TWORZYWA SZTUCZNE WOLKÓŁ NAS

Zdrowotny aspekt stosowania tworzyw sztucznych.

1. Trudno jest podać jedną definicję tworzyw sztucznych, ponieważ wiele osób pod tym pojęciem rozumie często zupełnie różne typy substancji chemicznych. W tej pracy posługiwać się będę, można powiedzieć, klasyczną definicją tworzyw sztucznych tj. związków wielkocząsteczkowych, polimerów wytwarzanych z małych cząsteczek (monomerów) w wyniku reakcji polimeryzacji, polikondensacji i poliaddycji często modyfikowanych przez połączenie ich z określonymi dodatkami, takimi jak napełniacze, pigmenty, barwniki, zmiękczacze, stabilizatory, antystatyki i środki zmniejszające palność (antypireny). Tworzywa sztuczne dzieli się na kilka grup, w zależności od procesów technologicznych, na które są one wrażliwe. Rozróżnia się zatem tworzywa termpolastyczne (elastomery), które w temperaturze pokojowej mają luźno ułożone molekuły, co powoduje, ze tworzywa te maja konsystencję gumy, kauczuku, ponadto tworzywa termoutwardzalne, które mają cząsteczki ułożone w ścisłą sieć molekularną i w temperaturze pokojowej są twarde i kruche oraz tworzywa chemoutwardzalne (duroplasty), które uzyskują swoje ostateczne właściwości po odpowiednich modyfikacjach chemicznych.

2. Kilka najważniejszych tworzyw oraz ich zastosowania.

Od rozpoczęcia pierwszych prac nad tworzywami sztucznymi minęło już ponad 150 lat a nauka o budowie i właściwościach tych intrygujących makrocząsteczek nie wygasła i ma się bardzo dobrze. Patrząc na otaczający nas świat ciężko nie odnieść wrażenia, że prawie każda bardziej skomplikowana rzecz składa się w jakimś procencie z tworzywa sztucznego, a są nawet i grupy rzeczy wykonane całkowicie z plastiku. Bez tych związków niemożliwy byłby np. lot w kosmos, czy też zbadanie największych głębin oceanów. Jednak najwięcej zastosowań i przyjaźni znalazły te związki w gospodarstwie domowym. Spośród najbardziej popularnych należałoby wymienić: polietylen (PE), polichlorek winylu (PCV, PVC, PCW), polistyren (styren, PS), poliuretan (diizocyjanian toluenu), metakrylan metylu (plexiglas), akrylonitryl (orlon), żywice epoksydowe i poliestrowe, polikaprolaktam i wiele innych.

Nazwa i wzór monomeru	Nazwa handlowa polimeru	Zastosowanie
Etylen CH2=CH2	Polietylen PE	Folia, opakowaniarury, izolacja elekr.
Propylen CH3-CH=CH2	Polipropylen, moplen, PP	Folia, kształtkiuszczelki, rury
Etylen i propylen	Dutral	kauczuk syntet., opony
Styren CH2=CH-C6H5	Polistyren, PS	Opakowania,izolacja elektr. izolacja cieplna (styropian)
Tetrafluoroetylen CF2=CF2	Teflon, PTFE	Aparatura chem., kształtki części maszyn, uszczelki
Chlorek winylu CH2=CHCl	Polichlorek winylu, igelit, winidur, PCW, PVC, PCV	Aparatura chem., folia, opakowania, rury, izolacja, okładziny, płyty
Chlorek winylu i chlorek winylidenu CH2=CCl2	Saran	Włókno tkanin tapicerskich
Octan winylu CH2=CHOCOCH3	Polioctan winylu	Kleje
Akrylan metylu CH2=CHCOOCH3	Poliakrylan metylu	Kleje i lakiery
Metakrylan metylu CH2=C(CH3)COOCH3	Pleksiglas, PMMA	Szkło organiczne, galanteria
Formaldehyd CH2O	Deladrin	części maszyn, rury, zbiorniki, galanteria
Butadien CH2=CH-CH=CH2	Buna	Kauczuk
Butadien, styren	Buna S, SBR	Kauczuk
Butadien, akrylonitryl CH2=CHCN	Buna N	Kauczuk
Chloropren CH2=CH-CCl=CH2	Neopren	Kauczuk odporny nabenzynę i smary
Izobutylen CH2=C(CH3)2	Oppanol	Kauczuk
Akrylonitryl CH2=CHCN	Orlon	Włókna
Fenol C6H5OH formaldehyd	Fenoplasty, bakelit	Kształtki, laminaty, żywice, galanteria, lakiery, tłoczywa
Mocznik (NH2)2CO	Aminoplasty	Tłoczywa proszkowe, klejechemolak, galanteria,
Fenol, zwi±zki epoksydowe R-CH-CH-R O	Żywice epoksydowe	Elementy konstrukcyjne, laminaty, kleje
Tereftalan metylu,glikol etylenowy	Terylen, elana	Włókna
Kwas adypinowy HOOC(CH2)4COOH heksametylenodiamina H2N(CH2)6NH2	Nylon 66	Włókna
Kaprolaktam	Stylon	Włókna
Silanodiol	Silikony	Oleje silnikowe, żywice, lakiery, uszczelki

