“大自然塗料”的簡要生產過程。

研究人員Thomas Freese（左）與George Hermens。

當地時間12月16日，《科學進展》雜誌發文稱，荷蘭格羅寧根大學（UOG）與跨國公司阿克蘇諾貝爾（AKN）合作開發了一種工藝——可利用光、氧氣和紫外光將生物質轉化成高質量塗料。

該工藝將可再生能源與綠色化學工藝有機結合，製造出了新單體。新單體有望替代目前使用的丙烯酸酯等石化單體。

塗料在生活中無處不在，不論是漆裝房屋的油漆還是手機螢幕上的塗層，都會用到這種防護材料，讓主材表面免受劃刻、磨損和天氣的損害。目前，大多數塗料都是用丙烯酸酯聚合物製造的，全球丙烯酸酯的年產量超過350萬噸，全部源自化石燃料。

為了讓塗料更具可持續性，UOG和AKN的研究人員展開了合作。

論文作者George Hermens說：“我們希望用木質纖維素作為原料。”木質纖維素佔植物木質部的20%~30%，是地球上最豐富的原始生物質材料。目前，它主要被用作固體燃料或用於生產生物燃料。Hermens補充說：“木質纖維素可以被酸分解成糠醛，然後經改性後用於塗料生產。”

Hermens等開發的工藝將糠醛轉化成了類似丙烯酸的化合物——羥基丁烯內酯。這種化學轉化過程只涉及光、氧氣和一種簡單催化劑，基本不會產生廢料。唯一的副產品是甲酸甲酯，它可以在其他工藝中用作氟氯化碳的替代物。

羥基丁烯內酯的部分結構與丙烯酸酯非常相似，但其分子活性部分為環狀結構——這意味著羥基丁烯內酯的反應性更低，研究人員需要對其進行改性才能滿足聚合反應的要求。透過向羥基丁烯內酯中加入生物基醇，研究人員獲得了4種不同的烷氧丁烯內酯單體。這些單體可以在引發劑和紫外光的作用下，轉化為聚合物。

塗料是由交聯聚合物組成的，透過組合單體，工程師們可以製造出不同性質的交聯聚合物。例如，透過最佳化單體組合，可以讓聚合物塗層塗覆在塑膠之上；而透過新增更多剛性單體，能夠製造出高硬度塗層。

Hermens總結說：“我們成功地應用可再生資源木質纖維素和綠色化學工藝製造了塗料，其質量可與丙烯酸類塗料相媲美。”

Hermens等正在嘗試利用糠醛衍生製造另一種構築塊，以生產其他型別的聚合物塗料。

編譯：雷鑫宇 審稿：西莫 責編：陳之涵

期刊編號：2375-2548

原文連結：https://phys.org/news/2020-12-green-chemistry-coatings-nature.html