從“綠色化學(xué)”到“綠色涂料”

    以上這些原則已被國(guó)際化學(xué)界公認(rèn)，它既代表了當(dāng)今化學(xué)界在綠色化學(xué)領(lǐng)域中的研究?jī)?nèi)容，也是未來(lái)“綠色化學(xué)”的發(fā)展方向。即從“綠色原料”（可再生資源）出發(fā)采用“原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)”（高選擇性反應(yīng)）生產(chǎn)出“綠色產(chǎn)品”。此途徑的中心是研究“原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)”。而反應(yīng)的原子經(jīng)濟(jì)性概念最早是由美國(guó)Stanford大學(xué)的M.M.Trost教授提出的，針對(duì)一般僅用經(jīng)濟(jì)性來(lái)衡量工藝是否可行的傳統(tǒng)做法，他明確指出應(yīng)用一種新的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)評(píng)估化學(xué)工藝過(guò)程，即選擇性和原子經(jīng)濟(jì)性兩個(gè)概念，后者是考慮在化學(xué)反應(yīng)中究竟有多少原料的原子進(jìn)入到了產(chǎn)品之中。這一標(biāo)準(zhǔn)要求盡可能充分地利用原料分子中的原子，使之結(jié)合到目標(biāo)分子中，從而最大限度地減少?gòu)U物排放量，甚至是零排放。原子經(jīng)濟(jì)反應(yīng)的重要性目前已被普遍承認(rèn)。要實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的高原子經(jīng)濟(jì)性，就要通過(guò)開(kāi)發(fā)新的反應(yīng)途徑。

    原子利用率＝（預(yù)期產(chǎn)物的分子量/反應(yīng)物質(zhì)的原子量總和）×100 %

    原子利用率越高，反應(yīng)產(chǎn)生的廢棄物越少，對(duì)環(huán)境造成的污染也越少。在一般的有機(jī)合成反應(yīng)中：

    反應(yīng)產(chǎn)生的副產(chǎn)物D往往是廢物，因此可成為環(huán)境的污染源。綠色有機(jī)合成應(yīng)該是原子經(jīng)濟(jì)性的，即原料的原子100 %轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物，不產(chǎn)生廢棄物。

