废旧轮胎裂解炭黑的性质

裂解炭黑的主要成分是炭黑，具有不同的等级和橡胶补强性能。在废轮胎裂解过程中，橡胶大分子通常不能全部转化为液态或气态的小分子，废轮胎的不完全裂解以及复杂的二次反应导致裂解炭黑表面形成胶质层。此外，轮胎中的无机填料在裂解过程中不会转移出去，因此，裂解炭黑的成分、表面性质、粒径等方面与商品炭黑有很大的区别。

碳是裂解炭黑的主要组成元素，来自炭黑以及未完全分解的橡胶分子。裂解炭黑中还存在一些金属和非金属元素，主要包括Zn、Ca、Si、S等，其中Zn和Si元素分别来自于硫化促进剂ZnO和橡胶补强填料SiO2。裂解炭黑中各组分的含量与废轮胎的来源和热裂解条件有关。自行车的裂解炭黑灰分含量高达21%，这种高灰分含量是由于自行车轮胎中的橡胶补强填料采用了更加廉价的白炭黑来代替商品炭黑。另外，裂解炭黑中的S含量是明显高于商品炭黑的，这是因为轮胎中的大部分S会在裂解的过程中迁移到裂解炭黑中，一般来说，裂解炭黑中的S含量为1-3%。一个合理的解释是，含S化合物具有更好的热稳定性，且S元素与一些金属元素可形成稳定的硫化物，典型的如ZnS。

粒度是炭黑的基本属性之一，对橡胶的补强性能有显著的影响。炭黑粒径越小，其比表面积和暴露的活性位点越多，与橡胶分子的结合能力越强，对橡胶的补强性能越好。炭黑的粒径一般在10-500nm范围内，不同型号的炭黑，如N220、N330、N600等具有不同的粒径，呈正态分布。而裂解炭黑的粒径分布则更加复杂，主要原因在于首先废轮胎中包含了各种牌号的商品炭黑，其次废轮胎热解过程会造成炭黑颗粒熔接，形成更大的聚集体。

炭黑结构度是指炭黑的一次结构程度，结构度越大，表明炭黑聚集体具有较长和较多的支链，与橡胶的作用更强，通常用吸油值（DBP）来表征，即100mg炭黑吸收邻苯二甲酸二丁酯的体积。裂解炭黑的结构在废轮胎热裂解过程中遭到破坏，并且大量的灰分和碳质沉积物的附着也进一步降低了裂解炭黑的结构度。商品炭黑的DBP值随种类的不同而有所变化，如N330（102m³kg-1），N660（90m³kg-1），而裂解炭黑的DBP值一般在70-85m³kg-1范围内。

商品炭黑具有较高的表面活性，能与橡胶的分子链间产生强烈的相互作用，具有理想的补强效果。炭黑粒子表面的石墨微晶具有一定的缺陷，通常体现为石墨边缘处存在的一些官能团，如羟基、内酯、羧基、醌基等。在炼胶过程中，这些具有高活性的化学基团与经剪切和热分解产生的橡胶自由基发生反应，形成结合胶。而裂解炭黑表面的活性位点被灰分和碳质沉积物覆盖，表现出低的表面活性。