1.Agentes antihidrólisisSu objetivo principal es bloquear el proceso de hidrólisis de los polímeros de poliéster.

En aplicaciones que utilizan polímeros con enlaces éster, como PBT, PET, PLA y poliuretanos (TPU, CPU), las moléculas de agua atacan fácilmente los enlaces éster o uretano de la cadena molecular en condiciones de alta temperatura y humedad. Esto provoca la rotura e hidrólisis de la cadena, una disminución del peso molecular del polímero y, en consecuencia, fragilidad, agrietamiento y pérdida de rendimiento. Para contrarrestar este proceso de hidrólisis, se utilizan agentes antihidrólisis. Estos agentes se dividen principalmente en dos categorías: reactivos y físicos. Los agentes antihidrólisis reactivos eliminan los sitios de inicio o los productos de la hidrólisis mediante reacciones químicas, lo que representa el método más común y altamente eficiente. Los agentes antihidrólisis físicos, por otro lado, bloquean o absorben la humedad mediante acción física.

Los inhibidores físicos de hidrólisis no participan en reacciones químicas, pero impiden la penetración de humedad por medios físicos. Entre los tipos representativos se incluyen las zeolitas, el óxido de calcio (CaO), la tierra de diatomeas, los silanos y las ceras. Las zeolitas y el óxido de calcio, mediante su estructura porosa o reacciones químicas, absorben y retienen la humedad absorbida por el polímero durante el procesamiento y el uso, protegiendo principalmente los materiales de la degradación causada por trazas de humedad antes del procesamiento (como el moldeo por inyección y la extrusión), actuando esencialmente como desecantes. Los silanos y las ceras, por otro lado, migran a la superficie del producto, formando una barrera hidrófoba, o amplían la vía de penetración de la humedad a través de rellenos estratificados (como la arcilla), protegiendo principalmente la superficie del material.

Los inhibidores de la hidrólisis reactiva pueden reaccionar con los grupos carboxilo (-COOH) en los extremos de las cadenas poliméricas o con los grupos carboxilo generados durante la hidrólisis, interrumpiendo el proceso autocatalítico de la hidrólisis y logrando así un efecto estabilizador fundamental. Entre estos se incluyen principalmente los inhibidores de la hidrólisis de carbodiimida, oxazolina, epoxi y aziridina.

2. La carbodiimida es el inhibidor de hidrólisis reactiva más ventajoso y ampliamente utilizado.

Las carbodiimidas son actualmente la clase más utilizada y eficaz de agentes antihidrólisis. Reaccionan con los grupos carboxilo producidos por la hidrólisis del polímero para formar N-acilurea estable, eliminando así el catalizador de la reacción de hidrólisis e interrumpiendo el ciclo autocatalítico. Los derivados de oxazolina, otra clase importante de agentes antihidrólisis reactivos, tienen un anillo de oxazolina como grupo funcional reactivo. El anillo de oxazolina puede reaccionar con grupos carboxilo e hidroxilo para formar ésteres amidas o diésteres, estabilizando así los extremos del polímero. Los polímeros con funcionalidad epoxi aprovechan la alta reactividad de los grupos epoxi para proporcionar estabilización. Los grupos epoxi pueden reaccionar con grupos carboxilo, hidroxilo e incluso amino, protegiendo así estos grupos reactivos.

