciones de mezclas de PBI aromáticos y PEI aromáticos tengan una Tg lineal aproximada por % en peso de PBI (Fig. 7.12) de acuerdo con sus diagramas de fase basados en valores de Tg individuales de escaneos DSC individuales en composiciones de mezcla PBI-PEI que van desde ~ 5% a 95% de Ultem® 1000.28

7.12. Mezclas PBI/PEI, Tg frente a % PBI.

La cantidad de PBI en dichas mezclas debe estar en un nivel que haga la composición menos sensible a los disolventes y que aumente la Tg del PEI. Las composiciones de mezcla de 1 a 99 partes en peso de PEI son factibles, pero las mezclas de 65-95% en peso de PBI parecen ser las preferidas. Los PEIs generalmente tienen buena resistencia a los productos químicos, con la excepción de los disolventes clorados, el anticongelante de etilenglicol, el líquido de frenos y el DMF, entre otros. Estas composiciones de mezcla pueden ser útiles para el moldeo, mientras que el PBI no es tan útil.28 Variando la naturaleza de la diamina utilizada para sintetizar y la posición de sustitución en las bis-imidas, y utilizando diferentes bis-fenoles, se puede preparar un gran número de PEIs aromáticos con una amplia gama de propiedades físicas,29 pero la mezcla con PBI ofrece rutas no sintéticas para obtener propiedades similares o mejoradas. La reticulación y la adición de cargas y refuerzos también pueden incorporarse a dichas mezclas para mejorar y orientar atributos de propiedades específicas.

El tratamiento del componente PBI, mediante la protonación ácida del anillo de imidazol, debería mejorar la estabilidad termo-oxidativa del PBI, así como de la mezcla. Se espera que tales mezclas sean útiles para el uso de la matriz hasta ~ 260°C, y con buenas propiedades mecánicas y de tracción. Tales mezclas pueden ser útiles como películas, revestimientos o para el moldeo. Si la mezcla es mayoritariamente PBI, el PEI la hace más manejable y procesable térmicamente, y menos susceptible a la humedad. Si la mezcla es mayoritariamente PEI, el PBI aumenta la Tg y la hace más resistente a los disolventes. La composición es resistente al impacto y soporta ambientes severos. Esta misma evaluación se aplicaría a las mezclas de PBI-PI.