一种再生炭黑及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种再生炭黑的制备方法，其包括如下步骤：a、将裂解炭黑进行升温活化处理，得到活化后的裂解炭黑；b、将步骤a得到的裂解炭黑降温处理，得到再生炭黑。本发明专利技术从裂解炭黑的灰分、粒径及表面胶质层三大补强因素考虑，结合升温和降温过程中，辅以氧化气氛，联合实现了裂解炭黑表面胶质层和有机大分子的分解去除，并最大程度地保留了原有裂解炭黑的补强活性。该发明专利技术能够得到低成本和满足橡胶制造需要的高补强性能的再生炭黑，实现了固废资源的循环再利用。的循环再利用。

【技术实现步骤摘要】
一种再生炭黑及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于橡胶补强
，具体涉及一种再生炭黑的制备方法，特别地，本专利技术还涉及该再生炭黑的应用。

技术介绍

[0002]炭黑作为轮胎制造不可缺少的一种原材料，它是一种重要的橡胶补强填料，可有效改善橡胶制品的拉伸强度和撕裂强度，降低轮胎的磨耗，大大提高橡胶的耐久性。炭黑在橡胶中的补强机理目前尚不完全明确，相关作用机制仍在研究中。很多学者结合试验结果和研究经验，提出了各种补强机理假说，包括容积效应、橡胶链的有限伸长、分子链滑动、表面吸附层等理论，其中最广为接受的是表面吸附层理论。该理论认为炭黑颗粒与橡胶分子之间可生成一种三相网络状结构，其中低交联或未交联的橡胶分子、交联的橡胶分子在炭黑表面通过紧密集合、定向排列形成相互交错的橡胶分子，这种独特的结构可以解释炭黑补强后的橡胶具有更高的弹性、强度和耐久性等性能。轮胎行业使用的炭黑通常是由煤、石油、天然气等化石资源在低氧条件下经不完全燃烧得到的产物，成本较高，每吨售价高达4,500
‑
6,000元/吨。据统计，约94％的商品炭黑用于橡胶补强，且每2份橡胶就需要1份炭黑，炭黑作为不可缺少的补强原料，其使用量随着橡胶轮胎的发展而增长。
[0003]我国作为轮胎生产和消费的大国。近年来，每年废旧轮胎产量将达到2,000万吨。这些废旧轮胎不仅占用大量土地空间，严重破坏植被生长，长期堆放过程中难以降解，严重恶化生态环境和社会公共健康，被称之为“黑色污染”。废旧轮胎热解工艺是一种能耗低和清洁高效废旧轮胎的处理方法，即在缺氧条件下对轮胎中的有机成分进行热解得到裂解气、裂解油、钢丝和裂解炭黑等。但裂解炭黑存在灰分高、活性低等问题，导致其补强效果远差于商品炭黑，只能低含量替代部分商品炭黑或制备质量较差的橡胶制品。目前裂解炭黑的市场报价为200
‑
900元/吨，远低于商品炭黑的报价。
[0004]因此，研究并专利技术一种新的轮胎炭黑的回收工艺，并实现其在轮胎制造的再使用，对于实现炭黑资源的循环利用具有重要的应用价值。

