近日，国际知名期刊《Green Chemistry》在线刊登了陕西科技大学马建中教授团队（科锐新材料研究所）的最新研究成果“Sustainable Waterborne Vanillin-Eugenol-Acrylate Miniemulsion with Suitable Antibacterial Properties as Substitutes for Styrene-Acrylate Emulsion”。该成果报道了一种基于生物质原料香草醛和丁香酚的绿色水性香草醛-丁香酚-丙烯酸酯细乳液，可作为传统石油基苯丙乳液的新一代绿色替代品，应用于制革等行业，助力行业绿色可持续发展。
苯丙乳液作为一种常用的成膜材料，具有成膜性好，成膜硬挺度高，涂层耐光、耐老化等优点，在建筑涂料、造纸施胶剂、皮革涂饰剂等领域有着广泛应用。然而，目前生产苯丙乳液的原料苯乙烯，主要通过石化资源获得，并且苯乙烯是一种有害的空气污染物，已被世界卫生组织认定为2B类致癌物质，这在一定程度上限制了苯丙乳液的生产和应用。此外，苯丙聚合物涂层不具有抗菌性，在湿热环境下易滋生细菌、霉菌等微生物，影响产品性能和消费者健康。因此，实现苯丙乳液的绿色可持续制备并提高其抗菌性能是目前亟需解决的难题。
针对上述问题，马建中教授团队通过分子结构设计，提出以来源于木质素且具有抗菌性的生物质芳香族单体香草醛和丁香酚为原料，对其分别进行双键化改性，制备出双键化香草醛（DV）和双键化丁香酚（DE）（图1）。以DV作为苯乙烯（St）替代物，DE作为交联剂，与丙烯酸丁酯（BA）共聚，制得P(DV-BA-DE)细乳液，将其作为石油基苯丙乳液替代物，应用于皮革涂饰工序，涂饰后皮革表现出显著的抗菌性能（图2）。
图1. 1H-NMR谱图：（a）香草醛，（b）丁香酚，（c）双键化香草醛（DV），（d）双键化丁香酚（DE）
图2. P(DV-BA-DE)细乳液的分子结构示意图及其涂饰皮革抗菌性测试照片
具体以DV、DE及BA为主要单体，采用细乳液聚合法制备P(DV-BA-DE)细乳液（图3）。由于香草醛是一种天然抗菌剂，其可与细菌细胞膜上半胱氨酸的巯基产生相互作用，使细胞膜的通透性发生变化，从而引起细菌死亡。因此，通过采用P(DV-BA-DE)细乳液涂饰皮革，可在皮革表面形成抗菌涂层，提升革制品的卫生性能（图4）。
图3. 细乳液聚合法制备P(DV-BA-DE)示意图：（a）配置油相/水相；（b）超声处理，得到预乳化液；（c）加入引发剂，引发聚合；（d）制得P(DV-BA-DE)细乳液
图4. P(DV-BA-DE)细乳液涂饰皮革的抗菌机理示意图
综上所述，本研究不仅研发了一种新型、可持续、水性的石油基苯丙乳液的绿色替代品P(DV-BA-DE)细乳液，而且对未来皮革、造纸、建筑涂料等行业的绿色可持续发展具有重要意义。
论文主要完成人及第一作者为陕西科技大学青年教师张雷博士，通讯作者为陕西科技大学马建中教授，共同通讯作者为陕西科技大学张跃宏副教授和英国苏格兰农学院Vijay Kumar Thakur教授。感谢国家自然科学基金对本工作的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1039/D1GC01766G
