毕 业 论 文
涂 料 与 环 保
指导教师： 职 称：教授
工作单位：集宁师范学院化学系 地 址：集宁区工农路59号 专业名称：生化
提交论文时间：2012年3月19日
评 阅 人：
评阅时间：
涂料与环保 刘** 学号200920895211 集宁师范学院化学系2009级1班 乌兰察布市 012000 摘要：涂料是一种和人类生活环境密切相关的精细化工材料,在生产生活中大量应用。但由于涂料本身化学成分的原因,在其生产和使用的过程中会对人类健康及生态环境产生一系列的环境影响。本文重点从化学角度论述了涂料生产过程的有害物质挥发性有机物（VOC）与重金属元素对人体的直接伤害。然后从环保角度得出：随着人们对于环境质量要求的提高,人们对于涂料的使用所带来的环境问题关注度越来越高,绿色涂料成为越来越多人的选择,最后阐述了绿色化学思想在绿色涂料发展中的借鉴意义及绿色化学的发展方向及趋势。 关键字：挥发性有机物、绿色涂料、绿色化学思想
1引言
涂料是保护和装饰物体表面的涂装材料, 赋予物体以保护、美化或其他效果。各种交通工具、家用电器、桥梁、建筑物和军工产品等, 大都需要涂料进行保护和装饰。新中国成立60年来,伴随着国民经济各行业的发展,作为为其配套的涂料工业从一个极不引人注目的小行业逐步发展成为国民经济各领域必不可少的重要行业。经过几代人的顽强拼搏、开拓进取,我国已成为世界第二大涂料生产国和消费国,进入到世界涂料行业发展的主流。年生产及消费量均已超过200万吨,市场容量超过了200亿元。目前每年仍以20-30%左右的速度递增,将超过欧洲、美国,成为世界第一大涂料市场。随着我国交通、能源、建筑等行业的发展,特别是我国已跻身于世界航运和造船大国,我国的涂料事业也进入了飞速发展阶段,涂料的各方面性能也得到大幅提高。
涂料可保护长期暴露在空气中钢铁和木材制品免受到水分酸雾、腐蚀性气体、微生物和紫外线等的侵蚀和破坏,是一种和人类生活环境密切相关的精细化工材料。涂料在丰富美化人类生活的同时, 又会对人类生活环境产生各种有害的影响, 涂料生产和使用过程中大量有机溶剂的排放, 重金属颜料的应用等都会给环境带来较严重污染,甚至可能对人和其他生物造成伤害。随着我国经济的快速发展,人们对于环境保护的关注度也不断在提高提高,涂料的使用所带来的环境问题也成为了人们普遍关心的问题,因此,在环保诉求不断提高的情况如何实现涂料行业发展与环境保护的有机结合,将是未来涂料行业发展的必然趋势。本文仅就涂料的生产和使用过程中主要化学成分对于人类环境的影响, 并探讨未来涂料的发展方向及绿色化学思想对于涂料行业发展的借鉴意义,阐述绿色涂料的发展必然性及未来绿色涂料的发展方向。
2涂料生命周期过程中的环境影响
2.1涂料生产过程中的产生的有害废物
涂料是指涂覆在物体表面,能形成牢固附着的连续薄膜材料,主要由成膜材料、颜料、分散介质、助剂４部分组成。涂料产品有17大类, 1000多个品种, 所使用的原材料种类繁多, 且多属化工产品, 涂料生产中主要有毒有害物质分布
见表1[3] 。涂料生产中的原料和产品绝大部分是易燃、易爆和有毒的化学危险物质。通常使用的害物质如苯类溶 毒剂、含铅物质等,腐蚀性物质如硫酸、硝酸、乙酸、甲醛等。因此,涂料生产具有易燃、易爆、有毒、有腐蚀性等特点。
表1 涂料中有毒有害物质分布举例[1]
涂料名称 生产岗位 主要毒物 油基漆类 精致植物油 苛性碱、硫酸
