高分散性白炭黑与绿色轮胎
发展替代橡胶远景可观
阿迪达斯、彪马和耐克等著名企业在国内外的加
工公司开始针对再生橡胶可行性利用做全方位的 调研，以使资源循环利用。今年３ ，瑞威科技 月
公 司与 阿迪达 斯 中 国合 作 加工鞋 业企 业签 订 了处
Ｇ ２０ ０ 高分散 白炭 黑应用在轮胎胶料中可显 Ｆ 著降低轮胎的滚动阻力 ，起 到节油、减少汽车尾 气排放量的作用。据了解，过去 自炭 黑主要用于
议企业用白炭黑替代炭黑，以提高产品性能。 北京橡胶工业研究设计 院的试验结果表明， Ｇ ２０ ０ 白炭黑对改善轮胎的抗湿滑性能、降低轮 Ｆ 胎的滚动阻力 、提高胶料耐磨性能 、增强抗撕裂 和 曲挠龟裂性 能等方面均好于进 口【 ｊ 型号高分散 白炭 黑，完 全可 以替 代进 口。
艺。 “ 只有加快有毒有害产品替代步伐，才能称 得上世界先进。”中橡协副会长 、橡胶助剂专业
委 员会 理事 长许 春华在 上 周结 束 的２ １年 中国橡 ００
胶工业新材料技术论坛上指出，实现清洁生产仍
是橡胶助剂行业 目前发展的关键 。
计划在青岛莱西市建设反式异戊橡胶产业 园。据 郑永祥介绍，合成橡胶有多种，其 中一种按天然
化工股份有 限公司 自主研 发的Ｇ ２ ０ ０ 高分散白炭 Ｆ 黑与进 口ｕ 型号高分散 白炭黑加入轮胎胶料做 比 较试验，结果表明，两种白炭黑同属高分散白炭 黑 ，分 散等级 均为 ７５ 。 ．级
据瑞威科技公司总经理马瑞刚介绍，今年在 欧美国家开始实行环保技术计划，再生可利用的 回收胶粉或再生橡胶受到鞋业制造企业的重视，
一
破 国内轮胎行业的困境还需开源节流，一方面加 快轮胎行业的整合，另一方面大力发展 天然橡胶 替代产品，减少对天然橡胶的依赖度 。 据山东橡胶行业协会副理事长郑永祥介绍，
白炭黑和轮胎中的应用
５ 结 语
硅 酸铺 在洗涤 剂 生产 中的应 用 远不止 这些 ， 可广泛 台理 地 配制予 各类 洗涤 剂中 ， 它 包括 在此 文 中没 有加 例举 的 液体洗 涤剂 等 在今 后的 生产实践 中我 们要更 加注重 硅 酸钠 的性 能及 应 用研 究 ， 使它 发挥 更 大的 作用
白炭黑在轮 中的应用
１ 前 言
近些年 来 ， 存环境 的恶 化 ， 生 使人类 猛 然警 醒
地 球 只有 一 ， 应 环像节 能的 潮流 ， 个 顺 绿
色轮 胎应运 而 生 。为 了降低滚 动阻力 ， 提高 湿地 抓着 力 ， 白炭黑在 轮 胎 （ 其是乘 用轮 胎 ） 尤 中 的应 用趋 向普 遍化 。众所 周知 ． ９ ２年炭黑 首次 用 于轮胎胶 料 补强 。从 那时到现 在 ， １１ 炭黑 作 为首选 填料 的地 位从 来没 有 动摇过 在这 世纪 之 初 ， 有传 统王 牌填料 美 誉 的炭黑和 新 的 白 炭黑 展开 了一场遭 遇 战 。 白炭 黑 究竟能取 代几 成 炭黑 ？炭黑 的主导 地 位 究竟会不 会动 摇 ？ ２ 白炭 黑耗 用量 令人 关注 “ 白炭黑供 应商 迫 切需要 了解 轮胎 制造 商准 备在 轮胎 中使 用 白炭黑 的计 划 ” Ｄ ｇ ｓａ 由 ｅ ｕｓ
量预 测数据 见附表 。
附表 白 炭黑 年耗 量预 测 数 据 （ 位 ： 吨 ） 单 万
赫斯 说 ， 已感 觉到最 近 几年 问填 料界 发 生的 一连 串 变化 比以前 ３ 他 ０年迂 多 ， 以 他和 所
３
维普资讯
他 的公 司坚 信 ， 大 的变 革就 要来 临 。 更
