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绿色化学从大自然中创造出涂料

格罗宁根大学和荷兰跨国公司AkzoNobel(一家主要的涂料和涂料全球生产商)的有机化学家开发了一种工艺,使他们可以利用光,氧气和紫外线将生物质转化为高质量的涂料。该工艺将可再生资源与绿色化学相结合,并可以替代石油化学基单体(如丙烯酸酯),目前它们被用作涂料,树脂和油漆的基础材料。关于新方法的论文已于12月16日发表在《科学进展》杂志上。

涂层无处不在,从房屋上的油漆到智能手机屏幕上的保护层。它们可保护表面免受划痕,天气或日常磨损的影响。大多数涂料由基于丙烯酸酯单体的聚合物组成,全球每年丙烯酸酯的产量超过350万吨,全部使用化石燃料油生产。

为了使这些涂料更具可持续性,格罗宁根大学的有机化学教授本·费林加(Ben Feringa)领导的科学家与涂料生产商阿克苏诺贝尔(AkzoNobel)的科学家合作。“我们希望使用木质纤维素作为起始原料,”博士George Hermens说。是Feringa小组的学生,是“科学进展”论文的第一作者。木质纤维素占植物木质部分的20%至30%,是地球上最丰富的原始生物质原料。目前,它主要用作固体燃料或用于生产生物燃料。

Hermens解释说:“木质纤维素可以用酸裂化以生产糠醛的化学结构单元,但是需要对其进行改性以使其适合于涂料的生产。” 他使用了他们小组中开发的一种方法,将糠醛转化为类似于丙烯酸的羟基丁烯化物。“化学转化仅使用光,氧气和简单的催化剂,不会产生废物。唯一的副产物是甲酸甲酯,该甲酸甲酯可替代其他工艺中的氯氟烃。”

羟基丁烯内酯的结构的一部分类似于丙烯酸酯,但是分子的反应性部分是环结构。“这意味着它的反应性不如丙烯酸酯,我们面临的挑战是进一步修饰该分子,以使其产生有用的聚合物。” 这是通过将不同的绿色或生物基醇添加到羟基丁烯醇内酯中,生成四种不同的烷氧基丁烯醇内酯单体来实现的。

这些单体可以在引发剂和紫外线的作用下转变成聚合物和涂料。“涂层由交联的聚合物链组成。通过结合不同的单体,我们可以获得具有不同性能的交联聚合物。” 例如,尽管所有聚合物都可以涂覆玻璃,但是一种组合也可以在塑料上形成涂层。通过添加更多的刚性单体,可以形成更坚硬的涂层,其性能与汽车上的涂层相当。这样,这些涂层适用于不同的目的。

Hermens总结说:“我们设法使用绿色化学方法从可再生资源木质纤维素中制成涂料。” “而且我们的涂料质量与目前的丙烯酸酯基涂料相似。” 在此过程的两个步骤中,已向该项目的工业合作伙伴AkzoNobel提交了专利申请。Hermens现在正在研究另一种由糠醛衍生的建筑材料,以生产其他类型的聚合物涂料。

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