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摘要：世界各国的废旧轮胎数量日益增加，废旧轮胎堆放不仅造成环境污染，还导致橡胶资源浪费，对废旧轮胎进行合理的回收利用已经势在必行。现阶段，研磨废旧轮胎以制备胶粉因工艺优势而成为废旧轮胎的主要回收方式。综述国内外研磨废旧轮胎制备胶粉技术，详细介绍干法研磨和湿法研磨技术及相关工艺，其中干法研磨包括常温和低温研磨，湿法研磨主要包括 RAPRA法、常温浸混研磨法、全水相法和高压水射流冲击研磨法。对主要研磨设备及其研磨原理进行概述。指出全水相法因制得的胶粉性能更加优异，且工艺成本低及环保性表现突出，有望成为未来废旧轮胎研磨技术主要发展方向。
关键词：废旧轮胎;研磨;胶粉;工艺
引言
目前，世界各国随时都在产生废旧轮胎，美国每年产生2.8 亿条，德国 1.3 亿多条;据估计到 2020 年左右，我国的废旧轮胎产量将又迎来一个高峰，废旧轮胎的产量也将突破 2000 万吨。面对如此大量的废旧轮胎，保护人类环境，减少“黑色污染”，对其高效回收利用，已成为相关部门治理生态环境的重要工作。再生橡胶生产工艺复杂，能耗大，存在污染环境等问题;轮胎翻新技术要求高，认可度低;热能利用和热裂解过程会产生废气、废渣及有害物质。相比之下，胶粉生产不但工艺简单、能耗低、回收率较高，而且胶粉使用范围广、经济价值高，因此生产胶粉是目前最有前途的轮胎回收再利用方式。
一、废旧轮胎研磨成胶粉的优势分析
众所周知废旧轮胎的回收利用方式有很多种，目前最具价值的回收方式就是将其研磨制成胶粉再进行高值化利用。其一是低温研磨可以获得相对于常温研磨工艺纯度更高、粒径更小、无污染的胶粉，而且不会在过程中因受热和撕扯作用影响到胶粉的性能，因此适用于汽车部件和涂料等高附加值领域，以达到高值化应用的目的，在生胶中加入比例约 20%的低温下制得的精细胶粉，可在一定程度上提高产品性能并降低成本。其二是面向新能源汽车行业，探索从再生胶粉中进一步提取出炭黑材料，用于制造锂电池电容。废旧轮胎的研磨方式也有很多种，其中常温研磨工艺法和低温研磨法最为常见。目前国际上研磨废旧轮胎主要是在常温下进行，但常温下研磨废旧轮胎会带来二次污染，并且胶粉的利用价值不高。而低温研磨制得的精细胶粉则效果突出，再利用价值高。
二、废旧轮胎研磨成胶粉工艺研究
轮胎的主要成分是橡胶，而橡胶是一种具有高弹性的高分子材料，因其强大的交联网状结构而不容易研磨，对此研究者从利用剪切和挤压等作用力，降低温度以及溶剂浸泡等不同角度探索出多种研磨技术。按加工状态，废旧轮胎研磨分为干法研磨和湿法研磨两种。
（二）废旧轮胎低温研磨工艺
常温下对废旧轮胎这样的高弹性体研磨时不仅会产生大量研磨热，影响胶粉性质，而且机械设备磨损大，能耗高。当温度低于橡胶脆化温度时，橡胶中仅有小部分链段可以运动，宏观表现为橡胶整体变得脆化，在受外力作用时很容易发生破碎。利用橡胶的这一特性，在低温条件下研磨废旧轮胎可以得到粒径较小、表面光滑、热氧化程度低的精细胶粉。工业上用于低温研磨以生产胶粉的制冷源主要为液氮，但我国液氮价格昂贵，利用液氮制冷生产胶粉的工艺成本偏高，为此探索出其他制冷方式来代替液氮制冷，如利用空气膨胀制冷和液化天然气（Liqui?ed natural gas，LNG）制冷。
（1）空气膨胀制冷研磨
