2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)項(xiàng)目介紹

楊雙春，潘 一，張金輝

（遼寧石油化工大學(xué)， 遼寧 撫順 113001）

美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)(The Presidential Green Chemistry Challenge Awards，PGCC獎(jiǎng))[1]自1996年創(chuàng)辦以來，始終致力于促進(jìn)環(huán)境友好的化學(xué)品和化學(xué)工藝的創(chuàng)新。今年是該獎(jiǎng)項(xiàng)第 17次頒獎(jiǎng)，累積已有 87個(gè)項(xiàng)目獲得該項(xiàng)殊榮。本屆美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)從 2011年 12月開始接受提名，到2012年6月宣布獲獎(jiǎng)名單，歷時(shí)7個(gè)月，經(jīng)過專家嚴(yán)格評(píng)審最終確定了5個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)的歸屬。國(guó)內(nèi)對(duì)其關(guān)注較多[2-7]，本文將對(duì)這5個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目做以下介紹。

1 綠色合成路線獎(jiǎng)

2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)的合成路線獎(jiǎng)（Greener Synthetic Pathways Award）授予給了加利福尼亞州大學(xué)的Tang教授和Codexis公司。Tang教授開發(fā)了一種使用工程酶和低成本原料合成辛伐他丁的工藝，Codexis公司對(duì)這一工藝中的酶和化學(xué)過程都進(jìn)行了優(yōu)化。

辛伐他丁是一種可以有效治療高膽固醇的藥物，它可以從天然產(chǎn)物中提取而得到。傳統(tǒng)的多步合成工藝會(huì)造成很大的浪費(fèi)，同時(shí)在合成過程中還需要使用大量危險(xiǎn)試劑。Tang教授研發(fā)了一種使用工程酶和低成本原料合成辛伐他丁的工藝，隨后Codexis公司對(duì)其中的酶和化學(xué)過程都進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化后的工藝可以減少浪費(fèi)以及有害物質(zhì)的使用，具有可觀的成本效益，并且能夠滿足客戶的需要。目前，歐洲和印度許多生產(chǎn)商都使用該工藝生產(chǎn)辛伐他丁。

辛伐他丁是一種前沿的降膽固醇類藥物，最初由美國(guó)默克公司生產(chǎn)，并命名為Zocor。2005年，Zocor是默克公司最暢銷的藥物，并以50億美元的銷售額位居世界他汀類藥物銷售額第二。2006年，Zocor獲得專利權(quán)后，辛伐他丁成為處方量最大的他丁類藥物。據(jù)艾美仕市場(chǎng)研究公司的調(diào)查結(jié)果顯示，2010年全世界共開出9 400萬個(gè)辛伐他丁處方。

洛伐他丁是一種真菌天然物，辛伐他丁是它的半合成衍生物。辛伐他丁包含了洛伐他丁側(cè)鏈 C2'位置上的一個(gè)額外的甲基團(tuán)，使用傳統(tǒng)合成方法引入該甲基團(tuán)需要多步驟的化學(xué)合成。在其中一種合成路線中，洛伐他丁被水解為三醇、莫納可林，洛伐他汀由于選擇性硅烷化而被保護(hù)，并與氯化甲基丁醯發(fā)生酯化反應(yīng)，然后進(jìn)行脫保護(hù)。另一種合成路線中涉及到保護(hù)羧基酸和乙醇，使 C2'位置甲基化，然后進(jìn)行脫保護(hù)。盡管有了很大的優(yōu)化，但這些過程的總收率小于70%。此外，由于保護(hù)和脫保護(hù)的存在使得這些過程會(huì)發(fā)生質(zhì)量團(tuán)聚，且合成過程需要大量有毒有害試劑。

