Хімія полімерів

Размещено на http: //www. allbest. ru/

ВСТУП

Полімери - хімічні сполуки з високої молекулярною масою (від декількох тисяч до багатьох мільйонів), молекули яких (макромолекули) складаються з великого числа повторюваних угруповань (мономерних ланок). Атоми, що входять до складу макромолекул, зєднані один з одним силами головних і координаційних валентностей.

Термін “полімерія” був введений у науку І.Берцеліусом у 1833 для позначення особливого виду ізомерії, при якій речовини (полімери), що мають однаковий склад, володіють різною молекулярною масою, наприклад етилен і бутилен, кисень і озон. Такий зміст терміна не відповідало сучасним представленням про полімери. “Щирі” синтетичні полімери на той час ще не були відомі. Ряд полімерів був, очевидно, отриманий ще в першій половині 19 століття.

Однак хіміки тоді звичайно намагалися придушити полімеризацію і поліконденсацію, що вели до “осмоленню” продуктів основної хімічної реакції, тобто, власне, до утворення полімерів (дотепер полімери часто називають “смолами”). Перші згадування про синтетичні полімери відносяться до 1838 (полівініліденхлорид) і 1839 (полістирол) [1].

Хімія полімерів виникла тільки в звязку зі створенням А.М.Бутлеров теорії хімічної будови. А. М. Бутлеров вивчав звязок між будівлею і відносною стійкістю молекул, що виявляється в реакціях полімеризації. Подальший свій розвиток наука про полімери одержала головним чином завдяки інтенсивним пошукам способів синтезу каучуку, у яких брали участь найбільші вчені багатьох країн (Г. Бушарда, У. Тілден, німецький учений До Гаррієс, И. Л. Кондаків, С. В. Лебедєв і інші). У 30-х років було доведене існування вільнорадикального й іонного механізмів полімеризації. Велику роль у розвитку представлень про поліконденсацію зіграли роботи У. Карозерса.

З початку 20-х років 20 століття розвиваються також теоретичні представлення про будівлю полімерів. Спочатку передбачалася, що такі біополімери, як целюлоза, крохмаль, каучук, білки, а також деякі синтетичні полімери, подібні з ними по властивостях (наприклад, поліізопрен), складаються з малих молекул, що володіють незвичайною здатністю асоціювати в розчині в комплекси колоїдної природи завдяки нековалентним звязкам (теорія “малих блоків”). Автором принципово нового представлення про полімери як про речовини, що складаються з макромолекул, часток надзвичайно великої молекулярної маси, був Г.Штаудингер. Перемога ідей цього вченого змусила розглядати полімери як якісно новий обєкт дослідження хімії і фізики [2].

1. КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ВЛАСТИВОСТІ ПОЛІМЕРІВ

По походженню полімери поділяються на природні (біополімери), наприклад білки, нуклеїнові кислоти, смоли природні, і синтетичні, наприклад поліетилен, поліпропілен, феноло-формальдеговані смоли. Чиї атоми та атомні групи можуть розташовуватися в макромолекулі у виді: відкритого чи ланцюга, витягнутого в лінію послідовності циклів (лінійні полімери, наприклад каучук натуральний); ланцюга з розгалуженням (розгалужені полімери, наприклад амілопектин), тривимірної сітки (зшиті полімери, наприклад затверділі епоксидні смоли). Полімери, молекули яких складаються з однакових мономерних ланок, називаються гомополімерами (наприклад полівінілхлорид, полікапроамід, целюлоза).

Макромолекули того самого хімічного складу можуть бути побудовані з ланок різної просторової конфігурації. Якщо макромолекули складаються з однакових чи стереоізомерів з різних стереоізомерів, що чергуються в ланцюзі у визначеній періодичності, полімери називаються стереорегулярними [3].

Полімери, макромолекули яких містять кілька типів мономерних ланок, називаються сополімерами. Сополімери, у яких ланки кожного типу утворять досить довгі безупинні послідовності, що переміняють один одного в межах макромолекули, називаються блоксополімерами. До внутрішнього (некінцевим) ланкам макромолекули однієї хімічної будівлі можуть бути приєднані одна чи кілька ланцюгів іншої будівлі. Такі сополімери називаються щепленими. полімер утилізація хімічний

Полімери, у яких кожен чи деякі стереоізомерні ланки утворюють досить довгі безупинні послідовності, що переміняють один одного в межах однієї макромолекули, називаються стереоблоксополімерами.

У залежності від складу основного (головного) ланцюга полімери, поділяють на: гетероцепні, в основному ланцюзі яких містяться атоми різних елементів, найчастіше вуглецю, азоту, кремнію, фосфору, і гомоцепні, основні ланцюги яких побудовані з однакових атомів. З гомоцепні полімерів найбільш поширені карбоцепні полімери, головні ланцюги яких складаються тільки з атомів вуглецю, наприклад поліетилен, поліметилметакрилат, политетрафторзтілен.

Приклади гетероцепних полімерів - поліефіри (полиетилентерефталат, полікарбонати), поліаміди, мочевино-формальдегідні смоли, білки, деякі кремнійорганічні полімери. Полімери, макромолекули яких поряд з вуглеводні групами містять атоми неорганогенних елементів, називаються елементоорганічні .

Окрему групу полімерів утворять неорганічні полімери, наприклад пластична сірка, поліфосфонітрилхлорид.

