竹子热解制备竹炭黑及其在SBR中的应用研究

发布时间：2020-06-12 04:05

【摘要】：炭黑为橡胶工业的主要原料之一,是采用煤焦油、乙烯油等化石原料经热裂解制得,生产过程不仅消耗了大量不可再生资源,还会造成污染。近年来,人们对生物质的热解研究越来越多,生物质炭的应用也越来越广泛。竹子作为生物质资源,具有生长快、可再生等优点,本研究通过热解制备竹炭黑,考察其基本性能及对丁苯橡胶的补强作用。利用可再生资源制备高附加值的炭黑,对环境的保护、资源的高效使用和绿色经济的推进具有重大意义。本研究通过热失重分析发现,竹材热解可分为四个阶段,即干燥阶段、预热阶段、主热解阶段和炭化阶段,其中主热解阶段的起始热解温度、峰值温度和热解结束温度,随着升温速率的增大向高温区移动,升温速率的增大对竹材热解过程的失重率影响较小,其中主热解阶段失重率高达60%。采用FWO和Kissinger两种方法得出热解过程的活化能分别为55.14 kJ/mol和48.39 kJ/mol。论文通过考察不同热解温度对竹炭黑性能的影响发现,随着热解温度的升高,C含量升高,H、O含量降低,C/H比升高,吸油值降低,吸碘值升高,比表面积呈升高趋势,在340°C~380°C阶段内比表面积增大最为明显。红外光谱图显示,热解温度升高,C-H、C=C等官能团的吸收强度增大,羰基吸收峰减弱,羟基吸收峰消失。SEM图显示,竹材原料经研磨后存在管状纤维,竹炭经研磨后呈无规则颗粒状,且粒径大小不一。本文考察了单独采用竹炭黑对丁苯橡胶的补强作用,发现不同热解温度竹炭黑对橡胶的补强作用低于工业炭黑N330,热解温度升高,竹炭黑橡胶的拉伸强度增大、拉断伸长率降低、硬度增大,热解温度为420℃的竹炭黑对橡胶的补强效果最好。在此基础上,采用420℃竹炭黑与工业炭黑N330以不同比例进行混合,考察其对丁苯橡胶的补强作用,发现不同比例的混合炭黑对硫化时间的影响基本相同,竹炭黑与N330的比例为50:50时补强效果最好。通过热老化试验发现,竹炭黑橡胶的拉伸强度和拉断伸长率的性能变化率分别为-9%和-20%;混合炭黑橡胶的拉伸强度和拉断伸长率的性能变化率分别为-24%和-53%,表明竹炭黑的耐热性较好。
【图文】：

SEM图,竹炭,竹材,原料

不同热解温度竹炭黑的粒径分布列于表 3.4 中，在 300~420℃内，竹炭黑的中位粒径逐渐减小，且均小于 1 μm，可磨性较好。随着温度的升高，竹材纤维素与半纤维素分解，竹材纤维结构破坏越严重，在相同研磨条件下，温度越高，竹材纤维越易被破碎，竹炭黑的粒径越小。500℃的竹炭黑研磨时，会出现难以研磨的坚硬物质，机理成分尚不明确。3.3.10 竹炭黑的微观形貌（a）竹材原料×500 （b）竹材原料×1000
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ333.1;TQ330.381

【相似文献】