3. Ogólne właściwości tworzyw sztucznych.

Są one na ogół związkami bardzo lekkimi (przeważnie d~ 1g/cm³) o małej przewodniości cieplnej, większość z nich jest dielektrykami choć po dodaniu około 50% substancji przewodzącej zyskują dość dobrą przewodniość elektryczną. Mogą być przezroczyste lub całkowicie nieprzezroczyste. Większość tworzyw charakteryzuje się mała odpornością na działanie podwyższonej temperatury i topi się i pirolizuje już w temperaturze około 100⁰C z uwolnieniem monomerów lub ich pochodnych oraz wszystkich związków wchodzących w skład tworzywa. Przeważnie są odporne na działanie czynników chemicznych, wilgoci, ale często łatwo ulegają czynnikom utleniającym. W porównaniu do metali charakteryzują się małą sprężystością i ciągliwością.

Z biologicznych właściwości należy wspomnieć o fakcie, że jeśli nie przekracza się parametrów pracy tworzywa, głównie chodzi tu o temperaturę, brak jest uchwytnych efektów na organizmy żywe. Dopiero produkty pirolizy lub też substraty do produkcji tych tworzyw mogą mieć negatywne skutki.

4. Negatywne działanie tworzyw sztucznych i drogi ich absorpcji.

Monomery wchodzące w skład tych związków chemicznych oraz substancje zawarte w tworzywach modyfikujące ich właściwości mogą się dostawać do organizmu człowieka wszelkimi możliwymi drogami tj. poprzez układ oddechowy, poprzez układ pokarmowy, przez skórę.

1. Chlorek winylu

Chlorek winylu, który jest jednym z najgroźniejszych czynników rakotwórczych znanych ludzkości, to bezbarwny gaz o słabym słodkim zapachu. Większość ludzi wyczuwa jego obecność w wodzie dopiero przy stężeniu 3,4 mg/l. Międzynarodowa Agencja Badań nad Rakiem uznała już w 1979r. za wystarczające dowody na rakotwórczość chlorku winylu u zwierząt w badaniach laboratoryjnych. W 1987r. chlorek winylu został wpisany do wykazu 70 czynników bezspornie rakotwórczych dla człowieka.

Do narażenia dochodzi najczęściej przez drogi oddechowe i przez skórę, co występuje głównie w miejscu pracy, przez skażenie powietrza atmosferycznego i wód, a w ograniczonym zakresie w wyniku użytkowania wytworzonych produktów. Głównym źródłem chlorku winylu w środowisku są kominy fabryczne i ścieki odprowadzane do wód powierzchniowych z zakładów produkcji plastyku. Uwolniony w ten sposób chlorek winylu ostatecznie trafi do atmosfery, znacznie mniejsze ilości dostaną się do wód podziemnych. Chlorek winylu wykrywano w stężeniach tak wysokich jak 0,008 mg/l w wodach powierzchniowych i ponad 0,38 mg/l w wodach podziemnych

Monomer chlorku winylu jest macierzystym składnikiem polichlorku winylu (PCW), masy plastycznej o niezliczonych zastosowaniach.

Stwierdzono, że występuje migracja chlorku winylu ze sztywnych rur PCW stosowanych w sieci wodociągowej do rozprowadzania wody pitnej. Nasilenie migracji jest wprost proporcjonalne do resztkowego poziomu chlorku winylu w samej rurze.

Większości populacji generalnej nie bywa narażona na działanie chlorku winylu w wyniku spożywania wody pitnej. Jednak osoby, które korzystają z tych rur wodociągowych z PCW, które nie były poddane procesom wystarczającym do usunięcia monomeru chlorku winylu, mogą przyjmować z wodą z kranu od 0,06 do 2,8 mcg chlorku winylu dziennie. Należy podkreślić, że dopuszczalne spożycie dzienne chlorku winylu jest zasadniczo równe zeru.

W Stanach Zjednoczonych najwyższe dopuszczalne stężenie chlorku winylu w wodzie pitnej z ujęcia zaopatrującego stale co najmniej 25 osób w ciągu 8 miesięcy każdego roku określono na poziomie 0,002 mg/l. Przy krótkotrwałym narażeniu, za które uznano 10 dni korzystania z wody pitnej, norma jest dużo łagodniejsza i wynosi 2,6 mg/l, przy dłuższych okresach poziomy chlorku winylu nie powinny przekraczać 0,046 mg/l dla dorosłych i 0,013 mg/l dla dzieci.

