Wiedza o starzeniu się gumy

1. Czym jest starzenie się gumy? Co widać na jej powierzchni?
W procesie przetwarzania, przechowywania i użytkowania gumy i jej wyrobów, pod wpływem kompleksowego działania czynników wewnętrznych i zewnętrznych, właściwości fizyczne, chemiczne i mechaniczne gumy ulegają stopniowemu pogorszeniu, a w końcu tracą swoją wartość użytkową. Zmiana ta nazywana jest starzeniem się gumy. Na powierzchni objawia się ona pęknięciami, lepkością, twardnieniem, mięknięciem, kredowaniem, przebarwieniami i rozwojem pleśni.
2. Jakie czynniki wpływają na starzenie się gumy?
Czynnikami powodującymi starzenie się gumy są:
(a) Tlen i tlen w gumie ulegają wolnorodnikowej reakcji łańcuchowej z cząsteczkami gumy, a łańcuch cząsteczkowy ulega przerwaniu lub nadmiernemu usieciowaniu, co powoduje zmiany właściwości gumy. Utlenianie jest jedną z głównych przyczyn starzenia się gumy.
(b) Aktywność chemiczna ozonu i ozonu jest znacznie wyższa niż tlenu i jest bardziej destrukcyjna. Ozon również przerywa łańcuch molekularny, ale jego wpływ na gumę zmienia się w zależności od tego, czy guma jest odkształcona, czy nie. W przypadku zastosowania na odkształconej gumie (głównie nienasyconej) pojawiają się pęknięcia prostopadłe do kierunku działania naprężeń, czyli tzw. „pęknięcia ozonowe”; w przypadku zastosowania na odkształconej gumie na powierzchni tworzy się jedynie warstwa tlenku, bez pęknięć.
(c) Ciepło: Podwyższenie temperatury może spowodować pękanie termiczne lub sieciowanie termiczne gumy. Podstawowym efektem ciepła jest jednak aktywacja. Zwiększa ona szybkość dyfuzji tlenu i aktywuje reakcję utleniania, przyspieszając w ten sposób reakcję utleniania gumy, co jest powszechnym zjawiskiem starzenia – termicznym starzeniem tlenowym.
(d) Światło: Im krótsza fala światła, tym większa energia. Uszkodzeniem gumy są promienie ultrafioletowe o wyższej energii. Oprócz bezpośredniego powodowania pękania i sieciowania łańcucha molekularnego gumy, promienie ultrafioletowe generują wolne rodniki w wyniku absorpcji energii świetlnej, co inicjuje i przyspiesza proces reakcji łańcuchowej utleniania. Światło ultrafioletowe działa jak ogrzewanie. Inną cechą działania światła (różniącą się od działania ciepła) jest to, że występuje ono głównie na powierzchni gumy. W przypadku próbek o wysokiej zawartości kleju po obu stronach pojawią się pęknięcia sieciowe, czyli tzw. „pęknięcia optycznej warstwy zewnętrznej”.
(e) Naprężenie mechaniczne: Pod wpływem powtarzających się naprężeń mechanicznych łańcuch cząsteczkowy gumy ulega rozerwaniu, generując wolne rodniki, co wywołuje reakcję łańcuchową utleniania i tworzy proces mechanochemiczny. Mechaniczne rozerwanie łańcuchów cząsteczkowych i mechaniczna aktywacja procesów utleniania. To, który z nich ma przewagę, zależy od warunków, w jakich jest umieszczony. Ponadto pod wpływem naprężeń łatwo jest wywołać pękanie ozonowe.
(f) Wilgoć: Wpływ wilgoci ma dwa aspekty: guma łatwo ulega uszkodzeniu pod wpływem deszczu w wilgotnym powietrzu lub zanurzona w wodzie. Dzieje się tak, ponieważ substancje rozpuszczalne w wodzie i czyste grupy wodne w gumie są ekstrahowane i rozpuszczane przez wodę. Jest to spowodowane hydrolizą lub absorpcją. Szczególnie pod wpływem naprzemiennego działania wody i atmosfery, niszczenie gumy będzie przyspieszone. Jednak w niektórych przypadkach wilgoć nie uszkadza gumy, a nawet opóźnia jej starzenie.
(g) Inne: Na gumę wpływają media chemiczne, jony metali o zmiennej wartościowości, promieniowanie wysokoenergetyczne, elektryczność i czynniki biologiczne itp.
3. Jakie są rodzaje metod badania starzenia się gumy?
Można podzielić na dwie kategorie:
(a) Metoda naturalnego starzenia. Dzieli się ją dalej na test starzenia atmosferycznego, test przyspieszonego starzenia atmosferycznego, test starzenia w naturalnym przechowywaniu, test starzenia w środowisku naturalnym (w tym w gruncie zakopanym itp.) oraz test starzenia biologicznego.
(b) Metoda badania sztucznego przyspieszonego starzenia. Do starzenia termicznego, starzenia ozonowego, starzenia fotostarzenia, starzenia w sztucznym klimacie, starzenia fotoozonowego, starzenia biologicznego, starzenia promieniowaniem wysokoenergetycznym i starzeniem elektrycznym oraz starzenia w mediach chemicznych.
4. Jaką temperaturę należy wybrać do badania starzenia gorącym powietrzem różnych mieszanek gumowych?
W przypadku kauczuku naturalnego temperatura badania wynosi zazwyczaj 50–100°C, w przypadku kauczuku syntetycznego 50–150°C, a w przypadku niektórych specjalnych kauczuków temperatura badania jest wyższa. Na przykład, kauczuk nitrylowy stosuje się w temperaturze 70–150°C, a kauczuk silikonowo-fluorowy w temperaturze 200–300°C. Krótko mówiąc, temperatura powinna być określona na podstawie testu.