1.Hüdrolüüsivastased ainedPeamine eesmärk on blokeerida polüesterpolümeeride hüdrolüüsiprotsessi.

Rakendustes, kus kasutatakse estersidemeid sisaldavaid polümeere, näiteks PBT-d, PET-i, PLA-d ja polüuretaane (TPU, CPU), ründavad veemolekulid kõrge temperatuuri ja niiskuse tingimustes kergesti molekulaarahela ester- või uretaansidemeid. See viib ahela purunemiseni ja hüdrolüüsini, polümeeri molekulmassi vähenemiseni ning sellest tulenevalt rabeduse, pragunemise ja jõudluse vähenemiseni. Selle hüdrolüüsiprotsessi vastu võitlemiseks kasutatakse hüdrolüüsivastaseid aineid. Hüdrolüüsivastased ained jagunevad peamiselt kahte kategooriasse: reaktiivsed ja füüsikalised. Reaktiivsed hüdrolüüsivastased ained kõrvaldavad hüdrolüüsi initsiatsioonikohad või saadused keemiliste reaktsioonide kaudu, esindades peamist ja väga tõhusat meetodit. Füüsikalised hüdrolüüsivastased ained seevastu blokeerivad või imavad niiskust füüsikalise toime kaudu.

Füüsikalised hüdrolüüsi inhibiitorid ei osale keemilistes reaktsioonides, kuid takistavad niiskuse tungimist füüsikaliste vahendite abil. Tüüpiliste tüüpide hulka kuuluvad tseoliidid, kaltsiumoksiid (CaO), diatomiitmuld, silaanid ja vahad. Tseoliidid ja kaltsiumoksiid imavad ja lukustavad oma poorse struktuuri või keemiliste reaktsioonide kaudu polümeeri poolt töötlemise ja kasutamise ajal imendunud niiskust, kaitstes peamiselt materjale lagunemise eest, mis on tingitud niiskuse jälgedest enne töötlemist (näiteks survevalu ja ekstrusioon), toimides sisuliselt "kuivatusainetena". Silaanid ja vahad seevastu migreeruvad toote pinnale, moodustades hüdrofoobse barjääri, või pikendavad niiskuse tungimise teed kihiliste täiteainete (näiteks savi) kaudu, kaitstes peamiselt materjali pinda.

Reaktiivsed hüdrolüüsi inhibiitorid võivad reageerida polümeerahelate otstes asuvate karboksüülrühmadega (-COOH) või hüdrolüüsi käigus tekkivate karboksüülrühmadega, katkestades hüdrolüüsi autokatalüütilise protsessi ja saavutades seeläbi fundamentaalse stabiliseeriva efekti. Nende hulka kuuluvad peamiselt karbodiimiidi, oksasoliini, epoksü ja asiridiini hüdrolüüsi inhibiitorid.

2. Karbodiimiid on kõige soodsam ja laialdasemalt kasutatav reaktiivse hüdrolüüsi inhibiitor.

Karbodiimiidid on praegu kõige laialdasemalt kasutatav ja efektiivsem hüdrolüüsivastaste ainete klass. Need reageerivad polümeeri hüdrolüüsil tekkivate karboksüülrühmadega, moodustades stabiilse N-atsüüluurea, kõrvaldades seeläbi hüdrolüüsireaktsiooni katalüsaatori ja katkestades autokatalüütilise tsükli. Oksasoliini derivaadid, mis on veel üks oluline reaktiivsete hüdrolüüsivastaste ainete klass, omavad reaktiivse funktsionaalrühmana oksasoliiniringi. Oksasoliiniring võib reageerida nii karboksüül- kui ka hüdroksüülrühmadega, moodustades esteramiide ​​või -diestreid, stabiliseerides seeläbi polümeeri otsi. Epoksüfunktsionaliseeritud polümeerid kasutavad stabiliseerimiseks ära epoksürühmade kõrget reaktsioonivõimet. Epoksürühmad võivad reageerida karboksüül-, hüdroksüül- ja isegi aminorühmadega, sulgedes need reaktiivsed rühmad.

