Синтез полиэфиримидов серии Ultem

Полиэфиримиды представляют собой класс конструкционных полимеров с наиболее удачным сочетанием таких важных для практического применения свойств, как высокие теплои термостойкость, прочность при разрыве и модуль упругости, хорошие диэлектрические свойства, высокая химическая и радиационная стойкость. Однако наряду с этими достоинствами полиэфиримидам присущ важный недостаток – трудность переработки этих полимеров в изделия, обусловленная их высокими температурами размягчения и плавления. В последние десятилетия найдены способы снижения температуры стеклования путем увеличения гибкости основной полимерной цепи. Для этих целей в основную полимерную цепь вводят химические группы с более высокой степенью вращения, например, изопропилиденовые, гексафторизопропилиденовые, 1,2-дихлорэтиленовые и др. Полиэфиримид, исходными веществами для которого являются 3(4)-нитрофталевый ангидрид, м-фенилендиамин и бисфенол А, впервые выпущен фирмой General Elerctric под маркой Ultem и является на данный момент одним из лучших известных инженерных термопластов. Известны два метода получения таких полиэфиримидов: циклизация полиамидокислоты, которую получают поликонденсацией диангидрида 2,2-бис-[4-(3,4-дикарбоксифенокси)фенил]пропана и мета-фенилендиамина, и реакция полинитрозамещения 1,3-бис[N-(3-нитрофталимидо)]бензола и динатриевой соли бисфенола А. На сегодняшний день в отечественной научной литературе отсутствуют обзоры с подробным описанием известных методов получения полиэфиримидов серии Ultem. В настоящем обзоре обобщены и систематизированы известные литературные данные в области синтеза полиэфиримидов серии Ultem. Описаны способы получения растворимых термопластичных полиэфиримидов серии Ultem, приведены доступные методы синтеза исходных мономеров с указанием выходов продуктов реакции и их физических характеристик.

1. Бородулин А.С., Калинников А.Н., Музыка С.С., Терешков А.Г. Полиэфиримиды для создания теплостойких полимерных композиционных материалов с высокими физико-механическими свойствами // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2019. N 11. С. 94–100. https://doi.org/10.34031/2071-7318-2019-4-11-94-100. EDN: DNSBVC.

2. Шифрина З.Б., Русанов А.Л. Ароматические полиимиды с гибкими и жесткими цепями // Успехи химии. 1996. Т. 65. N 7. С. 648–658. EDN: MOWEZR.

3. Lin B., Sundararaj U. Visualization of poly(ether imide) and polycarbonate blending in an internal mixer // Journal of Applied Polymer Science. 2004. Vol. 92, no. 2. P. 1165–1175. https://doi.org/10.1002/app.20127.

4. Johnson R.O., Burlhis H.S. Polyetherimide: a new high-performance thermoplastic resin // Journal of Polymer Science: Polymer Symposia. 2007. Vol. 70, no. 1. P. 129–143. https://doi.org/10.1002/polc.5070700111.

5. Polyakov I.V., Vaganov G.V., Yudin V.E., Smirnova N.V., Ivan’kova E.M., Popova E.N. Study of polyetherimide and its nanocomposite 3D printed samples for biomedical application // Polymer Science. Series A. 2020. Vol. 62, no. 4. P. 337–342. https://doi.org/10.1134/s0965545x20040094.

6. Cicala G., Ognibene G., Portues S., Blanc I., Rapisarda M., Pergolizzi E., et al. Comparison of Ultem 9085 used in fused deposition modelling (FDM) with polytherimide blends // Materials. 2018. Vol. 11, no. 2. P. 285. https://doi.org/10.3390/ma11020285.

7. Padovano E., Galfione M., Concialdi P., Lucco G., Badini C. Mechanical and thermal behavior of Ultem® 9085 fabricated by fused-deposition modeling // Applied Sciences. 2020. Vol. 10, no. 9. P. 3170. https://doi.org/10.3390/app10093170.

8. Zaldivar R.J., Witkin D.B., McLouth T., Patel D.N., Schmitt K., Nokes J.P. Influence of processing and orientation print effects on the mechanical and thermal behavior of 3D-printed Ultem® 9085 material // Additive Manufacturing. 2017. Vol. 13. P. 1–32. https://doi.org/10.1016/j.addma.2016.11.007.

