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  一般來(lái)說(shuō)，商用橡膠要獲得具有高力學(xué)性能主要取決于兩個(gè)方面：完善的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與高效的填料增強(qiáng)體系。但是目前的橡膠再生利用技術(shù)很難避開(kāi)這兩個(gè)問(wèn)題。例如，解交聯(lián)難以避免橡膠分子鏈的斷鏈從而造成再生膠的性能下降；而高效填料由于包埋在橡膠基體中而難以被清除，使得含有填料的再生膠應(yīng)用受到限制。如何在制備高性能橡膠復(fù)合材料的同時(shí)使其橡膠基體易于回收再利用是一大難題。

  為了提高橡膠的機(jī)械性能，徐傳輝副研究員團(tuán)隊(duì)采用羧甲基殼聚糖（CMCS）溶液與羧基丁苯橡膠（XSBR）膠乳共混制膜，獲得了高強(qiáng)度的橡膠膜材料。CMCS分子鏈上具有大量羧基、羥基和氨基等極性親水基團(tuán)，能夠和XSBR分子鏈上的羧基形成強(qiáng)烈的氫鍵作用。在材料制備過(guò)程中，水分的蒸發(fā)混合液粘度不斷增大，持續(xù)的攪拌阻礙了CMCS在體系中的聚集和沉淀，并最終在橡膠基體中再生并演變得到納米毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)。由于CMCS分子鏈節(jié)相對(duì)于XSBR分子鏈剛性較大，因此再生納米毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)在橡膠集體中形成類(lèi)似“鋼筋混凝土增強(qiáng)”的結(jié)構(gòu)，復(fù)合材料的最大應(yīng)力達(dá)到9.6Mpa(純XSBR為2.75MPa)。

圖1. (a)XSBR/CMCS復(fù)合膜制備示意圖，(b) XSBR/CMCS膜實(shí)物圖，(c) TEM圖：再生CMCS在SXBR基體中的結(jié)構(gòu)演變

  由于CMCS是水溶性的，且XSBR/CMCS膜是由CMCS納米毛細(xì)管網(wǎng)絡(luò)與XSBR分子鏈通過(guò)氫鍵作用交聯(lián)獲得，不存在不可逆的化學(xué)鍵交聯(lián)，因此，XSBR/CMCS膜置于去離子水中浸泡可以完全除去橡膠基體中的CMCS，回收后的XSBR經(jīng)重新壓片后的力學(xué)性能與純XSBR基本相當(dāng)，這為發(fā)展環(huán)境友好型橡膠復(fù)合材料提供了新思路。

圖2. (a) 試樣在40℃下浸泡在水中的質(zhì)量損失，(b) 5wt％CMCS試樣浸泡在水中7天的照片，(c)20wt％CMCS試樣浸泡在水中7天的照片，(d)純XSBR和再生XSBR試樣的FTIR光譜，(e)純XSBR和再生XSBR的應(yīng)力-應(yīng)變曲線，(f)再生XSBR薄膜的照片

  在對(duì)XSBR/CMCS膜的性能探究的過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)該材料具有優(yōu)異的形狀記憶功能，經(jīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得知膜材料的形狀記憶觸發(fā)溫度范圍在10~15℃之間，此溫度范圍內(nèi)的形狀記憶行為非常適合于設(shè)計(jì)用于人體的智能醫(yī)療裝置，例如用于急診骨折的創(chuàng)可貼：當(dāng)室溫低于10℃時(shí)，橡膠膜空氣一側(cè)為堅(jiān)硬塑料固定形狀，而橡膠膜接觸皮膚的一側(cè)（人體溫度為37℃左右）形狀回復(fù)為柔軟橡膠彈性體緩沖骨折部位。這種橡膠復(fù)合膜在智能醫(yī)療設(shè)備和智能響應(yīng)開(kāi)關(guān)等相關(guān)方面具有較大應(yīng)用潛力。

圖3. a)XSBR/CMCS膜儲(chǔ)能模量(E'')與溫度的關(guān)系，(b)XSBR/CMCS膜的形狀固定率和形狀恢復(fù)率，(c)試樣100％固定的最高溫度，(d) 20wt％CMCS膜的“V”形試樣的形狀恢復(fù)照片，(e)應(yīng)急骨折的創(chuàng)可貼的示意圖，(f)應(yīng)急骨折的“創(chuàng)可貼”的應(yīng)用示意照片

  以上相關(guān)成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A, 2019, DOI: 10.1039/C9TA01266D上。論文的第一作者為廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院碩士生吳文超，通訊作者為徐傳輝副研究員。

  論文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/ta/c9ta01266d#!divAbstract