廢舊輪胎裂解炭黑在V帶中的應(yīng)用

魏玉山，陳曉燕，周 平，馬立成，孟德營，裴寶民

（1.青島伊克斯達(dá)再生資源有限公司，山東 青島 266400；2.青島伊克斯達(dá)智能裝備有限公司，山東 青島 266400）

廢舊輪胎被稱為黑色污染，其治理已成為全球性難題。廢舊輪胎回收再利用主要有3種方式。一是生產(chǎn)再生膠，該方式可以緩解橡膠資源短缺，但生產(chǎn)過程中排放大量廢水、廢氣，嚴(yán)重污染環(huán)境；二是用機(jī)械粉碎的方法生產(chǎn)硫化膠粉，這種方式不會產(chǎn)生廢水、廢氣；三是將廢舊輪胎在熱裂解爐中分解，生成裂解炭黑（CBp）、燃料油、可燃?xì)怏w和鋼絲等，其中CBp通過深加工工藝除雜提質(zhì)后可以應(yīng)用于橡膠制品中，該方式實(shí)現(xiàn)了廢舊輪胎100%回收再利用，且對環(huán)境的污染較小[1-3]。

本工作研究CBp替代炭黑N660在V帶壓縮層膠中的應(yīng)用，以期降低生產(chǎn)成本。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要原材料

天然橡膠（NR），SMR-20，馬來西亞產(chǎn)品；順丁橡膠（BR），牌號9000，中國石化齊魯石化公司產(chǎn)品；再生膠，山東忠誠橡膠有限公司產(chǎn)品；炭黑N330和炭黑N660，江西黑貓?zhí)亢诠煞萦邢薰井a(chǎn)品；CBp，青島伊克斯達(dá)科技有限公司產(chǎn)品；芳烴油V500，寧波漢圣化工有限公司產(chǎn)品；輕質(zhì)碳酸鈣，河北寧宇化工有限公司產(chǎn)品；氧化鋅，石家莊志億鋅業(yè)有限公司產(chǎn)品；硬脂酸，杭州油脂化工有限公司產(chǎn)品；硫黃，青島城陽雙埠硫磺加工廠產(chǎn)品；促進(jìn)劑NOBS和CBS，科邁化工股份有限公司產(chǎn)品。

1.2 試驗(yàn)配方

V帶壓縮層膠試驗(yàn)配方見表1。

表1 V帶壓縮層膠試驗(yàn)配方 份

1.3 主要設(shè)備和儀器

BB-1600IM型密煉機(jī)，日本株式會社神戶制鋼所產(chǎn)品；BL-6175-AL型高低溫開煉機(jī)，東莞寶輪精密檢測儀器公司產(chǎn)品；XLB-D 500×500×2型平板硫化機(jī)，湖州東方機(jī)械有限公司產(chǎn)品；PREMIER MV型門尼粘度儀和PREMIER MDR 2000型無轉(zhuǎn)子硫化儀，美國阿爾法科技有限公司產(chǎn)品；WAH17A型邵爾A型硬度計(jì)，英國Wallace儀器有限公司產(chǎn)品；5965型電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，美國英斯特朗公司產(chǎn)品；DigitestII型高低溫回彈試驗(yàn)機(jī)，德國博銳儀器有限公司產(chǎn)品。

1.4 試樣制備

采用兩段混煉工藝。一段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：生膠和小料→混煉45 s→炭黑和碳酸鈣→混煉65 s或達(dá)到130 ℃→提壓砣→壓壓砣→混煉60 s或達(dá)到150 ℃→提壓砣→壓壓砣→混煉60 s或達(dá)到160 ℃→提壓砣、排膠→在開煉機(jī)上包輥，打三角包，薄通3次，調(diào)整輥距，下片，停放4 h。

二段混煉在密煉機(jī)中進(jìn)行，混煉工藝為：一段混煉膠→混煉20 s→硫黃和促進(jìn)劑→混煉20 s→提壓砣→壓壓砣→混煉40 s或達(dá)到115 ℃→提壓砣、排膠→在開煉機(jī)[輥溫為（70±5） ℃，輥距為0.6～0.8 mm]上包輥，打三角包，薄通3次，按2.2 mm厚度下片。

