7.5 Mieszanki PBI-polieteroimid (PEI)

PEI (polieteroimidy, rys. 7.11) są w zasadzie polimerami kombinowanymi, zawierającymi w szkielecie jednostki poliimidowe i polieterowe. Ultem PEIs, o wartościach Tg w zakresie 200-280°C, są produkowane na skalę handlową jako termoplasty konstrukcyjne. W porównaniu ze sztywniejszymi poliimidami, PEI mogą być zwykle topione i formowane, przypuszczalnie z powodu wiązań eterowych, ale zachowują dobrą stabilność termiczną, wysoką wytrzymałość i wysoki moduł.

7.11. Struktura polieteroimidu

Mieszanki PBI-PEI mogą być użyteczne w trudnych warunkach środowiskowych i mają dobrą odporność na uderzenia, odporność na rozpuszczalniki i charakterystykę cena/wydajność. PBI są generalnie droższe, mają wysoki odzysk wilgoci, ale wysokie wartości Tg i dobrą odporność na rozpuszczalniki. PEI mają na ogół niższe wartości Tg, brak im odporności na niektóre rozpuszczalniki, ale są poręczne i stosunkowo tańsze.

Musto i inni25 przedstawili badania FTIR systemu mieszanek składających się z PBI i poli(eterymidu) (PEI, Tg ~ 220°C), polipropano-m-benzenodiaminy] lub dostępnego w handlu Ultem® 1000, wykazując dowody na istnienie wiązania wodorowego między grupami N-H w PBI i karbonylem imidu w Ultem® 1000. Stwierdzono, że takie mieszaniny, odlewane z powszechnie stosowanych rozpuszczalników, takich jak DMAc, DMF (N,N′-dimetyloformamid) i NMP, charakteryzują się Tg zależnym od składu. Mieszanki odlewane tworzyły struktury jednofazowe w całym zakresie składu;26 jednak mikroskopia optyczna i DSC (różnicowa kalorymetria skaningowa) ujawniły, że mieszaniny rozdzielały się fazowo po ogrzaniu powyżej ich Tg i nie mieszały się ponownie po ochłodzeniu. Mieszaniny utworzone podczas odlewania w temperaturze pokojowej nie znajdowały się w stanie równowagi i pozostawały jednofazowe, ponieważ ich temperatura była niższa od Tg. Separację fazową takich mieszanin 50/50 scharakteryzowano metodą małokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego i magnetycznego rezonansu jądrowego w ciele stałym27 , wykazując separację po wyżarzaniu w temperaturze 310°C i wyższej, chociaż Tg wyznaczona metodą DSC wynosiła 344°C. Po ogrzaniu mieszaniny powyżej Tg mieszaniny stwierdzono, że po schłodzeniu mieszanina wykazuje dwie wartości Tg, co wskazuje na separację faz w podwyższonej temperaturze. Oczekuje się, że na separację faz w mieszaninie ma wpływ zeszklenie fazy bogatej w PBI ze względu na znacznie wyższą Tg PBI (425-435°C) w porównaniu z PEI (~ 220°C). Mieszanki tych materiałów cieszą się zainteresowaniem ze względu na możliwość uzyskania materiałów o unikalnych właściwościach, niedostępnych dla żadnego z tych materiałów oddzielnie. Takie mieszanki wykazują dobrą odporność na chlorowane rozpuszczalniki,7 obniżoną absorpcję wilgoci w porównaniu z samym PBI oraz pośrednią Tg. Filmy z PBI, PEI i mieszanin PBI-PEI o wszystkich stechiometriach są rozpuszczalne w DMAc.

Różne kompozycje mieszanin aromatycznych PBI i aromatycznych PEI mogą mieć przybliżone liniowe Tg na % wagowy PBI (Rys. 7.12) zgodnie z ich diagramami fazowymi opartymi na pojedynczych wartościach Tg z pojedynczych skanowań DSC kompozycji mieszanin PBI-PEI w zakresie od ~5% do 95% Ultem® 1000.28

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

Ilość PBI w takich mieszankach powinna być na poziomie pozwalającym uczynić kompozycję mniej wrażliwą na rozpuszczalniki i zwiększyć Tg PEI. Mieszanki o zawartości od 1 do 99 części wagowych PEI są wykonalne, ale mieszanki o zawartości 65-95% wagowych PBI wydają się być preferowane. PEI mają ogólnie dobrą odporność na chemikalia, z wyjątkiem chlorowanych rozpuszczalników, glikolu etylenowego zapobiegającego zamarzaniu, płynu hamulcowego i DMF, między innymi. Takie kompozycje mieszane mogą być przydatne do formowania, podczas gdy PBI nie jest tak użyteczny.28 Zmieniając charakter diaminy użytej do syntezy i pozycję podstawnika w bis-imidach oraz stosując różne bis-fenole, można otrzymać wiele aromatycznych PEI o szerokim zakresie właściwości fizycznych,29 ale mieszanie z PBI oferuje niesyntetyczne drogi do uzyskania podobnych lub ulepszonych właściwości. Sieciowanie oraz dodawanie wypełniaczy i wzmocnień może być również włączone do takich mieszanek w celu poprawy i ukierunkowania określonych atrybutów właściwości.

Obróbka składnika PBI, poprzez protonowanie kwasem pierścienia imidazolowego, powinna poprawić stabilność termooksydacyjną PBI, jak również mieszanki. Oczekuje się, że takie mieszanki będą przydatne do stosowania w matrycach do temperatury ~ 260°C, a także będą charakteryzować się dobrymi właściwościami mechanicznymi i rozciągającymi. Takie mieszanki mogą być użyteczne jako folie, powłoki lub do formowania. Jeśli mieszanka składa się głównie z PBI, PEI sprawia, że jest ona bardziej podatna na obróbkę termiczną i mniej podatna na wilgoć. Jeśli mieszanka jest głównie PEI, PBI zwiększa Tg i czyni go bardziej odpornym na rozpuszczalniki. Kompozycja jest odporna na uderzenia i wytrzymuje trudne warunki środowiskowe. Ta sama ocena dotyczyłaby mieszanek PBI-PI.

.