廢舊輪胎裂解炭黑的性質(zhì)

裂解炭黑的主要成分是炭黑，具有不同的等級(jí)和橡膠補(bǔ)強(qiáng)性能。在廢輪胎裂解過(guò)程中，橡膠大分子通常不能全部轉(zhuǎn)化為液態(tài)或氣態(tài)的小分子，廢輪胎的不完全裂解以及復(fù)雜的二次反應(yīng)導(dǎo)致裂解炭黑表面形成膠質(zhì)層。此外，輪胎中的無(wú)機(jī)填料在裂解過(guò)程中不會(huì)轉(zhuǎn)移出去，因此，裂解炭黑的成分、表面性質(zhì)、粒徑等方面與商品炭黑有很大的區(qū)別。

碳是裂解炭黑的主要組成元素，來(lái)自炭黑以及未完全分解的橡膠分子。裂解炭黑中還存在一些金屬和非金屬元素，主要包括Zn、Ca、Si、S等，其中Zn和Si元素分別來(lái)自于硫化促進(jìn)劑ZnO和橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料SiO2。裂解炭黑中各組分的含量與廢輪胎的來(lái)源和熱裂解條件有關(guān)。自行車(chē)的裂解炭黑灰分含量高達(dá)21%，這種高灰分含量是由于自行車(chē)輪胎中的橡膠補(bǔ)強(qiáng)填料采用了更加廉價(jià)的白炭黑來(lái)代替商品炭黑。另外，裂解炭黑中的S含量是明顯高于商品炭黑的，這是因?yàn)檩喬ブ械拇蟛糠諷會(huì)在裂解的過(guò)程中遷移到裂解炭黑中，一般來(lái)說(shuō)，裂解炭黑中的S含量為1-3%。一個(gè)合理的解釋是，含S化合物具有更好的熱穩(wěn)定性，且S元素與一些金屬元素可形成穩(wěn)定的硫化物，典型的如ZnS。

粒度是炭黑的基本屬性之一，對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)性能有顯著的影響。炭黑粒徑越小，其比表面積和暴露的活性位點(diǎn)越多，與橡膠分子的結(jié)合能力越強(qiáng)，對(duì)橡膠的補(bǔ)強(qiáng)性能越好。炭黑的粒徑一般在10-500nm范圍內(nèi)，不同型號(hào)的炭黑，如N220、N330、N600等具有不同的粒徑，呈正態(tài)分布。而裂解炭黑的粒徑分布則更加復(fù)雜，主要原因在于首先廢輪胎中包含了各種牌號(hào)的商品炭黑，其次廢輪胎熱解過(guò)程會(huì)造成炭黑顆粒熔接，形成更大的聚集體。

炭黑結(jié)構(gòu)度是指炭黑的一次結(jié)構(gòu)程度，結(jié)構(gòu)度越大，表明炭黑聚集體具有較長(zhǎng)和較多的支鏈，與橡膠的作用更強(qiáng)，通常用吸油值（DBP）來(lái)表征，即100mg炭黑吸收鄰苯二甲酸二丁酯的體積。裂解炭黑的結(jié)構(gòu)在廢輪胎熱裂解過(guò)程中遭到破壞，并且大量的灰分和碳質(zhì)沉積物的附著也進(jìn)一步降低了裂解炭黑的結(jié)構(gòu)度。商品炭黑的DBP值隨種類(lèi)的不同而有所變化，如N330（102m3kg-1），N660（90m3kg-1），而裂解炭黑的DBP值一般在70-85m3kg-1范圍內(nèi)。

商品炭黑具有較高的表面活性，能與橡膠的分子鏈間產(chǎn)生強(qiáng)烈的相互作用，具有理想的補(bǔ)強(qiáng)效果。炭黑粒子表面的石墨微晶具有一定的缺陷，通常體現(xiàn)為石墨邊緣處存在的一些官能團(tuán)，如羥基、內(nèi)酯、羧基、醌基等。在煉膠過(guò)程中，這些具有高活性的化學(xué)基團(tuán)與經(jīng)剪切和熱分解產(chǎn)生的橡膠自由基發(fā)生反應(yīng)，形成結(jié)合膠。而裂解炭黑表面的活性位點(diǎn)被灰分和碳質(zhì)沉積物覆蓋，表現(xiàn)出低的表面活性。