1.عوامل ضد هیدرولیزهدف اصلی آنها مسدود کردن فرآیند هیدرولیز پلیمرهای پلی‌استر است.

در کاربردهایی که از پلیمرهای حاوی پیوندهای استری مانند PBT، PET، PLA و پلی‌یورتان‌ها (TPU، CPU) استفاده می‌شود، مولکول‌های آب به راحتی در شرایط دما و رطوبت بالا به پیوندهای استری یا اورتان در زنجیره مولکولی حمله می‌کنند. این امر منجر به شکستگی و هیدرولیز زنجیره، کاهش وزن مولکولی پلیمر و در نتیجه، شکنندگی، ترک خوردگی و از دست دادن عملکرد می‌شود. از عوامل ضد هیدرولیز برای مقابله با این فرآیند هیدرولیز استفاده می‌شود. عوامل ضد هیدرولیز عمدتاً به دو دسته واکنشی و فیزیکی تقسیم می‌شوند. عوامل ضد هیدرولیز واکنشی، مکان‌های شروع یا محصولات هیدرولیز را از طریق واکنش‌های شیمیایی از بین می‌برند که نشان‌دهنده روش اصلی و بسیار کارآمد است. از سوی دیگر، عوامل ضد هیدرولیز فیزیکی، رطوبت را از طریق عمل فیزیکی مسدود یا جذب می‌کنند.

مهارکننده‌های هیدرولیز فیزیکی در واکنش‌های شیمیایی شرکت نمی‌کنند، اما از طریق روش‌های فیزیکی از نفوذ رطوبت جلوگیری می‌کنند. انواع معرف آنها شامل زئولیت‌ها، اکسید کلسیم (CaO)، خاک دیاتومه، سیلان‌ها و موم‌ها هستند. زئولیت‌ها و اکسید کلسیم، از طریق ساختار متخلخل یا واکنش‌های شیمیایی خود، رطوبت جذب شده توسط پلیمر را در طول پردازش و استفاده جذب و در خود نگه می‌دارند و در درجه اول از مواد در برابر تخریب ناشی از مقادیر ناچیز رطوبت قبل از پردازش (مانند قالب‌گیری تزریقی و اکستروژن) محافظت می‌کنند و اساساً به عنوان خواص "خشک‌کننده" عمل می‌کنند. از سوی دیگر، سیلان‌ها و موم‌ها به سطح محصول مهاجرت می‌کنند و یک مانع آبگریز تشکیل می‌دهند یا مسیر نفوذ رطوبت را از طریق پرکننده‌های لایه‌ای (مانند خاک رس) گسترش می‌دهند و در درجه اول از سطح ماده محافظت می‌کنند.

مهارکننده‌های واکنشی هیدرولیز می‌توانند با گروه‌های کربوکسیل (-COOH) در انتهای زنجیره‌های پلیمری یا با گروه‌های کربوکسیل تولید شده در طول هیدرولیز واکنش دهند و فرآیند خودکاتالیستی هیدرولیز را قطع کرده و در نتیجه یک اثر پایدارکننده اساسی ایجاد کنند. این مهارکننده‌ها عمدتاً شامل مهارکننده‌های هیدرولیز کربودی‌آمید، اکسازولین، اپوکسی و آزیریدین هستند.

۲. کاربودیمید سودمندترین و پرکاربردترین مهارکننده هیدرولیز واکنشی است.

کربودی ایمیدها در حال حاضر پرکاربردترین و مؤثرترین دسته از عوامل ضد هیدرولیز هستند. آنها با گروه‌های کربوکسیل تولید شده توسط هیدرولیز پلیمر واکنش می‌دهند تا N-آسیلوره پایدار تشکیل دهند و در نتیجه کاتالیزور واکنش هیدرولیز را از بین برده و چرخه اتوکاتالیستی را قطع کنند. مشتقات اکسازولین، دسته مهم دیگری از عوامل ضد هیدرولیز واکنش‌پذیر، دارای یک حلقه اکسازولین به عنوان گروه عاملی واکنش‌پذیر خود هستند. حلقه اکسازولین می‌تواند با هر دو گروه کربوکسیل و هیدروکسیل واکنش داده و آمیدهای استر یا دی‌استرها را تشکیل دهد و در نتیجه انتهای پلیمر را پایدار کند. پلیمرهای عامل‌دار شده با اپوکسی از واکنش‌پذیری بالای گروه‌های اپوکسی برای ایجاد پایداری استفاده می‌کنند. گروه‌های اپوکسی می‌توانند با گروه‌های کربوکسیل، هیدروکسیل و حتی آمینو واکنش دهند و در نتیجه این گروه‌های واکنش‌پذیر را پوشش دهند.

