w Kielcach, 2007 w Kielcach, 2007 Polichlorek winylu szkodliwy polimer Vinyl polychloride a hazardous polymer

Transkrypt

1 Zeszyty Studenckiego Ruchu Materiały 16 Sesji Studenckich Naukowego Akademii Kół Naukowych Akademii Świętokrzyskiej Świętokrzyskiej im. Jana Kochanowskiego im. Jana Kochanowskiego w Kielcach, 2007 w Kielcach, 2007 Mirosława Chrabąszcz Anna Czulińska Małgorzata Dusik Studentki III roku chemii Studenckie Koło Naukowe KALCYT Akademia Świętokrzyska im. Jana Kochanowskiego w Kielcach Recenzent: Prof. AŚ dr hab. Zdzisław M. Migaszewski Polichlorek winylu szkodliwy polimer Vinyl polychloride a hazardous polymer Streszczenie: Polichlorek winylu (PCV) jest polimerem powszechnie stosowanym w życiu codziennym. Ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne może on być wykorzystywany do produkcji naczyń, zabawek, rur, okien, wykładzin. Zastosowanie PCV na tak szeroką skalę jest szkodliwe dla organizmu człowieka. W procesie starzenia z PCV uwalnianych jest wiele substancji potencjalnie kancerogennych, które zostały dodane do tworzywa podczas jego obróbki. W pracy wykazano ich negatywny wpływ na zdrowie ludzi oraz na środowisko przyrodnicze. Uwzględniono także istotne problemy związane z utylizacją PCV. Słowa kluczowe: polichlorek winylu, chlorek winylu, tworzywa sztuczne, substancje kancerogenne Summary: Vinyl polychloride (PVC) is a polymer of broad use in everyday life. With regards to its physicochemical properties, PCV can be used in production of dishes, toys, pipes, windows, lining. The wide use of PVC is hazardous to human health. During ageing of PVC, many potential cancerogens, which were used in the plastic production, are released. This article presents the harmful effects of these substances on human health and the environment. The most important problems concerning the PVC utilization are also described. Key words: vinyl polychloride, vinyl chloride, plastics, cancerogenic substances

2 Wstęp Polichlorek winylu jest termoplastycznym tworzywem sztucznym, produktem polimeryzacji chlorku winylu. Rozwój produkcji tworzyw sztucznych, w tym polichlorku winylu, rozpoczął się w pierwszej połowie XIX wieku w laboratoriach Justusa von Liebiga w Gießen. Już w 1835 r. Henry Victor Regnault odkrył, że z mieszaniny dwuchloroetanu i alkoholowego ługu potasowego w pojemniku stojącym przy oknie, pod wpływem światła słonecznego wydzielił się biały proszek nazwany później polichlorkiem winylu. W ten sposób otrzymano pierwsze tworzywo sztuczne ( Na początek XX w. przypada wielki rozwój produkcji nowych materiałów. Już przed drugą wojną światową w Niemczech zaczęto stosować rury z polichlorku winylu i opracowano plan badań nad wykorzystaniem tej substancji. Po wojnie kontynuowano prace, przeprowadzając między innymi próby ciśnieniowe, sprawdzając odporność PCV na działanie kwasów, zasad oraz związków organicznych. Udowodniono także jego odporność na korozję, oraz wykazano jego trwałość. Właściwości i zastosowanie polichlorku winylu Czysty polichlorek winylu jest substancją bezbarwną, pozbawioną zapachu oraz niepalną, odporną na działanie kwasów: solnego, siarkowego (VI) i azotowego (V). PCV otrzymuje się w reakcji polimeryzacji chlorku winylu: Współcześnie PCV ma szerokie zastosowania. Daje się łatwo obrabiać, barwić, formować. Te właściwości zyskuje po dodaniu plastyfikatorów, czyli substancji powodujących zmiękczenie, lecz bez wywoływania zmian we właściwościach chemicznych tworzywa. Najbardziej popularne plastyfikatory syntetyczne to estry, ketony, wyższe alkohole, amidy kwasowe, fosforany, np. fosforan trikrezylu, ftalany, stearyniany i inne. Łatwość kształtowania i odporność chemiczna jest niewątpliwie zaletą tego polimeru, jednakże polichlorek winylu ma również wady. Używanie go na dużą skalę niesie ze sobą realne zagrożenia dla zdrowia ludzi, występujące już na etapie produkcji. Wiele substancji użytych w procesie technologicznym ma działanie drażniące, mogą także wywoływać reakcję alergiczną np. trietylek glinu stosowany jako katalizator, epichlorohydryna lub formaldehyd (Seńczuk 1999). PCV znalazł również szerokie zastosowanie w praktyce medycznej. Produkuje się z niego strzykawki, części do hemodializatorów, kleje do kości. Pomimo, iż tworzywa sztuczne stosowane w tych produktach powinny spełniać najwyższe wymagania zdarzały się przypadki

