Devulkanize edilmiş geri kazanılmış kauçuğun içeriğinin etilen-propilen-dien-monomer (EPDM) kauçuğunun yapısı, mekanik özellikleri ve termooksidatif yaşlanma davranışı üzerindeki etkisi

Neden eski kauçuk hâlâ önemli

Her yıl contalar, hortumlar, çatı kaplamaları ve lastikler gibi uygulamalardan çıkan büyük miktarda kauçuk atık hâline geliyor; çünkü kauçuğu dayanıklı ve esnek yapan işlem aynı zamanda onu geri dönüştürmeyi de zorlaştırıyor. Bu çalışma, yaygın bir kauçuk türü olan EPDM’ye ikinci bir yaşam verme potansiyeli taşıyan umut verici bir yöntemi inceliyor. Malzemeyi bir arada tutan küçük bağlardan bazılarını dikkatle kırıp yeniden kurarak araştırmacılar, güvenlikten, dayanıklılıktan veya performanstan ödün vermeden yeni ürünlere ne kadar geri kazanılmış EPDM karıştırılabileceğini araştırıyor. Bulgular, otomotiv, bina ve endüstride daha sürdürülebilir kauçuk parçalar ve daha az depolama veya yakma yoluyla atık azaltımı yönünde işaret ediyor.

Aşınmış kauçuğu tekrar yararlı bir bileşene dönüştürmek

EPDM kauçuğu, birçok diğer elastomere göre ısıya, ozona ve hava koşullarına karşı daha dirençli olduğu için yaygın olarak kullanılır. Bir kez vulkanize edildiğinde — kimyasal olarak çapraz bağlı üç boyutlu bir ağ oluşturulduğunda — güçlü ve elastik olur ama eritilip yeniden yapılması çok zorlaşır. Ekip, zincirler arasındaki kükürt bazlı bağların çoğunun seçici olarak kırıldığı, ana polimer omurgasının büyük ölçüde sağlam bırakıldığı “devulkanize” EPDM ile çalıştı. Bu geri kazanılmış malzeme hâlâ polimer, karbon siyahı, yağlar ve mineral dolgular içerir. Araştırmacılar bunu standart bir EPDM conta bileşimine dört seviyede karıştırdı: yok (saf referans), %20, %40 ve %60 devulkanize kauçuk. En yüksek seviyede ayrıca geri kazanılmış malzemenin zaten getirdiği katkıları dengelemek için karbon siyahı ve yumuşatıcı azaltılmış modifiye bir tarif de denendi.

Geri dönüştürülmüş kauçuğun yapıyı nasıl değiştirdiği

Kauçuğun içinde neler olduğunu anlamak için yazarlar ağın nasıl oluştuğunu ve yaşlandığını izleyen bir dizi teknik kullandı. Kür testleri, şişme deneyleri, sıcaklığa bağımlı gerilme gevşemesi, düşük alanlı NMR ve hapsolmuş çözeltinin donma noktasına dayanan bir yöntem zincirlerin ne kadar sıkı bağlandığını araştırdı. Bu yöntemlerin çoğu, devulkanize EPDM eklemenin ağdaki toplam bağ yoğunluğunu artırdığı konusunda hemfikirdi; bunun başlıca nedeni geri kazanılmış malzemenin hâlâ reaktif kükürt ve yeniden kürleme sırasında yeni köprüler oluşturabilecek kısmen kırılmış bağlar taşımasıydı. Ancak bir teknik — kauçuğun varlığının bir çözeltinin donma noktasını nasıl kaydırdığına dayanan yöntem — yüksek geri dönüştürülmüş içerikte ortalama bağlar arası mesafenin aslında arttığını öne sürdü. Yazarlar bu tutarsızlığın, geri kazanım ağırlıklı bileşiklerde uzun, esnek kükürt köprüleri ile daha kısa, daha sert köprülerin daha karmaşık bir karışımını yansıtıyor olabileceğini ve tüm yöntemlerin bu yapıyı aynı şekilde “görmeyebileceğini” öne sürüyor.