Tang教授和他在加州大學(xué)洛杉磯分校的研究小組提出了一種新的辛伐他汀制備過程，并確定用于選擇性優(yōu)化的生物催化劑和一種實(shí)用的、低成本的?；w。這種生物催化劑叫LovD，是一種酰基轉(zhuǎn)移酶，它能選擇性的將2-甲基丁酰的側(cè)鏈轉(zhuǎn)移到莫納克林鈉鹽或銨鹽中的C8醇中去。DMB-SMMP作為?；w，對(duì) LovD?；Ч芎茫葌鹘y(tǒng)供體更安全，并且可由廉價(jià)的前驅(qū)體通過單級(jí)反應(yīng)制備而成。Codexis公司認(rèn)可了加州大學(xué)洛杉磯分校的這個(gè)制造過程，并優(yōu)化了酶和化學(xué)過程用于商業(yè)生產(chǎn)。Codexis公司進(jìn)行了九個(gè)體外演化的迭代，建立了216個(gè)庫，篩選出61 779個(gè)變異體，找到一種活性有所提高、在反應(yīng)中穩(wěn)定、能抵抗產(chǎn)物抑制的LovD變種體。這種酶活性約提高了1 000倍的酶和新的工藝過程可使反應(yīng)在基底負(fù)荷高、酰基供體量小、用于萃取的溶劑量小和產(chǎn)品分離的條件下完成。

在新的工藝中，洛伐他汀水解轉(zhuǎn)化為水溶性的莫納克林銨鹽。來自大腸桿菌的LovD酰基轉(zhuǎn)移酶的基因變異體以DMB-SMMP作為?；w，制備不溶于水的辛伐他汀銨鹽。辛伐他汀合成過程中只有一種副產(chǎn)物，甲醇3-巰基酸，可以被回收。當(dāng)莫納克林濃度為75 g/L時(shí)，辛伐他汀銨鹽的最終產(chǎn)量高于97%。該工藝在實(shí)際中可行，且具有成本效益，并避免了包括叔二甲硅烷氯、甲基碘化物和正丁鋰在內(nèi)的有害化學(xué)物質(zhì)的使用。客戶對(duì)該辛伐他汀生物催化生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，最終認(rèn)為該工藝符合他們的要求，并利用該工藝生產(chǎn)了10多噸辛伐他汀。

2 綠色反應(yīng)條件獎(jiǎng)

2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)的綠色反應(yīng)條件獎(jiǎng)（Greener Reaction Conditions Award）授予開發(fā)出方鈉石阻垢劑的氰特公司（Cytec Industries Inc.）。該公司生產(chǎn)的MAX HT阻垢劑，每年可以節(jié)省萬億BTU（英國(guó)熱量單位），減少數(shù)百萬磅的有害酸性廢物。

其創(chuàng)新與價(jià)值在于：“拜耳法”是將鋁土礦轉(zhuǎn)化為氧化鋁，作為制備鋁的原材料。在拜耳法工廠，熱交換器和管道中的礦物積垢使能源的使用率增加。為了去除這些積垢，工廠必須停產(chǎn)，并用硫酸清理。氫特公司的產(chǎn)品能抑制其增長(zhǎng)。全世界十八家工廠在使用MAX HT阻垢劑，每年可以節(jié)省萬億BTU（英國(guó)熱量單位）。由于清洗周期較短，每年可減少數(shù)百萬磅的有害酸性廢物。

拜耳法將鋁土礦轉(zhuǎn)化為氧化鋁，作為制備鋁的主要原材料。這一過程用熱堿溶液從鋁土礦中提取出氫氧化鋁。分離出不溶物后，回收沉淀的氫氧化鋁和廢液。熱交換器將腐蝕劑重新濃縮至最適當(dāng)濃度，加熱至適當(dāng)溫度進(jìn)行消化反應(yīng)。目前，硅酸鹽類主要是作為粘土材料，迅速溶解于拜耳溶液中，用來消化氧化鋁，析出氫氧化鋁，使溶液中的氧化硅呈過飽和狀態(tài)。溶液中的氧化硅與腐蝕劑和氧化鋁在熱交換器的熱表面發(fā)生反應(yīng)，在這一過程中，方鈉石（即結(jié)晶鋁硅酸鹽）可以增強(qiáng)熱交換器和級(jí)間管道中的反應(yīng)，并且可以降低熱交換器的效率。拜耳法工廠的經(jīng)營(yíng)者會(huì)定期的用硫酸清洗設(shè)備。所用的酸是待處理的廢物。多級(jí)管道除了需要用酸清洗，還需要用到手持式風(fēng)鉆等機(jī)械設(shè)備。