Tabla: Comparación de los reactivos resistentes a la hidrólisis más comunes

Tipos de agentes antihidrólisis	carbodiimida	Polímeros con grupo funcional epoxi	Oxazolinidas
Mecanismo central	Reacciona con los grupos carboxilo producidos por hidrólisis para generar N-acilurea estable, interrumpiendo así el ciclo autocatalítico.	Su grupo epoxi puede reaccionar con varios grupos como carboxilo, hidroxilo y amino.	Su anillo de oxazolina puede reaccionar con grupos carboxilo e hidroxilo.
Principales ventajas	●Resistencia extremadamente alta a la hidrólisis, con el efecto más significativo.	●Multifuncionalidad: Combina las funciones de extensión de cadena y reparación de moléculas degradadas.	● Reacción bifuncional, con una amplia gama de aplicaciones.
	La cantidad agregada es pequeña (0,5%-2,0%), con un impacto mínimo en las propiedades intrínsecas del material.	●Puede mejorar la resistencia de la masa fundida y la viscosidad.	● Puede utilizarse como compatibilizador en determinados sistemas.
	● Seguridad relativamente buena	● Buena compatibilidad con polímeros
Principales desventajas	● Costo relativamente alto	●Como agente antihidrólisis único, su eficacia no es tan específica como la de la carbodiimida.	● Los costos suelen ser los más caros
	● Se dirige principalmente a los grupos carboxilo; no reacciona directamente con los grupos hidroxilo.	● La adición excesiva puede provocar reticulación o gelificación.	● Carece de ventaja de eficiencia en aplicaciones de propósito general
Aplicaciones típicas	● Poliéster: PBT, PET, PLA, PBAT	● Reciclaje de plástico: Reparación de rPET, etc.	● Poliéster (PET, PBT)
	● Poliuretano: TPU, CPU (suelas de zapatos, mangueras, etc.)	● Poliamida (nailon)	●Poliamida
		● Sistemas de poliéster que requieren espesamiento simultáneo	● Aleación de polímero (como compatibilizador)

 

3. La carbodiimida bloquea el proceso de hidrólisis al reaccionar con ácidos carboxílicos para formar estructuras de acilurea.

Los polímeros de poliéster presentan una baja estabilidad a la humedad. En condiciones de alta temperatura y humedad, los enlaces éster del polímero reaccionan con el agua, provocando la ruptura de la estructura de cadena larga de la macromolécula y la generación de grupos carboxilo terminales. Estos grupos carboxilo terminales pueden ionizar iones H+, catalizando aún más la reacción de hidrólisis con ácido, lo que finalmente conlleva una reducción significativa de diversas propiedades del material y una vida útil considerablemente más corta. Los compuestos de carbodiimida, que contienen grupos funcionales carbodiimida (N=C=N), pueden reaccionar con los grupos carboxilo generados durante la hidrólisis del polímero para formar estructuras estables de acilurea, reduciendo simultáneamente la concentración de grupos carboxilo e impidiendo una mayor hidrólisis. Se encuentran entre los agentes antihidrólisis más utilizados en la actualidad.

Los agentes antihidrólisis de carbodiimida son diversos y pueden clasificarse en general en monoméricos y poliméricos. Los compuestos monoméricos de carbodiimida contienen solo un grupo funcional carbodiimida y son compuestos de moléculas pequeñas. Los compuestos poliméricos de carbodiimida suelen contener dos o más grupos funcionales carbodiimida, tienen un peso molecular relativamente alto y pertenecen al tipo de estructura polimérica de cadena larga.

Carbodiimida monoméricaagentes antihidrólisisSon líquidos o cristales de color amarillo brillante a marrón a temperatura ambiente. Son solubles en disolventes orgánicos, pero insolubles en agua, y presentan ventajas como alta pureza, preparación sencilla y alta reactividad. La 2,6-diisopropilfenilcarbodiimida es el agente antihidrólisis de carbodiimida monomérica disponible comercialmente más utilizado.

 

Las carbodiimidas poliméricas son polvos o líquidos viscosos de color amarillo a marrón a temperatura ambiente, con una masa molecular relativa generalmente mayor de 1000, mientras que la masa molecular relativa de los oligómeros se controla en alrededor de 2000. Las carbodiimidas poliméricas se obtienen típicamente mediante la reacción de monómeros de diisocianato, catalizadores, disolventes y agentes de recubrimiento terminal a temperaturas adecuadas. Primero, los monómeros de diisocianato experimentan una reacción de condensación bajo un catalizador para obtener un prepolímero que contiene múltiples grupos carbodiimida y grupos terminales isocianato. Luego, los grupos isocianato reaccionan con hidrógeno activo del agente de recubrimiento terminal para obtener policarbodiimidas. Las policarbodiimidas típicas se obtienen mediante la condensación de 2,4,6-triisopropilfenil-1,5-diisocianato y el recubrimiento terminal con monoisocianato de 2,6-diisopropilfenilo.

