Poly(ether)imidy (PEI)

Vlastnosti

Poly(ether)imidy (PI, PEI) jsou vysoce výkonné technické termoplasty jantarové až průhledné barvy. Mají vynikající tepelné, mechanické a chemické vlastnosti a jsou často nejlepší volbou pro nejnáročnější aplikace, kde se vyžaduje velmi vysoká mechanická pevnost v kombinaci s vysokou teplotní odolností, odolností proti korozi a opotřebení. Některé druhy mají například trvalé provozní teploty až 371 °C (700 °F) a jsou vhodné pro krátkodobé vystavení až 538 °C (1000 °F) s minimální tepelnou degradací a minimální ztrátou mechanických vlastností. PEI a PI odolávají většině chemikálií včetně uhlovodíků, alkoholů a halogenovaných rozpouštědel a mají vynikající dlouhodobou odolnost proti tečení. V mnoha případech mohou v konstrukčních aplikacích nahradit kovy a jiné vysoce výkonné materiály. Elektrické vlastnosti mají vynikající stabilitu za proměnlivých teplotních, vlhkostních a frekvenčních podmínek.

Mezi další důležité užitné vlastnosti patří např:

• Vysoká pevnost v tahu v širokém teplotním rozmezí přibližně -50 °C.270 °C až + 300 °C
• Vysoká pevnost v tlaku a vysoká odolnost proti tlaku a tečení
• Vynikající odolnost proti opotřebení při vysokých tlacích a kluzných rychlostech
• Vynikající odolnost proti praskání za napětí
• Dobré vlastnosti při nízkých teplotách
• Vysoká teplota skelného přechodu až 400 °C (amorfní pryskyřice)
• Vysoká teplota tání (polo-krystalické pryskyřice)
• Vynikající dlouhodobá tepelně-oxidační stabilita
• Vnitřní nehořlavost
• Minimální tepelná roztažnost
• Vysoká odolnost proti záření
• Vysoká čistota a nízká odplynitelnost ve vakuu
• Dobrá chemická odolnost vůči kyselinám, alkoholům, palivům, olejům a halogenovaným rozpouštědlům
• Vynikající elektroizolační vlastnosti
• Nízká tepelná vodivost
• Dobrá zpracovatelnost (lze vytlačovat, tepelně tvarovat, vstřikovat atd.)

Poly(ether)imidy však mají také některá omezení a nedostatky. Jsou například drahé a vyžadují vysoké teploty zpracování a nelze je použít nad jejich teplotu skelného přechodu, pokud nejsou dodatečně žíhány.

SYNTÉZA

Poly(ether)imidy jsou obvykle infuzní a nerozpustné kvůli své planární heteroaromatické struktuře, a proto se musí zpracovávat rozpouštědlovou cestou. Obvykle se připravují dvoustupňovým procesem z aromatických diaminů a aromatických tetrakarboxylových dianhydridů. Prvním krokem kondenzační reakce je adice dianhydridu (pyromelitického dianhydridu PMDA) na diamin (4,4′-oxydianilin ODA) obvykle při teplotě okolí nebo nízké teplotě ve vysokovroucím dipolárním aprotickém rozpouštědle, jako je dimethyl sulfoxid (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) nebo N,N-dimethylacetamid (DMAc). V některých případech jsou však nutné vyšší teploty. Druhým krokem je reakce polycyklodehydratace poly(kyseliny amové), která vede ke konečnému polyimidu s různou molární hmotností v závislosti na složení.

Tento proces byl využit k výrobě prvního komerčně významného polyimidu – Kaptonu – který byl syntetizován z pyromelitického dianhydridu (PMDA) a 4,4′-oxydianilinu (ODA). V tomto případě je R etherová skupina. R však může být jakákoli skupina.

Vysokomolekulární polyimidy byly také připraveny reakcí diisokyanátu s dianhydridem. Tento postup je další dvoustupňovou reakcí. Prvním krokem je přidání dianhydridu k diisokyanátu a druhým krokem je dekarbonizační reakce, která vede ke konečnému polyimidu. Tato reakce probíhá v aprotických rozpouštědlech.

Z velkého množství monomerů lze připravit velké množství polyimidů. I nepatrné odchylky ve struktuře dianhydridu a diaminu budou mít významný vliv na vlastnosti konečného polyimidu, jako je stupeň krystalinity, teplota skelného přechodu a teplota tání. Nejdůležitějšími faktory jsou bezpochyby tuhost řetězce a interakce mezi řetězci, které závisí na poměru a uspořádání flexibilních a rigidních skupin a na přítomnosti objemných postranních skupin.

Nejběžnější poly(ether)imidy se syntetizují z pyromelitového dianhydridu nebo tetrakarboxylového dianhydridu benzofenonu a 4,4-diaminodifenyletheru (oxy-dianilinu) nebo methylenedianilinu.

Hlavní nevýhodou výše uvedených metod je nevyhnutelná přítomnost rozpouštědla a vznik vody nebo oxidu uhličitého během kondenzační reakce. Jak produkty kondenzace, tak rozpouštědlo je třeba před následným zpracováním pryskyřice zcela odstranit, aby bylo dosaženo vysokých užitných vlastností.

KOMERČNÍ Polyetherimidy

Poly(ether)imidové (PEI) pryskyřice vyrábí společnost SABIC pod obchodním názvem ULTEM v důsledku akvizice divize General Electric Plastics v roce 2007. Pryskyřice PEI vyrábí také společnost Dupont a prodávají se pod obchodním názvem Kapton. Pryskyřice jsou k dispozici v průhledných a neprůhledných barvách na zakázku a také plněné sklem. Nejběžnější polyimidy se syntetizují z pyromelitického dianhydridu a 4,4-diaminofenyletheru nebo podobných etherdiaminů (typ Kapton). Některé společnosti však vyrábějí i jiné poly(ether)imidy pro ještě vyšší tepelné, chemické a/nebo elastické požadavky.

Použití

Poly(ether)imidy jsou často vynikající volbou pro náročné aplikace v letectví a dopravě. Nacházejí také mnoho aplikací v elektronickém průmyslu a v průmyslu integrovaných obvodů, protože splňují nejnáročnější a nejpřísnější specifikace materiálů. Mezi další důležité aplikace patří pouzdra sond, rámy tiskáren digitálních karet, vinuté pružiny a kryty kabelů.

Vzhledem k jejich vysoké ceně se polyimidy a polyetherimidy obvykle používají pouze v případě, že jsou požadovány vynikající vlastnosti.

Obvyklý rozsah provozních teplot polyetherimidů je přibližně od -270 °C do + 300 °C.