Tabel: Levinud reaktiivse hüdrolüüsi resistentsuste võrdlus

Hüdrolüüsivastaste ainete tüübid	karbodiimiid	Epoksüfunktsionaalrühma polümeerid	Oksasoliniidid
Põhimehhanism	See reageerib hüdrolüüsi teel tekkinud karboksüülrühmadega, moodustades stabiilse N-atsüüluurea, katkestades seeläbi autokatalüütilise tsükli.	Selle epoksürühm võib reageerida erinevate rühmadega, näiteks karboksüül-, hüdroksüül- ja aminorühmadega.	Selle oksasoliinitsükkel võib reageerida karboksüül- ja hüdroksüülrühmadega.
Peamised eelised	● Äärmiselt kõrge hüdrolüüsikindlus, millel on kõige märkimisväärsem mõju.	●Multifunktsionaalsus: See ühendab ahela pikendamise ja lagunenud molekulide parandamise funktsioonid.	● Bifunktsionaalne reaktsioon laia rakenduste valikuga
	Lisatav kogus on väike (0,5–2,0%), millel on minimaalne mõju materjali olemuslikele omadustele.	● Võib parandada sulamistugevust ja viskoossust	● Saab teatud süsteemides kasutada ühilduvusagensina.
	● Suhteliselt hea ohutus	● Hea ühilduvus polümeeridega
Peamised puudused	● Suhteliselt kõrge hind	●Üksiku hüdrolüüsivastase ainena ei ole selle efektiivsus nii spetsiifiline kui karbodiimiidil.	● Kulud on tavaliselt kõige kallimad
	● Sihib peamiselt karboksüülrühmi; ei reageeri otseselt hüdroksüülrühmadega.	● Liigne lisamine võib põhjustada ristseostumist või geelistumist.	● Puudub efektiivsuse eelis üldotstarbelistes rakendustes
Tüüpilised rakendused	● Polüester: PBT, PET, PLA, PBAT	● Plasti ringlussevõtt: rPET-i parandamine jne.	● Polüester (PET, PBT)
	● Polüuretaan: TPU, CPU (kingatallad, voolikud jne)	● Polüamiid (nailon)	●Polüamiid
		● Polüestersüsteemid, mis vajavad samaaegset paksendamist	● Polümeersulam (ühilduvusagensina)

 

3. Karbodiimiid blokeerib hüdrolüüsiprotsessi, reageerides karboksüülhapetega, moodustades atsüüluurea struktuure.

Polüesterpolümeeridel on halb niiskuskindlus. Kõrge temperatuuri ja niiskuse tingimustes reageerivad polümeeri estersidemed veega, põhjustades makromolekuli pika ahelaga struktuuri purunemise ja terminaalsete karboksüülrühmade tekkimise. Need terminaalsed karboksüülrühmad võivad ioniseerida H+ ioone, katalüüsides veelgi hüdrolüüsireaktsiooni happega, mis viib lõppkokkuvõttes mitmesuguste materjali omaduste olulise halvenemiseni ja oluliselt lühenemiseni. Karbodiimiidühendid, mis sisaldavad karbodiimiid (N=C=N) funktsionaalrühmi, võivad reageerida polümeeri hüdrolüüsi käigus tekkinud karboksüülrühmadega, moodustades stabiilseid atsüüluurea struktuure, vähendades samal ajal karboksüülrühmade kontsentratsiooni ja takistades edasist hüdrolüüsi. Need on praegu saadaolevate seas kõige sagedamini kasutatavate hüdrolüüsivastaste ainete hulgas.

Karbodiimiidi antihüdrolüüsi ained on mitmekesised ja neid saab laias laastus liigitada monomeerseteks ja polümeerseteks tüüpideks. Monomeersed karbodiimiidühendid sisaldavad ainult ühte karbodiimiidfunktsionaalrühma ja on väikesemolekulilised ühendid. Polümeersed karbodiimiidühendid sisaldavad tavaliselt kahte või enamat karbodiimiidfunktsionaalrühma, neil on suhteliselt suur molekulmass ja nad kuuluvad pika ahelaga polümeerstruktuuri tüüpi.

Monomeerne karbodiimiidhüdrolüüsivastased ainedon toatemperatuuril erekollased kuni pruunid vedelikud või kristallid. Nad lahustuvad orgaanilistes lahustites, kuid ei lahustu vees ning neil on sellised eelised nagu kõrge puhtusaste, lihtne valmistamine ja kõrge reaktsioonivõime. 2,6-diisopropüülfenüül)karbodiimiid on kõige sagedamini kasutatav kaubanduslikult saadaval olev monomeerne karbodiimiidi antihüdrolüüsi aine.

 

Polümeersed karbodiimiidid on toatemperatuuril kollased kuni pruunid pulbrid või viskoossed vedelikud, mille suhteline molekulmass on üldiselt suurem kui 1000, samas kui oligomeeride suhteline molekulmass on umbes 2000. Polümeerseid karbodiimiide ​​saadakse tavaliselt diisotsüanaatmonomeeride, katalüsaatorite, lahustite ja otsrühmade sulgemise ainete reageerimisel sobival temperatuuril. Esiteks läbivad diisotsüanaatmonomeerid katalüsaatori all kondensatsioonireaktsiooni, saades eelpolümeeri, mis sisaldab mitut karbodiimiidrühma ja isotsüanaatotsrühmi. Seejärel reageerivad isotsüanaatrühmad otsrühmade sulgemisaine aktiivse vesinikuga, saades polükarbodiimiide. Tüüpilised polükarbodiimiidid saadakse 2,4,6-triisopropüülfenüül-1,5-diisotsüanaadi kondenseerimisel ja otsrühmade sulgemisel 2,6-diisopropüülfenüülmonoisotsüanaadiga.

