表面活性剂及其配方产品绿色星级评估系统

李妮妮，田晓俊，王 军，杨许召

（郑州轻工业学院，河南 郑州 450002）

表面活性剂及其配方产品绿色星级评估系统

李妮妮，田晓俊，王 军，杨许召

（郑州轻工业学院，河南 郑州 450002）

本文详细介绍了一种表面活性剂以及配方产品的绿色程度评估方法，解释了该方法的实际意义，并对其优缺点进行了分析。希望该方法的引入，可以给相关行业在产品与原料的绿色化程度评价提供一些新思路。

表面活性剂；配方；原料；绿色评估

工业化程度的提高在给人们提供便利、提升生活品质的同时，资源消耗逐渐增大，环境承受的压力越来越大。为了鼓励企业研发有利于循环经济发展、减少污染排放、保护生态环境、不损害人体健康、节约资源能源并符合国家产业及技术政策的环境友好产品科技创新，引导绿色消费，2002年国家环境保护总局批准设立了《绿色之星》环境保护专用标识[1]，由中国环境保护产业协会组织评审，目前已经涉及到家电、IT、通信、消防器材、建材、包装、家居、能源和汽车9个领域。

在节能减排方面，国际上已经建立了比较多的评估系统，如由美国绿色建筑委员会颁布的行业标准“节能与环保设计优先评价体系”（LEED）、英国的“建筑研究所环境评估法”（BREEAM）、澳大利亚“建筑温室效应评级标准”(ABGR)，此外还有澳大利亚绿色建筑委员会颁布的“绿色之星（Green Star）评级系统”和美国环境保护机构和能源部颁布的“能源之星（Energy Star）评级系统”等，为衡量相关行业节能减排的效果提供了量化的评价系统。

在表面活性剂和其配方应用产品的开发中，利用天然可再生资源开发绿色产品是今后的重要发展方向之一。为了使表面活性剂及其配方产品的绿色程度得到量化，最近美国Colonial Chemical公司建立了“绿色星级评估系统（Green Star Rating，简称GSR）”[2]。本文把该文献中的GSR的主要思想和方法整理后介绍给行业，期望对行业的发展有所帮助。

1 GSR系统的产生背景

自然界的资源分为可再生资源和不可再生资源，人们把可再生资源定义为绿色资源，因为它可以通过自然过程进行更新。众所周知，使用绿色资源得到的原材料比使用不可再生资源得到的原材料制得的产品环境友好，对环境的副作用小。通常人们对原材料或产品绿色程度的认定是感性的而非科学的，要求所有组分是环保的，即材料要么是绿色的、要么就不是绿色的。但随着人们生活水平的提高，这些绿色原材料无法简单复配成能够满足人们消费需求的产品。若全部采用绿色组分，配方无法达到消费者所期望的许多优点，即“非绿色”的产品是市场需求的。例如肥皂是绿色产品，但它由于抗硬水能力差等因素无法满足家庭和工业去污的所有要求。为了使配方产品具有更好的性能，需要加入一些非绿色的组分。商业可接受的消费品配方需要在最佳性能和最佳绿色方面进行平衡。

所以，需要开发一种方法去评价配方的绿色程度和平衡绿色与性能的关系，即通过GSR评价原材料或配方绿色的程度，用绿色星级值（GSV）表示。

2 GSR的基本思想和程序

2.1 表面活性剂或配方某一组分GSV的评估

对于配方中的表面活性剂或其他某一组分，在确定其分子式的基础上，将分子断裂为绿色部分（可再生部分）和非绿色部分（非可再生部分），根据绿色部分质量在总分子质量中所占的比例确定该表面活性剂或其他组分的绿色程度。GSV越大，绿色程度越高。基本程序如下：1) 确定评价组分的化学分子式或分子简式；2)确定该组分分子式中哪部分是绿色的；3) 确定绿色部分在该组分分子中的质量百分比；4) 确定此组分的GSV。

2.2 配方GSV的评估

由于配方产品是由数种或数10种组分复配而成，在确定配方中某一组分自身GSV的基础上，乘以该组分在配方中的质量分数即得该组分对配方GSV的贡献值。将配方中所有组分的GSV贡献值相加，即得到了此配方的GSV。基本程序如下：1) 确定配方中每一组分在配方中的质量分数；2) 依据每个组分的固体含量确定每个组分在配方中的固体物质量分数；3) 确定配方中所用各组分的GSV；4) 每个组分在配方中的固体物质量分数乘以相应组分的GSV，确定每一组分在配方中的GSV贡献值；5) 累加配方中所有组分所贡献的GSV，确定此配方的GSV。

