Формирование основных понятий о высокомолекулярных веществах в курсе средней школы с экологической составляющей 
Капроновая смола используются для
получения пластмасс. Из них изготовляют различные детали машин, шестерни,
вкладыши для подшипников и т. д. Предметы из капроновых пластмасс обладают
исключительно большой прочностью и износоустойчивостью [1].
Лавсан- полиэфирное волокно. По своему
составу лавсан – сложный эфир терефталевой кислоты и этиленгликоля.
Этиленгликоль - это двухатомный спирт. Терефталевая кислота- процесс окисления n-кислол.
При
взаимодействии последней с
этиленгликолем получается сложный эфир:
При поликонденсации этого эфира
образуется высокомолекулярное вещество – лавсан:
Промышленный процесс получения
лавсана более сложный. Волокно лавсан добавляют к шерсти для изготовления
немнущихся высококачественных тканей и трикотажа. Его применяют также для
производства транспортерных лент, ремней, занавесей, парусов и т. д. [1].
В этой главе мы узнали о полимерах и
их структуре и о ступенчатой полимеризации и поликонденсации. И в следующей
главе мы будем рассматривать связанные с ними экологические вопросы.
ГЛАВА II. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ
ПРОБЛЕМАТИКА, СВЯЗАННАЯ С СИНТЕТИЧЕСКИМИ ВЫСОКОМОЛЕКУЛЯРНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ И
ПОЛИМЕРНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ НА ИХ ОСНОВЕ
2.1 Полимеры в решении сырьевой проблемы
Человеческое общество по мере своего развития входит во все большую
зависимость от сырьевых ресурсов окружающей среды. Масштабы потребления
некоторых веществ минерального происхождения уже приближаются, а в будущем
могут превысить естественные возможности природы.
Совершенно новые перспективы в планете создания материалов с заданными
свойствами открывает химия полимеры. В настоящее время трудно найти отрасль
народного хозяйства, где бы ни применялись полимеры; из которых получены
материалы с малой плотностью, высокой прочностью, устойчивостью к агрессивным
средам, простатой переработки в изделия и т. д. Синтетические
высокомолекулярные соединение получают из низкомолекулярных соединений путем
полимеризации, полиприсоединении и поликонденсации.
По прогнозам полиолефины и в будущем будут играть решающую роль.
Гигантские молекулы обеспечили новыми материалами не только промышленности,
но они помогли обуть и одеть человечество.
Предполагают, что в XXI в. на каждого человека будет выпускаться 9-12 кг волокна, причем максимальная доля синтетики составляет 70%.
Развитие химии полимеров обеспечило снижение расхода древесины на нужды
мебельной промышленности и строительства. Создание композиционных материалов на
основе полимеров и древесины позволило использовать не только малоценные
породы, но и отходы древесины.
Таким образом, в настоящее время в нашем распоряжении имеется широкая
гамма полимеров, которые продолжают завоевывать мир.
Однако при использовании полимерных материалов следует учитывать
несколько весьма важных обстоятельств. По своему качественному составу
большинство полимеров относятся к органическим соединениям, содержащие
значительное количество углерода и водорода; поэтому они горючи (это 1-й
отрицательный фактор). Термическое разложение при горении полимеров часто
сопровождается выделением большого количества токсичных газообразных соединениях.
(CO, HCN, HCl и др.; это 2-й отрицательный фактор).
Важной экологической проблемой связанной с внедрением полимерных
материалов является скопление твердых отходов, среди которых значительную часть
составляют полимерные пластмассы, обладающие чрезвычайно высокой устойчивостью.
В России, например, количество полимерных отходов сопоставимо с ежегодным
объемом выпуска пластмасс. С отходами полимерных материалов за частую
невозможно справиться, поэтому, например, создаются полимерные материалы со
специальными добавками. Отслужив свой век, эти материалы легко деструктируют
под действием света, тепла и специальных микробов [6,8].
