4.Экологические проблемы продуктов полимерной химии и композитов.

Экологическая безопасность места обитания – одна из важнейших составных частей жизнеобеспечения человека. В последние годы проблема загрязнений, выделяемых строительными и ремонтными материалами, интенсивно изучается специалистами различных стран мира и России, т.к. они представляют серьезную угрозу здоровью населения. Большую часть времени горожане проводят в закрытых помещениях. В воздухе жилых зданий может одновременно присутствовать более 100 летучих веществ, среди них наибольшее значение имеют формальдегид, фенол, бензол, окислы азота, этилбензол, стирол, толуол, ксилол, ацетальдегид, ацетон, аммиак, этилацетат, окись углерода. Больше всего население жалуется на формальдегид и фенол. Концентрация формальдегида в воздушной среде многих жилых зданий значительно превышает ПДК, установленную для атмосферного воздуха, а также временный гигиенический норматив для воздушной среды жилых и общественных зданий. Основными источниками выделения формальдегида и фенола внутри жилища являются мебель из ДСП, ДВП, клееная фанера, изоляционные материалы на основе вспененных карбамидных смол, различные строительные материалы, содержащие фенол-формальдегидные смолы (пластиковые покрытия и некоторые виды лаков для паркета); краски, фиксативы для защиты и покрытия древесины и др. Технологические процессы изготовления этих материалов, значительную часть которых составляют древесные плиты, предусматривают применение в качестве связующих фенолформальдегидных смол. В процессе эксплуатации эти материалы и их отходы выделяют в атмосферу большое количество формальдегида и других токсичных веществ, тем самым ухудшая экологическую ситуацию. По решению Международного агентства по онкозаболеваниям формальдегид отнесен к канцерогенам. В литературе достаточно много данных о его токсичности. Во многих странах Европы плиты, изготовленные по такой технологии, из-за повышенного содержания свободного формальдегида запрещены для использования в производстве мебели и других изделий, используемых в школах, детских учреждениях, больницах, жилых помещениях, вследствие чего плиты, изготовленные в России проигрывают в конкуренции на внешнем рынке. Поэтому проблема снижения токсичности выпускаемых отечественной про­мышленностью древесностружечных плит в послед­нее время стала очень острой.

Производство продуктов полимерной химии, применение токсинных сшивающих агентов приносит немалые экологические проблемы для окружающей природной среды. Это использование различных токсичных мономеров и катализаторов, образование сточных вод и газовых выбросов, обезвреживание которых сопряжено с большими энергетическими, сырьевыми и трудовыми затратами и не всегда добросовестно выполняется производителями.

Например производство полиэтилена и других полиолефинов относиться к категории пожароопасных и взрывоопасных (категория А): этилен и пропилен образуют с воздухом взрывчатые смеси. Оба мономера обладают наркотическим действием. ПДК в воздухе этилена составляет 0,05 ∙ 10 ^-3 кг/м³, пропилена - 0,05 ∙ 10 ^-3 кг/м³. Особенно опасно производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД), поскольку оно связано с применением высокого давления и температуры. В связи с возможностью взрывного разложения этилена во время полимеризации реакторы оборудуют специальными предохранительными устройствами (мембраны) и устанавливают в боксах. Управление процессом полностью автоматизировано. При производстве полиэтилена низкого давления и полипропилена особую опасность представляет применяемы в качестве катализаторадиэтилалюминийхлорид. Он отличается высокой реакционной способностью. При контакте с водой и кислородом взрывается. Все операции с металлоорганическими соединениями должны проводиться в атмосфере чистого инертного газа (очищенный азот, аргон). Небольшие количества триэтилалюминия можно хранить в запаянных ампулах из прочного стекла. Большие количества следует хранить в герметически закрытых сосудах, в среде сухого азота, либо в виде разбавленного раствора в каком-либо углеводородном растворителе (пентан, гексан, бензин – чтобы не содержали влаги). Триэтилалюминий является токсичным веществом: при вдыхании его пары действуют на легкие, при попадании на кожу возникают болезненные ожоги. В этих производствах используется также бензин. Бензин - легковоспламеняющаяся жидкость, температура вспышки для разных сортов бензина колеблется от - 50 до 28 °С. Концентрационные пределы воспламенения смеси паров бензина с воздухом составляют 2-12% (объемных). На организм человека оказывает наркотическое действие. ПДК бензина в воздухе = 10,3 ∙ 10^-3 кг/м³. Порошкообразные полиолефины образуют взрывоопасные смеси. ПДК полипропилена составляет: 0,0126 кг/м³. При транспортировании порошкообразных полиолефинов происходит образование аэрозолей и неизбежно накапливание зарядов статического электричества, что может привести к искрообразованию. Транспортирование полиолефинов по трубопроводу производят в атмосфере инертного газа. Для защиты окружающей среды все вентиляционные выбросы из производственных помещений должны подвергаться очистке на специальных установках. Сточные воды при отмывке полиэтилена низкого давления и полипропилена от остатков катализатора и продуктов его распада, а также образующиеся при регенерации промывной жидкости должны подвергаться нейтрализации и тщательной очистке на специальных очистных сооружениях.

