出品：科普中國

制作：張俊 李明璐 董川（山西大學環境科學研究所）

監制：中國科學院計算機網絡信息中心

塗鴉是孩子認知世界、表達感受、與其他小朋友交往的成長方式，同時能促進兒童的肌肉協調性、認知、情感等方面的發展。

育兒專家普遍認為，孩子在6-9歲以前最佳的塗鴉方式是自由塗鴉。在這個過程中，家長不應不幹預，也不應教孩子任何繪畫技巧。

但是在自由塗鴉時，牆壁、電視機屏幕、沙發、床單、地闆…任何東西都可能成為孩子的畫布。家長們也常常為之煩惱。

你買的可擦水彩筆可能有毒

目前市場上的塗鴉筆有粉筆、水彩筆和蠟筆等，這些筆的筆漬常常難以清除。而可擦水彩筆的出現可謂是從源頭上解決了家長們關于塗鴉筆漬的煩惱。

但是，你知道嗎？可擦水彩筆使用的是醇溶性色料和有機溶劑，易揮發、污染環境，而且易沾染，擦後仍為有色物質不可降解。畫在牆上、衣服、床單或皮膚上不易清洗。不可擦蠟筆容易沾染衣物牆壁，清洗困難。某些蠟筆中可能含有有毒成分（如：紅色油畫棒中含有紅色顔料硫化汞，硫酸镉和镉的硒化物等），對兒童生長發育造成潛在危害。

（圖片來源：作者原創）

他們發明了環保可降解色料

山西大學的董川課題組偶然發現，某些中草藥用砂鍋熬制時湯色是深棕色的，而在玻璃燒杯裡熬制時湯色卻很淺。我們知道，光照條件下一些中草藥和天然植物色素在水中會氧化褪色。如隐丹參酮溶液在自然光照和加熱的過程中由棕紅色逐漸褪成無色。如果能使這個顯色褪色反應精準可控，可能會有多樣的用途。

金屬離子與植物多酚（PP）也可發生顯色反應，顔色随金屬離子不同而不同。例如，茶多酚可與鐵離子形成黑綠色的金屬離子絡合物。将該絡合物經表面活性劑增溶後得到黑綠色微乳狀液，在中性或弱堿性條件下，加熱發生水解褪色反應。另外，兒茶素與Fe³ 、Cu² 、Zn² 等分别呈黑綠、棕色、亮黃等顔色。

受這些實驗現象的啟發，董川等設計了能在常溫常壓下進行的光誘導水解褪色反應。該反應可表示為：

多酚PP和金屬離子Mⁿ 形成有色絡合物：PP Mⁿ → [PP-M]ⁿ

絡合物發生水解褪色反應：[PP-M]ⁿ nOH^-→PP M(OH)_n↓

利用這個反應研制出了黑、藍、紅、綠、紫等色澤的新型光誘導水解褪色材料。随着研究的深入，結合光褪色、化學褪色、熱敏褪色及微膠囊包覆褪色等反應技術，并對控制光化學誘導水解褪色反應進行的阻化劑進行了篩選，研制了環保可降解色料。該材料光照遇水時分解為無色或淺色物質。

兒童水擦塗鴉筆

（圖片來源：作者原創）

環保可降解色料成分環保健康，水擦即可褪為無色，不留下任何痕迹。于是首先應用于兒童水擦筆、水擦蠟筆等。兒童水擦塗鴉筆可在白闆、牆壁、書寫膜、地闆、桌面等不滲水表面随意塗鴉。筆迹水擦後降解為無色的環境友好物質，可反複使用。即使不小心畫在衣服、床單、皮膚等表面，隻需清水即可輕松擦除。水解産物對皮膚不産生刺激，符合國家化妝品标準。經過SGS檢測，符合美國ASTMF963-03、歐盟EN71 PART3無毒安全标準。即使小孩不小心将筆頭咬進嘴裡，也不會對身體産生危害。