混煉膠停放8 h后在平板硫化機(jī)上硫化，硫化條件為151 ℃/10 MPa×10 min。

1.5 性能測試

膠料各項(xiàng)性能均按相應(yīng)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 理化性能

CBp和炭黑N660的理化性能見表2。

表2 CBp和炭黑N660的理化性能

由表2可以看出：與炭黑N660相比，CBp的吸碘值較大，統(tǒng)計(jì)厚度表面積偏小，說明CBp的原生粒徑較大；吸油值略小，這可能是因?yàn)樵谏a(chǎn)過程中，CBp聚集體的結(jié)構(gòu)空隙被部分灰分和碳質(zhì)沉積物堵塞；灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大，這是因?yàn)樘亢贜660由煤焦油經(jīng)不完全燃燒制得，雜質(zhì)含量較低，而CBp是廢舊輪胎熱裂解的產(chǎn)物，含有氧化鋅、白炭黑、碳酸鈣等雜質(zhì)[4-5]；加熱減量、45 μm篩余物含量、單個粒子破碎強(qiáng)度差別不大，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求；pH值相當(dāng)，呈弱堿性[6]。綜上所述，CBp的理化性能與炭黑N660相當(dāng)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)配方膠料

由于CBp的結(jié)構(gòu)度低，灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于炭黑N660，按照GB/T 3780.18—2017《炭黑 第18部分：在天然橡膠（NR）中的鑒定方法》，試驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)配方，分別使用CBp替代60%和100%炭黑N660進(jìn)行研究。

標(biāo)準(zhǔn)配方膠料的物理性能見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)配方膠料的物理性能

由表3可以看出，與未使用CBp替代炭黑N660膠料相比，使用CBp替代60%和100%炭黑N660膠料的邵爾A型硬度和300%定伸應(yīng)力略有減小，密度、拉伸強(qiáng)度和撕裂強(qiáng)度相差不大，拉斷伸長率較大，這與CBp中含有一定量SiO2，Al2O3等雜質(zhì)有關(guān)。綜上所述，CBp在NR中的補(bǔ)強(qiáng)效果較好，但因其粒徑偏大，表面活性位點(diǎn)被灰分及碳質(zhì)沉積物覆蓋，活性較低，與炭黑N660的補(bǔ)強(qiáng)效果仍有差距[7-8]。

2.3 V帶壓縮層膠性能

V帶壓縮層膠的硫化特性見表4。

表4 V帶壓縮層膠的硫化特性

由表4可以看出，使用CBp替代60%和100%炭黑N660后，膠料的門尼粘度、FL，F(xiàn)max，F(xiàn)max－FL，t10和t90相差不大，門尼焦燒時間延長，說明加工安全性提高。

V帶壓縮層膠的物理性能見表5。

表5 V帶壓縮層膠的物理性能

由表5可以看出，使用CBp替代60%和100%炭黑N660后，硫化膠的邵爾A型硬度、拉伸強(qiáng)度、拉斷伸長率以及耐老化性能變化不大。

綜上可知，使用CBp完全替代炭黑N660對V帶壓縮層膠的影響不大。

2.4 成本分析

根據(jù)當(dāng)前CBp和炭黑N660市場價格計(jì)算，使用CBp替代全部炭黑N660后，每千克混煉膠成本可減小0.184元。中型V帶工廠按照日產(chǎn)量5 t計(jì)算，年節(jié)約成本約為28.7萬元，可產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論

（1）CBp的理化性能與炭黑N660相當(dāng)。

（2）使用CBp替代全部炭黑N660，V帶壓縮層膠的硫化特性、物理性能和耐老化性能與未使用CBp替代炭黑N660的膠料相當(dāng)，滿足V帶壓縮層膠的技術(shù)要求。

（3）CBp可替代部分或全部炭黑N660用于V帶壓縮層膠中，降低生產(chǎn)成本，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。