湿法炼胶工艺

白炭黑湿法混炼共沉胶制备的关键技术包括：天然胶乳的预处理；白炭黑的表面处理及水分散体的制备、白炭黑填充量的控制；天然胶乳与白炭黑水分散体的液态混合、分散、絮凝和干燥等工艺过程的全自动化贯通。

湿法混炼橡胶新材料新技术的优势主要有：橡胶工业绿色制造、节能减排的重要措施；满足绿色轮胎大量添加白炭黑的需求；提高白炭黑在橡胶中的分散度，改善胶料的物理机械性能。

湿法混炼概述

记者：目前，在我国的橡胶业加工混炼过程中，大多采用密炼机干法混炼方式，对于湿法混炼少有提及，您可否先给我们简单介绍下湿法混炼技术的概况？

许春华：在橡胶胶料加工过程中,混炼是最关键的工序，通过混炼将天然橡胶、合成橡胶、补强材料、硫化材料、防老化材料等十数种配合剂均匀混合，制成混炼胶料，成为生产各类橡胶产品的原料，因此，混炼胶性能和混炼工艺直接影响橡胶产品的加工性能和产品的各项使用性能。混炼工艺也是橡胶加工中能耗最高的工序，占轮胎生产过程全部能耗的40%。

但目前我国橡胶工业仍沿用能耗高、产业链长、环保差的机械干炼法，在密炼机中对橡胶/填料/配合剂进行多段混炼，制造每吨混炼胶耗电约400 kW·H，年耗电平均达50亿kW·H，约合人民币近40亿元。因此，混炼工艺的创新改造、节能混炼工艺的开发成为橡胶行业中节能措施的重中之重。混炼工艺的创新主要是将目前的间歇法混炼向连续法混炼工艺发展，其中低温一次法混炼和湿法混炼技术是发展前景最好、节能效果最显著的工艺技术。其他还有串联式密炼机、螺杆挤出等混炼技术，这里重点讨论白炭黑湿法混炼技术；

简单的说，湿法混炼技术是指将经过预先加工的炭黑、白炭黑等填料制成水分散体，在液态下与橡胶胶乳充分混合，再经凝聚、脱水、干燥等过程生产橡胶混炼胶的方法。与传统的将干胶与炭黑、白炭黑等配合剂在密炼机中进行多段干法混炼完全不同。

天然胶乳是橡胶胶束粒子在水中的悬浮体，橡胶胶束粒子的最外部是一层由蛋白质和类脂化合物组成的保护层。保护层中的物质都具有表面活性剂的功能。而白炭黑、炭黑等活性补强剂在液态中吸附了这类表面活性剂会失活，妨碍其与橡胶之间的补强机构的形成，补强剂由于其极性、比重不同，往往与胶乳的沉降速度不能匹配，导至补强剂在胶乳体系中的分散不易均匀，往往对橡胶的性能有所损害。

白炭黑分散体的制备是将白炭黑与水及处理剂（包括分散剂、清润剂、防沉降剂等）均匀稳定地分散，制得悬浮液要使湿法混炼达到较好的分散和补强效果必须满足以下基本条件：

1.白炭黑经处理应具有一定的亲水和亲橡胶烃的双亲性能，同时白炭黑的沉降要小，使白炭黑粒子能够与胶乳粒子共沉，在橡胶胶料中均匀分布。

2.通过生物酶制剂将胶乳中的蛋白质尽可能分解为溶于水的小分子物，保证白炭黑补强剂能在不失去活性的情况下与橡胶烃相互作用，而且作用的面积愈大愈好。

3.在白炭黑分散体加入到胶乳中时，整个体系应具备一定的机械和化学稳定性。即胶乳体系不能立刻产生絮凝，而必须留够充足的搅拌混合时间，使白炭黑粒子与胶乳粒子能在机械搅拌的作用下充分混合、分散均匀。

4.共沉过程应能保证准确的填充比例，防止因所加入的白炭黑流失造成共沉胶产品填充量的波动。

所以，白炭黑湿法混炼共沉胶制备的关键技术包括：天然胶乳的预处理；白炭黑的表面处理及水分散体的制备、白炭黑填充量的控制；天然胶乳与白炭黑水分散体的液态混合、分散、絮凝和干燥等工艺过程的全自动化贯通。

