1.Hidrolízisgátló szerekElsődleges céljuk a poliészter polimerek hidrolízisének blokkolása.

Az észterkötéseket tartalmazó polimereket, például a PBT-t, PET-et, PLA-t és poliuretánokat (TPU, CPU) használó alkalmazásokban a vízmolekulák magas hőmérsékleti és páratartalmú körülmények között könnyen megtámadják a molekuláris láncban lévő észter- vagy uretánkötéseket. Ez lánctöréshez és hidrolízishez, a polimer molekulatömegének csökkenéséhez, következésképpen ridegséghez, repedéshez és teljesítményvesztéshez vezet. A hidrolízisgátló szereket ennek a hidrolízisfolyamatnak az ellensúlyozására használják. A hidrolízisgátló szereket főként két kategóriába sorolják: reaktív és fizikai. A reaktív hidrolízisgátló szerek kémiai reakciók révén kiküszöbölik a hidrolízis iniciációs helyeit vagy termékeit, ami a fő és rendkívül hatékony módszert képviseli. A fizikai hidrolízisgátló szerek ezzel szemben fizikai hatás révén blokkolják vagy abszorbeálják a nedvességet.

A fizikai hidrolízis inhibitorok nem vesznek részt kémiai reakciókban, de fizikai úton megakadályozzák a nedvesség behatolását. Jellemző típusok közé tartoznak a zeolitok, a kalcium-oxid (CaO), a kovaföld, a szilánok és a viaszok. A zeolitok és a kalcium-oxid porózus szerkezetükön vagy kémiai reakcióikon keresztül elnyelik és magukban tartják a polimer által a feldolgozás és a felhasználás során elnyelt nedvességet, elsősorban védve az anyagokat a feldolgozás (például fröccsöntés és extrudálás) előtti nyomokban jelen lévő nedvesség okozta lebomlástól, lényegében "szárító" tulajdonságként működve. A szilánok és a viaszok ezzel szemben a termék felületére vándorolnak, hidrofób gátat képezve, vagy réteges töltőanyagokon (például agyagon) keresztül meghosszabbítják a nedvesség behatolásának útját, elsősorban az anyag felületét védve.

A reaktív hidrolízis inhibitorok reakcióba léphetnek a polimer láncok végein található karboxilcsoportokkal (-COOH) vagy a hidrolízis során keletkező karboxilcsoportokkal, megszakítva a hidrolízis autokatalitikus folyamatát, és így alapvető stabilizáló hatást érve el. Ezek közé tartoznak főként a karbodiimid, oxazolin, epoxi és aziridin hidrolízis inhibitorok.

2. A karbodiimid a legelőnyösebb és legszélesebb körben alkalmazott reaktív hidrolízis inhibitor.

A karbodiimidek jelenleg a legszélesebb körben használt és leghatékonyabb hidrolízisgátló szerek. Reagálnak a polimer hidrolízisével keletkező karboxilcsoportokkal, stabil N-acilkarbamidot képezve, ezáltal kiküszöbölve a hidrolízis reakció katalizátorát és megszakítva az autokatalitikus ciklust. Az oxazolin-származékok, a reaktív hidrolízisgátló szerek egy másik fontos osztálya, oxazolin gyűrűt tartalmaznak reaktív funkciós csoportként. Az oxazolin gyűrű mind karboxil-, mind hidroxilcsoportokkal reagálhat, észter-amidokat vagy diésztereket képezve, ezáltal stabilizálva a polimer végeit. Az epoxi-funkcionalizált polimerek az epoxicsoportok nagy reakcióképességét használják ki a stabilizáláshoz. Az epoxicsoportok reagálhatnak karboxil-, hidroxil- és akár aminocsoportokkal is, ezáltal lezárva ezeket a reaktív csoportokat.

