Poly(ether)imiden (PEI)

Properties

Poly(ether)imiden (PI, PEI) zijn hoogwaardige techniekthermoplasten van amberkleurige tot transparante kleur. Zij hebben opmerkelijke thermische, mechanische, en chemische eigenschappen en zijn vaak de beste keus voor de meest veeleisende toepassingen waar de zeer hoge mechanische sterkte in combinatie met weerstand op hoge temperatuur, corrosie, en slijtage wordt vereist. Sommige kwaliteiten hebben bijvoorbeeld een continue diensttemperatuur tot 700°F (371°C) en zijn geschikt voor kortstondige blootstelling tot 1000°F (538°C) met minimale thermische degradatie en minimaal verlies van mechanische eigenschappen. PEI’s en PI’s zijn bestand tegen de meeste chemicaliën, waaronder koolwaterstoffen, alcoholen en gehalogeneerde oplosmiddelen, en hebben een uitstekende kruipweerstand op lange termijn. In veel gevallen kunnen zij metalen en andere hoogwaardige materialen in structurele toepassingen vervangen. De elektrische eigenschappen zijn van uitstekende stabiliteit onder veranderlijke temperatuur, vochtigheid en frequentievoorwaarden.

Andere belangrijke prestatie-eigenschappen omvatten:

• Hoge treksterkte over een breed temperatuurbereik van ongeveer -270°C tot + 300°C
• Hoge druksterkte en hoge druk- en kruipweerstand
• Uitstekende weerstand tegen slijtage onder hoge druk en schuifsnelheden
• Uitstekende weerstand tegen spanningsscheuren
• Goede koude temperatuureigenschappen
• Hoge glasovergangstemperatuur tot 400°C (amorfe harsen)
• Hoge smelttemperatuur (semikristallijne harsen)
• Hoge smelttemperatuur (semikristallijne harsen)
• .kristallijne harsen)
• Uitstekende thermische-oxidatieve stabiliteit op lange termijn
• Inherent vlamvertragend
• Minimale thermische uitzetting
• Hoge stralingsbestendigheid
• Hoge zuiverheid en lage uitgassing in vacuüm
• Goede chemische bestendigheid tegen zuren, alcoholen, brandstoffen, olià “n, en gehalogeneerde oplosmiddelen
• Uitstekende elektrische isolatieeigenschappen
• Laag warmtegeleidingsvermogen
• Goede verwerkbaarheid (kan worden uitgedreven, thermoformed, spuitgiet, enz.)

Maar poly(ether)imiden hebben ook enkele beperkingen en tekortkomingen. Zij zijn bijvoorbeeld duur en vereisen hoge verwerkingstemperaturen en kunnen niet worden gebruikt boven hun glasovergangstemperatuur, tenzij na gloeien.

SYNTHESIS

Poly(ether)imiden zijn gewoonlijk infusibel en onoplosbaar door hun planaire hetero-aromatische structuur, en moeten daarom worden verwerkt via een oplosmiddelroute. Zij worden in het algemeen bereid via een tweestapsproces uit aromatische diaminen en aromatische tetracarboxyclische dianhydriden. De eerste stap van de condensatiereactie is de toevoeging van een dianhydride (pyromellietdianhydride PMDA) aan een diamine (4,4′-oxydianiline ODA), gewoonlijk bij omgevingstemperatuur of lage temperatuur in een hoogkokend dipolair aprotair oplosmiddel, zoals dimethylsulfoxide (DMSO), N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) of N,N-dimethylacetamide (DMAc). In sommige gevallen zijn echter hogere temperaturen vereist. De tweede stap is een polycyclodehydratatiereactie van het poly(aminezuur) die leidt tot het uiteindelijke polyimide met verschillende molaire massa, afhankelijk van de samenstelling.

Dit proces werd gebruikt voor de produktie van het eerste polyimide van aanzienlijk commercieel belang – Kapton – dat werd gesynthetiseerd uit pyromellietdianhydride (PMDA) en 4,4′-oxydianiline (ODA). In dit geval is R een ethergroep. R kan echter elke groep zijn.

Polyimiden met een hoog molecuulgewicht zijn ook bereid door de reactie van een diisocyanaat met een dianhydride. Ook dit is een reactie in twee stappen. De eerste stap is de toevoeging van een dianhydride aan een diisocyanaat en de tweede stap is een decarbonatiereactie die leidt tot het uiteindelijke polyimide. Deze reactie wordt uitgevoerd in aprotische oplosmiddelen.

Een grote verscheidenheid van polyimiden kan worden bereid uit een groot aantal monomeren. Zelfs subtiele variaties in de structuur van het dianhydride en het diamine hebben een aanzienlijk effect op de eigenschappen van het uiteindelijke polyimide, zoals de kristalliniteitsgraad, de glasovergangstemperatuur en het smeltpunt. Ketenstijfheid en keten-keteninteractie zijn ongetwijfeld de belangrijkste factoren, die afhangen van de verhouding en rangschikking van flexibele en starre groepen en de aanwezigheid van volumineuze zijgroepen.

De meest voorkomende poly(ether)imiden worden gesynthetiseerd uit pyromellitische dianhydride of benzofenon tetracarboxyl dianhydride en 4,4-diamino difenylether (oxy-dianiline) of methyleendianiline.

Een belangrijk nadeel van de bovengenoemde methoden is de onvermijdelijke aanwezigheid van oplosmiddel en de vorming van water of kooldioxide tijdens de condensatiereactie. Zowel de condensatieproducten als het oplosmiddel moeten vóór de nabewerking van het hars volledig worden verwijderd om hoogwaardige eigenschappen te verkrijgen.

COMMERCIËLE Polyetherimiden

Poly(ether)imide (PEI)-harsen worden geproduceerd door SABIC onder de handelsnaam ULTEM, als gevolg van de overname van de General Electric Plastics Division in 2007. PEI-harsen worden ook geproduceerd door Dupont en worden verkocht onder de handelsnaam Kapton. De harsen zijn verkrijgbaar in transparante en ondoorzichtige aangepaste kleuren, en ook met glas gevuld. De meest voorkomende polyimiden worden gesynthetiseerd uit pyromellitisch dianhydride en 4,4-diamino difenylether of soortgelijke etherdiaminen (type Kapton). Sommige bedrijven produceren echter andere poly(ether)imiden voor nog hogere warmte-, chemische, en/of elasticiteitsvereisten.

Toepassingen

Poly(ether)imiden zijn vaak een uitstekende keuze voor veeleisende toepassingen in lucht- en ruimtevaart en vervoer. Zij vinden ook vele toepassingen in de elektronische en geïntegreerde kringsindustrie omdat zij aan de meest veeleisende en strikte materiaalspecificatie voldoen. Enkele andere belangrijke toepassingen zijn sonde behuizing, digitale kaart printer frames, spiraalveren, en kabel beschermers.

Wegens hun hoge prijs, polyimiden en polyetherimiden worden meestal alleen gebruikt wanneer uitstekende eigenschappen zijn vereist.

Het typische service temperatuurbereik van polyetherimiden is ongeveer -270 ° C tot + 300 ° C.