漆料制备 酚醛树脂、甘油酯、松香脂、沥青、松节油、溶剂汽色漆生产 油等
漆料兑稀 溶剂汽油、松节油、炭黑、滑石粉、红丹粉、铬系颜
料等
松节油、溶剂汽油
醇酸树脂 精致植物油 苛性碱、硫酸 脂漆 树脂合成 邻苯二甲酸酐、黄丹粉、二甲苯、溶剂汽
色漆生产 二甲苯、炭黑、红丹粉、滑石粉、铬系颜料、铝粉、
氧化
氨基树脂树脂制备 三聚氰胺、甲醛、丁醛等 漆
色漆生产 丁醇、二甲苯、炭黑、滑石粉、铬系颜料等
硝基过氯、树脂溶液制苯、甲苯、醋酸乙酯、丙酮、乙醇、过氯乙烯树脂、备 硝化棉、二丁酯
色漆生产 硝化棉树脂液、混合稀释剂、各类颜料粉尘 环氧漆类 树脂制备 各类环氧树脂、二甲苯、丁醇、环氧烷等
色漆生产 二甲苯、丁醇环已酮、各类颜料粉尘等 有机硅漆树脂合成 苯、甲苯、硅粉、氯化苯、四氯化硅、氯化亚铜等 类
色漆生产 苯、甲苯、各类颜料粉尘 丙烯酸漆树脂合成 甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、丙烯酸、类 甲苯、丙酮、醋酸乙酯等
色漆生产 丙烯酸树脂、甲苯、丙酮、乙醇、丁醇、醋酸乙酯等
2.2 挥发性溶剂的排放造成人类环境的严重污染
2.2.1挥发性有机溶剂的一次污染[4]
一般液态涂料, 如双组份聚氨醋涂料、气干醇酸树脂涂料和烘干型氨基醇酸涂料, 由于施工工艺要求, 必须使用大量挥发性有机溶剂,这一类型的涂料无论是气干膜,亦或是烘干涂膜, 其中的有机溶剂都会全部挥发排放在大气中,造成对人体的直接伤害,构成一次污染是涂料使用过程中主要环境影响。
涂料中含有机挥发物,会对环境和人类自身构成直接的危害[4].芳香烃、直链烃、卤代烃、酮、醇、酸、甲醛、甲苯、二甲苯、苯及其同系物为最主要的污染等甲醇有毒的溶剂；乙二醇的醚类曾是一类水性涂料常用的溶剂,因其是一种致癌物,被禁止使用.另外,有毒的溶剂对生产和施工人员会造成直接危害,一般说来涂料表面干后,尚有少量残留,有的溶剂挥发得很慢,尽管浓度大多数比较低,但由于室内换气的问题,因此往往高于室外.
溶剂是室内VOC的主要来源之一,也就是室内危害人体健康的主要部分.溶剂基本上可挥发掉,这些溶剂的量虽然不大,但由于用户长时间地接触,溶剂若有毒,也会造成对人体健康的伤害.不同的有机物的毒性差别很大,伯醇类、醚类、醛类、酮类、部分酯类、苄醇类等溶剂损害人体的神经系统；羟基甲酯、甲酸酯类使肺中毒；乙二醇类会损害人的肾脏；氯乙烯已被国际癌症研究中心定为致癌物质.甲醛有强烈的致癌作用,轻则引起头疼、恶心、胸闷、无力等不良反映,重则可导致人体免疫功能下降和异常,甚至还会引起青少年记忆力和智力下降,还会增加新生儿患白血病的几率.高浓度的甲醛对神经系统、免疫系统、肝脏等危害,长期接触甲醛的人,可引起鼻腔、口腔、皮肤和消化道的癌症.甲醛的释放期长达8～15 年,空气中的甲醛只有超标严重到四倍以上人才会感觉的到,甲醛的沸点在18℃,会随着温度和相对湿度增高而加大释放量.室内涂料中多含有甲苯、二甲苯、苯及其同系物等有害物质,苯、甲苯对肾、肝、血液系统和神经系统的危害.急性中毒主要表现为中枢神经系统、头疼、头晕、手脚麻木、中者昏迷、死亡.慢性中毒表现为主要是造血组织及神经系统引起血小板和白血球减少,贫血及出血现象.苯及其同系物已经被世界卫生组织确定为致癌物质.根据《室内空气质量标准》（GB/T18883-2002）我国目前对住宅和办公建筑室内苯浓度标准3值为0.11mg/m,甲苯、二甲苯标准值为0.20mg/m3.
