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  目前，我國大約60%的電力供應依靠燃煤電廠，根據規劃，至2030年，燃煤電廠提供的電力依然占到電力結構的47%左右。煤炭的廣泛使用產生了每年數以億噸的粉煤灰（fly ash，FA），粉煤灰的堆放占用了大量寶貴的土地資源，并且在風力作用下容易產生嚴重的環境污染，與我國提倡的可持續發展和“綠水青山就是金山銀山”的國家戰略嚴重沖突。因此，如何提高粉煤灰在聚合物中的高附加值應用成了近二三十年來人們關注的重點。在前人的研究中，主要通過偶聯劑改性粉煤灰來補強橡膠復合材料。但是由于粉煤灰的表面硅羥基極少，偶聯劑改性效果不佳，導致橡膠/粉煤灰復合材料的性能非常差，粉煤灰只能作為一種非補強型填料來填充橡膠，嚴重限制了粉煤灰在高性能橡膠復合材料中的應用。

  近日，東莞理工學院生態環境與建筑工程學院楊樹顏老師課題組通過分析粉煤灰的主要成分，提出了“原位接枝-中和”反應來制備高性能橡膠/粉煤灰復合材料。該課題組通過在羧基丁腈橡膠（XNBR）中加入粉煤灰，在硫化過程中利用羧基與粉煤灰的金屬氧化物組分發生中和反應，從而大大提高粉煤灰與橡膠分子鏈的作用，制備出來的XNBR/FA復合材料的拉伸強度比純XNBR樣品提高了44%（Yang, S., P. Liang, K. Hua, X. Peng, Y. Zhou, and Z. Cai, Preparation of carboxylated nitrile butadiene rubber/fly ash composites by in-situ carboxylate reaction. Composites Science and Technology, 2018, 167:294-300.）。

  在此工作的理論基礎上，在非極性橡膠丁苯橡膠（SBR）中加入山梨酸（sorbic acid，SA）作為改性劑，利用過氧化二異丙苯（DCP）作為接枝引發劑，通過“原位接枝-中和”反應，山梨酸類似于橋聯作用，如圖1所示，大幅度提高SBR分子鏈與粉煤灰粒子的界面作用，從而有利于橡膠基體在受到外力作用時能夠使應力從分子鏈有效傳遞到粉煤灰粒子中，分散了應力集中， SBR/SA/FA復合材料的拉伸強度比沒有改性的SBR/FA復合材料提高了215%，而扯斷伸長率也有了明顯的提高。根據實驗結果，進而提出了FA補強SBR復合材料的補強機理（如圖1），為粉煤灰在高分子復合材料中的廣泛應用提供理論支持。

  該研究成果發表在近期的Chemical Engineering Journal上（Yang, S., P. Liang, X. Peng, Y. Zhou, K. Hua, W. Wu, and Z. Cai, Improvement in mechanical properties of SBR/Fly ash composites by in-situ grafting-neutralization reaction. Chemical Engineering Journal, 2018, 354:849-855.）。該工作得到了國家自然科學基金的支持（51303026）。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894718315869