Полисахариды связанные с биологическими мембранами

2.2 Экологические аспекты  использования поливинилхлорида

            ПВХ-продукты изготовлены из поливинилхлорида – опасного яда, способного разрушать нервную систему и вызывать раковые заболевания. Выделение винилхлорида в окружающую среду усиливается даже при небольшом нагреве.

            К сожалению, ПВХ – весьма распространенный пластик. Найти его можно везде. В квартире он чаще всего встречается в виде линолеума (исключая некоторые дорогие марки), виниловых обоев, пластиковых оконных рам, пластмассовых игрушек (от кукол до детских зубных колец). Из ПВХ также делают различныевиды упаковок, в том числе и для пищевых продуктов: бутылки, пакеты и др[7].

             Покупая что-нибудь из ПВХ, помните: для придания ПВХ эластичности в него зачастую добавляют так называемые пластификаторы – фталаты или эфиры фталатов, попадание которых в организм может вызывать поражения печени и почек, снижение защитных свойств организма, бесплодие, рак. ПВХ может содержать и другие опасные вещества: кадмий, хром, свинец, формальдегид, особенно опасен ПВХ при сжигании. Известно, что при сжигании 1 килограмма ПВХ образуется до 50 миллиграмм диоксинов. Этого вполне достаточно для развития раковых опухолей у 50 000 лабораторных животных, не существует безопасных технологий переработки ПВХ. Он практически не поддается повторному использованию и идет в печи мусоросжигательных заводов (МСЗ) или на свалки. Диоксины, неустанно производящиеся МСЗ, распространяются на сотни и тысячи километров, производство одного окна из ПВХ приводит к образованию около 20 граммов токсичных отходов. А ремонт всей квартиры с использованием материалов, сделанных из ПВХ, влечет за собой образование 1 кг токсичных отходов, за один год заводы, производящие ПВХ, выбрасывают в атмосферу несколько тысяч тонн винилхлорида, подвергая опасности здоровье рабочих и жителей близлежащих населенных пунктов, при производстве ПВХ также используется хлор, поэтому при его изготовлении и утилизации в окружающую среду выделяется большое количество диоксинов – высокотоксичных веществ, вызывающих раковые заболевания и подрывающих иммунитет[7].