Лінійні полімери мають специфічний комплекс фізико-хімічних і механічних властивостей. Найважливіші з цих властивостей: здатність утворювати високоміцні анізотропні високоорієнтивані волокна і плівки, здатність до великих ланцюгів, що довгостроково розвиваються оборотним деформаціям; здатність у високоеластому стані набухати перед розчиненням; висока вязкість розчинів. Цей комплекс властивостей обумовлений високою молекулярною масою, ланцюговою будівлею, а також гнучкістю макромолекул. При переході від лінійних ланцюгів до розгалужених, рідких тривимірних сіток і, нарешті, до густих сітчастих структур цей комплекс властивостей стає усе менш вираженим. Сильно зшиті полімери нерозчинні, неплавкі і нездатні до високоеластичних деформацій.

Полімери можуть існувати в кристалічному й аморфному станах. Необхідна умова кристалізації - регулярність досить довгих ділянок макромолекули. У кристалічних полімерах можливе виникнення різноманітних надмолекулярних структур (фібрил, сферолітів, монокристал лов), тип яких багато в чому визначає властивості полімерного матеріалу. Надмолекулярні структури в незакристалізованих (аморфних) полімерах менш виражені, чим у кристалічних [4].

Незакристалізовані полімери можуть знаходитися в трьох фізичних станах: склоподібному, високоеластичному і вязкотекучому. Полімери з низкою (нижче кімнатної) температурою переходу зі склоподібного у високоеластичний стан називаються еластомерами, з високої - пластиками. У залежності від хімічного складу, будівлі і взаємного розташування макромолекул властивості полімери можуть мінятися в дуже широких межах. Так, 1,4.-цисполібутадієн, побудований із гнучких углеводородних ланцюгів, при температурі близько 20 °С - еластичний матеріал, що при температурі -60 °N переходить у стеклообразное стан; поліметилметакрилат, побудований з більш твердих ланцюгів, при температурі близько 20 °N - твердий стеклообразний продукт, що переходить у високоеластичное стан лише при 100 °N.

Целюлоза - полімер з дуже твердими ланцюгами, зєднаними межмолекулярними водневими звязками, узагалі не може існувати у високоеластичном стані до температури її розкладання. Великі розходження у властивостях полімерів можуть спостерігатися навіть у тому випадку, якщо розходження в будівлі макромолекул на перший погляд і невеликі. Так, стереорегулярний полістирол - кристалічна речовина з температурою плавлення близько 235 °N, а нестереорегулярний узагалі не здатний кристалізуватися і розмякшується при температурі близько 80 °N.

Полімери можуть вступати в наступні основні типи реакцій: утворення хімічних звязків між макромолекулами (так називане зшивання), наприклад при вулканізації каучуків; розпад макромолекул на окремі, більш короткі фрагменти, реакції бічних функціональних груп полімерів з низькомолекулярними речовинами, що не торкаються основний ланцюг (так названі полімераналогічні перетворення); внутрі молекулярні реакції, що протікають між функціональними групами однієї макромолекули, наприклад внутрімолекулярна циклізація.

Зшивання часто протікає одночасно з деструкцією. Прикладом полімераналогічних перетворень може служити омилення полівтилацетата, що приводить до утворення полівінілового спирту. Швидкість реакцій полімерів з низько молекулярними речовинами часто лімітується швидкістю дифузії останніх у фазу полімеру. Найбільше явно це виявляється у випадку зшитих полімерів. Швидкість взаємодії макромолекул з низькомолекулярними речовинами часто істотно залежить від природи і розташування сусідніх ланок щодо реагуючого ланки. Це ж відноситься і до внутрімолекулярних реакцій між функціональними групами, що належать до одного ланцюга [5].

Деякі властивості полімерів, наприклад розчинність, здатність до грузлого плину, стабільність, дуже чуттєві до дії невеликих кількостей чи домішок добавок, що реагують з макромолекулами. Так, щоб перетворити лінійний полімер з розчинного в цілком нерозчинний, досить утворити на одну макромолекулу 1-2 поперечні звязки.

Найважливіші характеристики полімерів - хімічний склад, молекулярна маса і молекулярно-масовий розподіл, ступінь розгалуженості і гнучкості макромолекул, стереорегулярность і інші. Властивості полімерів істотно залежать від цих характеристик.

1.1Одержання полімерів

Природні полімери утворяться в процесі біосинтезу в клітках живих організмів. За допомогою екстракції, фракційного осадження й інших методів вони можуть бути виділені з рослинної і тваринної сировини.

Синтетичні полімери одержують полімеризацією і поліконденсацією. Карбоцепние полімери звичайно синтезують полімеризацією мономерів з однієї чи декількома кратними вуглецевими чи звязками мономерів, що містять хитливі карбоциклические угруповання (наприклад, з циклопропану і його похідних).

Гетероцепні полімери одержують поліконденсацією, а також полімеризацією мономерів, що містять кратні звязки углеродоелементу (наприклад, З=ПРО, З=N, N=З=ПРО) чи неміцні гетероциклінчні угруповання [6].