充 自炭黑 的绿色 轮 胎 ， 自炭 黑 用量 届时将 会增 大到 ６ 份 。 其 ｊ 对载重 轮胎 而 言 ， 自炭黑填 充量
白炭黑、炭黑和新型填料在胎面胶料中的比较研究
１ 实 验 部 分
１ ．１ 填 料
剂 。填料 在配 方 中用 来 增 强 弹性 体 ， 提 高胎 面 的
耐磨 性 ， 而这些 材料也 会导致 胶料 中的能量耗 散 。 ２ ０世纪 ９ ０年代 ， 一 家 大轮 胎 制 造 商 在 原 装 轮 胎 中用 白炭 黑来 替代炭 黑填 料 ， 率 先提 出了“ 绿 色轮 胎” 的概 念 。这种 填 料 与硅 烷 偶联 剂 并 用 赋予 了
系 的其他 方 面 （ 全 季节 牵 引性 和磨 耗 ） 的关 键 平
衡。 重 点 研 究 的 一 个 领 域 是 把 新 的 原 材 料 用 于 轮
本研究 直接 比较 各 种 新 型填 料 ， 评 估 利 用 它 们获 得 的填 充胎 面胶料 的主要 使用性 能 。采用筛 选法 来 比较 硫化 动力学 、 老化 前后 的物理性 能 ， 并 采用 动态粘 弹性 分析对 含新 型填料 的模 型胎面胶 料进 行性 能 预测 。根 据 这些 实 验 研究 结 果 ， 对 配 方进 行优化 并采 用 同样 的操 作方法 对该优 化配 方
步提 高车 辆 燃 油效 率 的 机会 。据 估 计 ， 滚 动 阻
力 降低 １ ０ 可 以使乘 用车 的燃油 经济性 提高 １ ～
２ 。
过 去 的几十 年 中 ， 轮胎 技 术研 发 团 队 已开 发
能 的改善 。选择 的材 料包 括 炭黑 、 高分 散性 白炭
黑、 炭黑 白炭黑 双相 填 料 、 宽 聚集 体分 布 炭黑 、 硅烷 醇填料 、 丁 二烯 一丙 烯 酸酯 三 聚物 和经 过 处
４ ８
橡 胶 参 考 资 料
２ ０ １ ３钲
白炭 黑 、 炭 黑 和新 型 填 料在 胎 面 胶料 中 的 比 较 研 究
12.绿色轮胎-技术和市场
Market of Green Tire 4 绿色轮胎市场概况4
The additional price of GT is about RMB 250 per tire and RMB 1,000 for 4 tires. Saving in gas is about RMB3,000. Net saving of money is ~2,000 RMB. 绿色轮胎大约比普通轮胎贵人民币250元，4个 轮胎贵1000元。三年节油的费用3080元。所 以经济上是合算的。 China now has about 70million cars & trucks. If all use GT, could save 9.8 billion liters or 7 million tons of gasoline /year. 中国现有7000万辆汽车和卡车(不包括摩托车和 农用车），如果全部使用绿色轮胎，每年可以 节油7百万吨。考虑到中国汽车增加速度很快， 节油数量更多。因此环保意义很大。
Can Improve various performance attributes of a tire: Wear - [-30oC and below] Snow and wet traction- [-20oC to 0oC] Rolling losses - [40oC to 60oC] Thermal stability - [80oC and higher]
