Poliéterimidek

7.5 PBI-poliéterimid (PEI) keverékek

A PEI-k (poliéterimidek, 7.11. ábra) alapvetően kombinált polimerek, amelyek gerincükben poliimid és poliéter egységekből állnak. Az ultem PEI-ket, amelyek Tg-értéke a 200-280°C tartományban van, műszaki hőre lágyuló műanyagként kereskedelmi méretekben gyártják. A merevebb poliimidekhez képest a PEI-k jellemzően olvaszthatók és alakíthatók, feltehetően az éterkötéseknek köszönhetően, de jó hőstabilitást, nagy szilárdságot és magas modulust tartanak fenn.

7.11. Poliéterimid-szerkezet

A PBI-PEI-keverékek hasznosak lehetnek szigorú környezeti körülmények között, és jó ütésállósággal, oldószerállósággal és ár/teljesítmény jellemzőkkel rendelkeznek. A PBI-ok általában drágábbak, nagy nedvességtartalmúak, de magas Tg-értékekkel és jó oldószerállósággal rendelkeznek. A PEI-k általában alacsonyabb Tg-értékekkel rendelkeznek, bizonyos oldószerekkel szemben nem ellenállóak, de kezelhetőek és viszonylag olcsóbbak.

Musto és társai25 beszámoltak a PBI és poli(éterimid) (PEI, Tg ~ 220°C), polipropan-m-benzol-diamin], vagy a kereskedelemben kapható Ultem® 1000 keverékrendszer FTIR vizsgálatáról, amely a PBI N-H csoportjai és az Ultem® 1000 imid-karbonilja közötti hidrogénkötés bizonyítékát mutatja. Az ilyen, általános oldószerből, például DMAc-ból, DMF-ből (N,N′-dimetil-formamid) és NMP-ből oldatba öntött keverékek egy összetételfüggő Tg-t mutattak ki. Az öntött keverékek a teljes összetétel-tartományban egyfázisú szerkezetet képeztek;26 azonban az optikai mikroszkópia és a DSC (differenciál pásztázó kalorimetria) kimutatta, hogy a keverékek a Tg-érték feletti melegítéskor fázisszétválnak, és hűtéskor nem keverednek újra. A szobahőmérsékletű öntés során kialakult keverékek nem voltak egyensúlyban, és egyfázisúak maradtak, mivel Tg alatt voltak. Az ilyen 50/50-es keverékek fázisszétválását kisszögű röntgenszórással és szilárdtest-mágneses magmágneses rezonanciával27 jellemezték, ami 310°C-os vagy annál magasabb hőmérsékleten történő lágyításkor szétválást mutatott, bár a DSC-vel meghatározott Tg 344°C-ról számoltak be. A keveréknek a keverék Tg-értéke fölé történő melegítésekor az egyszer lehűtött keverék két Tg-értéket mutatott, ami a fázisszétválást jelzi magasabb hőmérsékleten. A fázisszétválást a keverékben várhatóan a PBI-dús fázis üvegesedése befolyásolja, mivel a PBI Tg-értéke sokkal magasabb (425-435°C), mint a PEI-é (~ 220°C). Ezen anyagok keverékei azért érdekesek, mert olyan egyedi tulajdonságokkal rendelkező anyagok nyerhetők, amelyek egyik anyaggal sem állnak rendelkezésre önmagukban. Az ilyen keverékek jól ellenállnak a klórozott oldószereknek,7 alacsonyabb nedvességfelvételt mutatnak, mint a PBI önmagában, és köztes Tg-t mutatnak. A PBI, PEI és PBI-PEI keverékek filmjei minden sztöchiometriában oldódnak DMAc-ban.

Az aromás PBI és az aromás PEI keverékek különböző összetételei várhatóan közelítőleg lineáris Tg-t mutatnak a PBI tömegszázalékonként (ábra). 7.12) fázisdiagramjaik szerint, a ~ 5% és 95% közötti Ultem® 1000 közötti PBI-PEI keverékösszetételeken végzett egyedi DSC-vizsgálatokból származó Tg-értékek alapján.28

7.12. PBI/PEI keverékek, Tg vs. % PBI.

A PBI mennyiségének az ilyen keverékekben olyan szinten kell lennie, hogy a készítmény kevésbé legyen érzékeny az oldószerekre és növelje a PEI Tg értékét. Az 1-99 tömegrész PEI-t tartalmazó keverékkompozíciók megvalósíthatók, de a 65-95 tömegszázalékos PBI-keverékek tűnnek a preferáltaknak. A PEI-k általában jól ellenállnak a vegyi anyagoknak, kivételt képeznek többek között a klórozott oldószerek, az etilénglikol fagyálló, a fékfolyadék és a DMF. Az ilyen keverékkompozíciók hasznosak lehetnek a formázáshoz, míg a PBI kevésbé.28 A szintézishez használt diamin természetének és a bisz-imidekben a szubsztitúció helyzetének változtatásával, valamint különböző bisz-fenolok alkalmazásával számos, a fizikai tulajdonságok széles skálájával rendelkező aromás PEI állítható elő,29 de a PBI-val való keverés nem szintetikus utakat kínál a hasonló vagy jobb tulajdonságok eléréséhez. A térhálósítás, valamint a töltőanyagok és erősítőanyagok hozzáadása is beépíthető az ilyen keverékekbe, hogy javítsák és célzottan javítsák az egyes tulajdonságokat.

A PBI komponens kezelése az imidazolgyűrű savas protonálásával javítja a PBI, valamint a keverék termo-oxidatív stabilitását. Az ilyen keverékek várhatóan ~ 260°C-ig használhatóak lesznek mátrixban, és jó szakító és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek. Az ilyen keverékek hasznosak lehetnek filmként, bevonatként vagy formázáshoz. Ha a keverék nagyrészt PBI, akkor a PEI kezelhetőbbé és termikusan feldolgozhatóbbá teszi azt, és kevésbé érzékeny a nedvességre. Ha a keverék nagyrészt PEI, a PBI növeli a Tg-t és ellenállóbbá teszi az oldószerekkel szemben. Az összetétel ütésálló és ellenáll a szigorú környezetnek. Ugyanez az értékelés vonatkozik a PBI-PI keverékekre is.