开发基于丙烯酸的抗菌涂层，该涂层含有用金属纳米复合材料改性的粘土，适用于鞋面皮革的涂覆

《Surfaces and Interfaces》：Development of antimicrobial acrylate-based coatings containing clays modified with metallic nanocomposites for application on shoe leather

本研究通过绿合成法制备了Ag、ZnO纳米颗粒并嵌入蒙脱土中，将其与聚丙烯酸乳液复合形成皮革涂层，验证了其抗菌性和结构性能。测试表明涂层具备良好的水 resistance、机械性能及长效抗菌效果，为皮革鞋内衬抗菌处理提供了新方案。

　　本研究致力于开发一系列基于丙烯酸酯的涂层，旨在提升皮革鞋的抗菌性能和结构稳定性。为了实现这一目标，研究人员采用了一种绿色合成方法，利用橡树果实制备了银（Ag）和氧化锌（ZnO）纳米颗粒。随后，这些合成的纳米颗粒以及市售的二氧化钛（TiO?）纳米颗粒被分别嵌入蒙脱石（MMT）晶格中，形成纳米复合材料添加剂。最终，每种添加剂与聚丙烯酸酯乳液混合，并被应用于皮革表面作为最终涂层。通过对样品的形态学和结构特性进行傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、能谱分析（EDX）和元素映射分析，研究确认了这些材料的适当制备。此外，通过评估pH值和水吸收/脱附能力，研究人员得出结论，这些涂层在应用于皮革时是合适的。更重要的是，所制备的涂层在接触人工足汗溶液后，仍表现出显著的抗菌活性，能够有效对抗多种细菌和真菌。这一成果为皮革制品的抗菌性能提升提供了新的思路，同时也为未来在鞋垫和鞋内等应用领域提供了潜在的解决方案。

皮革作为一种生物基材料，源自动物的皮毛，因其多样的用途、高舒适性、良好的透气性和持久耐用性而在人们的日常生活中占据重要地位。在皮革制造过程中，表面处理是关键步骤之一，它不仅改善了皮革的机械性能，还提升了其外观和市场价值。为了实现这些目标，通常会使用各种化学物质，如聚合物、粘合剂、辅助剂和颜料。其中，聚合物是表面处理配方中的主要成分，因其出色的成膜能力而受到青睐。近年来，合成聚合物如聚丙烯酸酯和聚氨酯在皮革处理中的应用日益广泛，因其能够提供良好的附着力、耐老化性和稳定性。然而，尽管聚丙烯酸酯在许多方面表现出色，但其在涂层中的应用仍存在一些缺陷，如水性和化学性不足、机械性能较弱等。因此，通过引入增强材料来改善聚合物涂层的性能成为一种流行趋势。其中，矿物材料如黏土的加入可以显著提升涂层的机械和热性能，同时增强其化学稳定性。蒙脱石（MMT）是一种层状的铝硅酸盐黏土，其表面富含活性羟基，能够与聚合物基体形成新的相互作用，从而提升涂层的物理和机械性能。这一特性使得MMT在纳米复合材料的制备中得到了广泛应用。

在当今社会，消费者对足部健康和卫生的关注日益增加，这促使了对鞋类材料的抗菌性能和除臭功能的需求。因此，开发具有抗菌、耐久性和环保特性的皮革涂层成为皮革工业的重要方向。金属和金属氧化物纳米颗粒因其优异的抗菌性能而被广泛研究和应用。银纳米颗粒（Ag NPs）因其广泛的抗菌活性而备受关注，而二氧化钛纳米颗粒（TiO? NPs）则因其无毒性和光稳定性，在生物和化学环境中表现出良好的耐受性。此外，ZnO纳米颗粒也具有良好的抗菌特性。为了制备这些纳米颗粒，文献中报道了多种物理和化学方法。然而，近年来兴起的绿色合成方法因其快速、环保和低毒性的特点而受到越来越多的关注。许多生物基材料，如微生物、酶、蛋白质、多糖和植物提取物，都被用于纳米颗粒的绿色合成。特别是伊朗橡树（学名：Quercus brantii），其果实——橡果，被证明是一种有效的还原剂，可用于纳米颗粒的绿色合成。

在本研究中，研究人员利用橡果的天然还原能力，成功合成了Ag和ZnO纳米颗粒。这些纳米颗粒随后被嵌入MMT晶格中，以增强其在涂层中的分散性和可用性。通过FTIR和XRD分析，研究人员确认了纳米颗粒的成功合成以及MMT-纳米颗粒复合材料的结构特性。FESEM、EDX和元素映射分析进一步验证了纳米颗粒在MMT晶格中的均匀分布。此外，表面轮廓仪的使用帮助研究人员评估了涂层的表面特性。通过检测pH值、水吸收/脱附能力和抗菌活性，研究人员能够评估涂层在实际应用中的性能，并确定最佳配方。这些测试结果显示，所制备的涂层不仅在物理和化学性质上表现出色，而且在抗菌性能上也具有显著优势。

