1.عوامل مضادة للتحلل المائييهدف في المقام الأول إلى منع عملية التحلل المائي لبوليمرات البوليستر.

في التطبيقات التي تستخدم بوليمرات تحتوي على روابط إسترية، مثل PBT وPET وPLA والبولي يوريثان (TPU وCPU)، تهاجم جزيئات الماء بسهولة روابط الإستر أو اليوريثان في السلسلة الجزيئية في ظل ظروف الحرارة والرطوبة العالية. يؤدي ذلك إلى تكسر السلسلة وتحللها مائيًا، وانخفاض الوزن الجزيئي للبوليمر، وبالتالي، الهشاشة والتشقق وفقدان الأداء. تُستخدم عوامل مقاومة التحلل المائي لمواجهة هذه العملية. تُقسم عوامل مقاومة التحلل المائي بشكل أساسي إلى فئتين: تفاعلية وفيزيائية. تعمل العوامل التفاعلية على إزالة مواقع بدء التحلل المائي أو نواتجه من خلال تفاعلات كيميائية، وهي الطريقة السائدة والأكثر فعالية. أما العوامل الفيزيائية، فتمنع أو تمتص الرطوبة من خلال تأثير فيزيائي.

لا تشارك مثبطات التحلل الفيزيائي في التفاعلات الكيميائية، بل تمنع اختراق الرطوبة بوسائل فيزيائية. ومن أنواعها الشائعة الزيوليت، وأكسيد الكالسيوم (CaO)، والتراب الدياتومي، والسيليانات، والشموع. تمتص الزيوليت وأكسيد الكالسيوم، من خلال بنيتهما المسامية أو تفاعلاتهما الكيميائية، الرطوبة التي يمتصها البوليمر أثناء التصنيع والاستخدام، وتحبسها، مما يحمي المواد بشكل أساسي من التلف الناتج عن كميات ضئيلة من الرطوبة قبل التصنيع (مثل قولبة الحقن والبثق)، حيث تعمل هذه المواد كمجففات. أما السيليانات والشموع، فتنتقل إلى سطح المنتج، مشكلةً حاجزًا كارهًا للماء، أو تمدد مسار اختراق الرطوبة عبر الحشوات الطبقية (مثل الطين)، مما يحمي سطح المادة بشكل أساسي.

تتفاعل مثبطات التحلل المائي التفاعلي مع مجموعات الكربوكسيل (-COOH) الموجودة في نهايات سلاسل البوليمر أو مع مجموعات الكربوكسيل المتولدة أثناء التحلل المائي، مما يعطل عملية التحلل المائي التحفيزية الذاتية ويحقق بالتالي تأثيرًا استقراريًا أساسيًا. وتشمل هذه المثبطات بشكل رئيسي مثبطات التحلل المائي من نوع الكربوديميد، والأوكسازولين، والإيبوكسي، والأزيريدين.

2. يعتبر الكربوديميد مثبط التحلل المائي التفاعلي الأكثر فائدة والأكثر استخدامًا على نطاق واسع.

تُعدّ الكربوديميدات حاليًا الفئة الأكثر استخدامًا وفعالية من عوامل منع التحلل المائي. تتفاعل هذه الكربوديميدات مع مجموعات الكربوكسيل الناتجة عن تحلل البوليمر لتكوين N-أسيل يوريا مستقر، مما يُزيل العامل الحفاز لتفاعل التحلل المائي ويوقف دورة التحفيز الذاتي. أما مشتقات الأوكسازولين، وهي فئة أخرى مهمة من عوامل منع التحلل المائي التفاعلية، فتحتوي على حلقة أوكسازولين كمجموعة وظيفية تفاعلية. تتفاعل حلقة الأوكسازولين مع كلٍ من مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل لتكوين إسترات أميد أو إسترات ثنائية، مما يُساهم في استقرار نهايات البوليمر. وتستفيد البوليمرات المُؤكسدة بالإيبوكسي من التفاعل العالي لمجموعات الإيبوكسي لتوفير الاستقرار. إذ تتفاعل مجموعات الإيبوكسي مع مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل، وحتى الأمينو، مما يُغطي هذه المجموعات التفاعلية.