2.2.2 挥发性有机溶剂的挥发物的二次污染[5]
有关研究指出使用涂料后有机溶剂释放到大气中所引起的污染,已经成为继交通污染之后的第二大污染源。排放到大气中的有机挥发物在阳光作用下会发生光化学反应,会产生许多活性物质,某些活性自由基可与大气中的氧化氮和氧化硫发生进一步反的应,生成酸性物质,酸沉降而形成酸雨。这些反应使有机污染物转化成毒性更大的二次污染物,是形成酸雨和光化学烟雾的直接原因,对人类生态环境构成了严重的威胁。此外,有机挥发物还会带来温室效应,使地球变暖。可见使用涂料过程中还会产生影响跟给深远的二次污染。
2.3 重金属颜料对人类环境的影响[6]
在我国含铅系涂料、铬系涂料和镉系涂料等在许多地方仍在未受到控制而广泛使用着。铅系颜料和铬系颜料除用作多种光亮颜料外, 更重要的用途是作为防腐蚀颜料添加于涂料, 广泛用于着色防腐蚀等领域和作为醇酸树脂的干燥剂。在生产和使用过程中, 这些铅、铬、锡等重金属颜料会从废涂料及剥落的漆膜中溶解到水中或沉积于地下,经过进一步浓缩和沉积会污染环境、破坏水质, 对动植物、人类造成极大危害。这方面的典型例子是船体涂料的使用。人们从古代开始就知道船体入水部位需涂装涂料, 防止吸附海生藻类和贝类、降低船体阻力、提高行船速度、节约燃料。在以前, 为达到以上目的, 一直使用的都是剧毒的水银和砒霜,随后又是氧化亚铜类。直到有机锡类化合物作为船体涂料的应用, 才结束了这场旷日持久的浮游微生物与人类的斗争。但由于大量有机锡类的使用, 溶于海水中的有机锡类化合物不断增加, 又出现了对贝类生长和发育的严重影响问题, 并有各种变异的贝类出现,由于人类食用贝类的这些有机锡类化合物又反作用于人类,成为人们健康一个一个隐患。因此,涂料工业中应尽量用低毒的金属氧化物混相材料,避免使用铅、铬、镉等重金属材料。多用低
表2 涂料工业中常见重金属的对人体的危害
所含重金实际
致病症状
属种类 效用
涂料着造成贫血、高血压、神经痛、骨质松软、肾炎和分泌失调铬
色 等病症。
慢性铜中毒表现为发冷、发热,大量出汗,口渴,乏力,肌肉抗锈蚀铜 疼痛、头痛、头晕、咽喉干、咳嗽、胸痛、呼吸困难,有时变色
恶心、食欲不振。
增加白导致人体贫血,消化道溃疡和眼底出血,小孩铅中毒则出现铅
度 发育迟缓、食欲不振、行走不便和便秘、失眠等
提升耐对肾脏、肝脏有伤害,可能引起肺水肿、高血压贫血和嗅觉镉
久性 减退甚至丧失等
3 绿色涂料是涂料工业发展的必然选择[7]
3.1传统涂料与环保涂料的区别[8]
传统涂料是指由高分子物质和配料组成的混合物, 并能涂覆在基材表面形成牢固附着连续涂膜的新型高分子材料.由于传统涂料使用大量有机溶剂和一定毒性的各种助剂、防腐剂及含金属的颜料填料,在生产中产生“三废”,造成对环境的污染,影响人类健康.20 世纪70 年代以前,几乎所有涂料都是属于溶剂型的.70 年代以来,由于溶剂的昂贵价格和降低挥发性有机物(VOC)排放量的要求日益严格,越来越多的低有机溶剂含量和消除有机溶剂的同时,尽可能降低能量消耗,使环保涂料得到了大发展.首先,绿色环保涂料不污染环境。