          В конце 1973 г. т.е. почти через 50 лет после начала промышленного производства ПВХ, было обнаружено, что мономер ВХ является канцерогенным веществом и при длительном воздействии на человека может быть причиной тяжелых заболеваний. Для уменьшения опасного воздействия ВХ к 1976 г. в различных странах были разработаны и утверждены предельно допустимые значения содержания ВХ в атмосфере установки по производству ПВХ, в самом ПВХ и в упаковках для пищевых продуктов. Так, содержание ВХ в атмосфере ПВХ установки  не должно превышать 2-5 мг/м³, в упаковках из ПВХ - 1 ppm, в напитках, хранящихся в таре из ПВХ - 0.005 ppm. 
      Мономер ВХ попадает в атмосферу в результате выброса из труб или реакторов в промежутке между загрузками, а также выделяется из сточной воды и ПВХ. Все зарубежные установки по производству ПВХ характеризуются  средним показателем мономера 2-5 мг/м³, который был достигнут за счет усовершенствования технологии процесса - разработки более эффективных методов дегазации; использования струи воды, подаваемой под большим давлением для очистки реакторов; разработки эффективных добавок, препятствующих коркообразованию, для уменьшения числа чисток реакторов; автоматизации процесса и применения ЭВМ; создания реакторов большого размера; применения респираторов и дистанционного управления реакторами и т.д[8]. 
       Для измерения малых количеств ВХ в рабочей зоне, атмосфере, в твердых веществах и жидкостях необходимы очень чувствительные и избирательные методы анализа. Нельзя автоматически переносить методы определения макроколичеств на микроколичества. Поэтому представляется нецелесообразным использовать метод определения винилхлорида окислением до формальдегида, который до сих пор применяется на отечественных санэпидемстанциях. Для определения содержания ВХ могут быть рекомендованы методы ИК-спектроскопии, фотоионизации, масс-спектроскопии, причем наиболее доступным, удобным и избирательным методом является газовая хроматография. Однако при определении малых количеств ВХ и наличии органических соединений неизвестного состава даже к результатам газовой хроматографии следует относится осторожно. Например, можно указать на расхождение результатов хроматографического анализа ВХ в ПВХ-смоле, проведенных по ГОСТ на двух заводах. Только с помощью хромато-масс-спектрометрии удалось установить, что на одном из сорбентов, рекомендованных ГОСТ, не происходит разделения пиков ВХ и пентана, применяемого при получении ПВХ. Токсичность же пентана и ВХ несравнима. Поэтому перед проведением измерений (особенно в воздухе населенных мест) необходима идентификация токсичных соединений. В противном случае возможны ошибки в сторону завышения либо занижения опасности. 
       Оценивая токсичность ВХ, следует иметь в виду, что  этот мономер не образуется ни при каких деструктивных процессах ВПХ, а на свету достаточно быстро разлагается с образованием менее токсичных соединений, например, формальдегида. В связи с этим нет необходимости систематически определять ВХ в воздухе населенных мест, удаленных от производства более чем на 3 - 5 км. Для получения достоверной информации необходим непрерывный автоматический контроль за его содержанием в воздухе рабочей зоны и на территории предприятия. В этом случае можно оценивать реальную угрозу здоровью работающих на данном предприятии, а в случае залповых ночных выбросов рассчитать содержание ВХ в более отдаленных местах[8]. 
     Смешение и переработка ПВХ. Для изготовления изделий из ПВХ используют композиции, состоящие из смолы ПВХ и различных добавок (стабилизаторов, смазок, пластификаторов, наполнителей и др.). процесс производства композиции включает две стадии: смешение компонентов при температуре 80-100 ^оС и переработку при 180-200 ^оС.  
     Состав газовыделений исследовался нами в условиях, имитирующие производственные. Смеситель представляет собой сосуд из специальной стали емкостью 1 л с установленной внизу на валу двигателя крыльчаткой для перемешивания образца. Частота вращения крыльчатки от 200 до 3600 мин. Длительность смешения 30 мин. Температура смесителя регулировалась путем изменения температуры внешнего теплоносителя. Пробы газовой фазы в смесителе отбирали с помощью газового шприца емкостью 250 мл. В конце операции смешения шприцем через охлаждаемую ловушку с адсорбентом прокачивали 100 мл газовой фазы. Затем ловушку вводили в испаритель хроматографа на вход аналитической колонки. Выделившиеся при нагреве уловленные соединения разделяли и идентифицировали на хромато-масс- спектрометре[9].  
     Процесс переработки предварительно перемешанной композиции моделировали в смесительной камере, изготовленной по типу пластографа Брабендера. После загрузки образца и приложения заданного давления с помощью "клина" в момент начала расплава на смесительную камеру устанавливали крышку, уплотненную фторопластом. Газообразные продукты, выделяющиеся при перемешивании расплава, отбирали со скоростью 100 мл/мин с помощью магистрального вакуума и дросселя, пропускали через охлаждаемую ловушку с адсорбентом и подавали на вход  хромато-масс-спектрометра. Параллельно применяли статический метод, при котором выделение примесей происходило в процессе нагрева образца в трубке в течение определенного времени в потоке инертного газа и улавливание летучих - в ловушке с адсорбентом. Установлено, что последний метод гарантирует наиболее полное выделение из образца летучих примесей. 
     Исследование газовыделений  из разных композиций показало, что наибольшая потеря летучих компонентов происходит в смесителе. В состав газовыделений входит ВХ, выделившийся из полимера, и в основном летучие компоненты технологических примесей смол и пластификаторов, например, 1,2-ДХЭ, смолы С-70, метилгексан, 2-этилгексаналь, 2-этилгексанол и другие примеси. 
     Следует отметить, что при смене сырья изменяется состав примесей и соответственно состав газовыделений. Огромное количество различных примесей попадают в атмосферу. В определенном смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности, кислорода) крупными технологическими объектами. И дело не только в том, что попадающие в атмосферу газы, пыль, сера, свинец и другие вещества опасны для человеческого организма – они неблагоприятно влияют на круговороты многих компонентов на Земле. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверхностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружающую среду, отрицательно сказываются на получении растительной массы[9].

