《ACS Omega》：Degradation and Removal of Acrylic/Alkyd Hybrid Paint Using Soybean Oil-Derived Methyl Esters as Bio-Based Solvents
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丙烯酸/醇酸杂化涂料有效结合了醇酸树脂的优异附着力和光泽度与丙烯酸聚合物的化学和机械耐受性。然而，其去除通常依赖于有害的石油衍生溶剂。本研究评估了通过大豆油碱性酯交换合成的植物油甲酯（VOMEs）作为生物基且高效的涂料降解与去除替代品的应用。将商用丙烯酸/醇酸
丙烯酸/醇酸杂化涂料有效结合了醇酸树脂的优异附着力和光泽度与丙烯酸聚合物的化学和机械耐受性。然而，其去除通常依赖于有害的石油衍生溶剂。本研究评估了通过大豆油碱性酯交换合成的植物油甲酯（VOMEs）作为生物基且高效的涂料降解与去除替代品的应用。将商用丙烯酸/醇酸涂料薄膜暴露于VOMEs中不同时间（15–120分钟），并采用质量变化分析、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）、热重分析（TGA）和伸长率测试进行表征。质量变化分析显示，120分钟后薄膜质量最大增加10.51%，归因于VOMEs吸附进入涂料薄膜。TGA数据揭示，处理后的薄膜在150–260 °C之间出现额外质量损失，归因于吸附的VOMEs的热释放。此外，FTIR-ATR光谱表明，这种溶剂吸收破坏了涂料薄膜的交联和芳香结构。力学表征证实了显著的结构弱化，失效时间缩短了97%。在玻璃、碳钢板和覆面石材基材上的实际测试在55分钟内实现了完全去除涂料。TGA证实，这些生物基VOMEs在高达150 °C时保持热稳定，防止在剥离操作中过早热释放，使其成为传统剥离剂的有前景的环保替代品。Hansen溶解度参数和相对能量差值表明，VOMEs的主要组分通过削弱链间力驱动剥离作用，从而促进起泡、卷曲和溶胀，进而便于涂料去除。
丙烯酸/醇酸杂化涂料因兼具醇酸树脂的附着力和光泽与丙烯酸聚合物的化学及机械耐受性，被广泛用于防腐、建筑、汽车等领域。然而，其去除通常依赖含二甲苯、乙苯和甲苯等芳香烃的石油基溶剂，这类溶剂易燃、有毒且难降解。虽然离子液体和纳米结构表面活性剂流体等绿色替代方案已被探索，但存在暴露时间过长、制备复杂或基材兼容性差等局限。因此，开发高效、生物基且无毒的涂料去除溶剂具有重要需求。本研究旨在评估大豆油衍生的植物油甲酯（VOMEs）作为生物基溶剂对丙烯酸/醇酸杂化涂料的降解和去除效果，并阐明其作用机制。
研究人员通过碱性酯交换法合成VOMEs，将商用丙烯酸/醇酸涂料薄膜暴露于VOMEs不同时间，采用质量变化分析、热重分析（TGA）、衰减全反射傅里叶变换红外光谱（FTIR-ATR）和伸长率测试系统表征其影响，并在玻璃、碳钢板和覆面石材基材上验证实际剥离效率。结果表明，VOMEs能渗透涂料薄膜、破坏交联结构、显著削弱力学性能，并在55分钟内实现完全去除涂料。该研究确立了VOMEs作为传统石油基剥离剂的高性能环保替代品，符合绿色化学发展要求，论文发表在《ACS Omega》。
关键技术方法包括：(1) VOMEs合成：以大豆油为原料，通过碱性催化酯交换制备，产物纯度达98.5%，并依据ASTM标准测定酸值、运动粘度、密度，采用气相色谱确定脂肪酸组成。(2) 薄膜处理：采用商用高光黑色丙烯酸/醇酸磁漆（Sherwin-Williams Kem Fast Dry Línea G69）制成标准尺寸薄膜，干燥15天后在中心滴加单滴VOMEs（0.024 g）接触15–120分钟。(3) 表征手段：质量变化分析评估吸附溶胀；TGA分析热稳定性与吸附量；FTIR-ATR监测化学结构变化；伸长率测试评价力学退化。(4) 实际基材测试：在玻璃、碳钢板和覆面石材上涂覆三层涂料，经VOMEs静态接触后按ASTM D4828和D3450标准进行机械擦拭，量化去除率。所有实验均重复三次。
