张立群教授、郭宝春教授 Macromolecules：探寻橡胶材料的绿色可持续发展路径

引言：橡胶材料具有独特的高弹性，是一种不可取代的重要战略资源，被广泛应用于轮胎、输送带等领域。然而，橡胶工业严重依赖于化石资源，包括合成橡胶材料、补强填料等，是碳排放大户。随着绿色低碳发展成为全球趋势，充分利用可再生资源、减少对不可再生的化石资源的依赖、加大可回收材料的使用，对促进全球经济的绿色低碳、可持续发展意义重大。

2025年6月4日，张立群教授受邀在高分子科学权威期刊《Macromolecules》上以“Significant Trends in Rubber Research Driven by Environment, Resource, and Sustainability”为题发表观点(Perspective)文章。该文章聚焦于橡胶材料全生命周期的绿色化和可持续化，对橡胶生胶、补强填料、橡胶助剂、以及废旧橡胶回收等关键领域的发展现状进行了系统梳理与全面总结，并深刻剖析了当前所面临的突出问题与严峻挑战。华南理工大学材料科学与工程学院张刚刚副教授为该论文的第一作者，张立群教授和华南理工大学材料科学与工程学院郭宝春教授为该论文的通讯作者。

从橡胶生胶、补强填料、橡胶助剂、以及橡胶回收等关键领域的总结和展望

针对橡胶工业未来发展的问题与挑战，文章针对性地提出了以下展望：

（1）橡胶生胶：天然橡胶是负碳生物基材料，该领域的研究趋势包括寻找高品质（高性价比）的替代物和天然橡胶的绿色加工。例如，通过三叶橡胶树的基因改良、寻找第二天然橡胶（蒲公英橡胶、银胶菊等）、从异戊橡胶出发合成仿生天然橡胶等丰富天然橡胶的来源。对于生物基合成橡胶而言，低成本大宗生物基单体的制备，是限制其取得突破的关键。如何通过大分子结构设计，定制化制备高性能、低成本的生物基橡胶，是当下研究的关键。同时，如何实现合成橡胶的聚合过程、后处理过程等环节的绿色、低碳化，也是应当重点关注的方向。

（2）补强填料：针对当前已实现商业化的稻壳白炭黑，如何实现高纯度二氧化硅的绿色、高效且高产量提取，是当前该领域面临的重要挑战。同时，生物质炭黑的开发应当成为重点关注的方向，如何实现生物质炭黑纳米颗粒的低成本、高效制备，并使其具备可与传统炭黑相媲美的补强性能，是亟待攻克的关键科学问题。生物质来源的纳米微晶纤维素、木质素、甲壳素等，作为潜在的橡胶补强填料，展现出广阔的应用前景。然而，如何利用传统的加工手段，实现这些生物质填料在橡胶基体中的有效分散，以及构建良好的橡胶-填料相互作用，是当前所面临的关键挑战。

（3）橡胶助剂：生物基、绿色环保助剂的开发，如增塑剂、防老剂等，一直是橡胶工业关注的方向。文章指出，生物基植物油、液体橡胶等作为橡胶增塑剂的应用与开发，具有重要的研究价值和广阔的应用前景。此外，鉴于当前防老剂6PPD存在显著的生物毒性问题，迫切需要开发出具有优异抗臭氧老化性能的环保型防老剂。

（4）废旧橡胶回收：目前，废旧橡胶再生过程无法选择性地断开交联键，从而不可避免橡胶主链的降解，造成再生橡胶性能“降级”。因此，亟待突破现有的废橡胶再生理论和技术瓶颈，研发出“靶向”再生剂，实现再生橡胶的高线性化和高分子量。针对当前备受关注的废旧橡胶热裂解技术，文章明确指出，热裂解（再生）炭黑的升级处理以及热裂解油的高值化利用是当前该领域亟待突破的核心问题。此外，文章还指出，开发新型绿色交联方法是从根源上解决废旧橡胶污染问题的有效途径之一。例如，基于动态共价键，设计制备具有可重复加工性能的新一代热塑性硫化胶，为解决废旧橡胶回收提供了新的思路。

该项工作得到了国家自然科学基金项目（51988102, 52130305, 52473094）的支持。同时，在论文的撰写过程中，衷心感谢北京化工大学张继川教授、王润国教授，南京绿金人橡塑高科有限公司史金炜博士，华南理工大学王朝教授、吴思武副教授、余双舰博士，以及大连化物所胡雁鸣研究员等多位专家的鼎力支持与悉心指导。

更多图文介绍

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.macromol.5c00494

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