Hispanopedia WikiLas poliamida-imidas son polímeros amorfos, termoestables o termoplásticos , que poseen excepcionales propiedades mecánicas, térmicas y de resistencia química. Se utilizan ampliamente como recubrimientos para la fabricación de alambre magnético . Se preparan a partir de isocianatos y TMA (anhídrido trimélico) en N -metil-2-pirrolidona (NMP). Un distribuidor destacado de poliamida-imidas es Solvay Specialty Polymers, que utiliza la marca registrada Torlon .
Las poliamida-imidas presentan una combinación de propiedades de las poliamidas y las poliimidas , como alta resistencia, procesabilidad en estado fundido, excepcional capacidad térmica y amplia resistencia química. Los polímeros de poliamida-imida pueden procesarse en una gran variedad de formas, desde piezas y lingotes moldeados por inyección o compresión, hasta recubrimientos, películas, fibras y adhesivos. Generalmente, estos materiales alcanzan sus propiedades máximas tras un proceso de curado térmico.
Otros polímeros de alto rendimiento en este mismo ámbito son las polieteretercetonas y las poliimidas .
Química
Los métodos comerciales más populares actualmente para sintetizar poliamida-imidas son la ruta del cloruro ácido y la ruta del isocianato.
Ruta del cloruro ácido
La ruta más antigua para la obtención de poliamidaimidas es la condensación de una diamina aromática, como la metilendianilina (MDA), y cloruro de ácido trimelítico (TMAC). La reacción del anhídrido con la diamina produce un ácido amídico intermedio. La funcionalidad del cloruro de ácido reacciona con la amina aromática para dar el enlace amida y ácido clorhídrico (HCl) como subproducto. En la preparación comercial de poliamidaimidas, la polimerización se lleva a cabo en un disolvente dipolar aprótico como la N - metilpirrolidona (NMP), la dimetilacetamida (DMAC), la dimetilformamida (DMF) o el dimetilsulfóxido (DMSO) a temperaturas entre 20 y 60 °C (68 y 140 °F) . El subproducto HCl debe neutralizarse in situ o eliminarse mediante lavado del polímero precipitado. Un tratamiento térmico posterior del polímero de poliamidaimida aumenta el peso molecular y provoca que los grupos de ácido amídico formen imidas con desprendimiento de agua.
Ruta del diisocianato
Esta es la ruta principal para la obtención de poliamida-imidas, utilizadas como esmaltes para alambres. Un diisocianato, frecuentemente 4,4'-metilendifenildiisocianato (MDI) , reacciona con anhídrido trimelítico (TMA). El producto final es una solución polimérica de alto peso molecular, completamente imidizada y sin subproductos de condensación, ya que el dióxido de carbono se elimina fácilmente. Esta formulación resulta conveniente para la fabricación de esmaltes o recubrimientos para alambres. La viscosidad de la solución se controla mediante la estequiometría , los reactivos monofuncionales y la concentración de sólidos poliméricos. El nivel típico de sólidos poliméricos es del 35-45%, y el proveedor o el usuario pueden diluirla aún más con diluyentes.
Fabricación
Las poliamida-imidas se utilizan comercialmente para recubrimientos y artículos moldeados.
Recubrimientos
El producto, utilizado principalmente para recubrimientos, se vende en polvo y tiene aproximadamente un 50 % de imidización. Uno de sus principales usos es como esmalte para alambre magneto. Este esmalte se obtiene disolviendo el polvo de PAI en un disolvente fuerte y aprótico, como la N-metilpirrolidona. Se pueden añadir diluyentes y otros aditivos para lograr la viscosidad adecuada para su aplicación al conductor de cobre o aluminio. La aplicación se realiza normalmente pasando el conductor a través de un baño de esmalte y luego a través de una matriz para controlar el espesor del recubrimiento. Posteriormente, el alambre se introduce en un horno para eliminar el disolvente y curar el recubrimiento. Generalmente, el alambre se somete a este proceso varias veces para lograr el espesor de recubrimiento deseado.
