为什么要研究白炭黑胎面胶热解动力学？

橡胶因其出色的弹性、可逆形变、绝缘性和耐磨性等，广泛用于轮胎工业及其他诸多领域。据统计，世界轮胎工业消耗的橡胶占比近60％，2019年消耗橡胶约3 012万t，生产轮胎近1 800万t。

但是，由于氧化、磨损和机械损坏等因素，大量废旧轮胎造成的“黑色污染”日益严重，给世界生态环境造成了巨大压力。因此，处理废旧轮胎已经成为全球研究人员关注的焦点。过去废旧轮胎的主要处置方法是翻新再利用、焚烧或垃圾场填埋等，如今热解被认为是一种极具潜力且环保的处置方式。该方法不仅可以克服轮胎堆积、填埋和焚烧的缺点，还可回收具有经济效益的固、液态产物。

目前，废旧轮胎热解的低收益性限制了该行业快速发展，其主要原因是缺乏优化热解工艺的理论支撑。本研究尝试采用多动力学方法研究白炭黑胎面胶热解特征，对废旧轮胎热解过程进行合理有效的动力学分析。该方法可以避免反应模型假设，为改善工程热管理和改进热解工艺提供依据。

1 

实验

1.1

　试验材料

该试验使用废旧轿车轮胎的白炭黑胎面胶，由青岛科技大学山东省高分子材料重点实验室提供，其配方为：天然橡胶　89.3，丁苯橡胶　10.7，炭黑N234　12.9，白炭黑　50，偶联剂Si69　9.3，氧化锌　1.4，硬脂酸　2.1，芳香油（符合欧盟标准） 9.3，微晶蜡　2.1，硫黄　0.8，促进剂DPG　0.7，促进剂CZ　1.4。由于轮胎各部件的功能不同，决定了各部件的胶料配方存在较大差异，因此废旧轮胎不同部件在热解动力学分析中的特征不同，同时鉴于白炭黑为胎面胶主要填料的绿色轮胎正在世界范围内推广和使用，本工作选择该类废旧轮胎胎面胶作为研究对象。

在热重分析开始前，将白炭黑胎面胶剪碎成粒径为1～2 mm的胶粒。为了避免胶料所含水分对试验结果造成影响，将胶粒在60 ℃的烘箱内干燥2 h以上。

1.2

　试验方法

由于热重分析是进行综合热动力学分析的必要手段，有文献[14]表明废旧轮胎在热重分析中的热解特征与实际热解特征相符。本研究热重分析采用德国耐驰公司的热重分析仪（型号为NetzschTG 209 F3 Tarsus，测试温度范围为0～1 100.00℃，样品质量范围为0～2 000.00 mg）进行。

对于给定的热重分析仪，平衡灵敏度、样品架和热电偶对试验结果的影响是固定的，因此有必要在试验前通过质量校准和温度校准来减小或消除这些系统误差。本研究以高纯氮气为吹扫气和保护气，氮气流速分别设定为50和40 mL·min-1，试验过程中使用的加热速率（10，15，20，25 K·min-1）和温度范围（室温～800 K）与实际固体慢速热解一致，所用样品质量均为15 mg左右。

1.3

　动力学研究方法

采用多扫描速率法进行试验。多扫描速率法是指对在不同升温速率下所得的多条热....