2. СПОСОБИ ПОВОДЖЕННЯ З ПОЛІМЕРНИМИ ВІДХОДАМИ ЇХ ПЕРЕВАГИ І НЕДОЛІКИ ТА ПЕРСПЕКТИВНІ ШЛЯХИ ПОДАЛЬШОГО РОЗВИТКУ МЕТОДІВ УТИЛІЗАЦІЇ

Полімерні вироби стають все більш досконалими з точки зору їх експлуатаційних властивостей, одночасно розвиваються та ускладнюються методи поводження з полімерними відходами. Природоохоронне законодавство країн світу стає все жорсткішим, що вимагає відмовитись від одних способів та надає нового поштовху для розвитку інших.

Захоронення або вивіз на смітник мало придатні для утилізації відходів полімерних матеріалів. Це обумовлено тим, що їх об'єм не змінюється з часом. Відповідно площі, зайняті під смітники, повинні безперервно збільшуватися, це призводить до виведення з господарського обороту значних територій, довгостроковим забрудненням навколишнього середовища і не раціонально з енергетичної точки зору. Однак цей метод і сьогодні широко застосовується в Україні [7].

Створення біо-, фото- і водорозкладуваних полімерів спочатку розглядалось як один із оптимальних шляхів вирішення проблеми утилізації відходів. Фотодеструктуючі полімери одержують введенням в полімер УФ-сенсібілізаторів або синтезом сополімерів, які мають світлочутливі групи, або нанесенням покрить з фотоактивуючими добавками на поверхню виробів. Сенсібілізаторами частіше всього служать похідні антрахінону, бензофенону інших ароматичних кетонів та альдегідів.

При введенні світлочутливих функціональних груп в основний ланцюг полімера фізико-механічні характеристики матеріале не змінюються. Поглинання УФ-променів цими групами обумовлює наступну деструкцію матеріалу. Швидкість фотодеструкції визначається інтенсивністю опромінення, вмістом "активних" груп, фізичними і хімічними властивостями матеріалу. Можна одержати фотодеструктуючі полістирол (ПС) і полівінілацетат шляхом введення в них макромолекул світлочутливих карбонільних груп і створити фотодеструктуючі композиції на основі ПС і сополімерів стірола з мономерами, що мають кетонні групи.

Ця мета досягається сополімеризацією стірола з акролеіном .

Існують біополімери, здатні розкладатися під дією мікроорганізмів. Основними напрямками роботи на сьогодні є:

* одержання полімерів визначеної структури, що піддаються дії мікроорганізмів;

* розробка композицій на основі звичайних полімерів із специфічними добавками, що є джерелом живлення мікроорганізмів;

* створення полімерів, які починають розкладатися під дією УФ-світла, а закінчують під дією мікроорганізмів [8].

Відомі різні способи одержання водорозчинних полімерних матеріалів. Так, з оксіпропілцелюлози можуть бути виготовлені водорозчинні листові та плівкові матеріали, тара та упаковка. Водорозчинні мішки для сільського господарства і служби побуту одержують, вводячи у полімерні композиції модифікований крохмаль. Однак під час виробництва полімерів, що розкладаються, витрати, як правило, вищі, ніж при виробництві звичайних пластичних мас. Фоторозкладувальні полімери, що застосовуються як пакувальні матеріали, не захищають складові упаковки від дії УФ-світла. Токсичність продуктів розкладання таких матеріалів вивчена недостатньо, оскільки для цього потрібні спеціальні токсикологічні дослідження.

Спалення відходів супроводжується забрудненням атмосфери отруйними газами, характеризується високою температурою, необхідністю відводу великої кількості тепла і сильною корозією технологічного обладнання. За наявності у відходах значної кількості полівінілхлориду (ПВХ) на стінках печей може з'явитися суцільний шар хлоридів заліза, на якому за температури 650-780°С можливе утворення сульфіду заліза. Дослідження показали, що під час спалювання сміття, яке містить до 6% пластичних мас (поліолефінів, ПВХ, ПС), в спеціальних інсеніраторах не спостерігається підвищення димоутворення, посилення запахів і засмічення обладнання.

Для забезпечення спалювання відходів полімерів з мінімальним забрудненням повітря розроблені спеціальні системи газоочищення, методи попередньої обробки відходів (наприклад, лужним розчином), створені установки різних типів -- ротаційні та подові печі, печі з гоокнім полум'ям і печі для спалювання в псевдозрідженому шарі. В більшості країн пластичні маси спалюють разом з іншими твердими відходами, але в Японії функціонують спеціальні інсеніратори матеріалів. Попіл, що утворюється під час спалювання, використовують як добавку при виробництві будівельних матеріалів, дорожнього покриття [9].

Полімерні матеріали характеризуються високою теплотворною здатністю (у два-три рази вищою, ніж у текстилю і паперу). Тому теплову енергію спалювальних відходів можна ефективно використовувати для одержання пару високого тиску, гарячої води як енергоносія для газових турбін, додаткового палива.

Не дивлячись на успішне рішення ряду технічних питань, спалювання, як спосіб утилізації відходів, не економічне і мало ефективне. Навіть при максимально повному використанні всіх його можливостей вдається компенсувати лише частину експлуатаційних витрат.

Таким чином, розглянуті методи не забезпечують ефективного вирішення проблеми використання відходів полімерів. Тому в останні роки намітились тенденції утилізації відходів шляхом регенерації, повторної переробки, одержання композиційних матеріалів, піролізу.

