近日，國際知名期刊《Green Chemistry》在線刊登了陜西科技大學(xué)馬建中教授團隊（科銳新材料研究所）的最新研究成果“Sustainable Waterborne Vanillin-Eugenol-Acrylate Miniemulsion with Suitable Antibacterial Properties as Substitutes for Styrene-Acrylate Emulsion”。該成果報道了一種基于生物質(zhì)原料香草醛和丁香酚的綠色水性香草醛-丁香酚-丙烯酸酯細(xì)乳液，可作為傳統(tǒng)石油基苯丙乳液的新一代綠色替代品，應(yīng)用于制革等行業(yè)，助力行業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展。
苯丙乳液作為一種常用的成膜材料，具有成膜性好，成膜硬挺度高，涂層耐光、耐老化等優(yōu)點，在建筑涂料、造紙施膠劑、皮革涂飾劑等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。然而，目前生產(chǎn)苯丙乳液的原料苯乙烯，主要通過石化資源獲得，并且苯乙烯是一種有害的空氣污染物，已被世界衛(wèi)生組織認(rèn)定為2B類致癌物質(zhì)，這在一定程度上限制了苯丙乳液的生產(chǎn)和應(yīng)用。此外，苯丙聚合物涂層不具有抗菌性，在濕熱環(huán)境下易滋生細(xì)菌、霉菌等微生物，影響產(chǎn)品性能和消費者健康。因此，實現(xiàn)苯丙乳液的綠色可持續(xù)制備并提高其抗菌性能是目前亟需解決的難題。
針對上述問題，馬建中教授團隊通過分子結(jié)構(gòu)設(shè)計，提出以來源于木質(zhì)素且具有抗菌性的生物質(zhì)芳香族單體香草醛和丁香酚為原料，對其分別進行雙鍵化改性，制備出雙鍵化香草醛（DV）和雙鍵化丁香酚（DE）（圖1）。以DV作為苯乙烯（St）替代物，DE作為交聯(lián)劑，與丙烯酸丁酯（BA）共聚，制得P(DV-BA-DE)細(xì)乳液，將其作為石油基苯丙乳液替代物，應(yīng)用于皮革涂飾工序，涂飾后皮革表現(xiàn)出顯著的抗菌性能（圖2）。
圖1. 1H-NMR譜圖：（a）香草醛，（b）丁香酚，（c）雙鍵化香草醛（DV），（d）雙鍵化丁香酚（DE）
圖2. P(DV-BA-DE)細(xì)乳液的分子結(jié)構(gòu)示意圖及其涂飾皮革抗菌性測試照片
具體以DV、DE及BA為主要單體，采用細(xì)乳液聚合法制備P(DV-BA-DE)細(xì)乳液（圖3）。由于香草醛是一種天然抗菌劑，其可與細(xì)菌細(xì)胞膜上半胱氨酸的巰基產(chǎn)生相互作用，使細(xì)胞膜的通透性發(fā)生變化，從而引起細(xì)菌死亡。因此，通過采用P(DV-BA-DE)細(xì)乳液涂飾皮革，可在皮革表面形成抗菌涂層，提升革制品的衛(wèi)生性能（圖4）。
圖3. 細(xì)乳液聚合法制備P(DV-BA-DE)示意圖：（a）配置油相/水相；（b）超聲處理，得到預(yù)乳化液；（c）加入引發(fā)劑，引發(fā)聚合；（d）制得P(DV-BA-DE)細(xì)乳液
圖4. P(DV-BA-DE)細(xì)乳液涂飾皮革的抗菌機理示意圖
綜上所述，本研究不僅研發(fā)了一種新型、可持續(xù)、水性的石油基苯丙乳液的綠色替代品P(DV-BA-DE)細(xì)乳液，而且對未來皮革、造紙、建筑涂料等行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
論文主要完成人及第一作者為陜西科技大學(xué)青年教師張雷博士，通訊作者為陜西科技大學(xué)馬建中教授，共同通訊作者為陜西科技大學(xué)張躍宏副教授和英國蘇格蘭農(nóng)學(xué)院Vijay Kumar Thakur教授。感謝國家自然科學(xué)基金對本工作的支持。
原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D1GC01766G