Сходным полимером является поливинилхлорид. Если к ацетилену присоединить хлороводород, то образуется газообразное вещество винилхлорид, или хлорвинил. Винилхлорид полимеризуется также, как и этилен. Из поливинилхлорида получают химически и механически стойкую пластмассу. Производство и использование винилхлорида относят также к категории взрывоопасных и пожароопасных (категория А). Винилхлорид в газообразном состоянии оказывает наркотическое действие, продолжительное пребывание в помещение, в атмосфере которого содержится большое количество винилхлорида, вызывает головокружение и потерю сознания. ПДК в рабочих помещениях составляет 3∙ 10^-5 кг/м³. При концентрации 1 ∙ 10^-4 кг/м³ вызывает раздражение слизистых оболочек, а запах начинает ощущаться даже при 2 ∙ 10^-4 кг/м³. Вдыхание паров при открытом испарении мономера вызывает острое отравление. Другие мономеры, используемые при производстве политетрафторэтилена, политрифторхлорэтилена, поливинилфторидов также не менее токсичны.

В настоящее время для очистки окружающей природной среды от пластмассовых отходов активно разрабатываются два основных подхода:

- захоронение (хранение отходов на свалках);

- утилизация.

Захоронение пластмассовых отходов – это бомба замедленного действия и перекладывание сегодняшних проблем на плечи будущих поколений.

Более щадящим приемом является утилизация, которую можно разделить на ряд главных направлений:

- сжигание; - пиролиз; - рециклизация – переработка.

Однако как сжигание, так и пиролиз отходов кардинально не улучшают экологическую обстановку. Повторная переработка в определенной степени решает этот вопрос, но и здесь требуются значительные трудовые и энергетические затраты: отбор из бытового мусора пластической тары и упаковки, разделение по виду пластиков, мойка, сушка, измельчение и только затем переработка в конечное изделие. Для активизации направления по рециклизации пластмассовых отходов в ряде стран принимаются законодательные нормативы по обязательному сбору и переработке пластиковой тары и упаковки. Так Европейские директивы предусматривают при изготовлении пластмассовой упаковки применять 15% вторичных пластмасс, а в Германии эта квота составляет 50% и должна увеличиваться до 60%. Специалисты считают, что это технически невозможно, так как только для транспортных и непищевых продуктов возможно применение до 25% вторичных пластмасс, но не для пищевых продуктов.

Следует отметить, что сбор и повторная переработка полимерной тары и упаковки приводит к удорожанию упаковки, качество рециклизованного продукта также ниже продукта, полученного непосредственно первичным изготовителем. К тому же не каждый потребитель согласен использовать упаковку из рециклизованного полимера.

Не менее важной проблемой, при производстве композиционных материалов и полимеров, является применение в качестве связующих (сшивающих агентов) токсичных смол и сшивающих агентов.