开发一种全生物基的膨胀型阻燃植酸丝氨酸酯（PASE），用于PET织物，以提高其阻燃性能和抗滴落效果

《Progress in Natural Science: Materials International》：Construction of a full bio-based intumescent flame retardant phytate serine ester (PASE) for PET fabrics with improved flame retardancy and anti-dripping properties

水基丙烯酸树脂通过引入长链烷基单体的亲水改性策略，在避免含氟副产物的同时显著提升涂层水阻性和耐腐蚀性，30天盐雾浸泡后阻抗模量仍达6.84×10^9Ω·cm2。

　　

齐凌军|白志鹏|卢宇|王亮|李嘉瑞|王宏勤|吴国亮|张钊

浙江大学化学系，杭州，310058，中国

摘要

传统的水性丙烯酸树脂由于含有大量的极性基团和残留的乳化剂，其耐水性较差。通常通过引入全氟丙烯酸酯单体来实现疏水改性，这可以降低涂层的表面能并提高其疏水性。然而，使用氟聚合物不可避免地会导致全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸盐（PFOS）的释放，对环境造成严重危害。在这项工作中，我们提出了一种新的、经济且环保的疏水改性策略，即将具有长烷基侧链的硬脂基甲基丙烯酸酯（SMA）掺入水性丙烯酸树脂中，以增强其疏水性。实验结果表明，经过30天在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡后，改性涂层的|Z|_0.01Hz值仍高达6.84 × 10⁹ Ω·cm²，证实了该方法的有效性。这种策略不仅避免了使用昂贵且对环境有害的全氟化单体，还为防护涂层的可持续应用提供了巨大潜力。

引言

金属腐蚀会导致材料性能严重恶化[1,2]、结构失效以及巨大的经济损失，全球每年因此造成的损失估计超过4万亿美元[3]。为了解决这些问题，已经开发了许多策略，如合金设计[4]、电化学保护[5]和有机涂层[6,7][8,9]。其中，有机涂层技术是最具成本效益和广泛应用的方法之一[10]。然而，传统的溶剂型涂层在制备和应用过程中会释放大量挥发性有机化合物（VOCs），从而导致环境污染、能源消耗和健康问题[11,12]。相比之下，水性涂层由于其低毒性、经济性和环境兼容性，成为一种有前景的环保替代品[13][14][15][16][17]。

水性丙烯酸树脂因其优异的光学、热稳定性和化学稳定性，以及良好的附着力和透明度而特别吸引人[18][19][20]。然而，大量的极性基团降低了它们的耐水性和防腐性能，因此需要进行疏水改性[21][22][23]。传统的改性方法依赖于全氟烷基丙烯酸酯单体来降低表面能并提高耐久性[24][25][26]。不幸的是，使用具有长氟烷基侧链的氟聚合物会导致全氟辛酸（PFOA）和全氟辛烷磺酸盐（PFOS）的释放，引发严重的环境和健康问题[27][28][29][30]。因此，开发非氟化的、环境友好的替代品已成为迫切的需求[31]。

在本研究中，我们通过引入具有长烷基侧链的硬脂基甲基丙烯酸酯（SMA）通过乳液聚合制备了一种疏水性水性丙烯酸涂层[32]。SMA的掺入显著提高了涂层的疏水性和防腐性能[33,34]，而使用反应性离子型乳化剂辛基二甲基烯丙基氯化铵（DMAAC）促进了SMA的聚合，并赋予了广谱抗菌活性。结合使用非离子型乳化剂O-25来提高稳定性，所得乳液制备出的涂层具有优异的耐水性、防腐性和抗菌性能[35]。经过30天在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡后，优化涂层的低频阻抗模量仍高达6.84 × 10⁹ Ω·cm²。因此，这项工作为开发具有广泛应用潜力的多功能水性丙烯酸树脂提供了一种环保策略。

材料

甲基丙烯酸甲酯（MMA，98%）、丁基丙烯酸酯（BA，99%）、缩水甘油基甲基丙烯酸酯（GMA，98%）、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三(三甲基硅氧基)硅烷（M₃T，98%，分子量422.81）、硬脂基甲基丙烯酸酯（SMA，96%，分子量338.57）均购自上海阿拉丁生化科技有限公司（中国）。辛基二甲基烯丙基氯化铵（DMAAC，65%）购自张家港仁达化工有限公司（中国）。聚氧乙烯辛基硬脂醇（O-25）购自北京普赛通

乳液的粒径分布和稳定性

疏水性改性的聚丙烯酸酯（HMPA）乳液是通过共聚一系列功能性单体合理设计的，每种单体在平衡成膜性、机械性能、界面附着力和耐久性方面发挥着不同的作用。甲基丙烯酸甲酯（MMA）作为硬段，提高了涂层的硬度和耐候性；而丁基丙烯酸酯（BA）作为软段，赋予了涂层柔韧性并降低了玻璃化转变温度，确保了良好的成膜能力。

结论

总之，通过乳液聚合成功将SMA和反应性乳化剂DMAAC引入丙烯酸树脂中，制备出了具有疏水、抗菌和防腐性能的多功能树脂。SMA的长烷基链赋予了树脂优异的疏水性和增强的耐腐蚀性；特别是，在3.5 wt% NaCl溶液中浸泡30天后，HMPA-5涂层的|Z|_0.01Hz值仍高达6.84 × 10⁹ Ω·cm²。此外，

作者贡献声明

齐凌军：撰写初稿、软件处理、方法设计、数据整理、概念构思。白志鹏：软件处理、数据分析。卢宇：软件处理、数据整理。王亮：资源获取、实验调查。李嘉瑞：软件处理、数据整理。王宏勤：软件处理、数据整理。吴国亮：软件处理、数据整理。张钊：撰写、审稿与编辑、项目监督、资源协调。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（项目编号：51771173）和浙江宇曦防腐科技有限公司的财政支持。