Táblázat: A gyakori reaktív hidrolízis-ellenálló anyagok összehasonlítása

A hidrolízisgátló szerek típusai	karbodiimid	Epoxi funkciós csoportú polimerek	Oxazolinidek
Alapmechanizmus	Reagál a hidrolízis során keletkező karboxilcsoportokkal, stabil N-acilkarbamidot képezve, ezáltal megszakítva az autokatalitikus ciklust.	Epoxicsoportja különböző csoportokkal, például karboxil-, hidroxil- és aminocsoportokkal reagálhat.	Oxazolin gyűrűje karboxil- és hidroxilcsoportokkal reagálhat.
Fő előnyök	● Rendkívül magas hidrolízisállóság, a legjelentősebb hatással.	●Multifunkcionalitás: Egyesíti a lánchosszabbítás és a lebomlott molekulák javításának funkcióit.	● Bifunkciós reakció, széles körű alkalmazásokkal
	A hozzáadott mennyiség kicsi (0,5%-2,0%), minimális hatással van az anyag belső tulajdonságaira.	●Javíthatja az olvadék szilárdságát és viszkozitását	● Bizonyos rendszerekben kompatibilizálószerként használható.
	● Viszonylag jó biztonság	● Jó kompatibilitás polimerekkel
Fő hátrányok	● Viszonylag magas költségek	●Egyetlen hidrolízisgátló szerként a hatékonysága nem annyira specifikus, mint a karbodiimideké.	● A költségek általában a legdrágábbak
	● Elsősorban a karboxilcsoportokat célozza meg; nem reagál közvetlenül a hidroxilcsoportokkal.	● A túlzott adagolás térhálósodáshoz vagy gélesedéshez vezethet.	● Általános célú alkalmazásokban nincs hatékonysági előnye
Tipikus alkalmazások	● Poliészter: PBT, PET, PLA, PBAT	● Műanyag-újrahasznosítás: rPET javítása stb.	● Poliészter (PET, PBT)
	● Poliuretán: TPU, CPU (cipőtalpak, tömlők stb.)	● Poliamid (nejlon)	●Poliamid
		● Egyidejű sűrítést igénylő poliészter rendszerek	● Polimer ötvözet (kompatibilizálószerként)

 

3. A karbodiimid karbonsavakkal reagálva acilkarbamid szerkezeteket képezve blokkolja a hidrolízis folyamatát.

A poliészter polimerek gyenge nedvességállóságot mutatnak. Magas hőmérséklet és páratartalom mellett a polimerben lévő észterkötések reakcióba lépnek a vízzel, ami a makromolekula hosszú szénláncú szerkezetének felbomlását és terminális karboxilcsoportok képződését okozza. Ezek a terminális karboxilcsoportok ionizálhatják a H+ ionokat, tovább katalizálva a hidrolízis reakcióját savval, ami végső soron a különböző anyagtulajdonságok jelentős romlásához és az élettartam nagymértékű csökkenéséhez vezet. A karbodiimid (N=C=N) funkciós csoportokat tartalmazó karbodiimid vegyületek reakcióba léphetnek a polimer hidrolízise során keletkező karboxilcsoportokkal, stabil acilkarbamid szerkezeteket képezve, egyidejűleg csökkentve a karboxilcsoport-koncentrációt és megakadályozva a további hidrolízist. Ezek a jelenleg kapható leggyakrabban használt hidrolízisgátló szerek közé tartoznak.

A karbodiimid hidrolízisgátló szerek változatosak, és nagyjából monomer és polimer típusokra oszthatók. A monomer karbodiimid vegyületek csak egy karbodiimid funkciós csoportot tartalmaznak, és kis molekulájú vegyületek. A polimer karbodiimid vegyületek jellemzően két vagy több karbodiimid funkciós csoportot tartalmaznak, viszonylag nagy molekulatömegűek, és a hosszú szénláncú polimer szerkezeti típusba tartoznak.

Monomer karbodiimidhidrolízisgátló szerekSzobahőmérsékleten élénk sárga vagy barna folyadékok vagy kristályok. Szerves oldószerekben oldódnak, de vízben nem oldódnak, és olyan előnyökkel rendelkeznek, mint a nagy tisztaság, az egyszerű előállítás és a nagy reakcióképesség. A 2,6-diizopropil-fenil)-karbodiimid a leggyakrabban használt, kereskedelmi forgalomban kapható monomer karbodiimid hidrolízisgátló szer.

 

A polimer karbodiimidek szobahőmérsékleten sárga vagy barna porok vagy viszkózus folyadékok, relatív molekulatömegük általában nagyobb, mint 1000, míg az oligomerek relatív molekulatömege körülbelül 2000. A polimer karbodiimideket jellemzően diizocianát monomerek, katalizátorok, oldószerek és láncvég-leválasztó szerek megfelelő hőmérsékleten történő reagáltatásával állítják elő. Először a diizocianát monomerek katalizátor alatt kondenzációs reakción mennek keresztül, így több karbodiimid-csoportot és izocianát végcsoportokat tartalmazó prepolimert kapnak. Ezután az izocianát csoportok reagálnak a láncvég-leválasztó szer aktív hidrogénjével, így polikarbodiimideket kapnak. A tipikus polikarbodiimideket 2,4,6-triizopropil-fenil-1,5-diizocianát kondenzálásával és 2,6-diizopropil-fenil-monoizocianáttal történő láncvég-leválasztó szerekké alakításával állítják elő.

