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.