糠醛渣制备炭黑及炭黑改性橡胶

论文摘要

随着石油、天然气和煤资源的枯竭和对环境造成的污染，人们不断寻找新的可再生资源代替石化资源。近年来，生物质材料倍受人们关注。糠醛渣就是生物质材料中一种较大的可再生利用资源。它的再生利用对环境的保护，经济的循环及资源的节约上具有重大的意义。由于糠醛渣主要由纤维素和木质素构成，从中探索开发更多的化学品和新的利用途径。首先在最佳的高温蒸煮条件下，通过硫酸盐法从糠醛渣中提取木质素，此时木质素提取率最高。蒸煮得到的黑液用pH为2-3的稀盐酸反复洗涤沉淀分离出木质素，控制木质素中灰分含量在5以下。然后将木质素在不同条件下喷雾干燥，得到粒径不同的木质素，将其炭化，制备初始粒径不同的炭黑。将炭黑进行酸氧化处理，发现炭黑对橡胶的硫化时间延迟，橡胶的补强效果不明显。采用了SEM、FTIR、XPS对木质素进行表征，用SEM、吸油值、pH值表征了炭黑颗粒，SEM、硫化时间和力学性能表征了橡胶的变化。所制备的木质素炭黑与工业N330和N990炭黑补强丁苯橡胶进行了性能比较，发现木质素炭黑的性能基本接近N990的性能。再者，直接将干净的糠醛渣在800℃、1000℃和1300℃炭化制备炭黑。此时的炭黑颗粒在纳米到20微米之间，通过分析炭黑产率、灰分、吸油值，XRD、SEM表征炭黑性能。炭黑加入到丁苯橡胶中研究橡胶力学性能和硫化时间的变化。再采用机械球磨法，球磨速度和球磨时间影响炭黑粒径，Zeta电位测定粒径大小。球磨后炭黑与工业所用的炭黑N660、N330以20份、30份、40份、50份和60份的用量，加入到丁苯胶中，用SEM、硫化时间、力学性能测定等表征了炭黑和橡胶的变化。经过球磨的炭黑可以达到N660性能。由于炭黑和橡胶的相容性差，用KH550和KH570对炭黑表面进行改性，改性后的炭黑和橡胶相容性有所提高，同时，橡胶的拉伸强度和断裂伸长率都有很大的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 糠醛渣资源及研究现状
• 1.3 木质素的结构、性质及应用
• 1.3.1 木质素的结构
• 1.3.2 木质素的性质
• 1.3.3 木质素的制备
• 1.3.4 木质素的应用
• 1.4 炭黑的结构、性质及应用
• 1.4.1 炭黑的结构
• 1.4.2 炭黑的性质
• 1.4.3 炭黑的制备
• 1.4.4 炭黑的应用
• 1.5 本研究的意义和内容
• 第二章 糠醛渣中木质素的提取及炭化
• 2.1 木质素的提取方法及原理
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 糠醛渣的化学组分分析
• 2.2.3 木质素的提取和去盐分
• 2.2.4 木质素的喷雾干燥
• 2.2.5 木质素炭化
• 2.2.6 炭黑在丁苯橡胶中效果
• 2.2.7 表征与测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 糠醛渣的成分分析
• 2.3.2 木质素测试与表征
• 2.3.3 喷雾干燥条件对木质素颗粒大小的影响
• 2.3.4 炭黑测试与表征
• 2.3.5 炭黑对丁苯橡胶性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第三章 糠醛渣直接炭化及炭黑改性
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 糠醛渣炭化工艺
• 3.2.3 球磨条件对炭黑粒径影响
• 3.2.4 炭黑改性
• 3.2.5 炭黑对丁苯橡胶的影响
• 3.2.6 炭黑、橡胶测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 糠醛渣炭化工艺
• 3.3.2 球磨条件对炭黑粒径的影响
• 3.3.3 偶联剂表面改性炭黑
• 3.3.4 炭黑对丁苯橡胶性能的影响
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附录