Zusammensetzung des farbigen EPDM-Granulats: Schlüsselkomponenten und Funktionen

1. Einführung

Buntes EPDM-Granulat ist ein elastisches Granulat aus EPDM-Gummi, das mit mehreren Additiven vermischt und durch Mischen, Vulkanisieren und Granulieren verarbeitet wird. Als Kernmaterial für Outdoor-Sport- und Freizeitanlagen weisen sie eine hervorragende UV-Beständigkeit, Alterungsbeständigkeit, Elastizität und Umweltfreundlichkeit auf . Im Gegensatz zu einkomponentigen Materialien handelt es sich bei EPDM-Granulat um ein typisches Verbundsystem, bei dem jede Komponente spezifische Funktionen übernimmt. Die sinnvolle Zusammenstellung der Inhaltsstoffe ist der Schlüssel zum Ausgleich von Verarbeitbarkeit, Leistung und Kosten des Materials. In diesem Artikel wird die Zusammensetzung von farbigem EPDM-Granulat im Detail analysiert und die Rolle jeder Komponente im System analysiert.

2. Kernkomponente: EPDM-Gummimatrix

2.1 Chemische Struktur und grundlegende Eigenschaften

EPDM ist ein Terpolymer, das aus drei Monomeren synthetisiert wird: Ethylen, Propylen und Dien (normalerweise Ethylidennorbornen oder Dicyclopentadien) . Seine Molekülstruktur ist bis auf die Dien-Vernetzungsstellen gesättigt, was ihm eine hervorragende Beständigkeit gegen Ozon, UV-Strahlung und Hochtemperaturalterung verleiht.

• Ethylengehalt: 45–75 %, bestimmt die Härte und mechanische Festigkeit des Materials; Ein höherer Ethylengehalt erhöht die Steifigkeit und Verschleißfestigkeit.

• Propylengehalt: 20–50 %, reguliert die Flexibilität bei niedrigen Temperaturen, um Sprödigkeit in kalten Umgebungen zu vermeiden.

• Diengehalt: 2–8 %, stellt Vernetzungsstellen für die Vulkanisation bereit und ermöglicht dem Gummi die Bildung einer stabilen dreidimensionalen Netzwerkstruktur und die Beibehaltung der Elastizität unter Belastung.

2.2 Inhalt und Funktion in Granulat

Bei hochwertigem EPDM-Buntgranulat beträgt der EPDM-Kautschukanteil im Allgemeinen 20–40 % (nach Gewicht). Als kontinuierliche Phase des Verbundwerkstoffs fungiert es als „Skelett“ des Materials und übernimmt die folgenden Kernfunktionen:

• Bietet grundlegende Elastizität und Widerstandsfähigkeit und gewährleistet die Stoßdämpfungsleistung von Sportoberflächen.

• Bindet alle Füll- und Zusatzstoffe zusammen und erhält so die strukturelle Integrität des Granulats.

• Bestimmung der Witterungs- und Alterungsbeständigkeit des Materials mit direktem Einfluss auf die Lebensdauer (5–10 Jahre) des Granulats.

3. Funktionelle Füllstoffe

Füllstoffe sind mit einem Anteil von die am häufigsten vorkommenden Hilfsbestandteile im EPDM-Granulat 30–60 % . Sie werden in verstärkende Füllstoffe und inerte Füllstoffe unterteilt, die die Kosten senken, die Verarbeitbarkeit verbessern und die physikalischen Eigenschaften verbessern.

3.1 Inerte Füllstoffe (hauptsächlich Calciumcarbonat)

• Bestandteil: Gefälltes Calciumcarbonat (CaCO₃), der häufigste Füllstoff in EPDM-Granulat.

• Funktion:

  • Reduziert die Produktionskosten erheblich als kostengünstiger Extender.

  • Erhöhung der Härte und Formstabilität des Granulats ohne Reduzierung der Elastizität.

  • Verbesserung der Dispersionsgleichmäßigkeit von Pigmenten und Additiven.

3.2 Verstärkende Füllstoffe (Silica, Talk usw.)

• Bestandteile: Gefällte Kieselsäure, Talkum, Kaolin usw. mit einem Gehalt von 5–15 %.

• Funktion:

  • Verbesserung der Zugfestigkeit, Reißfestigkeit und Verschleißfestigkeit von EPDM-Gummi.

  • Verbesserung der UV-Schutzleistung und Verzögerung der Alterung.

• Anwendung: Wird hauptsächlich in hochwertigen EPDM-Granulaten für professionelle Sportbahnen und Spielplätze mit hoher Frequenznutzung verwendet.

4. Weichmacher (Gummiweichmacheröl)

4.1 Hauptkomponente

Paraffinisches Weißöl ist mit einem Gehalt von der Hauptweichmacher für EPDM-Granulat 5–15 % . Es handelt sich um ein nichtflüchtiges, aromatenarmes Mineralöl mit guter Verträglichkeit mit EPDM-Kautschuk.

4.2 Kernfunktionen

• Reduziert die Viskosität von EPDM-Kautschuk und verbessert die Mischbarkeit und Füllstoffverteilung.

• Verbessert die Flexibilität des Granulats bei niedrigen Temperaturen und verhindert so Risse in kalten Klimazonen.

• Anpassen der Härte des fertigen Granulats an die Elastizitätsanforderungen verschiedener Szenarien.

5. Farbpigmente und Masterbatches

Der Schlüssel für die leuchtende und dauerhafte Farbe von EPDM-Granulat sind Farbpigmente mit einem Anteil von 1–5 % . Hochwertige Granulate nutzen die Durchfärbetechnologie (gleichmäßige Farbe innen und außen), die durch die Zugabe von Pigmenten beim Compoundieren erreicht wird.

