Технические решения для промышленности
Закрыть
Технические решения для промышленности
Технологии

Разновидности инженерных пластиков. Полиамид-имид (PAI). Часть 2

16 мая 2020
Разновидности инженерных пластиков. Полиамид-имид (PAI). Часть 2

Сначала рассмотрим ещё один популярный метод синтеза коммерческих PAI, который использует так называемый изоцианатный путь. Это основной путь к полиамидным имидам, которые затем используются в качестве проволочных эмалей или волокон. Эта химия PAI включает реакцию диизоцианата, часто 4,4 'метилендифенилдиизоцианата (MDI), с тримеллитовым ангидридом (TMA). Чтобы преодолеть более низкую реакционную способность функциональных групп карбоновой кислоты в ТМА по сравнению с хлорангидридом кислоты по предыдущему пути, используют высокореактивный MDI. Вода, как остаточная примесь в растворителе, или спирт или даже выделение карбоновой кислоты из ТМА, часто упоминаются в качестве источника водорода. Предполагается, что одним из предложенных механизмов является образование карбаминовой кислоты с водой. Реакция карбаминовой кислоты с ангидридом образует смешанный ангидрид н-ацетилированной карбаминовой кислоты и карбоновой кислоты. Этот смешанный ангидрид декарбоксилат с образованием аминовой кислоты, что приводит к выделению молекул углекислого газа.

Считается, что циклизации имидного кольца способствует ацилирование кислоты другой изоцианатной группой с образованием реакционноспособного смешанного ангидрида. Амидный азот может затем легко циклизоваться путем реакции с активированным карбонилом смешанного ангидрида с выделением карбаминовой кислоты. Эта нестабильная карбаминовая кислота затем может свободно реагировать с другим ангидридом или разлагаться до амина с сопутствующим выделением диоксида углерода. Комбинируя реакции, можно увидеть, что изоцианат может в конечном итоге оказаться в виде амина в присутствии воды. Монокислотная функциональность ТМА непосредственно взаимодействует с изоцианатной функциональностью с образованием смешанного ангидрида, снова восстанавливаясь до амидной связи с выделением молекулы СО2. В химии изоцианатов может происходить много непреднамеренных побочных реакций. Амин, образованный из нестабильной карбаминовой кислоты, может реагировать с изоцианатом, образуя мочевину. Эта вторичная азотная мочевина или любой другой амидный азот может дополнительно реагировать с другим изоцианатом, образуя поперечную связь в этой новой биуретовой функциональной группе.

Разновидности инженерных пластиков. Полиамид-имид (PAI). Часть 2

Амин также может реагировать с ангидридом на ТМА, образуя аминовую кислоту. И, в зависимости от температуры, изоцианат может вступать в реакцию с самим растворителем. Все эти побочные реакции и их влияние на стехиометрию должны быть полностью поняты и контролироваться. Коммерчески изоцианатный процесс также проводят в диполярном апротонном растворителе, обычно NMP. Маршрут изоцианата проводится при более высоких температурах для выделения газов CO2 и ускорения реакций имидизации. Температура реакции повышается с течением времени, чтобы стимулировать все различные реакции, показанные выше. Один типичный метод запускает реакцию при +80 °С с повышением температуры со скоростью от 30 ° С / час до +200 °С в течение 4 часов. Здесь максимальное выделение CO2 происходит в диапазоне от 120 до 130 ° C, при этом больше нет признаков присутствия изоцианатных функциональных групп. Полиамид-имид, полученный в конце этого процесса, представляет собой полностью имидированный полимер с высокой молекулярной массой в растворителе без побочных продуктов конденсации, поскольку газообразный диоксид углерода легко удаляется. Эта удобная форма делает его особенно выгодным для производителя, где основным конечным применением является проволочная эмаль или другое нанесение покрытия.

