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1.2 APEO的耗用量

APEO在世界各類(lèi)表面活性劑消費(fèi)量中占7．5％左右，是用量很大的一類(lèi)非離子表面活性劑。

表1 世界各類(lèi)表面活性劑的消費(fèi)量。

非離子表面活性劑占表面活性劑總消費(fèi)量的25．5％-26．5％，而AEO和APEO的總量占非離子表面活性劑的63％左右。以1995年為例，APEO的消費(fèi)在世界各地區(qū)的分布為：西歐7．5萬(wàn)噸，美國(guó)25萬(wàn)噸，亞洲20萬(wàn)噸，中國(guó)4．5萬(wàn)噸，其它地區(qū)13

2 APE0的安全性和生物降解性

印染助劑對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響主要指其安全性和生物降解性。安全性包括急性毒性，對(duì)水生物毒性，對(duì)皮膚刺激性，致畸性和致變異性等。生物降解性近年來(lái)開(kāi)始受到重視，生物降解性差的印染助劑會(huì)積聚起來(lái)，從而對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響。

2．1 APEO的急性毒性和對(duì)水生物毒性

急性毒性是指單位體重被試驗(yàn)動(dòng)物一次口服、注射或皮膚涂敷助劑后，產(chǎn)生急性中毒而有50％死亡所需該助劑的量，以LD50(半致死量)表示，單位為g／kg。LD50>5 g／kg為無(wú)毒，0．5-5．0g／kg為低毒。水生物和藻類(lèi)的毒性以ECO50表示，指在24h內(nèi)助劑對(duì)水生物和藻類(lèi)運(yùn)動(dòng)抑制程度的性質(zhì)，一般在1-67mg／L。BASF公司規(guī)定ECO50>100 mg／kg為安全指標(biāo)，EC050在1，-100me／kg能夠使用，EC050<1mg／kg不能使用。

NPEO的LD50為1．6 g／kg，ECO50對(duì)水蚤為42 mg／kg，藻類(lèi)為50mg／kg，為低毒化學(xué)品。對(duì)鯉魚(yú)的100％死亡率濃度極限為：LAS4.0mg／L，A(C18)EO(4)硫酸酯鹽5 mg／L，A(C12)EO(10)磷酸酯鹽16 mg／L，NPEO(6)為2mg/L，NPEO(21) 160mg／L，A(C12)EO(7)2．4 mg／L，油酸(C18,)EO(9)酯200mg／L.其中，NPEO(6)(9)的極限值很低，顯示其對(duì)魚(yú)類(lèi)毒性很大，接近強(qiáng)毒性[3]。APEO殘留在水中作為魚(yú)類(lèi)的食物，人類(lèi)又以魚(yú)為食物，因此，毒物可在低級(jí)生物中聚集，在更高一級(jí)生物中則被放大至更大的數(shù)量級(jí)，最終達(dá)到人類(lèi)致病的數(shù)量級(jí)而導(dǎo)

2．2 APEO對(duì)眼睛和皮膚的刺激性[2]

表面活性劑對(duì)眼睛和皮膚的刺激性和對(duì)粘膜的損傷，與其毒性大體上相似。相比其它非離子表面活性劑的刺激性，以烷基多糖苷(APG)最低，但APEO的刺激性比APG強(qiáng)數(shù)倍至數(shù)十倍[4]。

2．3 APEO的致痛性、致畸性和致變異性

APEO本身不具有致癌性和致變異性，但是在與環(huán)氧乙烷加成時(shí)，由于過(guò)量積累未反應(yīng)的環(huán)氧乙烷而造成低聚氧乙烯以及二聚氧乙烯環(huán)構(gòu)為1，4--二噁烷。這兩種化合物已被確認(rèn)為致癌物質(zhì)，并要求未反應(yīng)的氧乙烯含量限制在1 mg／kg以?xún)?nèi)。傳統(tǒng)的生產(chǎn)APEO的間歇式攪拌裝置中，環(huán)氧乙烷由氣相向引發(fā)劑液相分布，容易造成反應(yīng)不完全，存在上述有害物質(zhì)。現(xiàn)用的意大利Press工藝與設(shè)備則將引發(fā)劑以霧狀噴向氣相環(huán)氧乙烷，使低聚氧乙烯降至1mg／kg以下，并消除二嗯烷的生成[2]。