5.1 Pigmenttypen und -eigenschaften

• Anorganische Pigmente : Eisenoxid (rot, gelb, schwarz), Titandioxid (weiß), Chromoxid (grün) usw. Vorteile: ausgezeichnete UV-Beständigkeit, Lichtechtheit und Hitzebeständigkeit, nicht leicht zu verblassen; weit verbreitet in EPDM-Granulat für den Außenbereich.

• Organische Pigmente : Phthalocyanin (blau, grün), Azopigmente (rot, orange) usw. Vorteile: helle Farbe und hohe Farbstärke; Wird für spezielle Farbanpassungen verwendet, weist jedoch eine etwas schlechtere Witterungsbeständigkeit als anorganische Pigmente auf.

5.2 Farbmasterbatches

Zur Verbesserung der Pigmentdispersion werden anstelle von Rohpigmenten häufig Farbmasterbatches (in EPDM-Trägerharz vordispergierte Pigmente) eingesetzt. Sie verhindern die Agglomeration der Pigmente, sorgen für eine gleichmäßige Granulatfarbe und verbessern die Farbstabilität.

6. Vulkanisationsmittel und Härtungssystem

Bei der Vulkanisation werden EPDM-Gummimoleküle zu einer Netzwerkstruktur vernetzt, wodurch Kunststoffgummi in elastischen Gummi umgewandelt wird. Das Vulkanisationssystem macht 1–3 % der Gesamtzusammensetzung aus.

6.1 Hauptvulkanisierungsmittel

Schwefel ist das am häufigsten verwendete Vulkanisierungsmittel für EPDM-Granulat und bildet zusammen mit Beschleunigern ein effizientes Aushärtungssystem.

6.2 Vulkanisationsbeschleuniger

Zu den gängigen Beschleunigern gehören Thiazole (MBT), Sulfenamide (CBS) usw., die die Vulkanisationstemperatur senken, die Aushärtezeit verkürzen und die Vernetzungseffizienz verbessern.

6.3 Funktion

• Es bildet sich ein stabiles vernetztes Netzwerk aus EPDM-Molekülen, das dem Granulat dauerhafte Elastizität und Formstabilität verleiht.

• Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Alterungsbeständigkeit des Materials.

7. Funktionelle Additive

Um die spezifischen Eigenschaften von EPDM-Granulat zu optimieren, wird eine kleine Menge funktioneller Additive ( 0,5 %–2 % ) zugesetzt.

7.1 UV-Stabilisatoren und Antioxidantien

• Bestandteile: Gehinderte Amine (HALS), phenolische Antioxidantien usw.

• Funktion: Absorbiert UV-Strahlung, blockiert die Oxidationsreaktion von Gummimolekülen und verhindert Farbverblassen, Rissbildung und Leistungseinbußen durch langfristige Außeneinwirkung.

7.2 Dispergiermittel und Schmiermittel

• Funktion: Fördern Sie die gleichmäßige Verteilung von Füllstoffen und Pigmenten, verringern Sie die Reibung während der Verarbeitung und verbessern Sie die Oberflächenglätte von Granulat.

7.3 Anti-Aging-Mittel

• Funktion: Verzögern Sie den Alterungsprozess von EPDM-Gummi, verlängern Sie die Lebensdauer des Granulats und sorgen Sie für eine stabile Elastizität und Farbe.

8. Synergistische Wirkung und Optimierung des Zusammensetzungsverhältnisses

Die Leistung von EPDM-Farbgranulaten hängt von der synergistischen Wirkung aller Komponenten und nicht von einem einzelnen Inhaltsstoff ab. Das typische Zusammensetzungsverhältnis (nach Gewicht) von hochwertigem EPDM-Granulat ist wie folgt:

表格

Anpassen des Verhältnisses je nach Anwendungsszenario:

• Professionelle Sportbahnen: Erhöhen Sie den EPDM-Anteil (35–40 %) und verstärkende Füllstoffe, um die Verschleißfestigkeit und Elastizität zu verbessern.

• Gewöhnliche Spielplätze: Erhöhen Sie den Calciumcarbonatgehalt entsprechend, um die Kosten zu senken und gleichzeitig die Grundleistung sicherzustellen.

• Hochtemperatur- und starke UV-Bereiche: Erhöhen Sie die Zugabe von UV-Stabilisatoren und anorganischen Pigmenten, um die Wetterbeständigkeit zu verbessern.

9. Fazit

EPDM-Buntgranulate sind ein hochentwickeltes Verbundmaterialsystem mit EPDM-Kautschuk als Matrix, Calciumcarbonat als Hauptfüllstoff, Weißöl als Weichmacher, Pigmenten als Farbstoff und einem Vulkanisationssystem sowie funktionellen Additiven als Hilfsstoff . Jede Komponente hat eine klare Arbeitsteilung und synergiert mit anderen, wodurch sie gemeinsam die Elastizität, Witterungsbeständigkeit, Farbstabilität und mechanischen Eigenschaften des Materials bestimmen.

Angesichts der steigenden Nachfrage nach Outdoor-Sport- und Freizeitanlagen wird sich die Optimierung der EPDM-Granulatzusammensetzung auf einen hohen EPDM-Gehalt, einen niedrigen VOC-Gehalt und eine verbesserte Umweltleistung konzentrieren . Ein tiefgreifendes Verständnis der Zusammensetzung und des Funktionsmechanismus trägt dazu bei, die Produktqualität zu verbessern, Kosten zu senken und die nachhaltige Entwicklung der EPDM-Materialindustrie zu fördern.