7.5 Miscele PBI-polieterimmide (PEI)

I PEI (polieterimmidi, Fig. 7.11) sono fondamentalmente polimeri combinati, costituiti da unità sia di poliimmide che di polietere nel backbone. I PEI Ultem, con valori di Tg nell’intervallo 200-280°C, sono prodotti su scala commerciale come termoplastici tecnici. Rispetto alle poliimmidi più rigide, i PEI possono tipicamente essere fusi e modellati, presumibilmente a causa dei legami eterei, ma mantengono una buona stabilità termica, alta resistenza e alto modulo.

7.11. Struttura del polieterimide

Le miscele PBI-PEI possono essere utili in condizioni ambientali severe e hanno una buona resistenza agli urti, ai solventi e caratteristiche prezzo/prestazioni. I PBI sono generalmente più costosi, hanno un’alta ripresa dell’umidità, ma alti valori di Tg e buona resistenza ai solventi. I PEI hanno generalmente valori Tg più bassi, mancano di resistenza a certi solventi, ma sono trattabili e relativamente meno costosi.

Musto e altri25 hanno riportato un’indagine FTIR del sistema di miscele composto da PBI e poli (etereimmide) (PEI, Tg ~ 220°C), poli propano-m-benzendiammina], o Ultem® 1000 disponibile in commercio, mostrando prove di legame idrogeno tra i gruppi N-H di PBI e l’imide carbonile di Ultem® 1000. Tali miscele, colate in soluzione da un solvente comune, come DMAc, DMF (N,N′-dimetilformammide), e NMP, sono risultate avere una Tg dipendente dalla composizione. Le miscele fuse hanno formato strutture monofase nell’intero intervallo di composizione; 26 tuttavia, la microscopia ottica e la DSC (calorimetria differenziale a scansione) hanno rivelato che le miscele si sono separate per fase al riscaldamento al di sopra della loro Tg e non si sono rimescolate al raffreddamento. Le miscele formate dopo la fusione a temperatura ambiente non erano in equilibrio e rimanevano monofase perché erano al di sotto della Tg. La separazione di fase di tali miscele 50/50 è stata caratterizzata dalla diffusione dei raggi X ad angolo ridotto e dalla risonanza magnetica nucleare allo stato solido27 , mostrando la separazione durante la ricottura a temperature di 310°C e oltre, anche se la Tg determinata da DSC è stata riportata a 344°C. Dopo aver riscaldato la miscela al di sopra della Tg della miscela, la miscela raffreddata una volta è stata trovata a mostrare due valori di Tg, indicando la separazione di fase a temperature elevate. La separazione di fase nella miscela dovrebbe essere influenzata dalla vetrificazione della fase ricca di PBI a causa della Tg molto più alta del PBI (425-435°C) rispetto a quella del PEI (~ 220°C). Le miscele di questi materiali sono interessanti a causa del potenziale di ottenere materiali con proprietà uniche non disponibili con entrambi i materiali da soli. Tali miscele mostrano una buona resistenza ai solventi clorurati,7 un minore assorbimento dell’umidità rispetto al solo PBI e una Tg intermedia. Pellicole di PBI, PEI e miscele PBI-PEI di tutte le stechiometrie sono solubili in DMAc.

Varie composizioni di miscele di PBI aromatici e PEI aromatici possono avere una Tg approssimativamente lineare per % di peso di PBI (Fig. 7.12) secondo i loro diagrammi di fase basati su singoli valori di Tg da singole scansioni DSC su composizioni di miscele PBI-PEI che vanno dal ~ 5% al 95% di Ultem® 1000.28

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

La quantità di PBI in tali miscele dovrebbe essere ad un livello tale da rendere la composizione meno sensibile ai solventi e da aumentare la Tg del PEI. Composizioni di miscele da 1 a 99 parti in peso di PEI sono fattibili, ma il 65-95% in peso di miscele di PBI sembrano essere quelle preferite. I PEI hanno generalmente una buona resistenza ai prodotti chimici, con l’eccezione dei solventi clorurati, dell’antigelo di glicole etilenico, del liquido dei freni e del DMF, tra gli altri. Tali composizioni di miscele possono essere utili per lo stampaggio, mentre il PBI non è altrettanto utile.28 Variando la natura della diammina usata per sintetizzare e la posizione di sostituzione nelle bis-immidi, e usando diversi bis-fenoli, si può preparare un gran numero di PEI aromatici con una vasta gamma di proprietà fisiche,29 ma la miscelazione con il PBI offre percorsi non di sintesi per ottenere proprietà simili o migliori. La reticolazione e l’aggiunta di cariche e rinforzi possono anche essere incorporate in tali miscele per migliorare e indirizzare attributi di proprietà specifiche.

Il trattamento del componente PBI, tramite protonazione acida dell’anello imidazolico, dovrebbe migliorare la stabilità termo-ossidativa del PBI, così come la miscela. Tali miscele dovrebbero essere utili per l’uso della matrice fino a ~ 260°C, e con buone proprietà meccaniche e di trazione. Tali miscele possono essere utili come film, rivestimento o per lo stampaggio. Se la miscela è principalmente PBI, il PEI la rende più trattabile e lavorabile termicamente, e meno suscettibile all’umidità. Se la miscela è principalmente PEI, il PBI aumenta la Tg e la rende più resistente ai solventi. La composizione è resistente agli urti e resiste ad ambienti severi. Questa stessa valutazione si applica alle miscele PBI-PI.