Kumin ja voiteluaineiden on oltava kosketuksissa toisiinsa monissa sovelluksissa. Mutta ns. Kumin "ikääntymisellä" on usein ongelmia: kumin ominaisuuksien heikkeneminen kumin ja mukana olevien rasvojen / perusöljyjen välisestä vuorovaikutuksesta johtuen.
Tämä on paljon tutkittu ilmiö, mutta yleensä tutkimuksissa ei tutkita tarpeeksi syvästi, miksi nämä kaksi komponenttia eivät ole yhteensopivia. Nynasin suorittamassa uudessa tutkimuksessa tutkittiin mahdollisuutta mitata kumin kutistumista ja turpoamista öljyn siirtymisen takia suhteellisen yksinkertaisena testinä kumin ja voiteluaineen yhteensopivuudelle. Tutkimuksessa keskityttiin kumin mekaanisten ja matalan lämpötilan ominaisuuksien muutoksiin sen ollessa kosketuksessa useiden rasvojen ja niiden perusöljyjen kanssa. Prosessissa teimme kuitenkin mielenkiintoisen ja tärkeän löytön: öljyn lisäksi myös muut ainesosat muuttuvat. Nämä vaikuttavat erilaisiin mekaanisiin ominaisuuksiin, joten löytöllä on tärkeitä vaikutuksia yritettäessä optimoida kumi / rasvan vuorovaikutusta.
Joku saattaa tehdä hienon formulaation rasvoille. Sitten joku muu voi tehdä hienon formulaation kumille. Kuitenkin, kun tuo suuri rasva joutuu kosketukseen tuon suuren kumin kanssa, aivan liian usein kumi tuhoutuu nopeasti. Monissa tutkimuksissa on käsitelty tätä kysymystä, mutta olemme havainneet, että ne eivät ole menneet riittävän pitkälle ymmärtääksesi rasvan / kumin yhteensopimattomuuden taustalla olevia syitä.
Vuorovaikutukseen, josta puhumme, viitataan yleensä kumin "ikääntymiseen". Ikääntyminen tarkoittaa niiden ominaisuuksien heikkenemistä, joita kumin on käytettävä tarkoitukseensa. Tämän prosessin tutkimiseksi on otettava huomioon monia parametrejä, kuten polymeerin liukoisuusominaisuudet, kumissa käytetyt pehmittimet ja perusöljyn ominaisuudet. Olisi suhteellisen yksinkertaista, jos joudut suorittamaan vain yhden tai kaksi testiä ikääntymisen vaikutusten määrittämiseksi eri näytteissä. Kumin turpoamisen ja kutistumisen mittaamisen pitäisi teoriassa riittää. Olettaen, että tapahtuu niin, että perusöljy kulkee kumin ja rasvan välillä, hyvän yhteensopivuuden tulisi osoittautua vähentyneenä tai ei ollenkaan kutistuessa tai turpoamalla. Mutta elämä ei ole aina niin yksinkertaista ...
Testien kuvaus
Suoritettiin testisarja perusöljyjen ja rasvojen yhteensopivuuden suhteen kumin kanssa vanhentamisen aikana. Tätä tarkoitusta varten käytettiin neljää erilaista perusöljyä, joiden kaikkien viskositeetti oli 150 mm2 / s lämpötilassa 40 ° C. Verrattiin kolmea nafteeniöljyä, joiden liukoisuus vaihteli ja yhtä parafiiniöljyä.
Syy sekä rasvan että perusöljyjen käytölle oli sen selvittäminen, onko rasvan käyttöä välttämätöntä kumin yhteensopivuustesteissä vai riittääkö testi suorittaa pelkästään öljyllä lopullisten tulosten saamiseksi.
Vuorovaikutuksen testaamiseksi kuminäytteet upotettiin täysin perusöljyihin ja rasvoihin. Vanhentaminen suoritettiin kolmessa eri lämpötilassa, 80 ° C, 100 ° C ja 120 ° C, ja testin kesto oli yksi viikko. Kummankin kuminäytteen kovuuden ja painon muutokset mitattiin tutkimuksen ajan.
Kovuusmittaukset suoritettiin IRHD-menetelmällä ja tulokset rekisteröitiin IRHD-asteikolla, joka vaihtelee välillä 0 - 100, missä 0 vastaa erittäin pehmeää kumia. Tavallisten kumityyppien IRHD-arvot ovat 30 - 85 astetta.
Vetolujuus ja venymä mitattiin myös. Vetolujuus on voima, jota tarvitaan kumin venyttämiseen murtumiseen jaettuna testikappaleen poikkileikkauspinnalla. Tulokset ilmaistaan MPa: na. Pidentyminen on kumin kyky venyä murtumatta mitattuna, mitattuna prosenttina alkuperäisestä pituudesta.