Разновидности инженерных пластиков. Полиамид-имид (PAI). Часть 2

Таким образом, вязкость раствора контролируется стехиометрией, монофункциональными реагентами и твердыми частицами полимера. Типичный уровень содержания твердого полимера составляет от 35 до 45%, и он может быть дополнительно разбавлен поставщиком или потребителем. Раствор полимера также может быть размешан в полиамид-имидные волокна с использованием мокрого или сухого процесса. Волокна под торговым наименованием Kermel изготавливаются именно таким способом. Как следует из реакций, показанных выше, существует потенциал для многих побочных реакций. Эти сложные реакции приводят к получению полиамид-имида с потенциальными точками ветвления и слегка нерегулярной основной цепью полимера по сравнению с полиамидимидом с хлорангидридной цепью. Все возможные реакции зависят от многих параметров, включая растворитель, концентрацию мономера, чистоту реагентов, содержание воды и температурный профиль реакции. Из-за слегка нерегулярной основной цепи и разветвления, которые снижают термостабильность, PAI на основе изоцианата не обнаруживаются в обрабатываемых PAI соединениях в расплаве. Другая причина заключается в том, что MDI часто является предпочтительным диизоцианатом. Метиленовый фрагмент нестабилен при температурах обработки в расплаве, что приводит к образованию сшитого материала, который не обладает хорошей текучестью. В случае с хлорангидридом для литья под давлением используются другие диамины без метиленовых углеродов, такие как ODA.

Другие методы прямого синтеза полиамид-имида также известны и упоминаются в специальной литературе, но коммерчески не практикуются. Один пример включает образование дикислоты, содержащей внутренние диимидные группы, по реакции ТМА и диамина. Затем амидную связь конденсируют на второй стадии в той же емкости с дополнительным диамином, используя пиридин, трифенилфосфит и хлорид лития в NMP. Эту амидную конденсацию также можно завершить добавлением комплекса тионилхлорид / NMP к дикислоте в присутствии акцептора кислоты. Альтернативные способы используют диизоцианат, такой как MDI, для реакции с дикислотой димидом. Эта определенная архитектура позволяет синтезировать микроструктурированные полимеры, которые могут быть использованы в мембранных и других специальных применениях. Большинство коммерческих PAI, включая семейство Torlon, имеют температуры стеклования в диапазоне от +275 до +280 °C. Более низкие и более высокие температуры стеклования возможны путем изменения структуры диамина или диизоцианата. Включение более гибких звеньев, таких как мономеры с эфирными связями, снизит температуру стеклования Tg, в то время как более жесткие звенья, такие как диаминодифенилсульфон, увеличат ее.

Разновидности инженерных пластиков. Полиамид-имид (PAI). Часть 2

Полиамид-имиды обладают выдающимися свойствами. При этом они коммерчески доступны во многих различных формах. Марки, составленные из полиамид-имида и торлона, могут быть обработаны путем литья под давлением и экструзии в сложные детали и стандартные формы и геометрии. Покрытия и адгезивы могут быть составлены с использованием порошков полиамида-имида Torlon. Альтернативно, растворы полиамид-имида, полученные с помощью изоцианатного процесса, могут быть использованы непосредственно в покрытиях, таких как проволочные эмали и другие промышленные покрытия. Из-за своих свойств полиамидо-имидные порошки могут использоваться в качестве упрочняющей, износостойкой, высокопрочной добавки в других термопластичных и фторполимерных деталях и системах. Отдельные детали могут быть легко обработаны из брусков, полученных литьем под давлением, или брусков под давлением, или из экструдированного стержня и пластины. Полиамид-имиды из-за их высокой относительной стоимости по сравнению с обычными конструкционными пластиками, такими как нейлон и поликарбонат, используются, когда условия применения позволяют реализовать преимущества в свойствах этих материалов и когда не хватает других полимерных материалов. В дополнение к этому они имеют большое отношение прочности к весу, и полиамидо-имидные соединения часто используются для замены металлов. Некоторые из уникальных областей, где используются полиамид-имиды, будут описаны в следующих частях.

Разновидности инженерных пластиков. Полиамид-имид (PAI). Часть 2

Для получения более полной информации, надо обратиться к нашим специалистам по телефону
+7 (495) 268-0242, или почте info@nomitech.ru, они окажут помощь в подборе необходимого оборудования, которое будет соответствовать вашим требованиям как в части технических характеристик, так и в ценовом плане.

комментарии
Комментариев нет

Прежде, чем Вы сможете добавить свой комментарий, он будет проверен администратором.
вернуться назад