中国粉体网讯 随着橡胶工业的不断发展及对环境友好型产品的日益重视，白炭黑在橡胶领域中的应用越来越广泛。目前白炭黑主要是以传统的石英砂为原料制取，硅资源为不可再生资源，从未来看将逐渐短缺。由稻壳制备的白炭黑被称之为稻壳源白炭黑，不仅解决稻谷加工过程废弃物稻壳环保污染问题，而且还为工业发展提供了可再生资源硅，符合循环经济的绿色发展模式，具有重大的经济与社会效益。
1.稻壳源白炭黑的生产方法
稻谷作为主要的粮食作物，全球每年的收货量超过7亿吨，我国的水稻产量更是居于世界首位。稻谷壳是稻谷加工后的主要副产品，约为稻谷重量的20%左右，内含16%~20%的无定形二氧化硅。水稻吸收土壤中的SiO2，经过提纯，使得稻谷壳的重金属含量较低，并且可以在较为温和的条件下将SiO2从稻壳或稻壳灰中分离出来，同时稻壳的能量高，可以为生产提供能量，因此制备硅基材料时能耗低、成本小，是白炭黑生产的理想原料。
稻壳源白炭黑生产采用稻谷加工剩余副产物稻壳为主要原料，先将稻壳经加工锅炉分级燃烧和（或）气化利用能量后，再将稻壳灰渣进行筛分、碱溶和酸析沉淀从稻壳灰渣中提取白炭黑，滤饼渣则经过处理制成活性炭，从而实现了稻壳的再资源化利用。
稻壳源白炭黑生产工艺流程图
资料来源：刘玉强. 稻壳源白炭黑生产及其应用
2. 稻壳源白炭黑的基本性能
白炭黑是橡胶工业中重要补强剂，主要是从可溶性硅酸盐中通过沉淀而得的以无定形粒子形式存在的材料。因其微观结构和聚集体形态与传统的橡胶用炭黑类似且颜色为白色，并在橡胶材料应用中与炭黑有相近的补强性能，故称之为白炭黑。白炭黑又称沉淀水合二氧化硅，化学式SiO2·nH2O，可溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水，耐高温，不燃，无毒无味，具有良好的电绝缘性。稻壳源白炭黑与橡胶用白炭黑的技术性能指标见下表。
稻壳源白炭黑与橡胶用白炭黑技术指标对照
资料来源：刘玉强. 稻壳源白炭黑生产及其应用
3.稻壳源白炭黑在橡胶中的应用
3.1在天然橡胶中的应用
天然橡胶具有优异的加工应用性能，是轮胎工业的主要橡胶原料。稻壳源白炭黑通过添加在天然橡胶中进行应用，并与高分散白炭黑进行对比，结果表明，稻壳源白炭黑在天然橡胶中的分散性较好，硫化胶的拉伸强度较高，综合应用性能比目前主要使用的高分散白炭黑明显提高。应用稻壳源白炭黑尤其适合高性能汽车轮胎要求的在50~80℃下是有较小的滞后性，而在-20~0℃下表现出较高的滞后性要求，即可降低轮胎滚动阻力和能耗，同时又具有较好的低温抗湿滑性能。
3.2在丁苯橡胶中的应用
丁苯橡胶是合成橡胶中用量最大的品种，是与天然橡胶一样的重要轮胎生产橡胶原料。丁苯橡胶的应用必须靠添加炭黑来补强使用。采用稻壳源白炭黑并添加偶联剂Si69在丁苯橡胶中应用结果表明，当添加量达到50份时，硫化胶拉伸强度达到最大值，Si69用量则以添加2份为宜，可明显改善丁苯橡胶的综合力学性能。如其拉伸强度由10份时的5.1MPa升至50份时的23.6MPa，同时300%定伸应力也由1.5MPa提升至6.4MPa。它是丁苯橡胶应用优良的补强剂，其补强效果显著提高。
3.3在汽车轮胎中的应用
白炭黑是汽车用绿色轮胎中不可缺少的原料之一。汽车轮胎，尤其在胎面胶中添加白炭黑，能够显著降低轮胎的滚动阻力，降低燃油使用量，同时具有较好的抗湿滑性能，改善轮胎使用安全性。稻壳源白炭黑通过添加在半钢丝子午线轮胎胎面胶中试验表明，与传统的石英砂源高分散性白炭黑HD175MP相比，稻壳源白炭黑具有较好的补强性能，由稻壳源白炭黑补强的胎面胶生产的轮胎与正常轮胎相当，满足产品的使用技术要求。轮胎应用稻壳源白炭黑研究试验结果表明，如果能在汽车轮胎橡胶中添加10～20份白炭黑，则可以提高轮胎的胶接性能和抗撕裂性能，不仅延长轮胎的使用寿命，而且增强轮胎的抓地力，有利于行车安全。固特异轮胎公司也宣布其采用稻壳灰制备白炭黑用于生产的节油环保轮胎，经测试得出稻壳源制备的白炭黑对轮胎性能的影响与传统的白炭黑相同。
结语
稻壳源生物基橡胶用白炭黑材料的出现，为橡胶工业的可持续发展提供了一种环保型的橡胶补强剂，同时也为稻壳这个粮食稻谷加工副产物的利用找得了一条新应用路径，对节约宝贵的硅资源和环境保护将发挥积极作用。随着稻壳源白炭黑产品生产与应用技术的不断发展，其在橡胶工业中的应用范围会越来越广，而用于绿色轮胎中是其最大的应用市场。由稻壳源白炭黑制成的汽车轮胎，不仅解决了稻壳的环境污染问题，而且原料来源丰富，价格相对较低，是一种市场前景广阔的环境友好橡胶补强剂，值得国内相关环保和橡胶企业关注与重视。
参考来源：
彭迁迁. 稻谷壳白炭黑在溶聚丁苯橡胶中的应用研究
刘大晨，等. 稻壳源白炭黑及不同纳米填料对天然橡胶性能的影响
刘玉强. 稻壳源白炭黑生产及其应用
（中国粉体网编辑整理/初心）
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