[发明专利]一种橡胶补强方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种橡胶补强方法。

背景技术

随着聚合物工业的日益发展，如何消除高分子废弃物污染，进行资源的回收利用和热解产品的深加工，对于实现工业生态化和循环经济具有十分重要的意义。通常，在惰性气体中加热去除了钢丝的废轮胎到500℃，可获得大约35wt％(与废橡胶的质量百分比，下同)的固体残余物、55wt％的油和3wt％的气体。固体残余物即热解炭黑，含有一定量的无机灰分(大约为热解炭黑的15～30wt％)和碳质沉积物。热解炭黑是废轮胎热解的关键产物，其品质和市场应用在一定程度上制约着废轮胎热解回收过程的经济性。

热解炭黑可用作橡胶补强、油墨黑色色素、活性碳材料前驱体和导电材料等。世界上90％的炭黑作为补强和填充材料用于轮胎中。炭黑是一种战略物质，制造成本较高，以流行的油炉法技术为例，每生产1吨炭黑要消耗大约2吨左右的优质燃料油，同时副产大量CO₂，和大量烟尘和粉尘等，严重破坏环境。超细炭黑粒子在轮胎中的含量高达25～35wt％。但热解炭黑表面的碳质沉积物和无机灰分覆盖了一定数量的表面活性位，导致了表面活性下降，无法形成足够厚度的吸附层。目前的研究表明，热解炭黑经过酸洗脱灰和硬脂酸或钛酸酯偶联剂改性后，仅能基本替代橡胶半补强炭黑。

橡胶是一种高分子材料，是由天然或合成橡胶、填料、硫化促进剂等组成的胶体分散体系。硫化是橡胶工业生产加工的最后一个工艺过程，在加热或辐射的条件下，混炼胶与硫化剂(硫磺)发生了一系列的化学反应，使线形状态的橡胶变为立体网状结构的橡胶，从而获得优良的物理机械性能，成为有使用价值的工程材料。氧化锌也是橡胶硫化的重要反应物，除了硫化作用，氧化锌能大大提高橡胶的热传导性能，从而有助于轮胎的散热，保证行车安全。因此元素S和Zn是热解炭黑的重要组成成分。通过XRD分析发现在载气氮气存在下，375℃下热解炭黑表面Zn完全存在于ZnS中，而550℃下热解炭黑表面则含有ZnS和ZnO。通过氧化可以将ZnS转变成ZnO，但是常用的空气氧化方法反应太过于剧烈，容易造成热解炭黑烧失率过高，降低其使用价值。

高分子废弃物(废轮胎或废轮胎和废塑料的混合废料)热解炭黑中灰分的主要成分是ZnO、SiO₂、CaO、MgO、Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂等无机氧化物，其中ZnO的含量占总灰分的50％以上。目前普遍对热解炭黑进行脱灰处理，如：酸洗(HCl、H₂SO₄、HNO₃)工艺或酸洗-碱洗(NaOH)联合工艺脱灰，这些工艺需要使用大量的高浓度酸和/或碱，由此排放了大量的废酸、废碱液，造成二次污染。

中国专利局2008年4月23日公开的《一种由废轮胎热解炭制备炭黑和活性炭的方法》(公开号CN101164876)发明专利说明书中提出一种废轮胎热解炭的改性处理制备炭黑和活性炭的方法。先利用稀硫酸去除废轮胎热解炭中残留的无机灰份，然后分别在150℃～1000℃下用水蒸气处理，晾干，得到炭黑或活性炭。专利号为WO02057390(A2)的国际专利中，描述一种废轮胎通过热解转化生产碳产品的方法。粉碎后的废轮胎和其他废橡胶材料在低温下热解得到粗的颗粒状的热解炭。通过共振崩塌浆将这些颗粒热解炭转变为可用于填料和色素的超细碳产品。在共振崩塌过程中颗粒热解炭受到了高能冲击波，使一半以上的热解炭分散在水中的粒度能够低于1微米。还可以进一步通过传统的改性方法对共振崩塌处理后的热解炭进行表面修饰。

发明内容

本发明的目的是提供一种橡胶补强方法，该方法中所用的补强用炭黑采用再生炭黑，是在惰性气氛下将高分子废弃物升温热解炭化得到热解炭黑，在冷却过程中通入氧化气体与惰性气体的混合气氧化热解炭黑，通过低浓度氧化气体微氧化去除热解炭黑表面的碳质沉积物，恢复活性点，并将热解生成的ZnS氧化为补强橡胶中的重要组分ZnO，再经磁选、粉碎、分级和造粒后续工艺，制备橡胶补强用再生炭黑。

本发明的具体补强方法是按照每重量份数100份的需补强橡胶添加补强用再生炭黑50～60份、氧化锌2～4份、促进剂DM(二硫代二苯并噻唑)0.4～0.8份、硫磺2～4份、硬脂酸3～5份，然后根据需补强橡胶的特性进行混炼、硫化后完成橡胶的补强。根据需补强橡胶的特性进行混炼、硫化为成熟的现有技术。