Synthesis of the Ultem series polyetherimides

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Polyetherimides (PEIs) are a class of structural polymers with the most successful combination of such essential properties for practical applications as high heat resistance, thermal stability, ultimate tensile strength, elastic modulus, good dielectric properties, and high chemical and radiation resistance. However, along with these advantages, PEIs are compounds with high softening and melting points, which complicates their processing into products. In recent decades, specialists have found numerous ways to decrease the glass transition temperature by increasing the flexibility of the main polymer chain. To this end, functional groups with a higher degree of rotation, such as isopropylidene, hexafluoroisopropylidene, 1,2-dichloroethylene, and other substituents, are introduced into the main polymer chain. Polyetherimide, whose precursors are 3(4)-nitrophthalic anhydride, m-phenylenediamine, and bisphenol A, was first produced by General Electric under the Ultem brand name and is currently believed to be one of the best-known engineering thermoplastics. In particular, two synthetic methods can be used to obtain such polyetherimides. The first technique uses a cyclization of poly(amidocarboxylic acid), which is obtained by the polycondensation of dianhydride of 2,2-bis-[4-(3,4-dicarboxyphenoxy)phenyl]propane and m-phenylenediamine. The second technique uses the polynitro substitution of 1,3-bis[N-(3-nitrophthalimido)]benzene and the dynatrium salt of bisphenol A. To date, the Russian scientific literature lacks reviews with detailed descriptions of known methods for the preparation of Ultem series polyetherimides. The present review generalizes and systematizes the available literature data regarding the synthesis of the Ultem series PEIs. In addition, this study describes preparation methods of soluble thermoplastic polyetherimides of this series, available synthesis methods of initial monomers with reaction yields, and physical characteristics of such polymers.

About the authors

A. A. Chayka

Irkutsk National Research Technical University

Email: caa@ex.istu.edu

N. S. Shaglaeva

Irkutsk National Research Technical University

Email: shaglaevans@yandex.ru

G. V. Bozhenkov

Irkutsk National Research Technical University

Email: georgiy@bozhenkov.ru

V. V. Bayandin

Irkutsk National Research Technical University

Email: bayandinvv@yandex.ru

E. V. Rudyakova

Irkutsk National Research Technical University

Email: rudlenka@list.ru

Yu. N. Ivanov

Irkutsk National Research Technical University

Email: iv_yuriy@istu.edu

References

  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.. Структура и релаксационные свойства полиэфирамидоксилот в процессе их имидизации // Высокомолекулярные соединения. 1972. Т. 14. N 10 С. 2166–2173.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).