Übersicht
EPDM-Kautschuk (Ethylen-Propylen-Dien-Monomer) wird aufgrund seiner hervorragenden Ozon-, Hitze- und Witterungsbeständigkeit häufig in Dichtungen für die Automobilindustrie, Dichtungsstreifen, Schläuchen, Riemen, Dachbahnen und Drahtisolierungen eingesetzt. Im Gegensatz zu Dien-Kautschuken (NR, SBR) kann EPDM sowohl mit Schwefel- als auch mit Peroxidsystemen vulkanisiert werden, wobei die Peroxidvulkanisation überlegene Eigenschaften hinsichtlich Wärmealterung und Druckverformungsrest bietet.
Der weltweite EPDM-Markt übersteigt jährlich 1,4 Millionen Tonnen, wobei peroxidvernetztes EPDM etwa 40 % des Gesamtverbrauchs ausmacht, insbesondere in Automobil- und Industrieanwendungen, die eine lange Lebensdauer bei erhöhten Temperaturen erfordern.
Chemischer Mechanismus
Die Peroxidvernetzung von EPDM umfasst drei wesentliche Schritte:
- Zersetzung: Dicumylperoxid (DCP) zersetzt sich bei 150–180 °C thermisch und bildet Cumyloxy-Radikale, die eine β-Spaltung durchlaufen und so Methylradikale bilden
- Wasserstoffabspaltung: Methylradikale spalten Wasserstoffatome aus dem Polymergerüst ab und bilden so Polymer-Makroradikale
- Vernetzungsbildung: Zwei Makroradikale verbinden sich zu einer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Vernetzung (C–C-Bindung), die thermisch stabiler ist als Schwefelvernetzungen (C–S- oder S–S-Bindungen)
Die Dienkomponente in EPDM (typischerweise ENB – 5-Ethyliden-2-norbornene oder DCPD – Dicyclopentadien) liefert allylische Wasserstoffatome, die leichter abgespalten werden können, was die Vernetzung erleichtert. ENB-EPDM lässt sich leichter peroxidvernetzen als DCPD-EPDM.
Produktempfehlungen
| Produkt | Chemische Bezeichnung | CAS-Nummer | Aktiver Sauerstoffgehalt in % | Am besten geeignet für |
|---|---|---|---|---|
| Peroxid DCP | Dicumylperoxid | 80-43-3 | 5,92 | Standard-EPDM-Vulkanisation, Allzweck |
| Perodox 14S | DCP auf Siliciumdioxid-Träger (40 %) | 80-43-3 | 2,37 | Staubfreie Handhabung, verbesserte Dispergierbarkeit |
| Perodox BIPB | Bis(tert-butylperoxyisopropyl)benzol | 2212-81-9 | 9,45 | Geruchsarmes EPDM, Fahrzeuginnenausstattung |
| Perodox 101 | 2,5-Dimethyl-2,5-di(tert-butylperoxy)hexan | 78-63-7 | 11,02 | Hochtemperatur-EPDM, Peroxid-Mischungen |
| Perodox 14-40B | DCP 40 % auf polymergebundenem Träger | 80-43-3 | 2,37 | EPDM-Schaumstoff, kontrollierte Gasfreisetzung |
Vergleich: Peroxid- vs. Schwefelvulkanisation bei EPDM
| Eigenschaft | Peroxid (DCP) | Schwefel-System |
|---|---|---|
| Art der Vernetzungsbindung | C-C (thermisch stabil) | C-S, S-S (weniger stabil) |
| Maximale Betriebstemperatur | 150–175 °C | 120–150 °C |
| Kaltverformung (70 h/150 °C) | 15–25 % | 35–50 % |
| Wärmealterung (168 h/150 °C) | Hervorragend | Gut |
| Reißfestigkeit | Mäßig | Gut |
| Zugfestigkeit | Mäßig | Hoch |
| Farbstabilität | Hervorragend (weiß/hell) | Schlecht (Schwefelblüte) |
| Geruch | DCP: wahrnehmbar; BIPB: minimal | Schwefelgeruch |
| Kosten | Höher | Niedriger |
Fallstudie: Leistungssteigerung bei Dichtungsstreifen für die Automobilindustrie
Bei einem Zulieferer von Dichtungssystemen für die Automobilindustrie traten bei EPDM-Dichtungsstreifen nach 500 Stunden bei 125 °C vorzeitige Kompressionsverformungen auf, wodurch die OEM-Spezifikation (VW TL 52345, die eine Verformung von <40 % nach 1000 h bei 125 °C vorschreibt) nicht erfüllt wurde. Die bestehende, mit Schwefel vulkanisierte EPDM-Mischung konnte die thermischen Anforderungen nicht erfüllen.
Lösung: Do Sender Chem empfahl den Wechsel zu einem Perodox-BIPB-Peroxidsystem (geruchsarm) mit TMPTA (Trimethylolpropantriacrylat) als Co-Härter in einer Menge von 3 phr. Die Rezeptur lautete: EPDM (70:30 ENB/DCPD), 5 phr BIPB, 3 phr TMPTA, 80 phr N550-Ruß, 70 phr paraffinisches Öl.
Ergebnisse:
- Druckverformungsrest nach 1000 h bei 125 °C: 22 % (gegenüber 48 % beim Schwefelsystem)
- Wärmealterungsbeständigkeit: 95 % Zugfestigkeit (gegenüber 75 %)
- Erfüllt die VW-Spezifikation TL 52345
- Bei Tests im Fahrzeuginnenraum wurde kein Peroxidgeruch festgestellt
Leitfaden zur Auswahl von Co-Agenten
Co-Agenten verbessern in Verbindung mit Peroxiden die Vernetzungsdichte und die physikalischen Eigenschaften erheblich: TMPTA (Trimethylolpropantriacrylat) – insgesamt am besten geeignet, verbessert Härte und Elastizitätsmodul; TAC (Triallylcyanurat) – hervorragend geeignet für Hochtemperaturanwendungen; ZDA (Zinkdiacrylat) – verbessert die Metallhaftung und die Reißfestigkeit; m-Phenylenbismaleimid – höchste Vernetzungsdichte, kann jedoch die Dehnung verringern. Die optimale Coagent-Dosierung liegt typischerweise bei 1–5 phr. Unser technisches Team kann Ihnen die ideale Peroxid-/Coagent-Kombination für Ihre spezifische EPDM-Sorte und Anwendung empfehlen.