湿法混炼技术国内外研究现状

记者：对于湿法混炼这一前沿技术，国内外的研究现状如何？

许春华：约20年前，德国PKU公司发明了粉末橡胶的湿法混炼技术，2001年卡博特公司开发了连续液相混炼工艺生产天然橡胶与炭黑填料母炼胶技术（CN1280534）。在湿混步骤中，将粒状炭黑填料水浆在高压形成射流下加入到与胶乳混合的凝聚反应器中，目的是将弹性体胶乳流与炭黑填料水浆足够强有力地混合，在出料端之前使炭黑粒状填料与弹性体基本上完全凝聚，脱水、干燥后制得称为CEC的材料，采用这种方法可以大大提高炭黑分散等级。

与干法混炼胶相比,此种材料可显著提高硫化胶性能,包括减小滞后损失、改善耐切割性能和耐屈挠疲劳性能以及提高高填充剂用量时硫化胶的耐磨性能。该专利形成了产业化，并由米其林公司买断。之后，全球相继出现炭黑、白炭黑湿法混炼橡胶的数十项专利，包括法国、美国、日本、韩国等，但均未见产业化生产和应用。2012年卡博特公司和米其林公司又分别在中国申请了原专利产品制造技术和在轮胎中应用的专利。

随着我国节能减排和绿色轮胎事业的需求和发展，近年来，“橡胶与白炭黑、炭黑湿法混炼共沉胶新材料”的技术开发成为热点，特别是2011年5月由国家橡胶与轮胎工程技术研究中心组织国内研究院校、相关企业建立了专题研究组，进行了大量研究和开发，已获得授权和申报的发明专利十余项；2012年6月中国化工报分别对株洲安宝麟锋新材料有限公司和杭州中策橡胶公司开发湿法混炼技术进行了报道。

其中由株洲安宝麟锋新材料有限公司开发的《湿法混炼天然橡胶料的制备方法》已率先获得国家发明专利（专利号：ZL20110064299.3）。产品分别在广州华南轮胎公司和青岛赛轮公司试制了轮胎，于2013年通过中国石油和化学工业联合会组织的技术成果鉴定，并联合北京万向新元科技开发公司和云南西双版纳勐腊曼庄橡胶有限公司建成了具有较高自动化水平的我国第一条湿法混炼橡胶产业化装置。该项目建设成功不仅是湿法混炼生产技术的重大突破，也对我国天然橡胶自动化生产水平的提高具有重要意义。

杭州中策橡胶公司在海南天然橡胶生产基地试制了添加白炭黑和炭黑的湿法混炼胶，并用于本公司的轮胎生产，混炼胶日产量根据需求生产1~5 t，可生产全钢子午线轮胎100~300条，产品性能与传统工艺相比有显著提高。软控股份怡维怡研究院也开展了大量研究开发工作，在材料、工艺设备和建立自身产业链方面进行了全面规划，申请的数项专利正在审查或公开阶段，可望在年内实现产业化。

东北助剂有限公司是新中国成立后最早的生产橡胶促进剂的企业，近年来在开展湿法混炼技术方面十分关注，并与云南天然橡胶生产企业合作，试产的湿法混炼共沉橡胶已在不少企业进行实际应用试验，逐步实现产业化。

华南理工大学王炼石教授是我国湿法混炼技术开发的带头人之一，王教授带领他的团队在湿法混炼基本原理、炭黑和白炭黑的表面处理、配合技术及生产工艺方面进行了大量研究，发表了许多论文，对后来人的研究开发起了重要的推动作用。

北京化工大学、青岛科技大学、有关院所及相关企业从事该项研究开发的成果都在不断涌现，上海双钱轮胎公司等轮胎企业也已积累了相当的应用技术经验；2014年5月，由中国化工学会化工新材料委员会和国家橡胶与轮胎工程技术研究中心联合在云南西双版纳召开的“湿法混炼共沉橡胶新材料技术与推广论坛”通过广泛的交流和自动化生产线现场示范必将进一步推动湿法混炼新技术、新材料的发展和应用，为我国橡胶工业节能降耗和绿色轮胎产业的发展提供有力的支撑。2014年8月国家科技部关于湿法混炼橡胶新技术的国家科技支撑计划已通过立项，项目目标是分别建成合成橡胶和天然橡胶的万吨级示范性生产线，项目的实施和推广将加速满足我国轮胎工业的需求。

湿法混炼橡胶新材料新技术的优势

记者：相对于干法混炼，湿法混炼有哪些优势？

许春华：湿法混炼是一套新兴的生产工艺技术，与干法混炼相比，主要有以下三个优势：