表面活性劑及其配方產(chǎn)品綠色星級評估系統(tǒng)

李妮妮，田曉俊，王 軍，楊許召

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

表面活性劑及其配方產(chǎn)品綠色星級評估系統(tǒng)

李妮妮，田曉俊，王 軍，楊許召

（鄭州輕工業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

本文詳細(xì)介紹了一種表面活性劑以及配方產(chǎn)品的綠色程度評估方法，解釋了該方法的實(shí)際意義，并對其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了分析。希望該方法的引入，可以給相關(guān)行業(yè)在產(chǎn)品與原料的綠色化程度評價(jià)提供一些新思路。

表面活性劑；配方；原料；綠色評估

工業(yè)化程度的提高在給人們提供便利、提升生活品質(zhì)的同時(shí)，資源消耗逐漸增大，環(huán)境承受的壓力越來越大。為了鼓勵(lì)企業(yè)研發(fā)有利于循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、減少污染排放、保護(hù)生態(tài)環(huán)境、不損害人體健康、節(jié)約資源能源并符合國家產(chǎn)業(yè)及技術(shù)政策的環(huán)境友好產(chǎn)品科技創(chuàng)新，引導(dǎo)綠色消費(fèi)，2002年國家環(huán)境保護(hù)總局批準(zhǔn)設(shè)立了《綠色之星》環(huán)境保護(hù)專用標(biāo)識[1]，由中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)組織評審，目前已經(jīng)涉及到家電、IT、通信、消防器材、建材、包裝、家居、能源和汽車9個(gè)領(lǐng)域。

在節(jié)能減排方面，國際上已經(jīng)建立了比較多的評估系統(tǒng)，如由美國綠色建筑委員會(huì)頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)“節(jié)能與環(huán)保設(shè)計(jì)優(yōu)先評價(jià)體系”（LEED）、英國的“建筑研究所環(huán)境評估法”（BREEAM）、澳大利亞“建筑溫室效應(yīng)評級標(biāo)準(zhǔn)”(ABGR)，此外還有澳大利亞綠色建筑委員會(huì)頒布的“綠色之星（Green Star）評級系統(tǒng)”和美國環(huán)境保護(hù)機(jī)構(gòu)和能源部頒布的“能源之星（Energy Star）評級系統(tǒng)”等，為衡量相關(guān)行業(yè)節(jié)能減排的效果提供了量化的評價(jià)系統(tǒng)。

在表面活性劑和其配方應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)中，利用天然可再生資源開發(fā)綠色產(chǎn)品是今后的重要發(fā)展方向之一。為了使表面活性劑及其配方產(chǎn)品的綠色程度得到量化，最近美國Colonial Chemical公司建立了“綠色星級評估系統(tǒng)（Green Star Rating，簡稱GSR）”[2]。本文把該文獻(xiàn)中的GSR的主要思想和方法整理后介紹給行業(yè)，期望對行業(yè)的發(fā)展有所幫助。

1 GSR系統(tǒng)的產(chǎn)生背景

自然界的資源分為可再生資源和不可再生資源，人們把可再生資源定義為綠色資源，因?yàn)樗梢酝ㄟ^自然過程進(jìn)行更新。眾所周知，使用綠色資源得到的原材料比使用不可再生資源得到的原材料制得的產(chǎn)品環(huán)境友好，對環(huán)境的副作用小。通常人們對原材料或產(chǎn)品綠色程度的認(rèn)定是感性的而非科學(xué)的，要求所有組分是環(huán)保的，即材料要么是綠色的、要么就不是綠色的。但隨著人們生活水平的提高，這些綠色原材料無法簡單復(fù)配成能夠滿足人們消費(fèi)需求的產(chǎn)品。若全部采用綠色組分，配方無法達(dá)到消費(fèi)者所期望的許多優(yōu)點(diǎn)，即“非綠色”的產(chǎn)品是市場需求的。例如肥皂是綠色產(chǎn)品，但它由于抗硬水能力差等因素?zé)o法滿足家庭和工業(yè)去污的所有要求。為了使配方產(chǎn)品具有更好的性能，需要加入一些非綠色的組分。商業(yè)可接受的消費(fèi)品配方需要在最佳性能和最佳綠色方面進(jìn)行平衡。

