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可供选择的化学和工程学用绿色环保杀真菌剂和杀菌剂

作者:   |  发表于:2013-03-07   |  关键词:

涂料工业正向着生产更安全、更加环境友好的消费品方向迈进,同时研制出降低VOC的涂料以及用于建筑装饰涂料的高性价比的助剂。本文列举了两个示例来说明涂料用工业杀菌剂的研制和生产,可减少对人体健康和环境的不利影响。

我们已在水性载体中成功配制了两种工业杀菌剂,它们使用最少量的挥发性有机溶剂和分散剂。杀真菌剂3--2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)的配方将VOC和最终产品的总成本降至最低。户外涂料典型的用量是约为1.0%,而室内涂料的使用量是低于0.5%以防表面毁损、涂膜退化以及防止霉菌在室内潮湿的涂膜上繁殖,同时也降低了消费者在涂料施工期间以及施工以后暴露在VOC环境中。

同样,在水中以在典型的有机溶剂中浓度的几分之一配制了BIT[(1,2-苯丙异噻唑啉-32H-)]分散体。VOC明显降低。防止水性涂料中细菌性腐败的典型使用量通常约为0.05%

在环境中BITIPBC的半衰期都很短。在这些产品生产期间,要处理的挥发性有机溶剂的量大大降低。工人暴露也降至最低。专门的分散设备明显降低了循环次数。



介绍

在过去几年中,对绿色化学、绿色工程学和可持续战略进行了相当多的讨论。这些词汇经常被互用,尽管这些概念有一定的交叠,但每一个词汇都有很清楚的定义(1)。每一个词汇都从略微不同的角度来说明环境问题,这样每个词汇都提出了一系列不同的问题和潜在的解决方法1

根据Anastas Warner的观点2,绿色化学是“设计更加环境友好和降低对人体健康和环境不利的化学产品和过程”。美国环保署将绿色工程学定义为可行并经济的过程和产品的设计、工业化和使用,同时最大程度地降低:(1)污染源的产生,(2)危害人体健康和环境的风险。可持续发展或可持续性战略通常是根据Brundtland委员会的最初定义来定义的3,4,即满足自身需求但又没有牺牲后代需求的能力。

在最近的出版物5中,提出了绿色化学、绿色工程学和可持续战略的下列12条原则:防止污染、设计更安全的化学品和产品、设计危险性小的化学合成路线、使用可恢复(回收)的原料、使用催化剂而不是按化学计量的试剂、避免产生化学派生物、原子使用效率最大化、使用更安全的溶剂和反应条件、提高能效、设计使用后能降解的化学品和产品、实时分析防止污染、将发生事故的可能性降至最低。

对举例的每种产品(水性IPBC和水性BIT)展开了讨论,强调了适用的原则。


水性IPBC配方

活性组分IPBC的合成

工业化化工过程是基于下列合成路径:丙炔醇(液态PA)和异氰酸丁酯(液态BIC)反应生成丙炔基丁基氨基甲酸酯(液态PBC)PBC与碘反应生成3--2-丙炔基氨基甲酸丁酯(IPBC)。采用甲醇水溶液溶解、经过滤、冲洗至无杂质并干燥得到IPBC晶体。

与传统过程相比,ISP化学过程的特点是:(1)利用含碘的废物作为碘的来源;(2IPBC净化时用水而不是有机溶剂。这些创新能除去含碘废物并排除了挥发性有机溶剂蒸汽的排放。此外,在净化阶段不使用可燃性有机溶剂使得生产过程更加安全。


产品配方

通过专利技术的研究促进了IPBC在水中的分散,避免了有机溶剂的使用。20%或更高浓度的稳定的IPBC水分散体的配方已获得成功。绿色配方中计算的VOC含量接近零,而传统配方中挥发性有机物的量约占80%(1)

配制产品的生产

IPBC在水中的分散在密闭的高速分散设备中进行,该设备能收集任何雾化的活性组分。容器向布袋过滤器排气来收集任何空气中夹带的微粒(2)。生产设备场设定了专门的允许空气排放的要求。

