1.chất chống thủy phânMục tiêu chính là ngăn chặn quá trình thủy phân của các polyme polyester.

Trong các ứng dụng sử dụng polyme chứa liên kết este, chẳng hạn như PBT, PET, PLA và polyuretan (TPU, CPU), các phân tử nước dễ dàng tấn công các liên kết este hoặc urethane trong chuỗi phân tử dưới điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao. Điều này dẫn đến sự đứt gãy chuỗi và thủy phân, làm giảm trọng lượng phân tử của polyme, và do đó, gây ra hiện tượng giòn, nứt và giảm hiệu suất. Các chất chống thủy phân được sử dụng để chống lại quá trình thủy phân này. Các chất chống thủy phân chủ yếu được chia thành hai loại: phản ứng và vật lý. Các chất chống thủy phân phản ứng loại bỏ các vị trí khởi đầu hoặc sản phẩm của quá trình thủy phân thông qua các phản ứng hóa học, đây là phương pháp chính và hiệu quả cao. Mặt khác, các chất chống thủy phân vật lý ngăn chặn hoặc hấp thụ độ ẩm thông qua tác động vật lý.

Các chất ức chế thủy phân vật lý không tham gia vào các phản ứng hóa học mà ngăn chặn sự xâm nhập của hơi ẩm thông qua các phương pháp vật lý. Các loại tiêu biểu bao gồm zeolit, canxi oxit (CaO), đất tảo cát, silan và sáp. Zeolit ​​và canxi oxit, thông qua cấu trúc xốp hoặc các phản ứng hóa học, hấp thụ và giữ lại hơi ẩm được polyme hấp thụ trong quá trình chế biến và sử dụng, chủ yếu bảo vệ vật liệu khỏi sự xuống cấp do lượng hơi ẩm nhỏ trước khi chế biến (như ép phun và ép đùn), về cơ bản hoạt động như chất "hút ẩm". Mặt khác, silan và sáp di chuyển đến bề mặt sản phẩm, tạo thành một lớp chắn kỵ nước, hoặc kéo dài đường dẫn xâm nhập của hơi ẩm thông qua các chất độn nhiều lớp (như đất sét), chủ yếu bảo vệ bề mặt vật liệu.

Các chất ức chế thủy phân phản ứng có thể phản ứng với các nhóm carboxyl (-COOH) ở đầu chuỗi polymer hoặc với các nhóm carboxyl được tạo ra trong quá trình thủy phân, làm gián đoạn quá trình tự xúc tác của thủy phân và do đó đạt được hiệu quả ổn định cơ bản. Chúng chủ yếu bao gồm các chất ức chế thủy phân carbodiimide, oxazoline, epoxy và aziridine.

2. Carbodiimide là chất ức chế thủy phân phản ứng có nhiều ưu điểm và được sử dụng rộng rãi nhất.

Các carbodiimide hiện là nhóm chất chống thủy phân được sử dụng rộng rãi và hiệu quả nhất. Chúng phản ứng với các nhóm carboxyl được tạo ra từ quá trình thủy phân polymer để tạo thành N-acylurea ổn định, nhờ đó loại bỏ chất xúc tác cho phản ứng thủy phân và làm gián đoạn chu trình tự xúc tác. Các dẫn xuất oxazoline, một nhóm chất chống thủy phân phản ứng quan trọng khác, có vòng oxazoline làm nhóm chức phản ứng. Vòng oxazoline có thể phản ứng với cả nhóm carboxyl và hydroxyl để tạo thành este amit hoặc diester, do đó ổn định các đầu polymer. Các polymer chức năng epoxy tận dụng khả năng phản ứng cao của các nhóm epoxy để tạo sự ổn định. Các nhóm epoxy có thể phản ứng với nhóm carboxyl, hydroxyl và thậm chí cả nhóm amino, do đó bịt kín các nhóm phản ứng này.

