廢膠粉改性機理及脫硫再生工藝概述*

申全軍，任海慶，商紅發，馬士杰，叢波日，李永振，樊 亮

(1山東高速集團有限公司創新研究院，山東濟南 250014；2山東建筑大學，山東濟南 250101；3山東省交通科學研究院，山東濟南 250102；4高速公路養護技術交通行業重點實驗室，山東濟南 250102)

由于我國橡膠資源匱乏，為了滿足國內的橡膠需求，需要大量地進口天然橡膠，然而這也導致我國成為全球最大的橡膠消耗國和廢舊橡膠生產國之一。其中廢舊輪胎占據了廢橡膠總量的絕大部分。據統計，近年來我國的廢舊輪胎的產生量呈現快速攀升的趨勢，2022年預計達到1228萬噸。對于如此大量的廢輪胎橡膠，如果處理不當將極容易引發“黑色污染”。在過去，人們主要采用焚燒或填埋等方法來處理廢舊輪胎，但這些處理方式存在很大的污染問題。具體來說，焚燒會產生大量的一氧化碳等有害氣體和灰塵，對空氣和環境造成嚴重的污染，且很難徹底處理廢棄物中的有害物質；而填埋則會占用大量的土地資源，并污染土壤資源和地下水，使當地的農業生產受到影響。由于橡膠具有特殊的三維交聯網絡結構，在自然條件下分解需要數百年，對社會造成了巨大的經濟、環境和資源循環利用性等損失。

當前我國公路交通量的增加、車速的提高以及越來越多的重型車輛的使用，使得普通瀝青路面出現了許多病害，如冬季低溫易開裂、夏季高溫容易出現車轍等，這些問題嚴重影響了現代公路交通建設的發展。為了解決這一問題，可以將廢舊輪胎中的橡膠制成廢膠粉，通過與瀝青混合來改性瀝青，從而改善路面使用性能。而且，這種方法還能夠充分利用再生資源，實現生態和資源的可持續發展。因此，廢舊輪胎橡膠回收再利用技術的發展對于公路交通建設具有重要意義，需要更多地加強技術研發和創新能力，開發更多的廢橡膠回收再利用技術，并使再生橡膠在多個領域得到應用。

現今廢膠粉在脫硫后常應用于橡膠改性瀝青等領域中。最開始對廢橡膠的活化是進行機械解交聯的方法，此方法是在一定的溫度和壓力下，通過機械力和化學試劑的共同作用下對膠粉分子進行活化。但是此工藝的能耗大、污染重且加工周期長。目前，對廢膠粉脫硫再生方法主要包括物理法、化學法和微生物法[1-2]，這些方法為膠粉再生行業提供一套實用可行的節能、高效、優質的再生膠生產裝備及工藝方法，對廢舊輪胎的再生利用具有重要現實意義和工程應用價值。

廢舊輪胎在經過相關的粉碎、脫硫等加工處理后才能實現再利用。未經處理的廢膠粉具有致密的三維交聯網絡結構，表面性質為惰性，并具有較低的化學反應活性[3]。因此，其表面性質與聚合物基體不同，導致二者的相容性很差。如將廢膠粉直接添加到高分子材料中，兩者難以形成良好的粘結界面，且隨著廢膠粉添加量的增加，會導致改性后的高分子復合材料的性能逐漸下降。所以通常采用降解、表面活化等改性方法對廢膠粉進行處理，提高其表面活性和與高分子材料的相容性和結合性，從而實現廢膠粉在輪胎、瀝青和膠鞋等領域的再生利用。

本文總結了目前膠粉改性瀝青中膠粉活化的改性機理及其常用活化工藝的研究現狀，為今后選擇膠粉活化的方法提供參考。

1 膠粉改性機理研究現狀

膠粉是一種由廢舊輪胎回收處理得到的粉末狀物質，其主要成分是橡膠，通常作為瀝青混合料的改性劑使用。由于橡膠的化學性質復雜，膠粉顆粒表面具有很強的疏水性，難以與瀝青等親水性材料混合和相容。因此，為了提高膠粉在瀝青混合料中的分散性和穩定性，可通過對膠粉的活化再生來實現更好的應用前景。當前有關膠粉活化的研究主要聚焦在膠粉活化改性機理和膠粉活化工藝兩個方面。膠粉活化改性的過程中，主要涉及到四種機理：一是促進共交聯作用，二是界面活化增溶作用，三是膠粉降解作用，四是膠粉表面極性基團化作用[4-5]。

