Poliamida-imida - Polyamide-imide
Las poliamidas-imidas son polímeros amorfos termoendurecibles o termoplásticos que tienen propiedades excepcionales de resistencia mecánica, térmica y química. Las poliamidas-imidas se utilizan ampliamente como revestimientos de alambre en la fabricación de alambre magnético. Se preparan a partir de isocianatos y TMA (anhídrido de ácido trimélico) en N-metil-2-pirrolidona (NMP). Un distribuidor destacado de poliamida-imidas es Solvay Specialty Polymers, que utiliza la marca comercial Torlon .
Las poliamidas-imidas muestran una combinación de propiedades tanto de las poliamidas como de las poliimidas , tales como alta resistencia, procesabilidad en estado fundido, capacidad excepcional de alto calor y amplia resistencia química. Los polímeros de poliamida-imida se pueden procesar en una amplia variedad de formas, desde piezas y lingotes moldeados por inyección o compresión hasta revestimientos, películas, fibras y adhesivos. Generalmente estos artículos alcanzan sus máximas propiedades con un posterior proceso de curado térmico.
Otros polímeros de alto rendimiento en este mismo ámbito son las polieteretercetonas y las poliimidas .
Química
Los métodos comerciales actualmente populares para sintetizar poliamida-imidas son la ruta del cloruro de ácido y la ruta del isocianato.
Ruta del cloruro de ácido
La ruta más temprana a las poliamidas-imidas es la condensación de una diamina aromática, como la metilendianilina (MDA) y el cloruro de ácido trimelítico (TMAC). La reacción del anhídrido con la diamina produce un ácido ámico intermedio. La funcionalidad cloruro de ácido reacciona con la amina aromática para dar el enlace amida y ácido clorhídrico (HCl) como subproducto. En la preparación comercial de poliamideimidas, la polimerización se lleva a cabo en un disolvente aprótico dipolar como N- metilpirrolidona (NMP), dimetilacetamida (DMAC), dimetilformamida (DMF) o dimetilsulfóxido (DMSO) a temperaturas entre 20-60 ° C. . El subproducto HCl debe neutralizarse in situ o eliminarse lavándolo del polímero precipitado. El tratamiento térmico adicional del polímero de poliamideimida aumenta el peso molecular y hace que los grupos de ácido ámico formen imidas con el desprendimiento de agua.
Ruta del diisocianato
Esta es la ruta principal a las poliamidas-imidas que se utilizan como esmaltes para alambres. Un diisocianato, a menudo 4,4'-metilendifenildiisocianato (MDI) , se hace reaccionar con anhídrido trimelítico (TMA). El producto obtenido al final de este proceso es una solución de polímero totalmente imidizado de alto peso molecular sin subproductos de condensación, ya que el subproducto gaseoso de dióxido de carbono se elimina fácilmente. Esta forma es conveniente para la fabricación de esmaltes o revestimientos de alambre. La viscosidad de la solución se controla mediante estequiometría, reactivos monofuncionales y sólidos poliméricos. El nivel típico de sólidos de polímero es 35-45% y el proveedor o usuario puede diluirlo más con diluyentes.
Fabricación
Las poliamidas-imidas se utilizan comercialmente para revestimientos y artículos moldeados.
Revestimientos
El producto utilizado principalmente para revestimientos se vende en forma de polvo y está imidizado aproximadamente en un 50%. Uno de los usos principales es como esmalte de alambre magnético. El esmalte de alambre magnético se fabrica disolviendo el polvo de PAI en un solvente aprótico fuerte como N-metil pirrolidona. Se pueden agregar diluyentes y otros aditivos para proporcionar la viscosidad correcta para la aplicación al conductor de cobre o aluminio. La aplicación se realiza típicamente dibujando el conductor a través de un baño de esmalte y luego a través de una matriz para controlar el espesor del revestimiento. Luego, el alambre se pasa a través de un horno para eliminar el solvente y curar el recubrimiento. El alambre generalmente se pasa por el proceso varias veces para lograr el espesor de recubrimiento deseado.
El esmalte PAI es muy estable térmicamente, así como resistente a la abrasión y a los productos químicos. El PAI se usa a menudo sobre esmaltes de alambre de poliéster para lograr índices térmicos más altos.
El PAI también se utiliza en revestimientos decorativos resistentes a la corrosión para usos industriales, a menudo junto con fluoropolímeros . El PAI ayuda a adherir el fluoropolímero al sustrato metálico. También encuentran uso en revestimientos de utensilios de cocina antiadherentes. Si bien se pueden usar solventes, se usan algunos sistemas a base de agua. Estos son posibles porque la amida-imida contiene funcionalidad ácida.
