Els cautxús i els lubricants han de entrar en contacte entre ells en moltes aplicacions. Però sovint hi ha problemes amb el que es coneix com a "envelliment" del cautxú: un deteriorament de les propietats del cautxú a causa de les interaccions entre el cautxú i els greixos / olis base implicats.
Aquest és un fenomen molt estudiat, però en general els estudis no tenen una mirada profunda sobre el per què dels dos components són incompatibles. Un nou estudi dut a terme per Nynas va investigar la possibilitat de mesurar la contracció i la inflor del cautxú, a causa de la migració del petroli entre l’un i l’altre, com a prova relativament simple de compatibilitat entre cautxú i lubricant. L'estudi es va centrar en alteracions de les propietats mecàniques i de baixa temperatura del cautxú durant el seu contacte amb diversos greixos i els seus olis base. Tot i això, en el procés vam fer un descobriment interessant i important: no es tracta només de l’oli, sinó també d’altres ingredients que migren. Aquests influeixen en diverses propietats mecàniques i, per tant, el descobriment té implicacions importants quan s'intenta optimitzar les interaccions de cautxú / greix.
Algú pot fer una gran formulació de greix. Aleshores, algú altre pot fer una gran formulació de cautxú. Tanmateix, quan aquest gran greix entra en contacte amb aquest gran cautxú, massa sovint el cautxú es destrueix en molt poc temps. Molts estudis han tractat aquest tema, però hem comprovat que no han arribat prou lluny a comprendre les causes subjacents d'incompatibilitat de greixos / cautxús.
La interacció de què parlem se sol denominar "envelliment" de cautxú. L’envelliment significa deteriorament de les propietats que el cautxú necessita per satisfer el seu propòsit. Per estudiar aquest procés cal tenir en compte molts paràmetres, com ara les propietats de solvència del polímer, els plastificants utilitzats en el cautxú i les propietats de l’oli base. Seria relativament senzill si només haguessis de realitzar una o dues proves per determinar els efectes de l’envelliment en les diferents mostres. En teoria, cal mesurar la inflor i la contracció de la goma. Suposant que el que passa és que l’oli base migra entre el cautxú i el greix, s’ha de demostrar una bona compatibilitat poc o menys que s’infli. Però la vida no sempre és tan senzilla ...
Descripció de les proves
Es van realitzar una sèrie de proves per comparar la compatibilitat dels olis base i els greixos amb la goma durant l’envelliment. Per a aquest propòsit es van utilitzar quatre olis base diferents, tots amb una viscositat de 150 mm2 / s a 40 ° C. Es van comparar tres olis naftènics de solvència variada i un oli parafínic.
El motiu de l’ús tant de la greix com dels olis base va ser determinar si és necessari utilitzar greixos en proves de compatibilitat de cautxú o si n’hi ha prou de realitzar les proves amb l’oli només per obtenir resultats concloents.
Per provar les interaccions, les mostres de cautxú es van submergir totalment en els olis i greixos base. L’envelliment es va realitzar a tres temperatures diferents, 80 ° C, 100 ° C i 120 ° C, i la durada de la prova va ser d’una setmana. Durant el període de l'estudi es van mesurar canvis de duresa i pes de cadascuna de les mostres de cautxú.
Les mesures de duresa es van realitzar mitjançant el mètode IRHD i els resultats es van registrar mitjançant l'escala IRHD que va de 0 a 100, on 0 correspon a una goma extremadament tova. Els tipus de cautxú comuns tenen valors de IRHD de 30 a 85 graus.
També es va mesurar la força i l’allargament de la tracció. La resistència a la tracció és la força necessària per estirar la goma fins a la ruptura dividida per la secció transversal de la prova. Els resultats estan expressats en MPa. L’allargament és la mesura de la capacitat d’estirar sense que es trenqui la goma, mesurada per cent de la longitud original.
Per a les mostres de cautxú envellides en olis base a 100 ° C, també es van fer mesures de la temperatura de transició del vidre, Tg. Tots els polímers s’endureixen finalment a un estat de vidre amorf rígid (i fràgil) quan la temperatura es redueix a un nivell conegut com a temperatura de transició del vidre de polímer. Per al cautxú, aquesta temperatura indica el límit de servei de baixa temperatura.
