每年，数以百万计的轮胎被扔进垃圾填埋场，从而对环境造成深远的负面影响。热解法一种常见的橡胶回收方法，但会产生有害的副产品，如苯和二恶英。据外媒报道，北卡罗来纳大学教堂山分校（UNC-Chapel Hill）的研究人员开发出创新化学方法，可用于分解橡胶废料。该技术利用C–H胺化和聚合物重排策略，将废弃橡胶转化为有价值的环氧树脂前体，从而为传统回收方法提供创新且可持续的替代方案。这项研究由北卡罗来纳大学教堂山分校化学系研究员兼助理教授Aleksandr Zhukhovitskiy博士、William R. Kenan领导。

（图片来源：北卡罗来纳大学教堂山分校）

橡胶（包括轮胎中使用的合成橡胶）是由聚合物交联在一起形成的三维网状物构成，表现为一种坚韧的材料。回收这些材料很困难，因为聚合物结构中存在大量交联，这不仅赋予橡胶耐久性，还使其不易降解。传统的橡胶分解方法主要分为两种：脱硫法，这种方法可以破坏硫交联，但会削弱聚合物的机械性能；或通过氧化（或催化）方法来裂解聚合物主链，这通常会产生复杂、低价值的副产物。这些方法都无法为橡胶废料提供高效、可扩展的再利用解决方案。Zhukhovitskiy博士表示：“这项研究旨在开发一种方法以克服这些挑战，将橡胶分解成功能材料，即使是混合物也具有价值。”

研究人员加入二亚胺硫试剂，将胺基引入聚合物链中的特定位置。这一步骤十分重要，为随后的主链重排奠定了基础。这种化学反应可以重新组合聚合物主链，将橡胶分解成可溶性胺功能化材料，用于生产环氧树脂。

研究人员证明，该两步工艺的效果非常好。在对模型聚合物进行的测试中，聚合物显著分解，分子量从58100 g/mol降至大约400 g/mol。他们将这种方法用于废旧橡胶，这些橡胶在仅仅6小时内完全分解，变成了一种具有胺基的可溶性物质，可用于制造环氧树脂等用途广泛的材料。

与传统回收技术相比，这种方法具有卓越的效率。传统技术通常需要极端温度或昂贵的催化剂。研究人员在温和条件（35-50℃，或95-122℉）下的水介质中获得了相关结果，使该过程更加环保和具有成本效益。

环氧树脂广泛用于粘合剂、涂料和复合材料等产业，通常由石油基化学品双酚A和固化剂等制成。这项研究表明，使用这种方法生产的胺改性聚二烯，可以制造出强度与商用树脂相似的环氧材料。

北卡罗来纳大学教堂山分校前博士后学者Maxim Ratushnyy表示：“在这样的时刻，我开始意识到有机合成的力量。令人着迷的是，此次开发的简单而强大的有机转化序列，可以轻松地形成坚固的C–C键，并将聚丁二烯和聚异戊二烯基橡胶转化为有潜在价值的环氧树脂。”

除了实际应用之外，这项研究还标志着朝更环保的回收技术迈出了重要一步。研究人员使用环境影响因子（E因子）评估了该工艺的环境影响。E因子衡量相对于产品产量而产生的废弃物。虽然完整的E因子（包括溶剂使用在内）很高，但简单E因子（不包括溶剂）却低得多，这突显了该工艺可以进一步优化以实现可持续性。该团队已在探索更环保的溶剂系统和替代反应条件，以减少产生废弃物。

北卡罗来纳大学教堂山分校博士生Sydney Towell表示：“这项研究代表了解决橡胶废弃物问题的范式转变。得益于C–H胺化和主链重排，该方法提供了一条新途径，可以将消费后橡胶转化为高价值材料，从而减少对垃圾填埋场的依赖性，并充分减少环境危害。”