1.1 促進共交聯作用機理

促進共交聯作用機理，是指通過增加不同分子間的相互作用，促進它們之間的結合。在廢舊輪胎橡膠使用之前，均需要經過硫化處理。經處理后的膠粉被轉化成了一種熱固性材料，其具有飽和型網狀結構，因此表面幾乎沒有不飽和鍵，活性極差。一種常見的處理方法是將再生材料添加到膠粉中，并在機械力的作用下來激活其活性并打破其內部交聯結構，從而使膠粉表面形成一定數量的不飽和鍵，以增加其與混合材料的相容性和結合性。例如，生膠混煉膠加入活化膠粉進行改性的方法。

將生膠混煉膠加入活化膠粉中的原理在于通過膠粉與基體大分子的共交聯作用，促使其發生交聯反應，并生成具有鍵合作用的硫化制品，從而改善基體的活性和廢膠粉的綜合性能。根據共交聯作用原理，讓膠粉產生共交聯作用也可以同樣使用再生劑、有機化學助劑等非硫化促進劑。在理論上，任何能夠與大分子發生鍵合作用的材料都可以應用共交聯作用原理，而且該交聯體系不需要膠粉進行再生。然而，為了設計出正確的共交聯作用方法并進行生產實施，應該根據原有膠粉結構和所選高分子基體的構造，選擇適當的再生劑或活化再生的方法等。

1.2 界面活化增溶作用機理

界面活化增溶作用機理的基本原理是通過添加一種化學物質，即界面活性劑，來改變膠粉顆粒表面的化學性質，使其表面變得更容易與其他材料混合和相容。界面活化增溶作用機理指的是，通過加入表面活性劑或其他化學添加劑，使膠粉表面的官能團帶有極性，從而降低膠粉和其他材料之間的表面張力，改變膠粉顆粒表面活性。這種作用機理的實現過程可以概括為以下兩個步驟。

（1）形成界面吸附層

表面活性劑的分子結構通常具有親水基團和疏水基團兩個區域。在水基環境中，親水基團會吸附在水分子表面，而疏水基團則會朝向空氣中。當表面活性劑加入膠粉顆粒和其他化合物（如瀝青）混合物中時，疏水基團會與膠粉表面的疏水基團相互作用，形成一個薄而穩定的界面吸附層。這個吸附層可以減少膠粉顆粒表面的張力，從而使膠粉表面變得更親水。

（2）增強溶解度

由于膠粉表面變得更親水，它可以更容易地與水相溶和分散，并且可以與水基環境中的其他化合物（如瀝青）形成混合物。此外，表面活性劑的分子結構也可以通過與膠粉顆粒表面的化學官能團發生反應，進一步改變膠粉顆粒的表面化學性質。這樣，界面活化增溶作用可以提高膠粉與其他材料的相容性，從而增強膠粉在混合物中的分散性和穩定性。

1.3 膠粉降解作用機理

膠粉的降解作用是指在一定條件下，膠粉分子鏈的交聯鍵被切斷或斷裂的過程。這個過程可能是自然的，也可能是通過人為加熱、加壓、機械力作用或添加化學試劑等方式引起的。在膠粉的回收再利用過程中，降解是一種常見的處理方式，可以將膠粉分子鏈分解成較小的分子，破壞其內部的交聯結構，在膠粉內部與表面會產生大量自由基和活性點，促進分子間的化學反應，以便進一步對膠粉進行處理。常見的降解方式包括熱降解、化學降解和微生物降解等。

熱降解是指在高溫條件下將膠粉加熱分解，使其分子鏈斷裂。這種方法通常需要在惰性氣氛中進行，以避免膠粉的氧化或燃燒?；瘜W降解則是在添加特定的化學物質下，使其發生化學反應，從而導致膠粉分子的交聯網絡結構的斷裂和提高膠粉表面降解速率。例如，一些氧化劑、酸類和堿類物質都可以用于化學降解膠粉。微生物降解是指使用一些特定的微生物將膠粉分子鏈分解成更小的分子，這種方式常常用于膠粉的生物降解和生物轉化。

