橡胶制品容易老化是因为大气中含有臭氧,因为臭氧比央企更活泼,所以它对橡胶尤其是不饱和的的橡胶的侵袭要比氧气厉害得多。
据了解,不饱和的橡胶很容易和臭氧发生氧化,并且臭氧化后的外观特征和热氧老化不一样,臭氧化是在橡胶制品的表面进行的,是由表及里的过程,而且橡胶和臭氧发生反应的时候会生成一层银白色的硬膜(大约10nm厚),在静态的条件下这层膜能够阻止臭氧和橡胶深层接触。想要更好地保护好橡胶制品不跟臭氧发生反应,了解它们的一些反应机理还是很有必要的。
第一,来了解一下橡胶臭氧化反应机理
当臭氧接触橡胶制品时,臭氧首先与活泼双键发生加成反应,生成分子臭氧化物,分子臭氧化物很不稳定,很快分解生成羰基化物和两性离子。在多数情况下两性离子与羰基化物会重新结合成异臭氧化物,两性离子也能聚合生成二过氧化物或高过氧化物,另外当有甲醇等活性溶剂存在时,两性离子还会与之反应生成甲氧基过氧化氢物。
臭氧与不饱和橡胶的反应活化能很低,反应极易进行,反应直到橡胶的双键消耗完毕为止,此时在橡胶的表面生成一层银白色的失去弹性的薄膜,只要没有外力使薄膜龟裂,橡胶将不再继续臭氧化。如若对已经臭氧化的橡胶拉伸或使其产生动态变形,生成的臭氧化薄膜将出现龟裂,露出新的橡胶表面又会与臭氧发生反应,这使得裂纹继续增长。
饱和橡胶因不含双键,虽然也能与臭氧发生反应但反应进行得很慢,不易产生龟裂。
曾有多人对不饱和橡胶臭氧化龟裂的产生和增长做过研究。这些研究者根据自己的实验数据,分别提出了龟裂产生及增长的机理。例如有人认为龟裂的产生,是由于在应力作用下因臭氧化物分解产生的断裂分子链,相互分离的倾向大于重新结合倾向的结果。而龟裂的增长则与臭氧的浓度和橡胶分子链的运动性有关,当臭氧浓度一定时,分子链运动性越大,裂纹增长就越快。也有人认为臭氧龟裂的产生和增长与橡胶臭氧化形成的臭氧化物薄层的物性以及与原橡胶表面层的物性不同有关。例如,Murray认为橡胶的臭氧化过程是物理过程和化学过程共同发生的过程。当橡胶与臭氧接触时,表面的双键迅速与臭氧反应,大部分生成臭氧化物,使原本柔顺的橡胶链迅速转变为含有许多臭氧化物环的僵硬链。当有应力施加于橡胶上时,应力将橡胶链拉伸展开,使更多的双键与臭氧接触,使橡胶链含有更多的臭氧化物环,变得更脆,脆化的表面在应力或动态应力作用下就很容易发生龟裂。