Reinforcement due to interaction Reinforcement due to dispersion
Dissipation arrests crack Wear control deflection and absorption of micro-cracks Silica particle
炭黑与白炭黑的特性比较、低燃费轮胎(中文)
路面
提高湿地性能的研究 提高湿地性能的研究
接地性 排水性 胎面的纵面、构造、胎面橡胶 花纹 沟的构成
ＮＥＯＶＡ ＥＸＣＥＬＥＡＤ ＧＲＡＮＤＰＲＩＸ
在淋湿的路面上容易打滑
干燥路面 在时速８０公里 情况下、湿润路 面的摩擦力仅仅 是干燥路面的一 半。
滚 动 摩 擦 系 数
湿润路面
容易打滑 行驶速度（km/h）
粘结的摩擦力 FA
增加摩擦力的方法
接触面积 A
v t x
•增大接触面积 •提高界面強度(变形模式被剪断)
(Ludema, K. C., Tabor, D. : Wear, 9, 329 (1966))
FA=As
滞后摩擦力 FH
增加摩擦力的方法
•変形量d0 大 •橡胶的滞后损失大
W
v
2a
d0
(Moore, D. F.: ”Viscoelastic Machine Elements,” Butterworth-Heinemann Ltd., 1993)
对炭黑来讲， 凝聚体大、摩擦大 橡胶对炭黑有较大的拘束
白炭黑系
炭黑系
路面
路面
抓地力的原理
影响摩擦力的因素
”The Friction of Pneumatic Tyres,” Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1975
橡胶的摩擦
μ-WET
ABS：Anti Lock Braking System 低変形速度 高変形速度
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0
凝着(粘着）
滞后
-1
ABS体系
“_双碳”目标下，炭黑工业减碳任务艰巨
观点VIEW18“双碳”目标下，炭黑工业减碳任务艰巨作者 范汝新炭黑是一种重要的化工原材料，其产量的90%用于橡胶行业。
炭黑主要是采用烃类高温裂解生产，一直以来都被视作耗油大户，当然也被作为耗能大户及CO2排放大户看待。
2020年，中国对《巴黎气候协定》作出承诺：力争使CO2排放在2030年之前达到峰值，在2060年前实现“碳中和”。
作为CO2排放量较多的炭黑工业，必须努力做好“双碳”工作，实现行业的绿色可持续发展。
一、中国炭黑工业碳减排形势分析1.从炭黑生产的规模看，我国炭黑生产过程中的能耗和CO2排放占据了全球炭黑行业的主要部分。
2020年世界炭黑生产分地区CO2排放情况见图1。
中国是全球炭黑生产大国和出口大国。
2020年中国炭黑产能占到全球的46%，从产能数据看，中国炭黑工业CO2排放量在全球占比较高。
2.从橡胶行业产业链看，炭黑生产是行注：资料来源于中国炭黑展望会（CBC）论文。
图1 2020年世界炭黑生产分地区CO2排放图美国+美洲中国45.67%俄罗斯+欧洲其他中国东北亚+东南亚南亚+中东观点VIEW业首位耗能大户和碳排放大户。
橡胶行业2020 年主要产品产业能耗和碳排放指标见表1。
3.在当前节能、环保和减碳的大形势下，炭黑工业在供需两端均形成巨大压力。
（1）煤焦油相关行业的产能压减和低碳技术应用，影响炭黑原料油供给。
