Hajoamisenestoaine 6PPD nykytilan arviointi ja korvaavien vaihtoehtojen kartoittaminen
Rantala, Justus (2025)
2025
Materiaalitekniikan DI-ohjelma - Master's Programme in Materials Engineering
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2025-05-13
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202505155500
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202505155500
Tiivistelmä
Rengasteollisuus on suurin yksittäinen kumiseoksia valmistava teollisuudenala ja samalla myös useiden kumiseoksiin tarvittavien raakamateriaalien suurin kuluttaja. Pelkästään nokea käytetään renkaiden valmistuksessa vuosittain yli 8.5 miljoonaa tonnia ja useiden muidenkin lisä- ja täyteaineiden vuosittaiset käyttömäärät nousevat tuhansiin tonneihin. Useat kumiseosten valmistuksessa käytettävät raakamateriaalit ovat haitallisia niin ympäristölle kuin eliöillekin ja viime vuosien aikana suurta huolen aihetta on nostanut etenkin hajoamisenestoaine 6PPD. 6PPD:n on havaittu muodostavan haitallisen kinoniyhdisteen, 6PPD-kinonin, reagoidessaan ilmakehän otsonin kanssa. Muodostunut kinoniyhdiste on myrkyllinen niin ihmisille kuin etenkin tietyille vesieliöille, kuten hopea- ja kirjolohelle. 6PPD:n korvaaminen on tähän mennessä ollut haastava tehtävä, sillä toista yksittäistä, yhtä hyvin sekä staattisessa että dynaamisessa rasituksessa toimivaa antiotsonanttia ei ole toistaiseksi löydetty.
Tämän työn tavoitteena oli selvittää 6PPD:n nykytilanne niin käytön kuin myös nykyisen ja tulevan lainsäädännön osalta, rajata mahdollisia korvaavia suoja-aineita 6PPD:n käytön tilalle sekä tutkia vaihtoehtoisten suoja-aineiden toimivuutta renkaiden kumiseoksissa. Työn kokeellisessa vaiheessa kirjallisuuskatsauksen perusteella jatkoon valituista suoja-aineista valmistettiin useita kumiseoksia, joita tutkittiin niin reologisten, mekaanisten kuin renkailta vaadittavien ominaisuuksien pohjalta, verraten 6PPD:tä sisältävään sekä suoja-aineita sisältämättömään kumiseokseen.
Työn kokeellista osuutta suoritettaessa huomattiin suoja-aineen muutoksen vaikuttavan lähes kaikkiin kumiseoksen ominaisuuksiin ja useiden suoja-aineiden kohdalla koko kumiseoksen reseptiä tulisi muuttaa saadakseen vastaavanlaiset ominaisuudet 6PPD:tä sisältävään kumiseokseen verrattuna. Useat suoja-aineet osoittivat lupaavaa otsoniresistanssia niin staattisessa kuin dynaamisessakin kuormituksessa.
Kumiseosten mittaustuloksia analysoidessa huomattiin useamman suoja-aineen toimivan mahdollisena osittaisena vaihtoehtona nykyisin käytetylle 6PPD:lle. Lähinnä 6PPD:n kaltaisena suoja-aineena toimi myös fenyleenidiamiineihin kuuluva suoja-aine 77PD. Kumiseosreseptiä sekä suoja-aineen määrää kumiseoksessa optimoimalla 77PD saattaa suoraan toimia 6PPD:n korvaajana. Potentiaalisina suoja-aineina toimi lisäksi K Stoff R vahan korvikkeena. UPM Biomotion™ RFF:n käyttö noen tilalla ei muuttanut kumiseoksen suojausominaisuuksia, mutta sen käytöllä saadaan vaikutettua kumin muihin ominaisuuksiin. Nanografeenin käyttö osittaisena suoja-aineena sekä kumiseoksen ominaisuuksia parantavana täyteaineena saattaa olla potentiaalinen vaihtoehto, mutta lisätutkimuksia vaaditaan sen todellisen hyödyn selvittämiseksi.
Tämän työn tavoitteena oli selvittää 6PPD:n nykytilanne niin käytön kuin myös nykyisen ja tulevan lainsäädännön osalta, rajata mahdollisia korvaavia suoja-aineita 6PPD:n käytön tilalle sekä tutkia vaihtoehtoisten suoja-aineiden toimivuutta renkaiden kumiseoksissa. Työn kokeellisessa vaiheessa kirjallisuuskatsauksen perusteella jatkoon valituista suoja-aineista valmistettiin useita kumiseoksia, joita tutkittiin niin reologisten, mekaanisten kuin renkailta vaadittavien ominaisuuksien pohjalta, verraten 6PPD:tä sisältävään sekä suoja-aineita sisältämättömään kumiseokseen.
Työn kokeellista osuutta suoritettaessa huomattiin suoja-aineen muutoksen vaikuttavan lähes kaikkiin kumiseoksen ominaisuuksiin ja useiden suoja-aineiden kohdalla koko kumiseoksen reseptiä tulisi muuttaa saadakseen vastaavanlaiset ominaisuudet 6PPD:tä sisältävään kumiseokseen verrattuna. Useat suoja-aineet osoittivat lupaavaa otsoniresistanssia niin staattisessa kuin dynaamisessakin kuormituksessa.
Kumiseosten mittaustuloksia analysoidessa huomattiin useamman suoja-aineen toimivan mahdollisena osittaisena vaihtoehtona nykyisin käytetylle 6PPD:lle. Lähinnä 6PPD:n kaltaisena suoja-aineena toimi myös fenyleenidiamiineihin kuuluva suoja-aine 77PD. Kumiseosreseptiä sekä suoja-aineen määrää kumiseoksessa optimoimalla 77PD saattaa suoraan toimia 6PPD:n korvaajana. Potentiaalisina suoja-aineina toimi lisäksi K Stoff R vahan korvikkeena. UPM Biomotion™ RFF:n käyttö noen tilalla ei muuttanut kumiseoksen suojausominaisuuksia, mutta sen käytöllä saadaan vaikutettua kumin muihin ominaisuuksiin. Nanografeenin käyttö osittaisena suoja-aineena sekä kumiseoksen ominaisuuksia parantavana täyteaineena saattaa olla potentiaalinen vaihtoehto, mutta lisätutkimuksia vaaditaan sen todellisen hyödyn selvittämiseksi.