通過降解，膠粉的分子量得以減小，其物化性質也會相應發生變化，此過程中主要是硫交聯鍵斷裂和碳鏈斷裂。需要注意的是，降解在工業生產中很難控制且對膠粉的性質也會產生不可逆轉的影響，因此需要選擇合適的降解方法，以確保再生膠粉的質量符合要求。

1.4 膠粉表面極性基團化作用機理

膠粉是通過對硫化后的廢舊輪胎粉碎得到的，所以其表面存在大量的非極性基團，惰性大且化學反應活性低，與瀝青的反應微弱。膠粉表面極性基團化作用是指通過鍵合作用使膠粉表面非極性基團引入含有極性基團的化學官能團，從而增加其與其他極性物質的相互作用能力。

在膠粉再生和改性的過程中，常采用一些化學試劑來引入這些極性基團，比如采用羧酸、硫酸等活化劑，將其引入到膠粉分子鏈中。這些化學官能團的引入可以增加膠粉分子表面的極性基團數量，使其與瀝青等其他極性物質的親和力增強。同時，這些極性基團的引入還可以改變膠粉分子鏈的結構，從而對其物理和化學性質產生影響。

通過表面極性基團化作用，膠粉可以與其他化合物（如瀝青）更好地交聯，從而提高改性后的膠粉與瀝青的附著性能和穩定性。此外，表面極性基團化作用還可以增加膠粉與其他添加劑的相容性和分散性，從而提高整體復合材料的性能和品質。

2 膠粉再生方法

目前，在橡膠瀝青中的膠粉脫硫常用方法有物理法和化學法兩種。其中，物理法中的微波法和超聲波法因其改性效果良好且在橡膠瀝青的生產中的產業化應用容易實施而得到廣泛應用。這些物理法的共同點是利用外加能量對膠粉進行改性，可以通過破壞內部的三維交聯網絡結構來實現膠粉活化?；瘜W法的特點是利用化學反應對膠粉進行降解和活化，具有操作簡單、效果明顯、生產周期短等優點。但化學法也存在著環保和安全等方面的問題，因此在工業生產中需要采取相應的防護和安全措施。

此外，還有一些新型的活化工藝正在被研究開發，如微生物法、酶解法等，這些工藝在膠粉再生領域也具有較大的潛力和發展前景。下面主要對膠粉改性瀝青中常見的幾種膠粉活化工藝進行闡述。

2.1 物理法

膠粉的物理法改性是一種應用外加能量（如機械力、熱-力、冷-力、微波、光、紫外線、超聲波等）對膠粉進行改性的方法。通過這種方法，膠粉內部的三維交聯網絡結構被破壞，從而實現對膠粉的降解和其表面的活化。在物理法改性的方法中，有許多不同的技術可供選擇，包括紅外法、紫外線法、微波法、剪切流動場反應法、熱處理法、超聲波法、電子束法和γ射線法。紅外法可以在膠粉表面形成活性中心，促進交聯反應；紫外線法可以使膠粉表面發生光化學反應，使其黏性增強；微波法可以通過瞬間加熱使膠粉產生塑性流動，改變其結構；剪切流動場反應法可以通過施加機械力來使膠粉發生結構性變化，提高其力學性能；熱處理法可以改變膠粉的分子結構，增強其物理性質；超聲波法可以使膠粉分子發生運動和碰撞，改變其內部結構；電子束法和γ射線法可以使膠粉的分子鏈發生斷裂和交聯，改善其力學性能。然而，微波法和超聲波法因為它們改性效果良好且產量高而備受關注和廣泛應用。

2.1.1 微波法

膠粉的微波脫硫法是一種應用微波輻射對膠粉進行脫硫和改性的方法，常應用于制備橡膠瀝青的膠粉活化流程中。膠粉樣品通常會被置于微波反應器中，并受到特定功率和頻率的微波輻射來實現對膠粉中S-S鍵和C-S鍵的有選擇性的斷裂，而保留C-C鍵不受破壞[6]。微波輻射會使膠粉分子間產生滑移，從而使得膠粉內部的交聯結構被破壞，硫化鍵斷裂，實現膠粉脫硫。相比于傳統的熱解脫硫方法，微波脫硫法具有反應速度快、能耗低、效率高等優點，并且不會產生大量的環境污染物。通過此方法可有效改變膠粉分子的分子結構，增加了膠粉表面的活性，提高橡膠與瀝青之間的相容性，從而有效改善膠粉的性能和應用范圍[7]。

