השפעת תכולת גומי מחודש לאחר דביקה חוזרת על המבנה, התכונות המכאניות והתנהגות ההזדקנות התרמו‑חמצונית של גומי אתילן‑פרופילן‑דיין‑מונומר (EPDM)

מדוע גומי ישן עדיין חשוב

כל שנה כמויות עצומות של גומי מאיטמים, צינורות, גגות וצמיגים הופכות לפסולת, מכיוון שתהליך ההפיכה של הגומי לקשוח וגמיש גם מקשה על מיחזורו. במחקר זה בוחנים שיטה מבטיחה לתת חיי מדף שניים לסוג גומי נפוץ אחד, EPDM. על‑ידי שבירה ובנייה מחדש מבוקרת של חלק מהקשרים הקטנים שמחזיקים את החומר יחד, החוקרים בודקים מהי כמות ה‑EPDM הממוחזר שניתן לשלב במוצרים חדשים מבלי לפגוע בבטיחות, בעמידות או בביצועים. הממצאים מעידים על אפשרות לייצור חלקי גומי בת קיימא יותר ברכב, בבניין ובתעשייה, עם פחות חומר הנשלח למזבלות או נשרף כדלק.

להפוך גומי שחוק לחומר שימושי שוב

גומי EPDM נפוץ בשל התנגדותו לחום, לאוזון ולמזג אוויר יותר מרוב האלסטומרים האחרים. לאחר שעוברת וולקניזציה — חיבור כימי ליצירת רשת תלת‑ממדית — הוא נהיה חזק וגמיש אך קשה מאוד לראייה מחדש ולמיחזור. הצוות עבד עם EPDM שדווולקניזציה בוצעה בו, שבה רבים מהקשרים המבוססי גופרית בין השרשראות נשברו באופן מבוקר בעוד שהשלד הפולימרי נשאר ברובו שלם. החומר המשוחזר עדיין מכיל פולימר, פחם שחור, שמנים וממלאים מינרליים. החוקרים שילבו אותו בתערובת איטום EPDM סטנדרטית בארבע רמות: ללא (התייחסות וירג'ין), 20%, 40% ו‑60% גומי דווולקניזט. ברמה הגבוהה ביותר גם ניסו מתכונת מותאמת שקיזזה את כמות הפחם השחור והמרכך כדי לפצות על מה שהחומר הממוחזר כבר מוסיף.

כיצד הוספת גומי ממוחזר משנה את המבנה

כדי להבין מה קורה בתוך הגומי השתמשו המחברים במערך שיטות שמעמידות מול העין כיצד הרשת נוצרת ומזדקנת. בדיקות ריפוי, ניסויי נפיחה, הרפיית מאמץ תלויה בטמפרטורה, NMR שדה נמוך ושיטה המבוססת על נקודת הקיפאון של ממס לכיד חקרו עד כמה השרשראות קשורות זו לזו. רוב השיטות הסכימו שהוספת EPDM דווולקניזט מעלה את הצפיפות הכוללת של הקשרים ברשת, בעיקר כי החומר המשוחזר עדיין נושא גופרית תגובתית וקשרים חלקית שבורים שיכולים ליצור גשרים חדשים במהלך ריפוי חוזר. עם זאת, טכניקה אחת — המבוססת על השינוי בנקודת הקיפאון של ממס בנוכחות הגומי — הציעה שבתכולות גבוהות של ממוחזר המרחק הממוצע בין הקשרים דווקא גדל. המחברים מציעים שהסתירה הזו משקפת תערובת מסובכת יותר של גשרים גופרתיים ארוכים וגמישים לעומת גשרים קצרים ונוקשים בתערובות העשירות בממוחזר, ושלא כל השיטות "רואות" את המבנה הזה באותו אופן.