2.2 Поливинилхлорид и материалы на его основе
Поливинилхлорид (ПВХ) один из наиболее широко применяемых полимерных
материалов и объемы производства его неуклонно возрастают, так как растет спрос
на изделия из него. Это связано с тем, что механические свойства ПВХ материалов
меняются в очень широких пределах, например от полной гибкости (искусственная
кожа) до значительной жесткости (строительные профили), и зависят от состава
исходной полимерной композиции. ПВХ материалы химически инертны и имеют хорошую
свето- и погодостойкость. Они имеют одни из самых высоких электроизоляционных
свойств среди полимеров и относятся к группе трудногорючих материалов. Снижение
горючести у пластифицированных композиций достигается путем применения
антипиренов.
Многие экстремистски настроенные члены различных организаций по защите
окружающей среды и производители аналогичных материалов заявляют, что:
·
ПВХ высокогорючий материал;
·
Изделия из ПВХ во время эксплуатации выделяют большое количество
ядовитых веществ, в том числе высокотоксичный винилхлорид (ВХ);
·
Производство и утилизация ПВХ приводит к образованию супертоксичных
полихлорированных дибензопарадиоксинов (ПХДД) и бензофуранов (ПХДФ);
·
Изделия из ПВХ невозможно повторно использовать;
·
Производство и потребление ПВХ сопряжено с большими энергетическими
затратами.
Для оценки правомочности таких заявлений приведем некоторые данные
научных исследований и эксплуатации изделий из ПВХ.
Однако уже отмечалось ранее, что ПВХ – трудногорючий материал. Он горит
только непосредственно в зоне огня. Вне пламени ПВХ гаснет. Благодаря этому его
применяют в качестве полимерного замедлителя горения. В современных ПВХ
пластиках применяются антипирены повышенной эффективности и с минимальным
негативным воздействием на окружающую среду.
Винилхлорид из ПВХ и изделий из него не выделяется ни при каких условиях.
Современные предприятия производят ПВХ с содержанием остаточного ВХ менее 10
млн-1. более того на некоторых производствах этот показатель снижен
в 10 раз и составляет 1 млн-1. При разложении ПВХ (терморазложение,
старение) деполимеризации не происходит.
Ученые-эксперты из университетов Германии и Швеции в течение трех лет
изучали разные ПВХ продукты при захоронении их в земле. При этом определяли
возможность выделения ВХ и аддитивов в процессе деградации ПВХ в земле.
Результаты показали, что ПВХ устойчив в условиях захоронения в земле. Выделение
пластификаторов и стабилизаторов может иметь место, но в таких количествах,
которые не представляют опасности для окружающей среды, а ВХ не выделяется
вообще.
Существуют данные о выделении свинца в воду из ПВХ труб, содержащих
свинцовый термостабилизатор. Установлено, что содержание свинца в воде даже
после использования ряда провоцирующих условий было в 8-10 раз меньше ПДК,
установленной ВОЗ.
В процессе производства и сжигания ПВХ в окружающую среду могут
выделяться ПХДД и ПХДФ. Однако эмиссия этих веществ находится на существенно
более низком уровне, чем считалось ранее. Исследования, выполненные в
Голландии, показали, что эмиссия диоксинов при неконтролируемом сжигании ПВХ и
древесины составляет 6,67 мкг на тонну. Для сравнения, при неконтролируемом
сжигании чистой древесины этих веществ образуется 3-28 мкг на тонну. На количество
образующихся ПХДД и ПХДФ при сжигании прежде всего влияет конструкция печей и
рабочие характеристики процесса, а вовсе не присутствие или отсутствие ПВХ в
горящем материале.
Имеются данные, свидетельствующие о присутствии ПХДД и ПХДФ в природе до 1990 г., т.е. задолго до начала производства хлорорганических веществ и хлора. Присутствие ПХДД и
ПХДФ в образцах почвы объясняется сжиганием природного топлива (древесина,
уголь). По мере накопления экспериментальных данных становится очевидным, что и
с особой супертоксичностью ПХДД и ПХДФ не совсем все ясно.
Разработано много способов рециклинга (повторного использования) ПВХ
материалов. Часть из них реализована в промышленности. Например, в Германии
работают 7 предприятий по переработке отходов ПВХ. Фирма VEKA
перерабатывает оконные рамы после 30-40 лет эксплуатации по собственной
технологии. Новые строительные профили с внутренними элементами выпускаются из
рециклированного ПВХ. На рынок поступают трубы, напольные покрытия и другие
изделия из вторичного ПВХ.
