随着聚合物工业的日益发展,如何消除废旧高聚物污染,进行资源的回收利用,进行热解产品的深加工,对于实现工业生态化和循环经济具有十分重要的意义。废轮胎是世界上最大的废旧高聚物来源之一,它的利用越来越受到各国的关注。热解炭黑是废轮胎热解过程中最关键的产物之一,它的应用价值很大程度上决定了热解过程的经济性。如何科学地表征热解炭黑的性质,提高其应用价值,是目前废轮胎热解研究的主要内容。本论文研究了热解炭黑表面微结构的特性,首次提出了完整的热解炭黑的“核壳结构”形态模型,在此基础上初步形成了热解炭黑橡胶补强填料设计和资源化利用的方法和工艺,主要开展了以下几个方面的工作: 1.利用原子力显微镜技术研究了热解炭黑的表面微结构特征。热解炭黑的表面由大量具有明显缺陷和扭曲的无定形结构和少量的由规则的六角环构成的石墨状微晶层面组成,这些层面互相交错并且内聚,热解过程中未被无机灰分和碳质沉积物覆盖的活性点可能就存在于这些层面的边缘。 首次提出了完整的热解炭黑的“核壳结构”形态模型:内部主体结构基本等同于工业炭黑;表面是原子水平的粗糙表面,极性较低,具有由灰分和碳质沉积物等构成的非均质壳层,壳层覆盖了大多数的活性点。设计利用钛酸酯偶联剂NDZ-105对热解炭黑进行表面微化学环境修饰,接枝适当的有机长链,强化再生炭黑粒子与天然橡胶间分子键的作用力。 2.首次利用固体高分辨核磁共振(NMR)技术在化学交联结构、弛豫与扩散、偶极相关效应和自扩散特性四个方面研究了再生炭黑在硫化胶中的补强性能。结果表明不同炭黑填充的硫化胶的化学交联结构是类似的。再生炭黑TWPC粒子表面的长链接枝强化了与天然橡胶分子间的相互作用。再生炭黑TWPC补强硫化胶的渗透性较小,更能防水;化学交联密度得到了很大程度的提高。 3.硫化胶的静态机械性测试结果表明,再生炭黑TWPC补强的硫化胶的拉伸强度得到了很大的提高。表面修饰后的再生炭黑TWPC可以完全替代商用的工业半补强炭黑。提出了再生炭黑补强橡胶的非均质多壳层机理理论,该机理认为再生炭黑表面非均质的多壳层起着骨架作用联结了交联的橡胶分子团和进行