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 除了日常聽到的“白色污染”，此外還有“彩色污染”——廢棄紡織品污染，“黑色污染”——橡膠輪胎污染。每年，全世界產(chǎn)生約十幾億個(gè)廢舊輪胎，雖然橡膠輪胎非常耐用，但是一旦廢棄就無法生物降解。目前，只有40％的廢舊輪胎被回收成低附加值的產(chǎn)品；49％被焚燒，但是燃燒橡膠會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)，危害健康和安全；還有11％被填埋，然而填埋是不可持續(xù)的，因?yàn)槔盥駡?chǎng)已經(jīng)用完了，而且產(chǎn)生的滲濾液會(huì)對(duì)環(huán)境和土地造成嚴(yán)重污染。

雖然有40％的廢舊橡膠輪胎被回收利用了，但全世界的回收率仍然很低，因?yàn)榧庸U舊輪胎的成本高昂且能源消耗大。如今，廢舊輪胎處理已經(jīng)成為世界性難題。

氣凝膠的潛在市場(chǎng)巨大，到2022年，全球汽車隔熱和隔音解市場(chǎng)預(yù)計(jì)將達(dá)到32億美元；全球漏油管理市場(chǎng)研究小組資深成員Nhan Phan-Thien教授補(bǔ)充說：“到2025年，這一數(shù)字有望達(dá)到1827億美元。”

亮點(diǎn)

近期，受當(dāng)前潛在市場(chǎng)和環(huán)境問題的影響，新加坡國(guó)立大學(xué)Duong Hai-Minh副教授首次成功地將廢舊輪胎轉(zhuǎn)化為橡膠氣凝膠。將廢舊輪胎中的再生汽車輪胎纖維（RCTF）成功地制作為一種新型的橡膠氣凝膠，并全面研究了形態(tài)和性能，具有優(yōu)異的隔熱、隔音及吸油性能。同時(shí)，該橡膠氣凝膠制造過程簡(jiǎn)單，可以輕松擴(kuò)大規(guī)模以進(jìn)行批量生產(chǎn)。這些優(yōu)異的性能使該橡膠氣凝膠成為具有商業(yè)吸引力的產(chǎn)品，具有在高價(jià)值工程領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。

橡膠氣凝膠的制造

研究人員首先將原始RCTF制成更細(xì)的纖維；然后按RCTF（1.0μg）、PVA溶液（10μmL，0.05μg/ mL）、GA溶液（50μL，25％）和H2O（80μmL）的比例混合超聲；再將混合物在85°C的溫度下固化；最后通過冷凍干燥，得到橡膠氣凝膠。

該橡膠氣凝膠的制造過程簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)高效且環(huán)保，整個(gè)制作過程僅需12到13個(gè)小時(shí)，生產(chǎn)一張面積1m2，厚度1cm的橡膠氣凝膠只需不到50人民幣，可以輕松擴(kuò)大規(guī)模以進(jìn)行批量生產(chǎn)。

橡膠氣凝膠的形態(tài)和結(jié)構(gòu)

圖1顯示了來自廢棄輪胎的RCTF和所得的橡膠氣凝膠，可以看出制備的橡膠氣凝膠非常柔軟。圖1d的反應(yīng)機(jī)理顯示，在制備過程中添加的PVA使聚合物纖維的羥基與PVA鏈之間形成氫鍵；GA有助于在聚合物氧化物基團(tuán)和PVA鏈之間形成縮醛橋，進(jìn)一步增強(qiáng)橡膠氣凝膠的強(qiáng)度。

圖1. 橡膠氣凝膠的形態(tài)和制作機(jī)理

吸油性能

該橡膠氣凝膠具有低密度和高孔隙率的特性，這是由于PVA/GA交聯(lián)劑的擴(kuò)散與RCTF表面反應(yīng)形成縮醛和酯鍵，從而產(chǎn)生多孔結(jié)構(gòu)。

這種高度多孔的特性使其成為清除溢油的良好吸收劑，它的吸收性是常規(guī)吸收劑的兩倍，可以在幾分鐘之內(nèi)將溢油完全吸收到橡膠氣凝膠內(nèi)部。

圖2. 吸油性能測(cè)試

吸音性能

研究人員制備的橡膠氣凝膠具有較大的纖維間接觸面積和纖維纏結(jié)，因此表面摩擦性強(qiáng)，傳播的聲波會(huì)產(chǎn)生能量損失，并且由于大量的內(nèi)部反射而導(dǎo)致的內(nèi)部摩擦損失也會(huì)增加，因此對(duì)聲音的吸收增加。該橡膠氣凝膠比相同厚度的商用泡沫吸收劑的效果高27％。

圖3. 橡膠氣凝膠的吸聲系數(shù)曲線

隔熱性能

在防火應(yīng)用中，實(shí)用的隔熱材料需要具有很高的熱穩(wěn)定性。該橡膠氣凝膠具有很高的耐熱性，一塊厚度為一英寸（2.54厘米）的橡膠氣凝膠的傳熱極限相當(dāng)于25個(gè)標(biāo)準(zhǔn)玻璃窗玻璃，能夠滿足在防火領(lǐng)域中的應(yīng)用。

圖4. 橡膠氣凝膠的熱失重曲線

高度耐用性

大多數(shù)氣凝膠都非常脆且易碎，但是該橡膠氣凝膠在壓縮后可以彈回其原始形狀，而不是發(fā)生塑性變形，這表明它們具有良好的耐用性。這種獨(dú)特的性能使其適合在多個(gè)領(lǐng)域用作絕緣材料，工業(yè)領(lǐng)域如煉油廠、工業(yè)建筑等，日常生活領(lǐng)域如冰箱、鞋子、衣物等。

圖5. 橡膠氣凝膠的壓縮應(yīng)變曲線

在本篇文章中，研究人員開發(fā)出一種新型的具有成本效益的橡膠氣凝膠制造技術(shù)，首次成功地將廢舊輪胎轉(zhuǎn)化為橡膠氣凝膠，并且通過了隔熱、隔音及吸油等性能的測(cè)試，并且與由纖維素/棉/塑料等為原料開發(fā)的氣凝膠性能相同。我們相信，這項(xiàng)技術(shù)將為廢棄輪胎的處理提供一種全新的方法，并且有望推動(dòng)將其他類型廢料轉(zhuǎn)化為氣凝膠的技術(shù)發(fā)展。

原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0927775719305497?via%3Dihub