加硫解除再生ゴム含有量がエチレン・プロピレン・ジエン単量体（EPDM）ゴムの構造、機械的性質、および熱酸化老化挙動に与える影響

なぜ古いゴムがまだ重要なのか

毎年、シール、ホース、屋根材、タイヤなどから大量のゴムが廃棄されます。なぜなら、ゴムを丈夫で弾性あるものにする工程が、同時にリサイクルを難しくしているからです。本研究は、一般的なゴムであるEPDMに第二の寿命を与える有望な方法を検討します。材料を結び付けている小さな結合を慎重に切断・再形成することで、研究者たちは安全性、耐久性、性能を損なうことなくどれだけ再生EPDMを新製品に混ぜられるかを探りました。彼らの結果は、自動車、建築、産業用のより持続可能なゴム部品へとつながり、多くの材料を埋め立て地や燃料として焼却されるのを減らすことを示唆しています。

摩耗したゴムを有用な原料に戻す

EPDMゴムは、多くの他のエラストマーよりも熱、オゾン、風化に強いため広く使われています。一度「加硫」されて化学的に架橋して三次元ネットワークを形成すると、強く弾性のある材料になりますが、溶かして作り直すのは非常に難しくなります。研究チームは「加硫解除」したEPDMを扱い、ポリマー鎖間の多くの硫黄結合を選択的に切断しつつ主鎖はほぼ保たれた状態にしました。この再生材料にはポリマー、カーボンブラック、軟化剤、鉱物充填剤などが含まれています。研究者たちはこれを標準的なEPDMシール材に4段階で配合しました：無（バージンの参照）、20％、40％、60％の加硫解除ゴム。最も高い配合では、再生材が既に持ち込む成分を補うためにカーボンブラックと軟化剤を減らした修正配合も試みました。

再生ゴムを加えると構造はどう変わるか

ゴム内部で何が起きるかを理解するため、著者たちはネットワークの形成と老化を追跡する一連の手法を用いました。硬化試験、膨潤実験、温度依存の応力緩和、低磁場NMR、閉じ込められた溶媒の凝固点法などが鎖の結び付きの強さを調べます。これらの多くの手法は、加硫解除EPDMを加えると全体の架橋密度が上がると一致して示しました。主な理由は、再生材が反応性の硫黄や部分的に切れた結合を保持しており、再硬化時に新たな橋を形成し得るためです。しかし、溶媒の凝固点変化に基づく一つの手法は、高い再生含有量では平均的な結合間隔がむしろ大きくなると示唆しました。著者らは、この不一致は再生材に含まれる長く柔軟な硫黄橋と短く剛直な橋が複雑に混在していることを反映し、すべての手法が同じ構造を同様に“見て”いるわけではない可能性があると提案しています。

試験室試験から現場性能へ

機械的試験は、加硫解除EPDMを増やすと明確なトレードオフが生じることを明らかにしました。Shore A硬度（ゴムの硬さの単純な指標）は再生材含有量とともに着実に上昇し、充填剤が豊富でより剛直な、より密に結び付いたネットワークを反映しました。一方で、引張強度、引裂強さ、破断伸びは低下し、特に40％および60％で顕著でした。新旧ゴム領域の接続の微視的な不均一さ、不均一な架橋、部分的に損傷した鎖がひび割れの発生・進展の“弱点”を作り出します。カーボンブラックと軟化剤を削減した修正60％配合は、無調整の60％混合に比べて材料をわずかに軟らかくし、伸び性能を改善しつつ大部分の特性を同等の範囲に保ちました。これは、賢明な配合設計が高配合リサイクルの欠点を部分的に相殺できることを示しています。

ゴムが老化すると何が起きるか

シールやガスケットは高温で酸素の多い環境に長期間置かれることがあるため、耐久性は初期強度と同じくらい重要です。研究者たちは長期使用を模擬するため、全ての化合物を70°Cおよび100°Cで最大6週間、125°Cでは相当の短時間で老化させました。そして化学組成、剛性、強度、伸び、弾性の変化を追跡しました。予想どおり、老化はすべての材料で架橋の増加と一部の鎖切断をもたらしました。しかし、加硫解除を含む化合物はバージン参照よりも速く老化することはなく、多くの場合、強度や柔軟性の低下は同等かやや小さい程度でした。赤外スペクトルと架橋測定は、ネットワークが徐々に長く移動性の高い硫黄橋から短くより剛直なものへとシフトすることを示しましたが、このシフトは再生ブレンドにおいて劇的な脆化を引き起こしませんでした。修正した60％配合は時に異例に良好に振る舞い、配合調整が初期性能と老化耐性の両方を改善し得ることを示唆しました。

より環境に優しいゴムのために意味すること

非専門家向けの主要メッセージは、十分に加硫解除された材料をかなりの割合で含むEPDMゴムでも、特に再生材が持ち込む充填剤や反応性硫黄を考慮して配合を調整すれば、依然として良好に機能し得るということです。再生含有量が増えるとゴムは硬くなり伸びにくくなり、非常に高いレベルでは強度低下が顕著になります。しかし、再生ブレンドは熱と酸素にさらされたときに急速に劣化するわけではなく、従来のEPDMとほぼ同じ速度で老化します。これは、極端な機械的性能が要求されない多くのシールやクッション用途において、製造業者がバージンゴムのかなりの割合を再生EPDMに置き換え、廃棄物と資源使用を削減しつつ長い使用寿命を維持できることを示唆しています。

引用: 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

キーワード: EPDMゴム, 加硫解除, ゴムリサイクル, 材料の老化, 持続可能なポリマー