废旧轮胎的低温研磨技术并非一定要达到或低于胶料脆化温度才能得到精细胶粉，当冷冻温度在脆化温度附近时，硬化的轮胎橡胶就可以实现有效细碎，这样会比液氮深冷研磨节约工艺成本。基于这一思路， P. Wang等在 1986年研制出了空气涡轮制冷技术，并成功地将其应用于废旧轮胎研磨工艺，可制得 250 μm以上的精细胶粉，称 ATCG法。
（2）液氮冷冻研磨
液氮的沸点为-196 ℃，低温效果理想，且无色、无味、无毒、无污染，因此液氮是冷冻研磨较理想的制冷源，当废旧轮胎温度降低至脆化温度以下时，再用辊筒研磨机或锤式研磨机将其研磨。美国联合碳化物（ Union Carbide Corporation， UCC）公司开发出的 UCC研磨技术是世界上最早的冷冻研磨工艺之一， 1971年完成了废旧轮胎的冷冻研磨并得到粒径在 0. 03 mm以下的胶粉。日本关西环境开发株式会社结合了常温研磨工艺与冷冻研磨两种工艺开发出日本关西环境开发株式会社研磨技术，并于 1978年实现了工业化，其生产的废旧轮胎冷冻胶粉粒径全部在 0. 27 mm以下，其中粒径在 0. 15 mm以下的胶粉约占 1/3。乌克兰国家科学院低温物理工程研究所开发的液氮冷冻研磨废旧轮胎制备胶粉技术包括研磨和研磨两部分，微磨机在液氮条件下将研磨得到的胶粒研磨成粒径为 0. 05～ 1. 25 mm的精细胶粉。德国 INTEC公司采用 INTEC RC400/05生产线在-195. 8 ℃深冷条件下进行废旧轮胎研磨以制备胶粉，研磨后胶粉、金属和纤维能彻底分离，胶粉的純净度可高达 99. 99%。加拿大 Recoutry公司开发出一套液氮低温研磨工艺，该工业化生产线年生产废旧轮胎胶粉 13 500 t。以上工艺均需要大量的液氮，生产成本偏高，不适合我国国情。
（二）废旧轮胎常温研磨工艺
常温研磨工艺一般是指加工温度在（ 50±5）℃或略高温度下通过辊筒或其他研磨设备的剪切和挤压等作用力对废旧橡胶进行研磨的技术。传统的常温研磨工艺技术最早使用的是辊筒研磨机，经过粗碎和细碎两个工序得到的胶粉粒径一般为 0. 3～ 1. 4 mm，胶粉表面粗糙、呈毛刺状，具有较大的比表面积，有利于活化改性，在模压时有利于提高其与基质橡胶的粘附性，但辊筒研磨时产生大量热，难以实现连续化生产。德国和俄罗斯等国家于 1988年采用螺杆挤出机对废旧轮胎进行挤出研磨，胶粉粒径范围在 0. 05～ 0. 5mm之间。以上常温研磨工艺工艺中存在一个共同问题，即在一定程度上都会产生研磨热，可能导致胶粉过热焦化，不仅影响胶粉性能，甚至还存在引发火灾的安全隐患。
三、结束语
我国是橡胶资源短缺的国家，合理地循环利用橡胶资源已成为当务之急，利用橡胶研磨技术生产胶粉，一方面可以缓解我国橡胶资源匮乏的局面和解决环境污染问题;另一方面胶粉用途广泛，在实际应用中有很高的经济价值。胶粉粒径越小，比表面积越大，表面活性越高，经济价值就越高。比较几种研磨技术可知，湿法研磨废旧轮胎生产的胶粉粒径小，比表面积大，补强效果好，性能更优越。其中，全水相法研磨技术凭借在胶粉性能、生产成本、环保性等方面的优秀表现而备受关注，在未来的废旧轮胎研磨工艺中，全水相法将是最具潜力的研磨方式。
参考文献
[1]崔藏奎 ，蒋宁 .碳纤维改性 NR/EPDM 体系的研究 [J].辽宁化工 ，2019，08（48）：751-753.
[2]刘伟 .橡胶粉制备方法的工艺研究及分析 [J].中国轮胎资源综合利用 ，2018，2：38-41.
[3] 刘道春 .废旧轮胎蕴藏商机黑色污染翻出真金白银 [J].化工管理 ，2014，25（14）：36-38.