需要注意的是，微波脫硫法需要精確控制微波的功率和頻率，以避免過高的能量密度對膠粉樣品造成過度熱化和破壞。同時，膠粉的微波脫硫法仍然處于研究和探索階段，需要進一步的實驗和研究以確定其最佳的操作條件和應用范圍。

李明月[8]發現一定功率和頻率的微波輻射有助于C=S和C-S之間的轉化，破壞橡膠主鏈及交聯鍵，降低膠粉玻璃化轉變溫度以及交聯密度，有利于膠粉顆粒內部交聯程度的降低。葉園園等[9]發現膠粉在微波改性后，膠粉的溶膠質量分數增加，交聯密度降低，破壞了膠粉的三維交聯網絡結構。但微波時間越長，膠粉的改性效果越差。

2.1.2 超聲波法

超聲波脫硫法將高頻率的超聲波能量聚焦于膠粉分子鏈上，并在特定的溫度和壓力下，快速破壞膠粉內部和表面的三維交聯網絡結構，以達到活化膠粉目的的方法。在膠粉超聲波脫硫法的過程中，超聲波在粉中產生剪切力和壓力，引起分子鏈振動和摩擦，使分子鏈之間的三維交聯結構被破壞，膠粉的分子結構得以重組，從而實現脫硫。此外，超聲波能夠產生空穴現象，即在膠粉中形成氣泡，當氣泡破裂時，產生劇烈的壓力和溫度，進一步促進了膠粉的分解[10]。

膠粉超聲波脫硫法具有操作簡單、處理效率高、處理時間短、能耗低等優點，而且不會產生有毒副產物和廢水廢氣，因此被廣泛應用于膠粉的脫硫和再生。

張小萍等[11]發現隨著超聲波振幅的增加，膠粉的凝膠含量、黏度及儲能模量逐漸降低，損耗因子逐漸增大，硫化膠的拉伸強度逐漸降低，扯斷伸長率逐漸增加。徐小林等[12]研制了適用于超聲波的再生助劑，通過大量的實驗研究，確定了超聲波再生的最佳工藝參數和制備再生膠的斷鍵類型，進而研發了相關的工藝設備。

2.1.3 電子束法

電子束法是一種利用高能電子束輻照來改善膠粉顆粒的分散性和反應性的方法。通過電子束輻照，膠粉顆?？梢援a生電離和激發，導致化學鍵斷裂形成大量自由基和離子，從而改變其化學結構和表面性質。電子束輻照還可以使膠粉顆粒表面活性增強，增加反應表面積，并且可以產生一定的交聯反應。

楊景田通過用電子輻射法再生廢丁基橡膠，即借助電子加速器產生的高能電子束對廢丁基硫化膠制品產生的化學斷鍵——解聚效應，使之獲得再生的工藝過程；丁基膠分子的降解度（或分子量的降低）與輻射吸收劑量在一定范圍內呈線性負相關性，因此通過調節輻照劑量，可以方便地產生出不同分子量段和不同塑彈性能的丁基再生膠，以滿足不同用途產品的需要[13]。

2.2 化學法

化學法是指在一定溫度、壓力的條件下，通過化學試劑對膠粉進行改性和活化處理的方法。其主要是通過使用化學試劑使硫化膠粉中的硫鍵發生斷裂，從而破壞其內部的交聯網絡結構，使膠粉得到活化和改性[14]。目前常用方法主要包括：接枝改性法、聚合物涂層改性法、表面氧化法、核-殼改性法等。

在化學脫硫法中，通常使用的化學試劑包括無機類再生試劑（金屬鈉、苯基鋰和鐵基催化劑等）、De-Link再生劑、RRM再生劑、臨界CO2等。這些化學試劑都可以在一定的溫度和壓力條件下與硫化膠粉中的硫鍵發生反應，使其斷裂，從而破壞其交聯網絡結構，提高膠粉表面的活性。此外，化學脫硫法也可以使用一些有機溶劑和添加劑來實現。例如，硫醇類和胺類有機化學試劑可以在常溫下與硫化膠粉中的硫鍵反應，從而降低硫化程度，改善膠粉的流動性和可加工性。此外，也可以使用表面活性劑和潤滑劑等添加劑來提高膠粉表面的活性和潤滑性。