Bảng: So sánh các chất kháng thủy phân phản ứng phổ biến

Các loại chất chống thủy phân	carbodiimide	Polyme nhóm chức epoxy	Oxazolinides
Cơ chế cốt lõi	Nó phản ứng với các nhóm carboxyl được tạo ra từ quá trình thủy phân để tạo ra N-acylurea ổn định, do đó làm gián đoạn chu trình tự xúc tác.	Nhóm epoxy của nó có thể phản ứng với nhiều nhóm khác nhau như nhóm carboxyl, hydroxyl và amino.	Vòng oxazoline của nó có thể phản ứng với các nhóm carboxyl và hydroxyl.
Ưu điểm chính	●Khả năng chống thủy phân cực cao, mang lại hiệu quả rõ rệt nhất.	●Đa chức năng: Kết hợp các chức năng kéo dài chuỗi và sửa chữa các phân tử bị phân hủy.	● Phản ứng lưỡng chức, với phạm vi ứng dụng rộng rãi
	Lượng thêm vào rất nhỏ (0,5%-2,0%), với tác động tối thiểu đến các đặc tính vốn có của vật liệu.	●Có thể cải thiện độ bền nóng chảy và độ nhớt	● Có thể được sử dụng như một chất tương thích trong một số hệ thống nhất định.
	● Độ an toàn tương đối tốt	● Khả năng tương thích tốt với polyme
Nhược điểm chính	● Chi phí tương đối cao	●Là một chất chống thủy phân đơn lẻ, hiệu quả của nó không đặc hiệu bằng carbodiimide.	● Chi phí thường là khoản đắt đỏ nhất.
	● Chủ yếu nhắm vào các nhóm carboxyl; không phản ứng trực tiếp với các nhóm hydroxyl.	● Việc thêm quá nhiều có thể dẫn đến liên kết chéo hoặc tạo gel.	● Thiếu lợi thế về hiệu quả trong các ứng dụng đa năng
Ứng dụng điển hình	● Chất liệu polyester: PBT, PET, PLA, PBAT	● Tái chế nhựa: Sửa chữa nhựa rPET, v.v.	● Polyester (PET, PBT)
	● Polyurethane: TPU, CPU (đế giày, ống dẫn, v.v.)	● Polyamide (Nylon)	●Polyamide
		● Hệ thống polyester yêu cầu quá trình làm đặc đồng thời	● Hợp kim polyme (như chất tương hợp)

 

3. Carbodiimide ngăn chặn quá trình thủy phân bằng cách phản ứng với axit cacboxylic để tạo thành cấu trúc acylurea.

Polyme polyester có độ bền ẩm kém. Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm cao, các liên kết este trong polyme phản ứng với nước, làm đứt gãy cấu trúc chuỗi dài của đại phân tử và tạo ra các nhóm carboxyl đầu cuối. Các nhóm carboxyl đầu cuối này có thể ion hóa các ion H+, tiếp tục xúc tác phản ứng thủy phân với axit, cuối cùng dẫn đến sự suy giảm đáng kể các tính chất vật liệu khác nhau và rút ngắn đáng kể tuổi thọ sử dụng. Các hợp chất carbodiimide, chứa các nhóm chức carbodiimide (N=C=N), có thể phản ứng với các nhóm carboxyl được tạo ra trong quá trình thủy phân polyme để tạo thành cấu trúc acylurea ổn định, đồng thời làm giảm nồng độ nhóm carboxyl và ngăn ngừa quá trình thủy phân tiếp tục. Chúng là một trong những chất chống thủy phân được sử dụng phổ biến nhất hiện nay.

Các chất chống thủy phân carbodiimide rất đa dạng và có thể được phân loại rộng rãi thành hai loại: đơn phân tử và đa phân tử. Các hợp chất carbodiimide đơn phân tử chỉ chứa một nhóm chức carbodiimide và là các hợp chất phân tử nhỏ. Các hợp chất carbodiimide đa phân tử thường chứa hai hoặc nhiều nhóm chức carbodiimide, có khối lượng phân tử tương đối cao và thuộc loại cấu trúc polymer mạch dài.

Carbodiimide đơn phân tửchất chống thủy phânChúng là chất lỏng hoặc tinh thể màu vàng tươi đến nâu ở nhiệt độ phòng. Chúng tan trong dung môi hữu cơ nhưng không tan trong nước, và có những ưu điểm như độ tinh khiết cao, điều chế đơn giản và khả năng phản ứng cao. 2,6-Diisopropylphenyl)carbodiimide là chất chống thủy phân carbodiimide đơn phân tử được sử dụng phổ biến nhất trên thị trường.

 

Các carbodiimide polyme là bột màu vàng đến nâu hoặc chất lỏng nhớt ở nhiệt độ phòng, với khối lượng phân tử tương đối thường lớn hơn 1000, trong khi khối lượng phân tử tương đối của các oligome được kiểm soát ở mức khoảng 2000. Các carbodiimide polyme thường được điều chế bằng cách cho các monome diisocyanate, chất xúc tác, dung môi và chất bịt đầu mạch phản ứng ở nhiệt độ thích hợp. Đầu tiên, các monome diisocyanate trải qua phản ứng ngưng tụ dưới tác dụng của chất xúc tác để thu được tiền polyme chứa nhiều nhóm carbodiimide và nhóm isocyanate ở đầu mạch. Sau đó, các nhóm isocyanate phản ứng với hydro hoạt tính từ chất bịt đầu mạch để thu được polycarbodiimide. Các polycarbodiimide điển hình được điều chế bằng cách ngưng tụ 2,4,6-triisopropylphenyl-1,5-diisocyanate và bịt đầu mạch bằng 2,6-diisopropylphenyl monoisocyanate.

