聚多巴胺原位生长二氧化钛/二氧化硅复合天然橡胶的紫外屏蔽性能强化研究

为解决纳米TiO2/SiO2与天然橡胶（NR）相容性差及光催化活性导致的紫外防护难题，研究人员通过聚多巴胺（PDA）仿生修饰NR表面，原位生长无机壳层（NR-PDA-TiO2-SiO2）。该复合材料拉伸强度达9.78 MPa（较NR提升1.2倍），紫外辐照后强度保留率96.15%（较未改性NR高2.4倍），为延长橡胶制品寿命及拓展NR在紫外屏蔽材料中的应用提供了新策略。

　　

在户外用品、汽车配件等领域，天然橡胶（NR）因易受紫外线（UV）老化而寿命骤减。传统解决方案如添加纳米二氧化钛（nano-TiO₂）虽能增强UV屏蔽，但其光催化活性会加速NR降解，且与NR基体的相容性差导致分散不均。如何兼顾UV防护与材料稳定性，成为橡胶工业的卡脖子问题。

中国某研究团队在《Green Materials》发表论文，创新性地引入仿生材料聚多巴胺（PDA）作为“分子桥梁”。PDA不仅通过自由基捕获功能保护NR，其表面丰富的活性基团还为无机纳米颗粒原位生长提供锚定位点。研究人员先在NR表面构建PDA涂层（NR-PDA），再于酸性介质中诱导nano-TiO₂和SiO₂在PDA上定向生长，形成致密无机壳层。关键技术包括：PDA仿生涂覆（pH 8.5氧化自聚合）、酸性溶胶-凝胶法原位生长纳米颗粒（pH 2.0）、力学性能测试（ASTM D412标准）及UV加速老化实验（QUV/spray设备）。

材料表征与性能分析
通过FTIR和XPS证实PDA成功接枝到NR分子链，SEM显示TiO₂-SiO₂壳层均匀包覆（厚度约120 nm）。TGA表明复合材料热稳定性提升，800°C残炭率提高37%。

机械性能强化机制
动态力学分析（DMA）揭示PDA的增韧作用：其粘弹性使复合材料储能模量提升2.1倍，而TiO₂-SiO₂壳层通过应力传递效应将拉伸强度提升至9.78 MPa，断裂伸长率保持380%以上。

紫外屏蔽效能
UV-Vis光谱显示复合材料对280-400 nm紫外线屏蔽率达99.2%，归因于PDA的广谱吸收与纳米颗粒的散射协同效应。自由基清除实验证实PDA使·OH浓度降低82%，显著抑制光氧化反应。

该研究突破性地将仿生化学与纳米复合技术结合，首创“有机-无机协同装甲”结构。NR-PDA-TiO₂-SiO₂的紫外耐久性达ASTM G154标准最高等级，其设计理念可延伸至其他高分子抗老化领域。论文同时指出，未来需优化纳米颗粒粒径分布以进一步提升透光性，为开发透明UV防护涂层指明方向。