جدول: مقایسه‌ی مقاومت‌های رایج در برابر هیدرولیز واکنشی

انواع عوامل ضد هیدرولیز	کاربودی ایمید	پلیمرهای گروه عاملی اپوکسی	اکسازولینیدها
مکانیسم اصلی	این ماده با گروه‌های کربوکسیل تولید شده توسط هیدرولیز واکنش می‌دهد تا N-آسیلوره پایدار تولید کند و در نتیجه چرخه اتوکاتالیستی را قطع کند.	گروه اپوکسی آن می‌تواند با گروه‌های مختلفی مانند گروه‌های کربوکسیل، هیدروکسیل و آمینو واکنش دهد.	حلقه اکسازولین آن می‌تواند با گروه‌های کربوکسیل و هیدروکسیل واکنش دهد.
مزایای اصلی	●مقاومت بسیار بالا در برابر هیدرولیز، با بیشترین تأثیر.	●چندمنظوره بودن: این ترکیب، عملکردهای گسترش زنجیره و ترمیم مولکول‌های تخریب‌شده را انجام می‌دهد.	● واکنش دو عاملی، با طیف گسترده‌ای از کاربردها
	مقدار افزودنی کم است (0.5%-2.0%) و تأثیر حداقلی بر خواص ذاتی ماده دارد.	● می‌تواند استحکام مذاب و ویسکوزیته را بهبود بخشد	● می‌تواند به عنوان سازگارکننده در سیستم‌های خاص استفاده شود.
	● ایمنی نسبتاً خوب	● سازگاری خوب با پلیمرها
معایب اصلی	● هزینه نسبتاً بالا	●به عنوان یک عامل ضد هیدرولیز منفرد، کارایی آن به اندازه کاربودی ایمید اختصاصی نیست.	● هزینه‌ها معمولاً گران‌ترین هستند
	● در درجه اول گروه‌های کربوکسیل را هدف قرار می‌دهد؛ مستقیماً با گروه‌های هیدروکسیل واکنش نمی‌دهد.	● افزودن بیش از حد ممکن است منجر به ایجاد پیوند عرضی یا ژل شدن شود.	● فاقد مزیت بهره‌وری در کاربردهای عمومی
کاربردهای معمول	● پلی‌استر: PBT، PET، PLA، PBAT	● بازیافت پلاستیک: تعمیر rPET و غیره	● پلی‌استر (PET، PBT)
	● پلی اورتان: TPU، CPU (کفی کفش، شیلنگ و غیره)	● پلی‌آمید (نایلون)	●پلی آمید
		● سیستم‌های پلی‌استر که نیاز به غلیظ‌سازی همزمان دارند	● آلیاژ پلیمری (به عنوان سازگارکننده)

 

۳. کربودی‌آمید با واکنش با اسیدهای کربوکسیلیک و تشکیل ساختارهای آسیل‌اوره، فرآیند هیدرولیز را مسدود می‌کند.

پلیمرهای پلی‌استر پایداری رطوبتی ضعیفی از خود نشان می‌دهند. در شرایط دما و رطوبت بالا، پیوندهای استری در پلیمر با آب واکنش می‌دهند و باعث می‌شوند ساختار زنجیره بلند ماکرومولکول شکسته شده و گروه‌های کربوکسیل انتهایی تولید شود. این گروه‌های کربوکسیل انتهایی می‌توانند یون‌های H+ را یونیزه کنند و واکنش هیدرولیز با اسید را بیشتر کاتالیز کنند و در نهایت منجر به کاهش قابل توجه خواص مختلف مواد و کاهش قابل توجه طول عمر مفید شوند. ترکیبات کربودی‌آمید، حاوی گروه‌های عاملی کربودی‌آمید (N=C=N)، می‌توانند با گروه‌های کربوکسیل تولید شده در طول هیدرولیز پلیمر واکنش داده و ساختارهای پایدار آسیلورئا را تشکیل دهند و همزمان غلظت گروه کربوکسیل را کاهش داده و از هیدرولیز بیشتر جلوگیری کنند. آنها از جمله رایج‌ترین عوامل ضد هیدرولیز موجود در حال حاضر هستند.