Переробка відходів полімерів в штучне рідке паливо є перспективним напрямком їх утилізації. Розроблені в останній час технології дозволяють одержувати високоякісні марки бензину, гасу, дизельного і котельного палива. Найбільш відомими є технологічні процеси фірм "Кгирр Мaschinentechnik GmbH" і "BASF"(Німеччина), "British Petroleum" (Великобританія), "Fuji Indystrial Recycle Corp" (Японія), "Kodak Co" (США).

Однак головним недоліком вказаних технологій є висока ціна обладнання, що використовується і, відповідно, висока ціна виробленого штучного рідкого палива [10].

Причиною такої високої вартості є прагнення одержати паливо стандартної якості. Це приводить до значного ускладнення технології і, відповідно, подорожчання обладнання. Крім того, збільшуються витрати енергоносіїв штучного палива. Але, не дивлячись на вказані недоліки, ці технології є одними з найбільш перспективних як в енергетичному плані, так і в плані охорони навколишнього середовища від забруднення відходами полімерної тари і упаковки.

2.1 Термічні методи утилізації відходів

До прогресивних способів утилізації відходів полімерів відносяться термічний і каталітичний піроліз за температури 500-1000°С в безкисневому середовищі або в середовищі з нестачею кисню. Він дозволяє одержувати безсіркові види палива та вуглеводи. Витрати на переробку скупляються за рахунок реалізації продуктів, що утворюються. В результаті термічної дії молекули полімерів розпадаються з утворенням низькомолекулярних продуктів, вихід і характеристики яких залежать від умов проведення процесу, природи і хімічного складу вихідних компонентів.

Установка для термічного розкладення відходів полімерів складається із тарілчастого або шнекового живильника, печі розкладання, скрубера, ректифікаційної колони, холодильника, розвантажувального барабану, промивної ємкості, ємкості для масел, камери спалення газів, що відходять, і печі вторинного розкладання. Для попереднього подрібнення відходів може бути встановлена дробарка.

Існують різні способи проведення піролізу:

* піроліз нерухомого шару періодично завантажуваних відходів;

* піроліз в обертових печах або на рухомому конвеєрі;

* піроліз в псевдозрідженому шарі високодисперсного теплоносія та інші [11].

В більшості випадків рідкі продукти піролізу можна використовувати як паливо, оскільки вони не містять сірки, характеризуються малою в'язкістю і високою теплотою спалення. Оптимальним є застосування рідких продуктів піролізу у вигляді добавок до твердого і рідкого палива. Вони можуть також служити додатковим джерелом хімічної сировини для виробництва етилену і ароматичних вуглеводів, соляної кислоти. В окремих випадках тверді продукти піролізу можуть самостійно застосовуватись.

Повторне використання відходів полімерних матеріалів є необхідною частиною будьякого виробничого процесу. З цією метою відходи перероблюють у вторинний гранульований матеріал або безпосередньо у вироби, регенерують вихідні продукти синтезу полімерів і повертають їх у виробництво у вигляді вторинної сировини, одержують композиційні матеріали. Технологія повторної переробки відходів розроблена для всіх основних видів вертають у виробництво або додають в кількості 5-10% до первинної сировини.

Вторинні пластичні маси успішно конкурують з другосортними первинними полімерами. При цьому вони можуть застосовуватися в інших областях (нарівні з первинними). Так, вторинний ПВХ використовується для виготовлення електроізоляції, а регенеровані термопластичні поліефіри -- для одержання литтєвих композицій, що не поступаються за своїми властивостями поліамідам і полікарбонатам. Волокнисті, плівкові і шматкові відходи ПЕ, ПУТФ, поліамідів і деяких інших термопластів можливо перероблювати методом екструзії (з попереднім подрібненням) у вироби технічного і культурно-побутового призначення.

При повторній переробці змінюється структура, фізико-механічні і реологічні характеристики більшості полімерів. Тому дослідження впливу кратності переробки на властивості пластичних мас є необхідною умовою правильного вибору технологічного режиму переробки і областей застосування матеріалів, виготовлених із відходів. Так, встановлено, що властивості сополімеру стирол + акрилонітріл (САН) залежать від кратності переробки литтям під тиском. Ударна в'язкість і руйнівне напруження при розтязі після перших циклів зростають, а потім монотонне зменшуються і стають нижче вихідних значень. Теплостійкість матеріалу у всьому інтервалі кратності переробки трохи вища за теплостійкість вихідного полімеру.

Середньов'язкісна молекулярна маса САН зменшується після кожного циклу витримки і лиття під тиском за температури 200-240°С. Зі збільшенням кратності переробки молекулярно-масове розподілення зміщуються в низькомолекулярну область. Інтенсивність деструкції САН визначається його молекулярною масою і температурою переробки. Чим нижча температура переробки, тим менша рухливість макромолекул, більша величина здвигу макромолекул, що обумовлює більш інтенсивну деструкцію довгих ланцюгів.

При підвищенні температури зростає швидкість термодекструкції. Низькомолекулярні фракції, що утворюються при цьому, діють як мастило, що знижує показник плинності розплаву полімеру.

Повторна переробка полімерних матеріалів, як правило, потребує додаткового введення стабілізаторів, що перешкоджають деструкції або уповільнюють її. Одним із ефективних стабілізаторів, що застосовуються для цієї мети, є "Sandostab P-EPO". Він може бути використаний для стабілізації вторинно перероблюваного ПП, ПЕВТ і ПЕНТ, полікарбонату [12].

