1.जल अपघटन रोधी एजेंटइसका मुख्य उद्देश्य पॉलिएस्टर पॉलिमर की जल अपघटन प्रक्रिया को रोकना है।

एस्टर बंध वाले पॉलिमर, जैसे कि पीबीटी, पीईटी, पीएलए और पॉलीयुरेथेन (टीपीयू, सीपीयू) के अनुप्रयोगों में, उच्च तापमान और आर्द्रता की स्थिति में जल के अणु आणविक श्रृंखला में मौजूद एस्टर या यूरेथेन बंधों पर आसानी से आक्रमण करते हैं। इससे श्रृंखला टूट जाती है और जल अपघटन होता है, पॉलिमर का आणविक भार घट जाता है, और परिणामस्वरूप, भंगुरता, दरारें और कार्यक्षमता में कमी आती है। इस जल अपघटन प्रक्रिया को रोकने के लिए जल अपघटन रोधी एजेंटों का उपयोग किया जाता है। जल अपघटन रोधी एजेंटों को मुख्य रूप से दो श्रेणियों में बांटा गया है: प्रतिक्रियाशील और भौतिक। प्रतिक्रियाशील जल अपघटन रोधी एजेंट रासायनिक अभिक्रियाओं के माध्यम से जल अपघटन के आरंभिक स्थलों या उत्पादों को समाप्त कर देते हैं, जो कि मुख्यधारा और अत्यधिक कुशल विधि है। दूसरी ओर, भौतिक जल अपघटन रोधी एजेंट भौतिक क्रिया द्वारा नमी को अवरुद्ध या अवशोषित करते हैं।

भौतिक जल अपघटन अवरोधक रासायनिक अभिक्रियाओं में भाग नहीं लेते हैं, बल्कि भौतिक माध्यम से नमी के प्रवेश को रोकते हैं। इनके प्रतिनिधि प्रकारों में ज़ियोलाइट, कैल्शियम ऑक्साइड (CaO), डायटोमेशियस अर्थ, सिलानेस और मोम शामिल हैं। ज़ियोलाइट और कैल्शियम ऑक्साइड, अपनी छिद्रपूर्ण संरचना या रासायनिक अभिक्रियाओं के माध्यम से, प्रसंस्करण और उपयोग के दौरान बहुलक द्वारा अवशोषित नमी को अवशोषित और अवरुद्ध कर देते हैं, जिससे मुख्य रूप से प्रसंस्करण से पहले (जैसे इंजेक्शन मोल्डिंग और एक्सट्रूज़न) नमी की थोड़ी मात्रा के कारण सामग्री के क्षरण की रक्षा होती है, और ये अनिवार्य रूप से "शुष्क" के रूप में कार्य करते हैं। दूसरी ओर, सिलानेस और मोम उत्पाद की सतह पर स्थानांतरित होकर एक जलरोधी अवरोध बनाते हैं, या परतदार भराव (जैसे मिट्टी) के माध्यम से नमी के प्रवेश मार्ग को विस्तारित करते हैं, जिससे मुख्य रूप से सामग्री की सतह की रक्षा होती है।

प्रतिक्रियाशील जल अपघटन अवरोधक बहुलक श्रृंखलाओं के सिरों पर स्थित कार्बोक्सिल समूहों (-COOH) या जल अपघटन के दौरान उत्पन्न कार्बोक्सिल समूहों के साथ अभिक्रिया कर सकते हैं, जिससे जल अपघटन की स्व-उत्प्रेरक प्रक्रिया बाधित होती है और इस प्रकार एक मूलभूत स्थिरीकरण प्रभाव प्राप्त होता है। इनमें मुख्य रूप से कार्बोडिमाइड, ऑक्सज़ोलिन, एपॉक्सी और एज़िरिडिन जल अपघटन अवरोधक शामिल हैं।

2. कार्बोडिमाइड सबसे लाभकारी और व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला प्रतिक्रियाशील जल अपघटन अवरोधक है।

कार्बोडाइमाइड्स वर्तमान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले और प्रभावी एंटी-हाइड्रोलिसिस एजेंट हैं। ये पॉलीमर हाइड्रोलिसिस द्वारा उत्पन्न कार्बोक्सिल समूहों के साथ प्रतिक्रिया करके स्थिर एन-एसिलयूरिया बनाते हैं, जिससे हाइड्रोलिसिस प्रतिक्रिया के उत्प्रेरक को समाप्त कर देते हैं और स्व-उत्प्रेरक चक्र को बाधित करते हैं। ऑक्साज़ोलिन व्युत्पन्न, प्रतिक्रियाशील एंटी-हाइड्रोलिसिस एजेंटों का एक अन्य महत्वपूर्ण वर्ग है, जिसमें एक ऑक्साज़ोलिन वलय उनके प्रतिक्रियाशील कार्यात्मक समूह के रूप में होता है। ऑक्साज़ोलिन वलय कार्बोक्सिल और हाइड्रॉक्सिल दोनों समूहों के साथ प्रतिक्रिया करके एस्टर एमाइड या डाइएस्टर बना सकता है, जिससे पॉलीमर के सिरे स्थिर हो जाते हैं। एपॉक्सी-कार्यात्मक पॉलीमर स्थिरीकरण प्रदान करने के लिए एपॉक्सी समूहों की उच्च प्रतिक्रियाशीलता का उपयोग करते हैं। एपॉक्सी समूह कार्बोक्सिल, हाइड्रॉक्सिल और यहां तक ​​कि अमीनो समूहों के साथ भी प्रतिक्रिया कर सकते हैं, जिससे इन प्रतिक्रियाशील समूहों को कैप कर देते हैं।

तालिका: सामान्य प्रतिक्रियाशील जल अपघटन प्रतिरोधों की तुलना

जल अपघटन रोधी एजेंटों के प्रकार	कार्बोडिमाइड	एपॉक्सी कार्यात्मक समूह पॉलिमर	ऑक्साज़ोलिनाइड्स
मुख्य तंत्र	यह जल अपघटन द्वारा उत्पन्न कार्बोक्सिल समूहों के साथ प्रतिक्रिया करके स्थिर एन-एसिलयूरिया उत्पन्न करता है, जिससे स्व-उत्प्रेरक चक्र बाधित हो जाता है।	इसका एपॉक्सी समूह कार्बोक्सिल, हाइड्रॉक्सिल और अमीनो समूहों जैसे विभिन्न समूहों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है।	इसका ऑक्साज़ोलिन वलय कार्बोक्सिल और हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है।
मुख्य लाभ	●अत्यधिक उच्च जल अपघटन प्रतिरोधक क्षमता, जिसका सबसे महत्वपूर्ण प्रभाव होता है।	●बहुकार्यक्षमता: यह श्रृंखला विस्तार और विघटित अणुओं की मरम्मत के कार्यों को संयोजित करता है।	● द्विकार्यात्मक अभिक्रिया, जिसके अनुप्रयोगों की व्यापक श्रृंखला है।
	मिलाई जाने वाली मात्रा कम है (0.5%-2.0%), जिसका सामग्री के आंतरिक गुणों पर न्यूनतम प्रभाव पड़ता है।	●पिघलने की शक्ति और चिपचिपाहट में सुधार कर सकता है	● कुछ प्रणालियों में इसे संगतताकारक के रूप में उपयोग किया जा सकता है।
	● अपेक्षाकृत अच्छी सुरक्षा	● पॉलिमर के साथ अच्छी अनुकूलता
मुख्य कमियां	● अपेक्षाकृत उच्च लागत	●एकल एंटी-हाइड्रोलिसिस एजेंट के रूप में, इसकी दक्षता कार्बोडिमाइड जितनी विशिष्ट नहीं है।	● लागतें आमतौर पर सबसे महंगी होती हैं।
	● मुख्य रूप से कार्बोक्सिल समूहों को लक्षित करता है; हाइड्रॉक्सिल समूहों के साथ सीधे प्रतिक्रिया नहीं करता है।	● अत्यधिक मात्रा में मिलाने से क्रॉस-लिंकिंग या जेलेशन हो सकता है।	● सामान्य प्रयोजन अनुप्रयोगों में दक्षता लाभ का अभाव
विशिष्ट अनुप्रयोग	● पॉलिएस्टर: पीबीटी, पीईटी, पीएलए, पीबीएटी	● प्लास्टिक पुनर्चक्रण: आरपीईटी की मरम्मत आदि।	● पॉलिएस्टर (पीईटी, पीबीटी)
	● पॉलीयुरेथेन: टीपीयू, सीपीयू (जूते के तलवे, पाइप आदि)	● पॉलियामाइड (नायलॉन)	●पॉलीएमाइड
		● पॉलिएस्टर प्रणालियाँ जिनमें एक साथ गाढ़ापन आवश्यक होता है	● पॉलिमर मिश्रधातु (अनुकूलक के रूप में)

 

3. कार्बोडिइमाइड, कार्बोक्सिलिक अम्लों के साथ अभिक्रिया करके एसिल्यूरिया संरचनाएँ बनाकर जल अपघटन प्रक्रिया को अवरुद्ध करता है।

पॉलिएस्टर पॉलिमर नमी के प्रति कमज़ोर स्थिरता प्रदर्शित करते हैं। उच्च तापमान और आर्द्रता की स्थिति में, पॉलिमर में मौजूद एस्टर बंध जल के साथ अभिक्रिया करते हैं, जिससे वृहद अणु की लंबी श्रृंखला वाली संरचना टूट जाती है और टर्मिनल कार्बोक्सिल समूह उत्पन्न होते हैं। ये टर्मिनल कार्बोक्सिल समूह H+ आयनों को आयनित कर सकते हैं, जिससे अम्ल के साथ जल अपघटन अभिक्रिया और अधिक उत्प्रेरित होती है, जिसके परिणामस्वरूप अंततः विभिन्न पदार्थ गुणों में उल्लेखनीय कमी आती है और सेवा जीवन काफी कम हो जाता है। कार्बोडाइमाइड यौगिक, जिनमें कार्बोडाइमाइड (N=C=N) कार्यात्मक समूह होते हैं, पॉलिमर जल अपघटन के दौरान उत्पन्न कार्बोक्सिल समूहों के साथ अभिक्रिया करके स्थिर एसिल्यूरिया संरचनाएँ बनाते हैं, साथ ही कार्बोक्सिल समूह की सांद्रता को कम करते हैं और आगे के जल अपघटन को रोकते हैं। ये वर्तमान में उपलब्ध सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले जल अपघटन रोधी एजेंटों में से हैं।

कार्बोडाइमाइड एंटीहाइड्रोलिसिस एजेंट विविध प्रकार के होते हैं और इन्हें मोटे तौर पर मोनोमेरिक और पॉलीमेरिक प्रकारों में वर्गीकृत किया जा सकता है। मोनोमेरिक कार्बोडाइमाइड यौगिकों में केवल एक कार्बोडाइमाइड कार्यात्मक समूह होता है और ये छोटे अणु यौगिक होते हैं। पॉलीमेरिक कार्बोडाइमाइड यौगिकों में आमतौर पर दो या अधिक कार्बोडाइमाइड कार्यात्मक समूह होते हैं, इनका आणविक भार अपेक्षाकृत अधिक होता है और ये लंबी श्रृंखला वाले पॉलीमर संरचना प्रकार के होते हैं।

मोनोमेरिक कार्बोडाइमाइडएंटीहाइड्रोलिसिस एजेंटये कमरे के तापमान पर चमकीले पीले से भूरे रंग के तरल या क्रिस्टल होते हैं। ये कार्बनिक विलायकों में घुलनशील होते हैं लेकिन पानी में अघुलनशील होते हैं, और इनमें उच्च शुद्धता, सरल निर्माण विधि और उच्च प्रतिक्रियाशीलता जैसे गुण होते हैं। 2,6-डाइसोप्रोपिलफेनिल)कार्बोडाइमाइड व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सबसे अधिक उपयोग किया जाने वाला मोनोमेरिक कार्बोडाइमाइड एंटीहाइड्रोलिसिस एजेंट है।

