L'ozone est un facteur important dans le vieillissement des produits en caoutchouc dans l'atmosphère. L'ozone est plus actif que l'oxygène, de sorte que son attaque contre le caoutchouc, en particulier le caoutchouc insaturé, est beaucoup plus grave que l'oxygène.
L'ozone (o3) dans l'atmosphère est décomposé par l'absorption de la lumière ultraviolette à ondes courtes dans la lumière solaire par des molécules d'oxygène.
L'atome d'oxygène est recombiné avec des molécules d'oxygène. Il y a une couche d'ozone avec une concentration d'environ 5 × 10 - dans le banc de 20 à 30 km de la surface de la terre. Avec le flux d'air vertical, l'ozone est amené à la surface de la terre et la concentration d'ozone diminue progressivement de haut en bas. De plus, l'ozone est généré dans les endroits où la lumière ultraviolette est concentrée, dans les lieux de décharge et dans les moteurs électriques, en particulier lorsque des étincelles électriques sont générées. Habituellement, la concentration d'ozone dans l'atmosphère est de 0 ~ 5X10-8. La concentration d'ozone varie d'une région à l'autre. la concentration d'ozone varie d'une saison à l'autre. Bien que la concentration d'ozone près du sol soit très faible, les dommages au caoutchouc ne peuvent être ignorés.
Le caoutchouc non saturé est sujet à l’ozonation et à son apparence après l’ozonation. Contrairement au vieillissement thermo-oxydant, l'ozonation des produits en caoutchouc n'est effectuée que sur la couche de surface en contact avec l'ozone. L'ensemble du processus d'ozonation est effectué par la surface. La seconde est que le caoutchouc réagit avec l'ozone pour former un film dur blanc argenté (environ 10 nm d'épaisseur). Dans des conditions statiques, le film peut empêcher le contact profond entre l'ozone et le caoutchouc, mais dans des conditions de déformation dynamique ou sous tension statique, lorsque le caoutchouc ou l'allongement critique ou la contrainte critique contacter la nouvelle surface en caoutchouc, continuer à ozoner et faire croître la fissure, et après l'apparition de la fissure Comme la base a une concentration de contraintes, il est plus facile d'approfondir la fissure et de former une fissure. La direction de la fissure est perpendiculaire à la direction de la contrainte. En règle générale, seule une petite quantité de fissures apparaît sous une faible contrainte (5%, par exemple) et la direction de la fissure est clairement perceptible. Lorsque le caoutchouc est soumis à de multiples directions, il est difficile de distinguer la direction des fissures.
Tout d'abord, le mécanisme de la réaction d'ozonation du caoutchouc
Le mécanisme de réaction de l'ozone et du caoutchouc insaturé peut être expliqué en se référant à la formule suivante.
Lorsque l'ozone entre en contact avec le produit en caoutchouc, l'ozone réagit d'abord avec la double liaison active pour former l'ozonide moléculaire 1. L'ozonide moléculaire est instable et se décompose rapidement en carbonyle 2 et en zwitterion 3. Dans la plupart des cas, le zwitterion et le l'oxyde odorant ©, et le zwitterion peut également être polymérisé pour former un diperoxyde © ou un peroxyde élevé ©. De plus, lorsqu'un solvant actif tel que le méthanol est présent, le zwitterion réagit également avec lui pour former du peroxyde de méthoxyhydrogène 7.
L'énergie d'activation de l'ozone et du caoutchouc insaturé est très faible et la réaction est très facile à réaliser. La réaction est terminée jusqu'à ce que la double liaison du caoutchouc soit consommée. A ce moment, un film élastique blanc argenté est formé à la surface du caoutchouc, tant qu'il n'y a pas de force externe pour faire craquer le film, le caoutchouc ne continuera plus à ozoner. Si le caoutchouc ozoné est étiré ou déformé dynamiquement, le film ozonisé résultant se fissurera, révélant une nouvelle surface de caoutchouc et réagissant avec l’ozone, ce qui provoquera la croissance de la fissure.
Le caoutchouc saturé ne contient pas de double liaison, bien qu'il puisse réagir avec l'ozone, mais la réaction se déroule très lentement et n'est pas susceptible de se fissurer.
De nombreuses personnes ont étudié la production et la croissance de fissures d'ozonation du caoutchouc non saturé. Sur la base de leurs données expérimentales, ces chercheurs ont proposé le mécanisme de la croissance et de la croissance des fissures. Par exemple, on pense que l'apparition de fissures est due à la tendance des chaînes moléculaires brisées générées par la décomposition de l'ozonide sous contrainte à se séparer, ce qui est supérieur à la tendance à la recombinaison. La croissance des fissures est liée à la concentration d'ozone et à la mobilité des chaînes moléculaires de caoutchouc. Lorsque la concentration d'ozone est constante, plus la mobilité des chaînes moléculaires est grande, plus la croissance des fissures est rapide. On pense également que la génération et la croissance de la fissuration à l'ozone et les propriétés physiques de la couche mince d'ozonide formée par l'ozonation du caoutchouc et la couche superficielle du caoutchouc d'origine
Les propriétés physiques sont différentes. Par exemple, Murray croit que le processus d'ozonation du caoutchouc est un processus dans lequel les processus physiques et les processus chimiques se produisent ensemble. Lorsque le caoutchouc est en contact avec l'ozone, les doubles liaisons sur la surface réagissent rapidement avec l'ozone et forment pour la plupart un oxyde d'ozone qui transforme rapidement la chaîne en caoutchouc souple en une chaîne rigide contenant de nombreux cycles oxyde odorants. Lorsque le caoutchouc est soumis à des contraintes, la tension étire la chaîne en caoutchouc, ce qui provoque un plus grand nombre de doubles liaisons avec l'ozone, ce qui fait que la chaîne de caoutchouc contient plus d'anneaux d'oxyde odorants et devient plus fragile. La surface fragilisée est sujette à la fissuration sous contrainte ou contrainte dynamique.
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