Для утилизации ПВХ отходов применяются и химические методы. Окислительное
щелочное разрушение жестких ПВХ гранул превращает их в щавелевую кислоту и
углекислый газ. Постоянно совершенствуются методы сжигания. Разработан
экологически прогрессивный способ сжигания городских отходов с предварительной
их газификацией и гомогенным горением. Данный способ разработан в Объединенном
институте химической физики РАН и апробирован на зарубежных заводах, при этом
доказано, что гомогенный синтез диоксинов из газообразных продуктов сгорания
невозможен.
Использование ПВХ изделий приводит к существенной экономии энергии.
Известно, что окна занимают около 20% площади ограждающих конструкций
зданий и через них теряется до 50% тепловой энергии. Применение оконных
профилей из ПВХ со стеклопакетами позволяет практически исключить эти потери.
Соответственно снижается нагрузка на производство тепловой энергии. Нужно
меньше сжигать топлива (угль, мазут), а это, как известно, способствует улучшению
экологической обстановки.
Использование ПВХ изделий имеет больше преимуществ в области экологии,
чем недостатков. Строительные профили из ПВХ (окна, двери и др. изделия)
предотвращают вырубку леса. Человеку предоставлена возможность не рубить живое
дерево, а использовать материалы-заменители, в том числе и ПВХ, изделия из
которых могут эксплуатироваться десятки лет. Это будет способствовать снижению
экологической нагрузки от производства других материалов (дерево, металлы и
др.), а также обеспечит время необходимое для восстановления экологических
систем.
В России продолжается строительный "бум". В городах строятся многоэтажные
жилые дома, в зеленых зонах - частные коттеджи. На садовых участках менее
обеспеченные граждане возводят домики из пеноблоков или других современных и
недорогих материалов. И мало кто задумывается о последствиях такого
строительства для его собственного здоровья. Достаточно заглянуть на сайт любой
строительной фирмы, и вы увидите, что самый недорогой и популярный материал -
пенополистирол. Свойства пенополистирола требуют дополнительного изучения.
У пенополистирола существуют три неотъемлемых отрицательных свойства, исходящих из его природы, к которым
надо относиться просто осторожно, с пониманием этих процессов. Во-первых, это
пожарная опасность. Во-вторых, это недолговечность. И, в-третьих, это
экологическая небезопасность. Эти свойства требуют дополнительных исследований.
Они не требуют запрещения материала, но они требуют дополнительного -
внимательного - к нему отношения и дополнительных исследований. Пенополистирол
во время горения выделяет много токсичных веществ, это - раз. Полистирол - это
стирол, который заполимеризован, у него молекулы длинные и объемные. На самом
деле, 100-процентной полимеризации никогда не бывает. А раз не бывает
100-процентной полимеризации, значит, стирол в этом объеме остается.
А стирол - это вещество, которое, вообще
говоря, токсично. Он - такой же, как бензол, как этилбензол, он - из той
категории веществ, с которыми лучше не иметь дела. Причем не будем говорить об
острой мгновенной токсичности. Мы будем говорить о токсичности хронической,
той, которая действует на людей - не на крыс, а именно на людей, - в течение десятилетий,
малыми дозами, ниже критических, ниже ПДК. Опыты такие поставлены.
Люди живут в обстановке, когда в жилой
атмосфере есть стирол, (пусть концентрации и ниже ПДК); проходит год, два, три
- и дальше находится работа врачам. Стирол оказывает сильное воздействие на
печень, от этих микродоз стирола достается сердцу, у женщин - особые
проблемы... В общем, токсический гепатит - так или иначе, мы кружимся вокруг
этого диагноза. Кроме стирола, выделяются и другие вещества, включая фенол,
формальдегид, этилбензол и так далее. Это - работа для санитарных врачей.