عوامل ضد هیدرولیز کربودی ایمید متنوع هستند و می‌توان آنها را به طور کلی به انواع مونومری و پلیمری طبقه‌بندی کرد. ترکیبات مونومری کربودی ایمید تنها حاوی یک گروه عاملی کربودی ایمید هستند و ترکیبات مولکولی کوچکی هستند. ترکیبات پلیمری کربودی ایمید معمولاً حاوی دو یا چند گروه عاملی کربودی ایمید هستند، وزن مولکولی نسبتاً بالایی دارند و به نوع ساختار پلیمری با زنجیره بلند تعلق دارند.

کاربودی ایمید مونومرعوامل ضد هیدرولیزدر دمای اتاق، مایعات یا کریستال‌های زرد روشن تا قهوه‌ای هستند. آن‌ها در حلال‌های آلی محلول اما در آب نامحلول هستند و مزایایی مانند خلوص بالا، تهیه ساده و واکنش‌پذیری بالا دارند. 2،6-دی‌ایزوپروپیل فنیل)کربودی‌ایمید رایج‌ترین عامل ضد هیدرولیز مونومری کربودی‌ایمید موجود در بازار است.

 

کربودی ایمیدهای پلیمری، پودرهای زرد تا قهوه‌ای یا مایعات ویسکوز در دمای اتاق هستند که جرم مولکولی نسبی آنها عموماً بیشتر از ۱۰۰۰ است، در حالی که جرم مولکولی نسبی الیگومرها در حدود ۲۰۰۰ کنترل می‌شود. کربودی ایمیدهای پلیمری معمولاً با واکنش مونومرهای دی ایزوسیانات، کاتالیزورها، حلال‌ها و عوامل پوشش‌دهنده انتهایی در دماهای مناسب به دست می‌آیند. ابتدا، مونومرهای دی ایزوسیانات تحت یک واکنش تراکمی تحت یک کاتالیزور قرار می‌گیرند تا یک پیش پلیمر حاوی چندین گروه کربودی ایمید و گروه‌های انتهایی ایزوسیانات به دست آید. سپس، گروه‌های ایزوسیانات با هیدروژن فعال از عامل پوشش‌دهنده انتهایی واکنش می‌دهند تا پلی کربودی ایمیدها به دست آیند. پلی کربودی ایمیدهای معمولی با تراکم ۲،۴،۶-تری ایزوپروپیل فنیل-۱،۵-دی ایزوسیانات و پوشش‌دهی انتهایی با ۲،۶-دی ایزوپروپیل فنیل مونوایزوسیانات به دست می‌آیند.

 

۴. کاربردهای معمول کاربودی‌آمید

PET، به عنوان رایج‌ترین ماده پلی‌استر، دارای خواص مکانیکی عالی، پایداری ابعادی، مقاومت شیمیایی و خواص نوری است و به طور گسترده در زمینه‌های کشاورزی، صنعت، ساخت و ساز، پزشکی و خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرد. PET از طریق پلی‌کاندنسانس تراکمی PTA و اتیلن گلیکول تولید می‌شود. پیوندهای استری به شدت مستعد تخریب هیدرولیتیک هستند و منجر به کاهش ویسکوزیته پلیمر و افت شدید عملکرد می‌شوند. هیدرولیز PET کاربرد محصولات پایین‌دستی آن را در محیط‌های با دمای بالا، مرطوب یا فضای باز محدود می‌کند. تحقیقات مرتبط نشان داده است که افزودن عوامل ضد هیدرولیز مونومری به مستربچ PET برای تهیه نمونه‌های فیلم، مقاومت حرارتی، پیرشدگی حرارتی مرطوب و افزایش طول در نقطه شکست محصولات فیلم را بهبود می‌بخشد. کاربودی‌آمید آروماتیک عملکرد هیدرولیز بسیار خوبی را نشان می‌دهد.

