1.Παράγοντες κατά της υδρόλυσηςστοχεύουν κυρίως στο να εμποδίσουν τη διαδικασία υδρόλυσης των πολυεστερικών πολυμερών.

Σε εφαρμογές που χρησιμοποιούν πολυμερή που περιέχουν εστερικούς δεσμούς, όπως PBT, PET, PLA και πολυουρεθάνες (TPU, CPU), τα μόρια νερού προσβάλλουν εύκολα τους εστερικούς ή ουρεθανικούς δεσμούς στην μοριακή αλυσίδα υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υγρασίας. Αυτό οδηγεί σε θραύση και υδρόλυση της αλυσίδας, μείωση του μοριακού βάρους του πολυμερούς και, κατά συνέπεια, σε ευθραυστότητα, ρωγμές και απώλεια απόδοσης. Οι παράγοντες κατά της υδρόλυσης χρησιμοποιούνται για την εξουδετέρωση αυτής της διαδικασίας υδρόλυσης. Οι παράγοντες κατά της υδρόλυσης χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: αντιδραστικούς και φυσικούς. Οι αντιδραστικοί παράγοντες κατά της υδρόλυσης εξαλείφουν τις θέσεις έναρξης ή τα προϊόντα υδρόλυσης μέσω χημικών αντιδράσεων, αντιπροσωπεύοντας την κύρια και εξαιρετικά αποτελεσματική μέθοδο. Οι φυσικοί παράγοντες κατά της υδρόλυσης, από την άλλη πλευρά, μπλοκάρουν ή απορροφούν την υγρασία μέσω φυσικής δράσης.

Οι φυσικοί αναστολείς υδρόλυσης δεν συμμετέχουν σε χημικές αντιδράσεις, αλλά εμποδίζουν τη διείσδυση υγρασίας μέσω φυσικών μέσων. Αντιπροσωπευτικοί τύποι περιλαμβάνουν ζεόλιθους, οξείδιο του ασβεστίου (CaO), γη διατόμων, σιλάνια και κηρούς. Οι ζεόλιθοι και το οξείδιο του ασβεστίου, μέσω της πορώδους δομής τους ή των χημικών αντιδράσεών τους, απορροφούν και κλειδώνουν την υγρασία που απορροφάται από το πολυμερές κατά την επεξεργασία και τη χρήση, προστατεύοντας κυρίως τα υλικά από την υποβάθμιση λόγω ιχνοποσοτήτων υγρασίας πριν από την επεξεργασία (όπως η χύτευση με έγχυση και η εξώθηση), λειτουργώντας ουσιαστικά ως ιδιότητες "ξηραντικού". Τα σιλάνια και οι κηροί, από την άλλη πλευρά, μεταναστεύουν στην επιφάνεια του προϊόντος, σχηματίζοντας ένα υδρόφοβο φράγμα ή επεκτείνουν τη διαδρομή διείσδυσης υγρασίας μέσω στρωματοποιημένων υλικών πλήρωσης (όπως ο άργιλος), προστατεύοντας κυρίως την επιφάνεια του υλικού.

Οι αντιδραστικοί αναστολείς υδρόλυσης μπορούν να αντιδράσουν με τις καρβοξυλικές ομάδες (-COOH) στα άκρα των πολυμερικών αλυσίδων ή με καρβοξυλικές ομάδες που παράγονται κατά την υδρόλυση, διακόπτοντας την αυτοκαταλυτική διαδικασία υδρόλυσης και επιτυγχάνοντας έτσι ένα θεμελιώδες σταθεροποιητικό αποτέλεσμα. Αυτοί περιλαμβάνουν κυρίως αναστολείς υδρόλυσης καρβοδιιμιδίου, οξαζολίνης, εποξειδίου και αζιριδίνης.

2. Το καρβοδιιμίδιο είναι ο πιο πλεονεκτικός και ευρέως χρησιμοποιούμενος αναστολέας αντιδραστικής υδρόλυσης.

Τα καρβοδιιμίδια είναι σήμερα η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη και αποτελεσματική κατηγορία αντι-υδρόλυσης. Αντιδρούν με τις καρβοξυλικές ομάδες που παράγονται από την υδρόλυση του πολυμερούς για να σχηματίσουν σταθερή Ν-ακυλουρία, εξαλείφοντας έτσι τον καταλύτη για την αντίδραση υδρόλυσης και διακόπτοντας τον αυτοκαταλυτικό κύκλο. Τα παράγωγα οξαζολίνης, μια άλλη σημαντική κατηγορία αντιδραστικών αντι-υδρόλυσης, έχουν έναν δακτύλιο οξαζολίνης ως αντιδραστική λειτουργική ομάδα. Ο δακτύλιος οξαζολίνης μπορεί να αντιδράσει τόσο με καρβοξυλικές όσο και με υδροξυλικές ομάδες για να σχηματίσει εστεραμίδια ή διεστέρες, σταθεροποιώντας έτσι τα άκρα του πολυμερούς. Τα εποξειδικά λειτουργικοποιημένα πολυμερή χρησιμοποιούν την υψηλή αντιδραστικότητα των εποξειδικών ομάδων για να παρέχουν σταθεροποίηση. Οι εποξειδικές ομάδες μπορούν να αντιδράσουν με καρβοξυλικές, υδροξυλικές, ακόμη και αμινομάδες, καλύπτοντας έτσι αυτές τις αντιδραστικές ομάδες.

