Las poliamidas-imidas son polímeros amorfos, termoendurecibles o termoplásticos , que poseen propiedades excepcionales de resistencia mecánica, térmica y química. Las poliamidas-imidas se utilizan ampliamente como revestimientos de cables para fabricar cables magnéticos. Se preparan a partir de isocianatos y TMA (anhídrido de ácido trimélico) en N -metil-2-pirrolidona (NMP). Un distribuidor destacado de poliamidas-imidas es Solvay Specialty Polymers, que utiliza la marca comercial Torlon .
Las poliamidas-imidas presentan una combinación de propiedades de las poliamidas y poliimidas , como alta resistencia, procesabilidad en estado fundido, [ aclaración necesaria ] capacidad excepcional para soportar altas temperaturas y amplia resistencia química. [ cita requerida ] Los polímeros de poliamida-imida se pueden procesar en una amplia variedad de formas, desde piezas y lingotes moldeados por inyección o compresión hasta recubrimientos, películas, fibras y adhesivos. Generalmente, estos artículos alcanzan sus propiedades máximas con un proceso de curado térmico posterior.
Otros polímeros de alto rendimiento en este mismo ámbito son las polieteretercetonas y las poliimidas .
Los métodos comerciales actualmente populares para sintetizar poliamidas-imidas son la ruta del cloruro de ácido y la ruta del isocianato.
La primera vía para obtener poliamida-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 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 poliamida-imidas, la polimerización se lleva a cabo en un disolvente aprótico dipolar como la N - metilpirrolidona (NMP), la dimetilacetamida (DMAC), la dimetilformamida (DMF) o el dimetilsulfóxido (DMSO) a temperaturas entre 20 y 60 °C. El subproducto HCl debe neutralizarse in situ o eliminarse lavándolo del polímero precipitado. Un tratamiento térmico posterior del polímero de poliamida-imida aumenta el peso molecular y hace que los grupos de ácido ámico formen imidas con la evolución de agua.
Esta es la ruta principal para las poliamidas-imidas que se utilizan como esmaltes para cables. 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 polimérica totalmente imidizada de alto peso molecular sin subproductos de condensación, ya que el subproducto de gas de dióxido de carbono se elimina fácilmente. Esta forma es conveniente para la fabricación de esmaltes o revestimientos para cables. La viscosidad de la solución se controla mediante estequiometría, reactivos monofuncionales y sólidos poliméricos. El nivel típico de sólidos poliméricos es del 35-45% y el proveedor o el usuario pueden diluirlo aún más con diluyentes.
Las poliamidas-imidas se utilizan comercialmente para revestimientos y artículos moldeados.
El producto utilizado principalmente para revestimientos se vende en forma de polvo y está imidizado en un 50 % aproximadamente. Uno de los principales usos es como esmalte para alambres magnéticos. El esmalte para alambres magnéticos se elabora disolviendo el polvo de PAI en un disolvente fuerte y aprótico, como la N-metilpirrolidona. Se pueden añadir diluyentes y otros aditivos para proporcionar la viscosidad correcta para la aplicación al conductor de cobre o aluminio. La aplicación se realiza normalmente haciendo pasar el conductor a través de un baño de esmalte y luego a través de una matriz para controlar el espesor del revestimiento. A continuación, el alambre se pasa por un horno para eliminar el disolvente y curar el revestimiento. Por lo general, el alambre pasa por el proceso varias veces para lograr el espesor de revestimiento deseado.
El esmalte PAI es muy estable térmicamente y resistente a la abrasión y a los productos químicos. El PAI se suele utilizar sobre esmaltes de poliéster para alambre para lograr valores térmicos más elevados.
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 se utilizan en revestimientos antiadherentes para utensilios de cocina. Si bien se pueden utilizar disolventes, se utilizan algunos sistemas a base de agua. Esto es posible porque la amida-imida contiene funcionalidad ácida.
Las poliamidas-imidas utilizadas para artículos moldeados también se basan en diaminas aromáticas y cloruro de ácido trimelítico, pero las diaminas son diferentes de las que se utilizan en los productos utilizados para recubrimientos y el polímero se imidiza más completamente antes de la composición 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 con un peso molecular relativamente bajo, por lo que se pueden procesar 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 a los productos químicos. Antes del poscurado, las piezas se pueden moler y reprocesar. Después del poscurado, el reprocesamiento no es práctico.
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 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 cubetas, 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 prensas de moldeo por inyección de husillo alternativo modernas con controles de microprocesador capaces de realizar un control de bucle cerrado para el moldeo de PAI. 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 a 1, y no se debe utilizar ningún dispositivo de control. Las temperaturas iniciales del molde se especifican de la siguiente manera: [ cita requerida ]
La temperatura del molde debe estar en el rango de 325 °F a 425 °F (163 °C a 218 °C).
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 CO2 , H2S y otras impurezas de 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 CO2 polarizable pueden interactuar fuertemente con las membranas de polímero causando hinchazón y plastificación [1] debido a los altos niveles de impurezas. Las poliamidas-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 de polímero de unirse por enlaces de hidrógeno entre sí como resultado del enlace amida. Aunque actualmente no se utilizan en ninguna separación industrial importante, las poliamidas-imidas podrían utilizarse para este tipo de procesos donde se requiere estabilidad química y mecánica.