《ACS Applied Polymer Materials》：Acrylic Latexes from Plant Oil-Based Monomers: An Innovative Approach for Waterborne Facade Paints
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本研究通过乳液聚合合成由菜籽油（RO）、葵花籽油（SO）、亚麻籽油（LO）和百脉根（CO）衍生丙烯酸单体组成的部分生物基丙烯酸乳胶，并评估其作为水性立面涂层粘合剂的性能。在这些乳胶中，植物基单体占总单体加入量的25 wt.%，并与市售丙烯酸单体共聚。系统研究了
本研究通过乳液聚合合成由菜籽油（RO）、葵花籽油（SO）、亚麻籽油（LO）和百脉根（CO）衍生丙烯酸单体组成的部分生物基丙烯酸乳胶，并评估其作为水性立面涂层粘合剂的性能。在这些乳胶中，植物基单体占总单体加入量的25 wt.%，并与市售丙烯酸单体共聚。系统研究了植物基来源和乳化剂类型（传统型与可聚合型）对乳胶特性、聚合物架构及涂层性能的影响。所有生物基乳胶均表现出良好的胶体稳定性（粒径120–180 nm；Zeta电位?40至?48 mV）和较低的最低成膜温度（≤0 °C）。非对称流场场流分级耦合多角度光散射揭示，由于含有多丙烯酸酯的植物基成分（主要是亚油酸和亚麻酸衍生物）具有固有的交联潜力，形成了广泛的凝胶（75–95%），其中CO衍生体系显示出最高的交联密度。同时，脂肪酸衍生链段有助于内增塑效应，展示了植物基单体同时促进网络形成和薄膜柔韧性的双重特性。这种结构改性导致了有利的涂层性能。在无颜料薄膜中，基于可聚合乳化剂的CO衍生体系表现出低白水化（13.4%）和低吸水率（13.5 wt.%），较参考体系降低了7倍。在立面涂料中，基于可聚合乳化剂的CO和LO衍生体系显示出优异的湿擦洗 resistance（厚度损失≤2 μm，1级），改进的附着力（1级），以及在加速老化后 superior 的颜色稳定性（ΔE* ≈ 0.54–0.72），优于商业基准（ΔE* = 1.06）。这些结果表明，高不饱和植物基单体与可聚合乳化剂的结合，使得设计具有增强耐水性和耐候耐久性的高性能部分生物基水性立面粘合剂成为可能。
本研究背景基于建筑和保护涂层应用中对 latex 基涂料的广泛需求，其中丙烯酸乳胶因优异的附着力、柔韧性和耐候性而备受青睐。然而，传统乳胶漆依赖石化资源，且面临环境关注成本上升的压力。目前存在的问题是，直接聚合未修饰的植物基单体效率低下，因其自由基反应活性低、分子结构庞大且水溶性有限。为此，研究人员开展了这项旨在开发可持续、高性能水性立面粘合剂的研究。研究人员通过乳化聚合，合成了由菜籽油（RO）、葵花籽油（SO）、亚麻籽油（LO）和百脉根（CO）衍生的丙烯酸酯单体组成的部分生物基丙烯酸乳胶，单体占比固定为25 wt.%，并与丁基丙烯酸酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和甲基丙烯酸（MAA）共聚。研究比较了传统不可聚合乳化剂（Disponil FES 993）与可聚合乳化剂（HITENOL AR-10）对乳胶及涂层性能的影响。论文发表在《ACS Applied Polymer Materials》。为开展研究，研究人员主要采用了三步合成法制备植物基单体：包括油脂的酯交换反应、环氧乙烷化以及丙烯酸酯化反应；通过不对称流场场流分级（AF4）耦合多角度光散射（MALS）分析聚合物架构；利用热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）及拉曼光谱表征材料性质；并通过湿擦洗测试、加速老化测试及胶体稳定性测试评估涂层性能。研究结果部分首先分析了植物基单体，通过碘值和核磁共振（1H NMR）确认了其不饱和度及脂肪酸组成，发现LO和CO富含多不饱和脂肪酸。接着探讨丙烯酸乳胶特性，指出植物基单体引入导致凝聚物含量增加，且多丙烯酸酯部分引发交联，可聚合乳化剂体系（H系列）相比传统体系（D系列）具有更高的单体转化率和交联密度。在聚合物架构方面，AF4-MALS数据显示生物基乳胶形成大量纳米凝胶（75–95%），CO和LO体系交联密度最高，而RO和SO体系较低。此外，植物基链段提供了内增塑效果，降低了玻璃化转变温度（Tg）。在非颜料涂层中，基于可聚合乳化剂的CO体系展现出最低的白水化（13.4%）和吸水率（13.5 wt.%），显著优于参考体系，尽管其热稳定性略有下降，但仍满足应用需求。在立面涂料涂层中，所有生物基体系均达到1级湿擦洗 resistance，CO和LO体系基于可聚合乳化剂表现最佳（厚度损失≤2 μm）。附着力方面，生物基体系均达到1级，优于商业基准的2级。加速老化测试显示，生物基体系颜色变化小（ΔE* ≈ 0.54–0.79），优于商业基准（ΔE* = 1.06），且保持优异的抗紫外线和抗开裂能力。讨论部分指出，植物基单体的多官能团特性导致交联，而其长链脂肪酸部分提供增塑，这种双重作用优化了涂层性能。可聚合乳化剂通过锁定界面，增强了疏水屏障，从而提高了耐水性和电解质耐受性。结论部分总结道，将RO、SO、LO和CO衍生的丙烯酸单体以25 wt.%掺入丙烯酸乳胶粘合剂是可行的。植物基来源和乳化剂化学决定聚合物架构和涂层性能。生物基乳胶具有长期胶体稳定性，且D系列生物基乳胶电解质耐受性显著增强。多丙烯酸酯植物基单体的引入诱导了广泛交联，CO和LO体系交联密度最高，这抑制了涂层的水敏感性。最佳性能由基于可聚合乳化剂的CO衍生涂层实现，其白水化和吸水率大幅降低。植物基单体表现出双重行为：多官能丙烯酸酯的交联能力与柔性脂肪酸链段的内增塑效应相结合，从而同时改善了成膜性和涂层耐久性。在颜料立面涂料中，所有生物基体系达到1级湿擦洗 resistance，附着力提升至1级，加速老化测试证实了优异耐久性。CO和LO单体，特别是与可聚合乳化剂结合时，提供了最有利的涂层性能，证实了部分植物基丙烯酸乳胶不仅是可持续替代品，也是外墙建筑涂层中技术上有竞争力的粘合剂。
