原位交联木质素添加剂在轮胎橡胶中的应用：减少微塑料污染的创新策略

研究人员针对轮胎磨损颗粒(TWPs)导致的微塑料污染问题，创新性地将木质素与六亚甲基四胺(HMTA)原位交联作为橡胶添加剂。该研究通过提升橡胶复合材料的交联密度(达5.54×10?4 mol/cm3)，使抗磨损性能提高7.7%，为下一代环保轮胎开发提供了可持续解决方案。

　　

随着电动汽车的快速普及，一个意想不到的环境问题正在凸显——这些"环保"车辆因其电池组重量比传统内燃机汽车重20-30%，反而产生了更多轮胎磨损颗粒(TWPs)。这些直径小于5毫米的微塑料每年在欧美排放量达百万吨级，不仅通过风雨进入水体威胁水生生物，其中含有的抗氧化剂、硫化剂等化学物质更被证实与鲑鱼洄游死亡率(40-90%)直接相关。

为解决这一矛盾性难题，来自韩国的研究团队在《Materials Chemistry and Physics: Sustainability and Energy》发表创新成果。他们突破传统木质素改性技术的复杂性，首次采用原位交联策略将木质素/HMTA(3:1)体系直接引入天然橡胶(NR)，通过酚羟基与胺类的高温反应构建三维网络。研究采用流变分析、溶胀测试等关键技术，系统评估了复合材料在交联密度(提升43.5%)、热稳定性(老化后强度损失降低至21%)等关键指标的表现。

【材料表征与反应机制】

通过FT-IR证实了木质素C₅位点与HMTA形成C-N键(1234cm^-1特征峰)，DSC检测到170°C放热峰确认交联反应。SEM显示3phr木质素样品中填料分散均匀，而高含量(15phr)时出现23μm团聚体。

【流变与力学性能】

流变仪显示LigH3的△MH值达25.11dN·m，比纯NR高6%。溶胀实验测得最佳交联密度(5.54×10^-4mol/cm³)出现在3:1配比，此时溶解分数最低(4.41%)。拉伸测试表明该组300%模量达13.7MPa，老化后性能保持率提升27%。

【抗磨损性能】

Taber磨损测试(10,000次循环)表明LigH3的TWP生成量比对照组减少7.7%，SEM显示其磨损表面最平整。而高含量木质素组因团聚体脱落反而使TWP增加35.9%。

这项研究的重要意义在于：首次实现木质素在橡胶中的免预处理直接应用，通过精准控制交联网络将生物质废料转化为高性能添加剂。所开发的复合材料不仅满足轮胎力学要求，更开创性地将微塑料减排与生物质资源化利用相结合，为应对"电动车环保悖论"提供了关键技术路径。研究揭示的3:1最佳配比规律，为工业化应用提供了明确指导，推动橡胶工业向可持续发展迈出实质性一步。