中国生产炭黑的煤焦油系列油占原料油比例约90％。
煤焦油是炼焦行业的副产物，焦炭生产关联的钢铁行业，规划在2030年实现“碳达峰”，2045年实现“碳中和”。
钢铁行业的产能压减和低碳技术应用（氢能炼钢和电炉回炼），导致对焦炭的需求大幅缩减，煤焦油随之减少，炭黑行业的原料供应受到影响。
数据显示，2010～2020年，炭黑产量增长率为煤焦油增长率的2.6倍多。
未来，炭黑原料油供应偏紧，会成为常态。
（2）表观消费量不断增加，国内炭黑需求稳定增长，产能达峰时间段较长。
2010～2020年我国炭黑表观消费量增长57.9%，汽车轮胎产量增长41.5%。
“_产品碳足迹”时代来临，橡胶行业“碳”索不止
中国橡胶深度DEPTH REPORTS“产品碳足迹”时代来临 橡胶行业“碳”索不止作者 郝章程革委等5部门2023年10月13日联合印发《关于加快建立产品碳足迹管理体系的意见》（发改环资〔2023〕1529号）。
1529号文件称，计划到2025年，国家层面出台50个左右重点产品碳足迹核算规则和标准，2030年达到200个左右。
在省级层面，橡胶轮胎产品碳足迹核算工作，山东省走在了最前面。
山东省2023年2月28日下发《山东省产品碳足迹评价工作方案（2023～2025年）》（鲁环发〔2023〕8号）文件，计划在2024年完成200家重点企业的碳足迹评价、核算，其中就包括橡胶轮胎重点企业。
在行业、企业层面，越来越多的经济支柱产业、知名跨国企业，对其产业链上下游产品提出碳足迹管理要求。
有责任感、使命感的橡胶轮胎行业龙头企业，也开始付诸行动。
比如，国务院国资委大力推动央企控股上市公司披露ESG专项报告，风神股份、圣奥化学等走在了前面。
证监会鼓励A股上市公司发布可持续发展报告或ESG（环境、社会与治理）报告，正在面向社会公开征求议（SBTi）成员企业。
凭借在环境方面的优秀管理与实践，圣奥化学、科迈化工、兴达股份、贝卡尔特等在EcoVadis企业社会责任评级中取得优异成绩。
在“双碳”背景下，碳足迹政策频出、产业链供应链的要求、企业社会责任感和使命感，共同驱动企业进行碳足迹计算与核查。
产品碳足迹时代铿锵走来，已然成为最直观的环保新坐标。
产品碳足迹，开启低碳生产之旅低碳经济，是落实“产品碳足迹”的具体措施，也是橡胶轮胎行业一直追求的发展目标。
橡胶轮胎行业持续完善绿色制造体系，以碳减排的实际行动“点绿成金”，助力工业领域碳达峰、碳中和。
如使用环保新材料、生物基材料及可再生和可循环材料，原辅材料减量使用，能源高效利用和提高清洁能源使用比例，绿色低碳和可降解新产品开发，改进生产工艺缩短制造流程提高生产效率，打造绿色工厂、智26深度DEPTH REPORTS 出行方式。
白炭黑与炭黑并用对橡胶物理机械性能的影响
填充量降到 ２ ５份。
衰 １ 白炭 黑与炭黑并用试验配方衰
３ 结果与讨论
表 ４中列 出硫化胶 的各项 机械性能测量值 。 图 ｌ ０表 示 主要指 标 的变化 曲线 。 ～ｌ
３ １ 硫化 橡胶 强伸 性 能和撕 裂 的变化 ．
在相 同配方 中 ，改 变 白炭黑 的填 充量 ，相应
性体 主要物理机 械性 能的影 响。通过 ６组配 方试验后测 得 ， 在天然 橡胶 中直接加 入 白炭 黑而不 用硅 烷偶联 剂， 会使弹性体的主要物理机械性能下降 ， 白炭黑填充 量越 多 ， 对弹性体物理机 械性 能的影 响程度就越大。