3 表面活性剂GSV的例子

表面活性剂种类很多，但制备用的原料和方法不同，对应表面活性剂的GSV也会不同。

【例1】 从天然椰子油所得脂肪醇制备的脂肪醇硫酸钠（K12）的GSV

1) 确定脂肪醇硫酸钠的化学分子式：椰油醇硫酸钠的分子式为C12H25OSO3Na。

2) 确定脂肪醇硫酸钠的分子式中哪部分是绿色的：由于脂肪醇来自于椰子油，属可再生部分，其他部分来自于不可再生部分。即可再生部分C12H25-，不可再生部分-OSO3Na。

3) 确定绿色部分在分子中的质量百分比：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；总的分子质量＝169＋119＝288。分子中可再生部分的质量百分比＝169÷288＝58.7%。

4) 确定此脂肪醇硫酸钠的绿色星级值：GSV是可再生部分的质量百分比数乘以100，然后取整数。即：K12的GSV＝58.7%×100＝59。

【例2】 用齐格勒合成醇制得的脂肪醇硫酸钠（K12）的GSV

方法完全同例1。只是分子中没有哪一部分来自可再生资源，全部是石油化工合成产品，可再生部分质量在整个分子式中的百分比＝0÷288＝0%，K12的GSV＝0。

从例1和例2看，同样的化学组成，由于原料不一样，产品的绿色程度也大不相同。前者的绿色程度明显高于后者。

【例3】 从天然椰子油所得脂肪醇制备的月桂醇醚(3)硫酸钠（AES）的GSV

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

可再生部分的分子质量＝169；不可再生部分的分子质量＝251。总分子量＝169＋251＝420。可再生部分百分比＝169÷420＝40.2%，即AES的GSV＝40。

【例4】 椰油酰胺丙基甜菜碱（CAB）的GSV

方法同例1。CAB的分子式C11H23C(O)NH-(CH2)3-N+(CH3)2CH2COO-。可再生部分为C11H23C (O)-，分子简式为C12H23O；不可再生部分为-NH-(CH2)3-N+(CH3)2CH2COO-，分子简式为C7H14O2N2。

可再生部分分子质量＝183；不可再生部分分子质量＝156；总的分子量＝183＋156＝339。可再生部分比例＝183÷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的分子式为C11H23C(O)N(CH2CH2OH)2，其中可再生部分C12H23O-；不可再生部分为-N(CH2CH2OH)2，分子简式为C4H10O2N。

可再生部分分子量183，不可再生部分分子量104，总分子量＝183＋104＝287。可再生部分百分比=183÷287=63.8%，即6501的GSV=64。

4 不同配方产品的GSV例子

绿色星级评估程序也可以应用于任何一个配方。如对一个香波根据原料的来源不同可以配制成如下3个配方，其对应的GSV值也有明显差异。

【配方1】 具体配方见表1。此香波中的K12是合成脂肪醇的硫酸钠盐。其中K12为28.0%水溶液，CAB为35%水溶液。计算方法如下：

1) 确定每一组分在配方中的比例，用A%表示。

2) 依据每个组分的固体含量确定每个组分在配方中的固体物质量分数，用B%表示。如CAB的浓度为35%，其CAB有效成分在配方中的实际比例为：B%＝35% ×8%＝2.8%。

3) 计算或查阅出每个组分的GSV，用C表示。

4) 计算出每个组分对配方GSV的贡献值，用D表示。如表1中CAB的贡献值D＝54×0.028＝1.51，其他组分同理。

5) 累加配方中所有组分的GSV贡献值，即得配方的GSV＝3.43。

【配方2】 具体配方见表2。此调理香波中的K12是合成脂肪醇的硫酸钠盐。AES源于天然醇。K12和AES为26.5%的水溶液。配方2的GSV计算方法同配方1，具体结果见表2。

【配方3】 具体配方见表3。此调理香波中的K12和AES源于天然醇，浓度为26.5%，CAB浓度35%。配方3的GSV计算方法同配方1，具体结果见表3。

由上述3个调理香波配方的GSV计算可以看出，采用不同原料的配方，其GSV值明显不同。GSV值越大，意味着配方中使用的可再生资源成分越多，对环境的副作用越小。利用此方法，配方师可以选择不同原料复配出GSV更高、更绿色的产品，以便消费者去选用。

5 结语

绿色星级评估系统只是从原料来源这一视角为表面活性剂的研究者、配方师和消费者提供了评价表面活性剂、产品配方组分和复配后配方绿色化程度的方法，便于消费者在满足使用要求的前提下选择GSV最大的产品。此方法还可用于其他精细化学品的原料与配方的绿色化程度评价，简单易行，容易被企业和消费者接受。

但需要注意的是：此方法还有不完善的地方，没有与被评价组分的生物降解性相关联，如用牛油加氢制得的D1821，其GSV值高达86，但生物降解性很差，许多发达国家已经停止使用D1821。如果能够将原料的绿色化和产物的生物降解性一起考虑，用以评价表面活性剂的绿色程度，将更加科学。

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] 中国环境保护产业协会.《绿色之星》标识申报及产品推广管理办法（暂行）[J].中国环保产业, 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.