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  目前，我國(guó)大約60%的電力供應(yīng)依靠燃煤電廠，根據(jù)規(guī)劃，至2030年，燃煤電廠提供的電力依然占到電力結(jié)構(gòu)的47%左右。煤炭的廣泛使用產(chǎn)生了每年數(shù)以億噸的粉煤灰（fly ash，F(xiàn)A），粉煤灰的堆放占用了大量寶貴的土地資源，并且在風(fēng)力作用下容易產(chǎn)生嚴(yán)重的環(huán)境污染，與我國(guó)提倡的可持續(xù)發(fā)展和“綠水青山就是金山銀山”的國(guó)家戰(zhàn)略嚴(yán)重沖突。因此，如何提高粉煤灰在聚合物中的高附加值應(yīng)用成了近二三十年來人們關(guān)注的重點(diǎn)。在前人的研究中，主要通過偶聯(lián)劑改性粉煤灰來補(bǔ)強(qiáng)橡膠復(fù)合材料。但是由于粉煤灰的表面硅羥基極少，偶聯(lián)劑改性效果不佳，導(dǎo)致橡膠/粉煤灰復(fù)合材料的性能非常差，粉煤灰只能作為一種非補(bǔ)強(qiáng)型填料來填充橡膠，嚴(yán)重限制了粉煤灰在高性能橡膠復(fù)合材料中的應(yīng)用。

  近日，東莞理工學(xué)院生態(tài)環(huán)境與建筑工程學(xué)院楊樹顏老師課題組通過分析粉煤灰的主要成分，提出了“原位接枝-中和”反應(yīng)來制備高性能橡膠/粉煤灰復(fù)合材料。該課題組通過在羧基丁腈橡膠（XNBR）中加入粉煤灰，在硫化過程中利用羧基與粉煤灰的金屬氧化物組分發(fā)生中和反應(yīng)，從而大大提高粉煤灰與橡膠分子鏈的作用，制備出來的XNBR/FA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比純XNBR樣品提高了44%（Yang, S., P. Liang, K. Hua, X. Peng, Y. Zhou, and Z. Cai, Preparation of carboxylated nitrile butadiene rubber/fly ash composites by in-situ carboxylate reaction. Composites Science and Technology, 2018, 167:294-300.）。

  在此工作的理論基礎(chǔ)上，在非極性橡膠丁苯橡膠（SBR）中加入山梨酸（sorbic acid，SA）作為改性劑，利用過氧化二異丙苯（DCP）作為接枝引發(fā)劑，通過“原位接枝-中和”反應(yīng)，山梨酸類似于橋聯(lián)作用，如圖1所示，大幅度提高SBR分子鏈與粉煤灰粒子的界面作用，從而有利于橡膠基體在受到外力作用時(shí)能夠使應(yīng)力從分子鏈有效傳遞到粉煤灰粒子中，分散了應(yīng)力集中， SBR/SA/FA復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度比沒有改性的SBR/FA復(fù)合材料提高了215%，而扯斷伸長(zhǎng)率也有了明顯的提高。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而提出了FA補(bǔ)強(qiáng)SBR復(fù)合材料的補(bǔ)強(qiáng)機(jī)理（如圖1），為粉煤灰在高分子復(fù)合材料中的廣泛應(yīng)用提供理論支持。

  該研究成果發(fā)表在近期的Chemical Engineering Journal上（Yang, S., P. Liang, X. Peng, Y. Zhou, K. Hua, W. Wu, and Z. Cai, Improvement in mechanical properties of SBR/Fly ash composites by in-situ grafting-neutralization reaction. Chemical Engineering Journal, 2018, 354:849-855.）。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持（51303026）。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894718315869