氰特公司應(yīng)用拜耳法開發(fā)了MAX HT牌拜耳方鈉石阻垢劑產(chǎn)品，市場(chǎng)上沒有類似的阻垢劑，該阻垢劑中的活性聚合成分包含并入結(jié)晶或抑制晶體生長(zhǎng)的硅烷官能團(tuán)，聚合物分子量范圍在10 000到30 000之內(nèi)。該阻垢劑是由硅烷組或聚合反應(yīng)物骨架聚合單體和含有硅烷組的試劑合成的，其中試劑用量為 20×10-6至 40×10-6。美國(guó)環(huán)保署的可持續(xù)期貨項(xiàng)目對(duì)聚合物的評(píng)價(jià)顯示，聚合物對(duì)人類健康和水環(huán)境有影響。

消除加熱器表面的方鈉石有很多好處，從各單元操作時(shí)產(chǎn)生的蒸汽中回收熱量更加有效，蒸發(fā)量的增加使逆流洗滌線路更有效，還能降低燒堿損失。減少蒸汽的使用量就減少了碳基燃料的燃燒產(chǎn)生的廢氣排放。同時(shí)，減少用于清潔加熱器的硫酸，可以降低工人接觸危險(xiǎn)，減少廢物排放。通常，MAX HT牌阻垢劑提高了加熱器的工作時(shí)間，從 8~10 d增加到45~60 d，蒸發(fā)器的工作時(shí)間從20~30 d增加到150 d。

在世界各地還有大約73家正在運(yùn)營(yíng)的拜耳工廠，每個(gè)工廠氧化鋁的年產(chǎn)量有0.2~6百萬t，大部分工廠的年產(chǎn)量在1.5~3百萬t不等。全球已有18家拜耳工廠都采用了這種技術(shù)，還有7個(gè)甚至更多的工廠正在測(cè)試中。每個(gè)使用MAX HT阻垢劑的工廠每年大約節(jié)省200~2000萬美元資金。所有的工廠每年節(jié)約了9.5~47.5萬億BTU的能源，這相當(dāng)于大約11~77億磅的二氧化碳不會(huì)被排放到大氣中。由于其較短的清理周期和較少的酸用量，所有的工廠每年排放的的有害廢物降低了7 600萬~2.3億磅。

3 設(shè)計(jì)綠色化學(xué)品獎(jiǎng)

2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)的設(shè)計(jì)綠色化學(xué)品獎(jiǎng)（Designing Greener Chemicals Award）授予了巴克曼國(guó)際公司（Buckman International，Inc.），為了他們開發(fā)的能夠在生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紙和紙板時(shí)減少對(duì)能源和木纖維需要的酶。

其創(chuàng)新與價(jià)值在于：傳統(tǒng)方法制作硬紙需要昂貴的木漿原料，源密集型的處理過程，以及較多的化學(xué)添加劑。因此傳統(tǒng)方法亟待改進(jìn)。巴克曼國(guó)際公司研發(fā)的 Maximyze牌酶在無需添加其他化學(xué)品和能量的情況下，就能使木材里增加相當(dāng)數(shù)量的能使木纖維結(jié)合在一起的“纖絲”，進(jìn)而改善木材的纖維結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了紙的強(qiáng)度和質(zhì)量。這種技術(shù)可以使造紙業(yè)使用更少的木纖維，利用跟多的回收紙，從而降低生產(chǎn)成本，每個(gè)使用該技術(shù)的工廠每年大約能夠節(jié)省1百萬美元的生產(chǎn)成本。

造紙和包裝業(yè)是美國(guó)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要組成部分，有大約40萬個(gè)就業(yè)崗位，銷售額達(dá)1 150億美元。早先，造紙廠商想要提高紙張質(zhì)量，一種方法是使用昂貴的紙漿，但這會(huì)增加因機(jī)械處理帶來的較多能源耗費(fèi)；另一種方法是添加如乙醛酸、聚丙烯酰胺和聚丙烯共聚物的化學(xué)添加劑。