מבדקי מעבדה מול ביצועים בשטח

בדיקות מכאניות גילו פשרה ברורה ככל שהתווספה יותר חתיכה של EPDM דווולקניזט. קשיות Shore A, מדד פשוט של מידת נוקשות החומר, עלתה בהתמדה עם תכולת הממוחזר, מה שמשקף רשת נוקשה וצפופה יותר עם כמויות ממלא גבוהות. במקביל, חוזק מתיחה, עמידות לקריעה ומתיחוך בשבירה ירדו, במיוחד ברמות 40% ו‑60%. אי‑סדירות מיקרוסקופיות בחיבור האזורים של הגומי הישן והחדש, חיבורים לא אחידים ושרשראות שנפגעו חלקית יוצרים "נקודות תורפה" שבהן הסדקים מתחילים ומתפשטים. המתכון המותאם ל‑60%, עם פחות פחם שחור ושמן, ריכך מעט את החומר ושיפר את יכולת המתיחה לעומת התערובת ה‑60% שלא תוקנה, תוך שמירה על מרבית התכונות בטווח דומה. זה מראה שניסוח חכם יכול לפצות באופן חלקי על החסרונות של מיחזור בכמויות גבוהות.

מה קורה כשהגומי מזדקן

עמידות חשובה לא פחות מהחוזק ההתחלתי לאיטמים ולכיפות שעלולים לשבת בסביבות חמות ועשירות בחמצן במשך שנים. כדי לדמות שירות לטווח ארוך הזדקנו כל התערובות עד שישה שבועות ב‑70 °C ו‑100 °C, ולזמנים מקבילים קצרים יותר ב‑125 °C. הם עקבו אחר שינויים בכימיה, קשיחות, חוזק, יכולת מתיחה והאלסטיות. כמצופה, ההזדקנות הובילה ליותר קישורים ולשבר חלקי של שרשראות בכל החומרים. עם זאת, התערובות המכילות דווולקניזציה לא זדקנו מהר יותר מההתייחסות הוירג'ין; במקרים רבים אובדן החוזק והגמישות שלהן היה מקביל או אפילו מעט פחות חמור. ספקטרום אינפרא‑אדום ומדידות החיבורים הראו שהרשת מוסבת בהדרגה מגשרים גופרתיים ארוכים וניידים לכאלה קצרים ונוקשים יותר, אך המעבר הזה לא גרם להשבר קיצוני בתערובות הממוחזרות. המתכון המותאם ל‑60% התנהג לעתים בצורה בלתי שגרתית טובה, מה שמרמז שניפוי ויישום מתכון נכון יכולים לשפר גם את הביצועים ההתחלתיים וגם את ההתנגדות להזדקנות.

מה כל זה אומר לגומי ירוק יותר

בעבור קוראים לא‑מומחים, המסר המרכזי הוא שגומי EPDM המכיל חלק משמעותי של חומר שנדווולקניזט בקפידה עדיין יכול להציג ביצועים מכובדים, במיוחד אם מכווננים את המתכון כדי להתחשב בממלאים ובגופרית התגובתית שהחומר הממוחזר מוסיף. תכולת ממוחזר גבוהה עושה את הגומי נוקשה יותר ופחות אלסטי, ורמות מאוד גבוהות עדיין מפחיתות באופן ניכר את החוזק. עם זאת, התערובות הממוחזרות אינן מתפרקות במהירות רבה יותר כשנחשפות לחום וחמצן; הן מזדקנות בקצב דומה ל‑EPDM המקורי. המשמעות היא שביישומי אטימה והנעלה רבים שבהם ביצועים מכניים קיצוניים אינם קריטיים, יצרנים יכולים להחליף באופן בטוח חלק גדול מהגומי הוירג'ין ב‑EPDM משוחזר, להפחית פסולת ושימוש במשאבים תוך שמירה על אורך שירות ארוך.

ציטוט: Leng, Y., Spanheimer, V., Katrakova-Krüger, D. et al. Effect of devulcanized reclaimed rubber content on structure, mechanical properties, and thermo-oxidative aging behavior of ethylene-propylene-dien-monomer (EPDM) rubber. Sci Rep 16, 6350 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36961-w

מילות מפתח: גומי EPDM, דווולקניזציה, מיחזור גומי, הזדקנות חומר, פולימרים בני קיימא