Πίνακας: Σύγκριση κοινών ανθεκτικών στην αντιδραστική υδρόλυση

Τύποι αντιυδρολυτικών παραγόντων	καρβοδιιμίδιο	Πολυμερή εποξειδικής λειτουργικής ομάδας	Οξαζολινίδες
Βασικός Μηχανισμός	Αντιδρά με τις καρβοξυλικές ομάδες που παράγονται από την υδρόλυση για να παράγει σταθερή Ν-ακυλουρία, διακόπτοντας έτσι τον αυτοκαταλυτικό κύκλο.	Η εποξειδική του ομάδα μπορεί να αντιδράσει με διάφορες ομάδες όπως καρβοξυλικές, υδροξυλικές και αμινομάδες.	Ο δακτύλιος οξαζολίνης του μπορεί να αντιδράσει με καρβοξυλικές και υδροξυλικές ομάδες.
Κύρια πλεονεκτήματα	●Εξαιρετικά υψηλή αντοχή στην υδρόλυση, με το πιο σημαντικό αποτέλεσμα.	●Πολυλειτουργικότητα: Συνδυάζει τις λειτουργίες της επέκτασης της αλυσίδας και της επιδιόρθωσης των υποβαθμισμένων μορίων.	● Διλειτουργική αντίδραση, με ευρύ φάσμα εφαρμογών
	Η ποσότητα προσθήκης είναι μικρή (0,5%-2,0%), με ελάχιστη επίδραση στις εγγενείς ιδιότητες του υλικού.	●Μπορεί να βελτιώσει την αντοχή και το ιξώδες τήξης	● Μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως συμβατοποιητής σε ορισμένα συστήματα.
	● Σχετικά καλή ασφάλεια	● Καλή συμβατότητα με πολυμερή
Κύρια μειονεκτήματα	● Σχετικά υψηλό κόστος	●Ως μονοθεραπεία κατά της υδρόλυσης, η αποτελεσματικότητά της δεν είναι τόσο συγκεκριμένη όσο αυτή της καρβοδιιμίδης.	● Τα έξοδα είναι συνήθως τα πιο ακριβά
	● Στοχεύει κυρίως σε καρβοξυλικές ομάδες· δεν αντιδρά άμεσα με υδροξυλικές ομάδες.	● Η υπερβολική προσθήκη μπορεί να οδηγήσει σε διασταυρούμενη σύνδεση ή ζελατινοποίηση.	● Δεν έχει πλεονέκτημα απόδοσης σε εφαρμογές γενικής χρήσης
Τυπικές εφαρμογές	● Πολυεστέρας: PBT, PET, PLA, PBAT	● Ανακύκλωση πλαστικού: Επισκευή rPET, κ.λπ.	● Πολυεστέρας (PET, PBT)
	● Πολυουρεθάνη: TPU, CPU (σόλες παπουτσιών, σωλήνες κ.λπ.)	● Πολυαμίδιο (Νάιλον)	●Πολυαμίδιο
		● Συστήματα πολυεστέρα που απαιτούν ταυτόχρονη πάχυνση	● Κράμα πολυμερούς (ως συμβατοποιητής)

 

3. Το καρβοδιιμίδιο μπλοκάρει τη διαδικασία υδρόλυσης αντιδρώντας με καρβοξυλικά οξέα για να σχηματίσει δομές ακυλουρίας.