技术实现思路

[0005]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：裂解炭黑的主要成分来自于原橡胶产品中的多种补强炭黑和一些无机填料形成的灰分组成，其中灰分含量高达17
‑
19％。由于裂解炭黑灰分含量高，且表面被裂解过程产生的胶质层覆盖，加上裂解炭黑是多种原炭黑原料的混合物，粒径分布较大，造成裂解炭黑的表面活性位点被灰分和胶层层有机分子所掩蔽，导致其补强效果远差于商品炭黑。因此本专利技术考虑如何低成本除去裂解炭黑灰分和胶质层，恢复裂解炭黑原有活性，提升裂解炭黑的附加值，对于推动轮胎裂解行业的可持续发展，为实现轮胎行业碳循环回用做出贡献。
[0006]本专利技术提出一种再生炭黑的制备方法，拟从裂解炭黑的灰分、粒径及表面胶质层三大补强因素考虑，从而充分恢复裂解炭黑的活性，得到低成本、高补强性能的再生炭黑，
并且制得的再生炭黑可以回用到橡胶中，实现了固废资源的循环再利用。
[0007]根据本专利技术实施例的一种再生炭黑的制备方法，其包括如下步骤：
[0008]a、将裂解炭黑进行升温活化处理，得到活化后的裂解炭黑；
[0009]b、将步骤a得到的裂解炭黑降温处理，得到再生炭黑。
[0010]根据本专利技术实施例的再生炭黑的制备方法的优点和技术效果，1、本专利技术实施例的方法中，对裂解炭黑进行升温活化处理。升温过程有利于裂解炭黑表面胶质层中有机大分子的离去，增加活性位点，可有效恢复炭黑的活性；2、本专利技术实施例的方法中，对升温活化处理后的裂解炭黑进行降温处理，该降温工艺式保持裂解炭黑的无序性，减少升温活化处理后的裂解炭黑向有序石墨化过程的转变，从而提高了再生炭黑在橡胶中300％定伸补强性能；3、本专利技术实施例的方法制得的再生炭黑，能够全部或部分替代商品炭黑用于橡胶补强，显著降低了生产成本；4、本专利技术实施例的方法，实现了固废资源的循环再利用，方法简单，易于应用，能够规模化生产，具有广阔的应用前景。
[0011]在一些实施例中，所述步骤a中，所述活化温度为300
‑
930℃，活化时间为0.1
‑
300min；和/或，所述步骤b中，所述降温速度为10
‑
1000℃min
‑1，降至温度为0
‑
450℃。
[0012]在本专利技术实施过程中列举的一些实施例中，为了提高升温过程的处理效果，对所述步骤a中，所述活化处理为氧化气氛，该氧化性气体选自氧气、二氧化碳、氯气、二氧化氯、二氧化硫、三氧化硫、水蒸气或空气中的至少一种。
[0013]为了更好实现本专利技术的升温活化效果，本专利技术所述步骤a中的活化温度为550
‑
850℃，活化时间为1
‑
30min；和/或，所述气体选自氧气、二氧化碳或水蒸气中的至少一种；和/或，所述气体流量控制为0.01
‑
0.5L
·
s
‑1。
[0014]在本专利技术一些实施例中，所述步骤b中，所述降温方式为向裂解炭黑喷洒水雾。本专利技术在试验中发现，水雾不仅起到快速冷却作用，同时对炭黑表面的有机大分子起到足够的冲刷和洁净作用，从而更好地恢复炭黑自身的补强活性。
[0015]为了更好实现本专利技术的实施效果，稳定炭黑的活性质量。在本专利技术的一些实施例中，所述步骤a中，将所述裂解炭黑在活化处理前采用酸液处理，之后进行研磨处理，从而保证炭黑的纯度和粒度均匀性。
[0016]在一些实施例中，所述酸液选自盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、乙酸、氢氟酸、氟硅酸、甲基磺酸、乙基磺酸、乙基磺酸和高氯酸中的至少一种；和/或，所述酸浓度为2
‑
5mol
·
L
‑1，酸液处理温度为40
‑
60℃，酸液处理时间1
‑
6h，酸液体积与裂解炭黑质量比为6
‑
15mL/g，搅拌速度为400
‑
800rpm；和/或，所述研磨后裂解炭黑粒径不大于320目。
[0017]在一些实施例中，所述步骤a中的裂解炭黑来自废旧轮胎热裂解所得。
[0018]本专利技术实施例还提供了一种再生炭黑，采用本专利技术实施例再生炭黑的制备方法制得。本专利技术实施例的再生炭黑，300％定伸达到10MPa以上，同裂解炭黑相比得到大幅提升，能够全部或部分替代商品炭黑用于橡胶补强，显著降低了橡胶企业的生产成本。
[0019]本专利技术实施例还提供了一种再生炭黑在橡胶中的应用。本专利技术实施例将再生炭黑应用在橡胶补强中，能够全部或部分替代商品炭黑，实现了炭黑资源的循环再利用，降低了生产成本，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
[0020]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0021]根据本专利技术实施例的一种再生炭黑的制备方法，其包括如下步骤：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种再生炭黑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：a、将裂解炭黑进行升温活化处理，得到活化后的裂解炭黑；b、将步骤a得到的裂解炭黑降温处理，得到再生炭黑。2.根据权利要求1所述的再生炭黑的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述活化温度为300
‑
930℃，活化时间为0.1
‑
300min；和/或，所述步骤b中，所述降温速度为10
‑
1000℃min
‑1，降至温度为0
‑
450℃。3.根据权利要求1或2所述的再生炭黑的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述活化处理为氧化气氛，氧化性气体选自氧气、二氧化碳、氯气、二氧化氯、二氧化硫、三氧化硫、水蒸气或空气中的至少一种。4.根据权利要求3所述的再生炭黑的制备方法，其特征在于，所述步骤a中，所述活化温度为550
‑
850℃，活化时间为1
‑
30min；和/或，所述气体选自氧气、二氧化碳或水蒸气中的至少一种；和/或，所述气体流量为0.01
‑
0.5L
·
s
...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘军青，邓文忠，蒋国赛，张彤，孙艳芝，杨渊，郭俊，黄传锦，陆慧玲，车凯，林子杨，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：