Poly(ether)imides (PEI)
Propriedades
Poly(ether)imides (PI, PEI) são termoplásticos de engenharia de alto desempenho de cor âmbar a transparente. Eles têm excelentes propriedades térmicas, mecânicas e químicas e são muitas vezes a melhor escolha para as aplicações mais exigentes onde a resistência mecânica muito alta em combinação com alta temperatura, corrosão e resistência ao desgaste é necessária. Por exemplo, alguns tipos têm uma temperatura de serviço contínuo de até 371°C (700°F) e são adequados para exposição de curto prazo até 538°C (1000°F) com degradação térmica mínima e perda mínima das propriedades mecânicas. Os PEI e PIs resistem à maioria dos produtos químicos, incluindo hidrocarbonetos, álcoois e solventes halogenados e têm uma excelente resistência à fluência a longo prazo. Em muitos casos, eles podem substituir metais e outros materiais de alto desempenho em aplicações estruturais. As propriedades eléctricas são de excelente estabilidade sob condições variáveis de temperatura, humidade e frequência.
Outras propriedades importantes de desempenho incluem:
- Alta resistência à tração em uma ampla faixa de temperatura de cerca de -270°C a + 300°C
- Alta resistência à compressão e alta resistência à pressão e à fluência
- Resistência excelente ao desgaste sob alta pressão e velocidades de deslizamento
- Resistência excelente à fissuração por esforço
- Bom propriedades de temperatura fria
- Alta temperatura de transição vítrea até 400°C (resinas amorfas)
- Alta temperatura de fusão (semiresinas cristalinas)
- Excelente estabilidade termo-oxidativa de longo prazo
- Inherentemente retardador de chama
- Expansão térmica mínima
- Alta resistência à radiação
- Alta pureza e baixa emissão de gases no vácuo
- Bom resistência química aos ácidos, álcoois, combustíveis, óleos e solventes halogenados
- Próprias propriedades de isolamento elétricoxcelentes
- Baixa condutividade térmica
- Bom processabilidade (pode ser extrudado, termoformado, moldado por injeção, etc.).)
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No entanto, os poli(éteres)imidas também têm algumas limitações e falhas. Por exemplo, eles são caros e requerem altas temperaturas de processamento e não podem ser usados acima de sua temperatura de transição vítrea a menos que sejam recozidos após o recozimento.
SYNTHESIS
Poly(ether)imides são tipicamente infusíveis e insolúveis devido a sua estrutura hetero-aromática planar e, portanto, têm que ser processados através de uma rota de solvente. São geralmente preparadas por um processo de duas etapas a partir de diaminas aromáticas e dianidridos tetracarboxílicos aromáticos. Os primeiros passos da reação de condensação é a adição de um dianidrido (dianidrido piromelítico PMDA) a uma diamina (4,4′-oxidianilina ODA) geralmente a temperaturas ambientes ou baixas em um solvente aprox. dipolar de alta ebulição, como o dimetil sulfóxido (DMSO), N-metil-2-pirrolidona (NMP) ou N,N-dimetilacetamida (DMAc). Em alguns casos, no entanto, são necessárias temperaturas mais elevadas. O segundo passo é uma reação de policiclodehidratação da poli(ácido amico) que leva à poliimida final com massa molar diferente dependendo da composição.
Este processo foi utilizado para produzir a primeira poliimida de importância comercial significativa – Kapton – que foi sintetizada a partir de dianidrido piromelítico (PMDA) e 4,4′-oxidianilina (ODA). Neste caso, R é um grupo de éteres. No entanto, R pode ser qualquer grupo.
Piimidas de alto peso molecular também foram preparadas pela reação de um diisocianato com um dianidrido. Este processo é outra reação em duas etapas. O primeiro passo é a adição de um dianidrido a um diisocianato e o segundo passo é uma reacção de descarbonatação que leva à poliimida final. Esta reação é realizada em solventes aprox.
Uma grande variedade de poliimidas pode ser preparada a partir de um grande número de monómeros. Mesmo variações sutis na estrutura do dianidrido e da diamina terão um efeito significativo nas propriedades da poliimida final, tais como grau de cristalinidade, temperatura de transição vítrea, e ponto de fusão. A rigidez e a interação em cadeia são sem dúvida os fatores mais importantes, que dependem da relação e disposição dos grupos flexíveis e rígidos e da presença de grupos laterais volumosos.
Os poli(éter)imidas mais comuns são sintetizados a partir de dianidrido piromelítico ou benzofenona tetracarboxílico dianidrido e 4,4-diamino éter difenílico (oxi-dianilina) ou metilenodianilina.
Uma grande desvantagem dos métodos acima é a presença inevitável de solvente e a formação de água ou dióxido de carbono durante a reação de condensação. Tanto os produtos de condensação quanto o solvente precisam ser totalmente removidos antes do pós-processamento da resina para se obter propriedades de alto desempenho.
Poliéterimidas COMERCIAIS
Resinas Poly(ether)imide (PEI) são fabricadas pela SABIC sob a marca ULTEM, como resultado da aquisição da Divisão General Electric Plastics em 2007. As resinas PEI também são produzidas pela Dupont e são vendidas sob a marca Kapton. As resinas estão disponíveis em cores personalizadas transparentes e opacas, bem como com enchimento de vidro. As poliimidas mais comuns são sintetizadas a partir de dianidrido piromelítico e éter 4,4-diamino difenil ou eterdiaminas similares (tipo Kapton). Entretanto, alguns companheiros produzem outros poli(éter)imidas para requisitos ainda mais altos de calor, químicos e/ou elasticidade.
Aplicações
Poly(ether)imides são frequentemente uma excelente escolha para aplicações exigentes na indústria aeroespacial e de transporte. Elas também encontram muitas aplicações na indústria eletrônica e de circuitos integrados porque atendem às mais exigentes e rigorosas especificações de materiais. Algumas outras aplicações importantes incluem a caixa da sonda, armações de impressoras de cartões digitais, molas helicoidais e protecções de cabos.
Por causa do seu preço elevado, as poliimidas e as polieterimidas são normalmente utilizadas apenas quando são necessárias propriedades excepcionais.
A gama de temperaturas de serviço típica das polieterimidas é de cerca de -270°C a + 300°C.