    總之，要實(shí)現(xiàn)“綠色化學(xué)”必須要注意如下要點(diǎn)：

    （1）采用無(wú)毒、無(wú)害的綠色原料。

    （2）采用無(wú)毒、無(wú)害的綠色試劑。

    （3）采用無(wú)毒、無(wú)害的綠色溶劑。

    （4）采用無(wú)毒、無(wú)害的綠色催化劑。

    （5）采用綠色化學(xué)原理的設(shè)計(jì)方案。

    （6）用計(jì)算機(jī)做綠色化學(xué)設(shè)計(jì)——在線分析化學(xué)合成。

    世界上發(fā)展中國(guó)家對(duì)環(huán)境污染問(wèn)題要靠“查”、“罰”、“關(guān)”、“停”手段，而在1995年美國(guó)總統(tǒng)克林頓首創(chuàng)了“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”，變罰為獎(jiǎng)。“總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)”（PGCCA.The Presidential Green Chemistry Challenge），是總統(tǒng)綠色化學(xué)計(jì)劃（President Green Chemistry Challenge）的一個(gè)重要組成部分，旨在獎(jiǎng)勵(lì)在研究、開(kāi)發(fā)和應(yīng)用“綠色化學(xué)技術(shù)”方面獲得杰出成就的個(gè)人、集體或組織。所謂“綠色化學(xué)技術(shù)”是指將綠色化學(xué)的基本觀念應(yīng)用于化學(xué)研究、化工制備以及化學(xué)品的利用等方面。這些技術(shù)必須有環(huán)境保護(hù)的應(yīng)用前景。所獲得的成就必須是在過(guò)去的5 a內(nèi)在美國(guó)具有開(kāi)創(chuàng)性的、起到里程碑意義的工作。該獎(jiǎng)共分5類，即小企業(yè)獎(jiǎng)、學(xué)術(shù)獎(jiǎng)、設(shè)計(jì)安全化學(xué)品獎(jiǎng)、創(chuàng)新合成路線獎(jiǎng)、改進(jìn)溶劑和反應(yīng)條件獎(jiǎng)，其中的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)又要求達(dá)到公認(rèn)的、極高的學(xué)術(shù)水平。2006年這個(gè)項(xiàng)目已執(zhí)行了11屆，一些獎(jiǎng)項(xiàng)在名稱上做了修改，即將“創(chuàng)新合成路線獎(jiǎng)”改為“更加綠色合成路線獎(jiǎng)”，將“改進(jìn)溶劑和反應(yīng)條件獎(jiǎng)”改為“更加綠色的反應(yīng)條件獎(jiǎng)”，將“設(shè)計(jì)安全化學(xué)品獎(jiǎng)”改為“設(shè)計(jì)更綠色的化學(xué)品獎(jiǎng)”，更加體現(xiàn)“綠色”。

    該獎(jiǎng)每年對(duì)5個(gè)個(gè)人和組織進(jìn)行獎(jiǎng)勵(lì)，評(píng)選標(biāo)準(zhǔn)如下：

    （1）獲提名的技術(shù)必須是綠色化學(xué)計(jì)劃中的項(xiàng)目；

    （2）獲提名的技術(shù)有益于人體健康，有助于環(huán)境保護(hù)。獲獎(jiǎng)技術(shù)必須具備：減少毒性（急性和慢性），減少疾病和傷害，減少火災(zāi)和爆炸的可能性，減少排放物，減少危險(xiǎn)物的運(yùn)輸，或在生產(chǎn)過(guò)程中減少污染物的使用；提高自然資源的利用率，如使用可再生原料；增加生物的多樣性。

    （3）技術(shù)能夠被大量的化學(xué)生產(chǎn)廠商、產(chǎn)品用戶和社會(huì)廣泛使用。獲提名的技術(shù)必須具備：實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的可行性;對(duì)現(xiàn)有環(huán)境問(wèn)題的補(bǔ)救；具有向其他設(shè)備、地區(qū)和工業(yè)轉(zhuǎn)移的特性。

    （4）獲提名的技術(shù)具有創(chuàng)新性和科學(xué)性。創(chuàng)新性是指該技術(shù)以前未被使用，科學(xué)性是指該技術(shù)經(jīng)得起科學(xué)的檢驗(yàn)，新的制造方式有堅(jiān)實(shí)的科學(xué)基礎(chǔ)。評(píng)審小組將依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)提名的技術(shù)進(jìn)行評(píng)定。申請(qǐng)人列明技術(shù)的特點(diǎn)有助于專家小組的評(píng)定并增加獲獎(jiǎng)的可能性。這些特征包括：提名技術(shù)同現(xiàn)有技術(shù)的比較、毒性數(shù)據(jù)、減少的危險(xiǎn)物的數(shù)量、在商業(yè)中的應(yīng)用范圍、其他有益于人類健康和環(huán)境的數(shù)據(jù)等。

    從1996年起到2009年，一系列重要?jiǎng)?chuàng)新性的研究成果不斷產(chǎn)生，極大地推動(dòng)了世界綠色化學(xué)的發(fā)展，值得我們學(xué)習(xí)、借鑒。

    所謂“綠色涂料”是指節(jié)能、低污染的涂料，在生產(chǎn)和使用過(guò)程中要體現(xiàn)節(jié)約能源、保護(hù)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和高效率的原則。“綠色涂料”的研究和發(fā)展方向十分明確，就是要尋求VOC不斷降低、直至為零的涂料，而且其使用范圍要盡可能寬、使用性能優(yōu)越、設(shè)備投資適當(dāng)?shù)�。因而涂料�?ldquo;綠色化”是將來(lái)涂料發(fā)展的主要方向。以下是幾種開(kāi)發(fā)較好的新型“綠色涂料”。