Kuminäytteille, jotka oli vanhennettu perusöljyissä 100 ° C: ssa, lasinmuutoslämpötila Tg mitattiin myös. Kaikki polymeerit jäykistyvät lopulta jäykkään (ja hauraaseen) amorfiseen lasitilaan, kun lämpötila lasketaan tasolle, joka tunnetaan polymeerilasin siirtymälämpötilana. Kumin tapauksessa tämä lämpötila osoittaa alhaisen lämpötilan käyttörajan.
tulokset
Tulokset osoittivat, että identtisissä olosuhteissa kloropreenikumi (CR) paisutti enemmän kuin nitriili-butadieenikumi (NBR) -kumi (kuvat 1 ja 2). Itse asiassa NBR-kumi osoitti kutistumista useimmissa tapauksissa. Öljyt, joilla on suurempi liuotinvoima, esim. Nafteeniset öljyt, joissa on korkea aromaattisuus, aiheuttavat CR-kumille enemmän turpoamista, mutta NBR-kumi kutistuu vähemmän kuin öljyt, joiden liuotinvoima on pienempi, kuten öljyt, joilla on vähän aromaattisia parafiinia. Siten parafiiniöljy aiheutti minimaalisen turpoamisen CR-kumin tapauksessa, mutta maksimaalisen kutistumisen NBR-kumin tapauksessa.
Tämä on melko loogista, kun tarkastellaan öljyjen ja kumien vakavuusominaisuuksien samankaltaisuutta. Yleensä, mitä lähempänä öljyn maksukyky on kumia, sitä suurempi öljymäärä voi olla, että kumi voi tarttua siihen. Jos vakavaraisuus ilmaistaan Hildebrandin liukoisuusparametriarvoilla, klooriprenekumi- ja nafteeniöljyt havaitaan soveltuvan paljon lähempänä toisiaan kuin nitriili-butadieenikumi- ja nafteeniöljyt, ja solvenssierot lisääntyvät edelleen vaihtaessa nafteeniöljyistä parafiiniöljyihin.
Kovuus- ja vetolujuusmittauksia tarkasteltaessa seuraavasta suuntauksesta tulee ilmeinen: turpoamiseen liittyy aina tiettyjä kovuuden ja vetolujuuden menetyksiä (kuvat 3 ja 4).
Lisäksi kokeemme ovat osoittaneet, että pitkäaikainen kosketus rasvojen ja perusöljyjen kanssa vaikuttaa myös merkittävästi kumin lasittumislämpötilaan (Tg). Kumin Tg on käyttäjän kannalta tärkeä parametri, joka määrittelee alimman lämpötilan, jota alhaisempaa kumia ei voida käyttää, koska se menettää joustavuutensa. Pehmittimen läsnäolon tiedetään alentavan lasittumislämpötilaa Tg (samalla tavalla kuin liuenneen aineen läsnäolo yleensä laskisi liuosten jäätymispistettä). Siksi perusöljyssä ja rasvoissa ikääntyneiden kumien Tg-arvon nousu osoittaa pehmittimen uudelleen jakautumisen kumi- ja öljyfaasien välillä: öljy siirtyy kumiin ja kumissa alun perin olleet pehmittimet siirtyvät ulos.
Joten miten tämä voidaan estää? Yksi ehdotettu tapa käsitellä sitä oli pitoisuuserojen tasoittaminen lisäämällä vastaavat kumipehmittimet, kuten dioktyyliaipaatti, rasvaformulaatioihin. Muita vaihtoehtoja oli käyttää polaarisempaa pehmitinä, kuten alkyloitua aryylifosfaattia, tai dioktyyliabipaatin osittaista korvaamista nafteeniöljyllä kumiformulaatioissa. Nämä mahdollisuudet tarkistettiin, mutta mikään niistä ei osoittautunut täysin onnistuneiksi. Korvaaminen osa polaarisesta pehmittimestä (DOA) kumissa nafteeniöljyllä antaa alun perin pienen lasittumislämpötilan (Tg) nousun, mutta sillä on vain vähän vaikutusta kumin ikääntymiskokeiden tuloksiin; ja nafteeniöljyillä ja estereillä pehmitetyt kumit hajoavat samalla tavalla. Toisaalta, DOA: n lisäämisen perusöljy- tai rasvaformulaatioihin on osoitettu parantavan kumin alhaisen lämpötilan ominaisuuksia (painamalla Tg: tä), mutta sillä on kielteinen vaikutus mekaanisiin ominaisuuksiin, kuten kovuus, lujuus ja tiivisteen yhteensopivuusindeksi. Vastaavat kokeelliset tiedot näkyvät kuvioissa 5–8.
Testien tulokset viittaavat lopullisesti siihen, että rasvan ja kumin väliset vuorovaikutukset määräytyvät suurelta osin rasvaformulaatiossa käytetyn perusöljyn ominaisuuksien perusteella. Perusöljyjen hyvä kumi-yhteensopivuus takaa niistä valmistettujen rasvojen hyvän kumi-yhteensopivuuden.
johtopäätökset
Tuloksemme osoittavat, että yritettäessä optimoida kumin ja perusöljyn / rasvan välistä vuorovaikutusta ei ole yksinkertaista vastausta, ja kumityyppi, pehmitin ja perusöljy / rasvakoostumus ovat kaikki muuttujat, jotka on otettava huomioon. Pehmittimien siirtyminen on tärkeä havainto, ja se tulisi aina ottaa huomioon.
Suurimmassa osassa testejä hyvin puhdistetut nafteeniset öljyt ja niistä valmistetut rasvat osoittivat hyvää kumiyhteensopivuutta, verrattavissa tai jopa ylittämällä muiden markkinoilla saatavien vastaavien tuotteiden vastaavuuden.