[发明专利]一种裂解炭黑/橡胶复合材料干法制备方法

说明书

本发明属于橡胶干法混炼技术领域，涉及一种裂解炭黑/橡胶复合材料干法制备方法，利用高温热处理去除裂解炭黑中的灰分，裂解炭黑经过高温石墨化后，表面与内部转变为更多的石墨晶体结构，首先，经过550℃的低氧环境后，裂解炭黑中的石墨晶体结构还原为无定型炭结构，以修复裂解炭黑部分受损的表面结构，然后，经过等离子体处理以激活裂解炭黑的失活点，最后，通过干法混炼工艺，采用等离子体处理后的裂解炭黑、橡胶助剂与橡胶制备裂解炭黑/橡胶复合材料；其提升了结构度与表面活性、减小了粒径、增加了比表面积和表面含氧官能团，通过激活裂解炭黑的惰性点，增加裂解炭黑与橡胶的结合力，提高裂解炭黑在橡胶中的分散度。

技术领域：

本发明属于橡胶干法混炼技术领域，涉及一种裂解炭黑/橡胶复合材料干法制备方法，制备的裂解炭黑/橡胶复合材料的力学性能和动态力学性能相较于未改性裂解炭黑/橡胶复合材料均有显著提升。

背景技术：

随着橡塑工业的快速发展，橡胶、塑料消耗量与日俱增，由此产生了大量的废橡胶。如何处理“黑色污染”已经成为全球性环境问题。

废轮胎裂解是在无氧或氮气气氛以及高温低压的条件下将破碎、磁选后的废轮胎碎块裂解成裂解气、裂解油和裂解炭黑三种产物的方法。通过探索合适的裂解条件或者对三种裂解产物进行除杂提质处理，完全可以实现高值化，带来巨大的经济效益，推动废轮胎裂解技术的发展。裂解炭黑在废轮胎裂解产物中可达35-40％-，裂解炭黑的高值化利用可以减少工业炭黑原材料的消耗，节省化石资源。

长期以来，炭黑都是橡胶的主要补强原料，其中，耐磨的N系列炭黑和高结构炭黑在橡胶轮胎工业中应用最广。粒径、结构度和表面性质是炭黑改变橡胶的工艺性能和补强效果的重要因素，这些重要因素也决定了炭黑在橡胶中的分散性，进而赋予橡胶优异的性能。裂解炭黑的粒径大、结构度受损、表面失活、灰分多等缺点，与工业炭黑性能差距较大，对裂解炭黑的处理需要从其基本性质入手。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计一种裂解炭黑/橡胶复合材料干法制备方法，对裂解炭黑进行改性，通过干法混炼工艺，提高裂解炭黑/橡胶复合材料的性能。

为了实现上述目的，本发明涉及的裂解炭黑/橡胶复合材料干法制备方法的工艺过程包括高温改性裂解炭黑、等离子体处理裂解炭黑和制备裂解炭黑/橡胶复合材料共三个步骤：

(1)高温改性裂解炭黑

将裂解炭黑的温度升至3000℃，保持10min，使裂解炭黑中的灰分挥发，裂解炭黑石墨化；

再次将石墨化的裂解炭黑的温度升至550℃，保持30min，使石墨化的裂解炭黑重回无定形碳形态；

对重回无定形碳形态的裂解炭黑进行粉碎；

(2)等离子体处理裂解炭黑

采用等离子体对改性后的裂解炭黑先后进行两次流动处理；

第一次流动处理采用管式大气压静态低温等离子体，一次处理时间为2min，共处理8次；

第二次流动处理采用管式纯氧静态等离子体，一次处理时间为2min，共处理5次；

(3)制备裂解炭黑/橡胶复合材料

对橡胶进行塑炼，下薄片，裁剪成条状；

对裁剪为条状的橡胶进行混炼；

在橡胶中放入一半等离子体处理后的裂解炭黑混炼；

在橡胶中放入橡胶助剂混炼，橡胶助剂包括3.5质量份的ZnO、1质量份的SAD(硬脂酸)、1.5质量份的微晶蜡、1.5质量份的4020(防老剂)和1.5质量份的RD(防老剂)；

在橡胶中放入另一半等离子体处理后的裂解炭黑混炼；