جدول: مقارنة بين المواد المقاومة الشائعة للتحلل المائي التفاعلي

أنواع عوامل منع التحلل المائي	كاربوديميد	بوليمرات المجموعة الوظيفية الإيبوكسية	الأوكسازولينيدات
الآلية الأساسية	يتفاعل مع مجموعات الكربوكسيل الناتجة عن التحلل المائي لتوليد N-أسيل يوريا مستقر، وبالتالي يقطع دورة التحفيز الذاتي.	يمكن لمجموعة الإيبوكسي الخاصة بها أن تتفاعل مع مجموعات مختلفة مثل مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل والأمين.	يمكن لحلقة الأوكسازولين الخاصة بها أن تتفاعل مع مجموعات الكربوكسيل والهيدروكسيل.
المزايا الرئيسية	● مقاومة عالية للغاية للتحلل المائي، مع التأثير الأكثر أهمية.	●تعدد الوظائف: فهو يجمع بين وظائف إطالة السلسلة وإصلاح الجزيئات المتدهورة.	● تفاعل ثنائي الوظيفة، مع نطاق واسع من التطبيقات
	إن كمية الإضافة صغيرة (0.5٪ - 2.0٪)، مع تأثير ضئيل على الخصائص الجوهرية للمادة.	● يمكن أن يحسن قوة الانصهار واللزوجة	● يمكن استخدامه كعامل توافق في أنظمة معينة.
	● مستوى أمان جيد نسبياً	● توافق جيد مع البوليمرات
العيوب الرئيسية	● تكلفة مرتفعة نسبياً	●باعتباره عاملًا واحدًا مضادًا للتحلل المائي، فإن فعاليته ليست محددة مثل فعالية الكربوديميد.	● التكاليف عادة ما تكون هي الأغلى
	● يستهدف بشكل أساسي مجموعات الكربوكسيل؛ ولا يتفاعل مباشرة مع مجموعات الهيدروكسيل.	● قد تؤدي الإضافة المفرطة إلى التشابك أو التجلط.	● يفتقر إلى ميزة الكفاءة في التطبيقات العامة
التطبيقات النموذجية	● البوليستر: PBT، PET، PLA، PBAT	● إعادة تدوير البلاستيك: إصلاح البولي إيثيلين تيريفثالات المعاد تدويره، إلخ.	● بوليستر (PET، PBT)
	● البولي يوريثان: TPU، CPU (نعال الأحذية، الخراطيم، إلخ)	● بولي أميد (نايلون)	●بولي أميد
		● أنظمة البوليستر التي تتطلب زيادة السماكة في وقت واحد	● سبيكة بوليمرية (كمادة مُحسِّنة للتوافق)

 

3. يمنع الكربوديميد عملية التحلل المائي عن طريق التفاعل مع الأحماض الكربوكسيلية لتكوين هياكل أسيل يوريا.

تُظهر بوليمرات البوليستر ثباتًا ضعيفًا في الرطوبة. ففي ظل ظروف الحرارة والرطوبة العالية، تتفاعل روابط الإستر في البوليمر مع الماء، مما يؤدي إلى تكسر البنية طويلة السلسلة للجزيء الكبير وتكوين مجموعات كربوكسيل طرفية. يمكن لهذه المجموعات الطرفية أن تُؤيّن أيونات الهيدروجين، مما يُحفز تفاعل التحلل المائي مع الحمض، ويؤدي في النهاية إلى انخفاض ملحوظ في خصائص المادة المختلفة وتقصير عمرها الافتراضي بشكل كبير. تتفاعل مركبات الكربوديميد، التي تحتوي على مجموعات الكربوديميد الوظيفية (N=C=N)، مع مجموعات الكربوكسيل المتولدة أثناء التحلل المائي للبوليمر لتكوين هياكل أسيل يوريا مستقرة، مما يُقلل في الوقت نفسه من تركيز مجموعات الكربوكسيل ويمنع المزيد من التحلل المائي. وتُعد هذه المركبات من بين أكثر عوامل منع التحلل المائي شيوعًا في السوق حاليًا.

