Effetto del contenuto di gomma rigenerata devulcanizzata sulla struttura, sulle proprietà meccaniche e sul comportamento di invecchiamento termo-ossidativo della gomma etilene-propilene-diene-monomero (EPDM)

Perché la gomma vecchia conta ancora

Ogni anno grandi quantità di gomma provenienti da guarnizioni, tubi, coperture e pneumatici diventano rifiuto perché lo stesso processo che rende la gomma resistente ed elastica la rende difficile da riciclare. Questo studio esamina una strada promettente per ridare una seconda vita a una gomma comune, l’EPDM. Rompendo e riformando in modo controllato alcuni dei piccoli legami che tengono insieme il materiale, i ricercatori valutano quanto materiale EPDM riciclato si possa incorporare in prodotti nuovi senza compromettere sicurezza, durata o prestazioni. I risultati puntano verso componenti in gomma più sostenibili per auto, edifici e industria, con meno materiale destinato a discarica o all’incenerimento.

Rendere di nuovo utile la gomma usata

L’EPDM è ampiamente impiegata perché resiste al calore, all’ozono e agli agenti atmosferici meglio di molti altri elastomeri. Una volta «vulcanizzata» – ovvero reticolata chimicamente per formare una rete tridimensionale – diventa forte ed elastica ma molto difficile da fondere e rifare. Il gruppo ha lavorato con EPDM «devulcanizzata», in cui molti dei legami a base di zolfo tra le catene sono stati selettivamente spezzati lasciando per lo più intatta la spina dorsale del polimero. Questo materiale rigenerato contiene ancora polimero, nerofumo, oli e cariche minerali. I ricercatori lo hanno miscelato in una mescola sigillante standard di EPDM a quattro livelli: nessuno (riferimento vergine), 20%, 40% e 60% di gomma devulcanizzata. Per il livello più alto hanno anche provato una ricetta modificata che riduceva nerofumo e plastificante per compensare ciò che il materiale riciclato apporta già.

Come l’aggiunta di gomma riciclata cambia la struttura

Per capire cosa avviene all’interno della gomma, gli autori hanno usato una serie di tecniche che monitorano come la rete si forma e invecchia. Prove di reticolazione, esperimenti di gonfiamento, rilassamento dello sforzo dipendente dalla temperatura, NMR a basso campo e un metodo del punto di congelamento per solventi intrappolati sondano quanto siano strettamente legate le catene. La maggior parte di questi metodi concorda sul fatto che l’aggiunta di EPDM devulcanizzata aumenta la densità complessiva di legami nella rete, principalmente perché il materiale riciclato porta ancora zolfo reattivo e legami parzialmente rotti che possono formare nuovi ponti durante una nuova reticolazione. Tuttavia, una tecnica — basata sullo spostamento del punto di congelamento di un solvente in presenza della gomma — ha suggerito che ad alti contenuti riciclati lo spazio medio tra i legami in realtà aumenta. Gli autori propongono che questa discrepanza rifletta una miscela più complessa di ponti solforati lunghi e flessibili e ponti più corti e rigidi nelle mescole ricche di riciclato, e che non tutti i metodi «vedano» questa struttura allo stesso modo.

Dai test di laboratorio alle prestazioni nel mondo reale

Le prove meccaniche hanno rivelato un chiaro compromesso all’aumentare della percentuale di EPDM devulcanizzata. La durezza Shore A, una misura semplice di quanto la gomma risulta compatta al tatto, è aumentata costantemente con il contenuto riciclato, riflettendo una rete più rigida e più compatta con abbondanti cariche. Contemporaneamente, la resistenza a trazione, la resistenza alla lacerazione e l’allungamento a rottura sono diminuiti, in particolare ai livelli del 40% e 60%. Irregolarità microscopiche nell’aggregazione delle zone nuove e vecchie di gomma, reticolazione non uniforme e catene parzialmente danneggiate creano «punti deboli» dove possono iniziare e propagarsi le cricche. La ricetta modificata al 60%, con nerofumo e olio ridotti, ha leggermente ammorbidito il materiale e migliorato la sua capacità di allungamento rispetto alla miscela non aggiustata al 60%, mantenendo però la maggior parte delle proprietà in un campo simile. Questo dimostra che una formulazione intelligente può in parte compensare gli svantaggi di un riciclo intensivo.

Cosa succede con l’invecchiamento della gomma

La durabilità è importante quanto la resistenza iniziale per guarnizioni e parafanghi che possono trovarsi in ambienti caldi e ricchi di ossigeno per anni. Per simulare il servizio a lungo termine, i ricercatori hanno invecchiato tutte le mescole fino a sei settimane a 70 °C e 100 °C, e per tempi equivalenti più brevi a 125 °C. Hanno monitorato cambiamenti nella chimica, nella rigidità, nella resistenza, nell’allungabilità e nell’elasticità. Come previsto, l’invecchiamento ha portato a più reticolazioni e ad alcuni rotture di catena in tutti i materiali. Tuttavia, le mescole contenenti devulcanizzato non invecchiavano più rapidamente del riferimento vergine; in molti casi la perdita di resistenza e flessibilità era comparabile o addirittura leggermente meno severa. Spettri infrarossi e misure di reticolazione hanno mostrato che la rete si sposta gradualmente da ponti solforati più lunghi e mobili verso ponti più corti e rigidi, ma questo cambiamento non ha causato un indurimento drammatico nei campioni riciclati. La ricetta modificata al 60% si è talvolta comportata in modo sorprendentemente favorevole, suggerendo che l’ottimizzazione della formulazione può migliorare sia le prestazioni iniziali sia la resistenza all’invecchiamento.

Cosa significa tutto questo per una gomma più verde

Per i non specialisti, il messaggio principale è che l’EPDM ottenuta con una frazione sostanziale di materiale devulcanizzato adeguatamente trattato può comunque offrire prestazioni rispettabili, specialmente se la ricetta viene adattata per tener conto delle cariche e dello zolfo reattivo in eccesso. Più contenuto riciclato rende la gomma più rigida ma meno estendibile, e livelli molto alti comportano ancora una perdita significativa di resistenza. Tuttavia, le miscele riciclate non si deteriorano più rapidamente quando esposte a calore e ossigeno; invecchiano a un ritmo sostanzialmente simile all’EPDM convenzionale. Ciò suggerisce che, per molti usi in sigillatura e ammortizzazione dove prestazioni meccaniche estreme non sono critiche, i produttori possono sostituire in sicurezza una quota consistente di gomma vergine con EPDM rigenerata, riducendo rifiuti e uso di risorse mantenendo una lunga vita utile.

Citazione: 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

Parole chiave: gomma EPDM, devulcanizzazione, riciclo della gomma, invecchiamento dei materiali, polimeri sostenibili