Kiến thức về sự lão hóa của cao su

1. Cao su bị lão hóa là gì? Hiện tượng này thể hiện điều gì trên bề mặt?
Trong quá trình chế biến, bảo quản và sử dụng cao su và các sản phẩm từ cao su, do tác động tổng hợp của các yếu tố bên trong và bên ngoài, các tính chất vật lý, hóa học và cơ học của cao su dần dần bị suy giảm và cuối cùng mất đi giá trị sử dụng. Sự thay đổi này được gọi là lão hóa cao su. Trên bề mặt, nó biểu hiện bằng các hiện tượng như nứt nẻ, dính, cứng lại, mềm đi, phấn hóa, đổi màu và nấm mốc phát triển.
2. Những yếu tố nào ảnh hưởng đến quá trình lão hóa của cao su?
Các yếu tố gây ra hiện tượng lão hóa cao su bao gồm:
(a) Oxy và các nguyên tử oxy trong cao su trải qua phản ứng dây chuyền gốc tự do với các phân tử cao su, và chuỗi phân tử bị đứt hoặc liên kết chéo quá mức, dẫn đến thay đổi tính chất của cao su. Quá trình oxy hóa là một trong những nguyên nhân quan trọng gây ra sự lão hóa của cao su.
(b) Hoạt tính hóa học của ozon và ozone cao hơn nhiều so với oxy, và có tính phá hủy mạnh hơn. Nó cũng phá vỡ chuỗi phân tử, nhưng tác dụng của ozon lên cao su thay đổi tùy thuộc vào việc cao su có bị biến dạng hay không. Khi sử dụng trên cao su bị biến dạng (chủ yếu là cao su chưa bão hòa), các vết nứt vuông góc với hướng tác dụng của ứng suất sẽ xuất hiện, tức là cái gọi là "vết nứt ozon"; khi sử dụng trên cao su bị biến dạng, chỉ có một lớp màng oxit được hình thành trên bề mặt mà không có vết nứt.
(c) Nhiệt: Tăng nhiệt độ có thể gây nứt nhiệt hoặc liên kết ngang nhiệt của cao su. Nhưng tác dụng cơ bản của nhiệt là kích hoạt. Nó cải thiện tốc độ khuếch tán oxy và kích hoạt phản ứng oxy hóa, do đó đẩy nhanh tốc độ phản ứng oxy hóa của cao su, đây là hiện tượng lão hóa phổ biến - lão hóa oxy nhiệt.
(d) Ánh sáng: Bước sóng ánh sáng càng ngắn thì năng lượng càng lớn. Tia cực tím có năng lượng cao hơn gây hại cho cao su. Ngoài việc trực tiếp gây ra sự đứt gãy và liên kết chéo của chuỗi phân tử cao su, tia cực tím còn tạo ra các gốc tự do do hấp thụ năng lượng ánh sáng, từ đó khởi phát và đẩy nhanh quá trình phản ứng dây chuyền oxy hóa. Tia cực tím hoạt động như một nguồn nhiệt. Một đặc điểm khác của tác động của ánh sáng (khác với tác động của nhiệt) là nó chủ yếu xảy ra trên bề mặt cao su. Đối với các mẫu có hàm lượng keo cao, sẽ xuất hiện các vết nứt mạng lưới ở cả hai mặt, tức là cái gọi là "vết nứt lớp ngoài quang học".
(e) Ứng suất cơ học: Dưới tác động lặp đi lặp lại của ứng suất cơ học, chuỗi phân tử cao su sẽ bị đứt gãy tạo ra các gốc tự do, từ đó kích hoạt phản ứng dây chuyền oxy hóa và hình thành quá trình cơ hóa học. Sự đứt gãy cơ học của chuỗi phân tử và sự kích hoạt cơ học của quá trình oxy hóa. Quá trình nào chiếm ưu thế hơn tùy thuộc vào điều kiện tác động. Ngoài ra, dưới tác động của ứng suất, dễ xảy ra hiện tượng nứt vỡ do ozone.
(f) Độ ẩm: Tác động của độ ẩm có hai khía cạnh: cao su dễ bị hư hại khi tiếp xúc với mưa trong không khí ẩm hoặc ngâm trong nước. Điều này là do các chất hòa tan trong nước và các nhóm nước trong suốt trong cao su bị nước chiết xuất và hòa tan. Gây ra hiện tượng thủy phân hoặc hấp thụ. Đặc biệt dưới tác động luân phiên của việc ngâm trong nước và tiếp xúc với không khí, sự phá hủy cao su sẽ được đẩy nhanh. Nhưng trong một số trường hợp, độ ẩm không làm hư hại cao su, thậm chí còn có tác dụng làm chậm quá trình lão hóa.
(g) Các yếu tố khác: Có các môi trường hóa học, các ion kim loại có hóa trị thay đổi, bức xạ năng lượng cao, điện và sinh học, v.v., ảnh hưởng đến cao su.
3. Có những phương pháp thử nghiệm lão hóa cao su nào?
Có thể chia thành hai loại:
(a) Phương pháp thử nghiệm lão hóa tự nhiên. Phương pháp này được chia nhỏ hơn nữa thành thử nghiệm lão hóa trong khí quyển, thử nghiệm lão hóa tăng tốc trong khí quyển, thử nghiệm lão hóa trong điều kiện bảo quản tự nhiên, thử nghiệm lão hóa trong môi trường tự nhiên (bao gồm chôn dưới đất, v.v.) và thử nghiệm lão hóa sinh học.
(b) Phương pháp thử nghiệm lão hóa tăng tốc nhân tạo. Bao gồm lão hóa nhiệt, lão hóa ozone, lão hóa quang học, lão hóa khí hậu nhân tạo, lão hóa quang-ozone, lão hóa sinh học, lão hóa bức xạ năng lượng cao và điện, và lão hóa trong môi trường hóa chất.
4. Nên chọn mức nhiệt độ nào cho thử nghiệm lão hóa bằng không khí nóng đối với các loại hợp chất cao su khác nhau?
Đối với cao su tự nhiên, nhiệt độ thử nghiệm thường là 50~100℃, đối với cao su tổng hợp, thường là 50~150℃, và nhiệt độ thử nghiệm đối với một số loại cao su đặc biệt cao hơn. Ví dụ, cao su nitrile được sử dụng ở 70~150℃, và cao su silicon flo thường được sử dụng ở 200~300℃. Tóm lại, cần phải xác định theo đặc điểm của thí nghiệm.