1.Hydrolyysiä estävät aineetensisijaisesti pyritään estämään polyesteripolymeerien hydrolyysiprosessi.

Sovelluksissa, joissa käytetään esterisidoksia sisältäviä polymeerejä, kuten PBT:tä, PET:tä, PLA:ta ja polyuretaaneja (TPU, CPU), vesimolekyylit hyökkäävät helposti molekyyliketjun esteri- tai uretaanisidoksiin korkeissa lämpötiloissa ja kosteudessa. Tämä johtaa ketjun katkeamiseen ja hydrolyysiin, polymeerin molekyylipainon pienenemiseen ja siten haurauteen, halkeiluun ja suorituskyvyn menetykseen. Hydrolyysin estoaineita käytetään tämän hydrolyysiprosessin torjumiseksi. Hydrolyysin estoaineet jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: reaktiivisiin ja fysikaalisiin. Reaktiiviset hydrolyysin estoaineet poistavat hydrolyysin aloituskohdat tai -tuotteet kemiallisten reaktioiden kautta, mikä edustaa valtavirtaista ja erittäin tehokasta menetelmää. Fysikaaliset hydrolyysin estoaineet puolestaan ​​estävät tai imevät kosteutta fysikaalisesti.

Fysikaaliset hydrolyysin estäjät eivät osallistu kemiallisiin reaktioihin, mutta estävät kosteuden tunkeutumisen fysikaalisin keinoin. Tyypillisiä tyyppejä ovat zeoliitit, kalsiumoksidi (CaO), piimaa, silaanit ja vahat. Zeoliitit ja kalsiumoksidi imevät ja lukitsevat huokoisen rakenteensa tai kemiallisten reaktioidensa kautta polymeeriin prosessoinnin ja käytön aikana imeytyvän kosteuden, mikä ensisijaisesti suojaa materiaaleja prosessointia (kuten ruiskuvalua ja ekstruusiota) edeltävien kosteusjäämien aiheuttamalta hajoamiselta ja toimii olennaisesti "kuivausaineena". Silaanit ja vahat puolestaan ​​siirtyvät tuotteen pintaan muodostaen hydrofobisen esteen tai pidentävät kosteuden tunkeutumisreittiä kerrostettujen täyteaineiden (kuten saven) läpi, mikä ensisijaisesti suojaa materiaalin pintaa.

Reaktiiviset hydrolyysin estäjät voivat reagoida polymeeriketjujen päissä olevien karboksyyliryhmien (-COOH) tai hydrolyysin aikana syntyvien karboksyyliryhmien kanssa, keskeyttäen hydrolyysin autokatalyyttisen prosessin ja saavuttaen siten perustavanlaatuisen stabiloivan vaikutuksen. Näitä ovat pääasiassa karbodi-imidi-, oksatsoliini-, epoksi- ja atsiridiinihydrolyysin estäjät.

2. Karbodi-imidi on edullisin ja laajimmin käytetty reaktiivinen hydrolyysin estäjä.

Karbodi-imidit ovat tällä hetkellä laajimmin käytetty ja tehokkain hydrolyysin vastaisten aineiden luokka. Ne reagoivat polymeerihydrolyysissä syntyvien karboksyyliryhmien kanssa muodostaen stabiilia N-asyyliureaa, jolloin hydrolyysireaktion katalyytin poistuu ja autokatalyyttinen sykli keskeytyy. Oksatsoliinijohdannaiset, toinen tärkeä reaktiivisten hydrolyysin vastaisten aineiden luokka, sisältävät oksatsoliinirenkaan reaktiivisena funktionaalisena ryhmänä. Oksatsoliinirengas voi reagoida sekä karboksyyli- että hydroksyyliryhmien kanssa muodostaen esteriamideja tai -diestereitä, mikä stabiloi polymeerien päitä. Epoksifunktionalisoidut polymeerit hyödyntävät epoksiryhmien korkeaa reaktiivisuutta stabiloinnin aikaansaamiseksi. Epoksiryhmät voivat reagoida karboksyyli-, hydroksyyli- ja jopa aminoryhmien kanssa, jolloin ne sulkeutuvat.

