Разновидности инженерных пластиков. Термопластичный полиэфиримид (PEI). Часть 1

Ключевыми элементами при получении полиэфиримида являются реакция диамина и диангидрида с образованием амидокислотного полимера посредством раскрытия кольца ангидрида путем нуклеофильной атаки диамина. Затем полиамидную кислоту превращают в полиимид путем удаления воды. Эти полимеризации обычно проводят в высококипящих полярных растворителях для растворения мономеров и поддержания полиамидной кислоты в растворе. Нагревание часто используется для удаления воды и образования полиимида. В некоторых случаях могут использоваться другие средства обезвоживания. В большинстве случаев конечный полиимид представляет собой трудно поддающийся обработке материал, который очень трудно формовать. Традиционные полиимиды обычно получают в растворе в качестве предшественника амидной кислоты. Часто раствор полиамидокислоты или раствор, который только частично имидизирован, используется для изготовления пленки, ламината или других форм. Полиамидная кислота затем нагревается во время (или после) процесса формования для удаления растворителя и воды с образованием конечного полиимида. Это усложняет процесс формования, который требует химической реакции удаления воды, помимо удаления растворителя.

Эти дополнительные требования могут быть учтены при простых операциях, например, при отливке тонкой пленки, где присутствует большая площадь поверхности, что способствует удалению растворителя и воды. Однако сделать более сложные формы трудно. Хорошо известные полиимиды на основе пиромеллитового диангидрида (PMDA) и оксидианилина (ODA) и бифенилдиангидридный (BPDA) полимер с оксидианилином производятся с использованием вариаций амидной кислоты. Полиимиды каптонного типа имеют термические переходы между +360 и +410 °C. Марка Upilex R имеет температуру стеклования Tg около +285 °C. Смола Upilex S представляет собой кристаллический полиимид, изготовленный из BPDA и парафенилендиамина (PPD). Он имеет очень высокий модуль с Tg более +500 °C. Хотя эти жесткие полиимиды обладают хорошими свойствами, после их имидирования их нелегко расплавить или переформировать. Простые заготовки могут быть изготовлены путем спекания полиимидных порошков под высоким давлением. Полиимидные детали могут быть обработаны из заготовок стержней, образованных из полиимидных порошков PMDA-ODA (Vespel от DuPont) и BPDA-ODA (Upimol от Ube, Inc.). Однако эти методы не являются привлекательными, когда необходимо изготовить большое количество деталей.

Ключом к разработке действительно перерабатываемого из расплава полиимида было создание более гибких связей в основной цепи полимера. Это должно было быть сделано таким образом, чтобы полиимид сохранял другие желательные свойства (например, термостойкость, прочность, высокую температура использования и низкую воспламеняемость). Ученые из Центра корпоративных исследований и разработок General Electric достигли этого в конце 1970-х годов. Важной особенностью данного изобретения была разработка способа получения диангидридов, в частности, диангидридов на основе бисфенола-A. Это было достигнуто путем межфазного каталитического нуклеофильного ароматического замещения. Нитрогруппа была вытеснена из фталимида солью бисфенола с образованием дифункционального имидного соединения, которое, в свою очередь, было превращено в дифенгидрид бисфенол-A (BPADA). Нитрит натрия производится в качестве побочного продукта. Полиэфиримиды, полученные из этого диангидрида, обладают гораздо большей технологичностью в расплаве, чем традиционные полиимиды, и сохраняют многие (но не все) желаемые свойства. BPADA реагирует с более или менее эквимолярным количеством диамина, например, м-фенилендиамина (MPD), с получением полиамидной кислоты.

Вода удаляется при нагревании с образованием полиэфиримида (PEI). В этом случае после удаления воды и растворителя дополнительная гибкость полиимида позволяет экструдировать расплавленную смолу в нити. Нити полиэфиримида BPADA-MPD охлаждают и нарезают на гранулы, которые впоследствии можно переплавить для образования деталей или пленки. Порошок PEI может быть получен путем измельчения гранул или методом осаждения. Были разработаны специальные процессы для получения порошков PEI из мелких частиц (15 мкм). Как правило, перерабатываемые в расплаве смолы PEI имеют молекулярную массу от 20 до 50 тысяч, при этом частицы с более низкой молекулярной массой дают лучшую текучесть, а частицы с более высокой молекулярной массой обеспечивают лучшее воздействие на готовую продукцию. Молекулярную массу часто контролируют путем добавления монофункциональных ангидридов или аминов. Однако проведение полимеризации с небольшим избытком любого мономера является техникой, которая также может быть использована для контроля молекулярной массы.