近日，陕西科技大学科锐新材料研究所马建中教授等人在国际知名期刊、中国工程院院刊《Engineering》（IF=10.1）期刊发表了题为“Bio-Based Waterborne Poly(Vanillin–Butyl Acrylate)/MXene Coatings for Leather with Desired Warmth Retention and Antibacterial Properties”的研究论文。文章报道了一种以香兰素为原料，无溶剂、简便地合成了生物基绿色抗菌剂和芳香单体甲基丙烯酸基香兰素（MV）。将MV与丙烯酸丁酯（BA）共聚，通过微乳液聚合得到水性生物基P（MV - BA）微乳液。随后，通过超声分散将具有优异光热转换性能和抗菌性能的MXene纳米片引入到P（MV-BA）微乳液中。该研究为新型、绿色、水性生物基纳米复合皮革涂层的制备提供了新的见解，具有理想的保暖性和抗菌性。它不仅可以在冬季实现基于阳光的零碳供暖，减少化石燃料的使用和温室气体的排放，还可以提高抵御有害细菌、病毒和其他微生物入侵的能力。
皮革作为一种天然高分子材料，在极冷的环境下，其保暖性还需进一步提高，霉菌和病毒极易在其上滋生，影响其卫生性能。为了提高皮夹克、皮靴等皮革制品的保暖性，通常会添加柔软透气的棉质衬里。虽然能在一定程度上提高保暖性，但会使皮革制品臃肿，影响穿着舒适性和美观性。针对皮革上容易滋生细菌和霉菌的问题，皮革制革环节经常添加五氯酚等有机抗菌剂作为皮革防腐剂，这些抗菌剂不仅有毒，危害消费者健康，而且来源于石油化工产品。基于上述问题，本研究提供了一种新型生物基P（MV - BA）微乳液作为皮革涂料材料。这种绿色材料被用作传统皮革涂层材料的绿色替代品。特别是当MXene纳米片的添加量为1.4 wt%时，冬季室外环境下P(MV-BA)/MXene纳米复合微乳液包覆皮革（PML）的表面温度提高了约15℃，在模拟阳光照射30 min下，对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率接近100%。
图1 (a) 65 mW·cm−2红外光照射下PML的表面温度变化；（b - f）不同光强模拟阳光下：(c) 50 mW·cm−2,(d) 75 mW·cm−2,(e) 100 mW·cm−2,(f) 125 mW·cm−2,(g) 150 mW·cm−2；（g - i）阳光下：(h) 10:00, (i) 12:00, (j) 14:00；(j) PML暴露在阳光下的数字红外图像（西安，中国，2022年12月25日）；(k) PML-1饱和温度随辐照功率密度的线性拟合；(i) PML-1在5个光照开/关周期下的表面温度变化；(m)在100 mW·cm−2模拟阳光下PMF与其他mxeni光热薄膜的光热性能比较。
图2 在无150 mW·cm−2模拟日光条件下对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能，未涂布的皮革（a-ⅰ，c - ⅰ，e - ⅰ，g - ⅰ）和涂有P(MV-BA)/MXene纳米复合微乳液的皮革（b - ⅰ，d - ⅰ，f - ⅰ，h - ⅰ）；在模拟日光下，（ a- ⅱ，c - ⅱ，e - ⅱ，g - ⅱ）未涂布的皮革和（b - ⅱ，d - ⅱ，f - ⅱ，h - ⅱ）涂布P(MV–BA)/MXene纳米复合微乳液的皮革
本研究首先以香草醛和甲基丙烯酸酐为原料，采用Steglich酯化法合成生物基MV。随后，MV作为一种生物基绿色抗菌剂，不仅赋予了皮革涂料所需的抗菌性能，而且作为石油基致癌物St的绿色替代品，通过微乳液聚合与BA（潜在的可再生单体）共聚，提供了新型生物基P（MV - BA）微乳液作为皮革涂料材料。最后，将具有良好光热转换性能和抗菌性能的二维纳米片MXene通过超声分散引入到P（MV-BA）微乳液中，制备P(MV-BA)/MXene纳米复合涂层。该涂层具有优异的光热转换效率和抗菌效果，实现了皮革制品的高效保温和抗菌性能。有效的提高皮革制品的穿着舒适性和卫生性能，进一步的促进了未来皮革、造纸、建筑涂料等行业涂料材料的绿色可持续发展。
马建中教授为本文第一作者和通讯作者，硕士研究生马莉为学生第一作者。以上研究成果得到国家自然科学基金（编号52073164和 21838007）的支持。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.06.005
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