摘要
裂解炭黑（CBp）占废旧轮胎热裂解产物的35%以上。其较差的补强能力和较低的附加值严重限制了热裂解技术在解决废旧轮胎"黑色污染"问题上的广泛应用。裂解炭黑的传统改性方式，如去灰分处理、表面化学改性、等离子体处理、等普遍存在废液量大、环境污染严重、能耗高等问题。本文开发了一种全新的CBp改性方法，通过将CBp和微纤化纤维素（MFC）共同球磨，得到CBp与纳米纤维素的杂化材料（CNCH）水分散液。然后将CNCH的水分散液经喷雾干燥后得到CNCH粉体并将其与天然橡胶（NR）复合，考察了CNCH对NR的补强性能，并与CBp、以及球磨后裂解炭黑（MCBp）对天然橡胶的补强能力进行系统考察，详细地探讨了CNCH对天然橡胶的补强机制。为进一步提升CNCH补强NR的性能，采用多种硅烷偶联剂对CNCH进行了预处理，将其部分代替商业炭黑（CB），探究了CNCH硅烷处理前后制备的混炼胶和硫化胶的各项性能。这项工作有望为裂解炭黑在轮胎中的应用提供理论依据和技术指导，加速废轮胎热裂解技术的产业化，解决"黑色污染"问题。本文的主要的研究内容如下： （1）通过将CBp和MFC共同球磨，实现CBp与纤维素的杂化，提升CBp的品质和补强能力。一系列的测试表明，球磨过程中，同步实现了CBp的细化、MFC的纳米化和二者的杂化。探讨了球磨制备CNCH的机理，球磨结合喷雾干燥获得的CNCH具有独特链珠状的形态，小的CBp颗粒通过疏水和氢键作用紧密地附着在纤维素纳米纤维上。 （2）系统研究了不同质量比CBp/MFC所制备CNCH以及不同添加量CNCH与天然橡胶复合材料的硫化特性、机械性能，结果表明CBp与MFC的质量比为4∶1、CNCH添加份数为30phr时，混炼胶的焦烧安全性最好，且硫化速率较快，硫化胶的机械性能最佳。对比研究了CNCH、CBp以及MCBp补强天然胶的各项性能，研究表明CNCH的补强能力远高于CBp和MCBp。并且，相比于CBp或MCBp，CNCH补强的NR具有更低的滞后性和较高的耐磨性。 （3）采用了硅烷偶联剂Si69，KH550分别对CNCH进行了预处理（记为CNCH-Si，CNCH-K），将其代替20phr的商业炭黑CB应用到NR中，测试了胶料的硫化特性、力学性能、SEM表征、压缩生热、磨耗、动态力学测试等。结果表明，采用Si69处理后获得的CNCH-Si代替20phr的商业炭黑N330时，硫化胶的T90基本保持不变，胶料的烧焦安全性提高，同时复合材料的机械性能保持不变，与未改性CNCH相比，CNCH-Si、CNCH-K填充的天然橡胶的硫化胶的损耗量分别降低了14%和16%，压缩生热分别降低了4.5℃，4℃。以上结果表明采用Si69改性后的杂化材料可以实现商业炭黑N330的部分替代，取代量为每百份天然橡胶的20%。该方法的实验过程简单、环保，适合大规模工业应用。这意味着CNCH作为轮胎的增强填料具有明显的优势。
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