2．4 APEO的生物降解性

紡織印染助劑的生物降解性是指在一定條件下被微生物酶催化氧化和分解為二氧化碳、水和無(wú)機(jī)元素，使之成為無(wú)害物質(zhì)。歐盟指出，環(huán)保型表面活性劑的最初生物降解率必須在80％以上。非離子表面活性劑包括疏水碳鏈和聚氧乙烯鏈兩部分。脂肪類(lèi)碳鏈較烷基苯系碳鏈易生物降解，聚氧乙烯鏈的聚合度與生物降解性有關(guān)，鏈愈長(zhǎng)，降解愈慢。聚合度超過(guò)10以后，降解速度明顯降低。APEO的生物降解性與陰離子表面活性劑和其它非離子表面活性劑相比是最差的，NPEO。和NPE020的最初生物降解率只有4％-80％，而FEO(脂肪醇聚氧乙烯醚)的生物降解率都大于80％。

2．5 APEO的生物降解代謝物的毒性

APEO應(yīng)用于洗滌劑和印染助劑，是通過(guò)界面吸附或膠束行為等物理過(guò)程達(dá)到預(yù)定功能，化學(xué)結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過(guò)程中并未受到影響，完成功能后經(jīng)污水處理最后流人河道水域。APEO及其生物降解代謝物是否對(duì)魚(yú)類(lèi)等水生物有害，也是生態(tài)環(huán)保工作者所關(guān)心的。

APEO如NPEO的生物降解過(guò)程中，NPEO的E

APEO生物降解代謝物有幾種，即：短氧乙烯鏈、羧酸及烷基酚。EO鏈短，水溶性差，NPEO隨著降解的深入，其毒性逐步增加。對(duì)水生物而言，NPEO1、NPE02和NP的毒性都比NPEOn更大[5]。NPE02和NPEO1對(duì)魚(yú)、無(wú)脊柱動(dòng)物、海藻和微生物的急性毒性范圍為4 600—14 000ug／L[6]。根據(jù)美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)制定的標(biāo)準(zhǔn)，屬中等或低毒性；NP的急性毒性范圍為17-3000ug/L，屬最高和很高毒性[7]。

由于APEO最終排放到河道中，它的代謝物也在河道中生成。美國(guó)化學(xué)制造業(yè)協(xié)會(huì)與美國(guó)環(huán)境保護(hù)署達(dá)成協(xié)議，采用實(shí)用的做法，在位于污水排放的下游河區(qū)進(jìn)行取樣，對(duì)NPEO及其代謝物的影響進(jìn)行試驗(yàn)。由美國(guó)EPA提供的河流調(diào)查資料庫(kù)中共有河流68000條，除去沒(méi)有污水排放和不流動(dòng)的河流和湖泊，還有54條，從中選出典型的30條河流取樣”[8,9]。樣品檢測(cè)顯示90％樣品中的NP和NPEO1濃度≤0．3 ug／L(ppb)，NPEO2濃度≤0．4ug／L，NP在河水中的最高值為0．64ug／L，在河流沉積物中的最高濃度為2 960，ug／L[3]。最敏感的水生物在NP濃度為6．7-14．0 ug/L時(shí)會(huì)發(fā)生中毒，NP濃度為34 200ug／L時(shí)可以使寄居在河流沉積物中的有機(jī)體中毒[3]。取樣的30條河流中，NP、NPEO1和NPE02的分布形式有點(diǎn)相似。

由此得出結(jié)論，NPEO及其代謝物NPEO2、NPEO1和NP在河流中經(jīng)河水稀釋后，濃度低于水生物中毒極限，因此是安全的。正因?yàn)橛写私Y(jié)論，近年美國(guó)不同于西歐，APEO仍然維持較高產(chǎn)量。但是這一結(jié)論不適用于包括紡織品的產(chǎn)品中是否可以含有AP

2．6 APEO的環(huán)境激素問(wèn)題

環(huán)境激素可以侵入人體，產(chǎn)生類(lèi)似雌性激素的作用，是危害人體正常激素分泌的化學(xué)物質(zhì)，它能導(dǎo)致精子數(shù)量減少，生殖器官出現(xiàn)異常，已成為包括人類(lèi)在內(nèi)的所有生物的天敵。通過(guò)大量研究證明，有一些化學(xué)物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生上述結(jié)果。美國(guó)環(huán)境保護(hù)署(EPA)在1997年提出了70種屬環(huán)境激素的化學(xué)物質(zhì)，其中有NP和OP[10]。也有報(bào)道，NPEO1和NPEO2具有類(lèi)似于NP的雌性激素效應(yīng)[11]。

但是APEO由烷基酚(NP或OP)和環(huán)氧乙烷加成而得，反應(yīng)分為兩個(gè)階段，第一階段是烷基酚與等摩爾的環(huán)氧乙烷加成，直到烷基酚全部轉(zhuǎn)化為加成物后，才開(kāi)始第二階段即環(huán)氧乙烷的聚合反應(yīng)。因此，在APEO產(chǎn)物中幾乎沒(méi)有未反應(yīng)的烷基酚存在[12]。