سنتز پلی اورتان از طیف گسترده‌ای از مونومرها استفاده می‌کند، امکان واکنش‌های کنترل‌شده را فراهم می‌کند و مزایایی مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر سایش، مقاومت در برابر دمای خوب و سهولت پردازش را ارائه می‌دهد. این ماده به طور گسترده در چسب‌ها، پوشش‌ها، الاستومرها، پلاستیک‌های فومی و الیاف مصنوعی استفاده می‌شود. پلی اورتان نوع پلی استر از پلی ال‌های پلی استر الیگومری تهیه می‌شود که حاوی پیوندهای استری زیادی در زنجیره‌های مولکولی خود هستند و در نتیجه مقاومت ضعیفی در برابر هیدرولیز دارند. عوامل ضد هیدرولیز کاربودیمید اثرات نامطلوب کمی بر سنتز پلی اورتان دارند و می‌توانند در طول فرآیند سنتز به پلی ال پلی استر اضافه شوند. علاوه بر این، کربودیمیدهای پلیمری تهیه شده توسط تراکم ایزوسیانات حاوی گروه‌های انتهایی -N=C=O هستند که آنها را قادر می‌سازد در واکنش برای تهیه پلی اورتان مقاوم در برابر هیدرولیز شرکت کنند. علاوه بر این، کربودیمیدها را می‌توان در طول اختلاط پلی اورتان اضافه کرد. مطالعات مرتبط نشان داده‌اند که افزودن کربودیمیدها می‌تواند مقدار اسید اولیه پلی ال پلی استر را کاهش دهد، هیدرولیز پلی استر را مهار کند و مقاومت هیدرولیز TPU را به طور مؤثر بهبود بخشد.

پلیمرهای زیست‌تخریب‌پذیر مبتنی بر پلی‌استر مانند PBAT، PLA و پلی‌گلیکولیک اسید (PGA) دارای زیست‌سازگاری خوب، زیست‌تخریب‌پذیری، ایمنی، عدم سمیت و خواص فیزیکی و مکانیکی خوبی هستند و نویدبخش کاربردهای زیادی در تجهیزات پزشکی، مواد بسته‌بندی و کشاورزی می‌باشند. با این حال، این مواد زیست‌تخریب‌پذیر همگی از پایداری هیدرولیتیک و حرارتی ضعیفی رنج می‌برند و به راحتی در طول پردازش، ذخیره‌سازی و استفاده تخریب می‌شوند که منجر به کاهش عملکرد و عدم دستیابی به طول عمر مورد انتظار آنها می‌شود. کربودی‌آمید می‌تواند با گروه‌های کربوکسیل انتهایی در زنجیره‌های مولکولی PBAT، PLA و PGA واکنش پوششی انجام دهد تا یک ساختار آسیلورئا نسبتاً پایدار ایجاد کند که همزمان هیدرولیز را مهار کرده و پایداری حرارتی را بهبود می‌بخشد.

MDI اصلاح‌شده با کاربودی‌آمید (که با نام MDI مایع نیز شناخته می‌شود) یکی از محصولات اصلاح‌شده اصلی دی‌فنیل‌متان دی‌ایزوسیانات (MDI) است. این محصول از طریق واکنش تراکمی MDI تحت تأثیر یک کاتالیزور برای تولید گروه‌های کاربودی‌آمید تولید می‌شود. MDI اصلاح‌شده با کاربودی‌آمید با مایع بودن در دمای اتاق، سهولت نگهداری و ماندگاری طولانی مشخص می‌شود. در عین حال، می‌تواند مقاومت در برابر هیدرولیز مواد پلی‌یورتان را به طور قابل توجهی بهبود بخشد.

اگر می‌خواهید محصولات ضد هیدرولیز بیشتری را بشناسید، در صورت تمایل ...با ما تماس بگیرید.