1.สารป้องกันการไฮโดรไลซิสโดยหลักแล้วมีเป้าหมายเพื่อยับยั้งกระบวนการไฮโดรไลซิสของพอลิเมอร์โพลีเอสเตอร์

ในการใช้งานโพลิเมอร์ที่มีพันธะเอสเทอร์ เช่น PBT, PET, PLA และโพลียูรีเทน (TPU, CPU) โมเลกุลของน้ำจะเข้าโจมตีพันธะเอสเทอร์หรือยูรีเทนในสายโซ่โมเลกุลได้ง่ายภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นสูง ซึ่งนำไปสู่การแตกหักของสายโซ่และการไฮโดรไลซิส การลดลงของน้ำหนักโมเลกุลของโพลิเมอร์ และส่งผลให้เกิดความเปราะ การแตกร้าว และการสูญเสียประสิทธิภาพ สารป้องกันการไฮโดรไลซิสถูกนำมาใช้เพื่อต่อต้านกระบวนการไฮโดรไลซิสนี้ สารป้องกันการไฮโดรไลซิสแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ แบบปฏิกิริยาและแบบทางกายภาพ สารป้องกันการไฮโดรไลซิสแบบปฏิกิริยาจะกำจัดจุดเริ่มต้นหรือผลิตภัณฑ์ของการไฮโดรไลซิสผ่านปฏิกิริยาเคมี ซึ่งเป็นวิธีการหลักและมีประสิทธิภาพสูง ในขณะที่สารป้องกันการไฮโดรไลซิสแบบทางกายภาพจะปิดกั้นหรือดูดซับความชื้นผ่านการกระทำทางกายภาพ

สารยับยั้งการไฮโดรไลซิสทางกายภาพไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาเคมี แต่ป้องกันการซึมผ่านของความชื้นด้วยวิธีการทางกายภาพ ตัวอย่างได้แก่ ซีโอไลต์ แคลเซียมออกไซด์ (CaO) ดินเบา ไซเลน และแวกซ์ ซีโอไลต์และแคลเซียมออกไซด์ ด้วยโครงสร้างที่มีรูพรุนหรือปฏิกิริยาเคมี จะดูดซับและกักเก็บความชื้นที่ดูดซับโดยพอลิเมอร์ระหว่างกระบวนการผลิตและการใช้งาน โดยส่วนใหญ่จะช่วยปกป้องวัสดุจากการเสื่อมสภาพเนื่องจากความชื้นในปริมาณเล็กน้อยก่อนกระบวนการผลิต (เช่น การฉีดขึ้นรูปและการอัดรีด) โดยพื้นฐานแล้วทำหน้าที่เหมือน "สารดูดความชื้น" ในทางกลับกัน ไซเลนและแวกซ์จะเคลื่อนตัวไปยังพื้นผิวของผลิตภัณฑ์ ก่อตัวเป็นเกราะป้องกันน้ำ หรือขยายเส้นทางการซึมผ่านของความชื้นผ่านสารตัวเติมแบบชั้น (เช่น ดินเหนียว) โดยส่วนใหญ่จะช่วยปกป้องพื้นผิวของวัสดุ

สารยับยั้งการไฮโดรไลซิสแบบรีแอคทีฟสามารถทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอกซิล (-COOH) ที่ปลายโซ่พอลิเมอร์หรือกับหมู่คาร์บอกซิลที่เกิดขึ้นระหว่างการไฮโดรไลซิส ขัดขวางกระบวนการเร่งปฏิกิริยาด้วยตนเองของการไฮโดรไลซิส และทำให้เกิดผลในการทำให้เสถียรอย่างแท้จริง สารเหล่านี้ส่วนใหญ่ได้แก่ สารยับยั้งการไฮโดรไลซิสประเภทคาร์โบไดอิมิด ออกซาโซลีน อีพอกซี และอะซิริดีน

2. คาร์โบไดไมด์เป็นสารยับยั้งการไฮโดรไลซิสแบบปฏิกิริยาที่มีข้อดีและใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด

คาร์โบไดอิมิดเป็นสารต้านการไฮโดรไลซิสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายและมีประสิทธิภาพมากที่สุดในปัจจุบัน สารเหล่านี้ทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอกซิลที่เกิดจากการไฮโดรไลซิสของพอลิเมอร์เพื่อสร้าง N-อะซิลยูเรียที่เสถียร จึงช่วยกำจัดตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการไฮโดรไลซิสและขัดขวางวัฏจักรเร่งปฏิกิริยาด้วยตนเอง อนุพันธ์ของออกซาโซลีน ซึ่งเป็นสารต้านการไฮโดรไลซิสที่มีปฏิกิริยาอีกกลุ่มหนึ่งที่สำคัญ มีวงแหวนออกซาโซลีนเป็นหมู่ฟังก์ชันที่มีปฏิกิริยา วงแหวนออกซาโซลีนสามารถทำปฏิกิริยากับทั้งหมู่คาร์บอกซิลและหมู่ไฮดรอกซิลเพื่อสร้างเอสเทอร์อะไมด์หรือไดเอสเทอร์ จึงช่วยทำให้ปลายพอลิเมอร์มีความเสถียร พอลิเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันอีพอกซีใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาที่สูงของหมู่อีพอกซีเพื่อให้เกิดความเสถียร หมู่อีพอกซีสามารถทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอกซิล หมู่ไฮดรอกซิล และแม้แต่หมู่เอมีโน จึงช่วยปิดกั้นหมู่ที่มีปฏิกิริยาเหล่านี้

ตาราง: การเปรียบเทียบสารต้านทานปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสทั่วไป

ประเภทของสารป้องกันการไฮโดรไลซิส	คาร์โบไดอิไมด์	โพลิเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันอีพ็อกซี	ออกซาโซลินีดส์
กลไกหลัก	สารนี้ทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอกซิลที่เกิดจากการไฮโดรไลซิสเพื่อสร้าง N-acylurea ที่เสถียร จึงเป็นการขัดขวางวัฏจักรเร่งปฏิกิริยาด้วยตนเอง	หมู่เอพ็อกซีของมันสามารถทำปฏิกิริยากับหมู่ต่างๆ ได้ เช่น หมู่คาร์บอกซิล หมู่ไฮดรอกซิล และหมู่เอมีโน	วงแหวนออกซาโซลีนของมันสามารถทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอกซิลและหมู่ไฮดรอกซิลได้
ข้อได้เปรียบหลัก	●มีความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสสูงมาก และมีผลกระทบอย่างเห็นได้ชัด	●การทำงานหลากหลาย: ผสานรวมฟังก์ชันการต่อสายโซ่และการซ่อมแซมโมเลกุลที่เสื่อมสภาพเข้าด้วยกัน	● ปฏิกิริยาแบบสองฟังก์ชัน ซึ่งมีการใช้งานที่หลากหลาย
	ปริมาณที่เติมมีน้อย (0.5%-2.0%) โดยมีผลกระทบต่อคุณสมบัติพื้นฐานของวัสดุน้อยที่สุด	●สามารถเพิ่มความแข็งแรงและความหนืดของวัสดุหลอมเหลวได้	● สามารถใช้เป็นสารเพิ่มความเข้ากันได้ในบางระบบ
	● ความปลอดภัยค่อนข้างดี	● เข้ากันได้ดีกับโพลิเมอร์
ข้อเสียหลัก	● ต้นทุนค่อนข้างสูง	●ในฐานะสารป้องกันการไฮโดรไลซิสเพียงชนิดเดียว ประสิทธิภาพของมันไม่จำเพาะเจาะจงเท่ากับคาร์โบไดอิมิด	● ค่าใช้จ่ายมักจะแพงที่สุด
	● ออกฤทธิ์โดยมุ่งเป้าไปที่หมู่คาร์บอกซิลเป็นหลัก ไม่ทำปฏิกิริยาโดยตรงกับหมู่ไฮดรอกซิล	● การเติมมากเกินไปอาจทำให้เกิดการเชื่อมโยงข้ามหรือการจับตัวเป็นเจลได้	● ขาดความได้เปรียบด้านประสิทธิภาพในการใช้งานทั่วไป
การใช้งานทั่วไป	● โพลีเอสเตอร์: PBT, PET, PLA, PBAT	● การรีไซเคิลพลาสติก: การซ่อมแซม rPET เป็นต้น	● โพลีเอสเตอร์ (PET, PBT)
	● โพลียูรีเทน: TPU, CPU (พื้นรองเท้า, ท่อ ฯลฯ)	● โพลีอะไมด์ (ไนลอน)	●โพลีอะไมด์
		● ระบบโพลีเอสเตอร์ที่ต้องการการเพิ่มความหนาพร้อมกัน	● โพลิเมอร์อัลลอย (ใช้เป็นสารเพิ่มความเข้ากันได้)