Відходи реактопластів після подрібнення використовуються в якості інертного наповнювача для пластичних мас. Введення у вихідні композиції 10-20% відходів не потребує змінення технології переробки, оскільки плинність розплаву при цьому знижується незначно. Діелектричні показники також залишаються на попередньому рівні. Подальше збільшення вмісту відходів викликає різке зниження ударної в'язкості і руйнівної напруги при згинанні полімерних композицій. В США діють промислові установки для утилізації термореактивних відходів. Фірма "СепегаІ Еіесігіс Со" використовує термореактивний скрап у вигляді порошку з розміром частин 50-100 мкм як наповнювач для карбамідоформальдегідних полімерів.

Утилізація термореактивних відходів дозволяє фірмі економити 114 т/рік термореактопластів.

2.2 Регенерація відходів

Відходи процесів одержання, переробки та експлуатації деяких полімерів можуть бути регенеровані до вихідних продуктів синтезу і повернуті в промисловість. Цей метод є найбільш перспективним напрямком утилізації відходів поліуретанів (ПУ), оскільки їх спалення нерентабельне, а піроліз супроводжується виділенням отруйних газів. Можливість регенерації ПУ визначається структурою і фізико-механічними характеристиками полімерів. ПУ з малим ступенем зшивки, як і термопласти, можна переробляти багатократно. Вторинне застосування лінійних та густосітчатих ПУ з високою температурою плавлення основане на використанні сильнополярних розчинників або хімічної деструкції (гідроліз, алкоголіз, аміноліз).

Оптимальною є часткова хімічна деструкція полімеру мінімальною кількістю деструктуючого агенту. Деструкцію доцільно проводити до такого ступеня, коли матеріал здобуває властивість перероблятися і не потребує спеціального очищення.

Такий підхід дозволяє економне використовувати відходи та одержувати полімерні матеріали, близькі за властивостями до вихідних. Але найбільш універсальним методом використання відходів різних типів ПУ являється повний гідроліз до вихідних компонентів (олігодіолів, діамінів). Розроблена промислова технологія гідролізу відходів ПУ. Так, фірма "Upiohn Со." (США) шляхом регенерації відходів жорстких пінополіуретанів і пінополіізоціануратів одержує поліоли для вторинного використання, вартість яких становить 2/3 вартості первинних поліолів. Регенерацію відходів еластичних пінополіуретанів до поліолів і діамінів шляхом гідролізу перегрітою парою здійснюють фірми "Ford Моtor Со." і "General Моtогs Согр." (США).

Композиційні матеріали одержують на основі відходів виробництва полістирольних пластиків. За властивостями ці відходи в основному близькі до вихідного продукту (за виключенням одного-двох бракувальних показників). Автори роботи показали, що змішення відходів виробництва АБС-пластиків з обрізками декоративних паперовошаруватих пластиків (ДПШП) на основі феноло-, карбаміде- і меламінофор-мальдегідних смол, а також відходів виробництва удароміцного полістиролу з подрібненими склопластиками дозволяють одержувати матеріали, придатні для виробництва товарів народного споживання та не відповідальних конструкційних деталей.

Методи і технологічні режими переробки істотно впливають на властивості виробів. Галузями промисловості, де перспективним є застосування матеріалів із відходів виробництва ПС-пластиків, є деревообробна та лакофарбова. Зношені вироби із ПС застосовують для виробництва клеїв, паст, водорозчинних іонообмінних смол. Матеріали з цінними властивостями одержують на основі відходів ПЕ, капрону, ПА та фенолоформальдегідних смол.

Композиційні матеріали одержують із відходів пластичних мас, паперу, картону, шламів важких металів, мінеральних і армованих наповнювачів. Ці матеріали широко використовують в цивільному і дорожньому будівництвах. Наприклад, із відходів пластичних мас і піску в Японії виготовляють блоки для будівництва станцій з розведення морської риби, а на основі суміші бетону з відходами пінополістіролу фірма "Секісуй пурасутіккусу" розробила легкий пінобетон. Із зношених капронових сіток одержують високонаповнені литтєві матеріали з високими теплофізичними і антифрикційними характеристиками, а із суміші відходів виробництва синтетичного каучуку з мінеральними наповнювачами і сажею -- композиційні матеріали.

Існує достатньо багато способів переробки полімерних матеріалів і використаної тари, найбільш раціональними та безпечними з яких є регенерація, вторинна переробка та піроліз. Розвиток технологій в цих галузях є найбільш динамічним. Як засвідчує практика розвинених країн, утилізація відходів, як правило, не є рентабельною та потребує втручання держави у цей процес, якщо дійсно ставиться мета охорони навколишнього середовища [13].

3. ВПЛИВ ПОЛІМЕРУ НА ЗДОРОВ'Я ЛЮДИНИ ТА ДОВКІЛЛЯ

Дешевою і зручною пластиковою продукцією сьогодні користується, імовірно, кожна людина і не замислюється над питаннями її впливу на свій організм. Однак, при більш детальному погляді на технічний процес виготовлення сировини, з якої роблять різні пластикові вироби, особливо посуду для зберігання та використання продуктів харчування, її хімічних властивостей, наука нам дає цікаві дані.

