作者：
Rossella Sesia，Rossella Sesia , Anna Giulia Cardone，等 （都灵理工大学，应用科学与技术学院）
摘 要：在涂料行业中，人们对有望取代传统石油材料的环保型涂料日益关注。在本研究中，研究了天然单宁酸(TA)作为环氧大豆油基涂料(ESO)的添加剂。制备了两种不同浓度的碳酸丙烯酯中的TA溶液，并以不同重量比添加到ESO中。通过实时傅里叶变换红外光谱(FTIR)和差示扫描量热仪(photo-DCS)，深入评估了涂料的UV固化过程。由于TA多酚的活化单体机制，环氧基团转化率显著增加，约为90%。动态热力学分析表明，该机制加快了光交联过程，但降低了涂料的交联密度。添加TA后，涂料的硬度降低，而表面涂层的疏水性保持不变。最后，对UV固化涂料在低碳钢基材上的附着力进行了评估。添加TA后，涂层的附着力得到了显著的提高，TA中的酚类物质不仅参与了光交联反应，而且还与钢表面的铁元素配位。此外，还研究了酸洗和等离子体两种不同的钢表面预处理对涂层附着力的影响。
关键词：生物基涂料，光聚合，单宁酸，环氧大豆油，附着力
关键性图片
环氧大豆油(ESO，红线)、未添加单宁添加剂的ESO配方(ESO/0TA，蓝线)、单宁酸(TA，绿线)和添加单宁添加剂的ESO配方(ESO/9TA，黄线)的ATR-FTIR光谱。
a)辐照前(实线)和辐照后(虚线)记录的FTIR光谱；B)环氧环开环光聚合示意图
实时FTIR分析ESO/TA配方中环氧基转化率随时间的变化规律
a)不同ESO/TA重量比的配方的dsc热像图；b)活化单体作用机制
对不同ESO/TA重量比的紫外光固化配方进行DMTA分析，得到tanδ曲线和E′模量曲线
笔者解读
Rossella Sesia等人通过将单宁酸（TA）作为一种附着力促进剂加入到环氧大豆油（ESO）中进行UV固化，实验证明了在多种预处理方式下，TA均能显著增强ESO/TA涂层的附着力。显著的附着力改善是因为TA的多种酚，它们能够配位铁离子，从而在金属表面和光交联环氧基涂层之间起到“桥梁”的作用。此外，TA可以将ESO在UV照射条件下进行聚合固化的转化率由75%提高到接近100%，这得益于活性链自由基与聚合物反应体系之间发生的独电子转移并生成大分子和新自由基的链转移反应，也因此造成了交联密度随着TA量的增加而降低。TA又称鞣酸、鞣质、单宁、丹宁酸、没食子鞣酸、二倍酸、柔酸。单宁酸是植物生长过程中，植物代谢产生的次生物，相对分子量在500-3000Da之间的多酚类化合物。单宁酸是一种天然的酚类物质，在葡萄、五倍子、茶、紫荆、可可以及许多植物中都可以找到它的身影。而单宁酸本身作为一种锈转化剂，已经被广泛应用在石油化工行业，它携带的大量酚-OH能够与金属基材上的铁锈产生螯合反应，生成黑色的金属螯合物，也就是原文所提到的“桥梁作用”的本质，因此在应用早期和维保阶段，添加单宁酸到涂料中能够提高涂料对金属基板表面处理的耐受程度，减少过度打磨工件带来的损伤，并且可以将有害的铁锈成分转化为有益的防护层。值得注意的是，在植物中存在并不完全意味着它的无毒无害，单宁酸是一种微毒物质，正常来说，食物中含有的单宁酸都是安全剂量的，不足以对人体有危害。但是大量食用或大剂量皮肤接触，会有伤害，这和桉树油，酒精的使用是一个道理，过量有害。
来源：《Progress in Organic Coatings》
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2024.108311
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