《Resources Chemicals and Materials》：Underwater UV-Curable Resin from Lac Terpenic Acid: Transforming Shellac Waste into Multifunctional Coating
编辑推荐：
研究人员以紫胶加工废弃物中提取的紫胶萜烯酸（Lac terpenic acid, LTA）为原料，开发了一种可持续生物质基高性能材料。通过将LTA与丙烯酸酰氯发生丙烯酸化反应，再与甲基丙烯酸缩水甘油酯（Glycidyl methacrylate, GMA）共聚
研究人员以紫胶加工废弃物中提取的紫胶萜烯酸（Lac terpenic acid, LTA）为原料，开发了一种可持续生物质基高性能材料。通过将LTA与丙烯酸酰氯发生丙烯酸化反应，再与甲基丙烯酸缩水甘油酯（Glycidyl methacrylate, GMA）共聚，制备得到可在水下固化的紫外光固化树脂。研究发现，水下紫外光固化速率较空气中提升6倍，所得涂层表面更为平整。当GMA添加量为40 wt%时，优化配方涂层（LGM0.4）的搭接剪切强度达6.66 MPa，弯曲强度为14.64 MPa，拉伸强度为9.22 MPa。该涂层可耐受酸碱、高温等腐蚀环境，并对钢材、铝材、PVC及玻璃等多种基材表现出强附着力。此外，其兼具多重功能特性：水接触角为107°的疏水性、自清洁性能，以及在365 nm紫外光照射下的稳定橙色荧光。该研究为紫胶废弃物的高值化利用提供了实用且可规模化的途径，实现了从工业副产物到高性能防护涂层的转化。
本研究发表于《Resources Chemicals and Materials》，针对海洋工程、交通运输及建筑领域对长效强附着、水下耐久且性能稳定的多功能涂层迫切需求展开。当前传统环氧树脂与聚氨酯材料在长期水下或高湿环境中易发生塑化、水解等失效，界面附着力显著下降；紫外光固化涂层虽具快速固化、高交联密度等优势，但水体中光散射与吸收严重干扰光引发机制，难以实现水下直接固化；同时现有材料多依赖石油基化学品，面临原料不可再生、成本波动大及环境兼容性差等问题。紫胶是紫胶虫（Kerria yunnanensis）分泌的天然树脂，其工业水解提取紫胶桐酸过程中产生大量紫胶废液，目前多以填埋或焚烧处理，造成环境污染与资源浪费。紫胶废液中富含平台分子紫胶萜烯酸（LTA），分子内含羟基、羧基、醛基及碳碳双键等活性位点，具备化学改性潜力，但其高值化利用尚未得到充分开发。为此，研究人员以LTA为平台分子，设计开发了一种生物基水下紫外光固化涂层，旨在实现废弃资源高值化与高性能防护材料的结合。
研究人员在开展研究中采用了若干关键技术方法。首先以云南墨江森源公司提供的紫胶废液为原料，经洗涤、过滤、酸析及重结晶纯化获得LTA；随后以丙烯酰氯对LTA进行丙烯酸化改性，合成含末端双键的光敏萜烯酸衍生物（LA）；再将LA与GMA共混，加入苯基双（2,4,6-三甲基苯甲酰基）氧化膦（Phenylbis(2,4,6-trimethylbenzoyl)phosphine oxide, PPO）作为光引发剂，配制系列紫外光固化涂料溶液。涂层分别在空气与水下环境中进行紫外光固化，并利用傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectrometer, FTIR）、核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）、扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscope, SEM）等进行结构与形貌表征；依据中国国家标准开展搭接剪切强度、三点弯曲强度、拉伸性能、铅笔硬度、耐冲击性、柔韧性、附着力及耐介质腐蚀等理化性能测试；采用电化学阻抗谱（Electrochemical Impedance Spectroscopy, EIS）和动电位极化曲线评价涂层防腐性能；通过水接触角测试及抗土壤污染实验评估疏水性与自清洁性能；并在365 nm紫外光下检测荧光特性，验证其在多种基材上的适用性。
研究结果分为若干部分。
3.1 LA的合成与表征：通过FTIR、质谱（Mass Spectrometry, MS）、1H NMR与13C NMR等多维表征，证实LTA成功接枝丙烯酰基，平均每个单体引入约2.4个丙烯酰基团，形成兼具光固化活性双键与原羧基、醛基及新酯基的LA分子，为后续光固化涂层奠定材料基础。
3.2 涂层固化效率与微观形貌：水下紫外光固化仅需10分钟即可达到与空气中60分钟相当的转化率，固化速率提升6倍，归因于水介质的阻氧效应抑制了氧阻聚作用；SEM显示水下固化涂层结构致密均匀，气孔较少，而空气固化涂层因溶剂挥发与收缩应力不均出现褶皱。GMA添加量40 wt%时涂层表面最为致密。
3.3 GMA含量对涂层力学性能的影响：随着GMA含量增加，搭接剪切强度、弯曲强度与拉伸强度均呈先升后降趋势，40 wt%时分别达6.66 MPa、14.64 MPa和9.22 MPa，对应最优交联网络结构；过量GMA导致交联密度过高，产生内应力集中，力学性能下降。
3.4 涂层物理性能测试：引入GMA显著提升涂层硬度与抗冲击性能，40 wt%与50 wt%配方在酸碱、盐雾及高低温循环环境中均保持完好，其中LGM0.4兼具最优硬度、柔韧性与界面附着力。
3.5 涂层流变性能：LGM0.4在0.01-1.00%应变范围内储能模量高于损耗模量，表现出高弹性恢复能力，可减少外力导致的永久变形。
3.6 水下固化涂层电化学阻抗：EIS与极化曲线结果显示，LGM0.4电荷转移电阻最高，腐蚀电位最正，腐蚀电流密度最低，防腐性能最优。
3.7 多功能性能与应用潜力：LGM0.4水接触角达107°，具疏水性与自清洁性能，在365 nm紫外光下呈现稳定橙色荧光，且对金属、陶瓷、聚合物及木材等多种基材均有强附着力，适应空气与水下环境。
讨论部分指出，本工作突破了传统紫外光固化涂层无法在水下高效固化的瓶颈，利用水介质阻氧作用加速聚合，同时通过生物质分子结构设计实现多功能集成。研究结论表明，研究人员成功开发了源自可再生LTA的水下紫外光固化高性能多功能涂层，水下固化速率提升6倍，LGM0.4配方在力学强度、耐腐蚀性与环境稳定性方面取得最佳平衡，兼具疏水自清洁与稳定荧光特性，为紫胶废弃物的高值化利用提供了可行途径。
