Envejecimiento del ozono y protección de productos de caucho

El ozono es un factor importante en el envejecimiento de los productos de caucho en la atmósfera. El ozono es más activo que el oxígeno, por lo que su ataque al caucho, especialmente el caucho insaturado, es mucho más severo que el oxígeno.

El ozono (o3) en la atmósfera se descompone mediante la absorción de la luz ultravioleta de onda corta en la luz solar por las moléculas de oxígeno.

El átomo de oxígeno se recombina con moléculas de oxígeno. Hay una capa de ozono con una concentración de aproximadamente 5 × 10-en el banco de 20 ~ 30 km de la superficie de la tierra. Con el flujo vertical de aire, el ozono se lleva a la superficie de la tierra y la concentración de ozono disminuye gradualmente de mayor a mayor. Además, el ozono se genera en lugares donde se concentra la luz ultravioleta, en lugares de descarga y en motores eléctricos, especialmente donde se generan chispas eléctricas. Por lo general, la concentración de ozono en la atmósfera es 0 ~ 5X10-8. La concentración de ozono varía de región a región; la concentración de ozono varía de una temporada a otra. Aunque la concentración de ozono cerca del suelo es muy baja, no se puede ignorar el daño al caucho.

El caucho insaturado es propenso a la ozonización y su aparición después de la ozonización. A diferencia del envejecimiento termooxidativo, la ozonización de los productos de caucho solo se lleva a cabo en la capa superficial contactada por el ozono. Todo el proceso de ozonización se lleva a cabo por la superficie. El segundo es que la goma reacciona con el ozono para formar una película dura de color blanco plateado (alrededor de 10 mm de grosor). En condiciones estáticas, la película puede evitar el contacto profundo entre el ozono y el caucho, pero en condiciones de tensión dinámica o tensión estática, cuando el elástico o el esfuerzo de tracción excede su elongación crítica o tensión crítica, la película se agrietará, permitiendo que el ozono póngase en contacto con la nueva superficie de goma, continúe ozonizando y haciendo que la grieta crezca, y después de que aparezca la grieta. Dado que la base tiene concentración de tensión, es más fácil profundizar la grieta y formar una grieta. La dirección de la grieta es perpendicular a la dirección de la tensión. En general, solo una pequeña cantidad de grietas aparece bajo una pequeña tensión (como el 5%), y la dirección de la grieta es claramente discernible. Cuando la goma se somete a múltiples direcciones, es difícil distinguir la dirección de la grieta.

Primero, el mecanismo de la reacción de ozonización del caucho

El mecanismo de reacción del ozono y el caucho insaturado se puede explicar consultando la siguiente fórmula.

Cuando el ozono entra en contacto con el producto de caucho, el ozono primero reacciona con el doble enlace activo para formar el ozónido molecular 1. El ozónido molecular es inestable y se descompone rápidamente para formar carbonilo 2 y zwitterión 3. En la mayoría de los casos, el zwitterión y el compuesto de carbonilo se recombinarán en una Óxido oloroso, y el zwitterion también se puede polimerizar para formar un diperóxido © o un peróxido alto ©. Además, cuando un solvente activo como el metanol está presente, el zwitterion también reaccionará con él para formar peróxido de metoxihidrógeno 7.

La energía de activación del ozono y el caucho insaturado es muy baja, y la reacción es muy fácil de llevar a cabo. La reacción se completa hasta que se consume el doble enlace del caucho. En este momento, se forma una película elástica de color blanco plateado en la superficie de la goma, mientras no haya fuerza externa para hacer que la película se agriete, la goma ya no continuará ozonizando. Si el caucho ozonizado se estira o se deforma dinámicamente, la película ozonizada resultante se agrietará, revelando una nueva superficie de caucho y reaccionando con el ozono, lo que provoca que la grieta continúe creciendo.

La goma saturada no contiene dobles enlaces, aunque puede reaccionar con el ozono, pero la reacción avanza muy lentamente y no es propensa a agrietarse.

Muchas personas han estudiado la producción y el crecimiento de grietas de ozonización de caucho insaturado. Con base en sus datos experimentales, estos investigadores propusieron el mecanismo de crecimiento y crecimiento de la fisura. Por ejemplo, se cree que la aparición de grietas se debe a la tendencia de las cadenas moleculares rotas generadas por la descomposición del ozónido bajo estrés a separarse unas de otras, que es mayor que la tendencia a la recombinación. El crecimiento de grietas está relacionado con la concentración de ozono y la movilidad de las cadenas moleculares del caucho. Cuando la concentración de ozono es constante, cuanto mayor es la movilidad de las cadenas moleculares, más rápido es el crecimiento de la grieta. También se cree que la generación y el crecimiento del agrietamiento del ozono y las propiedades físicas de la capa delgada de ozónido formado por la ozonización del caucho y la capa superficial del caucho original

Las propiedades físicas son diferentes. Por ejemplo, Murray cree que el proceso de ozonización del caucho es un proceso en el cual los procesos físicos y los procesos químicos ocurren juntos. Cuando la goma está en contacto con el ozono, los dobles enlaces en la superficie reaccionan rápidamente con el ozono, y la mayoría de ellos forman un óxido ooso, que rápidamente transforma la cadena de caucho blando original en una cadena rígida que contiene muchos anillos de óxido olorosos. Cuando se aplica tensión a la goma, la tensión estira la cadena de goma, lo que hace que más enlaces dobles entren en contacto con el ozono, lo que hace que la cadena de goma contenga más anillos de óxido olorosos y se vuelva más quebradiza. La superficie fragilizada es propensa a agrietarse bajo estrés o estrés dinámico.

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