9. White D.M., Takekoshi T., Williams F.J., Relles H.F., Donahue P.E., Klopfer H.J., et al. Polyetherimides via nitro-displacement polymerization: monomer synthesis and 13C-NMR analysis of monomers and polymers // Journal of Polymer Science: Polymer Chemistry Edition. 1981. Vol. 19, no. 7. P. 1635–1658. https://doi.org/10.1002/pol.1981.170190705.

10. Takekoshi T. Synthesis of high performance aromatic polymers via nucleophilic nitro displacement reaction // Polymer Journal. 1987. Vol. 19, no. 1. P. 191–202. https://doi.org/10.1295/polymj.19.191.

11. Коршак В.В., Русанов А.Л., Казакова Г.В., Забельников Н.С., Матвелашвили Г.С. Реакция нуклеофильного нитрозамещения в синтезе полиимидов // Высокомолекулярные соединения. 1988. Т. 30. N 9. С. 1795–1814.

12. Русанов А.Л., Такекоши Т. Реакции синтеза ароматических полимеров с использованием нитросодержащих мономеров // Успехи химии. 1991. Т. 60. N 7. C. 738–750. https://doi.org/10.1070/RC1991v060n07ABEH001106.

13. Johnson D.S., Williams F.J., Scotia N.Y. Preparation of bisphenols-A bisimides. Patent USA, no. 4048190. 1977.

14. Johnson D.S., Scotia N.Y. Method for making aromatic bis(ether dicarboxylic acid)s. Patent USA, no. 4054600. 1977.

15. Жубанов Б.А., Архипова И.А., Шалабаева И.Д., Никитина А.И., Матвеев В.А., Федотов Ю.А. Растворимые термопластичные полиэфиримиды // Высокомолекулярные соединения. 1993. Т. 35. N 2. С. 152–156.

16. Антонов А.В., Кузнецов А.А., Берендяев В.И., Лавров С.В., Гитина Р.М., Котов Б.В. Влияние условий синтеза и испытаний на термическую деструкцию полиэфиримидов // Высокомолекулярные соединения. 1994. Т. 36. N 1. С. 20–25.

17. Takekoshi T., Kochanowski J.E., Manello J.S., Webber M.J. Polyetherimides. II. High-temperature solution polymerization // Journal of Polymer Science: Polymer Symposia. 1986. Vol. 74, no. 1. P. 93–108. https://doi.org/10.1002/polc.5070740111.

18. Крижановская А.И., Антонова М.М., Яковлева В.А., Костикова Н.А., Морозова О.Т. Способ получения N-метил-4-нитрофталимида с использованием 65%-ной азотной кислоты // Химия и технология органических веществ. 2022. Т. 21. N 1. C. 4–11. EDN: DOVTWS.

19. Vasilevskaya T.N., Yakovleva O.D., Kobrin V.S. A convenient method of N-methylphthalimide synthesis // Synthetic Communications. 1995. Vol. 25, no. 16. P. 2463–2465. https://doi.org/10.1080/00397919508015451.

20. Williams F.J., Scotia N.Y. Process for separating N-methyl-4-nitrophthalimides. Patent USA, no. 3923828. 1974.

21. Пат. N 674677, СССР, C08G 73/16, C08G 73/10. Способ получения полиэфиримидов / T. Такекоси, Д.Э. Кочановский; заявитель и патентообладатель иностранная фирма «Дженерал Электрик Компани» (США). Заявл. 10.07.1974; опубл. 15.07.1979. Бюл. N 26.

22. Гофман И.В., Мелешко Т.К., Богорад Н.Н., Склизкова В.П., Кудрявцев В.В. Долговременная стабильность физико-механических свойств пленок термостойких полиимидов // Высокомолекулярные соединения. 2004. Т. 46. N 7. С. 1176–1184.

23. Адрова Н.А., Артюхов А.И., Баклагина Ю.Г., Борисова Т.И., Котон М.М., Кувшинский Е.В. [и др.]. Структура и релаксационные свойства полиэфирамидоксилот в процессе их имидизации // Высокомолекулярные соединения. 1972. Т. 14. N 10 С. 2166–2173.