 

3. คาร์โบไดอิมิดจะยับยั้งกระบวนการไฮโดรไลซิสโดยทำปฏิกิริยากับกรดคาร์บอกซิลิกเพื่อสร้างโครงสร้างอะซิลยูเรีย

พอลิเมอร์โพลีเอสเตอร์มีความคงตัวต่อความชื้นต่ำ ภายใต้สภาวะอุณหภูมิและความชื้นสูง พันธะเอสเทอร์ในพอลิเมอร์จะทำปฏิกิริยากับน้ำ ทำให้โครงสร้างสายยาวของโมเลกุลขนาดใหญ่แตกออกและเกิดหมู่คาร์บอกซิลที่ปลาย หมู่คาร์บอกซิลที่ปลายเหล่านี้สามารถแตกตัวเป็นไอออน H+ ได้ ซึ่งจะเร่งปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสด้วยกรดต่อไป ส่งผลให้คุณสมบัติของวัสดุต่างๆ ลดลงอย่างมากและอายุการใช้งานสั้นลงอย่างมาก สารประกอบคาร์โบไดอิมิด ซึ่งมีหมู่ฟังก์ชันคาร์โบไดอิมิด (N=C=N) สามารถทำปฏิกิริยากับหมู่คาร์บอกซิลที่เกิดขึ้นระหว่างการไฮโดรไลซิสของพอลิเมอร์เพื่อสร้างโครงสร้างอะซิลยูเรียที่เสถียร ในขณะเดียวกันก็ลดความเข้มข้นของหมู่คาร์บอกซิลและป้องกันการไฮโดรไลซิสเพิ่มเติม สารเหล่านี้เป็นหนึ่งในสารป้องกันการไฮโดรไลซิสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน

สารต้านการไฮโดรไลซิสประเภทคาร์โบไดอิไมด์มีความหลากหลายและสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทใหญ่ๆ คือ ประเภทโมโนเมอร์และประเภทพอลิเมอร์ สารประกอบคาร์โบไดอิไมด์ประเภทโมโนเมอร์มีหมู่ฟังก์ชันคาร์โบไดอิไมด์เพียงหนึ่งหมู่และเป็นสารประกอบโมเลกุลขนาดเล็ก ส่วนสารประกอบคาร์โบไดอิไมด์ประเภทพอลิเมอร์โดยทั่วไปจะมีหมู่ฟังก์ชันคาร์โบไดอิไมด์สองหมู่ขึ้นไป มีน้ำหนักโมเลกุลค่อนข้างสูง และจัดอยู่ในประเภทโครงสร้างพอลิเมอร์สายยาว

คาร์โบไดอิไมด์โมโนเมอริกสารป้องกันการไฮโดรไลซิสเป็นของเหลวหรือผลึกสีเหลืองสดใสถึงสีน้ำตาลที่อุณหภูมิห้อง ละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์แต่ไม่ละลายในน้ำ และมีข้อดี เช่น ความบริสุทธิ์สูง การเตรียมที่ง่าย และปฏิกิริยาสูง 2,6-ไดไอโซโพรพิลฟีนิล)คาร์โบไดอิมิดเป็นสารต้านการไฮโดรไลซิสแบบโมโนเมอร์คาร์โบไดอิมิดที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในเชิงพาณิชย์