关键词 ：天然橡胶 ；Ｓ Ｂ 撑 Ｒ ３ 标准物质 ；炭黑 ；白炭黑 ；物理机械性能
从图9图10可见白炭黑的加入并未降低胶料的tg图9曰弹性与白炭黑填充量的变化图图10tg6与白炭黑填充量的关系图结论本文在天然橡胶中将白炭黑以不同的比例替代n330炭黑后在不用硅烷偶联剂的条件下探讨硫化胶的物理机械性能的变化在同一配方中只改变炭黑和白炭黑的填充量时拉伸强度300定伸应力撕裂强度都将随白炭黑填充量的增加而下降扯断伸长率则增长
１ 前
言
表面 ， 这类反应要在密炼机中完成 ，使 白炭黑在 胶料中易于分散 ；第二步反应要在轮胎硫化时发 生 ，这时有机硅烷粘 附于聚合物表面 ，偶联剂中
的硫化 物官 能 团在 填充 剂一 聚 合 物之 间产 生 化学
自 １１ 从 ９２年发现炭黑对橡胶有补强作用后 ，
近 百年来 炭 黑在轮 胎 补强 性 填料 中一 直 占据 主导 地 位 。过去 白炭黑 在 轮胎 中主要 用 于子 午胎 带 束
键和网状结构 ，白炭黑产生补强性。但硅烷偶联 剂的加入增大了生产 的成本 ，从而限制 了白炭黑 在橡胶中的大量使用 。 在研究 白炭黑的直用时 ，为 了提高 白炭黑在 胶料中的分散性 ，可在炭黑 的生产线上将 白炭黑 的水混合物喷入 ，得 到与炭黑 良好混合 的粉体。
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高分散性白炭黑与“绿色轮胎”
自20世纪90年代，米其林公司使用罗地亚公司的专利产品——高分散性白
炭黑，推出了高性能的“绿色轮胎”后，“绿色轮胎”以其舒适安全、环保节能的
特点，逐渐被大众接受。据统计，最近几年，使用高分散性白炭黑的“绿色轮胎”
保持着10%～20%的年增长率，而且越来越多的原配胎指标中开始指定添加白炭
黑。
影响轮胎滚动阻力的因素
轮胎的滚动阻力占轿车前进阻力的18%～30%。国外资料显示，如果发动机的能量
消耗占整车能量消耗的40.6%，那么因滚动阻力而消耗的燃油大约占到14%～17%。
也就是说，若滚动阻力降低30%，则降低油耗约4.5%，最多可达6%。因此，有效
降低轮胎的滚动阻力，不仅可以节约燃油，对减少温室气体排放也会起到重要作
用。
粘弹性的帘线橡胶体引起的滞后作用是滚动损失最大的影响因素，占总损耗的85%
～95%。因此，改善轮胎材料的粘弹性是降低滚动阻力的有效途径。此外，轮胎在
地面滑动引起的损耗、轮胎与空气的摩擦损耗以及轮胎胎面花纹的设计也会消耗一
定能量。
大量研究表明，当轮胎胎面使用白炭黑作为填料后，轮胎的滚动阻力可以得到有效
降低。
罗地亚高分散性白炭黑
在大多数情况下，沉淀法白炭黑(二氧化硅)是由硅酸钠溶液和硫酸溶液中和反应生
产的。它具有丰富的特性，可以用于许多不同的领域，在橡胶中可起到优良的补强
作用，特别是应用于一些浅色橡胶配方中，可使产品具有良好的机械性能。
根据不同应用领域的需求，白炭黑可以被制成许多不同的形状：粒状、微珠状或粉
末状。微珠状白炭黑（Mircopearl）是罗地亚公司生产的一种独特的白炭黑，兼有
高流动性和在橡胶基体中高分散性的特点，被广泛用于欧洲和北美的轮胎工业。
在橡胶工业领域，分散性高低是评价白炭黑的重要指标之一。如果采用超声波对白
炭黑颗粒进行处理，从处理后得到的激光粒径分布图（见图1）可以清楚地看出：
与有着相同物化性质(比表面积、pH值、水份等) 的普通沉淀法白炭黑相比，高分
散性白炭黑（Zeosil 1165MP）最终粒径更小，而且还有较小的平均粒径D50值
