7.5 PBI-polyetherimide (PEI) blends

PEIs (polyetherimides, Fig. 7.11) são basicamente polímeros combinados, consistindo de unidades de poliimida e poliéter na espinha dorsal. Os Ultem PEI, com valores de Tg na faixa de 200-280°C, são feitos em escala comercial como termoplásticos de engenharia. Em comparação com as poliimidas mais rígidas, os PEIs podem ser tipicamente fundidos e moldados, presumivelmente devido às ligações do éter, mas mantêm boa estabilidade térmica, alta resistência e alto módulo.

7.11. Estrutura de poliéterimida

PBI-PEI misturas podem ser úteis em condições ambientais severas e ter boa resistência ao impacto, resistência a solventes e características de preço/desempenho. As PBIs são geralmente mais caras, têm alta taxa de recuperação de umidade, mas possuem altos valores de Tg e boa resistência a solventes. PEIs geralmente têm valores de Tg mais baixos, falta resistência a certos solventes, mas são traçáveis e relativamente menos caros.

Musto e outros25 relataram investigação FTIR do sistema de mistura que consiste de PBI e poli (eterimida) (PEI, Tg ~ 220°C), poli propano-m-benzenodiamina], ou Ultem® 1000 comercialmente disponível, mostrando evidência de ligação de hidrogênio entre os grupos N-H de PBI e o imide carbonil de Ultem® 1000. Tais misturas, solução fundida a partir de um solvente comum, como DMAc, DMF (N,N′-dimetilformamida), e NMP, foram encontrados para ter uma composição Tg dependente de Tg. As misturas as-cast formaram estruturas monofásicas em toda a faixa de composição;26 entretanto, a microscopia óptica e a DSC (calorimetria diferencial de varredura) revelaram que as misturas se separaram em fase no aquecimento acima de seu Tg e não se remixaram no resfriamento. As misturas formadas na fundição à temperatura ambiente eram não-equilibradas e permaneceram monofásicas porque estavam abaixo do Tg. A separação de fases de tais misturas 50/50 foi caracterizada pela dispersão de raios X em pequeno ângulo e ressonância magnética nuclear de estado sólido,27 mostrando separação no recozimento a temperaturas de 310°C e superiores, embora o Tg determinado pelo DSC tenha sido reportado a 344°C. Ao se aquecer a mistura acima do Tg da mistura, constatou-se que a mistura uma vez resfriada apresentava dois valores de Tg, indicando a separação de fases a temperaturas elevadas. Espera-se que a separação de fases na mistura seja influenciada pela vitrificação da fase rica em PBI, devido ao Tg de PBI (425-435°C) muito mais elevado em relação ao de PEI (~ 220°C). As misturas destes materiais são de interesse devido ao potencial de obtenção de materiais com propriedades únicas não disponíveis apenas com qualquer um dos materiais. Tais misturas exibem boa resistência a solventes clorados,7 menor absorção de umidade vs. PBI sozinho, e um Tg intermediário. Filmes de PBI, PEI e PBI-PEI de todas as estequiometrias são solúveis em DMAc.

Várias composições de PBIs e PEIs aromáticos misturados podem ser esperados ter Tg linear aproximado por peso % de PBI (Fig. 7.12) de acordo com seus diagramas de fase baseados em valores de Tg simples de varreduras DSC simples em composições de mistura PBI-PEI variando de ~ 5% a 95% Ultem® 1000.28

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

A quantidade de PBI em tais misturas deve estar a um nível para tornar a composição menos sensível a solventes e para aumentar a Tg do PEI. As misturas de 1 a 99 partes por peso de PEI são viáveis, mas as misturas de 65-95% por peso de PBI parecem ser as preferidas. Os PEI geralmente têm boa resistência a produtos químicos, com a exceção de solventes clorados, anticongelante de etilenoglicol, fluido de freio e DMF, entre outros. Tais composições de mistura podem ser úteis para moldagem, enquanto PBI não é tão útil.28 Variando a natureza da diamina utilizada para sintetizar e a posição de substituição nas bis-imidas, e utilizando diferentes bis-fenóis, um grande número de PEIs aromáticos com uma ampla gama de propriedades físicas pode ser preparado,29 mas a mistura com PBI oferece rotas não-síntese para obter propriedades similares ou melhoradas. O reticulado e a adição de cargas e reforços também podem ser incorporados em tais misturas para melhorar e atributos de propriedades específicas.

Tratamento do componente PBI, através da protonação ácida do anel imidazol, deve melhorar a estabilidade termo-oxidativa do PBI, bem como a mistura. Espera-se que tais misturas sejam úteis para uso de matriz até ~ 260°C, e com boas propriedades de tração e mecânicas. Tais misturas podem ser úteis como filmes, revestimento, ou para moldagem. Se a mistura é principalmente PBI, o PEI a torna mais tracionável e termicamente processável, e menos suscetível à umidade. Se a mistura é principalmente PEI, o PBI aumenta a Tg e a torna mais resistente a solventes. A composição é resistente ao impacto e resiste a ambientes severos. Esta mesma avaliação se aplicaria a misturas de PBI-PI.