ポリアミドイミド

ポリアミドイミドは、熱硬化性または熱可塑性の非晶質ポリマーで、優れた機械的、熱的、および化学的耐性を備えています。ポリアミドイミドは、マグネットワイヤの製造におけるワイヤコーティングとして広く使用されています。ポリアミドイミドは、 N-メチル-2-ピロリドン (NMP) 中のイソシアネートと TMA (トリメリク酸無水物) から製造されます。ポリアミドイミドの代表的な販売業者は、商標Torlon を使用する Solvay Specialty Polymers です。

ポリアミドイミドは、高強度、溶融加工性、^{[要説明]、}並外れた高耐熱性、幅広い耐薬品性など、ポリアミドとポリイミドの両方の特性を兼ね備えています。 ^[要出典]ポリアミドイミドポリマーは、射出成形または圧縮成形部品やインゴットから、コーティング、フィルム、繊維、接着剤まで、さまざまな形状に加工できます。通常、これらの製品は、その後の熱硬化プロセスで最大の特性を発揮します。

同じ分野における他の高性能ポリマーとしては、ポリエーテルエーテルケトンとポリイミドがあります。

現在、ポリアミドイミドを合成する一般的な商業的方法は、酸塩化物経路とイソシアネート経路です。

ポリアミドイミドの最も古い製造方法は、メチレンジアニリン (MDA) やトリメリット酸クロリド(TMAC)などの芳香族ジアミンの縮合です。無水物とジアミンの反応により、中間体のアミック酸が生成されます。酸塩化物官能基が芳香族アミンと反応してアミド結合が生じ、副産物として塩酸(HCl) が生じます。ポリアミドイミドの商業的製造では、重合はN -メチルピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAC)、ジメチルホルムアミド( DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO) などの双極性非プロトン性溶媒中、20～60 °C の温度で行われます。副産物の HCl は、その場で中和するか、沈殿したポリマーから洗浄して除去する必要があります。ポリアミドイミドポリマーをさらに熱処理すると、分子量が増加し、アミック酸基がイミドを形成し、水が発生します。

これは、ワイヤエナメルとして使用されるポリアミドイミドの主な製造方法です。ジイソシアネート、多くの場合4,4'-メチレンジフェニルジイソシアネート (MDI)をトリメリット酸無水物(TMA)と反応させます。このプロセスの最後に得られる生成物は、二酸化炭素ガス副産物が簡単に除去できるため、凝縮副産物のない高分子量の完全イミド化ポリマー溶液です。この形態は、ワイヤエナメルまたはコーティングの製造に便利です。溶液の粘度は、化学量論、単官能性試薬、およびポリマー固形分によって制御されます。一般的なポリマー固形分レベルは 35 ～ 45% ですが、サプライヤーまたはユーザーが希釈剤を使用してさらに希釈することができます。

ポリアミドイミドは、コーティングや成形品に商業的に使用されています。

主にコーティングに使用されるこの製品は粉末状で販売されており、約 50% イミド化されています。主な用途の 1 つは、マグネット ワイヤ エナメルです。マグネット ワイヤ エナメルは、PAI 粉末を N-メチル ピロリドンなどの強力な非プロトン性溶剤に溶解して作られます。希釈剤やその他の添加剤を加えると、銅またはアルミニウム導体に塗布するための適切な粘度が得られます。塗布は通常、導体をエナメルの浴槽に通し、次にダイに通してコーティングの厚さを制御します。次に、ワイヤをオーブンに通して溶剤を飛ばし、コーティングを硬化させます。ワイヤは通常、必要なコーティングの厚さになるまでこのプロセスを数回繰り返します。

PAI エナメルは耐摩耗性と耐薬品性に​​加え、耐熱性にも優れています。PAI は、より高い耐熱性を実現するために、ポリエステル ワイヤ エナメルの上によく使用されます。