Винилхлорид является канцерогенным  веществом, т.е. веществом, воздействие  которого на организм при определённых условиях вызывает рак и другие опухоли[9].

Отходы из пластических масс нельзя сжигать в обычных мусоросжигательных печах. Для этой цели необходимо применять  кислотостойкие установки, а HCl из абгазов - поглощать. Наибольшую опасность при сжигании изделий из пластических масс представляет образование очень токсичных диоксинов, ПДК которых установлен на уровне 10^-12 - 10^-14 мг/м³. Поэтому целесообразнее изделия из пластических масс возвращать на повторную переработку. Изделия из пластмасс должны иметь специальную маркировку, чтобы не попадать в обычные мусоросжигательные печи, так как именно утилизация отходов в настоящее время является фактором, сдерживающим расширение производства пластмасс. 
     Таким образом, при производстве пластических масс необходим постоянный контроль за содержанием ВХ в воздухе рабочей зоны. При внедрении изделий из пластических масс в народное хозяйство, для пищевых и медицинских целей необходима обязательная  квалифицированная экспертиза состава выделяющихся токсичных веществ т их количественная оценка с использованием высокочувствительных и избирательных методов. Отходы пластических масс целесообразнее направлять на повторную переработку, так как утилизация сопровождается образованием чрезвычайно токсичных диоксинов. Соблюдение указанных требований создаст предпосылки для более широкого применения изделий из пластмасс в быту, технике, медицинской и пищевой промышленности без ущерба для здоровья населения.

Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. 

Однако воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся  целенаправленные и продуманные действия. 

        Загрязнение окружающей среды и нарушения экологических связей в экосистемах стали глобальными проблемами. И если человечество будет продолжать идти по нынешнему пути развития, то его гибель, как считают ведущие экологи мира, через два – три поколения неизбежна.

        Все жители планеты сегодня должны сознавать, что в мире, где окружающая среда ухудшается с каждым днем, невозможны здоровое общество и долголетие. Конечно, промышленное развитие не может остановиться, но оно должно пойти по иному пути. Для достижения устойчивого развития защита окружающей среды должна составлять неотъемлемую часть процесса развития. Человечество должно изменить многое в своей деловой активности и образе жизни, в противном случае ему предстоят тяжелые испытания, связанные с резким ухудшением окружающей среды[9].

           3.Лакокрасочные материалы и экологические аспекты их использования

             3.1 Общие сведения о лакокрасочных материалах

             Лакокрасочные материалы (ЛКМ) - это многокомпонентные составы (жидкие, пастообразные или порошкообразные), которые при нанесении тонким слоем на твердую подложку высыхают с образованием лакокрасочного покрытия с заданными свойствами. Составы лакокрасочных материалов бывают порошковыми, жидкими или пастообразными. Их наносят на поверхность тонким слоем. Когда они высыхают при определённой температуре, они образуют на поверхности плёнку. Лакокрасочные материалы содержат, как летучие, так и нелетучие компоненты. К летучим компонентам относятся разбавители и растворители, а к нелетучим, соответственно, пленкообразующие вещества, отвердители, сиккативы, пигменты, наполнители, пластификаторы и стабилизаторы[10].

