Показатели деятельности человека
Экологические проблемы полимерных технологий
Ушедший 20-век по образному выражению академика Семёнова был веком пара, электрической энергии и полимеров. Действительно, полимеры являются выдающимся достижением человечества, прочно вошедшим в быт, жизнь людей, круг их применимости невероятно широк. Можно назвать любое свойство, необходимое для человека и техники, и ему будут соответствовать сразу несколько полимеров. Вместе с тем, использование полимеров создает и ряд проблем, в первую очередь экологических.
Такое свойство полимеров как противостоять действию микроорганизмов долгое время рассматривалось как неопровержимо и однозначно положительным, однако сейчас в связи с тяжелой экологической обстановкой специально создают полимеры, разрушаемые бактериями и микроорганизмами. Кроме того, разработаны биотехнологические производства, т.е производства полимеров не на химических и нефтехимических заводах, а в биотехнологических цехах с помощью бактерий, грибов и других живых биологических систем. Это связано с тем, что природа не справляется с таким огромным количеством отходов деятельности человека, в том числе и полимерных.
Зависимость народонаселения, количества отходов, выбросов, количество пахатных земель, т.е нагрузка на планету выражается так называемой парадигмой экспоненты.(рис.)
В Москве, например, количество отходов на одного человека составляют 300 кг/год при численности 20 млн человек. Начало экологических неприятностей – середина 20-го века, считается, что именно с этого момента экологическая обстановка начала ухудшаться ускоренными темпами. Нашу ситуацию очень образно описали учёные. Можно привести две цитаты. Так, Дж.Бартон считает: « Одно из двух – либо человечество сделает так, чтобы было меньше дыма, либо дым сделает так, чтобы было меньше людей». А Жак Ив Кусто написал следующее: « Наш земной шар напоминает собой одинокий несущийся в космическом пространстве автомобиль, у которого выхлопная труба выведена в салон для пассажиров, и чем сильнее мы жмём на акселератор, тем больше шансов отравить шофёра и пассажиров». Приведём некоторые показатели деятельности человека.
Таблица.
Показатели деятельности человека.
| Естественные процессы | Антропогенные процессы |
| Масса веществ в речных стоках: а) растворенных: 3·109 т/год б) взвешенных: 1·109 т/год Масса суши: (3 – 10) · 109 т | Вносимые удобрения: 3·108 т/год Выбросы пыли: 2.5·108 т/год Мусороотходы: 2·1010 т/год Добыча полезных ископаемых: 5·109 т/год Индустриальные сточные воды: 5,5·1012 т/год Газовые выбросы: > 109 т/год |
Данные таблицы убедительно показывают, что естественные процессы соизмеримы с антропогенными.
В настоящее время отходы человеческой деятельности перерабатывают лишь на 40%, из них 10% отходов сжигают, 30% подвергают захоронению, а 10% - сбрасывают в Мировой океан.
В настоящее время разрабатывается концепция устойчивого развития. Кроме экологических проблем увеличивающийся объем выбросов полимеров является как экологической так и экономической проблемой, т.к. выбрасываемые материалы, полученные из нефти и газа, дорожают год от года, а углеводородное сырьё имеет исчерпаемый ресурс. В этой ситуации очень остро встает вопрос экономии материалов, в том числе и полимеров.
Какие варианты экономии полимеров можно привести?
1.Полимеры нужно упрочнять. Чем более прочный полимер, тем более тонкую плёнку, волокно из него можно сделать.
2. Полимеры необходимо стабилизировать , что может существенно увеличить срок их службы. Так, нестабилизированная полиэтиленовая пленка эксплуатируется один сезон, а стабилизированная может применяться в течение 3-4 сезонов.
3.Также необходимо наполнять полимеры . Наполнитель – компонент, вводимый для удешевления композиции. Наполнители обеспечивают получение каких-либо свойств: уменьшение плотности, повышение электроизоляционных свойств, устойчивости к трению или к коронному или дуговому разряду и т.д.
Очень перспективно введение в полимеры газов – т.е. получение газонаполненных материалов, которые называются пенополиматериалы.
Перспективным способом уменьшения отходов полимеров, является их разложение до мономеров. В этом случае мономеры можно использовать для полимеризации или можно уничтожить их с помощью различных бактерий и грибков без загрязнения окружающей среды.
4. Полимеры необходимо регенерировать. Термопласты достаточно легко поддаются регенерации, и вторичные полимеры вводятся в рецептуры многих метериалов и изделий. Сложнее дело обстоит с реактопластами. Предложено подвергать их измельчению, а затем использовать в качестве наполнителей при получении многих изделий и материалов. Считается весьма перспективным использование их при строительстве дорог.
В последнее время уделяется большое внимание созданию и применению экологически чистых полимеров, т.е. таких, которые после эксплуатации могут быть разложены биологическим путём без загрязнения окружающей среды. К экологически - дружественным полимерам относятся и такие, которые при термическом разложении и сжигании не будут выделять таких опасных газов как диоксин, синильная кислота, соляная кислота и других.
