天然橡膠是用量最大的通用橡膠，經(jīng)硫磺硫化后，其生膠原有的線型大分子轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆浠瘜W交聯(lián)的三維網(wǎng)絡結構，所得硫化橡膠性能優(yōu)異，在人們的日常生活與生產(chǎn)活動中應用廣泛。然而，硫化天然橡膠制品在使用壽命結束后，由于三維交聯(lián)結構的存在，無法像熱塑性高分子材料那樣進行回收利用，因而造成嚴重的環(huán)境污染。
事實上，硫化天然橡膠中的由單硫鍵（C-S-C）、二硫鍵（C-S2-C）和多硫鍵（C-Sx-C, x > 2）構成，只要設法激發(fā)硫化橡膠內(nèi)二硫鍵的動態(tài)可逆交換反應，即可使得硫交聯(lián)網(wǎng)絡結構實現(xiàn)動態(tài)重組，進而賦予硫化天然橡膠自修復與固相回收性能。
基于這一設想，中山大學章明秋教授課題組通過硫化時混入的甲基丙烯酸銅催化劑，成功觸發(fā)了硫化天然橡膠二硫鍵的動態(tài)交換。他們發(fā)現(xiàn)在一定溫度下（如120oC）進行熱處理，可在硫化天然橡膠斷面間重新形成共價鍵合，恢復材料的力學性能，該自修復過程還能重復多次進行。基于同樣原理，含甲基丙烯酸銅催化劑的硫化天然橡膠在經(jīng)過粉碎和模壓等工序后，還可進行再次回收利用，再生膠的力學強度接近原始材料；該回收再加工不涉及分子鏈裂解，全過程均在固相中進行，且能重復多次，具有簡單、環(huán)境友好的特性。
（硫交聯(lián)網(wǎng)絡中雙硫鍵交換反應示意圖）
這一研究工作最近在線發(fā)表在高分子學報(DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2017.17016）上，向洪平博士生是該論文的第一作者，章明秋教授和容敏智教授為通訊作者。相關技術已經(jīng)申請中國發(fā)明專利授權（申請?zhí)枺?01510025218.7）。該項工作得到國家自然科學基金（51333008, 51673219）的資助。
參考文獻
Hong-ping Xiang, Min-zhi Rong, Ming-qiu Zhang. Intrinsic Self-healing and Solid-state Recycling of Vulcanized Natural Rubber. Acta Polymerica Sinica, 2017, (7): 1130 - 1140
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DOI: 10.11777/j.issn1000-3304.2017.17016