無塵闆書教具

除了用于健康兒童學具，環保可降解色料在教學領域也顯示出極大的應用優勢。

室内授課是學生獲取知識的重要途徑，闆書演示是課堂傳授知識的主要手段。目前，國内外使用的教具仍以傳統的黑闆粉筆為主。然而黑色闆面與周圍環境反差大，容易造成視覺疲勞。更為嚴重的是教學時會産生相當數量的粉塵，對教師和學生身體健康都産生危害。

随着技術進步，白闆和白闆筆教具在上世紀50、60年代出現。白闆筆多使用有機溶劑墨水，闆面反光，不能長期用于課堂教學，常用于短期會議室。也有許多種筆和闆擦的改進産品，如卷簾式寫字幕，電動式吸塵闆擦，無塵粉筆等，然而沒能從根本上消除粉塵。

人眼辨别物體靠兩種視覺能力：一是亮覺，利用物體間明暗差别進行辨認；另一種是色覺，利用物體間色彩差别進行辨認。當兩種功能充分協調發揮作用時，眼睛辨别東西就輕松有效。如果闆面顔色與周圍環境顔色反差太大，而字迹顔色與闆面顔色的對比度太小，以及字迹筆畫太細時，易産生視覺疲勞。

通過比較研究，董川等發現當觀察角大于45度時，白闆、藍筆組合的視疲勞程度明顯低于綠闆、白筆組合，更低于黑闆、白筆組合。觀察角小于45度時，三者無明顯差異。白闆、黑筆組合最佳觀察距離為3.5至5米，而綠闆、黑闆和白筆組合的最佳觀察距離均為2米左右。結論是在降低視疲勞方面，白闆優于綠闆，而綠闆優于黑闆。但是，白闆黑字構成強光弱色的視覺環境，反射很強卻沒有什麼色彩。眼睛受的刺激很強，但色覺功能受到抑制，緻使視覺能力降低。在這種情況下眼睛很容易感到疲勞，故白闆存在缺點。

黃色為溫和色，給人安靜祥和的感覺。教室的課桌椅和醫院病房多以米黃色裝飾，使人感到安靜、祥和。實驗發現，用淺米黃練習薄連續書寫2小時，有39.02%的學生出現眼疲勞症狀，最早出現症狀在書寫後40分鐘，眼酸眼脹視糊等症狀輕微。而用白紙連續書寫2小時，學生普遍出現眼疲勞症狀，最早出現症狀時間在書寫後20分鐘，眼酸眼痛視糊等症狀較重。故淺米黃闆優于白闆。

總之，最佳闆面顔色順序為：淺米黃>白>綠>黑。在教室使用淺米黃亞光闆，可使視覺疲勞降到最低程度，對學生視力有保護作用。

一支水彩筆，在米黃色的亞光闆上任意書寫，然後用吸附有自來水的闆擦輕輕一拭，頓時墨迹全無。這就是山西大學的無塵闆書教具。它沒有粉塵飛揚，墨水與闆面的顔色反差适中，不易産生視覺疲勞，從而保護學生視力。無塵教學套裝已經在山西大學等數十個單位實際使用，完全取代了現行的黑闆粉筆教具。

通過對植物成分進行化學修飾得到的多種色澤的光化學誘導水解褪色材料，其應用領域已經從開始的兒童五色水擦塗鴉筆到無塵教學産品，以至米黃色亞光闆等環保系列教具。

環保可降解色料的研究還用于辦公水擦筆和辦公書寫膜，為日常的辦公、開會、培訓等提供了便利。其顯著的經濟社會效益獲得了國家技術發明二等獎和德國紐倫堡國際發明展銅獎等諸多獎項，被認為達到國際領先水平。

現在這項研究不斷地深入，比如以環保可降解色料制備微膠囊色料，然後分散于空白水性塗料中得到防僞迷彩塗料。環保可降解色料有望在印刷油墨、防僞保密、暗室顯影等領域一顯身手。

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