Monómero de etileno propileno dieno (EPDM): síntesis, propiedades y aplicaciones industriales
El monómero de etileno propileno dieno (EPDM) es un elastómero de cadena de carbono saturado. Con su excelente resistencia a la intemperie, resistencia al ozono y amplia adaptabilidad a la temperatura, se ha convertido en el material central en los campos de sellos de construcción, piezas de automóviles, aislamiento de cables y más.
I. Estructura química y método de síntesis del EPDM
1. Composición química y selección del tercer monómero.
EPDM es un copolímero ternario de etileno (E), propileno (P) y dieno no conjugado (D), sirviendo el dieno como sitio de reticulación (tercer monómero). Los principales tipos incluyen:
Etilideno norborneno (ENB): alta actividad de vulcanización y densidad de reticulación (representa más del 70 % de la producción mundial de EPDM)
Diciclopentadieno (DCPD): bajo costo, pero tasa de vulcanización más lenta
1,4-Hexadieno (HD): Excelente resistencia al calor, adecuado para sistemas de vulcanización a alta temperatura
Fórmula típica de estructura molecular:
-(CH}_2{CH}_2)_x-(CH}_2CH(CH}_3)_y-(Dieno)_z
El contenido de etileno (45-75%), el contenido de propileno (25-55%) y el contenido de un tercer monómero (1-10%) determinan juntos las propiedades del material.
2. Procesos de producción industrial
Los procesos principales son la polimerización en solución y la polimerización en fase gaseosa.
Proceso de producción:
1. Refinación de materia prima: Pureza de etileno y propileno >99,9%, y se deben eliminar los inhibidores de polimerización de los dienos.
2. Reacción de polimerización: inyección continua de catalizador, tiempo de reacción 1-3 horas
3. Recuperación de monómeros: los monómeros que no han reaccionado se separan mediante vaporización instantánea (tasa de recuperación >95%)
4. Postprocesamiento: Lavado con agua para eliminar cenizas → deshidratación por extrusión → secado en lecho fluidizado
Los principales fabricantes mundiales incluyen Dow Chemical (EE. UU.), LANXESS (Alemania), JSR (Japón) y Sinopec (China).
II. Sistema de clasificación y calidad del caucho crudo EPDM
1. Clasificación por contenido de etileno
2. Clasificación por tercer tipo de monómero
Tipo ENB: Viscosidad Mooney ML(1+4) 125℃ 40-80, índice de velocidad de vulcanización (t90) 3-10 min.
Tipo DCPD: Viscosidad Mooney ML(1+4) 125 ℃ 30-60, t90 10-20 min.
Tipo HD: Resistencia al calor hasta 150 ℃ (el tipo ENB es 130 ℃)
3. Clasificación por viscosidad Mooney
III. Propiedades físicas del EPDM
1. Dureza
Estándar de prueba: ASTM D2240 (Orilla A)
Rango: Caucho sin relleno 30-50 Shore A, hasta 40-90 Shore A después del refuerzo con negro de humo.
Ajuste: aumentar el negro de humo N550 en 20 phr aumenta la dureza en ~10 grados; Agregar 10 phr de aceite de parafina disminuye la dureza entre 3 y 5 grados.
2. Viscosidad lunar
Condición de prueba: ML(1+4) 125 ℃
Valor típico: Caucho en bruto 30-100, alto grado de etileno >70
Impacto del procesamiento: El caucho High Mooney requiere un tiempo de mezclado prolongado o la adición de auxiliares de flujo (p. ej., cera de PE)
3. Densidad
Rango: 0,86-0,87 g/cm³ (caucho puro) → 1,10-1,30 g/cm³ (relleno con negro de humo de 50 phr)
Comparación: Más bajo que el caucho natural (0,92 g/cm³) y el caucho de nitrilo (1,15 g/cm³)
4. Resistencia al envejecimiento
Envejecimiento oxidativo térmico: retención de la resistencia a la tracción >80 % después de 150 ℃ × 168 h (requiere antioxidante MB 1 phr + TMQ 2 phr)
Envejecimiento por ozono: No hay grietas después de 500 horas con una concentración de ozono de 50 ppm (el caucho natural solo dura 24 horas)
5. Elasticidad
Resiliencia: 50-70% para caucho vulcanizado (mayor que NBR, menor que caucho natural)
Propiedades dinámicas: Factor de pérdida (tanδ) 0,05-0,15, adecuado para piezas de baja generación de calor
6. Flexibilidad a baja temperatura
7. Relajación del estrés
8. Conjunto de compresión
Estándar de prueba: ASTM D395 Método B (125 ℃ × 22 h)
Valor típico: sistema de vulcanización con peróxido <20%, sistema de vulcanización con azufre 25-35%
9. Otras propiedades clave
Aislamiento Eléctrico: Resistividad de volumen >1×10¹⁵ Ω·cm (apto para cables de 10 kV)
Resistencia al vapor de agua: cambio de volumen <3% después de 28 días a 100 ℃
Resistencia a la fatiga: vida útil de flexión dinámica >5 millones de ciclos (ASTM D430)
IV. Propiedades químicas del EPDM
1. Resistencia a los disolventes
Disolventes polares: Resistente a alcoholes, cetonas (tasa de hinchamiento en acetona <10%)
Solventes no polares: Tasa de hinchazón del 30 al 50 % en aceite mineral (se necesita mejora con la mezcla CR)
Resistencia a ácidos y álcalis: Resistente a soluciones de HCl o NaOH al 10 % (cambio de volumen <5 %)
2. Resistencia a los medios químicos
V. Puntos del proceso de mezcla y vulcanización
1. Optimización del proceso de mezcla
Orden de carga:
1. Masticación de caucho crudo (100-120 ℃ × 2 min)
2. Óxido de zinc/ácido esteárico
3. Negro de carbón/masilla
4. Plastificante (aceite de parafina)
5. Agente vulcanizante (peróxido o azufre)
2. Diseño del sistema de vulcanización
3. Control de la condición de vulcanización
Vulcanización con platina: 160 ℃ × 15-30 min (sistema de azufre) o 170 ℃ × 5-10 min (sistema de peróxido)
Vulcanización Continua: Baño de sal (230℃×2 min) o microondas (2,45 GHz×90 seg)
4. Problemas comunes y contramedidas
Abrasador: Temperatura del agua más fría en el mezclador interno (<20 ℃), agregue 0,3 phr de CTP
Defectos de burbuja: Precalentar el caucho preformado a 60 ℃ durante 30 min, presión de moldeo >15 MPa
Vulcanización desigual: utilice calentamiento gradual (120 ℃ → 160 ℃) o posvulcanización (150 ℃ × 2 h)
