廢舊輪胎裂解炭黑的性質

裂解炭黑的主要成分是炭黑，具有不同的等級和橡膠補強性能。在廢輪胎裂解過程中，橡膠大分子通常不能全部轉化為液態或氣態的小分子，廢輪胎的不完全裂解以及復雜的二次反應導致裂解炭黑表面形成膠質層。此外，輪胎中的無機填料在裂解過程中不會轉移出去，因此，裂解炭黑的成分、表面性質、粒徑等方面與商品炭黑有很大的區別。

碳是裂解炭黑的主要組成元素，來自炭黑以及未完全分解的橡膠分子。裂解炭黑中還存在一些金屬和非金屬元素，主要包括Zn、Ca、Si、S等，其中Zn和Si元素分別來自于硫化促進劑ZnO和橡膠補強填料SiO2。裂解炭黑中各組分的含量與廢輪胎的來源和熱裂解條件有關。自行車的裂解炭黑灰分含量高達21%，這種高灰分含量是由于自行車輪胎中的橡膠補強填料采用了更加廉價的白炭黑來代替商品炭黑。另外，裂解炭黑中的S含量是明顯高于商品炭黑的，這是因為輪胎中的大部分S會在裂解的過程中遷移到裂解炭黑中，一般來說，裂解炭黑中的S含量為1-3%。一個合理的解釋是，含S化合物具有更好的熱穩定性，且S元素與一些金屬元素可形成穩定的硫化物，典型的如ZnS。

粒度是炭黑的基本屬性之一，對橡膠的補強性能有顯著的影響。炭黑粒徑越小，其比表面積和暴露的活性位點越多，與橡膠分子的結合能力越強，對橡膠的補強性能越好。炭黑的粒徑一般在10-500nm范圍內，不同型號的炭黑，如N220、N330、N600等具有不同的粒徑，呈正態分布。而裂解炭黑的粒徑分布則更加復雜，主要原因在于首先廢輪胎中包含了各種牌號的商品炭黑，其次廢輪胎熱解過程會造成炭黑顆粒熔接，形成更大的聚集體。

炭黑結構度是指炭黑的一次結構程度，結構度越大，表明炭黑聚集體具有較長和較多的支鏈，與橡膠的作用更強，通常用吸油值（DBP）來表征，即100mg炭黑吸收鄰苯二甲酸二丁酯的體積。裂解炭黑的結構在廢輪胎熱裂解過程中遭到破壞，并且大量的灰分和碳質沉積物的附著也進一步降低了裂解炭黑的結構度。商品炭黑的DBP值隨種類的不同而有所變化，如N330（102m3kg-1），N660（90m3kg-1），而裂解炭黑的DBP值一般在70-85m3kg-1范圍內。

商品炭黑具有較高的表面活性，能與橡膠的分子鏈間產生強烈的相互作用，具有理想的補強效果。炭黑粒子表面的石墨微晶具有一定的缺陷，通常體現為石墨邊緣處存在的一些官能團，如羥基、內酯、羧基、醌基等。在煉膠過程中，這些具有高活性的化學基團與經剪切和熱分解產生的橡膠自由基發生反應，形成結合膠。而裂解炭黑表面的活性位點被灰分和碳質沉積物覆蓋，表現出低的表面活性。