Przyczyną wprowadzenia tak ostrej normy był nacisk grup społecznych na rząd USA. Szczególną aktywnością wykazał się Fundusz Obrony Środowiska (Environmental Defence Fund) domagający się uwzględnienia najnowszych danych naukowych przy opracowywaniu amerykańskich norm w 1976r. W 1975 dostępne dane naukowe wskazywały, że rak może być indukowany u zwierząt laboratoryjnych przez chlorek winylu w stężeniu 50 mg/l. Rok później wykazano, że stężenie to jest wielokrotnie niższe - 1 mg/l, a nawet mniej!

Przy spalaniu PCV uwalniają się oprócz chlorku winylu, o którym wyżej mowa, także dioksyny i chlorowodór i każdy z nich vitae humanis periculosus est.

W organizmie ulega metabolizacji głównie na drogą mechanizmów epoksydacyjnych do chloroacetaldehydu, który jest w głównej mierze odpowiedzialny za działanie toksyczne. W większych stężeniach wywiera działanie narkotyczne. Przy dłuższych narażeniach występują bóle głowy, bezsenność, osłabienie pamięci, twardzina skóry, zmiany naczynioruchowe zwane zespołem Raynauda, naczyniomięsak wątroby (angiosarcoma hepatis), zapalenie spojówek i podrażnienie błon śluzowych. U części chorych dochodzi do osteolizy paliczków dystalnych z ich całkowitym zanikiem oraz często uszkodzenia wątroby o łagodnym przebiegu. Rozpoznanie opiera się głównie na charakterystycznych objawach klinicznych oraz badaniach dodatkowych jak Roentgen płuc, próby czynnościowe wątroby. Jako test ekspozycyjny może być pomocne oznaczenie w moczu kwasu merkptourowego.

2. Styren

Jest bezbarwną cieczą używaną do produkcji polistyrenu i żywic poliestrowych. Wchłania się przez płuca i skórę. Metabolizuje się do kwasu migdałowego i fenyloglioksalowego. Działa drażniąco na błony śluzowe, a większych stężeniach narkotycznie. Objawia się to niezbornością ruchową, drgawkami, a ponadto występuje utrata przytomności. W zatruciach przewlekłych występują bóle i zawroty głowy, nudności, osłabienie, osłabienie słuchu i rozpoznawania kolorów. Opisywano także zwiększoną zachorowalność u ludzi narażonych na styren na białaczki limfatyczne. U chorych oznacza się obecność obecność kwasu migdałowego i fenyloglioksalowego w moczu, w powietrzu wydychanym obecny jest styren.

3. Akrylonitryl

W temperaturze pokojowej ciecz bezbarwna silni trująca. Do organizmu dostaje się prze płuca prawdopodobnie także przez skórę i drogą pokarmową. W organizmie jest metabolizowany m.in. do jonu cyjanianowego i dlatego objawy zatrucia akrylonitrylem są bardzo podobne do zatrucia cyjanidami. Przy ostrym zatruciu występuje tachykardia, bóle głowy, senność, spadek ciśnienia krwi, śpiączka, drgawki, śmierć. Charakterystycznym objawem jest bardzo jasna krew żylna. Najważniejsza w takich zatruciach jest szybkość niesionej pomocy, czyli podanie czystego tlenu, wywołanie wymiotów lub płukanie żołądka jeśli akrylonitryl został połknięty. W zatruciach przewlekłych występuje niedoczynność kory nadnerczy, zaburzenia uwagi i pamięci, może się pojawić lekka niedokrwistość. Diagnostyka polega na oznaczaniu poziomu rodanków w moczu.

4. Metakrylan metylu

Wchodzi on w skład plexiglasu, ale także żywic akrylowych. Ma działanie żrące i działa na błony śluzowe. Powoduje obniżenie tonus mięśniowego oraz zaburzenia w funkcjonowaniu OUN. Daje podobne objawy jak choroby alergiczne. Pojawiają się także dysfunkcje wątroby. Biomonitoring polega na stałej kontroli stężenia tego związku w powietrzu.

5. Diizocyjanian toluenu

W powietrzu powoduje podrażnienie dróg oddechowych, rozwój oraz napady astmy, zapalenie i obrzęki płuc a także częste reakcje uczuleniowe skóry. Biomonitoring polega na stałej kontroli stężenia tego związku w powietrzu.

Jednak nie tylko same polimery i ich składowe mogą być toksyczne. Czasami zdarza się, że to modyfikatory są główną toksyną zawartą w danym tworzywie sztucznym. Do wielu tworzyw dodaje się np. azbestu, który zdecydowanie poprawia ich odporność na związki chemiczne oraz poprawiają sztywność i twardość, czy też metali ciężkich dla zabarwienia i poprawy np. właściwości ślizgowych.

---