 

พอลิเมอร์คาร์โบไดอิไมด์เป็นผงสีเหลืองถึงน้ำตาลหรือของเหลวหนืดที่อุณหภูมิห้อง โดยทั่วไปมวลโมเลกุลสัมพัทธ์จะมากกว่า 1000 ในขณะที่มวลโมเลกุลสัมพัทธ์ของโอลิโกเมอร์จะถูกควบคุมไว้ที่ประมาณ 2000 พอลิเมอร์คาร์โบไดอิไมด์มักได้จากการทำปฏิกิริยาระหว่างโมโนเมอร์ไดไอโซไซยาเนต ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวทำละลาย และสารปิดปลายที่อุณหภูมิที่เหมาะสม ขั้นแรก โมโนเมอร์ไดไอโซไซยาเนตจะเกิดปฏิกิริยาควบแน่นภายใต้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อให้ได้พรีพอลิเมอร์ที่มีหมู่คาร์โบไดอิไมด์หลายหมู่และหมู่ไอโซไซยาเนตที่ปลาย จากนั้น หมู่ไอโซไซยาเนตจะทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนที่ว่องไวจากสารปิดปลายเพื่อให้ได้พอลิคาร์โบไดอิไมด์ พอลิคาร์โบไดอิไมด์ทั่วไปได้มาจากการควบแน่นของ 2,4,6-ไตรไอโซโพรพิลฟีนิล-1,5-ไดไอโซไซยาเนต และปิดปลายด้วย 2,6-ไดไอโซโพรพิลฟีนิลโมโนไอโซไซยาเนต

 

4. ขอบเขตการใช้งานทั่วไปของคาร์โบไดอิไมด์

PET ซึ่งเป็นวัสดุโพลีเอสเตอร์ที่พบได้ทั่วไป มีคุณสมบัติเชิงกลที่ดีเยี่ยม ความคงตัวของมิติ ความทนทานต่อสารเคมี และคุณสมบัติทางแสง และมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านการเกษตร อุตสาหกรรม การก่อสร้าง การแพทย์ และยานยนต์ PET ผลิตขึ้นจากปฏิกิริยาพอลิคอนเดนเซชันของ PTA และเอทิลีนไกลคอล พันธะเอสเตอร์มีความไวต่อการไฮโดรไลซิสสูง ทำให้ความหนืดของพอลิเมอร์ลดลงและประสิทธิภาพเสื่อมลงอย่างรุนแรง การไฮโดรไลซิสของ PET จำกัดการใช้งานของผลิตภัณฑ์ปลายทางในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง ความชื้นสูง หรือกลางแจ้ง งานวิจัยที่เกี่ยวข้องพบว่า การผสมสารป้องกันการไฮโดรไลซิสแบบโมโนเมอร์ลงในมาสเตอร์แบทช์ PET เพื่อเตรียมตัวอย่างฟิล์ม ช่วยปรับปรุงความทนทานต่อความร้อน การเสื่อมสภาพจากความร้อนชื้น และการยืดตัวเมื่อขาดของผลิตภัณฑ์ฟิล์ม คาร์โบไดอิมิดอะโรมาติกแสดงประสิทธิภาพการไฮโดรไลซิสที่ดีเป็นพิเศษ

