Thermal aging of hydrogenated nitrile rubber – loss of additives and its influence on elasticity maintenance

The thermal aging of hydrogenated nitrile rubber (HNBR) at elevated temperatures 125 and 150 °C was investigated. The changes of chemical structures, including functional groups and crosslinking density, and the changes of mechanical properties, including recovery from bending (RFB), tensile strength, elongation at break and Young's modulus, were determined. In addition, the loss of additives was analyzed by pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC/MS). The aging procedure of HNBR exhibited two stages: loss of additives along with the deterioration of elasticity; obvious oxidation and extra crosslinking with further hardening and embrittlement. The relationship between the deterioration of elasticity and the loss of plasticizers was established. It was demonstrated that the failure of HNBR happened long before obvious oxidation and crosslinking of the rubber chains, and the loss of additives, especially the loss of plasticizers, was the main reason for the failure. Therefore, the elasticity recovery of aged HNBR immersed in the plasticizer (n-propyl palmitate as a model) was carried out. This treatment was demonstrated to be effective before obvious oxidation and crosslinking of HNBR occurred during the thermal aging.

Badano starzenie termiczne uwodornionego kauczuku nitrylowego (HNBR) w temperaturze 125 i 150 °C. Określono zmiany struktur chemicznych, w tym grup funkcyjnych i gęstości usieciowania oraz zmiany właściwości mechanicznych, w tym powrotu poodkształceniowego po zginaniu (RFB), wytrzymałości na rozciąganie, wydłużenia przy zerwaniu i modułu Younga. Ponadto metodą pirolitycznej chromatografii gazowej z detekcją mas (Py-GC/MS) analizowano straty dodatków obecnych w kauczuku. Procedura starzenia się HNBR wykazywała dwa etapy: ubytek dodatków wraz z pogorszeniem elastyczności; wyraźne utlenianie i dodatkowe sieciowanie związane z dalszym utwardzaniem i zwiększaniem kruchości. Określono zależność pomiędzy zmniejszaniem się elastyczności a ubytkiem dodatków zmiękczających. Wykazano, że pogorszenie właściwości HNBR następowało znacznie wcześniej niż utlenianie i sieciowanie oraz było spowodowane utratą dodatków, a zwłaszcza plastyfikatorów. W związku z tym przeprowadzono próbę odtworzenia elastyczności starzonych próbek HNBR przez zanurzenie w plastyfikatorze (palmitynian n-propylu jako model). Obróbka ta okazała się skuteczna, pod warunkiem przeprowadzenia jej zanim podczas starzenia termicznego nastąpiło utlenianie i sieciowanie HNBR.