1.חומרים נוגדי הידרוליזהשואפים בעיקר לחסום את תהליך ההידרוליזה של פולימרים מפוליאסטר.

ביישומים המשתמשים בפולימרים המכילים קשרי אסטר, כגון PBT, PET, PLA ופוליאוריטנים (TPU, CPU), מולקולות מים תוקפות בקלות את קשרי האסטר או האורתן בשרשרת המולקולרית בתנאי טמפרטורה ולחות גבוהים. זה מוביל לשבירה של השרשרת ולהידרוליזה, ירידה במשקל המולקולרי של הפולימר, וכתוצאה מכך, שבירות, סדקים ואובדן ביצועים. חומרים אנטי-הידרוליזה משמשים כדי לנטרל תהליך הידרוליזה זה. חומרים אנטי-הידרוליזה מחולקים בעיקר לשתי קטגוריות: ריאקטיביים ופיזיקליים. חומרים אנטי-הידרוליזה ריאקטיביים מסלקים את אתרי ההתחלה או תוצרי ההידרוליזה באמצעות תגובות כימיות, המייצגים את השיטה המרכזית והיעילה ביותר. חומרים פיזיקליים אנטי-הידרוליזה, לעומת זאת, חוסמים או סופגים לחות באמצעות פעולה פיזיקלית.

מעכבי הידרוליזה פיזיקליים אינם משתתפים בתגובות כימיות אלא מונעים חדירת לחות באמצעים פיזיקליים. סוגים מייצגים כוללים זאוליטים, תחמוצת סידן (CaO), אדמה דיאטומית, סילאנים ושעוות. זאוליטים ותחמוצת סידן, באמצעות המבנה הנקבובי שלהם או תגובות כימיות, סופגים ונושאים לחות הנספגת על ידי הפולימר במהלך העיבוד והשימוש, ובעיקר מגנים על חומרים מפני פירוק עקב כמויות זעירות של לחות לפני העיבוד (כגון הזרקה ואקסטרוזיה), ובעיקר משמשים כתכונות "יובש". סילאנים ושעוות, לעומת זאת, נודדים אל פני השטח של המוצר, יוצרים מחסום הידרופובי, או מאריכים את נתיב חדירת הלחות דרך חומרי מילוי שכבתיים (כגון חימר), ובעיקר מגנים על פני החומר.

מעכבי הידרוליזה ריאקטיביים יכולים להגיב עם קבוצות קרבוקסיל (-COOH) בקצות שרשראות פולימר או עם קבוצות קרבוקסיל שנוצרות במהלך ההידרוליזה, ובכך להפסיק את התהליך האוטוקטליטי של ההידרוליזה ובכך להשיג אפקט ייצוב בסיסי. אלה כוללים בעיקר מעכבי הידרוליזה של קרבודימיד, אוקסזולין, אפוקסי ואזירידין.

2. קרבודיאמיד הוא מעכב ההידרוליזה הריאקטיבי המועיל והנפוץ ביותר.

קרבודיאמידים הם כיום הקבוצה הנפוצה והיעילה ביותר של חומרים נוגדי הידרוליזה. הם מגיבים עם קבוצות הקרבוקסיל המיוצרות על ידי הידרוליזה של פולימר ליצירת N-אצילוריאה יציבה, ובכך מסלקים את הזרז לתגובת ההידרוליזה ומפריעים למחזור האוטוקטליטי. נגזרות אוקסזולין, קבוצה חשובה נוספת של חומרים נוגדי הידרוליזה ריאקטיביים, מכילות טבעת אוקסזולין כקבוצה פונקציונלית ריאקטיבית. טבעת האוקסזולין יכולה להגיב עם קבוצות קרבוקסיל והידרוקסיל ליצירת אמידי אסטר או דיאסטרים, ובכך לייצב את קצוות הפולימר. פולימרים פונקציונליים אפוקסי מנצלים את הריאקטיביות הגבוהה של קבוצות האפוקסי כדי לספק ייצוב. קבוצות האפוקסי יכולות להגיב עם קבוצות קרבוקסיל, הידרוקסיל ואפילו אמינו, ובכך לסתום את הקבוצות הריאקטיביות הללו.