 

4. Karbodiimiidi tüüpilised kasutusalad

PET kui kõige levinum polüestermaterjal omab suurepäraseid mehaanilisi omadusi, mõõtmete stabiilsust, keemilist vastupidavust ja optilisi omadusi ning seda kasutatakse laialdaselt põllumajanduses, tööstuses, ehituses, meditsiinis ja autotööstuses. PET-i toodetakse PTA ja etüleenglükooli polükondensatsiooni teel; estri sidemed on hüdrolüütilise lagunemise suhtes väga vastuvõtlikud, mis viib polümeeri viskoossuse vähenemiseni ja jõudluse olulise halvenemiseni. PET-i hüdrolüüs piirab selle allavoolu toodete kasutamist kõrgel temperatuuril, niiskes või väliskeskkonnas. Seotud uuringud on näidanud, et monomeersete hüdrolüüsivastaste ainete lisamine PET-põhisegusse kileproovide valmistamiseks parandab kiletoodete kuumakindlust, niiskuse ja kuumuse mõjul vananemist ning venivust purunemisel. Aromaatsel karbodiimiidil on eriti hea hüdrolüüsivõime.

Polüuretaani sünteesis kasutatakse laia valikut monomeere, see võimaldab kontrollitud reaktsioone ning pakub eeliseid, nagu kõrge tugevus, kulumiskindlus, hea temperatuuritaluvus ja töötlemise lihtsus. Seda kasutatakse laialdaselt liimides, katetes, elastomeerides, vahustatud plastides ja sünteetilistes kiududes. Polüester-tüüpi polüuretaan valmistatakse oligomeersetest polüesterpolüoolidest, mille molekulaarahelates on palju estersidemeid, mille tulemuseks on halb hüdrolüüsikindlus. Karbodiimiidi hüdrolüüsivastased ained avaldavad polüesterpolüoolile minimaalset kahjulikku mõju ja neid saab polüesterpolüoolile lisada sünteesiprotsessi ajal. Lisaks sisaldavad isotsüanaatkondensatsiooni teel valmistatud polümeersed karbodiimiidid -N=C=O lõpprühmi, mis võimaldavad neil osaleda hüdrolüüsikindla polüuretaani valmistamise reaktsioonis. Lisaks saab karbodiimiide ​​lisada polüuretaani segamise ajal. Seotud uuringud on näidanud, et karbodiimiidide lisamine võib alandada polüesterpolüooli algset happeväärtust, pärssida polüestri hüdrolüüsi ja parandada tõhusalt TPU hüdrolüüsikindlust.

Polüestril põhinevad biolagunevad polümeerid, nagu PBAT, PLA ja polüglükoolhape (PGA), on hea bioühilduvuse, biolagunevuse, ohutuse, mittetoksilisuse ning heade füüsikaliste ja mehaaniliste omadustega, mis näitab üles suurt potentsiaali meditsiiniseadmetes, pakkematerjalides ja põllumajanduses. Siiski on neil biolagunevatel materjalidel halb hüdrolüütiline ja termiline stabiilsus, need lagunevad töötlemise, ladustamise ja kasutamise ajal kergesti, mis omakorda halvendab nende toimivust ja ei saavuta eeldatavat eluiga. Karbodiimiid võib läbida sulgemisreaktsiooni PBAT-i, PLA ja PGA molekulaarahelate terminaalsete karboksüülrühmadega, moodustades suhteliselt stabiilse atsüüluurea struktuuri, inhibeerides samaaegselt hüdrolüüsi ja parandades termilist stabiilsust.

Karbodiimiidiga modifitseeritud MDI (tuntud ka kui veeldatud MDI) on üks difenüülmetaandiisotsüanaadi (MDI) peamisi modifitseeritud saadusi. See tekib MDI kondensatsioonireaktsioonil katalüsaatori toimel, mille käigus tekivad karbodiimiidrühmad. Karbodiimiidiga modifitseeritud MDI-d iseloomustab toatemperatuuril vedel olek, lihtne ladustamine ja pikk säilivusaeg. Samal ajal võib see oluliselt parandada polüuretaanmaterjalide hüdrolüüsikindlust.

Kui soovite rohkem teada saada hüdrolüüsivastastest toodetest, võtke julgelt ühendustvõtke meiega ühendust.