Эластомеры представляют собой независимые макромолекулярные цепи со слабыми свойствами. При объединении этих независимых цепей большое значение имеет формирование трехмерной сетки.

В результате создается более жесткий и действенный материал. Отверждение часто становится следствием реакции с серой в присутствии катализаторов и оксида цинка, действующего как активатор. Нижеприведенный рисунок под названием «роль оксида цинка при вулканизации» схематически отображает действие оксида цинка, формирующего промежуточные соединения, которые способствуют сшиванию.

Роль оксида цинка при вулканизации

Что касается системы отверждения:
- Связи с трехмерной сетке могут быть: моно-, ди- или поли- сульфидными, что приводит к созданию различных свойств.
- Могут происходить побочные и вредные реакции, например циклизация или формирование незавершенных групп...
С технической точки зрения, при отсутствии ZnO невозможно получить оптимальные свойства, и отверждение малоэффективно. К сожалению, цинк считается опасным элементом и подвергается ограничениям, конечной целью которых является его запрет.

Угрозы для цинка

Существует множество опасностей, связанных с выщелачиванием цинка, особенно в водных отходах. Оказалось, что некоторые водные обитатели очень чувствительны к наличию малейшего количества цинка, и в течение последних лет разрастается обеспокоенность в отношении выбросов цинка в водные экосистемы. Нижеприведенный перечень директив, норм, проектов и др. не является исчерпывающим, читателю потребуется найти другие нормы, связанные с его деятельностью.

В 1993 году Голландский Национальный Институт Здравоохранения и Охраны Окружающей Среды (RIVM) выпустил «Документ с объединенными критериями» для цинка, в котором даются рекомендации по содержанию этого вещества в воде; «желательный» уровень составил 9 µ/l, а максимально допустимая концентрация – 25 µ/l.

В 1995 году цинк и его производные были добавлены в приоритетный перечень химии эластомеров, составленный Шведским Агентством по Охране Окружающей Среды и включающем в себя элементы, которые подлежат замене или ограниченному использованию. В 1995 году цинк и оксид цинка были помещены во второй европейский перечень приоритетных веществ Программы ЕС по Оценке Риска.

В июне 2002 года был опубликован Немецкий стандарт DIN 18035-7 "Sports Grounds, Part 7" "Artificial Turf Areas". В соответствии с ним необходимо проводить два испытания на выщелачивание с гранулами шинного каучука после использования, которые применяются в качестве наполнителя в искусственном дерне. Для фильтратов установлены следующие ограничения:

- 0,5 мг/л после выщелачивания в деионизированной воде (DIN 38414-4)
3 мг/л после выщелачивания в воде, насыщенной C02

В период между 1998 и 2004 годами представителями отраслей химии цинка и эластомеров были даны предварительные Оценки и выдвинуты встречные тезисы.

С 29 апреля 2004 года (см. Директиву Совета 2004/73/EC в отношении классификации, упаковки и маркировки опасных веществ) оксид цинк официально классифицируется как «Опасный для Окружающей Среды». Что касается риска, то указывается, что он «Очень токсичен для водных организмов, может вызвать долгосрочные неблагоприятные эффекты в водной среде», безопасность обеспечивается согласно приведенному совету «Утилизировать данный материал и его контейнеры как опасные отходы» и «Избегать выбросов в окружающую среду. См. специальные указания с инструкциями/данными по обеспечению безопасности». Резиновые смеси, содержащие более 2,5% общего количества цинковых химикатов или иных веществ, классифицированных как R50/63 (например, IPPD; н-изопропил-н’-фенил-п- фенилендиамин), классифицируются как «Токсичные для водных организмов, может вызвать долгосрочные неблагоприятные эффекты в водной среде».

Масштаб проблемы

Цинк присутствует во всех (см. нижеприведенный рисунок «Обзор добавок на основе цинка») шинах и других изделиях из каучука. В основном он представлен в виде оксида цинка, который используется как активатор в большинстве вулканизационных систем. Соли цинка также используются, например в качестве:

Катализаторов, например цинк дибутилдитиокарбамат, цинк диэтилдитиокарбамат, цинк диметилдитиокарбамат, цинк дибензилдитиокарбамат, цинк пентаметилендитиокарбамат, цинк дибутил дитио/дибутил аминовый комплекс, цинк меркаптобензтиазол ZMBT, цинк дибутил фосфородитиоа, цинк изопропилксантат.

Технологические кислоты наподобие мыла.

Противостарители, например цинк меркаптобензтиазол (ZMBT), соль цинка 2-меркапто 4 (5)- метилбензимидазол...
Антипирен, например борат цинка...
Наполнитель или пигмент, например литопон, смесь сульфата бария и сульфида цинка, или оксида цинка, используемого исключительно как теплоактивный усиливающий наполнитель для особых смесей.
Антиадгезив, например стеарат цинка.
Компонент адгезивных покрытий, например латуни для обработки металлокорда.
Уровень содержания цинка сильно варьируется в зависимости от типа добавки:
- 80 % в оксиде цинка
- 20 % в литопоне
- 13 % - 20 % в катализаторах наподобие диэтил-, дибутил- дитиокарбаматов или иных.
- Менее 15 % в мыле.
Фактическое количество цинка в составе рассчитывается в соответствии с содержанием эластомеров и добавок. На Таблице 1 изображается стандартный состав товаров из каучука и указывается уровень содержания цинка по отношению к общему весу. Исключая использование в литопоне, оксид цинка является главным источником цинка, намного опережая катализаторы и антиокислители.

Таблица 1: Схема составления смеси общего назначения.

Отталкиваясь от этой оценки, следует ожидать присутствие цинка в каучуковых изделиях на уровне 1.2-2.3%. Согласно данным Michelin, только в шинах «содержание оксида цинка составляет 1% нынешних составов на трущихся поверхностях шин». Поскольку общий спрос на природный и искусственный каучук составляет 20 миллионов тонн, то общее количество цинка используемого можно оценить на уровне 300 000 – 800 000 тонн в год.

Связанные с этим риски загрязнения возникают в ходе трех этапов:
- Обработка
- Срок службы
- Утилизация вышедшего из употребления товара.

Загрязнение во время обработки:

Институт исследования окружающей среды (INFU) (Университет города Дортмунд) и агентство Umweltbundesamt (Федеральное Агентство по Охране Окружающей Среды) исследовали загрязнение, происходящее при технологической обработке, и представили данные и оценки в отчете «OECD Emission Scenario Document Additives in the Rubber Industry». Согласно этому документу, цинк обнаруживается главным образом в сточной воде. В Таблице 2 приводится список данных по отдельным ситуациям у специализированных производителей каучука. Это не обобщение ситуации с выбросами.

Таблица 2: Загрязнение воды из различных источников в Каучуковой промышленности.

Загрязнение во время срока службы

Затрагиваются все области, ведущие к износу каучуковых изделий, главным из которых являются шины. Согласно данным Michelin, «вследствие износа шин цинк появляется на дорогах. По оценкам, каждый год на дорогах в Западной Европе шины оставляют 4,500 метрических тонн цинка». Соли цинка растворяются в воде, и вследствие этого могут проникнуть в почву. Michelin исследует методы сокращения использования оксида цинка на 50-80%.

Утилизация вышедшего из употребления товара

Все использованные товары, в конечном счете, становятся отходами, и содержание в них цинка не изменяется.

http://www.newchemistry.ru