Effect van het aandeel gedevulkaniseerd teruggewonnen rubber op structuur, mechanische eigenschappen en thermo-oxidatieve verouderingsgedrag van ethyleen-propeen-dieen-monomer (EPDM) rubber

Waarom oud rubber nog steeds van belang is

Ieder jaar belandt een grote hoeveelheid rubber uit afdichtingen, slangen, dakbedekking en banden op de afvalberg, omdat het proces dat rubber sterk en elastisch maakt het ook moeilijk herbruikbaar maakt. Deze studie onderzoekt een veelbelovende manier om één veelvoorkomend rubber, EPDM, een tweede leven te geven. Door op gecontroleerde wijze enkele van de kleine verbindingen die het materiaal bij elkaar houden te breken en opnieuw te vormen, kijken de onderzoekers hoeveel gerecycled EPDM in nieuwe producten kan worden gemengd zonder veiligheid, duurzaamheid of prestatie te veel aan te tasten. Hun bevindingen wijzen op duurzamere rubberonderdelen in auto’s, gebouwen en de industrie, met minder materiaal dat op de stortplaats belandt of wordt verbrand.

Versleten rubber weer bruikbaar maken

EPDM-rubber wordt veel toegepast omdat het beter bestand is tegen warmte, ozon en weersinvloeden dan veel andere elastomeren. Zodra het is “gevulkaniseerd” – chemisch gekruislinkt tot een driedimensionaal netwerk – wordt het sterk en elastisch, maar ook erg moeilijk om te smelten en opnieuw te vormen. Het team werkte met “gedevulkaniseerd” EPDM, waarbij veel van de zwavelhoudende verbindingen tussen ketens selectief zijn gebroken terwijl de hoofdpolymeerketen grotendeels intact bleef. Dit teruggewonnen materiaal bevat nog steeds polymeer, carbon black, oliën en minerale vulstoffen. De onderzoekers mengden het in een standaard EPDM-afdichtingscompound op vier niveaus: geen (een virgin referentie), 20%, 40% en 60% gedevulkaniseerd rubber. Voor het hoogste niveau probeerden ze ook een aangepaste samenstelling met minder carbon black en weekmaker om te compenseren voor wat het gerecyclede materiaal al inbrengt.

Hoe toevoegen van gerecycled rubber de structuur verandert

Om te begrijpen wat er in het rubber gebeurt, gebruikten de auteurs een reeks technieken die volgen hoe het netwerk zich vormt en veroudert. Uithardingsproeven, zwelproeven, temperatuurafhankelijke spanningsrelaxatie, laagveld-NMR en een vriespuntsmethode voor ingesloten oplosmiddel peilden allemaal hoe strak de ketens aan elkaar vastzitten. De meeste methoden kwamen overeen dat toevoeging van gedevulkaniseerd EPDM de algehele dichtheid van verbindingen in het netwerk verhoogt, voornamelijk omdat het gerecyclede materiaal nog reactieve zwavel en deels gebroken bindingen bevat die tijdens het opnieuw uitharden nieuwe bruggen kunnen vormen. Eén techniek — gebaseerd op hoe de aanwezigheid van het rubber het vriespunt van een oplosmiddel verschuift — suggereerde echter dat bij hoge gerecyclede fracties de gemiddelde afstand tussen verbindingspunten juist toeneemt. De auteurs stellen voor dat dit verschil een complexere mix van lange, flexibele zwavelbruggen en kortere, stuggere bruggen in de gerecyclede-rijke composities kan weerspiegelen, en dat niet alle methoden deze structuur op dezelfde manier “zien”.

Van labtesten naar prestaties in de praktijk

Mechanische testen toonden een duidelijke afweging naarmate er meer gedevulkaniseerd EPDM werd toegevoegd. Shore A-hardheid, een eenvoudige maat voor hoe stevig het rubber aanvoelt, steeg gestaag met het gerecyclede aandeel, wat wijst op een stijver, dichter verbonden netwerk met veel vulstof. Tegelijkertijd namen de treksterkte, scheurbestendigheid en rek bij breuk af, vooral bij de 40% en 60% niveaus. Microscopische onregelmatigheden in de verbinding tussen new en oud rubber, ongelijke kruislinking en deels beschadigde ketens creëren “zwakke plekken” waar scheuren kunnen ontstaan en groeien. De aangepaste 60%-formulering, met minder carbon black en olie, maakte het materiaal iets zachter en verbeterde de rekbaarheid vergeleken met het ongecorrigeerde 60%-mengsel, terwijl de meeste eigenschappen in een vergelijkbaar bereik bleven. Dit toont aan dat slimme formulering de nadelen van intensief recyclen gedeeltelijk kan compenseren.

Wat er gebeurt als het rubber veroudert

Duurzaamheid is net zo belangrijk als initiële sterkte voor afdichtingen en pakkingen die jaren in hete, zuurstofrijke omgevingen kunnen zitten. Om langdurig gebruik na te bootsen, hebben de onderzoekers alle compoundingrediënten gedurende maximaal zes weken verouderd bij 70 °C en 100 °C, en voor overeenkomstig kortere tijden bij 125 °C. Ze volgden veranderingen in chemie, stijfheid, sterkte, rekbaarheid en elasticiteit. Zoals te verwachten leidde veroudering tot meer kruisverbindingen en enige ketenbreuk in elk materiaal. Toch verouderden de composes die gedevulkaniseerd materiaal bevatten niet sneller dan de virgin referentie; in veel gevallen was hun verlies aan sterkte en flexibiliteit vergelijkbaar of zelfs iets minder ernstig. Infraroodspectra en metingen van kruislinking toonden dat het netwerk geleidelijk verschuift van langere, mobielere zwavelbruggen naar kortere, stijvere bruggen, maar deze verschuiving veroorzaakte geen dramatische extra verharding in de gerecyclede mengsels. De aangepaste 60%-formulering gedroeg zich soms verrassend goed, wat suggereert dat afstemming van de samenstelling zowel initiële prestaties als verouderingsweerstand kan verbeteren.

Wat dit betekent voor groener rubber

Voor niet‑specialisten is de belangrijkste boodschap dat EPDM-rubber met een aanzienlijk aandeel zorgvuldig gedevulkaniseerd materiaal nog steeds behoorlijk goed kan presteren, vooral als de samenstelling wordt aangepast aan de extra vulstoffen en reactieve zwavel die het meebrengt. Meer gerecycled materiaal maakt het rubber steviger maar minder rekbaar, en zeer hoge niveaus leveren nog steeds een merkbare aantasting van de sterkte op. De gerecyclede mengsels vallen echter niet sneller uit elkaar bij blootstelling aan warmte en zuurstof; ze verouderen grofweg in hetzelfde tempo als conventioneel EPDM. Dit suggereert dat fabrikanten voor veel afdichtings- en dempingstoepassingen waarbij extreme mechanische prestaties niet cruciaal zijn, een aanzienlijk deel virgin rubber veilig kunnen vervangen door teruggewonnen EPDM, waardoor afval en grondstofgebruik verminderd worden terwijl een lange levensduur behouden blijft.

Bronvermelding: 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

Trefwoorden: EPDM rubber, gedevulkaniseerd, rubberrecycling, materiaalveroudering, duurzame polymeren