Effekt av andel devulkaniserat återvunnet gummi på struktur, mekaniska egenskaper och termo-oxidativ åldringsbeteende hos etylen-propylen-dien-monomer (EPDM)-gummi

Varför gammalt gummi fortfarande spelar roll

Varje år hamnar stora mängder gummi från tätningar, slangar, tak och däck som avfall eftersom den process som gör gummi segt och elastiskt också gör det svårt att återvinna. Den här studien undersöker en lovande metod för att ge ett vanligt gummi, EPDM, ett andra liv. Genom att varsamt bryta och återbilda några av de små bindningarna som håller materialet samman, utforskar forskarna hur mycket återvunnet EPDM som kan blandas in i nya produkter utan att äventyra säkerhet, hållbarhet eller prestanda. Deras resultat pekar mot mer hållbara gummidelar i bilar, byggnader och industrin, med mindre material som går till deponi eller förbränns som bränsle.

Att förvandla utslitet gummi till en användbar ingrediens

EPDM-gummi används i stor utsträckning eftersom det står emot värme, ozon och väder bättre än många andra elastomerer. När det är "vulkaniserat" – kemiskt tvärbundet till ett tredimensionellt nätverk – blir det starkt och elastiskt men mycket svårt att smälta ner och göra om. Teamet arbetade med "devulkaniserat" EPDM, där många av de svavelbaserade förbindelserna mellan kedjorna har selektivt brutits medan huvudpolymerens ryggrad i stort sett lämnats intakt. Detta återvunna material innehåller fortfarande polymer, kolsvart, oljor och mineralfyllmedel. Forskarna blandade in det i en standard EPDM-tätningskomponering på fyra nivåer: ingen (en jungfrureferens), 20 %, 40 % och 60 % devulkaniserat gummi. För den högsta nivån provade de också ett modifierat recept som minskade kolsvart och mjukningsmedel för att kompensera för vad det återvunna materialet redan bidrar med.

Hur tillsats av återvunnet gummi förändrar strukturen

För att förstå vad som händer inne i gummit använde författarna en rad tekniker som kartlägger hur nätverket bildas och åldras. Härdningstester, svällningsexperiment, temperaturberoende stressrelaxation, lågfält-NMR och en fryspunktmetod för instängd lösningsmedel undersöker hur tätt kedjorna är bundna. De flesta av dessa metoder var överens om att tillsats av devulkaniserat EPDM ökar den totala tätheten av bindningar i nätverket, främst eftersom det återvunna materialet fortfarande innehåller reaktivt svavel och delvis brutna bindningar som kan bilda nya broar vid återhärdning. En teknik – baserad på hur närvaron av gummit förskjuter fryspunkten hos ett lösningsmedel – antydde dock att med högt återvunnet innehåll ökar det genomsnittliga avståndet mellan bindningarna. Författarna föreslår att denna diskrepans kan spegla en mer komplex blandning av långa, flexibla svavelbroar och kortare, styvare sådana i de återvunna rikare blandningarna, och att inte alla metoder "ser" denna struktur på samma sätt.

Från labbtester till verklig prestanda

Mekaniska tester visade en tydlig avvägning när mer devulkaniserat EPDM tillsattes. Shore A-hårdhet, ett enkelt mått på hur fast gummit känns, ökade stadigt med återvunnet innehåll, vilket återspeglar ett styvare, mer tätt bundet nätverk med rikligt fyllmedel. Samtidigt minskade draghållfasthet, rivmotstånd och förlängning vid brott, särskilt vid 40 % och 60 %. Mikroskopiska oregelbundenheter i hur nya och gamla gummiregioner förenas, ojämn tvärbindning och delvis skadade kedjor skapar "svaga punkter" där sprickor kan starta och växa. Det modifierade 60 %-receptet, med minskat kolsvart och olja, mjukade upp materialet något och förbättrade dess töjbarhet jämfört med den oomräknade 60 %-blandningen, samtidigt som de flesta egenskaper hölls i ett liknande intervall. Det visar att smart formulering delvis kan väga upp nackdelarna med hög återvinning.

Vad som händer när gummit åldras

Hållbarhet är lika viktig som initial styrka för tätningar och packningar som kan sitta i varma, syre‑rika miljöer i åratal. För att efterlikna långvarig tjänstålder åldrades alla komponenter upp till sex veckor vid 70 °C och 100 °C, och för motsvarande kortare tider vid 125 °C. De följde förändringar i kemi, styvhet, styrka, töjbarhet och elasticitet. Som förväntat ledde åldrande till fler tvärbindningar och viss kedjebrott i alla material. Ändå åldrades de innehållande devulkaniserat material inte snabbare än jungfrureferensen; i många fall var deras förlust av styrka och flexibilitet jämförbar eller till och med något mindre allvarlig. Infrarödspektra och mätningar av tvärbindningar visade att nätverket gradvis skiftar från längre, mer rörliga svavelbroar mot kortare, styvare sådana, men detta skifte orsakade inte dramatisk ytterligare försprödning i de återvunna blandningarna. Det justerade 60 %-receptet betedde sig ibland ovanligt väl, vilket antyder att receptjustering kan förbättra både initial prestanda och åldringsmotstånd.

Vad allt detta betyder för grönare gummi

För icke‑specialister är huvudbudskapet att EPDM‑gummi som innehåller en betydande andel noggrant devulkaniserat material fortfarande kan prestera respektabelt, särskilt om receptet justeras för att ta hänsyn till de extra fyllmedel och det reaktiva svavel det medför. Mer återvunnet innehåll gör gummit fastare men mindre töjbart, och mycket höga nivåer ger fortfarande en märkbar minskning i styrka. De återvunna blandningarna faller dock inte sönder snabbare när de utsätts för värme och syre; de åldras i ungefär samma takt som konventionellt EPDM. Detta tyder på att tillverkare för många tätande och dämpande användningar där extrem mekanisk prestanda inte är avgörande kan ersätta en betydande andel jungfruligt gummi med återvunnet EPDM, vilket minskar avfall och resursanvändning samtidigt som lång livslängd bibehålls.

Citering: 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

Nyckelord: EPDM-gummi, devulkanisering, återvinning av gummi, materials åldrande, hållbara polymerer