Τα πολυεστερικά πολυμερή παρουσιάζουν κακή σταθερότητα στην υγρασία. Υπό συνθήκες υψηλής θερμοκρασίας και υγρασίας, οι εστερικοί δεσμοί στο πολυμερές αντιδρούν με το νερό, προκαλώντας τη θραύση της μακράς αλυσίδας του μακρομορίου και τη δημιουργία τελικών καρβοξυλικών ομάδων. Αυτές οι τελικές καρβοξυλικές ομάδες μπορούν να ιονίσουν ιόντα H+, καταλύοντας περαιτέρω την αντίδραση υδρόλυσης με οξύ, οδηγώντας τελικά σε σημαντική μείωση διαφόρων ιδιοτήτων του υλικού και σε σημαντικά μειωμένη διάρκεια ζωής. Οι ενώσεις καρβοδιιμιδίου, που περιέχουν λειτουργικές ομάδες καρβοδιιμιδίου (N=C=N), μπορούν να αντιδράσουν με τις καρβοξυλικές ομάδες που παράγονται κατά την υδρόλυση του πολυμερούς για να σχηματίσουν σταθερές δομές ακυλουρίας, μειώνοντας ταυτόχρονα τη συγκέντρωση καρβοξυλικής ομάδας και αποτρέποντας την περαιτέρω υδρόλυση. Είναι από τους πιο συχνά χρησιμοποιούμενους παράγοντες κατά της υδρόλυσης που διατίθενται σήμερα.

Οι παράγοντες αντιυδρόλυσης καρβοδιιμιδίου ποικίλλουν και μπορούν να ταξινομηθούν ευρέως σε μονομερείς και πολυμερικούς τύπους. Οι μονομερείς ενώσεις καρβοδιιμιδίου περιέχουν μόνο μία λειτουργική ομάδα καρβοδιιμιδίου και είναι ενώσεις μικρού μορίου. Οι πολυμερικές ενώσεις καρβοδιιμιδίου συνήθως περιέχουν δύο ή περισσότερες λειτουργικές ομάδες καρβοδιιμιδίου, έχουν σχετικά υψηλό μοριακό βάρος και ανήκουν στον τύπο πολυμερούς μακράς αλυσίδας.

Μονομερές καρβοδιιμίδιοαντιυδρολυτικοί παράγοντεςείναι υγρά ή κρύσταλλοι με έντονο κίτρινο έως καφέ χρώμα σε θερμοκρασία δωματίου. Είναι διαλυτά σε οργανικούς διαλύτες αλλά αδιάλυτα στο νερό και έχουν πλεονεκτήματα όπως υψηλή καθαρότητα, απλή παρασκευή και υψηλή αντιδραστικότητα. Το 2,6-διισοπροπυλοφαινυλ)καρβοδιιμίδιο είναι ο πιο συχνά χρησιμοποιούμενος εμπορικά διαθέσιμος μονομερής καρβοδιιμίδιος αντιυδρολυτικός παράγοντας.

 

Τα πολυμερικά καρβοδιιμίδια είναι κίτρινες έως καφέ σκόνες ή ιξώδη υγρά σε θερμοκρασία δωματίου, με σχετική μοριακή μάζα γενικά μεγαλύτερη από 1000, ενώ η σχετική μοριακή μάζα των ολιγομερών ελέγχεται περίπου στα 2000. Τα πολυμερικά καρβοδιιμίδια λαμβάνονται συνήθως με αντίδραση μονομερών διισοκυανικού, καταλυτών, διαλυτών και παραγόντων κάλυψης άκρων σε κατάλληλες θερμοκρασίες. Αρχικά, τα μονομερή διισοκυανικού υφίστανται αντίδραση συμπύκνωσης υπό καταλύτη για να ληφθεί ένα προπολυμερές που περιέχει πολλαπλές ομάδες καρβοδιιμιδίου και ισοκυανικές τελικές ομάδες. Στη συνέχεια, οι ισοκυανικές ομάδες αντιδρούν με ενεργό υδρογόνο από τον παράγοντα κάλυψης άκρων για να ληφθούν πολυκαρβοδιιμίδια. Τυπικά πολυκαρβοδιιμίδια λαμβάνονται με συμπύκνωση 2,4,6-τριισοπροπυλοφαινυλο-1,5-διισοκυανικού εστέρα και κάλυψη άκρων με μονοισοκυανικό 2,6-διισοπροπυλοφαινυλο.

 

4. Τυπικές περιοχές εφαρμογής του καρβοδιιμιδίου

Το PET, ως το πιο κοινό πολυεστερικό υλικό, διαθέτει εξαιρετικές μηχανικές ιδιότητες, διαστατική σταθερότητα, χημική αντοχή και οπτικές ιδιότητες και χρησιμοποιείται ευρέως στους τομείς της γεωργίας, της βιομηχανίας, των κατασκευών, της ιατρικής και της αυτοκινητοβιομηχανίας. Το PET παράγεται μέσω της πολυσυμπύκνωσης PTA και αιθυλενογλυκόλης. Οι εστερικοί δεσμοί είναι ιδιαίτερα ευαίσθητοι στην υδρολυτική αποικοδόμηση, οδηγώντας σε μείωση του ιξώδους του πολυμερούς και σοβαρή υποβάθμιση της απόδοσης. Η υδρόλυση του PET περιορίζει την εφαρμογή των προϊόντων κατάντη σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, υγρασίας ή εξωτερικού χώρου. Σχετική έρευνα έχει διαπιστώσει ότι η ενσωμάτωση μονομερών αντι-υδρόλυσης παραγόντων στο κύριο μείγμα PET για την παρασκευή δειγμάτων μεμβράνης βελτιώνει την αντοχή στη θερμότητα, τη γήρανση λόγω υγρασίας και την επιμήκυνση κατά τη θραύση των προϊόντων μεμβράνης. Το αρωματικό καρβοδιιμίδιο παρουσιάζει ιδιαίτερα καλή απόδοση υδρόλυσης.

