ポリエーテルイミド

7.5 PBI-ポリエーテルイミド（PEI）ブレンド

PEI（polyetherimides, 図7.11）は基本的にはポリイミド単位とポリエーテル単位の両方を骨格とする組み合わせ高分子で，ポリイミドはポリエーテルイミド（PEI）の一種であり，PEIブレンドはPEIの一種と考えられている。 Tg値が200-280℃のウルテムPEIは、エンジニアリング熱可塑性樹脂として商業規模で製造されている。 より硬いポリイミドと比較して、PEIは、おそらくエーテル結合のために、一般的に溶融成形することができますが、良好な熱安定性、高強度、高弾性を維持します。

7.11. ポリエーテルイミド構造

PBI-PEIブレンドは、厳しい環境条件下で有用であり、優れた耐衝撃性、耐溶剤性、価格/性能特性を持っています。 PBI は一般的に高価で、高い水分保持力を持ちますが、高い Tg 値と良好な耐溶剤性を持っています。

Musto and others25は、PBIとポリ（エーテルイミド）（PEI、Tg ~ 220℃）、ポリプロパン-m-ベンゼンジアミン］、または市販のUltem® 1000からなるブレンド系のFTIR調査を報告し、PBIのN-H基とUltem® 1000のイミドカルボニル間に水素結合が見られることを証明しました。 このようなブレンドは，DMAc，DMF（N,N′-ジメチルホルムアミド），NMPなどの一般的な溶媒から溶液キャストされ，1組成依存のTgを有することが分かった。 しかし，光学顕微鏡およびDSC（示差走査熱量計）により，ブレンドはTg以上に加熱すると相分離し，冷却しても再混合しないことが明らかとなった26。 室温キャストで形成されたブレンドは、Tg以下であるため非平衡で単相のままであった。 このような 50/50 ブレンドの相分離を小角 X 線散乱および固体核磁気共鳴法 27 で評価したところ、DSC で求めた Tg は 344°C であったが、310°C 以上の温度でアニーリングすると相分離することがわかった。 ブレンドの Tg を超えて加熱すると、一度冷却したブレンドは 2 つの Tg 値を示し、高温で相分離することがわかった。 PEIのTg（～220℃）に比べてPBIのTg（425～435℃）は非常に高いため、ブレンドにおける相分離はPBIリッチ相のガラス化に影響されると予想される。 これらの材料のブレンドは、どちらか一方の材料だけでは得られないユニークな特性を持つ材料が得られる可能性があるため、注目されています。 このようなブレンドは、塩素系溶剤に対して優れた耐性を示し7、PBI単体よりも吸湿性が低く、中程度のTgを持つ。 すべての化学量のPBI、PEI、PBI-PEIブレンドのフィルムはDMAcに溶解します。

このようなブレンドにおけるPBI量は、組成物を溶媒に対してより弱くし、PEIのTgを増加させるレベルであることが望ましいです。 PEI1〜99重量部のブレンド組成は実現可能であるが、PBI65〜95重量部のブレンドが好ましいと思われる。 PEIは一般に化学物質に対して良好な耐性を有するが、例外として塩素系溶剤、エチレングリコール不凍液、ブレーキ液、DMFなどが挙げられる。 このようなブレンド組成物は成形に有用ですが、PBIはそれほど有用ではありません。28 合成に用いるジアミンの性質やビスイミド中の置換位置を変え、異なるビスフェノールを用いることで、幅広い物性を持つ多数の芳香族PEIを調製できます29 が、PBIとのブレンドにより非合成で類似または改善した特性を得る経路を提供します。 イミダゾール環の酸プロトン化によりPBIを処理することで、PBIおよびブレンドの熱酸化安定性を向上させることができると考えられます。 このようなブレンドは、260℃までのマトリックス用途に有用であり、良好な引張特性および機械的特性を有すると期待されます。 このようなブレンドは、フィルム、コーティング、または成形用として有用である。 ブレンドのほとんどがPBIである場合、PEIはそれをより扱いやすく、熱処理しやすくし、湿気の影響を受けにくくします。 PEIを主成分とするブレンドの場合、PBIはTgを増加させ、溶媒に対する耐性を向上させる。 この組成物は耐衝撃性があり、厳しい環境にも耐えることができます。 これと同じ評価がPBI-PIブレンドにも適用されるでしょう。