所以，需要開發(fā)一種方法去評價(jià)配方的綠色程度和平衡綠色與性能的關(guān)系，即通過GSR評價(jià)原材料或配方綠色的程度，用綠色星級值（GSV）表示。

2 GSR的基本思想和程序

2.1 表面活性劑或配方某一組分GSV的評估

對于配方中的表面活性劑或其他某一組分，在確定其分子式的基礎(chǔ)上，將分子斷裂為綠色部分（可再生部分）和非綠色部分（非可再生部分），根據(jù)綠色部分質(zhì)量在總分子質(zhì)量中所占的比例確定該表面活性劑或其他組分的綠色程度。GSV越大，綠色程度越高。基本程序如下：1) 確定評價(jià)組分的化學(xué)分子式或分子簡式；2)確定該組分分子式中哪部分是綠色的；3) 確定綠色部分在該組分分子中的質(zhì)量百分比；4) 確定此組分的GSV。

2.2 配方GSV的評估

由于配方產(chǎn)品是由數(shù)種或數(shù)10種組分復(fù)配而成，在確定配方中某一組分自身GSV的基礎(chǔ)上，乘以該組分在配方中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)即得該組分對配方GSV的貢獻(xiàn)值。將配方中所有組分的GSV貢獻(xiàn)值相加，即得到了此配方的GSV?；境绦蛉缦拢?) 確定配方中每一組分在配方中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；2) 依據(jù)每個(gè)組分的固體含量確定每個(gè)組分在配方中的固體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)；3) 確定配方中所用各組分的GSV；4) 每個(gè)組分在配方中的固體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘以相應(yīng)組分的GSV，確定每一組分在配方中的GSV貢獻(xiàn)值；5) 累加配方中所有組分所貢獻(xiàn)的GSV，確定此配方的GSV。

3 表面活性劑GSV的例子

表面活性劑種類很多，但制備用的原料和方法不同，對應(yīng)表面活性劑的GSV也會(huì)不同。

【例1】 從天然椰子油所得脂肪醇制備的脂肪醇硫酸鈉（K12）的GSV

1) 確定脂肪醇硫酸鈉的化學(xué)分子式：椰油醇硫酸鈉的分子式為C12H25OSO3Na。

2) 確定脂肪醇硫酸鈉的分子式中哪部分是綠色的：由于脂肪醇來自于椰子油，屬可再生部分，其他部分來自于不可再生部分。即可再生部分C12H25-，不可再生部分-OSO3Na。

3) 確定綠色部分在分子中的質(zhì)量百分比：可再生部分分子量＝12×12＋25＝169；不可再生部分分子量＝32＋16×4＋23＝119；總的分子質(zhì)量＝169＋119＝288。分子中可再生部分的質(zhì)量百分比＝169÷288＝58.7%。

4) 確定此脂肪醇硫酸鈉的綠色星級值：GSV是可再生部分的質(zhì)量百分比數(shù)乘以100，然后取整數(shù)。即：K12的GSV＝58.7%×100＝59。

【例2】 用齊格勒合成醇制得的脂肪醇硫酸鈉（K12）的GSV

方法完全同例1。只是分子中沒有哪一部分來自可再生資源，全部是石油化工合成產(chǎn)品，可再生部分質(zhì)量在整個(gè)分子式中的百分比＝0÷288＝0%，K12的GSV＝0。

從例1和例2看，同樣的化學(xué)組成，由于原料不一樣，產(chǎn)品的綠色程度也大不相同。前者的綠色程度明顯高于后者。

【例3】 從天然椰子油所得脂肪醇制備的月桂醇醚(3)硫酸鈉（AES）的GSV

方法同例1。AES的分子式為C12H25(OCH2CH2)3SO4Na，其中可再生部分C12H25-；不可再生部分-(OCH2CH2)3SO4Na，分子簡式為C6H12O7SNa。

可再生部分的分子質(zhì)量＝169；不可再生部分的分子質(zhì)量＝251?？偡肿恿浚?69＋251＝420?？稍偕糠职俜直龋?69÷420＝40.2%，即AES的GSV＝40。

【例4】 椰油酰胺丙基甜菜堿（CAB）的GSV

方法同例1。CAB的分子式C11H23C(O)NH-(CH2)3-N+(CH3)2CH2COO-?？稍偕糠譃镃11H23C (O)-，分子簡式為C12H23O；不可再生部分為-NH-(CH2)3-N+(CH3)2CH2COO-，分子簡式為C7H14O2N2。

