Ozonalterung und Schutz von Gummiprodukten

Ozon ist ein wichtiger Faktor bei der Alterung von Gummiprodukten in der Atmosphäre. Ozon ist aktiver als Sauerstoff, daher ist sein Angriff auf Gummi, insbesondere auf ungesättigten Gummi, viel strenger als Sauerstoff.

Das Ozon (o3) in der Atmosphäre wird durch die Absorption von kurzwelligem ultraviolettem Licht im Sonnenlicht durch Sauerstoffmoleküle zersetzt.

Das Sauerstoffatom wird mit Sauerstoffmolekülen rekombiniert. Es gibt eine Schicht Ozon mit einer Konzentration von etwa 5 × 10-in der Masse von 20 ~ 30 km von der Erdoberfläche. Mit der vertikalen Luftströmung wird Ozon an die Erdoberfläche gebracht, und die Konzentration von Ozon nimmt allmählich von hoch zu hoch ab. Darüber hinaus wird Ozon an Orten erzeugt, an denen ultraviolettes Licht konzentriert ist, an Entladungsstellen und in Elektromotoren, insbesondere dort, wo elektrische Funken erzeugt werden. Normalerweise ist die Konzentration von Ozon in der Atmosphäre 0 ~ 5X10-8. Die Konzentration von Ozon variiert von Region zu Region; Die Konzentration von Ozon variiert von Saison zu Saison. Obwohl die Konzentration von Ozon in Bodennähe sehr gering ist, kann der Schaden an Gummi nicht ignoriert werden.

Ungesättigter Gummi ist anfällig für Ozonung und sein Auftreten nach der Ozonisierung. Im Gegensatz zur thermooxidativen Alterung wird die Ozonisierung von Kautschukprodukten nur auf der mit Ozon in Kontakt kommenden Oberflächenschicht durchgeführt. Der gesamte Ozonisierungsprozess wird von der Oberfläche durchgeführt. Die zweite ist, dass der Kautschuk mit Ozon reagiert, um einen silberweißen harten Film (etwa 10 nm dick) zu bilden. Unter statischen Bedingungen kann der Film einen tiefen Kontakt zwischen Ozon und Gummi verhindern, aber unter dynamischen Dehnungsbedingungen oder unter statischer Spannung, wenn Gummi bei Dehnung oder Zugspannung seine kritische Dehnung oder kritische Spannung überschreitet, wird der Film reißen, wodurch Ozon entstehen kann kontaktieren Sie die neue Gummioberfläche, ozonisieren Sie weiter und lassen Sie den Riss wachsen, und nachdem der Riss aufgetreten ist Da die Basis Spannungskonzentration hat, ist es einfacher, den Riss zu vertiefen und einen Riss zu bilden. Die Richtung des Risses ist senkrecht zur Richtung der Spannung. Im Allgemeinen treten nur geringe Risse unter einer kleinen Spannung (wie etwa 5%) auf und die Rissrichtung ist klar erkennbar. Wenn der Gummi mehreren Richtungen ausgesetzt ist, ist es schwierig, die Rißrichtung zu unterscheiden.

Erstens, der Mechanismus der Ozonisierung von Gummi

Der Reaktionsmechanismus von Ozon und ungesättigtem Gummi kann unter Bezugnahme auf die folgende Formel erklärt werden.

Wenn Ozon mit dem Kautschukprodukt in Kontakt kommt, reagiert Ozon zuerst mit der aktiven Doppelbindung unter Bildung des molekularen Ozonids 1. Das molekulare Ozonid ist instabil und zersetzt sich schnell unter Bildung von Carbonyl 2 und Zwitterion 3. In den meisten Fällen rekombinieren die Zwitterionen und Carbonylverbindungen zu einem riechendes Oxid ©, und das Zwitterion kann auch polymerisiert werden, um ein Diperoxid © oder ein hohes Peroxid © zu bilden. Wenn außerdem ein aktives Lösungsmittel, wie Methanol, vorhanden ist, wird das Zwitterion ebenfalls mit ihm reagieren, um Methoxyhydrogenperoxid 7 zu bilden.

Die Aktivierungsenergie von Ozon und ungesättigtem Kautschuk ist sehr gering und die Reaktion ist sehr einfach durchzuführen. Die Reaktion ist beendet, bis die Doppelbindung des Kautschuks verbraucht ist. Zu dieser Zeit wird ein silber-weißer verlustelastischer Film auf der Oberfläche des Gummis gebildet, solange es keine äußere Kraft gibt, um den Film Schildkrötenknacken zu bilden, wird Gummi nicht mehr weiter ozonieren. Wenn der ozonisierte Kautschuk gedehnt oder dynamisch verformt wird, reißt der resultierende ozonisierte Film, was eine neue Kautschukoberfläche freigibt und mit Ozon reagiert, was bewirkt, dass der Riss weiter wächst.

Gesättigter Kautschuk enthält keine Doppelbindungen, obwohl er mit Ozon reagieren kann, aber die Reaktion verläuft sehr langsam und neigt nicht zur Rissbildung.

Viele Leute haben die Produktion und das Wachstum von ungesättigten Gummi-Ozonisierungsrissen untersucht. Basierend auf ihren experimentellen Daten schlugen diese Forscher den Mechanismus des Risswachstums und -wachstums vor. Zum Beispiel wird angenommen, dass das Auftreten von Rissen auf der Tendenz der durch die Zersetzung des Ozonids unter Spannung erzeugten gebrochenen Molekülketten beruht, sich voneinander zu trennen, was größer ist als die Rekombinationstendenz. Das Wachstum von Rissen hängt mit der Konzentration von Ozon und der Mobilität von Molekülketten zusammen. Wenn die Konzentration von Ozon konstant ist, ist die Rissbildung umso schneller, je größer die Beweglichkeit der Molekülketten ist. Es wird auch angenommen, dass die Erzeugung und das Wachstum von Ozon-Cracking und die physikalischen Eigenschaften der dünnen Ozonidschicht, die durch die Ozonisierung von Kautschuk und der Oberflächenschicht des ursprünglichen Kautschuks gebildet wird, entstehen

Die physikalischen Eigenschaften sind unterschiedlich. Zum Beispiel glaubt Murray, dass der Ozonisierungsprozess von Gummi ein Prozess ist, in dem physikalische Prozesse und chemische Prozesse zusammen auftreten. Wenn der Kautschuk in Kontakt mit Ozon kommt, reagieren die Doppelbindungen auf der Oberfläche schnell mit Ozon, und die meisten von ihnen bilden ein Ozonoxid, das die ursprünglich weiche Kautschukkette schnell in eine starre Kette umwandelt, die viele riechende Oxidringe enthält. Wenn Spannung auf den Gummi ausgeübt wird, dehnt die Spannung die Gummikette aus, wodurch mehr Doppelbindungen mit dem Ozon in Kontakt kommen, wodurch die Gummikette mehr geruchsintensive Oxidringe enthält und spröder wird. Die versprödete Oberfläche neigt dazu, unter Belastung oder dynamischer Belastung zu reißen.

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