在造紙工業(yè)中，酶是可取代傳統(tǒng)化學(xué)添加劑的非常有效的工具。巴克曼公司的Maximyze牌酶是新的纖維素酶和天然-發(fā)酵生產(chǎn)的酶的組合。這些酶早先沒有商業(yè)價(jià)值。在精煉（一種造紙業(yè)特有的機(jī)械處理工業(yè)）前用Maximyze牌酶處理木纖維，能大大增加使木纖維相互結(jié)合在一起的纖絲的數(shù)量。Maximyze牌酶改良了木纖維里的纖維素聚合物，使同水平的精煉產(chǎn)生更多的表面積氫鍵，這是增強(qiáng)紙質(zhì)的基本。因此，使用該技術(shù)加工、生產(chǎn)紙和紙板能夠提高紙的強(qiáng)度和質(zhì)量。

Maximyze技術(shù)提高了紙制品的強(qiáng)度，減少了紙制品的重量，可以用碳酸鈣等礦物質(zhì)填料來代替木材纖維。同時(shí)，該技術(shù)也增加了可再生紙的使用比例。與過去技術(shù)相比，這種技術(shù)生產(chǎn)高質(zhì)量的紙所需更少的水和電力。Maximyze技術(shù)的毒性低于現(xiàn)有可供參考任何技術(shù)的毒性，并且在處理方法、加工、運(yùn)輸和使用過程都比目前的化學(xué)處理安全。Maximyze技術(shù)是一種可再生資源生物技術(shù)，它使用安全，并且全部都可循環(huán)利用。

Maximyze酶技術(shù)的第一個(gè)商業(yè)應(yīng)用是兩年前以生產(chǎn)高檔文化用紙開始的。2011年，美國(guó)西北地區(qū)的紙漿和紙張制造商開始增加 Maximyze酶的使用——用于漂白作為食品容器紙板。這一變化使機(jī)器的生產(chǎn)速度每分鐘增加了 20英尺，生產(chǎn)效率提高了2%，減少了40%的能源消耗。在不改變紙張質(zhì)量規(guī)格的前提下，它使紙張每1 000平方英尺的基重減少了3磅。總體而言，Maximyze酶技術(shù)至少少使用了 1%木漿量，從而使每年生產(chǎn)食品容器所需的木材至少降低了2 500 t。巴克曼公司估計(jì)，應(yīng)用該技術(shù)每年節(jié)省的木漿可相當(dāng)于2.5萬棵樹木。2010年1月使用該技術(shù)后，一家大型生產(chǎn)高檔文化用紙的工廠，每年節(jié)省了1億美元以上的開銷。自從這一新技術(shù)被開發(fā)以來，它已經(jīng)在美國(guó)和其他國(guó)家的50多家造紙廠得到了成功應(yīng)用。

4 小企業(yè)獎(jiǎng)

2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)的小企業(yè)獎(jiǎng)（Small Business Award）授予在有利的成本下應(yīng)用復(fù)分解催化生產(chǎn)高效、專業(yè)綠色化學(xué)品的Elevance可再生科學(xué)公司（Elevance Renewable Sciences,Inc.）。

其創(chuàng)新與價(jià)值在于：Elevance可再生科學(xué)公司使用曾獲諾貝爾獎(jiǎng)的催化劑技術(shù)，分解天然油脂并重新組合成新的高性能綠色化學(xué)品。這種化學(xué)物質(zhì)結(jié)合了石油化學(xué)物質(zhì)和生物基化學(xué)物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。與石化技術(shù)相比，該技術(shù)顯著降低了能源消耗量，減少了50%的溫室氣體排放。Elevance公司正在研制具有多種用途的特種化學(xué)品，如高濃縮的冷水洗滌劑，這種洗滌劑能耗低，且更清潔。

Elevance公司正在從可再生油中研制高性能，低成本的綠色化學(xué)品。與石油化學(xué)技術(shù)相比，該技術(shù)在復(fù)分解催化過程中使用了曾獲諾貝爾獎(jiǎng)的創(chuàng)新科技，大量減少了能源消耗量，同時(shí)溫室氣體（GHG）的排放量減小了50%。該技術(shù)使用了高效、有選擇性的催化劑來分解天然油脂，并重組芳香烴。其核心技術(shù)是諾貝爾獎(jiǎng)得主 Robert H. Grubbs的成果。2011年，Elevance公司與XiMo公司簽訂了許可協(xié)議，擴(kuò)大了其專利技術(shù)，獲得了使用諾貝爾獎(jiǎng)得主 Richard Schorock博士研究的鉬-鎢復(fù)分解催化劑的權(quán)力。