在研究过程中，研究人员采用了浸渍法作为涂层应用的主要方式。这种方法涉及将皮革浸泡在涂层液体中，随后进行干燥处理，以确保涂层均匀覆盖皮革表面。浸渍法的优点在于其成本效益和操作简便性，因此在皮革工业中得到了广泛应用。通过这种方法，研究人员能够确保纳米颗粒和MMT复合材料在皮革表面形成稳定的涂层，从而提升其抗菌性能和结构稳定性。此外，研究还探讨了纳米颗粒与皮革基质之间的相互作用机制。天然皮革的主要成分是胶原蛋白，其微观结构呈现出纤维状排列。同时，皮革表面具有多孔性和不规则性，这为纳米颗粒的渗透和分布提供了有利条件。通过浸渍法，聚合物链能够渗透到皮革的孔隙和沟槽中，并与胶原蛋白相互作用，从而增强涂层的附着力和整体性能。

本研究的创新之处在于将绿色合成方法与MMT纳米复合材料相结合，为皮革制品的抗菌性能提升提供了一种新的解决方案。通过将Ag、ZnO和TiO?纳米颗粒嵌入MMT晶格中，研究人员不仅改善了纳米颗粒的分散性，还增强了其在涂层中的稳定性。这种组合不仅提高了涂层的抗菌能力，还提升了其机械性能和耐久性。此外，研究还进行了全面的比较，分析了不同纳米颗粒修饰的聚丙烯酸酯涂层在抗菌性能上的差异，以确定最有效的复合材料。这种系统性的研究方法为未来开发高性能、环保的皮革涂层提供了重要的理论依据和实践指导。

在实际应用中，这种抗菌涂层具有广阔的前景。由于皮革制品在日常使用中与人体皮肤接触，其表面容易积累微生物，进而形成生物膜，影响产品的卫生和使用寿命。因此，开发具有抗菌功能的涂层对于提升皮革制品的卫生性能和延长使用寿命至关重要。本研究中所制备的涂层不仅能够有效抑制细菌和真菌的生长，还能够提供良好的物理性能，如耐磨性和柔韧性，使其适用于鞋垫和鞋内等需要高舒适性和耐用性的应用场景。此外，由于所采用的绿色合成方法，这种涂层在环保方面也具有优势，符合当前可持续发展的趋势。

本研究的成果不仅对皮革工业具有重要意义，也为其他需要抗菌性能的材料提供了参考。例如，抗菌涂层可以应用于服装、医疗设备、家居用品等领域，以提升产品的卫生安全性和使用寿命。此外，研究中所采用的MMT纳米复合材料技术也为其他类型的纳米材料提供了新的应用思路，即通过利用黏土的结构特性来增强纳米颗粒的分散性和稳定性。这种技术不仅可以提高纳米颗粒在涂层中的有效性，还可以降低其在环境中的潜在风险，因为纳米颗粒被有效地限制在MMT晶格中，减少了其在使用过程中的释放和聚集。

从材料科学的角度来看，本研究展示了纳米复合材料在提升传统材料性能方面的巨大潜力。通过将纳米颗粒嵌入MMT晶格中，研究人员不仅克服了纳米颗粒容易聚集的问题，还提升了其在涂层中的分布均匀性。这种均匀分布对于实现涂层的抗菌性能至关重要，因为纳米颗粒的聚集会导致其活性降低，从而影响整体效果。此外，MMT的加入还提升了涂层的机械性能，使其更适用于高强度的应用场景。这种多方面的性能提升使得所制备的涂层在实际应用中具有更高的可行性。

在环境和健康方面，本研究所采用的绿色合成方法为纳米颗粒的制备提供了一种更加环保的选择。传统的纳米颗粒合成方法通常涉及有毒化学品和高温高压条件，而绿色合成方法则利用天然植物提取物作为还原剂，减少了对环境和人体的潜在危害。此外，研究中所使用的橡果作为一种常见的植物果实，不仅易于获取，而且具有良好的生物相容性，使其成为一种理想的绿色合成材料。这种环保和可持续的制备方法符合当前全球对绿色材料和环保技术的需求，为未来的材料开发提供了新的方向。

综上所述，本研究通过绿色合成方法制备了Ag、ZnO和TiO?纳米颗粒，并将其嵌入MMT晶格中，形成具有抗菌性能的纳米复合材料添加剂。这些添加剂被应用于聚丙烯酸酯乳液中，制备出具有良好抗菌性能和结构稳定性的涂层。通过多种分析方法，研究人员确认了涂层的结构特性和功能性能，并评估了其在实际应用中的可行性。本研究不仅为皮革制品的抗菌性能提升提供了新的解决方案，还展示了绿色合成和纳米复合材料技术在材料科学中的广阔应用前景。未来，这种技术可以进一步推广到其他材料领域，为开发高性能、环保的涂层提供更多的可能性。