טבלה: השוואה בין עמידים נפוצים להידרוליזה ריאקטיבית

סוגי חומרים נוגדי הידרוליזה	קרבודיאימיד	פולימרים של קבוצת אפוקסי פונקציונלית	אוקסאזולינידים
מנגנון הליבה	הוא מגיב עם קבוצות קרבוקסיל המיוצרות על ידי הידרוליזה כדי לייצר N-אצילוריאה יציבה, ובכך קוטע את המחזור האוטוקטליטי.	קבוצת האפוקסי שלה יכולה להגיב עם קבוצות שונות כגון קרבוקסיל, הידרוקסיל וקבוצות אמינו.	טבעת האוקסזולין שלו יכולה להגיב עם קבוצות קרבוקסיל והידרוקסיל.
יתרונות עיקריים	● עמידות גבוהה במיוחד להידרוליזה, עם ההשפעה המשמעותית ביותר.	● רב-תכליתיות: משלב את הפונקציות של הארכת שרשרת ותיקון מולקולות פגומות.	● תגובה דו-תפקודית, עם מגוון רחב של יישומים
	כמות התוספת קטנה (0.5%-2.0%), עם השפעה מינימלית על התכונות הפנימיות של החומר.	● יכול לשפר את חוזק ההיתוך והצמיגות	● ניתן להשתמש כקומפטיביליזטור במערכות מסוימות.
	● בטיחות טובה יחסית	● תאימות טובה עם פולימרים
חסרונות עיקריים	● עלות גבוהה יחסית	● כחומר יחיד נגד הידרוליזה, יעילותו אינה ספציפית כמו זו של קרבודימיד.	● העלויות הן בדרך כלל היקרות ביותר
	● מכוון בעיקר לקבוצות קרבוקסיל; אינו מגיב ישירות עם קבוצות הידרוקסיל.	● הוספה מוגזמת עלולה להוביל לקישור צולב או ג'לציה.	● חסר יתרון יעילות ביישומים כלליים
יישומים אופייניים	● פוליאסטר: PBT, PET, PLA, PBAT	● מיחזור פלסטיק: תיקון rPET וכו'.	● פוליאסטר (PET, PBT)
	● פוליאוריטן: TPU, CPU (סוליות נעליים, צינורות וכו')	● פוליאמיד (ניילון)	● פוליאמיד
		● מערכות פוליאסטר הדורשות עיבוי סימולטני	● סגסוגת פולימר (כמעכב קומפטיביליזציה)

 

3. קרבודיאמיד חוסם את תהליך ההידרוליזה על ידי תגובה עם חומצות קרבוקסיליות ליצירת מבני אצילוריאה.

פולימרים של פוליאסטר מפגינים יציבות לחות ירודה. בתנאי טמפרטורה ולחות גבוהים, קשרי האסטר בפולימר מגיבים עם מים, וגורמים למבנה ארוך השרשרת של המקרומולקולה להישבר וליצור קבוצות קרבוקסיל סופיות. קבוצות קרבוקסיל סופיות אלו יכולות ליינן יוני H+, מה שקטליזציה נוספת של תגובת ההידרוליזה עם חומצה, מה שמוביל בסופו של דבר לירידה משמעותית בתכונות החומר השונות ולקיצור משמעותי של חיי השירות. תרכובות קרבודיאימיד, המכילות קבוצות פונקציונליות קרבודיאימיד (N=C=N), יכולות להגיב עם קבוצות הקרבוקסיל שנוצרות במהלך הידרוליזה של הפולימר ליצירת מבני אצילוריאה יציבים, ובכך להפחית בו זמנית את ריכוז קבוצות הקרבוקסיל ולמנוע הידרוליזה נוספת. הן בין חומרי האנטי-הידרוליזה הנפוצים ביותר הזמינים כיום.

חומרים אנטי-הידרוליזה של קרבודיאימיד הם מגוונים וניתן לסווג אותם באופן כללי לסוגים מונומריים ופולימריים. תרכובות קרבודיאימיד מונומריות מכילות רק קבוצה פונקציונלית קרבודיאימיד אחת והן תרכובות מולקולריות קטנות. תרכובות קרבודיאימיד פולימריות מכילות בדרך כלל שתי קבוצות פונקציונליות קרבודיאימיד או יותר, בעלות משקל מולקולרי גבוה יחסית, והן שייכות לסוג מבנה הפולימר ארוך השרשרת.

קרבודיאימיד מונומריחומרים אנטי-הידרוליזההם נוזלים או גבישים בצבע צהוב בהיר עד חום בטמפרטורת החדר. הם מסיסים בממסים אורגניים אך אינם מסיסים במים, ויש להם יתרונות כגון טוהר גבוה, הכנה פשוטה ותגובתיות גבוהה. 2,6-דיאיזופרופילפניל)קרבודיאימיד הוא חומר האנטי-הידרוליזה המונומרי הנפוץ ביותר הזמין מסחרית של קרבודיאימיד.

 

קרבודיאימידים פולימריים הם אבקות צהובות עד חומות או נוזלים צמיגים בטמפרטורת החדר, עם מסה מולקולרית יחסית שבדרך כלל גדולה מ-1000, בעוד שהמסה המולקולרית היחסית של אוליגומרים נשלטת על כ-2000. קרבודיאימידים פולימריים מתקבלים בדרך כלל על ידי תגובה של מונומרים של דיאיזוציאנט, זרזים, ממסים וחומרי כיסוי קצה בטמפרטורות מתאימות. ראשית, מונומרים של דיאיזוציאנט עוברים תגובת עיבוי תחת זרז כדי לקבל פרה-פולימר המכיל מספר קבוצות קרבודיאימיד וקבוצות קצה איזוציאנט. לאחר מכן, קבוצות האיזוציאנט מגיבות עם מימן פעיל מחומר כיסוי הקצה כדי לקבל פוליקרבודיאימידים. פוליקרבודיאימידים אופייניים מתקבלים על ידי עיבוי 2,4,6-טריאיזופרופילפניל-1,5-דיאיזוציאנט וסגירת קצה עם 2,6-דיאיזופרופילפניל מונואיזוציאנט.