而传统涂料,如溶剂型涂料、油性涂料等含有大量危害人体健康的有毒致癌物质甲醛、苯类等物质.其次,绿色环保涂料一般为水性或水乳性物质,无异味、不燃烧,施工及运输不需特别要求；而溶剂型或油性涂料则具有强烈的刺鼻气味,且易燃、易爆,施工及运输过程中一旦操作不慎,后果不堪设想.第三,绿色环保涂料具有多功能性,如防霉、防辐射、防紫外线、阻燃等特点,而传统涂料比较单一.第四,绿色环保涂料的各项性能指标更趋合理,如光泽度、渗透性、防潮透气性能、
[9]耐热、抗冻性能、附着力等都较传统性涂料有所提高.
3.2 绿色涂料是涂料工业发展的必然选择
大量使用的建筑涂料是一个重要的污染释放源,涂料在生产和使用过程中的污染排放不仅会对大气和环境造成破坏,同时,还直接影响着人们的身体健康。随着环境污染的日益严重,环保意识在人们心目中的地位逐步提高,开发“绿色环保涂料”是21 世纪涂料企业生存发展的前提,涂料生产企业只有努力生产“绿色环保涂料”,改善生态环境,减少环境污染,满足消费者的需求,才能在市场竞争中处于优势,因此,绿色涂料必将成为涂料工业未来发展的必然选择。
3.3 绿色化学在绿色涂料工业中的应用
从源头上减少或消除化学污染的角度出发,通过12条原则对绿色化学概念
的内涵进行了阐述,这12条原则分别是：
(1) 污染预防优于末端治理污染; (2) 合成方法应具原子经济性(atom economy) ,即尽量使反应过程的原子都进入最终产中; (3) 在合成方法中尽量不使用和不产生对人类健康和环境有毒有害的物质; (4) 设计具有高使用效益、低环境毒性的化学品; (5) 尽量不用溶剂、分离试剂等辅助物质,不得已使用时也应是无毒、无害的; (6) 生产过程应该在温和的温度和压力下进行,而且能耗应最低; (7) 在技术可行和经济合理的前提下,尽量使用可再生原料; (8) 尽量避免或减少不必要的衍生步骤(例如,使用屏蔽基团、保护P复原、物理P化学过程的临时性变更等) ; (9) 使用高选择性的催化剂优于化学计量试剂; (10) 化学产品在使用完后应能降解成无害的物质并且能进入自然生态循环; (11) 发展适时分析技术以监控有害物质的形成; (12) 选择参加化学过程的物质, 尽量减少发生意外事故的风险。
目前大多数学者都比较认同绿色化学这一思想,而绿色化学的“原子经济反应”思想,对于绿色涂料的发展有很大的借鉴意义。绿色化学思想对于更好的设计、生产和使用环境友好型涂料产品具有很好的指导意义；在设计产品之初就考虑到其加工、应用和功能消失之后对于人类健康和生态环境的影响,对于生产工艺的改进和资源的充分利用提出了新的要求。
3.4 绿色涂料产业的发展方向[12]
绿色环保涂料产品以其无污染性、安全等特点,代替传统的污染严重的溶剂型涂料已成为发展趋势。从近些年的趋势可以得出：绿色环保涂料正朝着水性化、粉末化、无溶剂化、高固体化和辐射固化等低污染、无公害的方向发展。国内外学者的研究主要集中于以下几个方面：
（1）水性涂料。在建筑涂料领域里占有绝对优势, 具有无毒性、无刺激、不易燃等特点,是未来“绿色涂料”的主力军,目前占世界涂料总量的30%以上。