[4] 罗明超 ，廖小雪，赵艳芳 .胶粉改性方法的研究进展 [J].世界橡胶工业 ，2013，40（05）：49-54.
[5]刘自然 ，李东梁 ，武文斌 .辊式磨粉机磨辊的受力计算和强度分析 [J].粮食与饲料工业 ，2009，（12）：7-10
关键词：废旧轮胎;研磨;胶粉;工艺
引言
目前，世界各国随时都在产生废旧轮胎，美国每年产生2.8 亿条，德国 1.3 亿多条;据估计到 2020 年左右，我国的废旧轮胎产量将又迎来一个高峰，废旧轮胎的产量也将突破 2000 万吨。面对如此大量的废旧轮胎，保护人类环境，减少“黑色污染”，对其高效回收利用，已成为相关部门治理生态环境的重要工作。再生橡胶生产工艺复杂，能耗大，存在污染环境等问题;轮胎翻新技术要求高，认可度低;热能利用和热裂解过程会产生废气、废渣及有害物质。相比之下，胶粉生产不但工艺简单、能耗低、回收率较高，而且胶粉使用范围广、经济价值高，因此生产胶粉是目前最有前途的轮胎回收再利用方式。
一、废旧轮胎研磨成胶粉的优势分析
众所周知废旧轮胎的回收利用方式有很多种，目前最具价值的回收方式就是将其研磨制成胶粉再进行高值化利用。其一是低温研磨可以获得相对于常温研磨工艺纯度更高、粒径更小、无污染的胶粉，而且不会在过程中因受热和撕扯作用影响到胶粉的性能，因此适用于汽车部件和涂料等高附加值领域，以达到高值化应用的目的，在生胶中加入比例约 20%的低温下制得的精细胶粉，可在一定程度上提高产品性能并降低成本。其二是面向新能源汽车行业，探索从再生胶粉中进一步提取出炭黑材料，用于制造锂电池电容。废旧轮胎的研磨方式也有很多种，其中常温研磨工艺法和低温研磨法最为常见。目前国际上研磨废旧轮胎主要是在常温下进行，但常温下研磨废旧轮胎会带来二次污染，并且胶粉的利用价值不高。而低温研磨制得的精细胶粉则效果突出，再利用价值高。
二、废旧轮胎研磨成胶粉工艺研究
轮胎的主要成分是橡胶，而橡胶是一种具有高弹性的高分子材料，因其强大的交联网状结构而不容易研磨，对此研究者从利用剪切和挤压等作用力，降低温度以及溶剂浸泡等不同角度探索出多种研磨技术。按加工状态，废旧轮胎研磨分为干法研磨和湿法研磨两种。
（二）废旧轮胎低温研磨工艺
常温下对废旧轮胎这样的高弹性体研磨时不仅会产生大量研磨热，影响胶粉性质，而且机械设备磨损大，能耗高。当温度低于橡胶脆化温度时，橡胶中仅有小部分链段可以运动，宏观表现为橡胶整体变得脆化，在受外力作用时很容易发生破碎。利用橡胶的这一特性，在低温条件下研磨废旧轮胎可以得到粒径较小、表面光滑、热氧化程度低的精细胶粉。工业上用于低温研磨以生产胶粉的制冷源主要为液氮，但我国液氮价格昂贵，利用液氮制冷生产胶粉的工艺成本偏高，为此探索出其他制冷方式来代替液氮制冷，如利用空气膨胀制冷和液化天然气（Liqui?ed natural gas，LNG）制冷。
（1）空气膨胀制冷研磨
废旧轮胎的低温研磨技术并非一定要达到或低于胶料脆化温度才能得到精细胶粉，当冷冻温度在脆化温度附近时，硬化的轮胎橡胶就可以实现有效细碎，这样会比液氮深冷研磨节约工艺成本。基于这一思路， P. Wang等在 1986年研制出了空气涡轮制冷技术，并成功地将其应用于废旧轮胎研磨工艺，可制得 250 μm以上的精细胶粉，称 ATCG法。
（2）液氮冷冻研磨