การสังเคราะห์โพลียูรีเทนใช้โมโนเมอร์หลากหลายชนิด สามารถควบคุมปฏิกิริยาได้ และมีข้อดีหลายประการ เช่น ความแข็งแรงสูง ทนต่อการเสียดสี ทนต่ออุณหภูมิได้ดี และแปรรูปได้ง่าย จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในกาว สารเคลือบ อีลาสโตเมอร์ พลาสติกโฟม และเส้นใยสังเคราะห์ โพลียูรีเทนชนิดโพลีเอสเตอร์เตรียมได้จากโพลีออลโพลีเอสเตอร์แบบโอลิโกเมอร์ ซึ่งมีพันธะเอสเทอร์จำนวนมากในสายโมเลกุล ทำให้ทนต่อการไฮโดรไลซิสได้ไม่ดี สารต้านการไฮโดรไลซิสประเภทคาร์โบไดอิมิดมีผลเสียต่อการสังเคราะห์โพลียูรีเทนน้อยที่สุด และสามารถเติมลงในโพลีออลโพลีเอสเตอร์ระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ได้ ยิ่งไปกว่านั้น คาร์โบไดอิมิดพอลิเมอร์ที่เตรียมโดยการควบแน่นของไอโซไซยาเนตมีหมู่ปลาย -N=C=O ทำให้สามารถเข้าร่วมในปฏิกิริยาเพื่อเตรียมโพลียูรีเทนที่ทนต่อการไฮโดรไลซิสได้ นอกจากนี้ ยังสามารถเติมคาร์โบไดอิมิดในระหว่างการผสมโพลียูรีเทนได้อีกด้วย งานวิจัยที่เกี่ยวข้องแสดงให้เห็นว่า การเติมคาร์โบไดอิมิดสามารถลดค่าความเป็นกรดเริ่มต้นของโพลีเอสเตอร์โพลีออล ยับยั้งการไฮโดรไลซิสของโพลีเอสเตอร์ และปรับปรุงความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสของ TPU ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพที่มีโพลีเอสเตอร์เป็นองค์ประกอบหลัก เช่น PBAT, PLA และกรดโพลีไกลโคลิก (PGA) มีคุณสมบัติทางชีวภาพที่ดี ย่อยสลายได้ ปลอดภัย ไม่เป็นพิษ และมีคุณสมบัติทางกายภาพและเชิงกลที่ดี จึงมีศักยภาพสูงในการนำไปใช้ในอุปกรณ์ทางการแพทย์ วัสดุบรรจุภัณฑ์ และการเกษตร อย่างไรก็ตาม วัสดุที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพเหล่านี้ล้วนมีข้อเสียคือเสถียรภาพต่อการไฮโดรไลซิสและความร้อนต่ำ สลายตัวได้ง่ายในระหว่างกระบวนการผลิต การจัดเก็บ และการใช้งาน ส่งผลให้ประสิทธิภาพลดลงและไม่สามารถใช้งานได้นานตามที่คาดหวัง คาร์โบไดอิมิดสามารถทำปฏิกิริยาปิดปลายกับหมู่คาร์บอกซิลในสายโมเลกุลของ PBAT, PLA และ PGA เพื่อสร้างโครงสร้างอะซิลยูเรียที่ค่อนข้างเสถียร พร้อมทั้งยับยั้งการไฮโดรไลซิสและเพิ่มเสถียรภาพทางความร้อนไปพร้อมกัน

MDI ที่ดัดแปลงด้วยคาร์โบไดอิมิด (หรือที่รู้จักกันในชื่อ MDI เหลว) เป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ดัดแปลงหลักของไดฟีนิลมีเทนไดไอโซไซยาเนต (MDI) ผลิตขึ้นโดยปฏิกิริยาควบแน่นของ MDI ภายใต้การทำงานของตัวเร่งปฏิกิริยาเพื่อสร้างหมู่คาร์โบไดอิมิด MDI ที่ดัดแปลงด้วยคาร์โบไดอิมิดมีคุณสมบัติเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง จัดเก็บง่าย และมีอายุการเก็บรักษานาน ในขณะเดียวกันก็สามารถปรับปรุงความต้านทานต่อการไฮโดรไลซิสของวัสดุโพลียูรีเทนได้อย่างมีนัยสำคัญ

หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลิตภัณฑ์สารป้องกันการไฮโดรไลซิส โปรดติดต่อเราได้เลยติดต่อเรา