3 歐盟有關(guān)APE0法規(guī)

2003年6月18日，歐盟頒布2003／53／EC指令，規(guī)定從2005年1月17日起，除特定的情況如用于涂料印花的粘合劑等除外，對(duì)APEO的使用、流通和排放作了相應(yīng)的限制。限定若化學(xué)品及其制備物中的APEO及AP(烷基酚)含量高于0．1％(1 000mg／kg，重量百分率)，則該化學(xué)品及其制備物不能用于紡織晶和皮革加工、紙漿生產(chǎn)和造紙生產(chǎn)、化妝品、殺蟲(chóng)劑和生物殺滅劑的配方。

2002年5月15日，歐共體理事會(huì)通過(guò)了“關(guān)于制定共同體紡織產(chǎn)品生態(tài)標(biāo)簽規(guī)范并修訂1999／178／EC的決議”；同時(shí)頒布了Eco-Label的紡織品規(guī)范，即2002／371／EC法規(guī)，自2002年6月1日生效，到2007年5月31日止。該法規(guī)禁用包括APEO在內(nèi)的7種化學(xué)品，在部分配制品和配方中也不能使用，但沒(méi)有提出限定值。

比較2003／53／EC與2002／371／EC，前者有一個(gè)最高限定量。實(shí)際上歐洲許多企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)APEO限量控制更嚴(yán)，有的要求100mg／kg。世界著名檢測(cè)公司如天祥、申美、SGS等均限定低于100 mg

但是歐盟的上述兩個(gè)法令都是指化學(xué)品及其配制品或配方，而非紡織品及皮革制品上APEO的最大限量。德國(guó)政府1997年12月23日頒布的“食品及日用消費(fèi)品法”修正案中，對(duì)紡織品及服裝限定：經(jīng)還原分解出致癌芳胺的最大限定值為30mg／kg(Oeko-Tex Standard l00為20mg／kg)，對(duì)染料的最大限定值為150mg／kg。中國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局的GB／T19601《偶氮染料還原分解致癌芳胺測(cè)定》，也提出30mg／kg和150mg／kg限量。歐洲一些企業(yè)參照相關(guān)法規(guī)，紡織品上APEO的最大限量定在30-50mg/kg。

實(shí)際上限用APEO由來(lái)已久，早在20世紀(jì)80年代，東北大西洋海洋環(huán)境保護(hù)公約(OSPAR公約)就提出優(yōu)先控制15類(lèi)化學(xué)物質(zhì)中的第12類(lèi)即壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO)及其相關(guān)化學(xué)物[2]。當(dāng)時(shí)對(duì)于爭(zhēng)議頗多的APEO，雖然沒(méi)有法規(guī)，但已有非正式的協(xié)議對(duì)APEO的生產(chǎn)和使用加以限制。例如[14]：

(1)澳大利亞出臺(tái)的從1987年開(kāi)始停止使用APEO的非正式協(xié)議。

(2)比利時(shí)的大多數(shù)公司已在消費(fèi)品中停止使用NPEO。

(3)丹麥于1988年2月規(guī)定，至1988年底，80％NPEO由可生物降解的脂肪醇聚氧乙烯醚(FEO)取代，20％于1989年底完成NPEO的取代。

(4)法國(guó)于1987年12月24日出臺(tái)非正式協(xié)議，規(guī)定使用生態(tài)降解率

(5)德國(guó)于1986年12月31日提出，家用、通用洗滌劑工業(yè)停止使用APEO，1989年年底完成。

(6)挪威規(guī)定于2000年年底停止使用APEO。

(7)荷蘭、葡萄牙、瑞典、西班牙、美國(guó)都對(duì)APEO停用和取代有非正式協(xié)議。

(8)瑞士從1987年8月31日停止使用APEO。

以上這些國(guó)家有關(guān)的非正式協(xié)議均集中在APEO主要應(yīng)用的洗滌劑。歐盟的法規(guī)經(jīng)過(guò)一段過(guò)渡時(shí)期后，必然成為歐盟25個(gè)成員的正式法規(guī)。

4 APE0的代用品

APEO是一類(lèi)非離子型表面活性劑，除了可以單獨(dú)使用外，經(jīng)常與其它離子類(lèi)型復(fù)配，因此APEO的代用品必須局限于非離子型表面活性劑。它的代用品種類(lèi)很多，幾種實(shí)用的、市場(chǎng)又可以供應(yīng)的品種如下所述。