需要注意的是，化學脫硫法在使用時需要掌握合適的溫度、壓力以及化學試劑的種類和用量，以免影響膠粉的質量和再生效果。同時，還需要對化學試劑和處理過程中產生的廢水和廢氣進行妥善處理，以減少環境污染的影響?；罨z粉與基質瀝青的改性機理是一個非常復雜的問題，需要進行更深入的研究。一方面，由于膠粉和基質瀝青的成分較為復雜；其中包括多種不同的化學物質，這些物質的交互作用使得改性機理變得復雜；另一方面，不同的化學試劑和改性工藝會產生不同的影響，因此需要對不同條件下的改性效果進行系統的研究和比較。

2.2.1 接枝改性法

接枝改性法是選取一種適合的接枝聚合物作為改性劑，該聚合物鏈可以接枝在橡膠分子表面形成接枝單體，從而與橡膠分子形成一種新的材料。接枝改性法的優點在于可以在不改變原有橡膠分子結構的基礎上，通過引入新的聚合物鏈結構，改變橡膠的性質，提高其性能和穩定性。常見的接枝方式有：游離接枝和本體接枝。游離接枝是指將膠粉顆粒分散在溶液中，然后通過添加適當的交聯劑使它們結合在一起形成膠塊。此方法能夠在較短的時間內制備出較大的膠塊，但其穩定性較差，容易出現開裂或脫落等問題。本體接枝則是將已經存在的膠塊切割成小塊，然后再將這些小塊與交聯劑一起加入到溶液中進行接枝反應。此方法制備出的膠塊穩定性較好，但需要較長時間才能制備出較大的膠塊。

陽月明等發現經過接枝活化處理的橡膠粉可改善改性瀝青的性能，使其具有更高的稠度和延展性，同時提升了其在高溫、低溫和老化等方面的性能；此外，活化后的橡膠粉表面更加粗糙，表面能更大，從而增強了與瀝青的相互作用[15]。

2.2.2 聚合物涂層改性法

聚合物涂層改性法是一種利用聚合物的粘附力來將聚合物應用到膠粉表面形成一層覆蓋層的方法。在硫化時聚合物涂層可以通過化學反應與膠粉表面上的官能團發生反應，形成交聯結構，從而增加膠粉的交聯密度和力學性能。同時，聚合物涂層也可以在高溫條件下熱分解，釋放出自由基，使膠粉表面上的官能團進一步發生反應，這種方法可以增加膠粉表面的活性官能團，使其與其他物質的相容性和粘附性增強，從而實現膠粉表面活化的目的。

李靜等利用與橡膠粉及基質瀝青相容性良好的聚酰胺作為涂層材料對廢膠粉進行活化，使其在橡膠粉表面形成一層均勻的聚酰胺涂層，從而提高膠粉與基質瀝青的相容性，且此方法制備的活化橡膠粉改性瀝青具有優異的高低溫性能和儲存穩定性[16]。

2.2.3 表面氧化法

表面氧化法是一種將氧化劑施加到膠粉表面引發氧化反應的方法，通過氧化反應使得膠粉表面形成一層氧化物薄膜，進而增加膠粉表面的活性位點，使得膠粉活化且容易與其他物質發生反應。表面氧化法主要是通過將膠粉表面的碳碳單鍵和碳碳雙鍵氧化成羥基、羰基或酯基等極性基團，來增加橡膠表面的活性位點。常用的氧化劑有氧氣、臭氧、硝酸、過氧化氫、過硫酸鉀等。

表面氧化法的優點在于可以在不改變橡膠內部結構和物理性質的情況下，改變其表面極性，使表面的自由能增大，從而增加橡膠與其他物質的相容性和粘附性，提高橡膠的應用性能。缺點是需要選取適合的氧化劑和處理條件，且氧化劑對環境有一定的污染。

于凱等利用過氧化氫對膠粉進行表面氧化，使膠粉表面含有一定量的羥基、羰基等含氧官能團，從而有效地提升膠粉的延展性、低溫和感溫性能；并發現氧化溫度對改性瀝青性能指標的影響最為顯著，其次是氧化時間，氧化劑用量的影響最小[17]。