Η σύνθεση πολυουρεθάνης χρησιμοποιεί μια μεγάλη ποικιλία μονομερών, επιτρέπει ελεγχόμενες αντιδράσεις και προσφέρει πλεονεκτήματα όπως υψηλή αντοχή, αντοχή στην τριβή, καλή αντοχή στη θερμοκρασία και ευκολία επεξεργασίας. Χρησιμοποιείται ευρέως σε κόλλες, επιστρώσεις, ελαστομερή, αφρώδη πλαστικά και συνθετικές ίνες. Η πολυουρεθάνη τύπου πολυεστέρα παρασκευάζεται από ολιγομερείς πολυεστερικές πολυόλες, οι οποίες περιέχουν πολλούς εστερικούς δεσμούς στις μοριακές τους αλυσίδες, με αποτέλεσμα κακή αντοχή στην υδρόλυση. Οι παράγοντες αντι-υδρόλυσης καρβοδιιμιδίων έχουν ελάχιστες δυσμενείς επιπτώσεις στη σύνθεση πολυουρεθάνης και μπορούν να προστεθούν στην πολυεστερική πολυόλη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σύνθεσης. Επιπλέον, τα πολυμερικά καρβοδιιμίδια που παρασκευάζονται με συμπύκνωση ισοκυανικού περιέχουν τελικές ομάδες -N=C=O, επιτρέποντάς τους να συμμετέχουν στην αντίδραση για την παρασκευή ανθεκτικής στην υδρόλυση πολυουρεθάνης. Επιπλέον, τα καρβοδιιμίδια μπορούν να προστεθούν κατά την ανάμειξη πολυουρεθάνης. Σχετικές μελέτες έχουν δείξει ότι η προσθήκη καρβοδιιμιδίων μπορεί να μειώσει την αρχική τιμή οξέος της πολυεστερικής πολυόλης, να αναστείλει την υδρόλυση πολυεστέρα και να βελτιώσει αποτελεσματικά την αντοχή στην υδρόλυση της TPU.

Τα βιοδιασπώμενα πολυμερή με βάση τον πολυεστέρα, όπως το PBAT, το PLA και το πολυγλυκολικό οξύ (PGA), διαθέτουν καλή βιοσυμβατότητα, βιοδιασπασιμότητα, ασφάλεια, μη τοξικότητα και καλές φυσικές και μηχανικές ιδιότητες, παρουσιάζοντας μεγάλη προοπτική σε ιατρικές συσκευές, υλικά συσκευασίας και γεωργία. Ωστόσο, όλα αυτά τα βιοδιασπώμενα υλικά πάσχουν από κακή υδρολυτική και θερμική σταθερότητα, αποικοδομούνται εύκολα κατά την επεξεργασία, την αποθήκευση και τη χρήση, οδηγώντας σε υποβάθμιση της απόδοσης και μη επίτευξη της αναμενόμενης διάρκειας ζωής τους. Το καρβοδιιμίδιο μπορεί να υποστεί αντίδραση επικάλυψης με τις τελικές καρβοξυλικές ομάδες στις μοριακές αλυσίδες του PBAT, του PLA και του PGA για να δημιουργήσει μια σχετικά σταθερή δομή ακυλουρίας, αναστέλλοντας ταυτόχρονα την υδρόλυση και βελτιώνοντας τη θερμική σταθερότητα.

Το τροποποιημένο με καρβοδιιμίδιο MDI (επίσης γνωστό ως υγροποιημένο MDI) είναι ένα από τα κύρια τροποποιημένα προϊόντα του διισοκυανικού διφαινυλομεθανίου (MDI). Παράγεται από την αντίδραση συμπύκνωσης του MDI υπό τη δράση ενός καταλύτη για τη δημιουργία ομάδων καρβοδιιμιδίου. Το τροποποιημένο με καρβοδιιμίδιο MDI χαρακτηρίζεται από το ότι είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου, εύκολο στην αποθήκευση και έχει μεγάλη διάρκεια ζωής. Ταυτόχρονα, μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αντοχή στην υδρόλυση των υλικών πολυουρεθάνης.

Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα προϊόντα κατά της υδρόλυσης, μη διστάσετε ναεπικοινωνήστε μαζί μας.