تتنوع عوامل منع التحلل المائي للكاربوديميد، ويمكن تصنيفها بشكل عام إلى نوعين: أحادي الجزيء ومتعدد الجزيئات. تحتوي مركبات الكاربوديميد أحادية الجزيء على مجموعة وظيفية واحدة فقط من الكاربوديميد، وهي مركبات صغيرة الحجم. أما مركبات الكاربوديميد متعددة الجزيئات، فتحتوي عادةً على مجموعتين وظيفيتين أو أكثر من الكاربوديميد، وتتميز بوزن جزيئي مرتفع نسبيًا، وتنتمي إلى فئة البوليمرات طويلة السلسلة.

كاربوديميد أحادي الجزيءعوامل مضادة للتحلل المائيتكون هذه المركبات سوائل أو بلورات صفراء زاهية إلى بنية اللون في درجة حرارة الغرفة. وهي قابلة للذوبان في المذيبات العضوية ولكنها غير قابلة للذوبان في الماء، وتتميز بمزايا مثل نقائها العالي وسهولة تحضيرها وفعاليتها العالية. يُعدّ (2,6-ثنائي إيزوبروبيل فينيل) كاربودي إيميد أكثر عوامل منع التحلل المائي أحادية الجزيء كاربودي إيميد شيوعًا في الأسواق.

 

تكون الكربوديميدات البوليمرية مساحيق صفراء إلى بنية اللون أو سوائل لزجة في درجة حرارة الغرفة، بكتلة جزيئية نسبية تزيد عمومًا عن 1000، بينما تُضبط الكتلة الجزيئية النسبية للأوليغومرات عند حوالي 2000. تُحضّر الكربوديميدات البوليمرية عادةً بتفاعل مونومرات ثنائي إيزوسيانات مع عوامل حفزية ومذيبات وعوامل تغطية طرفية عند درجات حرارة مناسبة. في البداية، تخضع مونومرات ثنائي إيزوسيانات لتفاعل تكثيف بوجود عامل حفزي للحصول على بوليمر أولي يحتوي على مجموعات كربوديميد متعددة ومجموعات إيزوسيانات طرفية. بعد ذلك، تتفاعل مجموعات الإيزوسيانات مع الهيدروجين النشط من عامل التغطية الطرفية للحصول على متعدد الكربوديميدات. تُحضّر متعددات الكربوديميدات النموذجية بتكثيف 2،4،6-ثلاثي إيزوبروبيل فينيل-1،5-ثنائي إيزوسيانات وتغطية طرفية باستخدام 2،6-ثنائي إيزوبروبيل فينيل أحادي إيزوسيانات.

 

4. مجالات التطبيق النموذجية للكاربوديميد

يُعد البولي إيثيلين تيريفثالات (PET) أكثر أنواع البوليستر شيوعًا، ويتميز بخصائص ميكانيكية ممتازة، وثبات أبعاده، ومقاومته الكيميائية، وخصائصه البصرية، ويُستخدم على نطاق واسع في مجالات الزراعة والصناعة والبناء والطب والسيارات. يُنتج البولي إيثيلين تيريفثالات من خلال بلمرة تكثيف حمض التريفثاليك (PTA) مع الإيثيلين جليكول؛ وتكون روابط الإستر فيه شديدة الحساسية للتحلل المائي، مما يؤدي إلى انخفاض لزوجة البوليمر وتدهور أدائه بشكل كبير. يُحدّ التحلل المائي للبولي إيثيلين تيريفثالات من استخدام منتجاته النهائية في البيئات ذات درجات الحرارة العالية أو الرطبة أو الخارجية. وقد أظهرت الأبحاث ذات الصلة أن إضافة عوامل مضادة للتحلل المائي أحادية الجزيء إلى الخلطة الرئيسية للبولي إيثيلين تيريفثالات لتحضير عينات الأغشية يُحسّن مقاومة الحرارة، ومقاومة التقادم الحراري الرطب، والاستطالة عند الكسر لمنتجات الأغشية. ويُظهر الكربوديميد العطري أداءً جيدًا بشكل خاص في مقاومة التحلل المائي.