分析方法

在对含有IPBC活性剂成分的成品进行质量控制时,采用非破坏性分析方法限制了废物的产生量。已经研究出一种分析塑料产品中IPBC的特殊方法。该方法是基于用X射线荧光光谱(XRF)非破坏性地测定碘的方法。它不需要像许多传统的方法一样用溶剂来溶解试样或灼烧试样。


IPBC的环境影响

    IPBC在土壤和水生环境中是非持久性和易变的。在需氧型土壤和厌氧型水生环境中IPBC都能快速降解6


原材料的安全使用

   IPBC及含有IPBC的配制产品等原材料的特点是在排气口采用如图3所示胶料包裹的量热计时,可能会参与不受控制的化学反应7。该信息提供了有关原材料和配制产品安全处置和储存的有价值的指南。

此外最终使用时还应包括可能产生颗粒和气体排放情况的处置,应由有证的工业卫生学者监控空气质量以保证工人的安全。



生命周期分析

生命周期分析(LCA)是评定产品在生命周期内(一生)环境行为的一种管理工具。上面所描述的过程也要经过生命周期分析从而来评价产品生命周期内各阶段(包括材料提取、处理、生产、包装、销售、使用、循环利用和废物处理)对环境产生的累积影响。


产品效验

新研制的环境友好型产品也必须是物有所值。在本案例中,用水代替更昂贵的有机原材料。产品作为涂料中的杀真菌剂时,用量为0.20%0.50%(质量比)就有效果(见表2和表3)


水性BIT配方

活性组分BIT的合成

工业化化工过程是基于下列合成路径:将氨茴酸重氮化,然后与二氧化硫反应(偶联反应)得到安息香酸。安息香酸然后与磺酰氯和亚硫酰二氯在氯化溶剂介质中反应生成氯硫代苯甲酰氯(CTBC)。氯硫代苯甲酰氯然后与氨反应生成杂环化合物,经过净化后得到最终产品BIT

产品配方

通过专利技术的研究促进了BIT在水中的分散,消除了有机溶剂的使用。20%的稳定的BIT水分散体的配方获得成功。绿色配方中计算的VOC含量接近零,而传统配方中挥发性有机物的量约占55%(4)

配制产品的生产

同上面描述的绿色IPBC产品一样,BIT的分散在密闭的带排气口的高速分散设备中进行,该设备能确保收集任何空气中夹带的物质。


环境影响

 BIT在需氧型土壤能快速降解(半衰期不到24小时)。不会在水生有机物中产生生物积聚8

产品效验

新研制的环境友好型产品也必须是物有所值。像绿色IPBC产品的情况一样,用水代替更昂贵的有机原材料。产品作为水性材料中的杀真菌剂时,用量为0.03%0.05%(质量比)时就有效果(见表5)






结论

在本文中列举了两个示例来说明水性涂料用工业杀菌剂的研制和生产,这些杀菌剂能降低对人体健康和环境的不利影响。水性IPBCBIT产品现在能购买得到,它们比传统的溶剂型配方更为环保。



参考文献

1   Abraham, M. SpecialTopical Issue on Sustainability in Chemical  Engineering. Environmental Progress 2004, 23 (4).

2   Anastas, P.T.; Warner,J.C. Green Chemistry; Oxford University Press. Oxford, UK, 2000.

3   Brundtland Commission. OurCommon Future; Oxford UniversityPress. Oxford, UK, 1987.

4   United Nations. 1987.Report of the World Commission on Environment and Development. (http//www.un.org/documents   /ga/res/42/ares42-187.htm) General AssemblyResolution  42/187, 11 December 1987.

5   Challener, C. GreenChemistry. JCT Coatings Tech. 2004, 34.

6   United StatesEnvironmental Protection Agency. 1997 (March).  Prevention, Pesticides and Toxic Substances(7508W). Reregistration   Eligibility Decision (RED) 3-Iodo-2-propynyl butylcarbamate  (IPBC). EPA738-R-97-003.

7   Askonas, C.F.; Burelbach,J.P.; Leung, J.C. North American  ThermalAnalysis Society. 28th Annual Conference.Orlando. FL,   October 2000.

8   United StatesEnvironmental Protection Agency. 2005(September).Prevention, Pesticides andToxic Substances(7510C). ReregistrationEligibility Decision (RED)1,2-Benzisothiazolin-3-one (BIT).    EPA739-R-05-007.




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