Starzenie się ozonu i ochrona wyrobów gumowych

Ozon jest ważnym czynnikiem starzenia się wyrobów gumowych w atmosferze. Ozon jest bardziej aktywny niż tlen, więc jego atak na kauczuk, zwłaszcza nienasycony kauczuk, jest znacznie ostrzejszy niż tlen.

Ozon (o3) w atmosferze ulega rozkładowi dzięki absorpcji krótkofalowego promieniowania ultrafioletowego w świetle słonecznym przez cząsteczki tlenu.

Atom tlenu jest rekombinowany z cząsteczkami tlenu. Jest warstwa ozonowa o stężeniu około 5 × 10 w ławie 20 ~ 30 km od powierzchni ziemi. Przy pionowym przepływie powietrza ozon sprowadzany jest na powierzchnię ziemi, a stężenie ozonu stopniowo zmniejsza się z wysokiego do wysokiego. Ponadto, ozon generowany jest w miejscach, w których skoncentrowane jest światło ultrafioletowe, w miejscach wyładowań oraz w silnikach elektrycznych, zwłaszcza tam, gdzie generowane są iskry elektryczne. Zazwyczaj stężenie ozonu w atmosferze wynosi 0 ~ 5X10-8. Stężenie ozonu zmienia się w zależności od regionu; stężenie ozonu zmienia się z sezonu na sezon. Chociaż stężenie ozonu w pobliżu ziemi jest bardzo niskie, nie można zignorować uszkodzeń gumy.

Nienasycona guma jest podatna na ozonowanie i jej wygląd po ozonowaniu. W przeciwieństwie do starzenia termooksydacyjnego, ozonowanie wyrobów gumowych odbywa się tylko na powierzchniowej warstwie kontaktowanej z ozonem. Cały proces ozonowania odbywa się na powierzchni. Po drugie guma reaguje z ozonem, tworząc srebrno-biały twardy film (o grubości około 10 nm). W warunkach statycznych folia może zapobiegać głębokiemu kontaktowi między ozonem i gumą, ale w warunkach odkształcenia dynamicznego lub pod naprężeniem statycznym, gdy guma, gdy wydłużenie lub naprężenie rozciągające przekracza krytyczne wydłużenie lub naprężenie krytyczne, folia pęknie, umożliwiając ozon skontaktować się z nową gumową powierzchnią, kontynuować ozonowanie i spowodować pęknięcie, a po pojawieniu się pęknięcia Ponieważ baza ma koncentrację naprężeń, łatwiej jest pogłębić pęknięcie i utworzyć pęknięcie. Kierunek pęknięcia jest prostopadły do kierunku naprężenia. Zasadniczo tylko niewielka ilość pęknięć pojawia się przy niewielkim obciążeniu (np. 5%), a kierunek pęknięcia jest wyraźnie widoczny. Gdy guma jest poddawana wielu kierunkom, trudno jest odróżnić kierunek pęknięcia.

Po pierwsze, mechanizm reakcji ozonowania gumy

Mechanizm reakcji ozonu i nienasyconego kauczuku można wyjaśnić, odnosząc się do następującego wzoru.

Gdy ozon styka się z produktem gumowym, ozon najpierw reaguje z aktywnym wiązaniem podwójnym tworząc ozonek cząsteczkowy 1. Ozonek cząsteczkowy jest niestabilny i szybko rozkłada się z utworzeniem karbonylu 2 i jonu obojnaczego 3. W większości przypadków jon obojnaczy i związek karbonylowy ulegną rekombinacji do zapachowy tlenek ©, a także jon obojnaczy można polimeryzować, tworząc diperoksyd © lub wysoki nadtlenek ©. Ponadto, gdy obecny jest aktywny rozpuszczalnik, taki jak metanol, jon obojnaczy również reaguje z nim, tworząc nadtlenek metoksylowy 7.

Energia aktywacji ozonu i nienasyconego kauczuku jest bardzo niska, a reakcja jest bardzo łatwa do przeprowadzenia. Reakcja jest zakończona do momentu zużycia podwójnego wiązania gumy. W tym momencie na powierzchni gumy formuje się srebrno-biała elastyczna folia, pod warunkiem, że nie ma siły zewnętrznej, która mogłaby spowodować żółknięcie filmu, guma nie będzie dalej ozonować. Jeśli ozonowana guma zostanie rozciągnięta lub dynamicznie zdeformowana, powstały ozonowany film pęknie, odsłaniając nową gumową powierzchnię i reagując z ozonem, co powoduje, że pęknięcie nadal rośnie.

Nasycona guma nie zawiera podwójnych wiązań, chociaż może reagować z ozonem, ale reakcja przebiega bardzo powoli i nie jest podatna na pękanie.

Wiele osób badało produkcję i wzrost nienasyconych pęknięć ozonowych. Na podstawie danych eksperymentalnych naukowcy zaproponowali mechanizm wzrostu i wzrostu pęknięć. Na przykład uważa się, że występowanie pęknięć wynika z tendencji do pękania łańcuchów cząsteczkowych generowanych przez rozkład ozonidu pod wpływem stresu, aby oddzielić się od siebie, co jest większe niż skłonność do rekombinacji. Wzrost pęknięć jest związany z koncentracją ozonu i mobilnością łańcuchów molekularnych. Gdy stężenie ozonu jest stałe, im większa jest ruchliwość łańcuchów cząsteczkowych, tym szybciej następuje wzrost pęknięć. Uważa się również, że wytwarzanie i wzrost pękania ozonem i fizyczne właściwości cienkiej warstwy ozonidu powstają przez ozonowanie gumy i warstwy powierzchniowej oryginalnej gumy

Właściwości fizyczne są różne. Na przykład Murray uważa, że proces ozonowania kauczuku jest procesem, w którym procesy fizyczne i procesy chemiczne zachodzą razem. Gdy kauczuk ma kontakt z ozonem, podwójne wiązania na powierzchni reagują szybko z ozonem, a większość z nich tworzy tlenkowy tlenek, który gwałtownie przekształca pierwotnie miękki łańcuch gumowy w sztywny łańcuch zawierający wiele nieprzyjemnych pierścieni tlenkowych. Po naprężeniu gumy, naprężenie rozciąga łańcuch gumowy, powodując więcej podwójnych wiązań z kontaktem z ozonem, powodując, że łańcuch gumowy zawiera bardziej aromatyczne pierścienie tlenkowe i staje się bardziej kruchy. Krucha powierzchnia jest podatna na pękanie pod wpływem stresu lub naprężeń dynamicznych.

Fabryka wyrobów gumowych Haining Qianlang

DODAJ: NO.10-2, Lianbao Road, Qianjiang Industrial Park, Dingqiao Town, Haining, Zhejiang 314413, Chiny

TEL: + 86-573-87767299

FAKS: + 86-573-87763488

E-mail: sales@qlrubber.com