《Polymer》：High-Damping and Reprocessable Reclaimed Rubbers: Enabled by Multilayer Lamination, Chemical Foaming and Dynamic Bonds
编辑推荐：
•通过多层复合和化学发泡技术，将废橡胶再生为高性能减震材料。•有效的减震温度范围为-60至80°C，最大损耗因子（tan δ）为1.06。•由于动态交联网络的作用，再生橡胶具有良好的固态可回收性。引言橡胶制品的广泛使用产生了大量废橡胶，这不仅对环境造成了持续的压力，还导致大量材料
- •
通过多层复合和化学发泡技术，将废橡胶再生为高性能减震材料。
- •
有效的减震温度范围为-60至80°C，最大损耗因子（tan δ）为1.06。
- •
由于动态交联网络的作用，再生橡胶具有良好的固态可回收性。
引言
橡胶制品的广泛使用产生了大量废橡胶，这不仅对环境造成了持续的压力，还导致大量材料和能源资源被浪费。传统的处理方法，如填埋和焚烧，不仅加剧了环境污染，也无法回收橡胶交联网络中蕴含的潜在价值[1]。尽管机械研磨、热解和脱硫等方法已经得到广泛应用，但这些方法往往会导致结构损伤、高能耗或交联网络的不完全重构，从而难以恢复橡胶原有的高性能[1]。
硫化橡胶具有本征的粘弹性，因此非常适合用于减震和降噪[2][3]。然而，回收过程对交联网络的破坏通常会降低界面兼容性和能量耗散能力，使得废橡胶主要被用作低价值填充剂或建筑骨料[4]。传统的混合策略在恢复其减震性能方面效果有限。具体来说，较差的相容性和不均匀的微观结构限制了应力传递，从而影响了分子松弛和能量耗散的有效温度范围[5]。
为了提高橡胶的减震性能，人们开发了多种方法，包括使用功能性填料、受阻酚类化合物、互穿聚合物网络（IPNs）、复合混炼、动态可逆共价相互作用、动态非共价相互作用、自由层和受限层减震结构、金属基复合材料、压电材料、形状记忆合金、电致流变流体以及磁致伸缩材料[6][7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20]。尽管这些方法取得了进展，但大多数策略仍然依赖于在相对均匀的相内进行成分或分子级别的修改。这种均匀性使得难以独立调节不同的松弛过程及其对应的温度范围，从而形成了一个不可避免的权衡：提高最大损耗因子（tanδ）通常会缩小有效减震温度范围，反之亦然。这一根本性限制凸显了亟需开发能够在宽温度范围内协调多种松弛模式的结构设计策略。
多层复合技术为解决这一权衡提供了有希望的途径。通过空间分离具有不同松弛特性的相，并引入界面约束和受限层减震效应，多层结构可以通过界面摩擦、受限变形和相特定的分段松弛产生额外的能量耗散途径[21][22]。先前的研究表明，在多层或梯度配置中结合不同玻璃化转变温度（Tg）的橡胶可以拓宽有效减震温度范围，同时保持较高的损耗因子[21][23]。在这些结构中加入发泡工艺，可以在连续橡胶相中形成微孔结构，通过可逆的细胞变形提供额外的能量耗散机制，并增加内部界面面积。然而，将这些结构概念应用于再生橡胶仍面临挑战，因为需要在不影响机械完整性的前提下同时协调界面摩擦、分段松弛和网络重排。
从材料设计的角度来看，异丁烯-异戊二烯橡胶（IIR）由于其受限的分段流动性而具有优异的减震性能，而天然橡胶（NR）则具有较高的机械强度和弹性[11][24]。这些互补的特性使得IIR和NR成为制造多功能减震材料的理想候选材料；然而，由于界面兼容性差，它们的直接混合受到严重限制，这阻碍了应力传递并抑制了协同减震效果[23][25]。交替的IIR/NR多层结构通过在空间上保持每种组分的独特松弛特性，提供了一种替代分子级混合的方法。这种结构使得两种橡胶的减震响应叠加，有望拓宽有效温度范围，同时保持结构的完整性。为了进一步增强能量耗散效果，引入了聚异丁烯（PIB）寡聚物作为额外的分子松弛成分，并利用动态氢键提供可逆的物理相互作用以实现机械能量耗散[26][27]。在本研究中，将发泡的IIR和NR组装成IIR/NR/IIR三明治结构，每种橡胶都形成一个连续相并贡献独特的松弛过程。这种多层结构结合了PIB介导的分子松弛和动态氢键相互作用，旨在同时提高最大损耗因子和有效减震温度范围。这项工作将建立一种结构-分子协同策略，通过多层复合、微孔约束和可逆分子相互作用来再生基于橡胶的减震材料，以实现宽温度范围内的减震效果、增强能量耗散和固态可再加工性。
章节摘要
材料
废异丁烯-异戊二烯橡胶粉末（100目，WIIRPs）和废天然橡胶粉末（100目，WNRP）由常州瑞邦材料有限公司（中国）提供。使用前，两种橡胶粉末均浸泡在丙酮中24小时以去除表面杂质，然后过滤并在60°C的真空烘箱中干燥24小时以去除残留水分。聚硫化物橡胶（PSR；商品名JLY-121）在25°C时的粘度约为1000 mPa·s，巯基（-SH）含量为6%
结构表征和交联行为
采用FTIR光谱技术验证再生橡胶的化学结构。如图2a所示，原始PSR中的特征S–H伸缩带在2560 cm-1处清晰可见，而在再生橡胶中几乎消失。同时，PSR的特征C–O–C振动在1367 cm-1处仍可检测到，证实了PSR来源的结构基团的保留。与NR相关的CH3弯曲振动也得到了保留。
结论
总之，这项研究表明，一种结构-分子协同方法能够有效地将废IIR和NR再生为具有极宽有效温度范围的高性能减震材料。IIR/NR/IIR多层结构空间分离了组成橡胶相的松弛过程，避免了传统混合方法中的平均效应，使得基于IIR的低温松弛和基于NR的
CRediT作者贡献声明
向宏萍： 撰写——审稿与编辑、监督、资源获取、概念构思。金浩： 撰写——初稿、方法论、实验研究、形式分析。黄俊杰： 撰写——初稿、方法论、实验研究、形式分析、数据整理、概念构思
未引用的参考文献
[31], [34], [39]。
支持信息
更多支持信息可在“支持信息”部分在线获取。
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
利益冲突声明
? 作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到了国家自然科学基金（项目编号：52273104）和广东省基础与应用基础研究基金（项目编号：2022A1515011972）的支持。
黄俊杰|金浩|向宏萍