3.1 VOMEs的理化表征：气相色谱显示大豆油脂肪酸以亚油酸（约50%）和油酸（约20%）为主，VOMEs相对密度0.87、运动粘度4 mm2/s（40 °C）、酸值0.9 mg KOH/g。酯基和脂肪酸链赋予VOMEs良好的渗透性和对聚合物网络的亲和力。
3.2 质量变化：干燥动力学显示薄膜12天内质量减少50.56%，与配方中VOC含量一致。经VOMEs处理后，薄膜质量随接触时间增加，120分钟达到最大增加10.51%，证实VOMEs通过物理吸附有效渗入涂料基体。
3.3 热重分析：TGA显示处理后的薄膜在150–260 °C出现额外失重，AA120样品达25.2%（扣除基线5%后净吸附20.2%），与质量增加结果吻合。VOMEs在150 °C以下热稳定，而渗透的溶剂降低了交联网络分解温度并加速降解。
3.4 FTIR-ATR光谱：红外光谱中亚甲基和酯基相关谱带强度随暴露时间增强，交联剂CH
2/NCO变形振动（1379、1257 cm
-1）和芳香C-H振动（1598、1578、740 cm
-1）显著减弱，表明VOMEs渗透破坏了交联和芳香结构。
3.5 力学退化与伸长行为：伸长率测试显示，暴露120分钟的薄膜断裂伸长从15分钟的44 mm降至24 mm，伸长速度从0.005 mm/s增至0.05 mm/s，失效时间从3545 s骤降至92 s，降低97%，说明溶剂溶胀导致严重脆化和结构失效。
3.6 热力学框架：基于Hansen溶解度参数计算，甲基亚油酸酯对丙烯酸模型（Acryloid B-44）的相对能量差（RED）为0.996，处于溶解边界；甲基油酸酯RED为1.03，略超出；残余甘油酯RED均大于1.08。因此甲基亚油酸酯是主要活性组分，通过局部溶剂化削弱链间力，而非整体溶解，导致起泡、卷曲和溶胀。
3.7 实际剥离效率：在玻璃上，5分钟去除54.6%，30分钟达100%；碳钢板上15分钟去除77.2%，35分钟达100%；覆面石材因孔隙和机械锚固作用，15分钟仅去除7.1%，55分钟达最大93.8%。表明VOMEs在不同基材上均有效，但剥离速率受基材表面形貌影响。
讨论部分总结：VOMEs的剥离机制并非立即各向同性溶解，而是甲基亚油酸酯（约占50%）在RED接近1的边界热力学条件下渗入涂料，局部溶剂化丙烯酸链段，削弱链间内聚力，产生不均匀溶胀压力，导致宏观鼓泡、卷曲和结构弱化。残余甘油酯因体积大且热力学亲和力不足，不参与主要剥离过程。VOMEs的热稳定性（150 °C以下）避免了操作中提前挥发，保障持续接触。
研究结论翻译：本研究证明VOMEs作为高性能绿色溶剂在降解和去除丙烯酸/醇酸杂化涂料方面具有显著潜力。实验证据证实VOMEs诱导涂料薄膜发生渐进且系统的结构改变，降解动力学与暴露时间直接相关。该结论得到多分析方法支持：吸附与扩散方面，最大质量增加10.51%表明VOMEs通过吸附机制有效渗透聚合物基体；结构破坏方面，FTIR-ATR和TGA分析从分子和热学角度确认了破坏杂化网络交联和芳香域的化学相互作用；机械失效方面，失效时间降低97%和弹性丧失证实溶剂诱导溶胀导致关键结构弱化；实际效果方面，在玻璃和碳钢板基材上分别于30和35分钟内实现100%涂料去除，验证了VOMEs作为传统剥离剂快速高效替代品的可行性；Hansen溶解度参数和相对能量差值进一步支持上述结论，表明VOMEs主要组分通过弱化链间力、促进鼓泡、卷曲和溶胀来去除涂层。从生态角度看，VOMEs具有生物基、无毒和低能耗合成等优势，符合绿色化学替代需求。未来应在更多基材和多层涂层系统中研究其性能，以验证工业可扩展性。