液氮的沸点为-196 ℃，低温效果理想，且无色、无味、无毒、无污染，因此液氮是冷冻研磨较理想的制冷源，当废旧轮胎温度降低至脆化温度以下时，再用辊筒研磨机或锤式研磨机将其研磨。美国联合碳化物（ Union Carbide Corporation， UCC）公司开发出的 UCC研磨技术是世界上最早的冷冻研磨工艺之一， 1971年完成了废旧轮胎的冷冻研磨并得到粒径在 0. 03 mm以下的胶粉。日本关西环境开发株式会社结合了常温研磨工艺与冷冻研磨两种工艺开发出日本关西环境开发株式会社研磨技术，并于 1978年实现了工业化，其生产的废旧轮胎冷冻胶粉粒径全部在 0. 27 mm以下，其中粒径在 0. 15 mm以下的胶粉约占 1/3。乌克兰国家科学院低温物理工程研究所开发的液氮冷冻研磨废旧轮胎制备胶粉技术包括研磨和研磨两部分，微磨机在液氮条件下将研磨得到的胶粒研磨成粒径为 0. 05～ 1. 25 mm的精细胶粉。德国 INTEC公司采用 INTEC RC400/05生产线在-195. 8 ℃深冷条件下进行废旧轮胎研磨以制备胶粉，研磨后胶粉、金属和纤维能彻底分离，胶粉的純净度可高达 99. 99%。加拿大 Recoutry公司开发出一套液氮低温研磨工艺，该工业化生产线年生产废旧轮胎胶粉 13 500 t。以上工艺均需要大量的液氮，生产成本偏高，不适合我国国情。
（二）废旧轮胎常温研磨工艺
常温研磨工艺一般是指加工温度在（ 50±5）℃或略高温度下通过辊筒或其他研磨设备的剪切和挤压等作用力对废旧橡胶进行研磨的技术。传统的常温研磨工艺技术最早使用的是辊筒研磨机，经过粗碎和细碎两个工序得到的胶粉粒径一般为 0. 3～ 1. 4 mm，胶粉表面粗糙、呈毛刺状，具有较大的比表面积，有利于活化改性，在模压时有利于提高其与基质橡胶的粘附性，但辊筒研磨时产生大量热，难以实现连续化生产。德国和俄罗斯等国家于 1988年采用螺杆挤出机对废旧轮胎进行挤出研磨，胶粉粒径范围在 0. 05～ 0. 5mm之间。以上常温研磨工艺工艺中存在一个共同问题，即在一定程度上都会产生研磨热，可能导致胶粉过热焦化，不仅影响胶粉性能，甚至还存在引发火灾的安全隐患。
三、结束语
我国是橡胶资源短缺的国家，合理地循环利用橡胶资源已成为当务之急，利用橡胶研磨技术生产胶粉，一方面可以缓解我国橡胶资源匮乏的局面和解决环境污染问题;另一方面胶粉用途广泛，在实际应用中有很高的经济价值。胶粉粒径越小，比表面积越大，表面活性越高，经济价值就越高。比较几种研磨技术可知，湿法研磨废旧轮胎生产的胶粉粒径小，比表面积大，补强效果好，性能更优越。其中，全水相法研磨技术凭借在胶粉性能、生产成本、环保性等方面的优秀表现而备受关注，在未来的废旧轮胎研磨工艺中，全水相法将是最具潜力的研磨方式。
参考文献
[1]崔藏奎 ，蒋宁 .碳纤维改性 NR/EPDM 体系的研究 [J].辽宁化工 ，2019，08（48）：751-753.
[2]刘伟 .橡胶粉制备方法的工艺研究及分析 [J].中国轮胎资源综合利用 ，2018，2：38-41.
[3] 刘道春 .废旧轮胎蕴藏商机黑色污染翻出真金白银 [J].化工管理 ，2014，25（14）：36-38.
[4] 罗明超 ，廖小雪，赵艳芳 .胶粉改性方法的研究进展 [J].世界橡胶工业 ，2013，40（05）：49-54.
[5]刘自然 ，李东梁 ，武文斌 .辊式磨粉机磨辊的受力计算和强度分析 [J].粮食与饲料工业 ，2009，（12）：7-10