Лео Бейклейд - бельгійський хімік, що жив і працював в Америці (Нью-Йорк) в XIX столітті, першим винайшов синтетичний пластик. Із цього винаходу почалася нова епоха масового використання зручного для людини матеріалу. В 1998 році він продав свій винахід компанії Kodak за чималу, на той час, суму - 1 млн. доларів США.

На початку 50-х років минулого століття підприємець Вільям Дарт промисловим способом випустив перший у світі пластикову склянку. Американці, а за ними та інші національності, досить швидко пристосувалися до нового винаходу, постійно розширюючи асортименти продукції і її призначення.

Сьогодні, здається, важко собі представити свій побут без використання посуду із пластмаси.

Напівфабрикати, великі асортименти нарізок м'яса, ковбас, сиру, шинки та інших продуктів харчування, завчасно заготовлені в пластикові контейнери, які забезпечують значний строк їхнього зберігання, стали основою життя городян. Напої, розлиті в пляшки різних форм і розмірів, сталі використатися як зручний спосіб доступності напоїв людині.

Продукцію виготовляють переважно з розповсюджених полімерів, які надають посуду гарний зовнішній вигляд, необхідну міцність і гнучкість, за що пластик сьогодні такий розповсюджений.

Практично на жодному виробі із пластмаси не вказується, що при впливі на пластмасу зовнішніх факторів, таких як нагрівання та контакт рідиною, зручні пляшки та тарілки виділяють шкідливі канцерогенні хімічні сполуки. Більшість полімерів дуже дешеві у виготовленні, за що їх й обрали виробники [14].

Однак, полімери по своїх властивостях належать до отруйних речовин і можуть спровокувати у людини досить великий список захворювань як центральної нервової системи, так і окремих органів. У певних випадках можливі ускладнення, які викликають інвалідність або навіть летальні випадки.

Хімічні сполуки, які виділяються в процесі реакцій полімерів:

Стирол - найбільш сильно розповсюджений, оскільки є основною сировиною у виготовленні пластикового посуду. Перебуваючи в газовому стані викликає подразнення слизових оболонок, яке може провокувати гострі тимчасові або хронічні запальні процеси в ротовій порожнині.

Формальдегід - канцерогенна речовина, що при регулярному потраплянні в організм людини викликає побічні ефекти у вигляді погіршення або втрати зору, викликає дисфункцію печінки і її цироз.

Діоксин - стійка отруйна речовина, що за своєю хімічною формулою неймовірно швидко проникає до рецепторів живих організмів, придушує або змінює їхню функціональну активність. Діоксин придушує здатність організму до імунітету та приводить до порушення процесів поділу клітин, провокує розвиток онкологічних захворювань, знижує рівень репродуктивної функції та призводить до безплідності та імпотенції. Діоксин попадає в організм при контакті зі шкірою, повітряно-краплинним шляхом у процесі горіння або нагрівання. З організму практично не виводиться та накопичується роками в жирових клітинах.

Фосген - отруйна речовина, що використовувалася в період першої світової війни. Отрута приводить до набряку легенів, порушенню роботи альвеол, людина задихається. Зовсім невелика кількість цієї отрути, що потрапила в організм людини повітряним шляхом, може привести до летального результату.

Бісфенол А - досліджений вплив цього токсину на піддослідних тваринах. Виявлено ряд гормональних відхилень. Концентрація цієї речовини в тілі людини більш висока, ніж у тварин.

Поліетилен, полістирол, полівінілхлорид, поліетилентерефталат - це основні види з'єднань, використовуваних у виробництві виробів з полімерів.

Самим небезпечним є полівінілхлорид (ПВХ). Для підвищення стійкості ПВХ у тепловому та світловому старінню в нього вводять стабілізатори. Це з'єднання свинцю, барію, кадмію, оловоорганічні з'єднання, аміни. З метою додання еластичності в композиції ПВХ додають ще пластифікатори, з яких найбільш відомі - ефіри фталевої та фосфорної кислот.

Сьогодні багато іграшок експортуються з Таїланду, Кореї, Китаю. На виробі написане «нетоксичне», що відразу як би знімає підозру. Із часом ПВХ, з якого зроблена лялька, починає псуватися та на поверхні тріщин утвориться речовина, по будові схожа на естроген - жіночий половий гормон.

Учені вважають, що потенційні можливості потрапляння цієї речовини в організм небезпечно. Не всі так вважають, особливо виробники та реалізатори дитячих іграшок. Нібито, якщо зберігати іграшки в надійних умовах (сухе та темне місце), то можна уникнути утворення екстрогеноподібної речовини. Для дитини «техніка безпеки» грати з такою іграшкою полягає в тому, щоб обов'язково мити руки після контакту з лялькою. Це навряд чи для дітей здійснено.

Деякі компоненти пластмас, які застосовують для виготовлення оточуючих нас предметів (побутових приладів, косметики, пакувальних матеріалів) також можуть бути небезпечні для дітей, особливо хлопчиків. Особливе занепокоєння викликає пластифікатор DENP.

Експерименти на пацюках із цією речовиною показали негативний вплив його на потомство - чоловіча частина потомства страждає порушенням сперматогенезу, що позначається на їхній репродуктивній здатності.

Багато пластику, що міститься у виробах, таких як косметика, лак для нігтів, волосся, товари для будівництва та ремонту (наприклад, покриття для підлоги), містять фталати. Фталати відіграють роль стабілізаторів виробів із ПВХ, у тому числі для дитячих іграшок і пакувального матеріалу.

