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    CPS納米粒度儀在橡膠中炭黑回收中的應用研究

    簡要描述:目前對炭黑的粒徑測量方法常為差速沉淀法。由于常用的炭黑粒徑比較均勻,在測試時粒徑的分布常呈現正態曲線分布,但在裂解后炭黑中混有橡膠纖維,導致粒徑變大,不同粒徑炭黑的含量不同,不再呈現均勻的分布。造成樣品的測試比較困難。美國CPS公司的DC24000UHR納米粒度分析儀可以如實反映樣品在溶液中的真實粒徑分布狀態,粒徑測試結果的精確度媲美掃描電鏡。

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    CPS納米粒度儀在橡膠中炭黑回收中的應用研究

    炭黑是一種無定形碳,其結構類似于無序石墨,是芳烴在高溫下不完全燃燒形成。芳烴分子在高溫下通過碳-氫鍵斷裂而解離,碳原子與芳族自由基可反應形成層狀六邊形碳環結構,這些碳環傾向于堆疊成3~4層的晶體結構,層面邊緣主要由氫、自由基以及含氧官能團組成,炭黑表面結構如圖1所示。碳環結構表面的酚羥基、羧基、內酯基、酸酐基和醌基等含氧官能團含量少,但會直接影響炭黑的表面化學性質,這些含氧官能團具有良好的化學反應性,為炭黑的表面改性提供可能。

    圖一.png

    根據逾滲理論,納米炭黑粒子在拉伸過程中誘導產生橡膠分子鏈的平行伸直鏈結構,從而對橡膠產生顯著補強作用,提高炭黑橡膠復合材料的拉伸強度和耐磨性能。炭黑在橡膠基體中的分散是影響復合材料的生熱和磨耗的關鍵因素,從增強炭黑與橡膠之間的相互作用角度出發,通過炭黑改性、橡膠改性和液相復合技術等方法可制備綜合性能優異的炭黑/橡膠復合材料。

    目前,廢舊輪胎回收處理方法主要有翻新、生產再生膠以及裂解處理等。翻新對輪胎的完整性有要求,且翻新次數有限制;生產再生膠存在能耗大、污染環境等問題;廢輪胎熱裂解技術由于其“吃干榨凈"的特點而成為當前處理廢舊輪胎的有效手段。廢舊輪胎在高溫缺氧條件下經熱裂解后得到的裂解氣、裂解油、裂解炭黑等均可以循環利用,具有較高的經濟效益和社會效益。

    熱裂解炭黑的常見高附加值市場應用如下:

    ①橡膠行業代替部分N330、N550、N660、N754、N774等商品炭黑做填充。

    ②塑料行業做塑料色母粒使用,用于EVA發泡、PE吹膜、塑料模件,降低商品炭黑使用成本,增強高色度視覺印象。

    ③作為顏料用于膠印油墨,可大大改善油墨分散性、流動性、亮度、黑度等性能。

    ④在污水凈化、環境保護、醫藥衛生領域代替部分木系、煤系活性炭。

    ⑤作為無機填料用于道路瀝青改性補強劑,提高路面性能,尤其適用于西部高原(如青海、西藏)等強紫外線照射地區。


    針對裂解后的炭黑在重新使用時,由于炭黑的分散對膠料的混煉質量與壓出壓延工藝影響很大。常用的炭黑添加劑粒徑為納米級別,裂解后的炭黑粒徑不一,大部分處于30um左右,從電鏡圖1中可見,最小粒徑為3.938um,最大為74.14um.

    圖二.png

    因此,需要對其粒徑的分布進行測試。而目前對炭黑的粒徑測量方法為差速沉淀法。由于常用的炭黑粒徑比較均勻,在測試時粒徑的分布常呈現正態曲線分布,但在裂解后炭黑中混有橡膠纖維,導致粒徑變大,不同粒徑炭黑的含量不同,不再呈現均勻的正態分布。造成樣品的測試比較困難。

    美國CPS公司的DC24000UHR納米粒度分析儀(如圖2所示)可以真實反映樣品在溶液中的真實粒徑分布狀態,粒徑測試結果的精確度媲美掃描電鏡。主要特點如下:

    1、 所需樣品量少。每次只需要0.1ml,這在疫苗研發、化學合成方面具有極大的優勢。

    2、 一次測試可達40多個樣品。在前處理準備工作完成以后,可結合標準顆粒一批次測試40多個樣品。

    3、  分辨率高。同激光散射和顆粒計數等方法比較,對于樣品中即使只有1%峰值差異的顆粒,依舊可以很好地區分測量出來,即可以得到真實的粒度分布結果。

    4、 靈敏度高。低至 10-8 g 的樣品就可以滿足日常分析需要。

    5、分析時間短。和傳統沉降法比較,由于采用更快的圓盤轉速和高速檢測器,因此極大縮短了分析所需時間。對于粒徑分布范圍很寬的樣品,通過可選的速度調節功能圓盤,僅需常規圓盤分析時間的1/20。


    圖三.png

           







    經過CPS納米粒度儀對裂解后炭黑進行粒徑測試后的結果如圖3所示:與掃描電鏡所顯示的結果基本一致,裂解后的炭黑最小粒徑為3um,最大可至50多微米,并且出現很多峰值,證明樣液中具有不同粒徑且含量不同的的炭黑。峰值粒徑處于30um左右。真實反映了不同炭黑粒徑的分布狀態。

    圖四.png






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