    該類型涂料主要特點(diǎn)是在可利用原有的生產(chǎn)方法、涂料工藝的前提下，降低有機(jī)溶劑用量，從而提高固體組分。20世紀(jì)80年代初由美國(guó)人研究開(kāi)發(fā)。通常的低固含量溶劑型涂料固體含量為30 %～50 %，而高固含量溶劑型（HSSC）要求固體達(dá)到65 %～ 85 %，從而降低日益嚴(yán)格限制的VOC的量。在配方過(guò)程中，利用一些不在VOC之列的溶劑作為稀釋劑是一種對(duì)嚴(yán)格的VOC限制的變通，如丙酮等。

    水區(qū)別于絕大多數(shù)有機(jī)溶劑的特點(diǎn)在于其無(wú)毒、無(wú)臭和不燃，將水引進(jìn)到涂料中，不僅可以降低涂料的成本和施工中由于有機(jī)溶劑存在而導(dǎo)致的火災(zāi)，也大大降低了VOC。因此水性涂料從其開(kāi)始出現(xiàn)起就得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。中國(guó)環(huán)境標(biāo)志認(rèn)證委員會(huì)頒布了《水性涂料環(huán)境標(biāo)志產(chǎn)品技術(shù)要求》，其中規(guī)定：產(chǎn)品中的揮發(fā)性有機(jī)物含量應(yīng)小于250 g/L；重金屬總含量應(yīng)小于500 mg/kg（以鉛計(jì)）；甲醛和一些聚合物的含量應(yīng)小于500 mg/kg。

    粉末涂料是國(guó)內(nèi)比較先進(jìn)的涂料。粉末涂料理論上是絕對(duì)的零VOC涂料，具有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是涂料發(fā)展的最主要方向之一。但其制造工藝相對(duì)復(fù)雜一些，涂料制造成本高，粉末涂料的烘烤溫度較高，難以得到薄的涂層，涂料配色性差，不規(guī)則物體的均勻涂布性差等，使得在應(yīng)用上會(huì)有較大的限制。這些都需要進(jìn)行廣泛而深入的研究加以改善。

不含有機(jī)溶劑的無(wú)溶劑液體涂料有雙液型、能量固化型等。無(wú)溶劑液體涂料的新發(fā)展動(dòng)向是開(kāi)發(fā)單液型，且可用普通刷漆、噴漆工藝施工的無(wú)溶劑液體涂料。

    從化學(xué)污染到“綠色化學(xué)”還要走相當(dāng)漫長(zhǎng)的路，而從現(xiàn)在的涂料轉(zhuǎn)變成“綠色涂料”也要走相當(dāng)漫長(zhǎng)的路，這是一條相當(dāng)艱難的路，但這是人類要想進(jìn)步必須走的一條路。什么叫科學(xué)？在我們涂料界中實(shí)現(xiàn)“綠色涂料”就是最大、最重要的科學(xué)。它意義重大、深遠(yuǎn)，影響我們整個(gè)民族，整個(gè)社會(huì)，整個(gè)生態(tài)，整個(gè)行業(yè)!還有什么比涉及當(dāng)代及子孫萬(wàn)代健康更重要的事呢？

    [1] 何曉春. 化學(xué)與生活. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社, 2008-02

    [2] 徐漢生. 綠色化學(xué)導(dǎo)論. 武漢: 武漢大學(xué)出版社, 2002

    [3] 韓明漢, 金涌. 綠色工程原理與應(yīng)用. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2005

    [4] P.T阿納斯塔斯, J.C沃納. 李朝軍, 王東, 譯. 綠色化學(xué)理論與應(yīng)用. 北京: 北京科學(xué)出版社, 2002