含有生物基单体的聚酯，用于合成纺织品表面的土壤释放处理

《Green Chemistry》：Polyesters incorporating biobased monomers for soil-release treatment of synthetic textile surfaces

研究通过将生物质单体diglyoxylic acid xylose（DGAX）部分替代石油基单体terephthalic acid（TA）合成土壤释放聚合物（SRPs），发现DGAX含量适中的SRPs在聚酯（PET）和聚斯班克斯（PS）织物上表现出抗 redeposition 和土壤释放性能，其中DGAX对PS性能提升显著，但过高比例导致溶液聚合物的聚集，影响表面修饰效果，分子模拟揭示了溶液聚集与性能的关系。

　　土壤释放聚合物（SRPs）在洗衣液配方中被广泛应用，其主要作用是使纺织品在较低的洗涤温度和较短的洗涤周期内仍能保持良好的清洁效果，从而带来显著的环境效益。目前大多数SRPs是以石油基原料为基础构建的，例如对苯二甲酸（terephthalic acid），这限制了其在可持续性方面的潜力。为了解决这一问题，研究者采用了一种来源于半纤维素的生物基单体——二甘氧基酸木糖（diglyoxylic acid xylose，标记为1），将其部分取代传统石油基单体，以期开发出性能优异且环境友好的SRPs。

SRPs通过改变织物表面特性，防止洗涤过程中土壤的再沉积，并促进后续洗涤周期中土壤的去除。这些聚合物还能够减少过敏原与织物的附着、降低衣物上的异味，并改善吸湿性。这些特性不仅提升了衣物的外观和穿着舒适度，也有助于延长衣物的使用寿命，从而减少纺织品废弃物的产生。因此，SRPs在提升清洁性能的同时，也为实现更可持续的洗涤过程提供了重要支持。

然而，传统SRPs的结构中通常包含芳香族单元，这些单元在石油基原料中较为常见，而其在洗涤过程中的沉积能力对SRP的性能至关重要。为了减少对石油资源的依赖，研究者开始探索生物基材料作为替代品。例如，二甘氧基酸木糖（1）作为一种可再生资源来源的单体，其结构特性使其在与织物表面的相互作用中表现出独特的潜力。在实验中，研究者发现将1引入SRP的结构中，可以显著增强其对聚酯氨纶（polyspandex）织物的抗再沉积性能，但在完全替代对苯二甲酸的情况下，聚合物的性能却大幅下降，这表明1与传统石油基单体之间存在复杂的相互作用关系。

为了更全面地评估SRPs的性能，研究团队通过一系列实验手段，包括接触角测试、扫描电子显微镜（SEM）分析以及动态光散射（DLS）研究，对SRPs在不同织物表面的行为进行了深入探讨。实验结果显示，当SRP中含有较高比例的1时，其在溶液中的自聚集现象变得更加明显，这种自聚集可能会影响其在织物表面的沉积效率，从而降低清洁性能。具体而言，P5（1作为唯一二羧酸单体）在洗涤过程中表现出较差的性能，而P3和P4则在聚酯和聚酯氨纶表面表现出良好的清洁效果，尤其在聚酯氨纶上，其性能甚至超过了传统SRPs。这表明，1的引入可以提升SRPs的性能，但其比例需要经过精确调控，以避免不利的自聚集现象。

在分子模拟方面，研究者利用势能均值曲线（PMF）和MM/PBSA方法，分析了SRP在水中的自聚集行为及其与织物表面的相互作用。结果显示，1的加入会显著增强其在织物表面的结合能力，从而提高抗再沉积和去污性能。然而，1在溶液中形成的较大聚合物团块（由PEG包覆）可能会导致其在洗涤过程中被轻易冲刷掉，因此需要适当平衡1与传统单体（如对苯二甲酸，标记为2）的比例，以确保聚合物既能在织物表面有效沉积，又不会因自聚集而影响其功能表现。

此外，研究团队还对SRP在不同织物表面的沉积行为进行了形态学分析。通过SEM图像可以观察到，P1–P4在PET和PS表面的沉积效果明显，能够使表面变得更为光滑，减少土壤附着的可能区域。相比之下，P5的沉积效果较差，表面变得更为粗糙，这可能是由于其自聚集行为导致聚合物难以均匀附着在织物上。这些实验结果不仅揭示了SRP在不同织物表面的行为差异，也为优化其结构提供了理论依据。

从环境角度来看，SRPs的生物基替代方案具有重要意义。随着全球对可持续材料需求的增加，采用可再生资源作为原料的聚合物添加剂正成为研究热点。半纤维素是植物细胞壁的重要组成部分，其来源广泛且成本较低，因此从半纤维素中提取木糖并进一步转化为二甘氧基酸木糖（1）为开发生物基SRPs提供了可行路径。尽管1的引入能够提升某些织物的清洁性能，但完全替代对苯二甲酸仍面临挑战，这提示我们需要进一步优化其合成工艺，以实现更高效的生物基材料生产。

在洗涤过程中，SRPs的作用机制主要体现在其对织物表面的改性能力上。通过改变织物表面的亲水性，SRPs可以有效防止污渍在洗涤过程中重新沉积到织物表面，同时促进污渍的去除。这种表面改性不仅提升了清洁效果，还减少了洗涤所需的能量，符合当前对低碳排放和资源节约的环保目标。此外，SRPs在提高清洁性能的同时，还能够改善织物的吸湿性和透气性，从而提升穿着舒适度，减少衣物维护的频率，进一步降低环境影响。

研究团队还通过一系列实验验证了SRPs在实际洗涤条件下的表现。例如，在模拟消费者洗涤负载的高通量测试系统中，P1–P5的性能得到了全面评估。结果显示，含有1的SRPs在聚酯氨纶织物上表现出更优的性能，而对PET织物的影响则较为有限。这一发现表明，生物基SRPs在不同类型的合成织物上的适用性存在差异，需要针对不同织物特性进行定制化设计。

未来，研究者计划进一步探索如何优化生物基SRPs的结构，以实现更广泛的适用性。例如，可以考虑使用其他生物基单体（如吡啶二羧酸）替代对苯二甲酸，以减少对石油资源的依赖。此外，研究还表明，从半纤维素直接合成聚合物可能是一个可行的方向，这将有助于降低生产成本并提高可持续性。通过这些方法，可以推动SRPs从传统石油基材料向更加环保的生物基材料转变，从而实现洗涤行业在可持续发展方面的突破。

总体而言，这项研究不仅展示了生物基SRPs在提升清洁性能和环境友好性方面的潜力，还为未来开发更高效、更环保的洗涤添加剂提供了理论支持和实验依据。通过调整聚合物的组成比例，优化其在溶液中的自聚集行为，以及深入理解其与织物表面的相互作用机制，可以进一步提升SRPs的性能，使其在多种织物类型上表现出色。这些成果将为纺织品清洁技术的可持续发展提供新的思路，并有助于推动整个洗涤行业向更加环保的方向迈进。