Laboratuvar testlerinden gerçek dünya performansına

Mekanik testler, daha fazla devulkanize EPDM eklendikçe açık bir uzlaşma olduğunu ortaya koydu. Kauçuğun ne kadar sert hissettirdiğinin basit bir ölçüsü olan Shore A sertliği, geri dönüştürülmüş içerikle birlikte sürekli olarak arttı; bu, bol dolgu içeren daha sert ve daha sıkı bağlı bir ağı yansıtıyor. Aynı zamanda çekme dayanımı, yırtılma direnci ve kopma uzaması özellikle %40 ve %60 seviyelerinde düştü. Yeni ve eski kauçuk bölgelerinin bağlanmasındaki mikroskobik düzensizlikler, düzensiz çapraz bağlanma ve kısmen hasar görmüş zincirler çatlakların başlayıp büyüyebileceği “zayıf noktalar” oluşturuyor. Karbon siyahı ve yağ azaltılmış modifiye edilmiş %60 tarif, malzemeyi biraz yumuşattı ve ayarlanmamış %60 karışıma kıyasla uzama yeteneğini iyileştirdi; buna rağmen çoğu özelliği benzer bir aralıkta tuttu. Bu, akıllı formülasyonun yüksek geri dönüşümün dezavantajlarını kısmen dengeleyebileceğini gösteriyor.

Kauçuk yaşlandıkça neler oluyor

Bir contanın veya conta elemanının yıllarca sıcak, oksijen bakımından zengin ortamlarda kalma olasılığı olduğunda dayanıklılık başlangıçtaki dayanıklılık kadar önemlidir. Uzun süreli hizmeti taklit etmek için araştırmacılar tüm bileşikleri 70 °C ve 100 °C’de altı haftaya kadar, ve eşdeğer daha kısa sürelerle 125 °C’de yaşlandırdılar. Kimyada, sertlikte, dayanımda, uzayabilme ve esneklikteki değişimleri izlediler. Beklendiği gibi, yaşlanma her malzemede daha fazla çapraz bağlanma ve bazı zincir kopmalarına yol açtı. Ancak devulkanize içeren bileşikler saf refereansa göre daha hızlı yaşlanmadı; birçok durumda güç ve esneklik kayıpları karşılaştırılabilir veya hatta biraz daha az şiddetliydi. Kızılötesi spektreler ve çapraz bağ ölçümleri, ağın kademeli olarak daha uzun, daha hareketli kükürt köprülerinden daha kısa, daha rijit köprülere kaydığını gösterdi; fakat bu kayma geri dönüştürülmüş karışımlarda dramatik ek kırılganlığa neden olmadı. Ayarlanmış %60 tarif bazen beklenenden daha iyi davrandı; bu da tarif ayarlamanın hem başlangıç performansını hem de yaşlanma direncini iyileştirebileceğine işaret ediyor.

Daha yeşil kauçuk için anlamı

Uzman olmayanlar için ana mesaj şudur: dikkatle devulkanize edilmiş malzeme içeren önemli bir payla üretilen EPDM kauçuğu hâlâ saygın bir performans sergileyebilir; özellikle tarif geri kazanılmış malzemenin taşıdığı ek dolgu ve reaktif kükürtlere göre ayarlanırsa. Daha fazla geri dönüştürülmüş içerik kauçuğu daha sert ama daha az esnek yapar ve çok yüksek seviyeler hâlâ belirgin bir dayanım kaybı getirir. Ancak geri dönüştürülmüş karışımlar ısı ve oksijene maruz kaldıklarında daha hızlı dağılmıyor; yaşlanma hızı geleneksel EPDM ile yaklaşık olarak aynı. Bu, aşırı mekanik performansın kritik olmadığı birçok conta ve yastıklama uygulaması için üreticilerin, uzun hizmet ömrünü korurken atığı ve kaynak kullanımını azaltmak amacıyla saf kauçuğun önemli bir kısmını geri kazanılmış EPDM ile güvenle değiştirebileceklerini gösteriyor.

Atıf: 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

Anahtar kelimeler: EPDM kauçuğu, devulkanizasyon, kauçuk geri dönüşümü, malzeme yaşlanması, sürdürülebilir polimerler