7.5 PBI-polyeterimid (PEI)-blandningar

PEI:er (polyeterimider, fig. 7.11) är i princip kombinationspolymerer som består av både polyimid- och polyeterenheter i ryggraden. Ultem-PEI, med Tg-värden i intervallet 200-280 °C, tillverkas i kommersiell skala som tekniska termoplaster. Jämfört med de styvare polyimiderna kan PEIs vanligtvis smältas och formas, förmodligen på grund av eterbindningarna, men bibehåller god termisk stabilitet, hög hållfasthet och hög modul.

7.11. Polyeterimidstruktur

PBI-PEI-blandningar kan vara användbara i svåra miljöförhållanden och har god slagtålighet, motståndskraft mot lösningsmedel och pris/prestandaegenskaper. PBI är i allmänhet dyrare, har hög fuktåtervinning, men höga Tg-värden och god motståndskraft mot lösningsmedel. PEI har i allmänhet lägre Tg-värden, saknar motståndskraft mot vissa lösningsmedel, men är lätthanterliga och relativt billigare.

Musto med flera25 rapporterade FTIR-undersökningar av blandningssystemet bestående av PBI och poly(etherimid) (PEI, Tg ~ 220 °C), polypropan-m-benzendiamin] eller kommersiellt tillgängligt Ultem® 1000, vilket visade på bevis för vätebindning mellan PBI:s N-H-grupper och imidkarbonylet i Ultem® 1000. Sådana blandningar, som gjuts i lösning från ett vanligt lösningsmedel, t.ex. DMAc, DMF (N,N′-dimetylformamid) och NMP, visade sig ha en sammansättningsberoende Tg. De gjutna blandningarna bildade enfasstrukturer över hela sammansättningsområdet;26 optisk mikroskopi och DSC (differential scanning calorimetry) visade dock att blandningarna fasseparerades vid upphettning över deras Tg och att de inte blandades på nytt vid nedkylning. De blandningar som bildades vid gjutning i rumstemperatur var inte i jämvikt och förblev enfasiga eftersom de låg under Tg. Fasseparationen av sådana 50/50-blandningar karakteriserades genom röntgenspridning med liten vinkel och kärnmagnetisk resonans i fast tillstånd27 , vilket visade på separation vid glödgning vid temperaturer på 310 °C och högre, även om den DSC-bestämda Tg rapporterades till 344 °C. Vid uppvärmning av blandningen över blandningens Tg visade sig den en gång kylda blandningen uppvisa två Tg-värden, vilket tyder på fasseparation vid förhöjda temperaturer. Fasseparation i blandningen förväntas påverkas av vitrifieringen av den PBI-rika fasen på grund av PBI:s mycket högre Tg (425-435 °C) jämfört med PEI:s (~ 220 °C). Blandningar av dessa material är intressanta på grund av möjligheten att få fram material med unika egenskaper som inte kan erhållas med något av materialen ensamt. Sådana blandningar uppvisar god motståndskraft mot klorerade lösningsmedel7 , lägre fuktupptag jämfört med enbart PBI och en mellanliggande Tg. Filmer av PBI, PEI och PBI-PEI-blandningar av alla stökiometrier är lösliga i DMAc.

Varianta kompositioner av blandade aromatiska PBI och aromatiska PEI kan förväntas ha en ungefärlig linjär Tg per viktprocent PBI (Fig. 7.12) enligt deras fasdiagram baserade på enskilda Tg-värden från enskilda DSC-scanningar av PBI-PEI-blandningar som sträcker sig från ~ 5 % till 95 % Ultem® 1000.28

7.12. PBI/PEI-blandningar, Tg vs % PBI.

Mängden PBI i sådana blandningar bör ligga på en nivå som gör kompositionen mindre känslig för lösningsmedel och som ökar PEI:s Tg. Blandningar med 1 till 99 viktdelar PEI är möjliga, men blandningar med 65-95 viktprocent PBI verkar vara att föredra. PEI har i allmänhet god motståndskraft mot kemikalier, med undantag för bl.a. klorerade lösningsmedel, etylenglykolfrysmedel, bromsvätska och DMF. Sådana blandningar kan vara användbara för gjutning, medan PBI inte är lika användbart.28 Genom att variera arten av den diamin som används för att syntetisera och substitutionsläget i bis-imiderna, och genom att använda olika bisfenoler, kan ett stort antal aromatiska PEI:er med ett brett spektrum av fysikaliska egenskaper framställas,29 men genom att blanda med PBI finns det andra vägar än syntetiska för att erhålla liknande eller förbättrade egenskaper. Tvärbindning och tillsats av fyllmedel och förstärkningar kan också införlivas i sådana blandningar för att förbättra och rikta in sig på specifika egenskaper.

Bearbetning av PBI-komponenten, genom syraprotonering av imidazolringen, bör förbättra PBI:s och blandningens termo-oxidativa stabilitet. Sådana blandningar förväntas vara användbara för matrisanvändning upp till ~ 260 °C och med goda drag- och mekaniska egenskaper. Sådana blandningar kan vara användbara som filmer, beläggningar eller för gjutning. Om blandningen till största delen består av PBI gör PEI den mer följsam och termiskt bearbetningsbar och mindre känslig för fukt. Om blandningen huvudsakligen består av PEI ökar PBI Tg och gör den mer motståndskraftig mot lösningsmedel. Kompositionen är slagtålig och tål svåra miljöer. Samma bedömning skulle gälla för PBI-PI-blandningar.