绿色涂料工业与分子蒸馏技术

分子蒸馏技术是一种重要的新型化工分离技术，它的开发对现代工业的发展，尤其是对绿色精细化工的发展具有举足轻重的作用。北京化工大学与上海华生化工有限公司、北京新特科技发展公司共同开发的涂料用环境友好型聚氨酯固化剂的成功问世就是该技术在绿色涂料工业应用中的一个范例。

　　以甲苯二异氰酸酯（TDI）为原料生产的聚氨酯固化剂以其优异的性能，在聚氨酯涂料中得到广泛的应用。但由于生产技术和设备能力等因素的制约，在我国长期存在着一个无法解决的问题，即固化剂中游离TDI含量过高。这一难题几十年来一直困扰着我国涂料行业的科技人员。

　　由于游离TDI含量过高，在涂料施工时极大地影响着施工人员的身体健康，有不少油漆工因身体情况，不得不提前离开工作，甚至还有更严重的情况发生。近年来，随着人们生活水平的不断改善，对居室的装修越来越趋于高档豪华。装修过程中需用大量涂料，其中聚氨酯涂料得到广泛应用。而聚氨酯涂料中含有有毒溶剂，特别是异氰酸酯单体毒性很大。异氰酸酯（R－N＝C＝O）因具有两个双键，对人体的最大危害是它的蒸汽非常活泼，极易与其他含活泼氢原子的化合物反应，如其蒸汽进入眼睛与眼睛中的水反应生成胺，会刺激眼黏膜、催泪；吸入呼吸系统，能引起干咳、哮喘或头痛。因此，世界卫生组织严格规定异氰酸酯聚合物中游离单体含量必须控制在0．5％以下。此外，在涂膜的固化过程中游离TDI随溶剂挥发，不仅对环境造成了严重污染，而且也造成了对资源的浪费。如果以我国每年使用固化剂15万吨计算，假设固化剂中游离TDI含2％，每年就约有3000吨的TDI挥发至空气中。传统生产工艺所得到的固化剂，游离TDI的含量还不止2％。据有关方面的资料显示，在GB18581《室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量》标准实施前，传统工艺生产的固化剂中游离TDI最高可达到5％以上。

　　鉴于固化剂中游离TDI分离的难度非常大，因此，原化工部曾经连续在两个五年计划中将此列为涂料行业的重点攻关项目。但由于技术难度太大，始终没有获得突破性进展。为了达标，国内不少涂料生产企业都采用购买进口低游离TDI固化剂，同自产固化剂混合，以降低游离TDI，使达到GB18581规定的涂料总量中游离TDI含量≤0．7％的指标。即使如此，还远不能达到固化剂中游离TDI含量≤0．5％的指标。

　　上海华生化工有限公司，自上世纪80年代后期就开始研究降低固化剂中游离TDI含量的方法。用化学法降低游离TDI含量，已 使TDI加成物中游离TDI含量控制在2％以下。但由于所采用的化学法存在许多缺陷，且对产品质量有较大影响。因此，寻求更好的分离方法解决这一难题，成为技术关键。

　　在中国涂料工业协会副理事长江磐的支持下，北京化工大学与上海华生化工有限公司、北京新特科技发展公司走在了一起，经过3年多的联合攻关，终于成功地将分子蒸馏技术首次在国内应用于大规模的高品质聚氨酯固化剂的生产中，很好地解决了我国涂料行业长期未能解决的聚氨酯固化剂中有毒TDI单体脱除难题，为我国涂料工业绿色化做出了贡献。现在，上海华生化工有限公司已将该固化剂应用于十几个涂料产品的配套并得到了用户的一致好评。

　　对于涂料工业中的许多技术人员来说，分子蒸馏技术还是一个比较陌生的技术，但该技术在涂料工业中的应用的确会大大改进许多的传统生产工艺。分子蒸馏技术是迄今为止人类发现的最温和的蒸馏分离技术，它依据分子运动平均自由程的差别实现物质的分离，克服了常规蒸馏操作温度高、受热时间长的缺点，可解决常规蒸馏无法解决的难题，在涂料工业上势必会有非常广阔的应用前景。

　　众所周知，涂料工业中许多的合成反应，都会生成一些小分子齐聚物并残留一定量的游离单体。为了保证最终产品的质量，必须要对合成产物进行纯化，去除这些小分子齐聚物及游离单体。由于涂料工业中的许多合成产物热敏性强，采用传统蒸馏方法难以达到要求，而采用分子蒸馏技术则使问题迎刃而解。因此，分子蒸馏技术在涂料工业中的应用是多方面的。它的应用不仅可以带来涂料工业中所用的许多中间原料品质的大大提高，如可以用来脱除酚醛树脂或环氧树脂中的双酚A或从丙烯酸树脂中脱除小分子物质等；而且可以保证最终产品的质量及性能，如从TDI、MDI、HDI等二异氰酸酯的加成物、预聚物中脱除游离单体使产品达到国际标准；同时还可以带来合成工艺的改进，使合成工艺在更大范围内优化反应条件。环境友好型聚氨酯固化剂的开发成功不仅为固化剂中异氰酸酯游离单体的脱除创出了一条新路，而且也为涂料行业相似工艺过程中其它类游离单体的脱除提供了有效方法，经济效益和社会效益将十分显著。

　　可以断言，随着分子蒸馏技术在涂料工业中进一步推广应用，分子蒸馏技术将会在我国涂料工业绿色化的发展方向上发挥更大的作用。