3 ciężkich powikłań u osób, u których stosowano narzędzia z PCV. Stwierdzono także, iż podczas dializy do organizmu pacjenta może przedostać się z aparatury około 15 różnych związków chemicznych (Seńczuk 1999). Już od najmłodszych lat człowiek ma kontakt z tytułowym polimerem. Zabawki modelina, gryzaczki, smoczki i tzw. piszczki wykonane z miękkiego PCV mogą zawierać od 10 do 40% wagowych ftalanów. W Unii Europejskiej obowiązuje zakaz sprzedaży zabawek zawierających ftalany. Jednak do Polski trafiają produkty z Chin, które nie spełniają unijnych wymogów. Istotnym źródłem ftalanów są także folie i opakowania żywności wykonane z PCV. Związki te akumulują się głównie w produktach bogatych w tłuszcz w nabiale i wędlinach. Metody wykrywania tworzyw sztucznych Konieczność analizy związków chemicznych migrujących z opakowania do produktu, często na bardzo niskim poziomie stężeń, wymaga rozszerzenia możliwości analitycznych wielu laboratoriów, a takie wymusza rozwój nowych metod analitycznych (Makuch, Wolska 2000). Najczęściej stosowane w laboratoriach techniki analizy oznaczeń śladowych ilości związków nieorganicznych, migrujących z opakowań do produktu, to: spektrofotometria absorpcji atomowej (AAS), emisyjna spektrometria atomowa (ICP AES), spektrometria mas (ICP MS), elektroforeza kapilarna (HPCE); elektrochromatografia; chromatografia cieczowa jonowymienna (HPLC IE), (Makuch, Wolska 2000). Metodami wykorzystywanymi do rozdzielania śladowych ilości związków organicznych i ich jednoczesnego oznaczania są następujące metody i techniki analityczne: chromatografia gazowa, w połączeniu z: detektorem emisji atomowej (AED); detektorem z matrycą diod (DAD) spektrometrem absorpcji atomowej (AAS); spektrometrem mas (układ GC MS) (Wolska i in. 2001). Szkodliwość PCV W procesie starzenia się materiałów z PCV do atmosfery wydziela się monomer tego tworzywa, czyli chlorek winylu, substancja o znanej szkodliwości (choć jego rakotwórcze działanie odkryto dopiero po 25 latach stosowania). Wykazano, że może on przenikać z naczyń i innych produktów do żywności. Istnieje możliwość uwalniania się go z takich produktów jak: tapety, wykładziny podłogowe, rury, okna, przewody. Chlorek winylu wchłania się poprzez drogi oddechowe oraz skórę, działa drażniąco na oczy, błony śluzowe dróg oddechowych, skórę. W dużych ilościach ma on właściwości narkotyczne, działa depresyjnie, rakotwórczo (nowotwory: wątroby, płuc, mózgu, układu krwiotwórczego limfatycznego) (Piotrowski 2006). Właściwości kancerogenne wynikają z jego metabolicznego utleniania do tlenku chloroetylenu pod wpływem układu enzymatycznego, monooksygenazy cytochromu P 450 w wątrobie (Manahan 2006). Chlorek winylu posiada także właściwości mutagenne (Yu 2005).