У США, серед дорослого населення, була виявлена висока концентрація фталатів у жінок репродуктивного віку [15].

Дослідження на тваринах знову показали, що фталати здатні змінювати в організмі функцію гормонів, що може бути причиною появи різних дефектів, що виникають при вагітності. Дія цих хімікатів не обмежується поразкою нирок і печінки, вони можуть сприяти також розвитку раку.

Поки ніхто не може сказати, яка кількість «пластикової отрути» може завдавати шкоди людині, однак, поза всяким сумнівом, нічого гарного для людини не принесуть багато виробів із пластмаси. До речі, у жодному разі не можна купувати горілчані напої в пластмасових пляшках, оскільки пластмаса досить швидко вступає в хімічну реакцію зі спиртом. Результати цієї реакції згубно відображаються на здоров'ї людини.

Нагадаємо, що продаж алкоголю в пластмасовій тарі категорично заборонений. Отрутою для людини можуть стати звичайні ручки, лінійки, пенали, у виробництві яких використовуються полімери. Нагадаємо, що одним з улюблених розваг хлопчиськ є так звана «димовуха» - тобто спалювання пластикових лінійок і інших предметів. Крім фосгену ПВХ містить діоксин, що викликає рак легенів і печінки, порушує протікання психічних процесів в організмі. Дитині досить лише один раз вдихнути повітря, що містить продукти горіння ПВХ, щоб одержати отруєння, головний біль і інші неприємності. Нажаль, роз'яснень таких небезпек від полімерів, дітям даються вкрай рідко.

Пластмасові канцелярські приладдя також можуть бути небезпечними для людини, особливо дітей. Гризти свій «пишучий прилад» школярам властиво за всіх часів. При цьому дитина поглинає не тільки мікроби з його поверхні, але в результаті хімічної реакції між ПВХ і частками слини звільняються речовини, які попадають у шлунок. Ці речовини, в організмі людини, можуть спровокувати виникнення серйозних захворювань печінки, шлунка, погіршення зору та порушити репродуктивні функції організму.

Сучасний пластик становить серйозну проблему в екологічному масштабі. У зв'язку з вищевикладеним, з'являються повідомлення про одержання біодеградабельних пластмас, які руйнуються за допомогою мікроорганізмів. Такі пластмаси використовуються для виготовлення одноразового посуду та тари.

Відзначимо в цьому зв'язку, що перший біодеградабельний пластик був створений італійською хімічною компанією «Ферузі» в 1989р. Такий пластик був зроблений з поліетиленової тканини, що містить порожнечі, які заповнені кукурудзяним крохмалем у кількості від 10 до 50%, Мікроорганізми руйнують пластик до оксиду вуглецю та води протягом півроку. Пластики, засновані на крохмалі, розроблені в Австралії та Великобританії.

У Німеччині отриманий пластик на основі олії, овочів - безпечний для середовища перебування. Почали робити біодеградабельні пластики в США і Японії.

На Заході з 2000 року розроблена програма повної відмови від ПВХ, у першу чергу категорично заборонене його використати при виробництві пакувальних матеріалів дитячих товарів.

На жаль, товари із ПВХ ще довго будуть нас оточувати: пластикові чайники, ємності для зберігання харчових продуктів, термостійкий пластиковий посуд, пластикове пакування.

З погляду екологічної освіти, нам треба самим чітко засвоїти та пояснювати дітям, що полімер не сама екологічно безпечна речовина для здоров'я. Відсутність полімеру не небезпечно, однак, його наявність може бути «причиною багатьох неприємностей для здоров'я».

Який би не був внесок полімерів у забруднення навколишнього середовища, що власне порахувати практично неможливо, полімерні матеріали спалювати не можна.

У західній Європі, Японії та США до цього висновку прийшли ще наприкінці минулого сторіччя.

У західних країнах дозволені до використання вироби із ПВХ марковані. Це дає можливість збирати та утилізувати їх окремо від іншого сміття.

Як у Росії, так і в Україні немає законодавства по використанню виробів із ПВХ. Це означає, що в нас продукти харчування та дитячих іграшки бувають упаковані або зроблені з досить небезпечного полімеру. Навіть дехлоровані полімери такі як поліетилен і пропілен спалювати небезпечно. Серед продуктів горіння таких полімерів поряд із СО і СО2, учені виявили у великій кількості етан, етилен і їхні гомологи, ацетилен, летучі циклічні та ациклічні вуглеводні та багато інших екологічно небезпечних продуктів. Незважаючи на те, що в полімері немає хлору, його з'єднання також беруть участь в утворенні діоксинів у тому випадку, якщо в смітті є хоча б сліди металів, а також органічного та неорганічного з'єднання хлору. Вчені ряду європейських країн показали, що в присутності металів або їхніх з'єднань, наприклад хлориду міді, діоксини утворяться навіть при нагріванні суміші очищеного від органічних і неорганічних солей хлору. Мідь каталізує не тільки процес хлорування іонним і ковалентно-зв'язаним хлором, але й збирає складні поліхлоровані поліциклічні з'єднання (біфеніли, дибензфурани та ди-бензо-n-діоксини) з елементів або простих з'єднань. Каталізаторами подібних реакцій можуть бути метали змінної валентності, які є аналогами міді [16].

