Page 44 - 《橡塑智造与节能环保》2025年2期

节能环保新技术与产品

可持续碳质材料(SCM)来自于报废轮胎的热解。 测量的传统胶体特性并不能很好地预测单体材料在橡
这种100%的圆形材料为胶料生产商提供了传统炭黑的 胶中的性能，而且ASTM也不建议用它来表征这一系
可持续替代品。传统上，炭黑被称为回收炭黑(rCB)， 列材料（ASTMD8466，用于测试rCB的炭黑测试方
BirlaCarbon公司的研究表明，人们无法从报废橡胶产 法）。
品的热解中回收炭黑。尽管表面上相似，但生产出的 熔炉炭黑与单体炭黑的关键区别之一在于灰分
材料并不符合单一的ASTM等级。欧洲化学品管理局 含量，因为回收的不仅仅是轮胎中的碳。在热解过程
(ECHA)和美国化学文摘社(CAS)都承认，由此产生的 中，轮胎内的所有无机成分（例如二氧化硅、锌和粘
单体材料应被视为自己的一类材料，并赋予该材料独 土）同样会被回收，这导致灰分含量上升。这些无机
特的EINICS和CAS编号（化学注册号）。 物与单体材料不可分割，如果不增加生产成本，碳足
迹和工艺中的废物，就无法轻易去除，这就违背了最
初的循环目标。虽然精心选择原料可以降低灰分含
量，但此类原料需求量大且价格昂贵。

图5 SCM生产流程示意图
图3 炭黑和SCM的结构与门尼粘度之间的关系
图5显示了典型的单体材料生产流程示意图以及
流程中的关键步骤。典型的热解过程有四种产出：生
炭（通过研磨转化为单体材料）、轮胎热解油、合成
气和钢。轮胎热解油通常出售给石化工业，用于循环
化学品、生产可持续炭黑或制造可再生燃料。合成气
既可用于生产过程，也可用于发电。钢材则出售用于
回收利用。
由于传统的炭黑胶体特性不能很好地预测单体材
料(SCM)的性能，因此BirlaCarbon公司对涉及产品性
能的关键参数进行了研究。这些参数被确定为：
（1）碳质残留物；

图4 炭黑和SCM的孔隙体积和模量之间的关系 （2）熔融结块尺寸；
（3）透射率；
单体材料在橡胶中的性能进一步证明了其与炭
（4）灰分；
黑在特性上的区别。对于炭黑而言，结构与粘度和拉
（5）颗粒特性。
伸模量之间存在一致的关系，两者都会随着结构的增
下面将对这些参数逐一进行详细研究。
加而增加。图3和图4比较了两种研磨成不同粒度的单
1.1 碳质残渣
体材料以及起始炭（来自热解反应器的原材料[参见
在热解过程中，有机混合物成分通常会裂解并
ASTMD8178]）与炭黑的性能。这些数据表明，对于
以油气形式回收。然而，其中一些有机分子会在炭黑
给定的结构，门尼粘度高于预期值（通过动态空隙体
和其他填料表面重新凝结，并在原地结焦，形成碳质
积[ASTMD7854]测量），但300%模量较低。虽然这
残留物。这层新碳包裹着炭黑、二氧化硅和其他无机
里没有显示，但表面积效应也是如此。因此，为炭黑
物，将它们融合在一起，形成难以分散的大型融合

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