Учитывая вышесказанное, в мире родилась концепция жизненного цикла полимера. Если раньше потребительская ценность того, или иного материала определялась главным образом отношением цены единицы объема к свойству, а проблема вторичного использования или утилизации рассматривалась отдельно, применительно к отходам, то теперь всё объединилось в одной концепции.
Стоимость сырья, затраты на его переработку, влияние этих процессов на экологию, затраты на синтез, энергопотребление, нагрузка на окружающую среду, переработка, включая конфекционирование и модификацию, экологическая чистота продукта, легкость вторичной переработки, утилизация, возможность устранения конечных отходов путем сжигания, пиролиза, закапывания – все это учитывается в новой концепции.
Согласно данной концепции наиболее соответствующими ей являются полипропилен и полиэтилентерефталат.
Все технологии оцениваются с точки зрения экологии по двум показателям:
1. Коэффициент ресурсоёмкости, который определяется следующим образом:
R- общая масса всех потребляемых природных ресурсов,
g- масса полученного продукта.
Согласно данному показателю различают высоконаукоёмкие технологии, для которых Ар= 2÷4, малоотходные технологии: Ар= 6÷10, рядовые технологии, имеющие Ар≥ 10.
2. Критерий экологичности или замкнутости:
Здесь P- сумма всех отходов, значение E при этом должно составлять 0,8÷0,98.
Современная экология определила однозначное требования ко всем производствам, которое требует все отходы, выбросы утилизировать в месте их возникновения без каких-либо передвижений. Этим обеспечивается безопасность от возможных вредных влияний токсических продуктов и для людей, и для окружающей природы. Не следует забывать о некоторых опасных факторах при производстве и переработке полимеров. Остановимся коротко на этом вопросе.
В производстве полимерных материалов используются самые разнообразные химические вещества, причем наряду с основными компонентами (мономерами) для их изготовления применяют различные добавки (наполнители, отвердители, катализаторы, пластификаторы, смазки, стабилизаторы и другие вспомогательные вещества).
Химические реакции, лежащие в основе образования полимеров, могут идти по типу полимеризации или поликонденсации. Характер неблагоприятного действия продуктов синтеза полимерных соединений на организм работающих определяется в первую очередь токсичностью используемых мономеров. Большинство из них, особенно используемых и выделяющихся в процессе поликондёнсации, очень реактивны и биологически агрессивны. Производственный контакт с этими веществами может вызывать поражение кожи и слизистых оболочек, печени, органов дыхания, центральной нервной системы, индуцировать канцерогенез, отражаться на репродуктивной функции организма.
Неблагоприятное действие на организм оказывают и некоторые добавки, применяемые в производстве полимерных соединений. Их токсичность может быть даже более выражена, чем основного связующего. Использование при изготовлении пластмасс различных наполнителей, которые в основном представляют собой порошкообразные компоненты, нередко приводит к запылению воздуха рабочей зоны, что может сказываться на бронхолегочной заболеваемости работающих. Источником пылеобразования являются также стадии сушки, дробления просева некоторых полимеров.
Далеко не безразлично действие на организм и продуктов деструкции полимерных материалов, образующихся при их переработке в изделия. Термическое или химическое воздействие на эти материалы, их механическая обработка (например, шлифовка) могут сопровождаться повышенным выделением во внешнюю среду как образующих полимерные соединения мономеров, так и продуктов превращения входящих в них добавок. Продуктами такого превращения являются альдегиды, кетоны, спирты, перекиси, кислоты и их соли, а также пыль, оказывающая, как правило, раздражающее, а в части случаев и аллергенное.
Использование для изготовления клеев, лаков, пропиточных материалов таких полимерных соединений, как эпоксидные смолы, которые применяются в смеси с отвердителями (амины, фталиевый и малеиновый ангидрид и др.), также оказывает неблагоприятное действие на организм.
Таким образом, как производство полимерных соединений, так и их переработка, сопровождаясь выделением в воздух рабочей зоны разнообразных по характеру действия газообразных веществ и ныли, может в зависимости от их концентрации и длительности воздействия приводить к развитию различных изменений в организме работающих. Диапазон этих нарушений достаточно широк - от изменений отдельных показателей гомеостаза до развития острых и хронических интоксикаций и заболеваний. Клинические проявления последних зависят от преобладания тех или иных компонентов, используемых при производстве полимерных соединений и обработке получаемых из них изделии. Поскольку же основными компонентами этих соединений являются мономеры, именно от характера их действия на организм и зависит в основном клиническая картина развивающейся у работающих профессиональной патологии.
В современных промышленных производствах, занятых переработкой полимерных материалов, вредные вещества, как правило, не превышают или незначительно превышают допустимые величины. В соответствии с этим случаи профессиональных интоксикаций встречаются здесь редко (главным образом при нарушении технологии производства и техники безопасности) и бывают нерезко выражены. Обнаруживаются в первую очередь у лиц с повышенной чувствительностью кожных покровов и слизистых оболочек верхних дыхательных путей, что проявляется развитием дерматитов, хронических ринитов, ларинго-фарингитов. В отдельных случаях, при значительных пылевыделениях, возможно формирование пневмокониоза.