Artículos moldeados o mecanizados
Las poliamida-imidas utilizadas para artículos moldeados también se basan en diaminas aromáticas y cloruro de ácido trimelítico, pero las diaminas son diferentes de las utilizadas en los productos utilizados para revestimientos y el polímero se imita más completamente antes de la mezcla y la granulación. Las resinas para moldeo por inyección incluyen grados no reforzados, reforzados con fibra de vidrio, reforzados con fibra de carbono y resistentes al desgaste. Estas resinas se venden a un peso molecular relativamente bajo, por lo que pueden procesarse en estado fundido mediante extrusión o moldeo por inyección. A continuación, los artículos moldeados se tratan térmicamente durante varios días a temperaturas de hasta 260 ° C (500 ° F). Durante este tratamiento, comúnmente denominado poscurado, el peso molecular aumenta a través de la extensión de la cadena y el polímero se vuelve mucho más fuerte y más resistente químicamente. Antes del poscurado, las piezas se pueden rectificar y reprocesar. Después del poscurado, el reprocesamiento no es práctico.
== Propiedades del PAI moldeado ==
| Propiedad | Método de prueba | unidades | PAI moldeado |
|---|---|---|---|
| Resistencia a la tracción, Ultimate | ASTM D 638 | MPa Valor medio | 91,6 MPa |
| Módulo de tracción | ASTM D 638 | GPa Valor medio | 3,97 |
| Alargamiento a la tracción | ASTM D 638 | % | 3,15 |
| Fuerza flexible | ASTM D 790 | MPa | 133 |
| Módulo de flexión | ASTM D 638 | GPa | 4.58 |
| Fuerza compresiva | ASTM D 695 | Promedio de MPa | 132 |
| Resistencia al impacto Izod | ASTM D 256 | Promedio de J / m (ftlb / in) | 0,521 (1) |
| Temperatura de deflexión de calor a 264 psi | ASTM D 648 | ° C (° F) | 273 (523) |
| Coeficiente de expansión térmica lineal | ASTM D 696 | ppm / ° C | 37,7 |
| Resistividad de volumen | ASTM D 257 | promedio de ohmios-cm | 8.10e + 12 ohmios |
| Densidad | ASTM D 792 | g / cc | 1,48 |
| Absorción de agua, 24 horas | ASTM D 570 | % | 0,35 |
Solo grados de alta resistencia
| Propiedad | Método de prueba | unidades | PAI ordenado | 30% GF PAI | 30% CF PAI |
|---|---|---|---|---|---|
| Fuerza de Tensión | ASTM D 638 | MPa (kpsi) | 152 (22,0) | 221 (32,1) | 221 (32,0) |
| Módulo de tracción | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 4,5 (650) | 14,5 (2.110) | 16,5 (2.400) |
| Alargamiento a la tracción | ASTM D 638 | % | 7,6 | 2.3 | 1,5 |
| Fuerza flexible | ASTM D 790 | MPa (kpsi) | 241 (34,9) | 333 (48,3) | 350 (50,7) |
| Módulo de flexión | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 5,0 (730) | 11,7 (1.700) | 16,5 (2.400) |
| Fuerza compresiva | ASTM D 695 | MPa (kpsi) | 221 (32,1) | 264 (38,3) | 254 (36,9) |
| Resistencia a la cizalladura | ASTM D 732 | MPa (kpsi) | 128 (18,5) | 139 (20,1) | 119 (17,3) |
| Resistencia al impacto Izod | ASTM D 256 | J / m (ftlb / pulg) | 144 (2,7) | 80 (1,5) | 48 (0,9) |
| Resistencia al impacto Izod sin muescas | ASTM D 4812 | J / m (ftlb / pulg) | 1070 (20) | 530 (10) | 320 (6) |
| Temperatura de deflexión de calor a 264 psi | ASTM D 648 | ° C (° F) | 278 (532) | 282 (540) | 282 (540) |
| Coeficiente de expansión térmica lineal | ASTM D 696 | ppm / ° C (ppm / ° F) | 31 (17) | 16 (9) | 9 (5) |
| Resistividad de volumen | ASTM D 257 | ohm-cm | 2e17 | 2e17 | |
| Gravedad específica | ASTM D 792 | 1,42 | 1,61 | 1,48 | |
| Absorción de agua, 24 horas | ASTM D 570 | % | 0,33 | 0,24 | 0,26 |
Grados PAI resistentes al desgaste
| Propiedad | Método de prueba | unidades | 4275 | 4301 | 4435 | 4630 | 4645 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fuerza de Tensión | ASTM D 638 | MPa (kpsi) | 117 (16,9) | 113 (16,4) | 94 (13,6) | 81 (11,8) | 114 (16,6) |
| Módulo de tracción | ASTM D 638 | GPa (kpsi) | 8,8 (1.280) | 6,8 (990) | 14,5 (2.100) | 7,4 (1.080) | 18,6 (2700) |
| Alargamiento a la tracción | ASTM D 638 | % | 2.6 | 3.3 | 1.0 | 1,9 | 0,8 |
| Fuerza flexible | ASTM D 790 | MPa (kpsi) | 208 (30,2) | 215 (31,2) | 152 (22,0) | 131 (19,0) | 154 (22,4) |
| Módulo de flexión | ASTM D 790 | GPa (kpsi) | 7,3 (1,060) | 6,9 (1.000) | 14,8 (2.150) | 6,8 (990) | 12,4 (1.800) |
| Fuerza compresiva | ASTM D 695 | MPa (kpsi) | 123 (17,8) | 166 (24,1) | 138 (20,0) | 99 (14,4) | 157 (22,8) |
| Resistencia al impacto Izod, con muescas | ASTM D 256 | J / m (ft-lb / pulg) | 85 (1,6) | 64 (1,2) | 43 (0,8) | 48 (0,9) | 37 (0,7) |
| Resistencia al impacto Izod, sin muescas | ASTM D 4812 | J / m (ft-lb / pulg) | 270 (5) | 430 (8) | 210 (4) | 160 (3) | 110 (2) |
| Temperatura de deflexión térmica a 264 psi | ASTM D 648 | ° C (° F) | 280 (536) | 279 (534) | 278 (532) | 280 (536) | 281 (538) |
| Coeficiente de expansión térmica lineal | ASTM D 696 | ppm / ° C (ppm / ° F) | 25 (14) | 25 (14) | 14 (8) | 16 (9) | 9 (3) |
Moldeo por inyección
La resina de poliamida-imida es higroscópica y absorbe la humedad ambiental. Antes de procesar la resina, es necesario secarla para evitar las piezas quebradizas, la formación de espuma y otros problemas de moldeo. La resina debe secarse a un contenido de humedad de 500 ppm o menos. Se recomienda un secador desecante capaz de mantener un punto de rocío de -40 ° F (-40 ° C). Si el secado se realiza en bandejas o bandejas, coloque la resina en capas de no más de 2 a 3 pulgadas (5 a 8 cm) de profundidad en las bandejas de secado. Seque durante 24 horas a 250 ° F, o 16 horas a 300 ° F, u 8 horas a 350 ° F. Si se seca a 350 ° F (177 ° C), limite el tiempo de secado a 16 horas. Para la prensa de moldeo por inyección, se recomienda un secador de tolva desecante. La tubería de succión de aire circulante debe estar en la base de la tolva, lo más cerca posible de la garganta de alimentación.
En general, se recomiendan las modernas prensas de moldeo por inyección de tornillo alternativo con controles de microprocesador capaces de control de circuito cerrado para moldear PAI. La prensa debe estar equipada con una relación de compresión baja, tornillo cónico constante. La relación de compresión debe estar entre 1,1 y 1,5 a 1, y no se debe utilizar ningún dispositivo de control. Las temperaturas iniciales del molde se especifican de la siguiente manera:
| Zona | Temperatura, ° F | Temp, ° C |
|---|---|---|
| Zona de alimentación | 580 | 304 |
| Zona media | 620 | 327 |
| Zona delantera | 650 | 343 |
| Boquilla | 700 | 371 |
La temperatura del molde debe estar en el rango de 325 ° F a 425 ° F (163 ° C a 218 ° C).
Otras aplicaciones
La alta temperatura y la resistencia química de las poliamidas-imidas las hacen, en principio, adecuadas para separaciones de gases basadas en membranas. La separación de contaminantes como CO 2 , H 2 S y otras impurezas de los pozos de gas natural es un proceso industrial importante. Las presiones superiores a 1000 psia exigen materiales con buena estabilidad mecánica. Los altamente polares H 2 S y polarizable CO 2 moléculas pueden fuertemente interactúan con las membranas de polímero que causan la inflamación y plastificación debido a los altos niveles de impurezas. Las poliamida-imidas pueden resistir la plastificación debido a las fuertes interacciones intermoleculares que surgen de las funciones de poliimida, así como a la capacidad de las cadenas poliméricas para formar enlaces de hidrógeno entre sí como resultado del enlace amida. Aunque actualmente no se utilizan en ninguna separación industrial importante, las poliamida-imidas podrían utilizarse para este tipo de procesos en los que se requiere estabilidad química y mecánica.
Ver también
Referencias
Otras lecturas
- Patel, MC y Shah, AD, poli (amidas-imidas) basadas en polioligomidas con terminación amino terminal, Oriental J. Chem , 19 (1), 2002
- James M. Margolis, editor en jefe, Manual de plásticos de ingeniería , ISBN 0-07-145767-4 , McGraw-Hill, c2006