论文部分内容阅读
汽车工业的快速发展,造成了巨量废旧轮胎橡胶的堆积,导致严重的环境污染。此外作为一种战略物资,我国橡胶生产能力难以满足自身需求,因此,如何高效、环保和高值化回收再利用废旧轮胎已刻不容缓。基于目前再生胶行业存在非环保软化剂、二次污染和高能耗等问题,本文提出了一种低温制备绿色纳米再生胶的方法,即通过植物油辅助以加速轮胎橡胶热氧降解方法,实现了废旧橡胶资源的高效环保化再生。主要内容如下:首先,通过热油溶胀辅助作用实现轮胎胶粉的低温绿色纳米再生。基于超临界二氧化碳再生溶胀作用和热氧老化的研究思路,采用大豆油作为绿色环保的软化剂对废旧轮胎胶粉（GTR）进行溶胀,在较低的温度（150°C）下脱硫降解再生以制备再生胶。通过抽提实验、Horikx理论和红外光谱（FTIR）分析研究GTR脱硫降解的机理,采用凝胶渗透色谱（GPC）、热重分析仪（TGA）、扫描电镜能谱（SEM-EDS）等测试分析其物理化学组成,并通过透射电镜（TEM）观察炭黑微观形貌结构,最后研究再生胶对于溶聚丁苯橡胶（SSBR）力学性能的影响。结果表明,高度再生效果的实现是由于橡胶分子链中烯丙基自由基的热氧断键反应。随着大豆油用量增加,溶胶含量逐渐增加（可达到77%左右）,溶胶部分数均分子量（Mn）逐渐降低,且溶胶中丁苯橡胶的Mn显著高于天然橡胶的。凝胶部分主要成分为表面吸附结合橡胶的核壳结构炭黑。将再生胶与SSBR并用后发现其在基体中可达到纳米尺度分散,对基体产生优异的补强作用和增塑效果。由于GTR成分复杂难以深入探究其降解与补强机理,需采用单一的橡胶体系进行研究。其次,通过实现非结合胶和结合胶的层层剥离,深入分析了炭黑表面疏松层结合胶和紧密层结合胶的微观形貌和化学成分。采用NR和炭黑（N330）制备硫化胶,采用同样的降解方法使NR全部降解（100%溶胶含量）。通过溶胶含量、残余橡胶分数、TGA、TEM、AFM、XRD、XPS以及分散性实验等测试,对比了硫化胶和混炼胶中炭黑表面的结合胶、以及硫化胶中疏松层结合胶和紧密层结合胶的区别。结果表明,硫化胶中炭黑表面主要为发生不均匀降解的少量疏松层结合胶和紧密层结合胶（厚度约1-2nm）,其表面存在大量的O、S、N和Zn等元素。结合胶中形成的交联键以双硫键（S-S）和多硫键（-Sx-）为主,单硫键（C-S）含量较低,混炼胶表面主要为均匀分布的疏松层结合胶。对于这种表面具有化学活性的核壳结构炭黑,进一步分析了对于橡胶基体的补强效果。随后,探究该绿色纳米再生胶的加入对NR结构与性能的影响。通过橡胶加工分析仪（RPA）研究其对NR硫化特性以及流变性能的影响,采用SEM和佩恩效应分析其在基体中的均匀性和分散性,最后研究其对NR热稳定性和物理机械性能的影响。结果表明,该绿色纳米再生胶的加入,显著降低了胶料的焦烧时间,使最小扭矩（ML）和最大扭矩（MH）增加,使胶料的非线性粘弹性延长。再生胶中存在表面具有化学活性的核壳结构炭黑可显著提高混炼胶的凝胶含量,随着再生程度的增加,再生胶的分散尺度可以达到纳米级,这提高了NR的起始热分解温度（T5）,对NR兼备补强性和增塑性。总结以上研究,通过植物油辅助加速橡胶热氧降解的方法,实现了废旧轮胎的低温绿色纳米化再生,在对降解机理和核壳炭黑研究的基础上建立结构与性能的关系。这种新型、高效和绿色的再生思路对我国再生胶行业的环保化加工应用具有借鉴意义。