一种废轮胎热裂解炭黑改性方法与流程

本发明总体涉及化工，更具体地，涉及一种用于废轮胎热裂解炭黑的增强改性方法。

背景技术：

1、废旧轮胎的热裂解通常是在氮气气氛或真空条件下，利用高温使废旧轮胎中的大分子有机物发生裂解，生成小分子的物质，其中分子量较大的部分冷凝后得到液态裂解油，另一部分不能被冷凝的气体为裂解气可用作燃料。最后留在裂解反应装置中的固体残留物称之为裂解炭黑，其主要成分为炭黑和其他无机添加剂的混合物。

2、热裂解炭黑具有表面沥青质沉淀物多、活性点少、灰分高等缺点，导致胶料补强效果差。为提高热裂解炭黑的资源化利用，需要经过物体或化学改性，改变表面官能团种类、数量和分散性，方可替代或部分替代工业炭黑用作橡胶的补强剂和填充剂。为此不少科研工作者进行了大量的研究，对热裂解炭黑的改性主要有以下几个方式：一是氧化改性，氧化改性为裂解炭黑带来了大量的含氧官能团，如羟基、羧基、羰基等，增加炭黑粒子与橡胶的结合程度；二是接枝改性，采用长链不饱和聚合物与炭黑表面官能团进行反应，增加裂解炭黑和橡胶分子的作用力，提高强度；三是酸洗改性，酸洗主要去除了裂解炭中的灰分，提高了碳含量，增大了比表面积，改善了表面基团，提升了补强性能；四是第离子改性，采用不同气源的等离子体冲击裂解炭黑粒子表面，不仅增加了裂解炭黑表面的物理活性点，而且可以增加表面官能团。

3、尽管如此，改性裂解炭黑和工业炭黑还是存在不可忽视的性能差异，为进一步提高裂解炭黑的应用价值，还需通过多种处理手段对裂解炭黑进行深度改性。

技术实现思路

1、裂解炭黑主要由炭黑、灰分和沥青质沉淀物等组成，裂解炭黑微粒粒径大小不均，活性点少，灰份高，分散性和补强性均劣于工业炭黑。本发明的目的在于提出了一种裂解炭黑的改性方法，该方法通过将裂解炭黑置于球磨罐中，利用球磨机的机械力化学反应，减小了裂解炭黑的颗粒粒径，增大其比表面积和微孔比例，并增加了含氧官能团，含氧官能团进一步与酚醛树脂、偶联剂发生接枝反应得到改性裂解炭黑。本发明既改善了裂解炭黑在橡胶中的分散性，又增加了裂解炭黑与橡胶分子间的结合力，因此硫化胶的拉伸强度以及粘合强度的大幅提升。本发明所提供的裂解炭黑改性工艺流程简单、快捷、且无需高温及溶剂，具有节能、环保等优点，所得产品可降低混炼能耗、提高橡胶胶料的物理机械性能等，且效果显著。

2、本发明的另一目的在于提供上述制备方法制备得到的改性裂解炭黑

3、根据本发明的一种裂解炭黑的改性方法，包括如下步骤：

4、（1）将裂解炭黑置于球磨罐中进行球磨氧化，以增加裂解炭黑表面含氧官能团数量，得到氧化裂解炭黑。

5、（2）在氧化裂解炭黑中加入酚醛树脂、偶联剂继续球磨，得到改性裂解炭黑。

6、步骤（1）所述的裂解炭黑粒径为0.04~600μm；

7、步骤（2）所述的偶联剂为kh550、kh570、si-60、kh590、a-171中一种或两种以上并用。

8、步骤（1）所述的研磨球直径1~10mm,球磨时间0.1~600min；

9、步骤（2）所述的研磨球直径1~10mm,球磨时间0.1~200min，球磨温度50~120℃。

10、所述酚醛树脂的含量为裂解炭黑质量的0.1~8%；

11、所述偶联剂的含量为裂解炭黑质量的0.01~5%。

12、步骤（1）所述球磨氧化条件为空气、氧气、臭氧之一或其混合物。

13、本发明的技术原理：

14、裂解炭黑微粒粒径大，并且大小分布不均，活性点少，分散性和补强性均劣于工业炭黑。球磨氧化主要三方面的作用：一能减小裂解炭黑微粒粒径，且球磨后颗粒平均粒径也比较接近；二是球磨之后的裂解炭黑微孔数量增加；三是球磨之后氧含量增加，且红外光谱发现在1620cm-1处吸收峰强度增加，表明含氧官能团数量增加。酚醛树脂及偶联剂会与裂解炭黑表面的含氧官能团结合。酚醛树脂与橡胶有较好的相容性，常作为功能助剂添加到橡胶中。因此，既改善了改性裂解炭黑在橡胶基体中的分散性，又提升了胶料的物理机械性能。

15、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

16、（1）通过球磨氧化对裂解炭黑进行氧化改性，工艺简单，成本低。

17、（2）接枝反应不使用溶剂，克服了传统残留溶剂对填料性能及环境带来不利的缺点。

18、（3）酚醛树脂本身也是橡胶工业常用功能性助剂，既提升了裂解炭黑在胶料中的分散，又改善了混炼胶成型时的自粘性，且对硫化胶有补强效果。

技术特征：

1.一种改性裂解炭黑的制备方法，其特征在于包含如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

6.一种改性裂解炭黑，采用权利要求1-7中任一项所述的方法制得。

7.一种权利要求6所述的改性裂解炭黑在橡胶中的应用。

技术总结本发明公开了一种裂解炭黑的改性方法，本发明通过将裂解炭黑置于球磨罐中，利用球磨机的机械力化学反应，减小了裂解炭黑的颗粒粒径，增大其比表面积和微孔比例，并增加了含氧官能团，含氧官能团进一步与酚醛树脂和偶联剂发生接枝反应得到改性裂解炭黑，本发明既改善了裂解炭黑在橡胶中的分散性，又增加了裂解炭黑与橡胶分子间的结合力，因此硫化胶的拉伸强度以及粘合强度的大幅提升。本发明所提供的裂解炭黑改性工艺流程简单、快捷、且无需高温及溶剂，具有节能、环保等优点，所得产品可降低混炼能耗、提高橡胶胶料的物理机械性能等，且效果显著。技术研发人员：陈名行,周志峰,陈瑞军,蔡尚脉,赵天琪,蔡庆受保护的技术使用者：北京橡胶工业研究设计院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/13