所產(chǎn)生的產(chǎn)品是以前無法商業(yè)化的具有優(yōu)越功能屬性的高價(jià)值雙官能化學(xué)品。這些分子將典型的石油化學(xué)品——油脂和典型的生物基油脂化學(xué)品——單官能酯或酸的功能屬性結(jié)合到一種單分子之中。傳統(tǒng)的生產(chǎn)商為了同時(shí)獲得具有這些屬性的分子，不得不將石油化學(xué)物質(zhì)和生物基油脂化學(xué)品融合，但生產(chǎn)成本太高。Elevance公司的雙官能構(gòu)造模塊通過一種特種化學(xué)物質(zhì)改變了這種范式，這種化學(xué)品同時(shí)具備高穩(wěn)定性的潤(rùn)滑油和高溶解性表面活性劑所需的官能。

Elevance公司的低壓、低溫過程利用了可再生原料的多樣性，這些原料可以是產(chǎn)品和低毒的副產(chǎn)品。Elevance公司工藝比石化煉油廠傳統(tǒng)工藝比，有更低的水源污染、生產(chǎn)成本和基本建設(shè)支出的優(yōu)勢(shì)。目前，Elevance公司是唯一能夠生產(chǎn)這些雙官能團(tuán)化學(xué)品的公司。該公司為多種產(chǎn)品加工生化藥劑的能力減少這些藥劑對(duì)石油化工產(chǎn)品的依賴，而且給消費(fèi)者提供了更有效的可再生產(chǎn)品。

該公司生產(chǎn)雙官能團(tuán)分子作為自身的專門化工業(yè)務(wù)。Elevance公司的產(chǎn)品使生產(chǎn)新型表面活性劑、潤(rùn)滑劑、添加劑、聚合物和工程熱塑料成為可能。例如：Elevance公司正在生產(chǎn)能使冷水洗滌劑更有效的配方，同時(shí)改善洗滌劑的清潔能力，用以提升可持續(xù)發(fā)展的指標(biāo)，并減少客戶和消費(fèi)者的能源成本。其他的例子包括用以替代石蠟和凡士林的用于頭發(fā)護(hù)理的抗躁生物基和光亮添加劑，高性能蠟，新型聚合塑料添加劑（PVC）和獨(dú)特的生物基聚合物單體，以及工程塑料。

Elevance公司已經(jīng)通過制造業(yè)的驗(yàn)證，它正在希臘、印尼、密西西比建造年生產(chǎn)能力超過1億英鎊的世界級(jí)規(guī)模的設(shè)施，同時(shí)積極在南美開拓制造基地。Elevance公司還與價(jià)值鏈全球領(lǐng)導(dǎo)者建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，用以加快這些產(chǎn)品的快速部局和商業(yè)化。

5 學(xué)術(shù)獎(jiǎng)

2012年美國(guó)總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)的學(xué)術(shù)獎(jiǎng)（Academic Award）與往年只有一個(gè)項(xiàng)目得獎(jiǎng)不同，今年有兩個(gè)項(xiàng)目共享了此項(xiàng)殊榮，一個(gè)是美國(guó)康奈爾大學(xué)（Cornell University）的Coates教授，另一個(gè)是Waymouth教授和Hedrick博士。

5.1 Coates教授與其發(fā)明的催化劑

其創(chuàng)新與價(jià)值：來自生物質(zhì)或其他碳源的一氧化碳和二氧化碳是理想的化學(xué)原料，但是沒有有效的方法把他們合成具有使用價(jià)值的聚合物。Coates教授開發(fā)了一類催化劑，這些催化劑能夠?qū)⒁谎趸己投趸嫁D(zhuǎn)變成聚合物。Novomer公司應(yīng)用這種技術(shù)開發(fā)出一系列全新的、高性能的產(chǎn)品，包括卷材涂料、粘合劑、泡沫和塑料。

