格羅寧根大學(xué)的有機(jī)化學(xué)家與荷蘭跨國公司AkzoNobel(涂料和涂料的主要全球生產(chǎn)商)開發(fā)了一種工藝，使他們能夠利用光，氧氣和紫外線將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為高質(zhì)量的涂料。該工藝將可再生資源與綠色化學(xué)相結(jié)合，并可以替代石油化學(xué)基單體(例如丙烯酸酯)，丙烯酸酯目前被用作涂料，樹脂和涂料的基礎(chǔ)材料。關(guān)于新方法的論文于12月16日發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

涂層無處不在，從房屋上的油漆到智能手機(jī)屏幕上的保護(hù)層。它們可以保護(hù)表面免受劃痕，天氣或日常磨損的影響。大多數(shù)涂料由基于丙烯酸酯單體的聚合物組成，全球每年丙烯酸酯的產(chǎn)量超過350萬噸，全部使用化石燃料油生產(chǎn)。

為了使這些涂料更具可持續(xù)性，在有機(jī)化學(xué)教授本·費(fèi)林加(Ben Feringa)帶領(lǐng)下，格羅寧根大學(xué)的科學(xué)家與涂料生產(chǎn)商阿克蘇諾貝爾(AkzoNobel)的科學(xué)家合作。“我們希望使用木質(zhì)纖維素作為起始原料，”博士學(xué)位的喬治·赫爾曼斯(George Hermens)說。是Feringa小組的學(xué)生，也是“科學(xué)進(jìn)展”論文的第一作者。木質(zhì)纖維素占植物木質(zhì)部分的20%至30%，是地球上最豐富的原始生物質(zhì)原料。目前，它主要用作固體燃料或用于生產(chǎn)生物燃料。

“木質(zhì)纖維素可以用酸裂化，以生產(chǎn)糠醛的化學(xué)結(jié)構(gòu)單元，但是需要對其進(jìn)行改性以使其適合于涂料的生產(chǎn)，” Hermens解釋說。他使用了他們小組中開發(fā)的一種方法，將糠醛轉(zhuǎn)化為類似于丙烯酸的化合物羥基丁烯內(nèi)酯。“化學(xué)轉(zhuǎn)化僅使用光，氧氣和簡單的催化劑，不會產(chǎn)生廢物。唯一的副產(chǎn)物是甲酸甲酯，它可在其他過程中替代氯氟烴。”

羥基丁烯內(nèi)酯的結(jié)構(gòu)的一部分類似于丙烯酸酯，但是分子的反應(yīng)性部分是環(huán)結(jié)構(gòu)。“這意味著它的反應(yīng)性不如丙烯酸酯，我們面臨的挑戰(zhàn)是進(jìn)一步修飾該分子，以使其產(chǎn)生有用的聚合物。” 這是通過將不同的綠色或生物基醇添加到羥基丁烯醇內(nèi)酯中，生成四種不同的烷氧基丁烯醇內(nèi)酯單體來實(shí)現(xiàn)的。

這些單體可以在引發(fā)劑和紫外線的作用下轉(zhuǎn)變成聚合物和涂料。“涂層由交聯(lián)的聚合物鏈組成。通過結(jié)合不同的單體，我們可以獲得具有不同性能的交聯(lián)聚合物。” 例如，盡管所有聚合物都可以涂覆玻璃，但是一種組合也可以在塑料上形成涂層。通過添加更多的剛性單體，可以形成更堅(jiān)硬的涂層，其性能可與汽車上的涂層媲美。這樣，這些涂層適用于不同的目的。

Hermens總結(jié)說：“我們使用綠色化學(xué)方法從可再生資源木質(zhì)纖維素中創(chuàng)造了涂料。” “而且我們的涂料質(zhì)量與目前的丙烯酸酯基涂料相似。” 在該過程的兩個(gè)步驟中，已向該項(xiàng)目的工業(yè)合作伙伴AkzoNobel提交了專利申請。Hermens現(xiàn)在正在研究另一種由糠醛衍生的建筑材料，以生產(chǎn)其他類型的聚合物涂料。

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