Taulukko: Yleisten reaktiivisen hydrolyysin kestävien materiaalien vertailu

Hydrolyysiä estävien aineiden tyypit	karbodi-imidi	Epoksifunktionaalisen ryhmän polymeerit	Oksatsolinidit
Ydinmekanismi	Se reagoi hydrolyysissä syntyvien karboksyyliryhmien kanssa muodostaen stabiilia N-asyyliureaa, mikä keskeyttää autokatalyyttisen syklin.	Sen epoksiryhmä voi reagoida erilaisten ryhmien, kuten karboksyyli-, hydroksyyli- ja aminoryhmien, kanssa.	Sen oksatsoliinirengas voi reagoida karboksyyli- ja hydroksyyliryhmien kanssa.
Tärkeimmät edut	● Erittäin korkea hydrolyysinkestävyys, jolla on merkittävin vaikutus.	● Monitoiminnallisuus: Se yhdistää ketjun pidennyksen ja hajonneiden molekyylien korjaamisen toiminnot.	● Kaksitoiminnallinen reaktio, laaja valikoima sovelluksia
	Lisäysmäärä on pieni (0,5–2,0 %), ja sillä on minimaalinen vaikutus materiaalin luontaisiin ominaisuuksiin.	●Voi parantaa sulan lujuutta ja viskositeettia	● Voidaan käyttää yhteensopivuuden parantajana tietyissä järjestelmissä.
	● Suhteellisen hyvä turvallisuus	● Hyvä yhteensopivuus polymeerien kanssa
Tärkeimmät haitat	● Suhteellisen korkeat kustannukset	● Yksittäisenä hydrolyysiä estävänä aineena sen tehokkuus ei ole yhtä spesifinen kuin karbodi-imidin.	● Kustannukset ovat yleensä kalleimmat
	● Vaikuttaa ensisijaisesti karboksyyliryhmiin; ei reagoi suoraan hydroksyyliryhmien kanssa.	● Liiallinen lisääminen voi johtaa silloittumiseen tai geeliytymiseen.	● Ei tehokkuusetua yleiskäyttöisissä sovelluksissa
Tyypilliset sovellukset	● Polyesteri: PBT, PET, PLA, PBAT	● Muovin kierrätys: rPET:n korjaaminen jne.	● Polyesteri (PET, PBT)
	● Polyuretaani: TPU, CPU (kengänpohjat, letkut jne.)	● Polyamidi (nailon)	●Polyamidi
		● Polyesterijärjestelmät, jotka vaativat samanaikaista sakeutusta	● Polymeeriseos (yhteensopivuuden parantajana)

 

3. Karbodi-imidi estää hydrolyysiprosessin reagoimalla karboksyylihappojen kanssa muodostaen asyyliurearakenteita.

Polyesteripolymeereillä on huono kosteudenkestävyys. Korkeissa lämpötiloissa ja kosteudessa polymeerin esterisidokset reagoivat veden kanssa, mikä aiheuttaa makromolekyylin pitkäketjuisen rakenteen katkeamisen ja terminaalisten karboksyyliryhmien muodostumisen. Nämä terminaaliset karboksyyliryhmät voivat ionisoida H+-ioneja, katalysoiden edelleen hydrolyysireaktiota hapon kanssa, mikä lopulta johtaa merkittävään materiaalien ominaisuuksien heikkenemiseen ja huomattavasti lyhyempään käyttöikään. Karbodi-imidiyhdisteet, jotka sisältävät karbodi-imidi (N=C=N) -funktionaalisia ryhmiä, voivat reagoida polymeerin hydrolyysin aikana syntyvien karboksyyliryhmien kanssa muodostaen stabiileja asyyliurearakenteita, samalla vähentäen karboksyyliryhmien pitoisuutta ja estäen lisähydrolyysin. Ne ovat yleisimmin käytettyjä tällä hetkellä saatavilla olevia hydrolyysin estoaineita.

Karbodi-imidi-antihydrolyysiaineet ovat monimuotoisia ja ne voidaan karkeasti luokitella monomeerisiin ja polymeerisiin tyyppeihin. Monomeeriset karbodi-imidiyhdisteet sisältävät vain yhden karbodi-imidi-funktionaalisen ryhmän ja ovat pienimolekyylisiä yhdisteitä. Polymeeriset karbodi-imidiyhdisteet sisältävät tyypillisesti kaksi tai useampia karbodi-imidi-funktionaalisia ryhmiä, niillä on suhteellisen suuri molekyylipaino ja ne kuuluvat pitkäketjuiseen polymeerirakennetyyppiin.

Monomeerinen karbodi-imidiantihydrolyysiaineetovat huoneenlämmössä kirkkaan keltaisia ​​tai ruskeita nesteitä tai kiteitä. Ne liukenevat orgaanisiin liuottimiin, mutta eivät liukene veteen, ja niillä on etuja, kuten korkea puhtaus, yksinkertainen valmistus ja korkea reaktiivisuus. 2,6-di-isopropyylifenyyli)karbodi-imidi on yleisimmin käytetty kaupallisesti saatavilla oleva monomeerinen karbodi-imidi-antihydrolyysiaine.

 

Polymeeriset karbodi-imidit ovat huoneenlämmössä keltaisia ​​tai ruskeita jauheita tai viskooseja nesteitä, joiden suhteellinen molekyylimassa on yleensä yli 1000, kun taas oligomeerien suhteellinen molekyylimassa on noin 2000. Polymeerisiä karbodi-imidejä saadaan tyypillisesti saattamalla di-isosyanaattimonomeerejä, katalyyttejä, liuottimia ja pääteryhmiä reagoimaan sopivissa lämpötiloissa. Ensin di-isosyanaattimonomeerit kondensoituvat katalyytin vaikutuksesta, jolloin saadaan esipolymeeri, joka sisältää useita karbodi-imidiryhmiä ja isosyanaattipääteryhmiä. Sitten isosyanaattiryhmät reagoivat pääteryhmän aktiivisen vedyn kanssa, jolloin saadaan polykarbodi-imidejä. Tyypillisiä polykarbodi-imidejä saadaan kondensoimalla 2,4,6-tri-isopropyylifenyyli-1,5-di-isosyanaattia ja pääteryhmiä 2,6-di-isopropyylifenyylimonoisosyanaatilla.