           Связующие (пленкообразующие) вещества -жидкие или доведенные до жидкого состояния твердые материалы ( в основном синтетические полимеры и смолы), которые после высыхания связывают между собой частицы пигментов и наполнителей и образуют пленку, прочно сцепляющуюся с окрашиваемой поверхностью. Пленкообразующие вещества ответственны за создание пленки, адгезию ее к поверхности окрашиваемого предмета, удерживание внутри слоя покрытия частиц пигмента и наполнителя. Помимо этого, хорошее пленкообразующее вещество обеспечивает покрытию водонепроницаемость, но в то же время позволяет ему "дышать", препятствует размножению микроорганизмов, не являясь ядовитым для человека, задерживает ультрафиолетовые лучи и т д.

            Пигменты - сухие красящие вещества, неорганические или органические, природные или искусственные, диспергируемые в пленкообразующих веществах для придания краскам, эмалям, грунтовкам, шпатлевкам цвета и непрозрачности. Пигмент сообщает лакокрасочному покрытию определенные механические свойства, устойчивость к действию воды, света и атмосферных влияний. Наиболее широкое распространение в лакокрасочной промышленности получили неорганические пигменты, такие как диоксид титана, сурик железный, охра и др. Органические пигменты применяют в меньшем объеме, к ним относятся пигмент алый, фталоцианиновый голубой и зеленый.

         Наполнители - неорганические природные или синтетические вещества, применяемые для улучшения малярно-технических и эксплуатационных свойств покрытий и экономии пигментов. Природные неорганические наполнители получают путем измельчения, обогащения, термической обработки горных пород и минералов. Синтетические неорганические наполнители получают в результате химических реакций по специальной технологии. Наполнители - порошки с низкой красящей способностью, они придают материалам прочность, атмосферостойкость и др. свойства. Наполнителями служат мел, каолин, микромрамор, слюда, тальк, химически осажденный мел и др[10].

          Растворители - летучие жидкости, применяемые для растворения пленкообразующих веществ, а также для разбавления лакокрасочных материалов до рабочей вязкости перед нанесением на окрашиваемую поверхность. К ним относятся вода, уайт-спирит, ацетон, ксилол, спирт, и др.

Аддитивы - компоненты, которые ускоряют такие процессы, как диспергирование пигментов, смачивание подложки, устранение поверхностных дефектов, отверждение и многие другие на стадиях изготовления, транспортирования, хранения красок и формирования покрытия. Аддитивы также называют "технологическими добавками", "функциональными добавками" и т.д. К аддитивам относят диспергаторы, эмульгаторы, сиккативы, пеногасители и др.

      Основное назначение лакокрасочных покрытий - защита поверхности и ее декоративная отделка. Системой покрытия называют сочетание слоев последовательно нанесенных ЛКМ различного целевого назначения (покрывных, грунтовочных, промежуточных слоев). Свойства комплексных покрытий зависят как от качества ЛКМ, так и от их сочетаемости. Путем соответствующей подготовки поверхности, выбора грунтовок, шпатлевок и покрывных ЛКМ можно варьировать эксплуатационные свойства покрытий и их долговечность. Сначала выбирается покрывной материал, пригодный для заданных условий эксплуатации, а затем выбирается грунтовка, имеющая хорошую адгезию к окрашиваемой поверхности и сочетающаяся с покрывным материалом для заданных условий эксплуатации[11].

       Общая структура лакокрасочного покрытия с использованием только лакокрасочных материалов приведена на рисунке 4.

Рисунок 4 - схема защитного  покрытия на основе лакокрасочных материалов.

1. Защищаемая поверхность  (металл, дерево, бетон и др.)

                  2. Грунтовочный слой;

                  3. Шпатлевочный слой.;

                  4. Защитно-декоративный слой краски, эмали или лака.

Основные требования к  защитным покрытиям - высокая адгезия  к подложке, газо- и водопроницаемость, механическая прочность, износостойкость  и стойкость к условиям эксплуатации (атмосферо-химостойкость и др.).

Покрытия могут быть прозрачными  и непрозрачными (укрывистыми); прозрачные получают при нанесении лаков, укрывистые - при нанесении грунтовок, шпатлевок, красок и эмалей[11].