可再生部分分子質(zhì)量＝183；不可再生部分分子質(zhì)量＝156；總的分子量＝183＋156＝339?？稍偕糠直壤?83÷339＝54.0%，即CAB的GSV＝54。

【例5】 椰油酸二乙醇酰胺（6501）的GSV

方法同例1。6501的分子式為C11H23C(O)N(CH2CH2OH)2，其中可再生部分C12H23O-；不可再生部分為-N(CH2CH2OH)2，分子簡式為C4H10O2N。

可再生部分分子量183，不可再生部分分子量104，總分子量＝183＋104＝287?？稍偕糠职俜直?183÷287=63.8%，即6501的GSV=64。

4 不同配方產(chǎn)品的GSV例子

綠色星級評估程序也可以應(yīng)用于任何一個(gè)配方。如對一個(gè)香波根據(jù)原料的來源不同可以配制成如下3個(gè)配方，其對應(yīng)的GSV值也有明顯差異。

【配方1】 具體配方見表1。此香波中的K12是合成脂肪醇的硫酸鈉鹽。其中K12為28.0%水溶液，CAB為35%水溶液。計(jì)算方法如下：

1) 確定每一組分在配方中的比例，用A%表示。

2) 依據(jù)每個(gè)組分的固體含量確定每個(gè)組分在配方中的固體物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，用B%表示。如CAB的濃度為35%，其CAB有效成分在配方中的實(shí)際比例為：B%＝35% ×8%＝2.8%。

3) 計(jì)算或查閱出每個(gè)組分的GSV，用C表示。

4) 計(jì)算出每個(gè)組分對配方GSV的貢獻(xiàn)值，用D表示。如表1中CAB的貢獻(xiàn)值D＝54×0.028＝1.51，其他組分同理。

5) 累加配方中所有組分的GSV貢獻(xiàn)值，即得配方的GSV＝3.43。

【配方2】 具體配方見表2。此調(diào)理香波中的K12是合成脂肪醇的硫酸鈉鹽。AES源于天然醇。K12和AES為26.5%的水溶液。配方2的GSV計(jì)算方法同配方1，具體結(jié)果見表2。

【配方3】 具體配方見表3。此調(diào)理香波中的K12和AES源于天然醇，濃度為26.5%，CAB濃度35%。配方3的GSV計(jì)算方法同配方1，具體結(jié)果見表3。

由上述3個(gè)調(diào)理香波配方的GSV計(jì)算可以看出，采用不同原料的配方，其GSV值明顯不同。GSV值越大，意味著配方中使用的可再生資源成分越多，對環(huán)境的副作用越小。利用此方法，配方師可以選擇不同原料復(fù)配出GSV更高、更綠色的產(chǎn)品，以便消費(fèi)者去選用。

5 結(jié)語

綠色星級評估系統(tǒng)只是從原料來源這一視角為表面活性劑的研究者、配方師和消費(fèi)者提供了評價(jià)表面活性劑、產(chǎn)品配方組分和復(fù)配后配方綠色化程度的方法，便于消費(fèi)者在滿足使用要求的前提下選擇GSV最大的產(chǎn)品。此方法還可用于其他精細(xì)化學(xué)品的原料與配方的綠色化程度評價(jià)，簡單易行，容易被企業(yè)和消費(fèi)者接受。

但需要注意的是：此方法還有不完善的地方，沒有與被評價(jià)組分的生物降解性相關(guān)聯(lián)，如用牛油加氫制得的D1821，其GSV值高達(dá)86，但生物降解性很差，許多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)停止使用D1821。如果能夠?qū)⒃系木G色化和產(chǎn)物的生物降解性一起考慮，用以評價(jià)表面活性劑的綠色程度，將更加科學(xué)。

表1 香波配方1的GSV

表2 香波配方2的GSV

表3 香波配方3的GSV

[1] 中國環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì).《綠色之星》標(biāo)識申報(bào)及產(chǎn)品推廣管理辦法（暫行）[J].中國環(huán)保產(chǎn)業(yè), 2002,(9):46-48.

[2] Tony O'Lenick, Siltech LLC, Dacula, Ga. Green Star Rating for Raw Materials and Formulations[J]. Surfactant Spectator, 2008,1(1):1-10.