研究开发

环状碳二亚胺

基于全新理念的树脂改性剂

帝人的环状碳二亚胺

提升聚合物的耐久性不仅可以拓展聚合物的使用范围,从延长材料的使用寿命降低环境负荷这一观点来看也至关重要。作为提升聚合物耐久性的解决方案,帝人基于全新理念开发出了树脂改性剂“环状碳二亚胺”。

碳二亚胺可有效抑制聚合物的加水分解

碳二亚胺是可表示为-N=C=N-结构的官能基。含有碳二亚胺基的化合物因其卓越的反应性能,其用途也极为广泛。碳二亚胺化合物已经被证实可对以聚酯为代表的泛用树脂、聚乳酸等科生物降解树脂共有的加水分解性这一巨大课题通过对分解反应的触媒-聚合物中酸的补充来达到抑制加水分解的效果。
但是以往的碳二亚胺化合物添加到聚合物后进行熔融混炼或者对其聚合物进行再熔融加工时会产生带有刺激性以及致敏性较高的异腈酸酯气体,所以对相应排气设备等加工环境有较高要求,从而限制了其使用。

基于环状碳二亚胺形成的羧基基末端闭合

抑制异氰酸酯气体抑制的理念

针对聚合物耐加水分解性提升与加工性相兼容这一技术课题、帝人开发出了不产生异氰酸酯气体的环状碳二亚胺化合物。通过对多种碳二亚胺进行设计,反复多次进行具体的合成和评价,将碳二亚胺导入环状分子的骨骼架构中,从而使在与聚合物发生反应时产生的异氰酸酯借助环状骨架停留在聚合物中,其结果实现了防止异氰酸酯的气化。

基于环状碳二亚胺形成的羧基末端闭合

环状碳二亚胺的检证

经过反复验证,通过在热稳定性高的环状骨架中导入碳二亚胺基,开发出了适用于多种树脂的环状碳二亚胺。将此环状羰基酰胺添加入聚乳酸后发现聚乳酸的耐加水分解性大幅提升,且其效果好于以往的碳二亚胺化合物。(左图)
我们未在加入环状碳二亚胺的聚乳酸的熔融状态下检测到异氰酸酯气体。(右图)

PLLA的耐水解性

添加环状碳二亚胺的聚-L-乳酸的GC-MS分析

环状碳二亚胺的市场展开

帝人开发的环状碳二亚胺这一商品名于2018年正式推向市场。最初该产品作为聚酯以及聚乳酸树脂的耐加水分解剂获得了高度的市场评价,之后逐渐发现其对各种聚合物还具有提升耐热性、相溶性等特殊效果,该产品定会成为一款用途广泛的聚合物特性改 善添加剂。