El esmalte PAI es muy estable térmicamente, además de resistente a la abrasión y a los productos químicos. El PAI se suele utilizar sobre esmaltes de poliéster para lograr una mayor resistencia térmica.
El PAI también se utiliza en recubrimientos decorativos y resistentes a la corrosión para usos industriales, a menudo en combinación con fluoropolímeros . El PAI facilita la adhesión del fluoropolímero al sustrato metálico. Asimismo, se emplea en recubrimientos antiadherentes para utensilios de cocina. Si bien se pueden utilizar disolventes, algunos sistemas son de base acuosa. Esto es posible gracias a que la amida-imida contiene grupos funcionales ácidos.
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 para recubrimientos y el polímero se imidiza más completamente antes de la composición y la peletización. Las resinas para moldeo por inyección incluyen grados sin refuerzo, reforzados con fibra de vidrio, reforzados con fibra de carbono y resistentes al desgaste. Estas resinas se venden con un peso molecular relativamente bajo para que puedan procesarse por fusión mediante extrusión o moldeo por inyección. Los artículos moldeados se someten luego a un tratamiento térmico durante varios días a temperaturas de hasta 260 °C (500 °F) . Durante este tratamiento, comúnmente denominado postcurado, el peso molecular aumenta por extensión de cadena y el polímero se vuelve mucho más fuerte y químicamente resistente. Antes del postcurado, las piezas pueden ser rectificadas y reprocesadas. Después del postcurado, el reprocesamiento no es práctico.
Propiedades del PAI moldeado
Solo grados de alta resistencia
Grados de PAI resistentes al desgaste
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 piezas quebradizas, formación de espuma y otros problemas de moldeo. La resina debe secarse hasta alcanzar 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 recipientes, coloque la resina en capas de no más de 2 a 3 pulgadas (5,1 a 7,6 centímetros) de profundidad en las bandejas de secado. Seque durante 24 horas a 250 °F (121 °C) , 16 horas a 300 °F (149 °C) u 8 horas a 350 °F (177 °C) . Si el secado se realiza a 350 °F, limite el tiempo de secado a 16 horas. Para la prensa de moldeo por inyección, se recomienda un secador de tolva desecante. El tubo de aspiración de aire circulante debe estar en la base de la tolva, lo más cerca posible de la boca de alimentación.
En general, para el moldeo de PAI se recomiendan las modernas prensas de inyección de husillo alternativo con control por microprocesador y capacidad de control de bucle cerrado. La prensa debe estar equipada con un husillo de conicidad constante y baja relación de compresión. La relación de compresión debe estar entre 1,1 y 1,5:1, y no debe utilizarse ningún dispositivo de retención. Las temperaturas iniciales del molde se especifican de la siguiente manera:
La temperatura del molde debe estar en el rango de 325 a 425 °F (163 a 218 °C) .
Otras aplicaciones
La alta resistencia a la temperatura y a los productos químicos de las poliamida-imidas las hace, en principio, idóneas para la separación de gases mediante membranas. La separación de contaminantes como CO₂ , H₂S 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. Las moléculas altamente polares de H₂S y las polarizables de CO₂ pueden interactuar fuertemente con las membranas poliméricas, provocando hinchamiento y plastificación [ 1 ] debido a los altos niveles de impurezas. Las poliamida-imidas pueden resistir la plastificación gracias a las fuertes interacciones intermoleculares derivadas de las funciones 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 emplearse en este tipo de procesos donde se requiere estabilidad química y mecánica.
Véase también
Referencias
Lecturas adicionales
- Patel, MC y Shah, AD, Poli(amidas-imidas) basadas en polioligómeros con terminación amino, Oriental J. Chem , 19(1), 2002
- James M. Margolis, editor jefe, Manual de plásticos de ingeniería , ISBN 0-07-145767-4McGraw-Hill, c2006
- Termoplásticos