2.2.4 核-殼改性法

核-殼改性法是一種通過在膠粉表面包覆一層聚合物殼層，兩者之間形成一種相互作用的界面，從而形成核-殼結構的方法。該方法的是將膠粉顆粒作為核心，通過界面引發聚合反應或化學反應，在表面形成一層包覆了聚合物的殼層，從而實現對膠粉表面的改性。聚合物殼層可以改善膠粉顆粒的相容性、加工性能和力學性能等方面的性能，同時也可以為膠粉提供附著力和保護作用。該方法可通過控制核-殼結構中殼層的性質和厚度，實現對膠粉表面的定向改性。與其他方法相比，膠粉活化的核-殼改性法可以實現對膠粉表面的全方位改性。缺點是制備核-殼結構的過程比較復雜，需要考慮核-殼結構的穩定性和膠粉顆粒的分散性。

2.3 微生物法

膠粉的微生物脫硫法是一種通過利用微生物或酶的催化作用來降解和活化膠粉表面的方法。這種方法是基于嗜硫微生物和酶對膠粉中的二硫、多硫等交聯鍵具有高度專一性的特點，利用它們來將這些鍵催化斷裂，從而使膠粉表面發生降解和活化。

在進行微生物脫硫處理前，膠粉需要進行預處理，因為它具有一定的生物毒性。然后將特定的嗜硫微生物與膠粉共同培養，通過一定條件下的培養來達到靶向分解S-S鍵的作用。不同種類的嗜硫微生物產生的脫硫膠粉表面化學性質不同，可以根據實際需求選擇不同的微生物進行改性處理。常用的嗜硫微生物有硫桿菌、戈登氏菌、紅球菌、硫化葉菌、假單胞菌和酵母菌等。脫硫微生物的培養條件包括適當的溫度、pH值、適宜的碳源、氮源和硫源等。

微生物脫硫法的優點包括具有專一性、溫和性、環保性、生產過程簡單等特點，可以在低溫下進行，且不產生廢水和廢氣。但是，該方法仍然存在著一些局限性，如脫硫效率不高、處理時間長、需要進行預處理等。相較于物理法和化學法，微生物法的研究相對較少，因為它在生產過程中具有較高的環境要求，且可控性較差。因此，在實際應用中需要結合具體情況選擇合適的脫硫方法。

姜廣明等發現膠粉加入量越多越抑制排硫硫桿菌的生長，且在脫硫過程中發現排硫硫桿菌不破壞橡膠的主鏈且專一氧化C-S鍵和S-S鍵，脫硫后膠粉的交聯密度降低[18]。覃柳莎等利用酵母提取的含巰基物質作脫硫劑對天然橡膠膠粉定向脫硫，發現其在有機溶劑和氨類相轉移催化劑配成的乳液中對天然橡膠膠粉脫硫效果顯著[19]。

趙素合等利用酵母菌考察了破壁反應和共培養兩種方法對膠粉脫硫程度的影響，發現破壁反應法降低膠粉的交聯密度更為明顯且脫硫程度大于共培養法[20]。王雅琴等利用篩選出的一種氧化亞鐵硫桿菌來對天然硫化橡膠脫硫再生，發現其對硫化膠粉的硫交聯鍵有斷裂或轉化作用且脫硫率十分良好[21]。李超等比較連續與間歇攪拌工藝分別對鞘氨醇單胞菌脫硫效果的影響，發現間歇攪拌工藝的脫硫效果更好且溶脹度比連續攪拌的高，交聯密度更低[22]。

2.4 機械力化學法

膠粉的機械力化學法是通過將膠粉與化學試劑在機械力作用下進行反應，進而改變膠粉的分子結構和排列方式，從而實現膠粉再生和提高其活性的方法。該方法常用于回收利用廢棄橡膠制品，也可用于改性新生產的橡膠制品，以提高其性能和降低成本。常見的儀器有開煉機、高速攪拌機、螺桿擠出機等。機械力化學法可以優化反應條件、提高產品質量和降低生產成本，還可以提高橡膠的性能和可加工性。

常用的化學改性劑有促進劑、硫磺、鄰苯二甲酸酐、二辛基鈦酸酯或芳烴油等。促進劑主要是用于增進橡膠的可塑性和黏度，如脂肪酸酐、環氧化合物等。硫磺是常用的橡膠交聯劑，可提高橡膠的強度和耐磨性。鄰苯二甲酸酐主要用于改善橡膠的耐熱性和耐油性，二辛基鈦酸酯可用于增強橡膠的耐候性和抗氧化性，芳烴油則是一種常用的軟化劑，可提高橡膠的可塑性和彈性。常用的機械力化學法主要有開煉機捏煉法和螺桿擠出機法。