تعتمد عملية تصنيع البولي يوريثان على استخدام مجموعة واسعة من المونومرات، وتتيح التحكم في التفاعلات، وتوفر مزايا عديدة كالقوة العالية، ومقاومة التآكل، ومقاومة درجات الحرارة المرتفعة، وسهولة التصنيع. ويُستخدم على نطاق واسع في المواد اللاصقة، والطلاءات، والمطاط الصناعي، والبلاستيك الرغوي، والألياف الاصطناعية. يُحضّر البولي يوريثان من نوع البوليستر من بوليولات البوليستر قليلة الوحدات، والتي تحتوي على العديد من روابط الإستر في سلاسلها الجزيئية، مما يؤدي إلى ضعف مقاومتها للتحلل المائي. تتميز عوامل الكربوديميد المضادة للتحلل المائي بتأثيرات سلبية طفيفة على عملية تصنيع البولي يوريثان، ويمكن إضافتها إلى بوليول البوليستر أثناء عملية التصنيع. علاوة على ذلك، تحتوي الكربوديميدات البوليمرية المُحضّرة بتكثيف الإيزوسيانات على مجموعات طرفية -N=C=O، مما يُمكّنها من المشاركة في التفاعل لتحضير بولي يوريثان مقاوم للتحلل المائي. كما يمكن إضافة الكربوديميدات أثناء مزج البولي يوريثان. وقد أظهرت الدراسات ذات الصلة أن إضافة الكربوديميدات يمكن أن تخفض قيمة الحموضة الأولية لبوليول البوليستر، وتمنع تحلل البوليستر، وتحسن بشكل فعال مقاومة التحلل المائي لـ TPU.

تتميز البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي والمصنوعة من البوليستر، مثل بولي بوتيلين أسيتات (PBAT) وحمض البولي لاكتيك (PLA) وحمض البولي جليكوليك (PGA)، بتوافق حيوي ممتاز، وقابلية عالية للتحلل الحيوي، وأمان، وعدم سمية، وخصائص فيزيائية وميكانيكية جيدة، مما يجعلها واعدة للغاية في الأجهزة الطبية ومواد التعبئة والتغليف والزراعة. مع ذلك، تعاني هذه المواد القابلة للتحلل الحيوي من ضعف استقرارها المائي والحراري، حيث تتحلل بسهولة أثناء التصنيع والتخزين والاستخدام، مما يؤدي إلى تدهور أدائها وعدم بلوغها عمرها الافتراضي المتوقع. يمكن أن يخضع الكربوديميد لتفاعل تغطية مع مجموعات الكربوكسيل الطرفية في السلاسل الجزيئية لـ PBAT وPLA وPGA لتكوين بنية أسيل يوريا مستقرة نسبيًا، مما يثبط التحلل المائي ويحسن الاستقرار الحراري في آن واحد.

يُعدّ ثنائي أيزوسيانات ثنائي فينيل ميثان (MDI) المُعدَّل بالكاربوديميد (المعروف أيضًا باسم MDI السائل) أحد المنتجات الرئيسية المُعدَّلة لثنائي أيزوسيانات ثنائي فينيل ميثان (MDI). ويتم إنتاجه من خلال تفاعل تكثيف MDI بوجود عامل حفاز لتوليد مجموعات الكاربوديميد. يتميز ثنائي أيزوسيانات ثنائي فينيل ميثان (MDI) المُعدَّل بالكاربوديميد بكونه سائلاً في درجة حرارة الغرفة، وسهل التخزين، وله فترة صلاحية طويلة. كما أنه يُحسِّن بشكل ملحوظ مقاومة مواد البولي يوريثان للتحلل المائي.

إذا كنت ترغب في معرفة المزيد عن منتجات مضادات التحلل المائي، فلا تتردد فياتصل بنا.