Санитарные врачи, естественно, живут одним днем. Когда им приносят на проверку,
скажем, пенополистирол той или иной новой марки, что они делают? - Они на мышах
и на крысах изучают смывы водой, смывы спиртом... Но это же все -
кратковременные вещи, опыт на 5-10 лет никто же не ставит. А в данном случае
люди говорят именно об этом - об опыте на 5-10 лет. И такие опыты в мире
известны - когда люди много лет работали в такой атмосфере. Пенополистирол - не
самый хороший материал. Просто люди должны это знать - они имеют право на это
знание. Вторая сторона дела - сам полистирол, то есть уже не в пенном виде, а
просто как полимер, например - в виде чашек или тарелок. Есть профессии, когда
люди этим часто пользуются. На работе их кормят из такой посуды -выделяется
стирол.
Полистирольные плитки - ими облицовывают
помещения. И там при определенных температурах (30, 40, 50 градусов в ванной
или, скажем, в кухне, у плиты это нормально) выделяется стирол. Причем есть
факты, есть случаи, описанные в журнальных статьях, когда выделение бывает
достаточно высокое - много выше ПДК, причем - не только стирола. "Свойства
пенополистирола меняются от воздействия неконтролируемых, случайных факторов, и
выбор данного материала в качестве утеплителя экономически не выгоден (при
эксплуатации здания более 10 лет) и потенциально опасен" [7, 9] .
Большинство
пластмасс не разлагаются в окружающей среде, так как живые организмы –
деструкторы (грибы и бактерии) не имеют ферментов, необходимых для их
разрушения. Известны два важные вида разрушающихся пластмасс:
1.Биополимеры. Это высокомолекулярные
соединения, которые производятся живыми организмами и которые деструкторы
способы разлагать.
2.Синтетические пластики, специально
разработанные так, что они разрушаться в природных условиях. Таких пластики
бывают, трех видов:
· Фоторазрушающиеся пластики -
полимерные материалы, разрушающиеся на свету
· Синтетические биоразрушаемые пластики,
подверженные действию бактерий
· Растворимые пластики, которые
растворяются в воде.
Полигидроксибутаноаты
– это природные полиэфиры, вырабатываемые некоторыми бактериями и используемые
ими как источник энергии. Микроорганизмы, имеющиеся в почве, во внутренних
водоемах, в океане способны разрушить эти полимеры. Полное разрушение
полигидроксибутаноатов в окружающей среде обычно происходит в течение 9
месяцев. За все, однако, нужно платить: произвести эти полимеры почти в 15 раз
дороже, чем полиэтилен.
Карбонильные
группы C=O поглощают излучение в диапазоне длин волн 170-360 нм. Это
соответствует ближней ультрафиолетовой области солнечного спектра. Эти группы
можно внедрить в полимер в качестве энергетических ловушек. Поглощение энергии
приведет к разрыву соседних с карбонильной группой связей, и полимер может
распасться на фрагменты, которые будут подвержены биоразрушению.
Некоторые
пластиковые мешки изготовлены из полиэтилена, в который внедрены гранулы
крахмала. Когда мешок выбрасывают, имеющиеся в почве микроорганизмы поедают
крахмал. В результате мешок разваливается на очень малые куски остатков
полиэтилена, биодеградация которых происходит более быстро.
Если с
загрязненным больничным бельем обращаться ненадлежащим образом, есть риск
распространения инфекции. Опасности можно избежать, если использованное белье
поместить в пакет из растворимого пластика. Грязное белье надежно хранится,
пока пакет не отправят в стиральную машину: там пакет растворяется в воде и не
мешает стирке.
Растворимые
пластиковые пакеты изготавливают из поливинилового спирта. Это новый полимер,
получаемый гидролизом или алколизом из другого полимера, поливинилацетата [13,
14].
Для
изготовления всякой вещи, включая предметы из пластмассы, требуется энергия.
Часть энергии идет на производство собственно материала, в данном случае
полимера, остальное требуется для переработки, то есть изготовления конечного
изделия.
Основная часть энергия тратится на
производство пластмассы, так что исходя, из целей энергосбережения можно
заключить, что повторное использование – это дело полезное.
Ситуации здесь, однако, сложнее, чем
в случае стекла. Находящееся в употреблении стекло в основном одного типа и
всего-то трех цветов.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5
|