 

पॉलीमरिक कार्बोडाइमाइड कमरे के तापमान पर पीले से भूरे रंग के पाउडर या गाढ़े तरल पदार्थ होते हैं, जिनका सापेक्ष आणविक द्रव्यमान आमतौर पर 1000 से अधिक होता है, जबकि ऑलिगोमर्स का सापेक्ष आणविक द्रव्यमान लगभग 2000 पर नियंत्रित किया जाता है। पॉलीमरिक कार्बोडाइमाइड आमतौर पर उपयुक्त तापमान पर डाइआइसोसाइनेट मोनोमर्स, उत्प्रेरक, विलायक और एंड-कैपिंग एजेंटों की प्रतिक्रिया से प्राप्त किए जाते हैं। सबसे पहले, डाइआइसोसाइनेट मोनोमर्स एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में संघनन प्रतिक्रिया से गुजरते हैं जिससे एक प्रीपॉलिमर प्राप्त होता है जिसमें कई कार्बोडाइमाइड समूह और आइसोसाइनेट एंड समूह होते हैं। फिर, आइसोसाइनेट समूह एंड-कैपिंग एजेंट से सक्रिय हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके पॉलीकार्बोडाइमाइड प्राप्त करते हैं। विशिष्ट पॉलीकार्बोडाइमाइड 2,4,6-ट्राईआइसोप्रोपिलफेनिल-1,5-डाइआइसोसाइनेट को संघनित करके और 2,6-डाइआइसोप्रोपिलफेनिल मोनोआइसोसाइनेट के साथ एंड-कैपिंग करके प्राप्त किए जाते हैं।

 

4. कार्बोडिमाइड के विशिष्ट अनुप्रयोग क्षेत्र

पीईटी, सबसे आम पॉलिएस्टर सामग्री होने के नाते, उत्कृष्ट यांत्रिक गुणों, आयामी स्थिरता, रासायनिक प्रतिरोध और प्रकाशीय गुणों से युक्त है और कृषि, उद्योग, निर्माण, चिकित्सा और ऑटोमोटिव क्षेत्रों में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। पीईटी का उत्पादन पीटीए और एथिलीन ग्लाइकॉल के पॉलिकंडेंसेशन द्वारा किया जाता है; एस्टर बॉन्ड हाइड्रोलिटिक अपघटन के प्रति अत्यधिक संवेदनशील होते हैं, जिससे बहुलक की चिपचिपाहट में कमी और प्रदर्शन में गंभीर गिरावट आती है। पीईटी हाइड्रोलिसिस इसके उत्पादों के उच्च तापमान, आर्द्र या बाहरी वातावरण में उपयोग को सीमित करता है। संबंधित शोध से पता चला है कि फिल्म के नमूने तैयार करने के लिए पीईटी मास्टरबैच में मोनोमेरिक एंटी-हाइड्रोलिसिस एजेंटों को शामिल करने से फिल्म उत्पादों की ताप प्रतिरोधकता, नम ताप क्षरण और विखंडन पर बढ़ाव में सुधार होता है। एरोमैटिक कार्बोडिमाइड विशेष रूप से अच्छा हाइड्रोलिसिस प्रदर्शन दिखाता है।