 

4. Karbodi-imidin tyypillisiä käyttöalueita

PET, yleisimpänä polyesterimateriaalina, omaa erinomaiset mekaaniset ominaisuudet, mittapysyvyys, kemiallinen kestävyys ja optiset ominaisuudet, ja sitä käytetään laajalti maataloudessa, teollisuudessa, rakentamisessa, lääketieteessä ja autoteollisuudessa. PET:tä valmistetaan PTA:n ja etyleeniglykolin polykondensaation avulla; esterisidokset ovat erittäin alttiita hydrolyyttiselle hajoamiselle, mikä johtaa polymeerin viskositeetin laskuun ja vakavaan suorituskyvyn heikkenemiseen. PET:n hydrolyysi rajoittaa sen jatkotuotteiden käyttöä korkeissa lämpötiloissa, kosteissa tai ulkoympäristöissä. Aiheeseen liittyvässä tutkimuksessa on havaittu, että monomeeristen hydrolyysin estoaineiden sisällyttäminen PET-masterbatchiin kalvonäytteiden valmistamiseksi parantaa kalvotuotteiden lämmönkestävyyttä, kosteuslämmön aiheuttamaa vanhenemista ja murtovenymää. Aromaattinen karbodi-imidi osoittaa erityisen hyvää hydrolyysikykyä.

Polyuretaanisynteesissä käytetään monenlaisia ​​monomeerejä, mikä mahdollistaa kontrolloidut reaktiot ja tarjoaa etuja, kuten suuren lujuuden, kulutuskestävyyden, hyvän lämmönkestävyyden ja helpon prosessoinnin. Sitä käytetään laajalti liimoissa, pinnoitteissa, elastomeereissä, vaahtomuoveissa ja synteettisissä kuiduissa. Polyesterityyppinen polyuretaani valmistetaan oligomeerisistä polyesteripolyoleista, joiden molekyyliketjuissa on paljon esterisidoksia, mikä johtaa heikkoon hydrolyysinkestävyyteen. Karbodi-imidihydrolyysin estoaineilla on minimaaliset haittavaikutukset polyuretaanisynteesiin, ja niitä voidaan lisätä polyesteripolyoliin synteesiprosessin aikana. Lisäksi isosyanaattikondensaatiolla valmistetut polymeeriset karbodi-imidit sisältävät -N=C=O-pääteryhmiä, mikä mahdollistaa niiden osallistumisen hydrolyysikestävien polyuretaanien valmistusreaktioon. Karbodi-imidejä voidaan lisätä polyuretaanin sekoittamisen aikana. Aiheeseen liittyvät tutkimukset ovat osoittaneet, että karbodi-imidien lisääminen voi alentaa polyesteripolyolin alkuperäistä happolukua, estää polyesterin hydrolyysiä ja parantaa tehokkaasti TPU:n hydrolyysinkestävyyttä.

Polyesteripohjaisilla biohajoavilla polymeereillä, kuten PBAT:lla, PLA:lla ja polyglykolihapolla (PGA), on hyvä bioyhteensopivuus, biohajoavuus, turvallisuus, myrkyttömyys ja hyvät fysikaaliset ja mekaaniset ominaisuudet, mikä osoittaa suurta lupausta lääkinnällisissä laitteissa, pakkausmateriaaleissa ja maataloudessa. Nämä biohajoavat materiaalit kärsivät kuitenkin heikosta hydrolyyttisestä ja terminen stabiilisuudesta, ja ne hajoavat helposti prosessoinnin, varastoinnin ja käytön aikana, mikä johtaa suorituskyvyn heikkenemiseen ja odotetun käyttöiän päättymiseen. Karbodi-imidi voi läpikäydä sulkeutumisreaktion PBAT:n, PLA:n ja PGA:n molekyyliketjujen terminaalisten karboksyyliryhmien kanssa muodostaen suhteellisen stabiilin asyyliurearakenteen, joka samanaikaisesti estää hydrolyysiä ja parantaa terminen stabiilisuutta.

Karbodi-imidillä modifioitu MDI (tunnetaan myös nesteytettynä MDI:nä) on yksi difenyylimetaanidi-isosyanaatin (MDI) tärkeimmistä modifioiduista tuotteista. Se tuotetaan MDI:n kondensaatioreaktiolla katalyytin vaikutuksesta, jolloin muodostuu karbodi-imidiryhmiä. Karbodi-imidillä modifioidulle MDI:lle on ominaista, että se on nestemäistä huoneenlämmössä, sitä on helppo varastoida ja sillä on pitkä säilyvyysaika. Samalla se voi merkittävästi parantaa polyuretaanimateriaalien hydrolyysinkestävyyttä.

Jos haluat tietää lisää hydrolyysiä estäviä aineita, ota rohkeasti yhteyttäOta meihin yhteyttä.