Підкреслимо, що вчені однозначно довели, що якщо вибирати зі сміття скло, метали та полімерні матеріали, то викиди діоксинів у навколишнє середовище знижується більш ніж у десять разів.

Особливою турботою держави повинна бути проблема утилізації побутових відходів з полімерів, що повинна проводитися на спеціальних переробних заводах з екологічною безпекою збереження середовища, особливо жилою зони людей.

Помітимо, однак, що вітчизняні санітарні правила захисту житла від хімії лишилися старі, правила з минулого століття, коли не було проблеми переробки полімерів. Це означає, що ми повинні не очікуючи прийняття офіційних санітарно-гігієнічних правил, проводити обґрунтовану турботу по максимальне забезпечення санітарних зон середовища перебування людини від будь-яких дій з побутовими відходами з полімерів (зберігання, утилізації та переробки). На жаль, практично наші санітарно-епідеміологічні служби в країні тільки формально дотримуються старих нормативів і не беруть на себе відповідальність за дотримання людиною сучасних правил екології середовища перебування.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Хитрич Н.В., Сейфуллина И.И., Старикова З.А. Молекулярные комплексы дитиокарбаматов Со (ІІІ) с йодом. // Журнал неорган. химии. 2002. Т.47. №1. С.85-91.

2. Савин С.Н., Анисимов Ю.Н. Инициирование низкотемпературной привитой сополимеризации олигомеров с использованием окислительно-восстановительных систем // Укр. хим. журн. 2002. Т.68. №2. С.120-123.

3. Анисимов Ю.Н., Савин С.Н. Армированные углеродной тканью композиты на основе модифицированных эпоксидных смол и прогнозирование прочностных свойств // Журн. прикл. химии. 2002. Т.75. №6. С.1015-1018.

4. Сейфуллина И.И., Шматкова Н.В., Мазепа А.В. Координационные соединения германия (IV) с нитрозамещенными бензоилгидразонами салицилового альдегида. // Коорд. химия. 2002. Т.28. №1. С.17-20.

5. Нем'ятих О.Д., Сейфулліна І.Й., Лисенко О.А. Біохемілюмінесцентний аналіз протигіпоксичної дії координаційної сполуки германію з нікотиновою кислотою // Одеський медичний журнал. 2003. №1(75). С.21-24.

6. Кресюн В.И., Сейфуллина И.И., Шемонаева Е.Ф., Видавская А.Г. Биокинетические свойства нових производных германия // Досягнення біології та медицини. 2003. №1. С.38-44.

7. Дорохтей И.Л., Федорченко Л.В., Савин С.Н. Отверждение эпоксидной смолы ЭД-20 комплексами бигуанидина с 3d-металлами // Вопросы химии и хим. технологии. 2003. №6. С. 132-134.

8. Сейфуллина И.И. Новая страница в координационной химии германия // Вісник Одеського національного університету. 2003. Т.8. №3 , «Хімія». С.8-26.

9. Дорохтей И.Л., Сейфуллина И.И., Зубков С.В. Комплексообразование кобальта (ІІ), никеля (ІІ), меди (ІІ) с аминогуанизоном и нитроаминогуанизоном изатина // Коорд. химия. 2003. Т.29. №.10. С.772-776.

10. Сейфуллина И.И., Шматкова Н.В., Марцинко Е.Э. Особенности комплексообразования тетрахлорида германия с азот- и кислородсодержащими амполидентатными лигандами // Коорд. химия. - 2004. - Т.30, №3. - С. 1-7.

11. Скороход Л.С., Сейфуллина И.И., Власенко В.Г., Пирог И.В. Комплексы Co(II), Ni(II) с 1-амино-8-гидроксинафталиндисульфокислотой-2,4 в реакциях конденсации с ароматическими карбонильными производными.// Коорд. химия. - 2007. - Т. 33, №2. - С. 135-140.

12. Скороход Л.С., Сейфуллина И.И., Власенко В.Г., Пирог И.В. Синтез и строение металлохелатов Ni(II), Co(II) с продуктами различной конденсации 1,8-диаминонафталина и салицилового альдегида.// Коорд. химия. - 2007. - Т. 33, №5. - С.338-344.

13. Сейфулліна І.Й., Марцинко О.Е., Пєсарогло О.Г., Вербецька Т.Г. Різнометальні оксіетилідендифосфонати деяких d- та s-металів // Укр. хім.. журн. - 2007. - Т. 73, №5. - С19-23.

14. Скороход Л.С., Сейфуллина И.И., Власенко В.Г., Пирог И.В., Минин В.В. Комплексы Co(II), Ni(II) и Cu(II) с основаниями Шиффа - производными 1-амино-8-гидроксинафталиндисульфокислоты-2,4.// Журн. неорган. химии. - 2007. - Т. 52, №9. - С. 1394-1401.

15. Анисимов Ю.А., Анисимов Ю.Н. Влияние наполнителей на кинетику формирования и свойства полимерных композитов на основе модифицированных эпоксидных смол. // Пластические массы. - 2007, №2, С.47-50.

16. Хитрич Г.Н., Сейфуллина И.И., Хитрич Н.В. Синтез, строение и свойства N-замещённых тиокарбамоил-Nґ-пентаметилсульфенамидов. // Одесский Вестник. - 2007, Т 12, №1,

Размещено на Allbest.ru