4.1 脂肪醇聚氧乙烯醚(FEO)

天然脂肪醇由天然脂肪酸還原而得，原料豐富。經(jīng)環(huán)氧乙烷加成后的FEO，毒性很小，LD50在3000—8 000mg／kg，環(huán)氧乙烷(EO)加成類(lèi)低的可達(dá)20-25g／kg。其生物降解率都大于80％，毒性比APEO低，而最初生物降解率高于APEO，是一類(lèi)無(wú)公害的非離子型表面活性劑。但是它們的濁點(diǎn)易波動(dòng)、水溶性低、起泡性高，有時(shí)還有臭味，目前已加以改進(jìn)。從酚類(lèi)和醇類(lèi)與環(huán)氧乙烷的加成機(jī)理來(lái)看，有顯著不同。在堿金屬氫氧化物催化下，酚和醇形成活性氧化物，然后與環(huán)氧乙烷加成，進(jìn)一步聚合，反應(yīng)如下：

(1) 在堿金屬氫氧化物(KOH、NaOH)催化下，形成酚或醇的活潑陰離子。

(2)活潑陰離子與環(huán)氧乙烷等摩爾加成。

(3)酚類(lèi)化合物由于酸度比環(huán)氧乙烷高，反應(yīng)(2)易向右進(jìn)行，必須待反應(yīng)(2)全部完成后，才開(kāi)始進(jìn)一步聚合反應(yīng)，繼續(xù)加成環(huán)氧乙烷，理論上烷基酚聚氧乙烯醚最終產(chǎn)物中不存在未反應(yīng)的殘留烷基酚類(lèi)。

(4)醇類(lèi)化合物的酸度與一次、二次、多次環(huán)氧加成物近乎相等，質(zhì)子變換反應(yīng)的平衡常數(shù)接近1，因此反應(yīng)各階段的陰離子都可

(5)采用弱堿性的堿土金屬(鋇、鈣、鍶、鎂)氫氧化物作催化劑，可以得到分布較窄的產(chǎn)物。其原因可能是堿土金屬離子被兩個(gè)分子的乙氧基化醇陰離子所圍繞，這種擁擠的構(gòu)型會(huì)減弱陰離子與氧乙烯的相互作用，使平衡略向右移動(dòng)。

窄分布的脂肪醇聚氧乙烯醚含有低的游離醇，也降低了低聚合物和過(guò)高聚合物的含量。由于降低了較難溶于水的游離脂肪醇及低聚物的含量，可以提高脂肪醇聚氧乙烯醚在水中的溶解度，并減輕由此而帶來(lái)的臭味。由于分布窄能達(dá)到穩(wěn)定的濁點(diǎn)，即單位重量中，窄分布產(chǎn)物中，活性物含量較高。同時(shí)較低的傾點(diǎn)，可降低稀釋劑的用量。窄分布產(chǎn)品還具有較高的煙霧點(diǎn)，這也是由游離醇和低聚物含量減少造成的，用此產(chǎn)物作印染織物后整理劑的乳化劑，則可減少煙霧造成的織物疵點(diǎn)。1982年、1988年法國(guó)和丹麥已明確用FEO代替APEO，其它歐洲國(guó)家也提出用FEO取代APEO。BASF公司的Lutenol系列TO、XA(XL)、XP、ON等，系十三、十五碳異構(gòu)醇聚氧乙烯醚等合成醇帶有支鏈的聚氧乙烯醚，其性能更優(yōu)于天然醇聚氧乙烯醚。例如法國(guó)Rhodia公司的氨基硅油21637和21642(HLB=11．42)，所用乳化劑BC 610為異十三醇聚氧乙烯醚(6)(HLB=11．38)，可制得穩(wěn)定性良好的微乳液。

4．2 烷基多糖苷(APG)

APG于1934年首先于法國(guó)SEPPIC公司工業(yè)化生產(chǎn)，以后世界著名化學(xué)公司Rohm & Hass、Homgon Chemical公司、Henkel公司、BASF公司、Kao公司、Akzo Nobel公司，Union、Cabide公司和Ceralpinia Chemical公司相繼生產(chǎn)。我國(guó)對(duì)APG的研究始于20世紀(jì)80年代后期，目前已規(guī)模化生產(chǎn)[4,5]。

APG是

APG的親水性來(lái)自糖環(huán)上的多羥基，其與水形成的氫鍵比較牢固，沒(méi)有濁點(diǎn)，稀釋時(shí)也無(wú)凝膠產(chǎn)生，給應(yīng)用帶來(lái)方便。APG的HLB值隨烷基碳原子的增加而減少，表面張力和臨界膠束濃度也是如此[4，5]。