2.4.1 開煉機捏煉法

開煉機捏煉法是最早應用的機械力化學法之一，其原理是利用開煉機的雙輥摩擦力和壓縮力將膠粉與化學試劑進行混煉和反應，形成改性膠料。開煉機是一種橡膠加工設備，常用于將天然橡膠或合成橡膠與添加劑混合，形成所需的橡膠制品。捏煉法是另一種橡膠加工技術。捏煉法是通過在膠粉和生膠基質的混合物中添加添加劑，并在高溫和高壓下進行混合和熱處理，來制造均勻的硫化膠產物。

2.4.2 螺桿擠出機法

螺桿擠出機法是利用高速旋轉或高壓擠壓將膠粉和化學試劑混合反應，將膠粉加工成連續型制品的方法。在對膠粉進行預處理后，將其放入螺桿模腔中，然后通過螺桿旋轉的作用，膠粉被逐漸向前擠壓，并在高溫高壓的作用下，在模具內形成所需的橡膠連續型制品。螺桿擠出機法具有生產效率高、可重復性好、加工范圍廣等優點。

曾東等發現通過機械力化學作用在開煉機上處理膠粉，可破壞其交聯網絡結構并導致橡膠分子鏈的斷裂，從而產生自由基并實現膠粉改性。隨著開煉機薄通次數的增加，膠粉中自由基的濃度也隨之增加，進一步提升了其與天然橡膠之間的界面相容性和結合性，使得膠粉在天然橡膠中分散更加均勻[23]。孟彩云等通過改變配方和混煉時間來優化使用機械力化學法對膠粉進行改性的最佳工藝方案，并發現雙輥開煉機制成的片狀膠具有較小的體積，從而可以提高膠粉的用量[24]。

3 結論

膠粉活化是一項新興的研究領域，在學術界和工業界都得到了廣泛的關注，目前已經研究出多種膠粉活化方法，不斷有新方法的出現和改進。目前，膠粉活化研究的主要方向包括以下幾個方面。

（1）活化機理的研究：為了深入了解膠粉活化的機理，研究人員從分子層面入手，探究活化對橡膠分子結構和性能的影響。通過了解不同的膠粉活化改性機理對膠粉改性材料及改性工藝提供了更多的可能，因為每種改性機理都會引起不同的材料性能變化過程及反應原理。通過對不同的改性機理進行深入的研究，我們可以更好地理解膠粉改性的基本原理，提高膠粉活化改性技術的效率和可靠性，并為橡膠制品的生產提供更高效、更經濟、更環保的方法。

（2）活化方法的研究：目前有關膠粉活化的方法很多，但已實現的對膠粉活化成功的方法較少，所以研究人員在探索新的活化方法和改進已有方法的基礎上，不斷優化活化過程，提高活化效率和產品性能，常見的有微波法、接枝改性法、超聲波法等。但是在應用中需要考慮到成本、污染和性能等問題，并選擇合適的方法來對膠粉進行活化。且目前對評價膠粉活化改性后的性能方法存在一些局限性。因此，需要尋找更加準確、靈敏、可重復性好、能夠反映膠粉活化改性后整體性能的評價方法。

（3）膠粉活化改性材料的研究：研究人員通過膠粉活化，制備出具有特定性能（如高強度、高耐磨性、低溫柔性等）的橡膠材料，以滿足不同應用領域的需求。主要研究集中在復合改性材料、功能性改性材料和可持續發展的改性材料等。目前膠粉活化改性材料除了在傳統的橡膠制品領域發展外，也在探索拓展到其他領域，如醫療器械、智能材料、電子器件等領域。目前其大量應用于改性瀝青領域。

（4）活化工藝的工業化應用： 在膠粉活化研究成果的基礎上，逐步實現了活化工藝在橡膠材料生產中的產業化應用，為提高橡膠制品的品質和降低成本提供了有力支持，像常見的脫硫方法有微波法和超聲波法。但是，需要指出的是，目前膠粉脫硫的工業化技術仍然面臨一些挑戰和難點，需要進一步探索和研究，以推動該領域的發展和應用。