पॉलीयुरेथेन संश्लेषण में विभिन्न प्रकार के मोनोमर का उपयोग होता है, नियंत्रित अभिक्रियाएं संभव होती हैं, और इसमें उच्च शक्ति, घर्षण प्रतिरोध, अच्छा तापमान प्रतिरोध और प्रसंस्करण में आसानी जैसे लाभ मिलते हैं। इसका व्यापक रूप से उपयोग चिपकने वाले पदार्थों, कोटिंग्स, इलास्टोमर्स, फोमयुक्त प्लास्टिक और सिंथेटिक फाइबर में किया जाता है। पॉलिएस्टर प्रकार का पॉलीयुरेथेन ऑलिगोमेरिक पॉलिएस्टर पॉलीओल्स से तैयार किया जाता है, जिनकी आणविक श्रृंखलाओं में कई एस्टर बंध होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप जल अपघटन प्रतिरोध कम होता है। कार्बोडाइमाइड रोधी जल अपघटन एजेंटों का पॉलीयुरेथेन संश्लेषण पर न्यूनतम प्रतिकूल प्रभाव पड़ता है और इन्हें संश्लेषण प्रक्रिया के दौरान पॉलिएस्टर पॉलीओल में मिलाया जा सकता है। इसके अलावा, आइसोसाइनेट संघनन द्वारा तैयार किए गए पॉलीमेरिक कार्बोडाइमाइड में -N=C=O अंत समूह होते हैं, जो उन्हें जल अपघटन-प्रतिरोधी पॉलीयुरेथेन तैयार करने की अभिक्रिया में भाग लेने में सक्षम बनाते हैं। साथ ही, पॉलीयुरेथेन मिश्रण के दौरान कार्बोडाइमाइड को मिलाया जा सकता है। संबंधित अध्ययनों से पता चला है कि कार्बोडिमाइड्स के मिलाने से पॉलिएस्टर पॉलीओल का प्रारंभिक अम्ल मान कम हो सकता है, पॉलिएस्टर के जल अपघटन को रोका जा सकता है और टीपीयू के जल अपघटन प्रतिरोध में प्रभावी रूप से सुधार किया जा सकता है।

पॉलीएस्टर-आधारित जैव-अपघटनीय पॉलिमर जैसे कि PBAT, PLA और पॉलीग्लाइकॉलिक एसिड (PGA) में अच्छी जैव अनुकूलता, जैव अपघटनीयता, सुरक्षा, गैर-विषाक्तता और अच्छे भौतिक एवं यांत्रिक गुण होते हैं, जो चिकित्सा उपकरणों, पैकेजिंग सामग्री और कृषि में अपार संभावनाएं दर्शाते हैं। हालांकि, इन जैव-अपघटनीय सामग्रियों में जल अपघटन और तापीय स्थिरता की कमी होती है, जिससे ये प्रसंस्करण, भंडारण और उपयोग के दौरान आसानी से विघटित हो जाते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रदर्शन में गिरावट आती है और ये अपने अपेक्षित जीवनकाल तक नहीं पहुंच पाते हैं। कार्बोडिमाइड, PBAT, PLA और PGA की आणविक श्रृंखलाओं में टर्मिनल कार्बोक्सिल समूहों के साथ एक कैपिंग प्रतिक्रिया कर सकता है, जिससे अपेक्षाकृत स्थिर एसिल्यूरिया संरचना उत्पन्न होती है, जो एक साथ जल अपघटन को रोकती है और तापीय स्थिरता में सुधार करती है।

कार्बोडिइमाइड-संशोधित एमडीआई (जिसे द्रवीकृत एमडीआई भी कहा जाता है) डाइफेनिलमीथेन डाइआइसोसाइनेट (एमडीआई) के मुख्य संशोधित उत्पादों में से एक है। यह उत्प्रेरक की क्रिया के तहत एमडीआई की संघनन प्रतिक्रिया द्वारा कार्बोडिइमाइड समूहों को उत्पन्न करके तैयार किया जाता है। कार्बोडिइमाइड-संशोधित एमडीआई कमरे के तापमान पर तरल अवस्था में रहता है, इसे आसानी से संग्रहित किया जा सकता है और इसकी शेल्फ लाइफ लंबी होती है। साथ ही, यह पॉलीयुरेथेन सामग्रियों के जल अपघटन प्रतिरोध को काफी हद तक बेहतर बना सकता है।

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