Resultats
Els resultats van mostrar que, en idèntiques condicions, el cautxú de cloroprè (CR) va inflar més que el cautxú nitril-butadè (NBR) (figures 1 i 2). De fet, la goma NBR va demostrar contracció en la majoria dels casos. Els olis amb major potència de dissolvent, com els olis naftènics amb alt contingut aromàtic, provoquen més inflor per a la goma CR, però menys contracció per a la goma NBR, que els olis amb menor potència de dissolvent, per exemple, olis parafínics amb aromes baixos. Així, l’oli parafínic va provocar una inflor mínima en el cas del cautxú CR, però una contracció màxima en el cas del cautxú NBR.
Això és força lògic si es considera la semblança de les propietats de solvència dels olis i les gomes. En general, com més propera la solvència del petroli amb la del cautxú, més gran és la quantitat d’oli que pot estar atrapat per la goma. Si la solvència s’expressa mitjançant els valors del paràmetre de solubilitat de Hildebrand, es considera que els olis de cautxú i naftenic s’adapten molt més a prop dels olis de cautxú nitrile-butadiè i naftènic, i el desajust de la solvència augmenta encara més al passar de olis naftènics a parafínics.
Tenint en compte les mesures de duresa i resistència a la tracció, la tendència següent es fa evident: la inflor sempre està associada a certes pèrdues de duresa i de resistència a la tracció (figures 3 i 4).
A més, els nostres experiments han demostrat que un contacte prolongat amb greixos i olis base també afecta significativament la temperatura de transició del vidre (Tg) de cautxú. Des de la perspectiva de l’usuari, Tg de goma és un paràmetre important que determina la temperatura més baixa per sota de la qual no es pot utilitzar el cautxú ja que perd la seva elasticitat. La presència de plastificant és coneguda per disminuir la temperatura de transició del vidre Tg (de la mateixa manera que la presència d’un solut deprimiria normalment el punt de congelació de les solucions). Per tant, un augment de Tg de gomes envellides en l’oli base i els greixos indica una redistribució del plastificant entre les fases del cautxú i l’oli: el petroli migra al cautxú i els plastificants originals del cautxú migren.
Com es pot prevenir això? Una manera suggerida per afrontar-lo era anotar les diferències de concentració afegint els plastificants de goma corresponents, com ara dioctiladipat, a les formulacions de greix. Altres alternatives van ser utilitzar un plastificant més polar, com el fosfat d’aril alquilat, o la substitució parcial del dioctiladipat per oli naftènic en formulacions de cautxú. Es van comprovar aquestes possibilitats, però cap va resultar totalment reeixida. Substituir una part del plastificant polar (DOA) en cautxú amb un oli naftènic dóna inicialment un petit augment de la temperatura de transició del vidre (Tg), però té poc efecte sobre el resultat de les proves d’envelliment del cautxú; i les gomes plastificades amb olis naftènics i amb èsters es degraden de manera similar. Per contra, s'ha demostrat que l'addició de DOA a les formulacions d'oli o greix base millora les propietats a baixa temperatura del cautxú (si apaga Tg), però té un efecte negatiu sobre les propietats mecàniques com la duresa, la resistència i l'índex de compatibilitat del segell. Les dades experimentals corresponents es poden veure a les figures 5-8.
Els resultats de les proves suggereixen de forma concloent que les interaccions entre greix i cautxú es determinen en gran mesura per les propietats de l’oli base utilitzat en la formulació de greix. Una bona compatibilitat de goma dels olis base garanteix una bona compatibilitat de goma amb greixos produïdes.
Conclusions
Els nostres resultats mostren que, quan s’intenta optimitzar les interaccions entre el cautxú i l’oli base / greix, no hi ha una resposta senzilla, i el tipus de cautxú, el plastificant i la composició d’oli / greix base són variables que cal tenir en compte. La migració de plastificants és una troballa important i sempre s’ha de tenir en compte.
En la majoria de les proves, els olis i greixos naphtènics ben refinats produïts demostren una bona compatibilitat amb cautxú, comparable o fins i tot superior a la d’altres productes anàlogs disponibles al mercat.