(2.5μm相对于9～10μm)，多数粒子粒径小于1μm，很少有超过20μm的粒子，
而普通白炭黑则正好相反。
图1 高分散性白炭黑和普通白炭黑的粒径分布图（经超声处理后）
高分散性白炭黑在轮胎中的作用
1.吸附作用
白炭黑在橡胶中会有一种附加的吸附，首先是白炭黑表面羟基的吸附作用，另外是
小孔隙引起的对小分子助剂的吸附。这两种作用(化学作用与物理作用)结合在一
起，减少了橡胶基体中促进剂的活性浓度，从而降低了硫化速度和橡胶网络的交联
度。因此，相对于炭黑配方，白炭黑配方中需要在基本配方的基础上增加硬脂酸和
促进剂。如果不需要高的补强性和较低的门尼粘度，上述调整即可达到良好的硫化
特性，而在物理性能方面，扯断伸长率和抗撕裂性变好。若要达到更优异的补强性
和优化所有性能，则需在配方中增加一定量的偶联剂，因为它可以使弹性体和白炭
黑分子间真正形成牢固的结合，同时由于填料和橡胶间没有了相对滑移，可以获得
较低的滞后性能。
研究发现，使用白炭黑取代炭黑，可以有效降低胶料的潘恩效应以及高温下损耗角
正切tanδ，进而改善轮胎的滚动阻力。而使用全白炭黑的胎面胶料，可降低20%
的滚动阻力及约50%的胎面滞后性能，从而节约3%以上的燃油。
2.高分散性
白炭黑的结构特点决定了其分散性。在轮胎胎面胶配方中，普通白炭黑由于分散性
的限制，使用比例很难超过50%（白炭黑/填料），而且耐磨性相对炭黑有所下
降，这就限制了轮胎性能的进一步提高。
罗地亚专利技术的高分散性白炭黑系列产品的推出，使得用白炭黑制造高性能轮胎
成为了可能。通过添加高比例白炭黑（>50%），轮胎的各项性能都有显著的提高。
特别是在轮胎的主要参数，如耐磨耗性、湿牵引力和滚动阻力的平衡性方面取得了
重大突破。对于耐磨耗性和湿牵引力的改善，一方面是由于填料的高分散性使橡胶
基体获得更好的补强效果，另一方面由于特殊聚合体（常用溶聚丁苯橡胶）和白炭
黑/偶联剂体系的应用提高了低温下的tanδ。
通过三个胶料试验，我们比较了炭黑、普通白炭黑和高分散性白炭黑在轮胎中的表
现。与炭黑相比，虽然普通白炭黑在抗湿滑性和滚动阻力方面有了很大提高，但是
其加工性和磨耗性能明显下降。而高分散性白炭黑的引入，不仅保持了白炭黑优异
的滚动阻力和抗湿滑性，而且改善了白炭黑胶料的磨耗和加工性能，达到或接近炭
黑的水平，进一步提高了轮胎的综合性能。
应用范围进一步扩展
除了高性能轮胎，高分散性白炭黑的应用领域也扩展到其他类型的轮胎，如雪地轮
胎。目前，全球轮胎厂商已经普遍使用了白炭黑，冬季轮胎中至少2/3的填料是沉
淀法白炭黑，使用沉淀法白炭黑可使轮胎获得非常高的雪地牵引力。
研究轮胎在湿地、雪地和冰上的牵引力，常用的表征是低温下的粘弹性。在这方
面，白炭黑与炭黑之间的粘弹性确实存在着巨大的差异：使用高分散性白炭黑可以
获得更好的抓地力，这可从tanδ最大值的升高得到确证，也可从橡胶的刚性对温
度的关系方面得到证实；用高分散白炭黑可以在更宽的温度范围内获得稳定的动态
模量和粘性模量；并且，在-20℃下的损耗柔量，沉淀法白炭黑胶料也比炭黑胶料
有显著的改善。
雪地轮胎对耐磨性要求不高，因此可以考虑使用较低比表面积的高分散白炭黑
（Zeosil 115），因为这样可获得较好的胶料混炼和挤出性能，这得益于白炭黑的
高分散性和较低的胶料粘度。而且，由于低比表面积可得到相对低的胶料门尼粘
度，我们可以向配方中添加更高分数的白炭黑来获得更好的动态性能。(end)