PAI は、工業用途の装飾用、耐腐食性コーティングにも使用され、多くの場合、フッ素ポリマーと組み合わせて使用​​されます。PAI は、フッ素ポリマーを金属基材に接着するのに役立ちます。また、ノンスティック調理器具のコーティングにも使用されています。溶剤を使用することもできますが、水性システムもいくつか使用されています。これらは、アミドイミドに酸官能基が含まれているため可能です。

成形品に使用されるポリアミドイミドも芳香族ジアミンとトリメリット酸クロリドをベースとしていますが、ジアミンはコーティングに使用される製品に使用されるものとは異なり、ポリマーは配合およびペレット化の前により完全にイミド化されます。射出成形用の樹脂には、非強化、ガラス繊維強化、炭素繊維強化、および耐摩耗グレードがあります。これらの樹脂は比較的低分子量で販売されているため、押し出し成形または射出成形によって溶融加工できます。次に、成形品は数日間、最高 260 °C (500 °F) の温度で熱処理されます。一般にポストキュアと呼ばれるこの処理中、鎖延長によって分子量が増加し、ポリマーははるかに強くなり、耐薬品性が向上します。ポストキュアの前に、部品を再研磨して再処理することができます。ポストキュア後は、再処理は実用的ではありません。

ポリアミドイミド樹脂は吸湿性があり、周囲の湿気を吸収します。樹脂を加工する前に、脆い部品、発泡、その他の成形上の問題を回避するために乾燥が必要です。樹脂は、水分含有量が 500 ppm 以下になるまで乾燥させる必要があります。露点を -40 °F (-40 °C) に維持できる乾燥剤乾燥機が推奨されます。乾燥をパンまたはトレイで行う場合は、乾燥トレイに樹脂を 2 ～ 3 インチ (5 ～ 8 cm) 以下の層で入れます。250 °F で 24 時間、または 300 °F で 16 時間、または 350 °F で 8 時間乾燥させます。350 °F (177 °C) で乾燥させる場合は、乾燥時間を 16 時間に制限します。射出成形プレスには、乾燥剤ホッパー乾燥機が推奨されます。循環空気吸引パイプは、ホッパーの底部、できるだけ供給口の近くに設置する必要があります。

一般的に、PAI の成形には、閉ループ制御が可能なマイクロプロセッサ制御を備えた最新の往復スクリュー射出成形プレスが推奨されます。プレスには、低圧縮比の一定テーパースクリューを取り付ける必要があります。圧縮比は 1.1 から 1.5 対 1 の間で、チェック デバイスは使用しないでください。開始金型温度は次のように指定されます。^{[引用が必要]}

金型温度は 325 °F ～ 425 °F (163 °C ～ 218 °C) の範囲にする必要があります。

ポリアミドイミドは耐熱性と耐薬品性に​​優れているため、原理的には膜ベースのガス分離に適しています。天然ガス井からCO ₂、H ₂ S、その他の不純物などの汚染物質を分離することは、重要な産業プロセスです。 1000 psiaを超える圧力には、優れた機械的安定性を備えた材料が必要です。極性の高い H ₂ S 分子と分極可能な CO ₂分子はポリマー膜と強く相互作用し、高レベルの不純物による膨張と可塑化を引き起こします^[1]。 ポリアミドイミドは、ポリイミド機能から生じる強力な分子間相互作用と、アミド結合の結果としてポリマー鎖が互いに水素結合する能力により、可塑化に耐えることができます。 現在、主要な産業分離には使用されていませんが、ポリアミドイミドは化学的および機械的安定性が求められるこれらのタイプのプロセスに使用できます。

• プラスチック製自動車エンジン

• Patel, MC および Shah, AD, アミノ末端ポリオリゴミドに基づくポリ(アミド-イミド)、Oriental J. Chem、19(1)、2002
• ジェームズ・M・マーゴリス、編集長、エンジニアリングプラスチックハンドブック、ISBN 0-07-145767-4、McGraw-Hill、c2006