 

4. Áreas de aplicación típicas de la carbodiimida

El PET, el material de poliéster más común, posee excelentes propiedades mecánicas, estabilidad dimensional, resistencia química y propiedades ópticas, y se utiliza ampliamente en los sectores agrícola, industrial, de la construcción, médico y automotriz. El PET se produce mediante la policondensación de PTA y etilenglicol; los enlaces éster son muy susceptibles a la degradación hidrolítica, lo que provoca una disminución de la viscosidad del polímero y un grave deterioro del rendimiento. La hidrólisis del PET limita la aplicación de sus productos derivados en entornos de alta temperatura, humedad o exteriores. Investigaciones relacionadas han demostrado que la incorporación de agentes antihidrólisis monoméricos en el masterbatch de PET para preparar muestras de película mejora la resistencia al calor, el envejecimiento por calor húmedo y la elongación a la rotura de las películas. La carbodiimida aromática muestra un rendimiento de hidrólisis particularmente bueno.

La síntesis de poliuretano utiliza una amplia variedad de monómeros, permite reacciones controladas y ofrece ventajas como alta resistencia, resistencia a la abrasión, buena resistencia a la temperatura y facilidad de procesamiento. Se utiliza ampliamente en adhesivos, recubrimientos, elastómeros, plásticos espumados y fibras sintéticas. El poliuretano de tipo poliéster se prepara a partir de polioles de poliéster oligoméricos, que contienen numerosos enlaces éster en sus cadenas moleculares, lo que resulta en una baja resistencia a la hidrólisis. Los agentes antihidrólisis de carbodiimida tienen efectos adversos mínimos en la síntesis de poliuretano y pueden añadirse al poliol de poliéster durante el proceso de síntesis. Además, las carbodiimidas poliméricas preparadas por condensación de isocianatos contienen grupos terminales -N=C=O, lo que les permite participar en la reacción para preparar poliuretano resistente a la hidrólisis. Asimismo, las carbodiimidas pueden añadirse durante la mezcla de poliuretano. Estudios relacionados han demostrado que la adición de carbodiimidas puede reducir el índice de acidez inicial del poliol de poliéster, inhibir la hidrólisis del poliéster y mejorar eficazmente la resistencia a la hidrólisis del TPU.

Los polímeros biodegradables a base de poliéster, como el PBAT, el PLA y el ácido poliglicólico (PGA), poseen buena biocompatibilidad, biodegradabilidad, seguridad, no toxicidad y buenas propiedades físicas y mecánicas, lo que los hace muy prometedores en dispositivos médicos, materiales de embalaje y agricultura. Sin embargo, estos materiales biodegradables presentan una baja estabilidad hidrolítica y térmica, degradándose fácilmente durante el procesamiento, el almacenamiento y el uso, lo que conlleva una disminución del rendimiento y la imposibilidad de alcanzar su vida útil esperada. La carbodiimida puede experimentar una reacción de recubrimiento con los grupos carboxilo terminales de las cadenas moleculares del PBAT, el PLA y el PGA para generar una estructura de acilurea relativamente estable, inhibiendo simultáneamente la hidrólisis y mejorando la estabilidad térmica.

El MDI modificado con carbodiimida (también conocido como MDI licuado) es uno de los principales productos modificados del diisocianato de difenilmetano (MDI). Se produce mediante la reacción de condensación del MDI bajo la acción de un catalizador para generar grupos carbodiimida. El MDI modificado con carbodiimida se caracteriza por ser líquido a temperatura ambiente, fácil de almacenar y tener una larga vida útil. Además, puede mejorar significativamente la resistencia a la hidrólisis de los materiales de poliuretano.

Si desea conocer más productos con agentes antihidrólisis, no dude en contactarnos.Contáctanos.