塑料改善了我們生活的方方面面，但是也給我們的環(huán)境造成了很大的傷害。事實(shí)上所有的塑料都來自不可再生的化石燃料，而這些化石燃料本身對(duì)環(huán)境就存在很大危害，比如油井泄露和化石燃料燃燒產(chǎn)生的二氧化碳帶來的全球變暖。全球每年能生產(chǎn)出1 5000萬t塑料，其中只有一少部分能夠被回收利用。其余的塑料則被填埋，更糟糕的是有很大一部分塑料被隨意丟棄。

二氧化碳和一氧化碳是合成高分子的理想原料。而二氧化碳和一氧化碳可以從很廉價(jià)的資源中獲得，包括可再生農(nóng)業(yè)廢棄物，存量豐富的煤炭，甚至是工業(yè)廢氣。然而，使用一氧化碳和二氧化碳所面臨的挑戰(zhàn)是如何高效的將它們轉(zhuǎn)化成有用的產(chǎn)品。Coates教授開發(fā)出了一套新的合成工藝，該工藝能夠用廉價(jià)的、可再生的物質(zhì)合成塑料，這些物質(zhì)包括二氧化碳、一氧化碳、植物油和乳酸。

在過去的十年間，Coates教授已經(jīng)開發(fā)出了一類催化劑能夠經(jīng)濟(jì)、高效的將二氧化碳和一氧化碳轉(zhuǎn)化成聚合物。這些催化劑具有很高的轉(zhuǎn)換頻率、轉(zhuǎn)換系數(shù)和分選性，在應(yīng)用時(shí)只需要很少量催化劑。因此，這種催化劑能夠成功的應(yīng)用于商業(yè)生產(chǎn)并獲得經(jīng)濟(jì)效益。這些催化劑也可以應(yīng)用在高效連續(xù)流動(dòng)的生產(chǎn)工藝。

Coates教授為將二氧化碳和環(huán)氧聚合成高性能的聚碳酸酯而發(fā)明了具有活性和選擇性的催化劑。科茨教授還發(fā)明了一類，可以將一個(gè)或兩個(gè)CO分子插入一個(gè)環(huán)氧環(huán)從而產(chǎn)生b內(nèi)酯和琥珀酸酐的催化劑。這些產(chǎn)品在制藥合成、精細(xì)化工和塑料領(lǐng)域有很多應(yīng)用。通過一氧化碳和二氧化碳制取的聚合物含有酯和碳酸鏈。這些聚合物在目前商業(yè)性塑料的運(yùn)用中展現(xiàn)出獨(dú)特的性能，而且在一定條件下可以進(jìn)行生物降解。

以Coates教授的工作為技術(shù)核心，成立了一家名為 Novomer的由風(fēng)險(xiǎn)資本支持的初創(chuàng)公司。在2010年，Novomer和荷蘭皇家帝斯曼集團(tuán)聯(lián)合宣布了一項(xiàng)協(xié)議，宣稱將共同開發(fā)使用Coates的催化劑制造新聚碳酸酯涂料。原型高性能工業(yè)卷材涂料正在由研發(fā)階段走向商業(yè)化。由于全球食品和飲料罐使用最廣泛的內(nèi)涂層是雙酚 A（BPA）環(huán)氧樹脂，它會(huì)隨著時(shí)間的推移從涂層中脫離進(jìn)而可能進(jìn)入人體，對(duì)人體內(nèi)分泌系統(tǒng)造成干擾。因此，能夠取代 BPA的新型聚碳酸酯涂料勢(shì)必有很大的發(fā)展?jié)摿?。目前這種新型聚合物目前主要是銷售給生產(chǎn)電子器件的工廠，因?yàn)樗臒峤到庑再|(zhì)使得電子元器件的生產(chǎn)更為高效。預(yù)計(jì)新的聚碳酸酯涂層的使用能夠減少 50%的石油使用量，并減少 50%的二氧化碳排放。生命周期分析表明，在充足的市場(chǎng)占有情況下，Novomer生產(chǎn)的新型涂料可以每年減少大約180萬t的二氧化碳排放。

