聚羟基丁酸酯 / 碳化废旧轮胎橡胶生物复合薄膜

把旧轮胎变成新材料

每年都有大量报废汽车轮胎堆积如山，难以分解，长期占据填埋场并对环境造成负担。与此同时，社会在寻找更环保的塑料，希望它们能自然降解而不是停留数百年。这项研究将这两项挑战结合起来，提出一个简单的问题：能否将富含碳的废旧轮胎残余物与可生物降解塑料混合，制成有用的新材料？通过把回收的轮胎废料与一种名为PHB的植物友好型塑料结合，研究人员探索了一种将废弃物处置问题转化为可持续产品珍贵资源的方法。

从轮胎垃圾到有用的碳

研究人员以废旧轮胎橡胶为起点，对其进行高温处理（称为热解），留下富含碳的固体产物。这种材料称为碳化废旧橡胶（CWR），在性质上有点类似细颗粒的木炭。研究团队没有让这种物质闲置，而是将其以微量（按重量计0.5%到2%）掺入PHB中。采用溶剂铸膜法，他们将PHB溶解、混入碳颗粒，然后蒸发溶剂，形成薄而柔韧的复合薄膜，外观类似保鲜膜，但由于内嵌碳颗粒呈现出暗色斑点。

测试耐热性与稳定性

为了解这些新薄膜在加热条件下的行为，团队测量了样品随温度升高时质量和能量吸收的变化。他们观察到所有样品在加热时都会经历三个主要的分解阶段。主要的塑料组分在约290摄氏度分解，这是PHB自身的典型特征，而来自轮胎的碳在略高的温度下分解。重要的是，所加碳并未显著改变塑料的熔融或起始降解温度，意味着PHB的加工窗口得以保留。然而，随着碳化橡胶含量的增加，不可燃残渣（灰分）明显增加，这表明在塑料燃尽后，废旧轮胎材料作为稳定的骨架残留。

在不改变化学性的情况下增加导电性

团队还考察了薄膜的电导性能，这是防静电包装或简单电子元件等应用的重要特性。纯PHB几乎表现为电绝缘体，但加入轮胎碳后，其电导率上升到典型半导体材料的范围。最佳性能出现在约1%碳化橡胶含量处，此时颗粒分散足够良好，能够形成连续的电荷传导通路。再增加含量时，颗粒开始聚集，破坏这些通路，电导率略有下降。与此同时，采用红外光谱进行的化学分析仅显示PHB特征信号的微小位移，说明橡胶衍生的碳主要以物理方式分散在塑料中，而非发生强烈化学反应。

薄膜内部：孔隙与均匀分散的颗粒

薄膜断面的显微图揭示出由溶液铸膜形成的多孔内部结构。随着溶剂缓慢蒸发，微小空隙在材料中形成。在这种海绵状结构中，碳化橡胶颗粒显示出较为均匀的分布，表明塑料与回收填料之间的混合效果良好。这种孔隙结构会影响材料的机械和热学行为，但在本例中也显示出一种简单、低能耗的制备方法就能从可生物降解塑料与轮胎来源碳的混合物中生产出较为均匀且具功能性的薄膜。

这对更绿色产品意味着什么

通俗地说，这项工作表明一种顽固的废弃物——旧轮胎——可以转化为环保塑料的有用成分。通过在可生物降解塑料中掺入极少量的碳化轮胎橡胶，研究人员在保持塑料基本性能的同时提升了其电导性，并使其熔融与分解温度基本不变。结果是一类新的薄膜，可用于包装及其他既要求环保又需要附加功能的产品。报废轮胎不再只是堆填垃圾，而是可以成为更智能、更可持续材料的第二生命来源。

引用: Şen, F., Zor, M., Candan, Z. et al. Polyhydroxybutyrate / carbonized waste rubber biocomposite films. Sci Rep 16, 9703 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45256-z

关键词: 可生物降解塑料, 废旧轮胎回收, 生物复合材料, 可持续材料, 导电薄膜