（2）氟碳树脂涂料。具有超高耐候性、抗紫外线辐射、高化学稳定性、抗核辐射、高机械强度和韧性、耐热性（最高使用温度260℃）、强抗湿性、抗菌性、防粘性、抗沾污性等。
（3）喷涂聚脲弹性涂料。是一种无溶剂、无污染的高性能涂料,可针对不同的使用环境和性能要求,可以在很宽的范围内自由调节其性能,不含催化剂,却能快速固化,能在任意的表面上喷涂等。
（4）有机———无机复合涂料。既有有机化合物所具备的坚韧性、耐候性等综合性能,还有出色的化学物理机械性能和耐沾污性。
（5）纳米材料。在涂料中如引入稳定的纳米材料,会使涂料在力学、光学、电学和磁学性能上有新的飞跃,因此稳定的纳米材料,用于涂料中除了可以提高传统涂料的性能外,还能获得新的功能性涂料。
（6）高装饰性涂料。因具有瑰丽多彩、变幻不定、闪砾多姿的装饰色彩,而为人们所崇拜。同时,围绕着这一中心所需的颜料、助剂和树脂等原材料也在
被不断开发,高装饰性涂料预计会成为今后绿色涂料新的发展重点。
（7）隐身涂料。目前已有雷达吸波涂料、红外抑制涂料、变色涂料以及紫外光、可见光、近红外、远红外、微波和声波等光谱兼容,多功能伪装涂料,以及等离子体隐形涂料等。
（8）智能型涂料。是采用智能性聚合物或材料设计而成的涂料,具有特殊的功能和独特的使用性能。它包括传感器类涂料、预示性涂料和功能型涂料等。
4 结语
涂料在国民经济建设和人民生活中具有非常重要的意义。但其生产使用过程中,不可避免的对人类健康及生态环境带来影响,用绿色涂料代替传统涂料势在必行。我国涂料研究和发展的崔取得了巨大的成就,在一些领域创造了国际领先的额成果,但相对于发达的国家还有一定的差距,需要科研工作者及涂料产业的相关人员继续努力。将涂料研究课题与市场紧密结合,与国际同行展开充分的竞争,是我国的涂料行业取得更大的成果,抢占国际市场,不断提升绿色涂料的使用范围。
参考文献
[1] 裴顶峰,江璐霞.涂料与环境[J],中国涂料.1995(2):20—21.[2] 王超、庞奇志、唐倩.涂料生产过程中的毒性分析[J].武汉:工业安全与环保,2007 [3] 李建.涂料和胶粘剂中有毒物质及其监测技术[J].北京:中国计划出版社, 2002.[4] 刘国杰.中国涂料,1998 , (1) .[5] 庞来兴,杨建文,曾兆华.广州化工,2001 , (4) :3～6.[6] 沈浩,刘志权.乳胶漆毒性问题的探讨[M].北京：中国涂料,1999(3) :14—15.[7]阿地里江.绿色涂料的现状与发展趋势[N].企业导报2011年第14期.[8]王翔.浅谈绿色环保涂料与健康[N].宁德师专学报.第21卷第2期2009年5月.[9]宋晓岚,詹誉兴.绿色化工技术与产品开发[M].北京：化学工业出版社,2005.[10] GB/ T18883-2002,室内空气质量标准[s].[11] Anastas P T, Warner J C.Green Chemistry : Theory and Practice.New York : Oxford University Pre , Inc., 1998.11 —56 [12]廖戎,杨喜朋.绿色环保涂料[N].西南民族大学学报,2003年第29卷第6期。
