1.3 原子經濟原則
以上這些原則已被國際化學界公認,它既代表了當今化學界在綠色化學領域中的研究內容,也是未來“綠色化學”的發展方向。即從“綠色原料”(可再生資源)出發采用“原子經濟反應”(高選擇性反應)生產出“綠色產品”。此途徑的中心是研究“原子經濟反應”。而反應的原子經濟性概念最早是由美國Stanford大學的M.M.Trost教授提出的,針對一般僅用經濟性來衡量工藝是否可行的傳統做法,他明確指出應用一種新的標準來評估化學工藝過程,即選擇性和原子經濟性兩個概念,后者是考慮在化學反應中究竟有多少原料的原子進入到了產品之中。這一標準要求盡可能充分地利用原料分子中的原子,使之結合到目標分子中,從而最大限度地減少廢物排放量,甚至是零排放。原子經濟反應的重要性目前已被普遍承認。要實現反應的高原子經濟性,就要通過開發新的反應途徑。
原子利用率=(預期產物的分子量/反應物質的原子量總和)×100 %
原子利用率越高,反應產生的廢棄物越少,對環境造成的污染也越少。在一般的有機合成反應中:
反應產生的副產物D往往是廢物,因此可成為環境的污染源。綠色有機合成應該是原子經濟性的,即原料的原子100 %轉化成產物,不產生廢棄物。
1.4 實現“綠色化學”需注意的要點
總之,要實現“綠色化學”必須要注意如下要點:
(1)采用無毒、無害的綠色原料。
(2)采用無毒、無害的綠色試劑。
(3)采用無毒、無害的綠色溶劑。
(4)采用無毒、無害的綠色催化劑。
(5)采用綠色化學原理的設計方案。
(6)用計算機做綠色化學設計——在線分析化學合成。
2 變罰為獎——美國“總統化學綠色挑戰獎”
世界上發展中國家對環境污染問題要靠“查”、“罰”、“關”、“停”手段,而在1995年美國總統克林頓首創了“總統綠色化學挑戰獎”,變罰為獎。“總統綠色化學挑戰獎”(PGCCA.The Presidential Green Chemistry Challenge),是總統綠色化學計劃(President Green Chemistry Challenge)的一個重要組成部分,旨在獎勵在研究、開發和應用“綠色化學技術”方面獲得杰出成就的個人、集體或組織。所謂“綠色化學技術”是指將綠色化學的基本觀念應用于化學研究、化工制備以及化學品的利用等方面。這些技術必須有環境保護的應用前景。所獲得的成就必須是在過去的5 a內在美國具有開創性的、起到里程碑意義的工作。該獎共分5類,即小企業獎、學術獎、設計安全化學品獎、創新合成路線獎、改進溶劑和反應條件獎,其中的學術獎又要求達到公認的、極高的學術水平。2006年這個項目已執行了11屆,一些獎項在名稱上做了修改,即將“創新合成路線獎”改為“更加綠色合成路線獎”,將“改進溶劑和反應條件獎”改為“更加綠色的反應條件獎”,將“設計安全化學品獎”改為“設計更綠色的化學品獎”,更加體現“綠色”。
該獎每年對5個個人和組織進行獎勵,評選標準如下:
(1)獲提名的技術必須是綠色化學計劃中的項目;
(2)獲提名的技術有益于人體健康,有助于環境保護。獲獎技術必須具備:減少毒性(急性和慢性),減少疾病和傷害,減少火災和爆炸的可能性,減少排放物,減少危險物的運輸,或在生產過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)技術能夠被大量的化學生產廠商、產品用戶和社會廣泛使用。獲提名的技術必須具備:實現綠色化學的可行性;對現有環境問題的補救;具有向其他設備、地區和工業轉移的特性。
(4)獲提名的技術具有創新性和科學性。創新性是指該技術以前未被使用,科學性是指該技術經得起科學的檢驗,新的制造方式有堅實的科學基礎。評審小組將依據上述標準,對提名的技術進行評定。申請人列明技術的特點有助于專家小組的評定并增加獲獎的可能性。這些特征包括:提名技術同現有技術的比較、毒性數據、減少的危險物的數量、在商業中的應用范圍、其他有益于人類健康和環境的數據等。
從1996年起到2009年,一系列重要創新性的研究成果不斷產生,極大地推動了世界綠色化學的發展,值得我們學習、借鑒。
3 綠色涂料
所謂“綠色涂料”是指節能、低污染的涂料,在生產和使用過程中要體現節約能源、保護生態、經濟和高效率的原則。“綠色涂料”的研究和發展方向十分明確,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、使用性能優越、設備投資適當等。因而涂料的“綠色化”是將來涂料發展的主要方向。以下是幾種開發較好的新型“綠色涂料”。
3.1 高固含量溶劑型涂料
該類型涂料主要特點是在可利用原有的生產方法、涂料工藝的前提下,降低有機溶劑用量,從而提高固體組分。20世紀80年代初由美國人研究開發。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)要求固體達到65 %~ 85 %,從而降低日益嚴格限制的VOC的量。在配方過程中,利用一些不在VOC之列的溶劑作為稀釋劑是一種對嚴格的VOC限制的變通,如丙酮等。
3.2 水性涂料
水區別于絕大多數有機溶劑的特點在于其無毒、無臭和不燃,將水引進到涂料中,不僅可以降低涂料的成本和施工中由于有機溶劑存在而導致的火災,也大大降低了VOC。因此水性涂料從其開始出現起就得到了長足的進步和發展。中國環境標志認證委員會頒布了《水性涂料環境標志產品技術要求》,其中規定:產品中的揮發性有機物含量應小于250 g/L;重金屬總含量應小于500 mg/kg(以鉛計);甲醛和一些聚合物的含量應小于500 mg/kg。
3.3 粉末涂料
粉末涂料是國內比較先進的涂料。粉末涂料理論上是絕對的零VOC涂料,具有其獨特的優點,是涂料發展的最主要方向之一。但其制造工藝相對復雜一些,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,不規則物體的均勻涂布性差等,使得在應用上會有較大的限制。這些都需要進行廣泛而深入的研究加以改善。
3.4 無溶劑液體涂料
不含有機溶劑的無溶劑液體涂料有雙液型、能量固化型等。無溶劑液體涂料的新發展動向是開發單液型,且可用普通刷漆、噴漆工藝施工的無溶劑液體涂料。
4 結語
從化學污染到“綠色化學”還要走相當漫長的路,而從現在的涂料轉變成“綠色涂料”也要走相當漫長的路,這是一條相當艱難的路,但這是人類要想進步必須走的一條路。什么叫科學?在我們涂料界中實現“綠色涂料”就是最大、最重要的科學。它意義重大、深遠,影響我們整個民族,整個社會,整個生態,整個行業!還有什么比涉及當代及子孫萬代健康更重要的事呢?
參考文獻:
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從_綠色化學_到_綠色涂料_沈浩.pdf