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。

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、塑料模件等，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，尤其適應于西部高原（如青海、西藏）等強紫外線照射地區。

針對裂解后的炭黑再重新使用時，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，從電鏡圖中可見，最小粒徑為3.938um，最大為74.14um見掃描電鏡圖1.

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CPS24000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僅次于掃描電鏡。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、 一次測試可到40多個樣品。在前處理準備工作做完以后，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。

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。

資料來源于：公眾號