Poli(etere)imidi (PEI)

Proprietà

Le poli(etere)imidi (PI, PEI) sono termoplastiche ingegneristiche ad alte prestazioni di colore ambrato e trasparente. Hanno proprietà termiche, meccaniche e chimiche eccezionali e sono spesso la scelta migliore per le applicazioni più esigenti in cui è richiesta una forza meccanica molto elevata in combinazione con l’alta temperatura, la corrosione e la resistenza all’usura. Per esempio, alcuni gradi hanno una temperatura di servizio continua fino a 700°F (371°C) e sono adatti all’esposizione a breve termine fino a 1000°F (538°C) con una degradazione termica minima e una perdita minima delle proprietà meccaniche. I PEI e i PI resistono alla maggior parte dei prodotti chimici compresi gli idrocarburi, gli alcoli e i solventi alogenati e hanno un’eccellente resistenza allo scorrimento a lungo termine. In molti casi, possono sostituire i metalli e altri materiali ad alte prestazioni nelle applicazioni strutturali. Le proprietà elettriche sono di eccellente stabilità in condizioni di temperatura, umidità e frequenza variabili.

Altre importanti proprietà prestazionali includono:

• Alta resistenza alla trazione in un ampio intervallo di temperatura di circa -270°C a + 300°C
• Alta resistenza alla compressione e alta pressione e resistenza al creep
• Eccellente resistenza all’usura sotto alta pressione e velocità di scorrimento
• Eccellente resistenza alla fessurazione da stress
• Buone proprietà alle basse temperature
• Alta temperatura di transizione vetrosa fino a 400°C (resine amorfe)
• Alta temperatura di fusione (resine semicristalline)
• Eccellente stabilità termico-ossidativa a lungo termine
• Intrinsecamente ritardante di fiamma
• Minima espansione termica
• Alta resistenza alle radiazioni
• Alta purezza e basso degassamento nel vuoto
• Buona resistenza chimica agli acidi, alcoli, combustibili, oli e solventi alogenati
• Eccellenti proprietà di isolamento elettrico
• Bassa conducibilità termica
• Buona lavorabilità (può essere estruso, termoformato, stampato a iniezione, ecc.)

Tuttavia, le poli(etere)imidi hanno anche alcuni limiti e difetti. Per esempio, sono costosi e richiedono alte temperature di lavorazione e non possono essere usati al di sopra della loro temperatura di transizione vetrosa, a meno che non siano post ricotti.

SINTESI

Le poli(etere)imidi sono tipicamente infusibili e insolubili a causa della loro struttura etero-aromatica planare, e quindi, devono essere lavorate attraverso una via solvente. Sono generalmente preparati con un processo a due fasi da diammine aromatiche e dianidridi tetracarbossiliche aromatiche. Il primo passo della reazione di condensazione è l’aggiunta di una dianidride (dianidride piromellitica PMDA) a una diammina (4,4′-ossidianilina ODA) di solito a temperatura ambiente o bassa in un solvente dipolare aprotico ad alta ebollizione, come il dimetilsolfossido (DMSO), N-metil-2-pirrolidone (NMP) o N,N-dimetilacetamide (DMAc). In alcuni casi, tuttavia, sono necessarie temperature più elevate. Il secondo passo è una reazione di policiclodeidratazione del poli(acido amico) che porta alla poliimmide finale con massa molare diversa a seconda della composizione.

Questo processo è stato utilizzato per produrre la prima poliimmide di significativa importanza commerciale – Kapton – che è stata sintetizzata da dianidride piromellitica (PMDA) e 4,4′-ossidianilina (ODA). In questo caso, R è un gruppo etere. Tuttavia, R può essere qualsiasi gruppo.

Le poliimmidi ad alto peso molecolare sono state anche preparate dalla reazione di un diisocianato con una dianidride. Questo processo è un’altra reazione in due fasi. Il primo passo è l’aggiunta di una dianidride a un diisocianato e il secondo passo è una reazione di decarbonatazione che porta alla poliimmide finale. Questa reazione viene effettuata in solventi aprotici.

Una grande varietà di poliimmidi può essere preparata da un gran numero di monomeri. Anche sottili variazioni nella struttura della dianidride e della diammina avranno un effetto significativo sulle proprietà della poliimmide finale, come il grado di cristallinità, la temperatura di transizione vetrosa e il punto di fusione. La rigidità della catena e l’interazione catena-catena sono senza dubbio i fattori più importanti, che dipendono dal rapporto e dalla disposizione dei gruppi flessibili e rigidi e dalla presenza di gruppi laterali ingombranti.

Le poli(etere)imidi più comuni sono sintetizzate a partire dalla dianidride piromellitica o dalla dianidride tetracarbossilica del benzofenone e dal 4,4-diamino difenil etere (ossi-dianilina) o dalla metilendianilina.

Un grande svantaggio dei metodi sopra citati è la presenza inevitabile di solvente e la formazione di acqua o anidride carbonica durante la reazione di condensazione. Sia i prodotti di condensazione che il solvente devono essere completamente rimossi prima del post-trattamento della resina per ottenere proprietà ad alte prestazioni.

Polieterimmidi COMMERCIALI

Le resine poli(etere)imide (PEI) sono prodotte da SABIC con il nome commerciale ULTEM, in seguito all’acquisizione della General Electric Plastics Division nel 2007. Le resine PEI sono prodotte anche da Dupont e sono vendute con il nome commerciale Kapton. Le resine sono disponibili in colori personalizzati trasparenti e opachi, così come riempiti di vetro. Le poliimmidi più comuni sono sintetizzate da dianidride piromellitica e 4,4-diamino difenil etere o etere-diamine simili (tipo Kapton). Tuttavia, alcune aziende producono altre poli(etere)imidi per requisiti termici, chimici e/o di elasticità ancora più elevati.

Applicazioni

Le poli(etere)imidi sono spesso una scelta eccellente per applicazioni esigenti nel settore aerospaziale e dei trasporti. Trovano anche molte applicazioni nell’industria elettronica e dei circuiti integrati perché soddisfano le specifiche dei materiali più esigenti e rigorose. Alcune altre importanti applicazioni includono l’alloggiamento della sonda, i telai delle stampanti di schede digitali, le molle elicoidali e le protezioni dei cavi.

A causa del loro prezzo elevato, le poliimmidi e le polieterimmidi sono solitamente utilizzate solo quando sono richieste proprietà eccezionali.

La gamma di temperature di servizio tipica delle polieterimmidi è di circa -270°C a + 300°C.