 

4. A karbodiimid tipikus alkalmazási területei

A PET, mint a leggyakoribb poliészter anyag, kiváló mechanikai tulajdonságokkal, méretstabilitással, kémiai ellenállással és optikai tulajdonságokkal rendelkezik, és széles körben használják a mezőgazdaságban, az iparban, az építőiparban, az orvostudományban és az autóiparban. A PET-t PTA és etilénglikol polikondenzációjával állítják elő; az észterkötések nagyon érzékenyek a hidrolitikus lebomlásra, ami a polimer viszkozitásának csökkenéséhez és súlyos teljesítményromláshoz vezet. A PET hidrolízise korlátozza a későbbi termékek alkalmazását magas hőmérsékletű, párás vagy kültéri környezetben. Kapcsolódó kutatások kimutatták, hogy a monomer hidrolízisgátló szerek PET mesterkeverékbe való beépítése a filmminták előállításához javítja a filmtermékek hőállóságát, nedvesség okozta hőöregedést és szakadási nyúlását. Az aromás karbodiimid különösen jó hidrolízis teljesítményt mutat.

A poliuretán szintézise számos monomert használ, szabályozott reakciókat tesz lehetővé, és olyan előnyöket kínál, mint a nagy szilárdság, kopásállóság, jó hőmérséklet-állóság és a könnyű feldolgozhatóság. Széles körben használják ragasztókban, bevonatokban, elasztomerekben, habosított műanyagokban és szintetikus szálakban. A poliészter típusú poliuretánt oligomer poliészter-poliolokból állítják elő, amelyek molekuláris láncaikban sok észterkötést tartalmaznak, ami gyenge hidrolízis-ellenállóságot eredményez. A karbodiimid hidrolízis-gátló szerek minimális káros hatással vannak a poliuretán szintézisre, és a szintézis folyamata során hozzáadhatók a poliészter-poliolhoz. Továbbá az izocianát kondenzációval előállított polimer karbodiimidek -N=C=O végcsoportokat tartalmaznak, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy részt vegyenek a hidrolízis-rezisztens poliuretán előállítására irányuló reakcióban. Ezenkívül a karbodiimidek hozzáadhatók a poliuretán keverése során. Kapcsolódó tanulmányok kimutatták, hogy a karbodiimidek hozzáadása csökkentheti a poliészter-poliol kezdeti savszámát, gátolhatja a poliészter hidrolízisét, és hatékonyan javíthatja a TPU hidrolízis-ellenállóságát.

A poliészter alapú biológiailag lebomló polimerek, mint például a PBAT, a PLA és a poliglikolsav (PGA), jó biokompatibilitással, biológiai lebonthatósággal, biztonságossággal, nem toxikus anyagokkal, valamint jó fizikai és mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, így nagy ígéretet mutatnak az orvostechnikai eszközök, csomagolóanyagok és a mezőgazdaság területén. Ezek a biológiailag lebomló anyagok azonban gyenge hidrolitikus és termikus stabilitással rendelkeznek, könnyen lebomlanak a feldolgozás, tárolás és felhasználás során, ami teljesítményromláshoz és a várható élettartamuk el nem éréséhez vezet. A karbodiimid lezáró reakciót végezhet a PBAT, a PLA és a PGA molekuláris láncainak terminális karboxilcsoportjaival, viszonylag stabil acilkarbamid szerkezetet létrehozva, egyidejűleg gátolva a hidrolízist és javítva a termikus stabilitást.

A karbodiimiddel módosított MDI (más néven cseppfolyósított MDI) a difenilmetán-diizocianát (MDI) egyik fő módosított terméke. Az MDI katalizátor hatására lezajló kondenzációs reakciójával állítják elő, karbodiimid-csoportokat hozva létre. A karbodiimiddel módosított MDI jellemzője, hogy szobahőmérsékleten folyékony, könnyen tárolható és hosszú eltarthatóságú. Ugyanakkor jelentősen javíthatja a poliuretán anyagok hidrolízisállóságát.

Ha további hidrolízisgátló termékeket szeretne megtudni, forduljon hozzánk bizalommallépjen kapcsolatba velünk.