天然橡胶非橡胶组分赋予的独特UV-热氧抗老化特性及其仿生应用研究

为解决二烯橡胶(如NR和PI)因不饱和结构易老化的问题，研究人员通过分析非橡胶组分(NRCs)对天然橡胶(NR)UV-热氧抗老化性能的影响机制，发现NRCs通过调控交联键类型、抑制网络降解及清除自由基等途径显著提升NR的抗老化性能，并成功在合成橡胶中复现该特性。该研究为设计绿色耐老化仿生橡胶提供了新策略。

　　

二烯橡胶如天然橡胶(NR)和合成聚异戊二烯(PI)因其优异的机械性能和高弹性被广泛应用于轮胎、输送带等领域，但其不饱和结构在复杂环境(热、氧、紫外线等)下易发生老化，导致性能劣化。尽管NR与PI分子链结构相似，NR却展现出显著优于PI的抗老化性能，这一现象长期困扰学术界。传统解决方案依赖添加合成抗氧化剂，但存在迁移失效和环境污染问题。中国海南橡胶产业集团等机构的研究团队通过系统研究NR中非橡胶组分(NRCs)的作用机制，揭示了NRCs赋予NR卓越抗老化性能的分子原理，并开发出绿色仿生改良策略。

研究采用离心分离法制备不同NRCs含量的NR样品(CNR-1、CNR-2)，通过FTIR、XPS、EPR等技术分析分子链氧化、交联网络演变及自由基动力学。机械性能测试、SEM形貌观察和热分析(DSC/TGA)定量评估老化程度，并通过向PI中添加丙酮提取物(AE)及其关键组分α-生育酚进行功能验证。

【研究结果】

1. UV-热氧老化效应：NR在48小时老化后拉伸强度保留率达83.6%，显著高于PI。去除NRCs后，CNR-2样品机械性能保留率下降4.68倍，表面裂纹更显著。
2. 分子链变化：FTIR显示NRCs抑制C=C断裂和含氧基团(1710 cm^-1羰基)形成，XPS证实O/C比增幅降低。
3. 交联网络稳定性：XPS硫谱分析表明NRCs延缓S-S/S_x-S_y键断裂，交联密度测试显示CNR-2降解速率达FNR的11倍。
4. 抗氧化机制：EPR证实NRCs含-OH/-NH₂等自由基捕获基团，使FNR自由基浓度仅为CNR-2的1/4。
5. 仿生验证：添加1.0phr AE使PI机械性能保留率提升2.3倍，其中α-生育酚将48小时老化后拉伸强度保留率从45.77%提升至69.89%。

该研究首次阐明NRCs通过三重协同机制(调控交联键类型、稳定网络结构、清除自由基)增强NR抗老化性能，并创新性地利用天然抗氧化剂α-生育酚实现合成橡胶的性能仿生改良。发表于《Industrial Crops and Products》的这项成果，不仅为理解天然高分子材料的结构-性能关系提供新视角，更为开发无迁移、生物相容的绿色抗老化剂开辟了道路，对延长橡胶制品寿命和减少环境负荷具有重要实践意义。