 

4. אזורי יישום אופייניים של קרבודימיד

PET, כחומר הפוליאסטר הנפוץ ביותר, בעל תכונות מכניות מצוינות, יציבות ממדית, עמידות כימית ותכונות אופטיות, והוא נמצא בשימוש נרחב בתחומי החקלאות, התעשייה, הבנייה, הרפואה והרכב. PET מיוצר באמצעות פולי-קונדנסציה של PTA ואתילן גליקול; קשרי האסטר רגישים מאוד לפירוק הידרוליטי, מה שמוביל לירידה בצמיגות הפולימר ולהידרדרות חמורה בביצועים. הידרוליזה של PET מגבילה את היישום של תוצרי ההמשך שלו בסביבות טמפרטורה גבוהה, לחות או חיצוניות. מחקרים קשורים מצאים כי שילוב חומרים מונומריים נוגדי הידרוליזה במאסטרבץ' של PET להכנת דגימות סרט משפר את עמידות החום, הזדקנות בחום לח וההתארכות בשבירה של מוצרי הסרט. קרבודימיד ארומטי מראה ביצועי הידרוליזה טובים במיוחד.

סינתזת פוליאוריטן משתמשת במגוון רחב של מונומרים, מאפשרת תגובות מבוקרות ומציעה יתרונות כגון חוזק גבוה, עמידות בפני שחיקה, עמידות טובה לטמפרטורה וקלות עיבוד. הוא נמצא בשימוש נרחב בדבקים, ציפויים, אלסטומרים, פלסטיק מוקצף וסיבים סינתטיים. פוליאוריטן מסוג פוליאסטר מיוצר מפוליאולים פוליאסטר אוליגומריים, המכילים קשרי אסטר רבים בשרשראות המולקולריות שלהם, וכתוצאה מכך עמידות נמוכה להידרוליזה. לחומרים נוגדי הידרוליזה של קרבודיאימיד יש השפעות שליליות מינימליות על סינתזת פוליאוריטן וניתן להוסיף אותם לפוליאול הפוליאסטר במהלך תהליך הסינתזה. יתר על כן, קרבודיאימידים פולימריים המוכנים על ידי עיבוי איזוציאנט מכילים קבוצות קצה N=C=O, מה שמאפשר להם להשתתף בתגובה להכנת פוליאוריטן עמיד להידרוליזה. בנוסף, ניתן להוסיף קרבודיאימידים במהלך ערבוב פוליאוריטן. מחקרים קשורים הראו כי הוספת קרבודיאימידים יכולה להוריד את ערך החומצה ההתחלתי של פוליאוריטן פוליאסטר, לעכב הידרוליזה של פוליאסטר ולשפר ביעילות את עמידות ההידרוליזה של TPU.

פולימרים מתכלים ביולוגית מבוססי פוליאסטר כגון PBAT, PLA וחומצה פוליגליקולית (PGA) הם בעלי תאימות ביולוגית טובה, יכולת התכלות ביולוגית, בטיחות, אי-רעילות ותכונות פיזיקליות ומכניות טובות, ומראים פוטנציאל רב במכשירים רפואיים, חומרי אריזה וחקלאות. עם זאת, חומרים מתכלים ביולוגית אלה סובלים כולם מיציבות הידרולטית ותרמית ירודה, ומתכלים בקלות במהלך עיבוד, אחסון ושימוש, מה שמוביל לפגיעה בביצועים ולאי עמידה בתוחלת החיים הצפויה שלהם. קרבודיאימיד יכול לעבור תגובת כיסוי עם קבוצות הקרבוקסיל הסופיות בשרשראות המולקולריות של PBAT, PLA ו-PGA כדי ליצור מבנה אצילוריאה יציב יחסית, תוך עיכוב הידרוליזה ומשפר בו זמנית את היציבות התרמית.

MDI שעבר שינוי בקרבודיאימיד (הידוע גם בשם MDI נוזלי) הוא אחד התוצרים העיקריים שעברו שינוי של דיפנילמתאן דיאיזוציאנט (MDI). הוא מיוצר על ידי תגובת עיבוי של MDI תחת פעולת זרז ליצירת קבוצות קרבודיאימיד. MDI שעבר שינוי בקרבודיאימיד מאופיין בכך שהוא נוזלי בטמפרטורת החדר, קל לאחסון ובעל חיי מדף ארוכים. יחד עם זאת, הוא יכול לשפר משמעותית את עמידות ההידרוליזה של חומרי פוליאוריטן.

אם אתם רוצים לדעת עוד על מוצרים נגד הידרוליזה, אל תהססוצרו קשר.