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  一般來說，商用橡膠要獲得具有高力學性能主要取決于兩個方面：完善的交聯(lián)網絡與高效的填料增強體系。但是目前的橡膠再生利用技術很難避開這兩個問題。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用受到限制。如何在制備高性能橡膠復合材料的同時使其橡膠基體易于回收再利用是一大難題。

  為了提高橡膠的機械性能，徐傳輝副研究員團隊采用羧甲基殼聚糖（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，能夠和XSBR分子鏈上的羧基形成強烈的氫鍵作用。在材料制備過程中，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管網絡。由于CMCS分子鏈節(jié)相對于XSBR分子鏈剛性較大，因此再生納米毛細管網絡在橡膠集體中形成類似“鋼筋混凝土增強”的結構，復合材料的最大應力達到9.6Mpa(純XSBR為2.75MPa)。

圖1. (a)XSBR/CMCS復合膜制備示意圖，(b) XSBR/CMCS膜實物圖，(c) TEM圖：再生CMCS在SXBR基體中的結構演變

  由于CMCS是水溶性的，且XSBR/CMCS膜是由CMCS納米毛細管網絡與XSBR分子鏈通過氫鍵作用交聯(lián)獲得，不存在不可逆的化學鍵交聯(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經重新壓片后的力學性能與純XSBR基本相當，這為發(fā)展環(huán)境友好型橡膠復合材料提供了新思路。

圖2. (a) 試樣在40℃下浸泡在水中的質量損失，(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的應力-應變曲線，(f)再生XSBR薄膜的照片

  在對XSBR/CMCS膜的性能探究的過程中，研究團隊還發(fā)現(xiàn)該材料具有優(yōu)異的形狀記憶功能，經試驗數據得知膜材料的形狀記憶觸發(fā)溫度范圍在10~15℃之間，此溫度范圍內的形狀記憶行為非常適合于設計用于人體的智能醫(yī)療裝置，例如用于急診骨折的創(chuàng)可貼：當室溫低于10℃時，橡膠膜空氣一側為堅硬塑料固定形狀，而橡膠膜接觸皮膚的一側（人體溫度為37℃左右）形狀回復為柔軟橡膠彈性體緩沖骨折部位。這種橡膠復合膜在智能醫(yī)療設備和智能響應開關等相關方面具有較大應用潛力。

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

  以上相關成果發(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化學化工學院碩士生吳文超，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