废旧轮胎，路在何方？| 废旧橡胶颗粒的表面改性分析

每年会有大量的废旧轮胎报废，将废旧轮胎橡胶进行再回收利用日益受到关注，制备废旧橡胶颗粒是一种常用的回收处理方法。GTR（废旧橡胶颗粒）可以作为基体或填料应用到复合材料领域。比如，在嵌入式轨道降噪领域，GTR可以和聚氨酯（PU）黏合剂混合，制备成GTR/PU复合材料，用作降噪块产品。但是，GTR 表面缺乏极性基团，与极性的PU 界面作用差，用于降噪块时存在复合材料力学性能差，拉伸强度低，以及复合材料与钢轨的粘接性能差的缺点。因此，对GTR进行表面改性处理具有重要的意义。

本文使用次氯酸钠溶液对GTR 进行表面改性，研究了处理时间对GTR改性表面性能的影响; 同时制备了GTR/PU 复合材料，对复合材料力学性能进行了研究和探讨。

接触角测试:德国KRÜSS公司的DSA25接触角测量仪

一、GTR表面接触角分析

未经过NaClO 溶液处理的GTR材料，仅通过洗涤，材料的接触角为114.3°，表现出明显的疏水性。从图中可以看出，随着处理时间的延长，GTR的接触角呈递减的趋势。从0 min 到60 min，GTR的接触角从114.3°减小到65.0°，材料表面从疏水变为亲水。1min 处理时，接触角下降不明显，仍然表现为疏水的表面，而当处理时间超过5 min 后，GTR的接触角小于90°，GTR表面变为亲水。由此可以看出，通过NaClO溶液改性后，GTR表面极性增加，表面能提高，造成接触角下降，材料润湿性明显提高，有利于极性黏合剂的充分浸润，提高两相材料黏附性能，提高粘接性能。

图1. GTR不同处理时间下的接触角

二、GTR表面SEM 分析

图2. GTR不同处理时间下的SEM图（a: GTR-0; b: GTR-1; c: GTR-5; d: GTR-10; e: GTR-15; f: GTR-30; g: GTR-45; h: GTR-60）

从图中可以看出，未改性前GTR表面比较光滑。而经过NaClO 溶液处理后，GTR 表面变粗糙。随着处理时间的延长，GTR表面粗糙度增加，表面产生很多空洞以及微裂纹。根据机械啮合理论，被粘物质表面的粗糙度提高有利于黏合剂分子渗透进入空隙中，固化后产生很好的啮合作用，有利于粘接强度的提高。当处理时间超过30 min 时，GTR不仅表面粗糙，微裂纹扩展至GTR基体内部，可能会造成GTR基体内部产生很多缺陷，影响基体的性能，造成力学性能的下降。从SEM 图中可以得知，经过5-30 min NaClO改性，GTR能形成粗糙的表面，有利于粘接强度的提高。

三、GTR/PU 复合材料力学性能

GTR/PU 复合材料力学性能将不同时间改性的GTR与聚氨酯黏合剂制备了GTR/PU 复合材料。可以看出，未改性的GTR 制备的GTR/PU 复合材料的拉伸强度为2. 28MPa，GTR 表面改性后，GTR/PU 复合材料的拉伸强度提高，随着使用的GTR 改性时间的延长，复合材料的拉伸强度呈先增大，后减小的趋势，经过10 min 改性的GTR 制备的复合材料拉伸强度达到Zda，为3. 11MPa，与未改性的样品相比，拉伸强度提高36%; 继续延长处理时间，得到的复合材料拉伸强度呈下降趋势。结果表明，GTR 改性后，GTR 表面和PU 的界面作用力增加，复合材料拉伸性能提高。有研究表明，如果氧化和氯化程度过大，橡胶表面会发生硬化，形成弱边界层，造成粘接能力的下降，复合材料拉伸强度降低。经过10 min 处理的GTR 与PU的粘接性能好，拉伸强度达到Zda。

图3. 复合材料拉伸强度

四、结论

随处理时间的延长，GTR表面极性基团的数量增加，润湿性提高，粗糙度提高，这些因素都有利于GTR粘接性能的提高。

参考文献

尚文翰，李姜. 废旧橡胶颗粒的表面改性及粘接性能[J].高分子材料科学与工程, 2018.