       3.2 Экологические аспекты использования лакокрасочных материалов

          Наиболее универсальный, доступный и эффективный способ зашиты металлов от коррозии в различных отраслях промышленности — нанесение лакокрасочных материалов (ЛКМ). Более 80 % продукции в машиностроении, металлообработке и строительстве подвергаются окрашиванию ЛКМ. ЛКМ — сложные многокомпонентные системы, содержащие пленкообразователи, пигменты, наполнители и др. Значительной составляющей большинства ЛКМ являются органические растворители. В качестве пигментов, как правило, используют неорганические соединения: оксиды, соли тяжелых металлов. При нанесении ЛКМ в окрасочных камерах образуются твердые, пастообразные и жидкие отходы, пары растворителей и вода, насыщенная растворителями. Наибольшую опасность для организма человека представляют летучие органические соединения, входящие в состав растворителя, выделяющиеся в атмосферу при нанесении и сушке лакокрасочного покрытия; тяжелые металлы, содержащиеся в аэрозоле, образующемся при нанесении ЛКМ; изоцианаты, фталевый и малеиновый ангидриды, формальдегид, жирные кислоты и другие соединения, выделяющиеся при сушке ЛКМ (особенно при высокой температуре)[11].

       Согласно существующим нормативным документам (ГОСТы, ТУ и паспорта безопасности) концентрации летучих веществ и тяжелых металлов в воздухе при нанесении и сушке ЛКМ не должны превышать предельно допустимых в воздухе рабочей зоны, а при эксплуатации покрытий — предельно допустимых в атмосферном воздухе. Летучие органические соединения (кетоны, спирты, эфиры) вызывают различные аллергические реакции и отравления, а стирол, хлорбензол и этилбензол являются канцерогенами. Результаты количестве иною анализа методом газовой хроматографии органических соединений, выделяющихся из покрытий, свидетельствуют о превышении предельно допустимых концентраций некоторых веществ в десятки раз. Методом атомной абсорбции определено, что при нанесении и сушке ЛКМ в воздухе рабочей зоны наблюдается значительное превышение ПДК тяжелых металлов (свиней, хром, цинк, кадмий и др.). Значительную часть органоразбавляемых ЛКМ относят к категории опасных.

       Для очистки отходящих газовых выбросов применяют различные способы: окисление атмосферным кислородом на катализаторах, непосредственное сжигание вредных примесей, а также сорбционные способы, с помощью которых удается выделить вещества для повторного использования в производстве. В настоящее время особое внимание уделяется требованиям к безопасности и охране окружающей среды. Сокращения выбросов вредных веществ в атмосферу при изготовлении лакокрасочной продукции можно достичь с помощью инженерно-технических решений (оптимизация процесса окраски, автоматизация оборудования, модернизация систем рециркуляции и очистки отходов) или внедрением новых ЛКМ, отвечающих современным требованиям (с высоким сухим остатком, водоразбавляемые, порошковые и радиационно-отверждаемые)[12].

      В промышленно развитых странах, начиная с 80-х гг. XX в законодательно были введены ограничения на выброс промышленными предприятиями паров органических растворителей. ЛКМ, удовлетворяющие чтим требованиям, не должны содержать более 0,3 кг растворителя в1 л Л КМ при рабочей вязкости. Это стимулировало работы по созданию новых ЛКМ с ограниченным содержанием органических растворителей и привело к существенному изменению ассортимента лакокрасочной продукции: органоразбавляемые — 46 %; порошковые — 18; водоразбавляемые — 17; с высоким сухим остатком — 14; радиационного отверждения — 5 %.На рынке стран СНГ основу ассортимента все же составляют традиционные органоразбавляемые лаки и эмали, на производство которых ежегодно расходуется более 3 млн. т органических растворителей. Столь высокое потребление дорогих и токсичных растворителей резко ухудшает экономические показатели производителей и потребителей ЛКМ и крайне отрицательно влияет на экологическую обстановку.