廢舊輪胎的熱解技術工藝連續，成本較低，且生產過程裂解氣可循環回用，成為廣為采用的工業化處理工藝。廢輪胎熱解可以得到固（鋼絲和熱解炭黑）、液（裂解油）、氣（裂解氣）三種不同產物，熱解炭黑的形成過程如下圖所示。它主要由在輪胎生產過程中添加的炭黑和其他無機填料，以及部分沉積在熱解炭黑表面的焦炭物質等組成。熱解炭黑具有潛在的應用價值。由于廢輪胎熱解炭黑的粒徑不均勻、灰分含量高、裂解過程產生的膠質層覆蓋原有的活性部位以及空隙容積較小等問題，熱解炭黑在實際應用中受到很多限制。因此，可針對熱解炭黑的應用進行不同的改性處理以提高熱解炭黑的利用價值。

廢輪胎熱解炭黑（CBp）形成過程

炭黑是橡膠工業中重要的補強填充劑，決定炭黑補強橡膠效果的是炭黑的粒徑、比表面積、結構度以及表面性質等因素。

熱解炭黑的灰分含量明顯高于其他幾種商品炭黑，除此之外，還存在鄰苯二甲酸二丁酯(DBP)吸收值小、吸碘值小等缺點，這些都制約了熱解炭黑的商業化應用。通過研究廢舊輪胎熱解炭黑對天然橡膠膠料性能的影響，并與商品炭黑進行對比，發現熱解炭黑與商品炭黑雖然在組成和結構上基本相似，但熱解炭黑對于橡膠的補強性能明顯弱于商品炭黑，因此可以對熱解炭黑進行改性提高其補強性能，從而實現部分替代商品炭黑。

廢輪胎熱解炭黑設備

炭黑與橡膠之間的物理吸附和化學吸附是炭黑補強橡膠的主要原因。物理吸附是指炭黑和橡膠以分子間作用力的形式進行結合，這種物理吸附的強弱取決于炭黑的比表面積大小。炭黑表面活性的大小代表其化學吸附能力的大小。熱解炭黑中的灰分會覆蓋其表面的活性位點，大大降低炭黑和橡膠之間的接觸面積，使其吸附能力變弱，導致其較差的補強性能。因此，去除熱解炭黑的灰分，降低炭黑粒徑，并進行表面活化可以提高其比表面積和表面活性。熱解炭黑的改性主要包括酸處理改性和改性劑復合改性等方法。

廢輪胎熱解炭黑（CBp）應用領域

1、酸處理改性熱解炭黑

酸處理本質上是熱解炭黑除灰和表面部分氧化的過程，在酸溶降低灰分含量的同時，改變其多孔結構，增加羧基官能團數量，從而改善熱解炭黑在水中的分散性。

采用鹽酸處理熱解炭黑，其灰分降至4.9%（質量分數），比表面積增大，實際密度和孔隙度也和商業炭黑N375相近，將鹽酸處理后的炭黑用到丁苯橡膠(SBR)中部分力學性能與N550補強SBR的性能相當，證明改性后的熱解炭黑具有較好的補強作用。分別采用鹽酸、硝酸以及鹽酸/硝酸處理熱解炭黑，其灰分含量大幅度下降。應用到天然橡膠/順丁橡膠(NR/BR)中，發現鹽酸酸洗熱解炭黑對NR/BR硫化膠的補強效果最好，應用到輪胎中，輪胎的耐磨性提高，滾動阻力下降。將熱解炭黑經過濃硝酸和濃氫氟酸依次處理得到改性熱解炭黑，去除熱解炭黑中的無機填料，炭黑的成分和表面活性增加，增強了炭黑粒子與橡膠之間的相互作用。進一步將改性熱解炭黑用于補強SBR硫化膠，硫化膠的力學性能和耐磨性均有提高。使用鹽酸和氫氟酸聯合酸洗處理熱解炭黑，灰分去除率可達98.33%。對改性后的熱解炭黑進行表征，其表面性能、孔隙率和形貌特征均與N326接近。因此，改性后的熱解炭黑可以成為N326的潛在替代品。

綜上所述，不同酸洗方式對炭黑改性的效果不同，采用單一的酸進行酸洗時，硝酸酸洗脫除灰分效果較好，酸洗之后炭黑的比表面積略大。聯合酸洗要比使用單種酸達到的效果更好，其中，去除灰分最高的是硝酸/氫氟酸的聯合酸洗，這可能是由于氫氟酸可以脫除熱解炭黑表面存有的二氧化硅，使得炭黑中的灰分降至較低的水平。但是酸洗過程會產生腐蝕設備和廢液污染等問題，經濟效益較低，所以尋找一種合理有效且有一定經濟效益的酸洗方法迫在眉睫。

2、改性劑復合改性熱解炭黑

在一定粒徑范圍內，熱解炭黑越細越能呈現出接近于較高品級炭黑的性能。實驗中通常采取機械研磨、超細粉碎等方法減小炭黑的粒徑，但是研磨之后的炭黑易團聚，會降低在橡膠中的分散性，為了更好地將廢輪胎裂解炭黑應用于橡膠，可與偶聯劑接枝進一步優化熱解炭黑。偶聯劑屬于界面改性劑，如硅烷偶聯劑、鋁酸酯偶聯劑等。由于偶聯劑分子結構中存在性質截然不同的兩個官能團，采用界面改性劑對熱解炭黑表面進行改性，能夠改善熱解炭黑與橡膠基質之間的界面相容性，而且可明顯改善炭黑粒子分散性，進一步增強橡膠與補強填充劑之間的結合能力，提高輪胎和橡膠制品的綜合性能。

采用研磨和硅烷偶聯劑乙烯基三乙氧基硅烷（VTEO）對熱解炭黑進行改性處理，并應用到丁苯橡膠中，其門尼黏度和硫化膠的物理性能均有提高。用增黏型改性劑改性熱解炭黑，在炭黑研磨過程中利用機械力化學反應，在炭黑表面原位接枝功能性基團。經過改性的熱解炭黑，其力學性能有明顯提升。先將熱解炭黑用硝酸酸洗，之后采用鈦酸酯偶聯劑接枝，得到最終的改性熱解炭黑。兩步處理方法的結合彌補了炭黑粒徑減小帶來的分散性不足的缺點，強化了熱解炭黑與橡膠的相互作用，應用到橡膠中其拉伸強度增加，可以替代工業半補強爐黑。

改性劑在一定程度上可以提升熱解炭黑的性能，但由于改性劑的選擇比較復雜，耗費資金高的缺點使偶聯劑改性熱解炭黑的方法在競爭中優勢微弱，在市場中的應用前景受到了阻礙。采用酸洗，研磨以及偶聯劑等方法共同對熱解炭黑的微結構進行改進，可使其在橡膠工業中的應用更具吸引力。

3、其他方式改性熱解炭黑

除上述改性方法以外，還可以在炭黑加工方法上進行探究。在熱解炭黑中添加脂肪酸和金屬氧化物，并通過機械研磨混合均勻制得改性熱解炭黑，或在熱解炭黑中添加脂肪酸和樹脂研磨改性，改性后的熱解炭黑可替代一定比例的炭黑N375用于輪胎的側膠，以降低生產成本。采用濕法混煉的方法，可以將橡膠與各種原材料混合均勻，以改善炭黑的分散性，提高整體補強性能。采用霧化分散和高溫濺射干燥(ADSD法)協同濕混方法來改性熱解炭黑，使熱解炭黑在膠乳狀態的橡膠中分散均勻，進一步證實了熱解炭黑制備橡膠復合材料的技術可行性。