4 Polichlorek winylu jest tworzywem, do którego dodaje się wyjątkowo dużo różnych substancji modyfikujących lub poprawiających jego własności, niektóre z nich mogą przedostawać się do otoczenia i wywoływać niekorzystne objawy (Siemiński 2001). I tak: Do płynów przechowywanych w pojemnikach z PCV mogą migrować estry kwasu ftalowego. Jest to substancja działająca rakotwórczo i teratogennie. Może przyczyniać się do wzrostu zachorowań na zapalenie wątroby. Ftalan di 2 etyloheksynu stosowany jako plastyfikator do produkcji tworzyw sztucznych głównie PCV, działa gonadotoksycznie. Trikrezylofosforan stosowany także jako plastyfikator może powodować nadmierną wrażliwość, uczucie zmęczenia, zapalenia wielonerwowe). Wiele produktów z PCV zawiera związki metali ciężkich: ołów, kadm, czy chrom o udowodnionym szkodliwym wpływie na zdrowie. Ważnym składnikiem tworzyw sztucznych są związki bromoorganiczne dodawane jako środki przeciwpalne, choć pomimo ich obecności wyroby z PCV niosą ze sobą duże zagrożenie pożarowe. Przykładem jest pożar materiałów z PCV, który wydarzył się w magazynach w Lengerich (Niemcy) (Seńczuk 1999). Pod wpływem wysokiej temperatury następuje wydzielenie wielu toksycznych związków takich jak: polichlorodibenzodioksyny oraz polichorodibenzofurany. PCV a problem odpadów Używanie PCV na szeroką skalę niesie ze sobą również inne niebezpieczeństwa. Nie da się zaprzeczyć, iż jest to polimer bardzo trwały co wpływa na trudność jego utylizacji. Tworzywa sztuczne stosowane do produkcji opakowań charakteryzują się strukturą niewrażliwą na enzymy bakterii i grzybów. Rozpad biologiczny, prowadzący do powstania biomasy z wydzieleniem wody i gazów, jest możliwy dopiero po wstępnym rozkładzie (obniżeniu długości łańcucha, zmniejszeniu ciężaru cząsteczkowego, depolimeryzacji) (Korzeniowski 1998). Biodegradacja PCV jest procesem trudnym i ma mniej lub bardziej złożony charakter w zależności od składu materiału (Błędzki 1997). Spalanie związków syntetycznych nie jest dobrym rozwiązaniem, gdyż w jego wyniku do atmosfery przedostają się toksyczne, lotne związki np. chlorowodór, który pod wpływem wilgoci przekształca się w żrący kwas solny. Ponadto podczas tego procesu powstają dymy powodujące u ludzi objawy zatrucia. Wydaje się, iż jedynym właściwym rozwiązaniem w utylizacji PCV jest recykling polegający na segregowaniu i ponownym wykorzystaniu wyrobów z tworzyw sztucznych. Niestety recykling nie cieszy się popularnością w Polsce jak i pozostałych krajach Unii Europejskiej. A statystyki mówią same za siebie. W krajach Unii rocznie powstaje ponad 4,1 miliona ton odpadów, przewiduje się, że wciągu najbliższych 20 lat masa odpadów wzrośnie do 7,2 miliona ton rocznie. Większość odpadów trafia na składowiska lub zostaje spalonych (14,6%) i tylko 3% poddaje się recyklingowi. Dla 78 85% odpadowego PCV nie istnieje przyszłościowa koncepcja ponownego wykorzystania. Sami producenci przyznają, że ponowne przetwarzanie PCV jest nieopłacalne ( Trudno dzisiaj wyobrazić sobie życie bez plastikowych pojemników, zabawek, wykładzin, okien, powstałych na bazie związków syntetycznych. Ich produkcja jest tania i

5 stosunkowo nieskomplikowana. Jednak, jak wykazano w niniejszej pracy, masowe wykorzystanie polichlorku winylu niesie ze sobą różnorakie problemy związane z jego toksycznością i utylizacją. Dlatego warto zadać sobie pytanie: czy aż tak ważny jest zysk ekonomiczny, który w dalszej perspektywie czasu przyniesie zaburzenia zdrowotne i degradację środowiska? Oczywista odpowiedź na to pytanie skłania do refleksji, że warto zastanowić się nad powrotem do stosowanych przed erą polimerów materiałów naturalnych. Literatura BŁĘDZKI A.K. (red.) (1997) Recykling materiałów polimerowych, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa. KORZENIOWSKI A. (2000) Ekologistyka zużytych opakowań, Wydawnictwo Instytutu Logistyki i Magazynowania, Warszawa. MAKUCH B., WOLSKA L. (2000) Nowoczesne metody analityczne w badaniach migracji specyficznej oraz zawartości substancji toksycznych w opakowaniach, Opakowanie, 6: MANAHAN S.E. (2006) Toksykologia środowiska aspekty chemiczne i biochemiczne, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. PIOTROWSKI J. (red.) (2006) Podstawy toksykologii, Wydawnictwa Naukowo Techniczne, Warszawa. SEŃCZUK W. (2002) Toksykologia. Podręcznik dla studentów, lekarzy i farmaceutów, Wydawnictwo PZWL, Warszawa. SIEMIŃSKI M. (2001) Środowiskowe zagrożenia zdrowia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa. YU M H. (2005) Environmental toxicology. Biological and health effects of pollutants, Wydawnictwo CRC Press, Boca Raton, Floryda. WOLSKA L., RAWA ADKONIS M., NAMIEŚNIK J. (2001) Opakowania do leków zagrożenia wynikające z interakcji pomiędzy opakowaniem i lekiem, Chemia i Inżyniera Ekologiczna, 8: Internet: