Полиэфиримид (ПЭИ)

Сокращенные и другие названия: ПЭИ, PEI, Ultem(Ультем), Polyetherimide, Полиэфиримид, Susta PEI (Суста ПЭИ), PEI 1000

Тип полимеры: аморфный термопластик

Полиэфиримид – представляет собой аморфный полимер,прозрачный с янтарным оттенком, термостойкий и обладает отличными электрическими свойствами, негорюч.

Полиэфиримиды являются поликонденсационными полимерами.

Общая структурная формула

Свойства полиэфиримидов

• температура стеклования 217 ℃;

• аморфная плотность при 25 ℃ принимает значение 1,27 г/см3;

• выдерживает температурный интервал от - 700 ℃ до +1800 ℃;

• растекается при напряжении в хлорированных растворителях;

• выдерживает высокие температуры со стабильными электрическими свойствами в широком диапазоне частот;

• химически устойчив к воздействию кислот, спиртов, углеводородных растворителей;

• высокое соотношение прочности и веса;

• уровень выбросов дыма;

• обладает превосходными пластичными свойствами.

Но ПЭИ достаточно дорогой материал, поэтому его применение уместно только в исключительных случаях. Также существенным недостатком его является растрескивание под напряжением при воздействии на него полярным хлорированным растворителем. Помимо прочего, материалу необходима длительная сушка перед обработкой и горячая форма при литье под давлением.

Получение полиэфиримидов возможно проводить при наличии реакций циклизации и ароматического нуклеофильного нитрозамещения. Именно эти процессы определяют два основных способа получения рассматриваемого материала. Первый метод включает в себя, как правило, реакцию ароматического нуклеофильного нитрозамещения, а далее – реакцию циклизации. Иными словами, данный вариант можно назвать полициклоконденсацией. Также для осуществления второго метода получения полимера сначала проводится реакция циклизации (с получением имидных циклов), а потом осуществляется реакция ароматического нуклеофильного нитрозамещения. Данный вариант именуется полинитрозамещением.

Полиэфиримиды возможно получать путем проведения поликонденсации триметиллитового ангидрида, ароматического диамина и полиэфира. Реакция получения триметиллитового ангидрида:

В качестве диамина может выступать как диаминодифенилметан, так и диаминодифенилоксид. Диамин взаимодействует с двумя молекулами триметиллитового ангидрида с получением диимида:

За счет наличия у полиэфира концевых первичных гидроксигрупп диимид реагирует с полиэфиром терефталевой кислоты. Упрощая формулу полиэфира, получим:

где R – остаток полиэфира, который содержит вторичные гидроциклы. Продукт реакции диимида с двумя молекулами полиэфира выглядит следующим образом:

Последующая реакция приводит к образованию полиэфиримида. Участки, образованные полиэфирными молекулами, чередуются в нем с участками, образованными диимидом. Если число карбоксилов диимида соответствует числу первичных гидроксилов в полиэфирах, то в полимере относительно правильно чередуются структурные участки. При избытке первичных гидроксильных групп образуются более длинные полиэфирные участки. Из-за этого молекула полиэфиримида становится нерегулярной, что свойственно сополимерам.

Эмаль на основе полиэфиримидов получают путем введения в раствор полиэфира в крезоле, который имеет температуру около 200 ℃, диимида. Перемешивание ведется в течение 5 – 6 часов.

Также можно в крезольный раствор полиэфира раздельно добавлять триметиллитовый ангидрид и диамин. Концентрация их соответственно должна составлять 2: 1 в мольном соотношении. При температуре от 180 до 200 ℃ в растворе крезола идет реакция имидирования, а также полиэтирификации.

Некоторые полиэфиримиды возможно получать поликонденсацией в расплаве. Отметим, что с точки зрения экономики и экологии данный вариант наиболее перспективен. Помимо прочего, нет необходимости прибегать к использованию трудноудаляемого из полимерного соединения растворителя – фенольного или амидного типа. По такой технологии получения ПЭИ возможно осуществлять из смеси исходных соединений с применением определенных катализаторов или же без них, а также при предварительной реакции между мономерами. В последнем варианте получается достаточно сложная композиция, которая состоит преимущественно из олигомеров полиэфирамидокислоты. Взаимодействие мономеров осуществляется в инертных низкокипящих растворителях, например, хлороформе, воде, метиленхлориде или 1,2-дихлорэтане.

Также существует метод получения ПЭИ непрерывным методом в экструдере. Исходные соединения последовательно проходят несколько зон для предварительного нагрева. Циклизационная вода постоянно удаляется из экструдера через специальные отверстия. На выходе из экструдераполимер имеет форму гранул или пленки.

Известны производители ПЭИ как в России, так и за рубежом. К основным относятся «ХИМСНАБ-СПБ», «ВИНК», «САБИК Инновейтив Пластикс Рус (SABIC Innovative Plastics)», «Oxford Polymers» и «CAN-TOUCH»

Последняя компания производит полиэфиримид под названием Ultem 9085, Uitem 1010 по технологии 3D-печати.

Технологические характеристики марок ПЭИ

Данные полимеры относятся к жаропрочным пластикам, применяются в тех случаях, где важным свойством материала является высокая удельная прочность и низкий индекс FST (воспламенение, дым, токсичность).

Ultem 9085, Ultem 1010 возможно использовать в транспортном машиностроении, оборотных комплексах, инструментальном производстве, пищевой промышленности, медицинской промышленности.

Компанией «Элкаб Урал» на потребительский рынок поставляются провода обмоточные для производства погружных насосов марок ПЭИ-200 и ПЭИ-200М.

На рынке внутри России также представлены варианты ПЭИ в виде продуктов компании «Plastics GROUP» PEI GF 30 – модификация ПЭИ с добавкой 30% стекловолокна, за счет чего повышается жесткость и стабильность размеров; PEI – аморфный термопласт, который относится к высокотемпературным пластикам, обладает высокой жесткостью и прочностью.

Спектр применения рассмотренного материала достаточно широк. Так, из ПЭИ получают профили, листы, трубы, изоляцию проводов и пленки. Как отмечалось выше, ПЭИ возможно применять в качестве деталей медицинских приборов (контейнеры для хранения лекарственных средств и препаратов, стерилизационные контейнеры, медицинские инструменты для многократной стерилизации), в производстве различных инструментов, в пищевой промышленности (формы для сладостей, посуда для микроволновых печей, варки на пару). В химической промышленности материал используется для изготовления корпусов насосов, различных клапанов, резервуаров для нагретой воды, систем теплообменного оборудования, труб. Электроника и электротехника также не обходятся без использования ПЭИ. Примерами использования выступают ламы, датчики, батареи, изоляторы высокой частоты, элементы компьютерной техники и коммутаторы.