APG性能優(yōu)良，除了可作為洗滌劑和個(gè)人護(hù)理用品外，也可用作乳化劑、潤(rùn)濕劑、分散劑、精練劑、消泡劑、增稠劑和防塵劑等，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。由于糖苷屬縮醛，所以在堿性條件下穩(wěn)定，在酸性條件下易水解，給應(yīng)用帶來(lái)了局限性，而且價(jià)格較貴，但可以通過(guò)復(fù)配降低成本。

4．3 N-烷基葡萄糖酰胺(AGA)

N-烷基葡萄糖酰胺(AGA)以葡萄糖(或淀粉)和脂肪酸為原料，是一類(lèi)新型的綠色表面活性劑[17]。早在1994年，美國(guó)專(zhuān)利報(bào)道了AGA的合成研究[18，19]，20世紀(jì)90年代后期實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。美國(guó)AGA的消費(fèi)量平均年增長(zhǎng)15％，西歐平均年增長(zhǎng)20％，主要替代APEO、AEO和IAS用于洗滌劑。

AGA是通過(guò)兩步反應(yīng)制得的，先經(jīng)還原胺化引入氨基，得到葡萄糖胺，再與脂肪酸反應(yīng)得到AGA。因?yàn)榈谝徊椒磻?yīng)必須在較高的壓力下反應(yīng)，所以成本較高。反應(yīng)如下：

AGA與APG一樣，以多羥基作為親水基，脂肪酸烷基為疏水基，增加碳原子可使HLB值減小。AGA的表面張力很低，C12AGA為28．5mN／m，臨界膠束濃度(CMC)5．79X10-3moL／L，也隨碳原子的增加而降低。AGA無(wú)毒，易生物降解，對(duì)皮膚溫和，無(wú)刺激作用。AGA的性能近似于A

4．4 非離子型Gemini表面活性劑

Gemini表面活性劑是由兩個(gè)傳統(tǒng)的表面活性劑分子通過(guò)特殊的連接基團(tuán)，以化學(xué)鍵方式連接成一個(gè)分子，結(jié)構(gòu)中含有2個(gè)親水及親油基團(tuán)，又稱(chēng)二聚表面活性劑，是20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究的新一代表面活性劑[20]。Gemini表面活性劑有陰離子、陽(yáng)離子、非離子和兩性型四種類(lèi)型。Gemini表面活性劑有很低的表面張力，適合用作潤(rùn)濕劑和滲透劑；易形成膠束，CMC很低，適合用作乳化劑、分散劑和增溶劑，是環(huán)保型印染助劑的高品質(zhì)原料。Gemini表面活性劑中以陽(yáng)離子型居多，占其2／3，其次是陰離子型的，非離子型的較少。

非離子型Gemini表面活性劑的主要類(lèi)型有兩種。一為糖類(lèi)衍生物，原料易得，可再生，產(chǎn)品易生物降解，用生物酶催化合成，濃度較高。其二為醇醚和酚醚，是主要品種，先把具有疏水性結(jié)構(gòu)的兩部分通過(guò)連接基如對(duì)苯二酚、乙二胺、二硫代乙醇和哌嗪等連接起來(lái)，再進(jìn)行乙氧基化。由于性能優(yōu)異，是未來(lái)發(fā)展的方向。

4．5 松香聚氧乙烯酯(RPGC)

松香是一種可再生資源，價(jià)格低廉。松香主要組分為樹(shù)脂酸，占90％以上，它的分子結(jié)構(gòu)中含有1個(gè)羧酸基和三個(gè)拼合的環(huán)乙烷(和烯)組成的疏水性菲環(huán)。利用羧基引入氧乙烯鏈，得到松香聚氧乙烯酯(RPGC)[21]。隨著氧乙烯鏈的改變，HLB值也隨之改變。這類(lèi)表面活性劑無(wú)毒性，對(duì)皮膚無(wú)刺激，有很強(qiáng)的潤(rùn)濕性、分散性和乳化性，由于應(yīng)用pH值范圍廣，可與其它表面活性劑復(fù)配。

4．6 脂肪酸聚氧乙烯甲醚(FMEE)

脂肪酸聚氧乙烯甲醚(FMEE)是近年來(lái)發(fā)展的非離子表面活性劑，用來(lái)替代APEO[22]。FMEE在特殊的粉狀氧化物催化劑存在下，與環(huán)氧乙烷進(jìn)行加成反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)嵌入式聚合。這一類(lèi)產(chǎn)品具有杰出的滲透性和卓越

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