 

4. Các lĩnh vực ứng dụng điển hình của carbodiimide

PET, là loại vật liệu polyester phổ biến nhất, sở hữu các đặc tính cơ học tuyệt vời, độ ổn định kích thước, khả năng kháng hóa chất và tính chất quang học, được sử dụng rộng rãi trong nông nghiệp, công nghiệp, xây dựng, y tế và ô tô. PET được sản xuất thông qua quá trình trùng hợp ngưng tụ PTA và ethylene glycol; các liên kết este rất dễ bị phân hủy thủy phân, dẫn đến giảm độ nhớt của polymer và suy giảm hiệu suất nghiêm trọng. Sự thủy phân PET hạn chế ứng dụng của các sản phẩm tiếp theo trong môi trường nhiệt độ cao, ẩm ướt hoặc ngoài trời. Nghiên cứu liên quan đã chỉ ra rằng việc kết hợp các chất chống thủy phân monome vào hỗn hợp PET để chế tạo các mẫu màng giúp cải thiện khả năng chịu nhiệt, lão hóa nhiệt ẩm và độ giãn dài khi đứt của sản phẩm màng. Carbodiimide thơm thể hiện hiệu suất chống thủy phân đặc biệt tốt.

Quá trình tổng hợp polyurethane sử dụng nhiều loại monome khác nhau, cho phép kiểm soát các phản ứng và mang lại những ưu điểm như độ bền cao, khả năng chống mài mòn, khả năng chịu nhiệt tốt và dễ gia công. Nó được sử dụng rộng rãi trong chất kết dính, lớp phủ, chất đàn hồi, nhựa xốp và sợi tổng hợp. Polyurethane loại polyester được điều chế từ các polyol polyester oligome, chứa nhiều liên kết este trong chuỗi phân tử, dẫn đến khả năng chống thủy phân kém. Các chất chống thủy phân carbodiimide có tác động bất lợi tối thiểu đến quá trình tổng hợp polyurethane và có thể được thêm vào polyol polyester trong quá trình tổng hợp. Hơn nữa, các carbodiimide polyme được điều chế bằng phản ứng ngưng tụ isocyanate chứa các nhóm cuối -N=C=O, cho phép chúng tham gia vào phản ứng để điều chế polyurethane chống thủy phân. Ngoài ra, carbodiimide có thể được thêm vào trong quá trình trộn polyurethane. Các nghiên cứu liên quan đã chứng minh rằng việc bổ sung carbodiimide có thể làm giảm giá trị axit ban đầu của polyol polyester, ức chế quá trình thủy phân polyester và cải thiện hiệu quả khả năng chống thủy phân của TPU.

Các polyme phân hủy sinh học gốc polyester như PBAT, PLA và axit polyglycolic (PGA) có khả năng tương thích sinh học tốt, khả năng phân hủy sinh học, an toàn, không độc hại và các đặc tính vật lý và cơ học tốt, cho thấy tiềm năng lớn trong các thiết bị y tế, vật liệu đóng gói và nông nghiệp. Tuy nhiên, tất cả các vật liệu phân hủy sinh học này đều có nhược điểm là độ ổn định thủy phân và nhiệt kém, dễ bị phân hủy trong quá trình chế biến, bảo quản và sử dụng, dẫn đến suy giảm hiệu suất và không đạt được tuổi thọ như mong đợi. Carbodiimide có thể trải qua phản ứng liên kết với các nhóm carboxyl đầu cuối trong chuỗi phân tử của PBAT, PLA và PGA để tạo ra cấu trúc acylurea tương đối ổn định, đồng thời ức chế quá trình thủy phân và cải thiện độ ổn định nhiệt.

MDI biến tính bằng carbodiimide (còn được gọi là MDI hóa lỏng) là một trong những sản phẩm biến tính chính của diphenylmethane diisocyanate (MDI). Nó được tạo ra bằng phản ứng ngưng tụ của MDI dưới tác dụng của chất xúc tác để tạo ra các nhóm carbodiimide. MDI biến tính bằng carbodiimide có đặc điểm là ở dạng lỏng ở nhiệt độ phòng, dễ bảo quản và có thời hạn sử dụng lâu dài. Đồng thời, nó có thể cải thiện đáng kể khả năng chống thủy phân của vật liệu polyurethane.

Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về các sản phẩm chất chống thủy phân, vui lòng liên hệ với chúng tôi.Hãy liên hệ với chúng tôi.