5.2 Waymouth和Hedrick與他們的有機(jī)催化劑

其創(chuàng)新與價(jià)值：傳統(tǒng)的金屬催化劑是合成聚酯的必需品。在人們提高了對(duì)健康和環(huán)境的關(guān)注后，其他通用塑料合成都停止使用金屬催化劑，因?yàn)樗鼤?huì)殘留在塑料里。Waymouth教授和Hedrick博士發(fā)現(xiàn)一組另類的不含金屬的催化劑，它活性強(qiáng)，能夠制作各種各樣的塑料。他們的發(fā)現(xiàn)還包含了能夠使塑料解聚進(jìn)入生態(tài)循環(huán)的催化劑。

催化是可持續(xù)化學(xué)過程的基礎(chǔ)，是高活性、環(huán)保的綠色化學(xué)的中心目標(biāo)。傳統(tǒng)的聚酯路線依靠那些錫化物的金屬催化劑，大量的這種塑料殘留有金屬催化劑在固體廢棄物中，并對(duì)環(huán)境造成不良影響。因此，歐盟最近禁止了許多有機(jī)錫類化合物的使用。在工業(yè)生產(chǎn)中，由于關(guān)系到很多重要的高分子材料例如硅氧烷、聚氨酯、尼龍和多元聚酯，因此研究有機(jī)催化劑來替代錫化物催化劑已經(jīng)獲得了很大的重視。

James L. Hedrick博士和Robert M. Waymouth教授已經(jīng)開發(fā)了一組高活性、環(huán)保的良性有機(jī)催化劑，能夠合成能被生物降解、具有生物相容性的塑料。他們的技術(shù)應(yīng)用非金屬的有機(jī)催化劑合成和回收聚酯。他們發(fā)現(xiàn)的合成聚酯新有機(jī)催化劑的活性和選擇性能比得上甚至超過那些金屬替代品。相對(duì)于傳統(tǒng)的金屬催化劑合成流程，他們的方法提供了一個(gè)環(huán)保的，原子經(jīng)濟(jì)性的，低能耗的選擇。他們的技術(shù)包括采用有機(jī)催化方法來開環(huán)、陰離子聚合、兩性離子聚合、聚合轉(zhuǎn)移以及縮合反應(yīng)等。單體原料中包括來自可再生資源的丙交酯以及化石原料。除了聚合酯，Hedrick博士和Waymouth教授提出了有機(jī)催化的步驟：（1）合成聚碳酸酯、聚有機(jī)硅氧烷和聚丙烯酸酯；（2）用化學(xué)方法回收聚合酯；（3）以無金屬聚合物作為模版，對(duì)無機(jī)納米結(jié)構(gòu)應(yīng)用微電子應(yīng)用程序；（4）為高分子量的循環(huán)聚合酯開發(fā)新的綜合體。他們認(rèn)為由有機(jī)催化劑所帶來的新的機(jī)制制造出來的聚合物體系是很難通過傳統(tǒng)方法合成的。

James L. Hedrick博士和Robert M. Waymouth教授及他們的團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一種有機(jī)催化劑，可以定量的降解聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET），使PET的回收由一個(gè)瓶子到另一個(gè)瓶子變成了可能。這樣就緩解了數(shù)百萬磅的PET對(duì)垃圾填埋所造成的困擾。Hedrick博士和Waymouth教授還提出，他們的有機(jī)催化劑可以適用于任何功能組別，使合成的性能良好的生物相容性聚合物應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)上。因?yàn)樗麄兊拇呋瘎]有綁定在聚合物鏈上，所以即使在很低的濃度下也是很有效的。這些結(jié)果，加上細(xì)胞毒性測(cè)量在生物醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用，突出表現(xiàn)了環(huán)境和人類的健康受益于這一方法。Hedrick博士和Waymouth教授對(duì)有機(jī)高分子化學(xué)催化劑在可持續(xù)塑料、生物醫(yī)學(xué)材料、塑料的回收利用等方面做了大量的研究，發(fā)表了近80篇相關(guān)文章，取得了8項(xiàng)相關(guān)專利。

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