Panoramica
La gomma EPDM (etilene-propilene-diene monomero) è ampiamente utilizzata nelle guarnizioni per autoveicoli, nei profili di tenuta, nei tubi flessibili, nelle cinghie, nelle membrane per coperture e nell'isolamento dei cavi grazie alla sua eccellente resistenza all'ozono, al calore e agli agenti atmosferici. A differenza delle gomme diene (NR, SBR), l’EPDM può essere vulcanizzato sia con sistemi a zolfo che a perossido, ma la vulcanizzazione al perossido offre proprietà superiori in termini di invecchiamento termico e deformazione permanente da compressione.
Il mercato globale dell’EPDM supera 1,4 milioni di tonnellate all’anno, con l’EPDM vulcanizzato con perossido che rappresenta circa il 40% del consumo totale, in particolare nelle applicazioni automobilistiche e industriali che richiedono una lunga durata a temperature elevate.
Meccanismo chimico
La reticolazione dell’EPDM con perossido prevede tre fasi chiave:
- Decomposizione: il perossido di dicumile (DCP) si decompone termicamente a 150-180 °C generando radicali cumilossilici, che subiscono una scissione β per formare radicali metilici
- Astrazione dell’idrogeno: i radicali metilici astragono atomi di idrogeno dalla catena principale del polimero, creando macro-radicali polimerici
- Formazione del legame reticolare: due macro-radicali si combinano per formare un legame reticolare carbonio-carbonio (legame C-C), che è termicamente più stabile rispetto ai legami reticolari di zolfo (legami C-S o S-S)
La componente diene nell’EPDM (tipicamente ENB — 5-etilidene-2-norbornene, o DCPD — diciclopentadiene) fornisce idrogeni allilici che vengono asportati più facilmente, facilitando la reticolazione. L’EPDM a base di ENB è più facile da reticolare con perossidi rispetto all’EPDM a base di DCPD.
Raccomandazioni sui prodotti
| Prodotto | Nome chimico | Numero CAS | O attivo % | Ideale per |
|---|---|---|---|---|
| Perodox DCP | Perossido di dicumile | 80-43-3 | 5,92 | Polimerizzazione standard dell'EPDM, uso generico |
| Perodox 14S | DCP su supporto di silice (40%) | 80-43-3 | 2,37 | Manipolazione senza polvere, dispersione migliorata |
| Perodox BIPB | Bis(terz-butilperossiisopropil)benzene | 2212-81-9 | 9,45 | EPDM a basso odore, interni automobilistici |
| Perodox 101 | 2,5-dimetil-2,5-di(terz-butilperossi)esano | 78-63-7 | 11,02 | EPDM per alte temperature, miscele a base di perossido |
| Perodox 14-40B | DCP al 40% su supporto legato al polimero | 80-43-3 | 2,37 | EPDM spugnoso/schiumato, rilascio controllato di gas |
Confronto: vulcanizzazione con perossido vs. vulcanizzazione con zolfo per l’EPDM
| Proprietà | Perossido (DCP) | Sistema allo zolfo |
|---|---|---|
| Tipo di legame reticolare | C-C (termicamente stabile) | C-S, S-S (meno stabile) |
| Temperatura massima di esercizio | 150-175 °C | 120-150 °C |
| Deformazione permanente da compressione (70 h/150 °C) | 15-25% | 35-50% |
| Invecchiamento termico (168 ore a 150 °C) | Eccellente | Buona |
| Resistenza allo strappo | Moderata | Buona |
| Resistenza alla trazione | Moderata | Elevata |
| Stabilità del colore | Eccellente (bianco/chiaro) | Scarsa (aloni di zolfo) |
| Odore | DCP: percettibile; BIPB: minimo | Odore di zolfo |
| Costo | Più elevato | Inferiore |
Caso di studio: Miglioramento delle prestazioni delle guarnizioni per il settore automobilistico
Un fornitore di sistemi di tenuta per il settore automobilistico riscontrava un cedimento prematuro da compressione nelle guarnizioni in EPDM dopo 500 ore a 125 °C, non rispettando le specifiche OEM (VW TL 52345 che richiede un cedimento <40% dopo 1000 ore a 125 °C). La miscela di EPDM vulcanizzata con zolfo in uso non era in grado di soddisfare i requisiti termici.
Soluzione: Do Sender Chem ha raccomandato il passaggio a un sistema a perossido Perodox BIPB (a basso odore) con TMPTA (triacrilato di trimetilolpropano) come co-agente a 3 phr. La formulazione era la seguente: EPDM (70:30 ENB/DCPD), 5 phr di BIPB, 3 phr di TMPTA, 80 phr di nerofumo N550, 70 phr di olio paraffinico.
Risultati:
- Deformazione residua da compressione dopo 1000 h a 125 °C: 22% (rispetto al 48% del sistema a zolfo)
- Ritenzione dopo invecchiamento termico: 95% in trazione (rispetto al 75%)
- Conformità alla specifica VW TL 52345
- Nessun odore di perossido rilevato nei test all’interno del veicolo
Guida alla scelta dei co-agenti
I co-agenti migliorano notevolmente la densità di reticolazione e le proprietà fisiche se utilizzati con i perossidi: TMPTA (triacrilato di trimetilolpropano) — il migliore in assoluto, migliora la durezza e il modulo; TAC (cianurato di triallile) — eccellente per applicazioni ad alta temperatura; ZDA (diacrilato di zinco) — migliora l’adesione ai metalli e la resistenza allo strappo; m-fenilene bismaleimide — offre la massima densità di reticolazione ma può ridurre l’allungamento. Il dosaggio ottimale dei coagenti è in genere compreso tra 1 e 5 phr. Il nostro team tecnico può consigliarvi la combinazione ideale di perossido e coagente per il vostro specifico tipo di EPDM e per la vostra applicazione.