Poli(éter)imidas (PEI)

Propiedades

Las poli(éter)imidas (PI, PEI) son termoplásticos de ingeniería de alto rendimiento de color ámbar a transparente. Tienen unas propiedades térmicas, mecánicas y químicas extraordinarias y suelen ser la mejor opción para las aplicaciones más exigentes en las que se requiere una resistencia mecánica muy alta en combinación con una resistencia a las altas temperaturas, a la corrosión y al desgaste. Por ejemplo, algunos grados tienen una temperatura de servicio continua de hasta 371°C (700°F) y son adecuados para una exposición a corto plazo de hasta 538°C (1000°F) con una mínima degradación térmica y una mínima pérdida de propiedades mecánicas. Los PEI y PI resisten la mayoría de los productos químicos, incluidos los hidrocarburos, los alcoholes y los disolventes halogenados, y tienen una excelente resistencia a la fluencia a largo plazo. En muchos casos, pueden sustituir a los metales y otros materiales de alto rendimiento en aplicaciones estructurales. Las propiedades eléctricas son de excelente estabilidad en condiciones variables de temperatura, humedad y frecuencia.

Otras propiedades de rendimiento importantes son:

• Alta resistencia a la tracción en una amplia gama de temperaturas de aproximadamente -270°C a + 300°C
• Alta resistencia a la compresión y alta resistencia a la presión y a la fluencia
• Excelente resistencia al desgaste bajo alta presión y velocidades de deslizamiento
• Excelente resistencia al agrietamiento por tensión
• Buenas propiedades en frío
• Alta temperatura de transición vítrea hasta 400°C (resinas amorfas)
• Alta temperatura de fusión (resinas semicristalinas)
• Excelente estabilidad termo-oxidativa a largo plazo
• Intrínsecamente retardante de la llama
• Mínima expansión térmica
• Alta resistencia a la radiación
• Alta pureza y baja desgasificación en vacío
• Buena resistencia química a los ácidos, alcoholes, combustibles, aceites y disolventes halogenados
• Excelentes propiedades de aislamiento eléctrico
• Baja conductividad térmica
• Buena procesabilidad (puede ser extruido, termoformado, moldeado por inyección, etc.)

Sin embargo, las poli(éter)imidas tienen también algunas limitaciones y deficiencias. Por ejemplo, son caras y requieren altas temperaturas de procesado y no pueden utilizarse por encima de su temperatura de transición vítrea a menos que sean post recocidas.

SÍNTESIS

Las poli(éter)imidas son típicamente infusibles e insolubles debido a su estructura hetero-aromática planar, y por lo tanto, tienen que ser procesadas a través de una ruta de disolventes. Generalmente se preparan mediante un proceso de dos pasos a partir de diaminas aromáticas y dianhídridos tetracarboxílicos aromáticos. El primer paso de la reacción de condensación consiste en la adición de un dianhídrido (dianhídrido piromelítico PMDA) a una diamina (4,4′-oxidianilina ODA) normalmente a temperatura ambiente o baja en un disolvente aprótico dipolar de alto punto de ebullición, como el dimetilsulfóxido (DMSO), la N-metil-2-pirrolidona (NMP) o la N,N-dimetilacetamida (DMAc). En algunos casos, sin embargo, se requieren temperaturas más altas. El segundo paso es una reacción de policiclodeshidratación del poli(ácido amico) que conduce a la poliimida final con diferente masa molar dependiendo de la composición.

Este proceso se utilizó para producir la primera poliimida de importancia comercial significativa -Kapton- que se sintetizó a partir de dianhídrido piromelítico (PMDA) y 4,4′-oxidianilina (ODA). En este caso, R es un grupo éter. Sin embargo, R puede ser cualquier grupo.

También se han preparado poliimidas de alto peso molecular mediante la reacción de un diisocianato con un dianhídrido. Este proceso es otra reacción de dos pasos. El primer paso es la adición de un dianhídrido a un diisocianato y el segundo paso es una reacción de descarbonatación que conduce a la poliimida final. Esta reacción se lleva a cabo en disolventes apróticos.

Se puede preparar una gran variedad de poliimidas a partir de un gran número de monómeros. Incluso variaciones sutiles en la estructura del dianhídrido y la diamina tendrán un efecto significativo en las propiedades de la poliimida final, como el grado de cristalinidad, la temperatura de transición vítrea y el punto de fusión. La rigidez de la cadena y la interacción cadena-cadena son sin duda los factores más importantes, que dependen de la proporción y la disposición de los grupos flexibles y rígidos y de la presencia de grupos laterales voluminosos.

Las poli(éter)imidas más comunes se sintetizan a partir de dianhídrido piromelítico o dianhídrido tetracarboxílico de benzofenona y éter difenílico 4,4-diamino (oxi-dianilina) o metilendianilina.

Una desventaja importante de los métodos anteriores es la presencia inevitable de disolvente y la formación de agua o dióxido de carbono durante la reacción de condensación. Tanto los productos de condensación como el disolvente deben eliminarse por completo antes del procesamiento posterior de la resina para conseguir propiedades de alto rendimiento.

Polieterimidas comerciales

Las resinas de poli(éter)imida (PEI) son fabricadas por SABIC bajo el nombre comercial de ULTEM, como resultado de la adquisición de la División de Plásticos de General Electric en 2007. Las resinas de PEI también son producidas por Dupont y se venden bajo el nombre comercial de Kapton. Las resinas están disponibles en colores personalizados transparentes y opacos, así como con relleno de vidrio. Las poliimidas más comunes se sintetizan a partir de dianhídrido piromelítico y éter difenílico 4,4-diamino o eterdiaminas similares (tipo Kapton). Sin embargo, algunas empresas producen otras poli(éter)imidas para requisitos térmicos, químicos y/o de elasticidad aún más elevados.

Aplicaciones

Las poli(éter)imidas suelen ser una excelente opción para aplicaciones exigentes en el sector aeroespacial y del transporte. También encuentran muchas aplicaciones en la industria electrónica y de circuitos integrados porque cumplen las especificaciones más exigentes y estrictas de los materiales. Otras aplicaciones importantes son las carcasas de las sondas, los marcos de las impresoras de tarjetas digitales, los muelles helicoidales y los protectores de cables.

Debido a su elevado precio, las poliimidas y las polieterimidas suelen utilizarse únicamente cuando se requieren propiedades extraordinarias.

El rango de temperatura de servicio típico de las polieterimidas es de aproximadamente -270°C a + 300°C.